Kui sulle meeldib kodus kasvama Kui te töötate kasvuhoonetega, olete ilmselt mingil hetkel mõelnud, kas Punane tuli on taimedele tõesti kasulik Või on see lihtsalt järjekordne aiandusmüüt?
Viimastel aastatel on vohavalt levinud värvilised LED-lambid, täisspektriga paneelid ja isegi „imelised” kasvuhooneplastid ning teaduse ja turunduse eristamine pole alati lihtne.
Tegelikkus on see, et taimed kasutavad valgust palju keerukamal viisil, kui esmapilgul paistab. Iga spektri värv toimib selgelt eristuva ja aktiivse signaalina. väga spetsiifilised füsioloogilised reaktsioonidIdanemisest õitsemiseni, sealhulgas varte, juurte ja lehtede kasvuni, mängivad selles helendavas keeles juhtivat rolli punane ja kaugpunane valgus (lähiinfrapuna).
Taimede poolt kasutatava valgusspektri mõistmine
Taimed ei näe valgust nii nagu meie.Nad "lagundavad selle" lainepikkusteks ja käivitavad neist olenevalt erinevaid protsesse. Taimekasvu seisukohalt kõige huvitavam laineala on fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus, mille lainepikkused on umbes 400–700 nanomeetrit (nm) ja mis langeb kokku nähtava valgusega.
Selles vahemikus neelduvad klorofüll a ja b intensiivsemalt kahes piirkonnas: ühes sinine (umbes 400–450 nm) ja teine sees punane (umbes 600–700 nm)Seepärast on punaste ja siniste LED-ide kombinatsioonid vallutanud nii palju siseruumides kasvatatavaid taimi: need koondavad energia just sinna, kus taim seda kõige paremini kasutab.
Kuid see pole ainult fotosüntees. Teised pigmendid ja spetsiifilised retseptorid, näiteks fütokroomid, krüptokroomid ja fototropiinid, koguvad teavet selle kohta. valguse kvaliteet, kestus ja suundSee teave avaldub taime kuju muutustes (fotomorfogenees), geenide aktiveerimises või pärssimises, õitsemise ajas ja isegi varjule reageerimises.
Seega pole võtmetähtsusega mitte ainult "anda palju valgust", vaid pakkuda õige värvisegu ja õige fotoperiood iga liigi ja kultivatsioonietapi puhul. Just seal muutuvad punane ja kaugpunane valgus eriti huvitavaks.
Punane valgus: 600 kuni 700 nm
Kui me räägime aianduses punasest valgusest, peame üldiselt silmas lainepikkusi vahemikus ligikaudu 620 ja 700 nmSee spektriala on nii fotosünteesi kui ka arengu kontrollimise jaoks ülioluline.
Fotosünteesi seisukohast on punane riba (nimega Qy) üks järgmistest kõrgemad kvantsaagisedIga neeldunud punase footoni kohta suudab taim toota palju kasulikku keemilist energiat. Seega parandab selle spektriosa tugevdamine saagi üldist efektiivsust, eriti piiratud loomuliku valguse korral.
Kuid nähtav punane värvus sellega ei piirdu. See osaleb ka fütokroomide poolt reguleeritud protsessides, näiteks seemnete idanemine, varre pikenemine või õitsemise algus paljudes lühi- või pikapäevaliikides. Tegelikult võivad väikesed erinevused punase ja teiste värvide suhtes taime käitumist täielikult muuta.
Sise- või kasvuhoonekasvatuses, kus valgustust täpselt reguleeritakse, võimaldab punase valguse lisamine sobivas proportsioonis kasutage iga energiavatti paremini ära, suunata kasvumustrit ja lühendada tootmistsükleid, eriti lille- ja puuviljakultuuride puhul.
Kaugpunane valgus (700 kuni 800 nm)
Nähtava punase taga leiame nn. kaugelt punane või lähiinfrapuna, ligikaudu 700 ja 800 nm vahel. Palja silmaga tajume seda vähe või üldse mitte, kuid taimed tuvastavad seda fütokroomide kaudu suure tundlikkusega.
