Влияние спектрального состава света светодиодных ламп на развитие растений картофеля in vitro

Исследования проводили с целью выявления оптимального спектрального состава светодиодных ламп для искусственного освещения при выращивании микроклонов картофеля (Solanum tuberosum L.). Всего было собрано 9 экспериментальных ламп и изучен спектральный состав каждой из них с использованием метода PAR-метрии. Далее каждую лампу помещали в затемненный бокс для исключения влияния естественного света и размещали по 10 микроклонов картофеля на питательной среде Мурасиге-Скуга в стеклянных пробирках с ватной пробкой. Для количественного учета морфофизиологических показателей измеряли высоту стеблей, количество междоузлий и корней на 1, 7 и 14 день. Для каждого параметра были введены расчетные величины – скорость и ускорение. В конце эксперимента микроклоны картофеля извлекали из пробирок, определяли массу зеленой части и содержание хлорофилла. Анализ данных проводили с использованием языка программирования R. Для выявления значимых изменений выполняли тест Краскела-Уоллиса и пост-хок тест Данна. Лучше всего для целей тиражирования микроклонов картофеля подходит лампа с соотношением спектров красный:зеленый:голубой (RGB) 56:35:9. При таком освещении статистически значимо увеличивается длина растений, по сравнению с контролем, на 57 %. Лампу с соотношением RGB 13:1:86 можно использовать для тех микроклонов картофеля, которые выращивают для высадки в грунт. В этой экспериментальной группе длина корней увеличилась, по сравнению с контролем, на 3 %. Результаты исследований можно использовать при выращивании картофеля под искусственным освещением.

1. Effect of spectral quality of monochromatic LED lights on the growth of artichoke seedlings / R. C. Rabara, G. Behrman, T. Timbol, et al. // Front Plant Sci. 2017. Vol. 8. Article 190. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2017.00190/full (дата обращения: 06.06.2023). doi: 10.3389/fpls.2017.00190.

2. Supplementary far-red and blue lights influence the biomass and phytochemical profiles of two lettuce cultivars in plant factory / Y. Li, L. Wu, H. Jiang, et al. // Molecules. 2021. Vol. 26. No. 23. Article 7405. URL: https://www.mdpi.com/1420-3049/26/23/7405 (дата обращения: 06.06.2023). doi: 10.3390/molecules26237405.

3. Response of basil growth and morphology to light intensity and spectrum in a vertical farm / D. H. Larsen, E. J. Woltering, C. C. S. Nicole, et al. // Front Plant Sci. 2020. Vol. 11. Article 597906. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.597906/full (дата обращения: 06.06.2023). doi: 10.3389/fpls.2020.597906.

4. Rahman M. M., Vasiliev M., Alameh K. LED illumination spectrum manipulation for increasing the yield of sweet basil (Ocimum basilicum L.) // Plants (Basel). 2021. Vol. 10. No. 2. Article 344. URL: https://www.mdpi.com/2223-7747/10/2/344 (дата обращения: 06.06.2023). doi: 10.3390/plants10020344.

5. Leaf development and energy yield of hydroponic sweetpotato seedlings using single-node cutting as influenced by light intensity and LED spectrum / D. He, Z. Yan, X. Sun, et al. // J Plant Physiol. 2020. Vol. 254. Article 153274. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0176161720301644?via%3Dihub (дата обращения: 06.06.2023). doi: 10.1016/j.jplph.2020.153274.

6. Optimization of photosynthetic photon flux density and light quality for increasing radiation-use efficiency in dwarf tomato under LED light at the vegetative growth stage / X. Ke, H. Yoshida, S. Hikosaka, et al. // Plants (Basel). 2021. Vol. 11. No. 1. Article 121. URL: https://www.mdpi.com/2223-7747/11/1/121 (дата обращения: 06.06.2023). doi: 10.3390/plants11010121.

7. LED lighting strategies affect physiology and resilience to pathogens and pests in eggplant (Solanum melongena L.) / J. A. Dieleman, H. M. Kruidhof, K. Weerheim, et al. // Front Plant Sci. 2021. Vol. 11. Article 610046. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.610046/full (дата обращения: 08.06.2023). doi: 10.3389/fpls.2020.610046.

8. Bluelight added with red LEDs enhance growth characteristics, pigments content, and antioxidant capacity in lettuce, spinach, kale, basil, and sweet pepper in a controlled environment / M. T. Naznin, M. Lefsrud, V. Gravel, et al. // Plants (Basel). 2019. Vol. 8. No. 4. Article 93. URL: https://www.mdpi.com/2223-7747/8/4/93 (дата обращения: 09.06.2023). doi: 10.3390/plants8040093.

