Адаптация к яркому свету: в другое время и в другом месте? ЧВК

Адаптация к яркому свету: в другое время и в другом месте?

Когда лучи света входят в растительную клетку, они находят путь к пигментам хлорофилла, расположенным в хлоропластах. Молекулы хлорофилла встроены в легкие реакционные комплексы PSI и PSII, которые улавливают и сохраняют энергию, необходимую для фиксации углерода в цикле Кальвина. В идеальной ситуации (и в учебниках) постоянное возбуждение хлорофилла вызывает непрерывную подачу энергии, благодаря которой цикл Кальвина проходит гладко. Однако, как это чаще бывает, растения имеют дело с далеко не идеальной ситуацией. Вне лаборатории на эффективность реакции фотосинтеза влияет множество факторов: вода и CO.₂ ограничения, жара, холод и колебания доступности света. Растения испытывают изменения в качестве света (восход, закат, затенение других растений) и количестве (облака, солнечные блики, ночи) ежедневно и сезонно. Многие приспособления роста и развития к изменениям в световой среде опосредованы фоторецепторами, воспринимающими определенные длины волн. Фитохромы и криптохромы опосредуют фенотипы, избегающие тени, а фототропины индуцируют движения хлоропластов, чтобы избежать яркого света (Kagawa et al., 2001; Fraser et al., 2016). Однако изменения количества света также быстро ощущаются комплексами световой реакции внутри хлоропластов.

Внезапный высокий поток фотонов может вызвать стресс и вызвать повреждение хлоропластов. В результате возникает дисбаланс между световыми реакциями и циклом Кальвина, что приводит к быстрому закислению тилакоидных мембран. Кроме того, если возбужденный хлорофилл не может отдать свою энергию фотохимическим реакциям, он может передать ее на О₂ молекулы, что приводит к синглетному кислороду, повреждающему активному кислороду. Чтобы предотвратить это, часть избыточной энергии возбуждения высвобождается в виде тепла посредством нефотохимического тушения (Müller et al., 2001). Продолжительное воздействие высоких уровней света в конечном итоге приведет к сбросу фотосинтетической способности растения, чтобы адаптировать его к новой среде. Как краткосрочная, так и долгосрочная адаптация к повышенной интенсивности света требуют физиологических и молекулярных изменений в хлоропластах, но регуляция этих изменений еще плохо изучена.

Работа Шустера и др. (2020) опубликовано в этом выпуске Физиология растений, направленный на то, чтобы понять, до какой степени табак (Nicotiana аЬасит) проростки изменяют транскрипцию и трансляцию хлоропластных генов во время быстрой адаптации к яркому свету. Поскольку хлоропласты имеют эндосимбиотическое происхождение, у них есть собственный механизм синтеза ДНК и белка. Хотя большинство белков, необходимых для функционирования хлоропластов, кодируются в ядре, некоторые важные белки синтезируются в самих хлоропластах, например, основные субъединицы PSII (PsbA) и PSI (PsaA/B). PsbA особенно чувствителен к фотоповреждениям, и более ранние работы показали, что синтез PsbA увеличивается с увеличением интенсивности света в качестве механизма восстановления (Chotewutmontri and Barkan, 2018).

Однако оставалось неизвестным, как физиологически значимое повышение интенсивности света регулирует полногеномные изменения в трансляции хлоропластов. Шустер и др. (2020) использовали растения табака с полностью функционирующими хлоропластами и подвергали их воздействию примерно 3-кратного (350–1,000 мкмоль м-2 с-1) или 20-кратного (50–1,000 мкмоль м-2 с-1) увеличения количества света. интенсивность. Уже через 2 ч яркого света уменьшилось Fv/Fm указывает на фотоингибирование ФСII, а после более длительного воздействия (2 дня) содержание хлорофилла несколько снижается. Однако эти физиологические изменения не сопровождались существенными изменениями транскрипции или трансляции генов. Исследователи подтвердили ранее продемонстрированное увеличение трансляции ПсбА, но это, по-видимому, скорее исключение, чем правило для всего хлоропластного генома. Принимая во внимание все физиологические изменения, которые происходят во время ранней адаптации к сильному световому стрессу, удивительно, что они не требуют большого участия самого хлоропласта. Почему изменения в экспрессии генов хлоропластов не участвуют в быстрой адаптации к яркому свету?

Первый возможный ответ на этот вопрос, как утверждают авторы, заключается в том, что пластичность не всегда выгодна в краткосрочной перспективе. Интенсивность освещения меняется в течение каждого дня, и постоянное яркое освещение, применяемое здесь, может представлять лишь незначительную проблему для метаболизма растений. Более длительная акклиматизация к новой среде, скорее всего, потребует синтеза новых комплексов фотосинтеза.