See segment on tihedalt seotud selliste vastustega nagu varju vältimineTaim, mis saab punase valgusega võrreldes palju kaugpunast valgust, tõlgendab seda teiste taimede lehtede varjus olevaks, sest ülemised lehed neelavad suure osa punasest valgusest ja lasevad rohkem kaugpunast valgust läbi. Reaktsioonina kipub taim oma varsi ja leherootsu venitama, et varjust "põgeneda".
Samal ajal mõjutab ka kaugpunane valgus õitsemise esilekutsumine ja võib teiste spektritega kombineerituna moduleerida fotosünteesi. Kõrgetasemelistes aiandusvalgustussüsteemides kasutatakse nende reaktsioonide peenhäälestamiseks sageli spetsiifilisi lainepikkusi umbes 730 nm.
Väga selge näide on täiustatud aianduslikud LED-id, näiteks Moonleds Horticulture'i tootesarja tooted, mis sisaldavad dioode 730 nm koos laia spektriga sihtmärkidegaSee strateegia jäljendab paremini tõelist päikesevalgust, kus alati on kaugpunast valgust, ja võimaldab loomulikumat kasvu, kontrollides samal ajal täpselt kasvu- ja õitsemisfaase.
Kuidas taimed olemasolevat punast valgust kasutavad?
Taime sees püüavad punaseid ja kaugpunaseid footoneid kinni erinevad süsteemid. Ühelt poolt kloroplasti fotosünteetilised pigmendid (klorofüllid ja teised) kasutavad punast peamiselt süsivesikute valmistamiseks; fütokroomid seevastu toimivad sensoritena, mis tõlgivad valguse kvaliteedi biokeemilisteks signaalideks.
Punase tule kahetine roll selgitab, miks see saab samal ajal suurendada biomassi tootmist ja käivitavad faasimuutusi, näiteks üleminekut vegetatiivsest kasvust reproduktiivsele kasvule. Taime reaktsiooni kiirus sõltub liigist, selle arengustaadiumist ja muudest keskkonnatingimustest.
Mitmed uuringud on näidanud, et punase komponendi tugevdamine salatis, tomatis või dekoratiivlilledes suurendab fotosünteesi kiirus ja biomassi akumuleerumineeriti kui baasvalgus on nõrk või kui kasvutsükkel on lühike. Ilutaimedel võib õitsemine olla rikkalikum ja ühtlasem.
Siiski kipub ainult punane valgustus taimi tekitama liiga pikk ja halvema struktuurigaSeepärast rõhutatakse, et punast tuleks alati kasutada koos teiste värvidega, eriti sinisega, mis tihendab taime kuju ja parandab lehestiku kvaliteeti.
Fütokroomid: punase ja kaugpunase valguse sensorid
Fütokroomid on spetsialiseerunud valgud, mis toimivad järgmiselt: kahepositsiooniline molekulaarne lülitiNeid esineb kahes vormis: Pr, mis neelab peamiselt punast valgust, ja Pfr, mis reageerib paremini kaugpunasele valgusele. Taim lülitub pidevalt nende olekute vahel olenevalt valgusest, mida ta saab.
Kui fütokroom Pr-vormis neelab punast valgust, muundub see Pfr-iks, mis on aktiivne vorm mis käivitab palju reaktsioone: alates mõnede seemnete idanemisest kuni liigse varre pikenemise pidurdumise või teatud liikide õitsemise aktiveerumiseni.
Kui sama Pfr-olekus molekuli uuesti lähiinfrapunavalgusega (kaugpunasega) töödelda, saab selle uuesti Pr-iks muuta. See edasi-tagasi protsess, mis sõltub valguse värvusest, võimaldab taimel hinnata punase ja kaugpunase vaheline seos ja teha otsuseid selle põhjal, kas see on täispäikeses, osalises varjus, koidikul või videvikus.
Lisaks muutub Pfr pimeduse ajal aeglaselt spontaanselt Pr-iks. See Pfr-i järkjärguline ammendumine on võtmetähtsusega ... fotoperiodism ja ööpäevarütmidsest taim „mõõdab“ öö pikkust selle põhjal, kui palju Pfr-i koidikul alles on.
Kuidas taimed punasele valgusele reageerivad?
Punase valguse ja fütokroomi poolt reguleeritavad reaktsioonid ulatuvad peentest muutustest kuni radikaalsete transformatsioonideni elutsüklis. Mõned kõige olulisemad kultiveerimise seisukohast on idanemine, varre pikenemine, õitsemine ja klorofülli süntees.
