Как нерегулярное освещение влияет на циркадные ритмы растений
Учёные знают, что растения могут «чувствовать» продолжительность дня и «планировать» свой рост в соответствии с конкретными условиями окружающей среды. В основе этих природных процессов лежат циркадные ритмы — 24-часовые циклы, наблюдаемые в большинстве биохимических и физиологических процессов. Растения лучше растут в циркадных условиях, соответствующих естественной среде, но до сих пор было неясно, как внутренние часы растений реагируют на нерегулярное освещение, например, в теплицах.
Теплицы в северных широтах сильно зависят от дополнительных источников света для увеличения светового дня. Новые энергоэффективные системы, чтобы экономить электроэнергию и снижать затраты, включают свет только в часы с низким тарифом и выключают его в периоды пиковой нагрузки утром и днём. Хотя такие системы экономичнее традиционных, они создают нерегулярные световые режимы, где естественный солнечный свет прерывается искусственным освещением, что является проблемой как для растений, так и для производителей.
Учёные из Дании Катрин Хейнсвиг Кьер и Карл-Отто Оттосен из Департамента садоводства Орхусского университета в исследовании, опубликованном в Journal of the American Society for Horticultural Science, изучили реакцию растений на прерывистые световые циклы. Они пояснили, что, хотя циркадные ритмы имеют большое значение для роста растений в изменчивых условиях, оставалось неизвестным, как растения с работающими внутренними часами реагируют на нерегулярное освещение, нарушающее связанные с ростом циркадно-регулируемые параметры.
Для эксперимента использовали 300 черенков хризантемы (Chrysanthemum morifolium 'Coral Charm'), которые 2 недели выращивали при 19-часовом световом дне. Затем растения случайным образом разместили в двух тепличных отсеках с одинаковой температурой и концентрацией CO2. Дополнительное освещение подавалось в виде нерегулярных световых прерываний ночью, контролируемых на основе прогнозируемой солнечной радиации и цен на электроэнергию. Рост, с точки зрения прироста углерода, линейно коррелировал как с длиной дня, так и с суточной интегральной освещённостью.
Наблюдения показали, что хризантемы, выращенные при коротком дне с нерегулярными световыми прерываниями ночью, демонстрировали более быстрое развитие листьев и рост стебля по сравнению с растениями в условиях последовательного длинного светового периода. Это доказывает, что низкая средняя интенсивность света способствует увеличению фотосинтетической площади растений. Хотя эксперименты подтвердили, что нерегулярные световые периоды нарушают циркадный ритм и вызывают изменения характеристик листьев, исследование также показало, что растения способны естественным образом адаптироваться к таким условиям.
По мнению Кьер и Оттосена, их работа поможет операторам теплиц экономить энергию на использовании дополнительного освещения.