Другой ответ на вопрос лежит за пределами хлоропласта. Поскольку большинство белков, локализованных в хлоропластах и отвечающих на стресс, кодируются в ядре, вполне вероятно, что для быстрой реакции на сильный свет требуется усиленная транскрипция ядерных, но не хлоропластных генов. Яркий свет быстро вызывает высвобождение активных форм кислорода, которые считаются основными ретроградными сигналами (от хлоропласта к ядру), вызывающими общеклеточные реакции (Crawford et al., 2018). Действительно, у арабидопсиса (Arabidopsis thaliana), переход к сильному свету вызывает изменения в цитозольных метаболитах и трансляцию в течение от нескольких секунд до минут с последующим высвобождением (синтезированных пластидами) гормонов и изменениями ядерной транскрипции в течение нескольких минут или часов (Dietz, 2015).

Работа Шустера и др. (2020) поддерживает модель, в которой, хотя аппарат фотосинтеза способен быстро приспосабливаться к повреждениям, вызванным сильным светом, механизм транскрипции хлоропластов реагирует менее быстро. Самый ранний стресс, по-видимому, разрешается посттрансляционными и физиологическими процессами и тяжелой работой ядра, в то время как хлоропластные гены задействуются только в том случае, если стрессовая ситуация становится новым стандартом.

Освещение для комнатных растений и стартовых семян

Свет – один из важнейших факторов выращивания комнатных растений. Всем растениям требуется свет для фотосинтеза — процесса внутри растения, при котором свет, кислород и вода преобразуются в углеводы (энергию).

Растениям требуется эта энергия, чтобы расти, цвести и производить семена. Без достаточного освещения углеводы не вырабатываются, запасы энергии истощаются, и растения погибают.

Как на растения влияет слишком мало или слишком много света

Когда растениям не хватает света, они не производят хлорофилл (зеленый пигмент растений), и растения могут становиться бледно-зелеными, желтыми и белыми.
Стебли растений становятся «длинноногими», то есть стебли становятся длинными и тонкими и, кажется, тянутся к источнику света.
Недостаток света приводит к тому, что у растения вырастают длинные промежутки на стеблях между узлами листьев (точки, где лист вырастает из стебля).
Растения без достаточного освещения также могут сбрасывать листья, особенно старые.
Вы можете обнаружить, что пестрое растение (бело-зеленые листья) может вернуться к чистому зеленому цвету.
Цветущие растения могут не дать цветочных бутонов.
Растения, подвергшиеся воздействию слишком большого количества света, могут привести к ожогам и обесцвечиванию листьев.

Выбор правильного растения для вашего доступного света

Нависающие крыши могут блокировать свет на часть дня. Несмотря на то, что это окно выходит на южную сторону с большим количеством естественного света, растения получают рассеянный свет большую часть дня.

Прежде чем посадить растение или начать выращивать семена, определите качество и продолжительность естественного освещения в вашем помещении. Затем выберите растения с требованиями к освещению, которые соответствуют вашей внутренней среде.

В то время как растение может переносить условия выращивания с более низким освещением, может потребоваться больше света для обеспечения густой листвы и цветения.

низкой освещенности

(PPF: 50-150 мкмоль м-2с-1 / 50-250 фут-кандел / 10-15 Вт)

Растение с низким освещением подойдет для северного окна или довольно темного угла.
Слабоосвещенные растения практически не требуют прямого света. В своей естественной среде выращивания эти растения являются «подростовыми растениями», что означает, что они растут под ветвями более крупных растений.
Слабого освещения недостаточно для запуска семян в помещении.
В среде с меньшим количеством света растения растут медленнее и потребляют меньше воды. Избегайте чрезмерного полива, ощупывая почву.

Средний свет

(PPF: 150-250 мкмоль м-2с-1 / 250-1,000 фут-кандел / 15-20 Вт)

Растение средней освещенности подойдет для окон, выходящих на восток, или рядом с окном, выходящим на запад, но без прямого света.
Вам понадобится искусственное освещение для запуска семян при среднем освещении.
Как и растения при слабом освещении, эти растения не высыхают так быстро. Избегайте чрезмерного полива, ощупывая почву.

Высокий свет

(PPF: 250-450 мкмоль м-2с-1 / более 1,000 фут-кандел, более 20 Вт)

Растение с высоким освещением подойдет для ярко освещенных мест, таких как окна, выходящие на юг или юго-запад.
Возможно, вы сможете прорастить семена без искусственного освещения, но семена, которым требуется больше времени в помещении, такие как помидоры и перец, могут стать длинноногими без дополнительного освещения.
Места с ярким освещением могут быть теплыми, из-за чего растения высыхают быстрее. Проверяйте эти растения чаще и поливайте, когда почва сухая.