Valgustundlike seemnete puhul võib lühikesest punase valguse käes viibimisest piisata, et aktiveerida idanemistsamas kui järgnev kaugpunase valguse impulss võib selle efekti tühistada. See käitumine sobib ökoloogilise loogikaga: taim tahab idaneda siis, kui valgustingimused näitavad, et see on pinna lähedal, mitte maetud taimejäätmete kihi alla.
Kasvu tasandil moduleerib fütokroom internode ja võrse pikkusNähtava punase valguse rohkuse käes on varred tavaliselt kompaktsemad ja tugevamad. Kui domineerib kaugpunane valgus, käivitub varju vältimise reaktsioon ja taim sirutab varsi, et konkurentsist pääseda.
Õitsemine on ehk kõige suurejoonelisem reaktsioon. Lühipäevataimedel (SDP), pikapäevataimedel (LDP) või keerukama fotoperioodilise reaktsiooniga taimedel on öösel järelejäänud Pfr-i hulk signaal, mis määrab, kas õitsemisprotsess aktiveerub või mitte. florigeen (FT mRNA), valgu virgatsaine, mis koos teiste geenidega, näiteks CONSTANS-iga, käivitab ülemineku reproduktiivsele faasile.
See muutus ei toimu üleöö: see nõuab teatud arv öid sobiva pimeduse kestusegaNendel perioodidel sünkroniseeruvad sisemine kell (ööpäevarütm) ja fütokroomide seisund. Öö lühike katkestus punase valgusega võib lühikese päevaga taimede õitsemist aeglustada; õigeaegne punase või kaugpunase valguse impulss võib pika päevaga liikide õitsemist kiirendada.
Muud fotoretseptorid: sinine, UV ja tasakaalustatud punase valgusega
Kuigi artikkel keskendub punasele, ei saa taime käitumist mõista ilma teisi arvestamata. Peamised fotoretseptorid: krüptokroomid ja fototropiinid, mis reageerivad peamiselt sinisele ja ultraviolettkiirgusele.
Krüptokroomid püüavad kinni valgust lainepikkuste vahemikus 320–500 nm ja osalevad õhulõhede avanemise kontroll, pigmentide, näiteks antotsüaniinide süntees, lehtede orientatsioon ja liigse pikenemise pärssimineTeisisõnu: need aitavad taimel olla kompaktne, hästi pigmenteerunud ja vett tõhusalt majandada.
Fototropiinid, mis on tundlikud ka sinise ja UV-valguse suhtes, vastutavad fototropism (et taim paindub valguse poole) ja kloroplastide liikumine rakkudes, et vältida liigsest valgusest tulenevaid kahjustusi. Samuti mängivad need rolli õhulõhede avanemise reguleerimisel.
Kui taimedele antakse liiga palju punast valgust ilma piisava siniseta, kipuvad neil arenema pikad ja nõrgad varred, õhemad lehed ja nõrgem veetasakaalu kontroll. Mõlema spektri kombineerimine võimaldab teil saada ... tugevad, hästi arenenud ja hea fotosünteesivõimega taimed.
Seetõttu soovitatakse praktikas punase ja sinise erinevaid proportsioone olenevalt faasist: rohkem sinist faasi ajal vegetatiivne kasv (70–80% sinist ja 20–30% punast tihedate ja vastupidavate lehtede soodustamiseks; ning rohkem punast faasides õitsemist ja vilja kandmist (60–80% punast ja ülejäänud sinist), et soodustada õite ja viljade moodustumist ning suhkrute kogunemist.
Innovatsioonid: UV-valguse muundamine kasulikuks punaseks valguseks
Üks väga huvitav uurimissuund püüab lisaks punaste LED-ide lisamisele ka olemasolevat päikesevalgust paremini ära kasutadaSelles kontekstis ilmuvad materjalid, mis on võimelised ultraviolettkiirgust (UV-kiirgust) fotosünteesiks kasutatavaks punaseks valguseks muutma.