9. Application of light-emitting diodes for improving the nutritional quality and bioactive compound levels of some crops and medicinal plants / W. S. Jung, I. M. Chung, M. H. Hwang, et al. // Molecules. 2021. Vol. 26. No. 5. Article 1477. URL: https://www.mdpi.com/1420-3049/26/5/1477 (дата обращения: 09.06.2023). doi: 10.3390/molecules26051477.

10. Стахеева Л. М. Тенденции развития отрасли растениеводства в России // Право и управление. 2022. № 10. С. 189–194.

11. Innovative technology for growing potato minitubers on aerohydroponic / O. K. Khutinaev, C. G. Dzhioeva, S. S. Basiev, et al. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. No. 624. Article 012054. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/624/1/012054 (дата обращения: 09.06.2023). doi: 10.1088/1755-1315/624/1/012054.

12. Федорова Ю. Н., Лебедева Н. В. Влияние света разного спектрального состава на рост растений картофеля in vitro // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. 2016. № 4. С. 2–7.

13. Production of potato (Solanum tuberosum L.) seed tuber under artificial LED light irradiation in plant factory / M. H. Rahman, M. O. K. Azad, M. J. Islam, et al. // Plants (Basel). 2021. Vol. 10. No. 2. Article 297. URL: https://www.mdpi.com/2223-7747/10/2/297 (дата обращения: 09.09.2023). doi: 10.3390/plants10020297.

14. Transcriptome analysis and physiological responses of the potato plantlets in vitro under red, blue, and white light conditions / J. Xu, Z. Yan, Z. Xu, et al. // 3 Biotech. 2018. Vol. 8. No. 9. Article 394. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s13205-018-1410-0 (дата обращения: 09.06.2023). doi: 10.1007/s13205-018-1410-0.

15. Effects of green and red lights on the growth and morphogenesis of potato (Solanum tuberosum L.) plantlets in vitro / X. Ma, Y. Wang, M. Liu, et al. // Scientia Horticulturae. 2015. Vol. 190. P. 104–109. doi: 10.1016/j.scienta.2015.01.006.

16. Response of photosynthate distribution in potato plants to different LED spectra / W. He, J. Li, M. Pu, et al. // Funct Plant Biol. 2020. Vol. 47. No. 12. P. 1128–1137. doi: 10.1071/FP20131.

17. Влияние спектрального состава света на физиологический ответ картофеля in vitro / А. М. Варушкина, А. И. Яхина, А. С. Ширинкина и др. // Аграрный научный журнал. 2021. № 4. С. 8–11. doi: 10.28983/asj.y2021i4pp8-11.

18. Effects of red and blue LEDs on in vitro growth and microtuberization of potato single-node cuttings / L. Chen, X. Xue, Y. Yang, et al. // Frontiers of Agricultural Science and Engineering. 2018. Vol. 5. No. 2. P. 197–205. doi: 10.15302/J-FASE-2018224.

19. Ковалева О. А., Страшкевич О. В. Содержание свободных фитогормонов в меристемных регенератах картофеля (Solanum tuberosum L.) при ультрафиолетовом облучении // Репозиторий БПГУ. 2009. 6 с. URL: http://elib.bspu.by/bitstream/doc/1799/1/%d0%9a%d0%be%d0%b2%d0%b0%d0%bb%d0%b5%d0%b2%d0%b0%202.pdf (дата обращения: 09.09.2023).

20. Картофель Легенда. 2022. URL: https://reestr.gossortrf.ru/sorts/8153535/ (дата обращения: 06.06.2023).

21. Варушкина А. М., Луговская Н. П., Максимов А. Ю. Рост и продуктивность картофеля (Solanum tuberosum L.) в условиях светокультуры // Вестник Пермского федерального исследовательского центра. 2019. № 2. С. 37–46.

22. Measuring leaf chlorophyll content with the Konica Minolta SPAD-502Plus / A. Sub, M. Danner, C. Obster, et al. // Technical Report. 2015. 18 p. URL: https://gfzpublic.gfz-potsdam.de/rest/items/item_1388302/component/file_1388303/content (дата обращения: 06.06.2023). doi: 10.2312/enmap.2015.010.

23. Фотосинтез и продуктивность растения картофеля в условиях различного спектрального облучения / Ю. Ц. Мартиросян, М. Н. Полякова, Т. А. Диловарова и др. // Сельскохозяйственная биология. 2013. № 1. С. 107–112.

24. Бухаров А. Ф., Балеев Д. Н., Бухарова А. Р. Кинетика прорастания семян. Методы исследования и параметры // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2017. № 2. С. 5–19.