Комнатные растения для разных условий освещения в помещении

Точно так же, как при выборе растений для солнечных или тенистых участков вашего открытого сада, важно выбрать растения, которые будут расти в существующих условиях освещения в помещении. И вы можете решить добавить искусственное освещение для выращивания, чтобы увеличить световую энергию ваших растений.

Следующие комнатные растения перечислены в соответствии с условиями освещения, которые обеспечивают наилучшую среду для выращивания в помещении.

Низкий свет Драцена трифасцитная, или змеиное растение, растет как подлесок на своей родине в Африке, на Мадагаскаре и в Азии.

Низкий уровень освещенности часто описывается как уровень освещенности, «достаточно яркий, чтобы читать газету». Большинство растений при слабом освещении выращивают из-за листвы, а не из-за цветов.

Растение с низким освещением подойдет для северного окна или довольно темного угла. В своей естественной среде выращивания эти растения являются «подростовыми растениями», что означает, что они растут под ветвями более крупных растений.

китайский вечнозеленый (Аглаонема)
Чугунный завод (г.Аспидистра)
Конский хвост на ладони (Бокарнея рекурвата)
Салонная пальма (Chamaedorea)
Тупая трость(Диффенбахия)
Драцена
английский плющ (англ.Хедера спираль)
Сторожевая или кентийская пальма (Хоуэйa)
Гомаломена
Потос (сциндапсус)
Филодендрон
Леди пальма (Рапис превосходный)
Змеиное растение (Драцена трифасцитная; раньше Сансевиерия трифасциата)
Лилия мира (Спатифиллум)
Стреловидное растение (Сингониум)
Зи-зи растение (Замиокулькас)

Растения среднего и слабого освещения, такие как эта розовая бегония и два китайских вечнозеленых растения (Аглаонема) хорошо растут в местах с флуоресцентным освещением, например, в вестибюле офиса.

Эти растения хорошо растут в помещении в хорошо освещенных местах, например, на окнах, выходящих на восток, или рядом с окном, выходящим на запад, но без прямого солнечного света. Вы часто найдете растения средней освещенности в местах, где флуоресцентные лампы горят весь день, например, в офисном здании.

Hippeastrum

Слоновье ухо (Alocasia)
Сосна острова Норфолк (араукария)
Спаржевый папоротник (Спаржа)
Резиновый завод (Фикус эластичный)
Фига Фиддллиф и плакучая фига (Фикус)
Бегонии (Бегония)
Паутинное растение (хлорофитум)
Виноградный плющ (Циссус)
лист аукубы (англ.Аукуба Японика)
Кротон (Кодиеум)
Нефритовое растение (Крассула)
Фиолетовое пламя (Эписция)
шеффлера (Шеффлера)
Восковое растение, индуистское веревочное растение (Hoya)
Пеперомия (Пеперомия)
Монстера (Монстера Deliciosa)

Области с высоким освещением — это ярко освещенные места, например, окна, выходящие на юг или юго-запад. Как правило, большинству растений, выращиваемых ради цветов, требуются условия для выращивания с высокой освещенностью.

Добавление искусственного освещения

Можно добавить искусственное освещение, чтобы компенсировать недостаток естественного солнечного света. Как только у вас появится представление о доступном освещении в вашем пространстве и растениях, которые вы хотели бы выращивать, вы можете решить добавить дополнительное освещение.

Наиболее распространенными типами освещения являются светодиодные и люминесцентные лампы, но вы можете увидеть лампы накаливания и натриевые лампы высокого давления при покупке. У каждого типа есть свои плюсы и минусы, и все их можно найти в местных хозяйственных магазинах или в Интернете.