Hokkaido ülikooli ja WPI-ICReDD instituudi interdistsiplinaarne meeskond on välja töötanud euroopiumikompleksiga (Eu³+) kaetud plastlehedSee kate muudab osa UV-valgusest punaseks, suurendades klorofüllidele kasulike footonite osakaalu, blokeerimata ülejäänud kasulikku nähtavat valgust.
Kasvuhoonetes sisaldavad plastkiled tavaliselt lisandeid, mis blokeerivad UV-kiirgust, et vältida DNA kahjustusi ja fotoinhibitsiooni. Tavaliselt kaob see energia soojusena. Nende uute materjalide puhul ei haju... UV-valgus muutub punaseks valguseks mida taimed saavad kasutada, suurendades seeläbi süsteemi üldist efektiivsust ilma elektrit tarbimata.
Mangoldi katsed näitasid, et talvel, kui päikesevalgus on nõrgem, saavutasid Eu³+ kattega lehtede all kasvatatud taimed 1,2 korda suurem kõrgus ja 1,4 korda suurem biomass 63 päeva pärast võrreldes tavapärase kile abil kasvatatud taimedega. Suvel, rohke kiirguse korral, olid erinevused väiksemad.
Midagi sarnast täheldati ka Jaapani lehise seemikutel: esimestel kasvukuudel nende kilede all saavutasid puud a varre läbimõõt 1,2 korda suurem ja kogubiomass 1,4 korda suurem, mis võimaldas Hokkaido metsanduses standardse istanduse suuruse saavutamiseks kuluvat aega lühendada kahelt aastalt ühele.
Lisaks tootlikkuse parandamisele külmas kliimas on sellel tehnoloogial tohutu eelis: See ei vaja elektrit.Teadlased toovad välja, et kiirgava iooni muutmise abil saavad nad kohandada kiirgavat värvi (roheline, kollane jne) ja kujundada erinevat tüüpi põllukultuuridele sobivaid katteid, avades seeläbi terve innovatsioonitee põllumajandus- ja metsandustehnikas.
Fotoperiood, ööpäevarütmid ja punase valguse roll
Lisaks energia andmisele toimib valgus ka bioloogiliste rütmide südamestimulaatorid taimest. Need ööpäevased rütmid korraldavad, millised protsessid aktiveeritakse igal kellaajal: millal toodetakse pigmente, millal avanevad õhulõhed, millal valmistatakse ette õitsemisstruktuure jne.
Fotoperiodism kirjeldab taimede reaktsiooni päikesevalgusele. valguse ja pimeduse suhteline kestusPaljud liigid ei otsusta õitsemise üle päevase valguse koguhulga, vaid pigem katkematu öö pikkuse põhjal. Selles öises loendamises on määravaks teguriks fütokroomi seisund (Pr/Pfr suhe).
Öö segamine punase valguse impulssidega võib lühikese päevaga taimi "petta" nii, et nad ei õitseks, mis on lillekasvatuses kasulik müügihooaja kontrollimiseks. Seevastu punase valguse kombineerimine kaugpunase valgusega võib aidata õitsemise aja kohandamine pikapäevaliikidel või põllukultuuridel, mille eesmärk on tootmise sünkroniseerimine.
Samuti on olemas päevaneutraalseid liike, mis on fotoperioodi suhtes vähem tundlikud ja reageerivad peamiselt teistele teguritele (temperatuur, toitumisseisund, hormoonid). Sellegipoolest mõjutab valguse kvaliteet (sh punane riba) nende liikide käitumist. Taimede arhitektuur ja fotosünteesi efektiivsus.
Punane LED-valgustus ja siseruumides kasvatamise süsteemid
Siseruumides kasvatamisel, kus loomulikku valgust on vähe või üldse mitte, on LED-lambid tänu oma ... suures osas asendanud selliseid tehnoloogiaid nagu HPS või LEC. suurem energiatõhusus, madalam soojuseraldus ja täpne spektrikontrollSee võimaldab valgust "kujundada" vastavalt saagi vajadustele.
Õitsemisele omased süsteemid sisaldavad tavaliselt tugevat punast komponenti, sageli kombineerituna kaugpunasega. Aktiveerib fütokroome ja soodustab kiiret ning ühtlast õitsemistVõrreldes traditsiooniliste HPS-lampidega võimaldavad LED-id punaste, siniste ja teiste ribade suhte paremat modulatsiooni, vältides teatud venitus- ja ülekuumenemisprobleeme.