Типы светильников для выращивания

LED (светоизлучающий диод)

Очень энергоэффективности
Широкий спектр света
Не производить слишком много тепла
Широкий выбор стилей и размеров

Более высокая первоначальная стоимость, чем у других ламп
Яркий свет может отвлекать

Флуоресцентный

Умеренно энергоэффективный
Более низкая первоначальная стоимость
Некоторые излучают свет только в сине-зеленом спектре, другие имеют более широкий спектр, включающий красный свет; проверить этикетку

Не так долго, как светодиоды
Используйте больше энергии, чем светодиоды

Лампа накаливания

Самая низкая первоначальная стоимость

Энергоэффективность
Создать тепло
Не так долго (в некоторых случаях)
Дальний красный свет заставляет растения вытягиваться

Читайте также:

Лучшее место для увлажнителя

Галогенид натрия и металла высокого давления

Излучают значительный свет на большой площади поверхности
Наиболее часто используемый коммерческий источник света

Лучше для крупномасштабных систем из-за большого размера; нужно повесить на большой высоте
Старая технология
Выпустить много тепла
Не весь свет подходит растениям

Факторы, которые следует учитывать при оценке света

Интенсивность света

Интенсивность света – это яркость света. Количество света, излучаемого лампочкой, измеряется различными способами, и, к сожалению, две разные лампочки могут сообщать о своей светоотдаче, используя разные измерения, что затрудняет сравнение. Расстояние между источником света и растением влияет на интенсивность света.

Несмотря на то, что существует множество способов измерения света, вы, вероятно, увидите несколько распространенных измерений, в том числе:

PPF (фотосинтетический поток фотонов) является мерой того, сколько полезного для растений света высвобождается лампой в секунду и измеряется в микромолях света на метр в секунду (умоль м-2с-1). Вы также можете увидеть PPFD (плотность фотосинтетического потока фотонов), которая является мерой PPF, когда он достигает поверхности, такой как лист растения. PPFD снижается по мере того, как ваши растения удаляются от источника света.
Фут-свеча это количество света, получаемого поверхностью площадью 1 квадратный фут, расположенной на расстоянии одного фута от источника света, равного одной свече. Он используется не так часто, хотя вы можете найти его в старых справочниках.
Яркость, люмен менее актуальны при рассмотрении освещения для растений. Люмены измеряют яркость света для человеческого глаза и не измеряют некоторые важные длины волн, необходимые растениям для роста.
МОЩНОСТЬ являются мерой количества энергии, необходимой для производства света, а не мерой фактической интенсивности света. Лампы накаливания должны сообщать как о ваттах, так и о других показателях силы света, таких как PPF, люмены или фут-свечи. Более эффективная лампочка будет производить больше света с меньшим количеством ватт энергии.

Расстояние от источника света

Соблюдение достаточного расстояния между растениями и источником света особенно важно при использовании ламп, которые выделяют много тепла, таких как лампы накаливания и натриевые лампы высокого давления. Но даже со светодиодными и люминесцентными лампами соблюдение надлежащего расстояния помогает обеспечить здоровый рост растений.

Саженцы: 4-6 дюймов (регулярно поднимайте свет по мере их роста)
Гидропонный салат и травы: 6-12 дюймов
Листовые комнатные растения: 12-24 дюйма
Цветущие комнатные растения: 6-12 дюймов

Качество света

Качество света относится к длине волны или цвету света. Световой спектр состоит из красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего, индиго и фиолетового света. Солнечный свет дает все цвета света.

Часть светового спектра, которую используют растения, называется фотосинтетически активной радиацией, которая состоит в основном из красного и синего света.

По мере того, как технологии освещения становились все более эффективными, все большее распространение получили лампы для выращивания растений, которые излучают свет только с красной и синей длинами волн светового спектра.

Перед покупкой проверьте упаковку, чтобы узнать, какой тип света излучает лампа для выращивания; лампы для выращивания, как правило, обозначаются синим, красным или белым/сбалансированным светом.

Лампы синего или смешанного света подходят для выращивания семян и листовой зелени, а также нецветущих комнатных растений.
Лампы красного света или лампы смешанного света подходят для стимулирования образования бутонов у цветущих растений, а также для сохранения высоты растений.
Белый свет или лампы смешанного/сбалансированного света подходят для большинства растений на любой стадии роста.

Продолжительность света

Продолжительность освещения (фотопериод) — это количество часов света, которое необходимо растению в сутки. Растения классифицируются по фотопериоду на три категории реакции цветения: короткий день, длинный день или нейтральный день.

Комнатным растениям с коротким днем, таким как хризантемы, кактусы на День Благодарения и Рождество и пуансеттия, для цветения требуется короткий день. Вы не можете перецветать их в помещении, если они не выращены в короткие дни.
Растения длинного дня, такие как африканские фиалки, глоксинии и клубневые бегонии, цветут, когда дневной свет превышает часы ночного периода.
Растения с нейтральным днем нечувствительны к разнице в длине дня для цветения и включают комнатные растения, такие как цветущий клен (Abutilon), кроссандра и герберы.

Используйте таймер, чтобы обеспечить дополнительное освещение, если растение растет в месте с недостаточным естественным освещением. Установите таймер так, чтобы растения получали следующие полные световые часы.