Aianduses kasutatavad täisspektriga paneelid integreerivad tavaliselt valged LED-id (mis katavad suure osa nähtavast spektrist) punaste, kaugpunaste ja paljudel juhtudel ka mõne täiendava sinise LED-iga. Lahendused, nagu näiteks Moonleds Horticulture'i valgustid, kasutavad seda kombinatsiooni, lisades 730 nm päikeseloojangu valguse simuleerimiseks ja optimeerida nii kasvu kui ka õitsemise indutseerimist.
LED-idega töötamine lihtsustab ka fotoperioodide reguleerimist: taimerid ja kontrollerid võimaldavad teil valguse ja pimeduse tunde täpselt reguleerida ning isegi sisse lülitada lühikesed teatud värvi "impulsid" keset ööd, et manipuleerida väga spetsiifiliste reaktsioonidega ilma tarbimist käivitamata.
Kui õitsemise ajal võrrelda HPS-i, LEC-i ja LED-i, siis LED-id on esikohal. tarbimine, eluiga ja spektri kohandamise võimalusHPS pakub endiselt head punast intensiivsust, kuid suure kuumuse ja väiksema paindlikkuse hinnaga; LEC parandab spektraalset jõudlust võrreldes HPS-iga, kuigi need on siiski vähem mitmekülgsed kui hästi disainitud LED-süsteemid.
Kuidas punast valgust kodus ja kasvuhoones ära kasutada
Kõige selle rakendamine väikeses mastaabis ei ole nii keeruline. Harrastaja või väiketootja jaoks on oluline mõista, et Punane on tugevdus, mitte ainus värv, mida taimed vajavadAinult punasele valgustusele lootmine annab sageli kehva konstruktsioonitulemuse.
Lihtne variant on LED-lambid või -paneelid, mis kombineeruvad punane, sinine ja valgeDekoratiivsete lehtköögiviljade jaoks (palju toataimiSoovitatav on segu, kus on ülekaalus valge ja veidi sinist, jättes punase mõõdukaks täienduseks. Lühikese kasvutsükliga köögiviljade (salat, basiilik) või dekoratiivsete potilillede puhul võib punase osakaalu suurendamine õitsemisfaasis oluliselt parandada õite arvu ja kvaliteeti.
Edasijõudnute siseruumides kasvatamisel kasutatakse tavaliselt 16–18-tunnist valguse ja 6–8-tunnist pimeduse tsükleid, reguleerides punase osakaalu vastavalt soovile. stimuleerida vegetatiivset kasvu või õitsemistKasutatakse ka keerukamaid strateegiaid, näiteks lühikeste sinise valguse impulsside sisseviimist öösel, et mõjutada õhulõhesid, häirimata punase ja kaugpunase valguse poolt kontrollitavat fotoperioodi.
Kasvuhoonetes on lisaks lisavalgustusele hakanud tähtsust koguma ka järgmine: passiivsed lahendused, näiteks UV-→punased konversioonikiledNeed tehnoloogiad võimaldavad olemasolevat päikesevalgust paremini ära kasutada ilma elektritarbimist suurendamata. Eriti talvel või kõrgetel laiuskraadidel võivad need tehnoloogiad oluliselt mõjutada kasvu- ja tootmisaega.
Nende kombinatsioonide ja päevavalgustundide arvuga mängides on võimalik punane tuli muuta tõeliseks liitlane saagikuse parandamiseks, tsüklite lühendamiseks ja lõpptoote kvaliteedi paremaks kontrollimiseksnii professionaalsetes põllukultuurides kui ka nõudlikes koduaedades.
Kõik, mida me täna teame, näitab, et punane ja kaugpunane valgus ei ole mööduv moehullus, vaid võimsad tööriistad, kui need on integreeritud... tasakaalustatud valgustusskeem, mis on kohandatud fotoperioodile ja mida toetavad sobivad tehnoloogiadOptimeeritud spektriga LED-idest kuni UV-kiirgust punaseks muundavate kiledeni – iga värvi ja taimede omavahelise suhtluse mõistmine võimaldab teil liikuda „õnnestumisest“ kriteeriumide ja palju prognoositavamate tulemustega taimede kasvatamiseni.
