Ако ви харесва отглеждат у дома Ако работите с оранжерии, вероятно сте се чудили в някакъв момент дали Червената светлина наистина е от полза за растенията Или това е просто още един мит за градинарството?
През последните години цветните LED лампи, панелите с пълен спектър и дори „чудодейните“ пластмаси за оранжерии се разпространиха и не винаги е лесно да се отдели науката от маркетинга.
Реалността е, че растенията използват светлината по много по-сложен начин, отколкото изглежда. Всеки цвят от спектъра действа като отделен и активен сигнал. много специфични физиологични реакцииОт покълването до цъфтежа, включително растежа на стъблата, корените и листата, червената и далечночервената светлина (близката инфрачервена) играят водеща роля в този светещ език.
Разбиране на светлинния спектър, използван от растенията
Растенията не виждат светлината така, както ние.Те го „разграждат“ на дължини на вълните и в зависимост от тях задействат различни процеси. Диапазонът, който ни интересува най-много за растежа на растенията, е известен като фотосинтетично активна радиация, приблизително между 400 и 700 нанометра (nm), която съвпада с видимата светлина.
В този диапазон, хлорофилът а и b се абсорбират по-интензивно в две области: едната в син (около 400-450 nm) и друг в червено (приблизително 600-700 nm)Ето защо комбинациите от червени и сини светодиоди са завладели толкова много растения за отглеждане на закрито: те концентрират енергията точно там, където растението я използва най-добре.
Обаче, не всичко е свързано с фотосинтезата. Други пигменти и специфични рецептори, като фитохроми, криптохроми и фототропини, улавят информация за качество, продължителност и посока на светлинатаТази информация се превръща в промени във формата на растението (фотоморфогенеза), в активирането или инхибирането на гени, във времето на цъфтеж и дори в реакцията на сянка.
Ключът, следователно, не е просто да се „дава много светлина“, а да се предлага правилна цветова комбинация и правилен фотопериод за всеки вид и етап на култивиране. Именно тук червената и далечночервената светлина стават особено интересни.
Червена светлина: от 600 до 700 nm
Когато говорим за червена светлина в градинарството, обикновено имаме предвид дължини на вълните между приблизително 620 и 700 nmТази област от спектъра е от решаващо значение както за фотосинтезата, така и за контрола на развитието.
От фотосинтетична гледна точка, червената лента (наречена Qy) осигурява една от по-високи квантови добивиЗа всеки абсорбиран червен фотон, растението е способно да генерира много полезна химическа енергия. Следователно, подсилването на тази част от спектъра подобрява цялостната ефективност на културата, особено когато естествената светлина е ограничена.
Но видимото червено не спира дотук. То участва и в процеси, регулирани от фитохроми, като например покълване на семената, удължаване на стъблото или начало на цъфтеж при много видове с къс или дълъг ден. Всъщност, малки вариации в съотношението на червеното към другите цветове могат напълно да променят поведението на растението.
При отглеждане на закрито или в оранжерии, където осветлението е прецизно контролирано, добавянето на червена светлина в подходящи пропорции позволява използвайте по-добре всеки ват енергия, насочват модела на растеж и съкращават производствените цикли, особено при цветята и овощните култури.
Далечна червена светлина (700 до 800 nm)
Отвъд видимото червено откриваме т.нар. далечно червено или близко инфрачервено, приблизително между 700 и 800 nm. С невъоръжено око възприемаме малко или нищо от него, но растенията го откриват с голяма чувствителност чрез фитохроми.
Този сегмент е тясно свързан с отговори като например избягване на сянкаРастение, което получава много далечна червена светлина в сравнение с червената, я интерпретира като засенчена от листата на други растения, защото горните листа абсорбират голяма част от червената светлина и пропускат повече далечна червена светлина. Като реакция растението е склонно да разтяга стъблата и дръжките си, за да се опита да „избяга“ от сянката.
В същото време, далечната червена светлина също влияе на индуциране на цъфтеж и може да модулира фотосинтезата, когато се комбинира с други спектри. Специфични дължини на вълните около 730 nm често се използват в осветителни системи за градинарство с високо ниво на мощност за фина настройка на тези реакции.
Много ясен пример са усъвършенстваните градинарски светодиоди, като тези от гамата Moonleds Horticulture, които интегрират диоди от 730 nm, заедно с широкоспектърни мишениТази стратегия по-добре възпроизвежда истинската слънчева светлина, където винаги има известна далечна червена светлина, и позволява по-естествен растеж, като същевременно прецизно контролира фазите на растеж и цъфтеж.
Как растенията използват наличната червена светлина?
Вътре в растението, червените и далечночервените фотони се улавят от различни системи. От една страна, фотосинтетични пигменти на хлоропласта (хлорофили и други) използват главно червения цвят за производство на въглехидрати; от друга страна, фитохромите действат като сензори, които преобразуват качеството на светлината в биохимични сигнали.
Тази двойна роля на червената светлина обяснява защо тя може едновременно с това, увеличаване на производството на биомаса и да задействат фазови промени, като например прехода от вегетативен към репродуктивен растеж. Скоростта, с която растението реагира, ще зависи от вида, етапа му на развитие и други условия на околната среда.
Няколко проучвания показват, че засилването на червения компонент в марулята, доматите или декоративните цветни култури увеличава скорост на фотосинтеза и натрупване на биомасаособено когато основната бяла светлина е слаба или когато цикълът на растеж е кратък. При декоративните растения цъфтежът може да бъде по-обилно и равномерни.
Въпреки това, изключително червеното осветление има тенденция да генерира растения твърде дълго и с по-лоша структураЕто защо се подчертава, че червеното винаги трябва да се използва в комбинация с други цветове, особено синьо, което уплътнява формата на растението и подобрява качеството на листата.
Фитохроми: сензори за червена и далечна червена светлина
Фитохромите са специализирани протеини, които функционират като молекулярен превключвател с две позицииТе съществуват в две форми: Pr, която абсорбира предимно червена светлина, и Pfr, която реагира по-добре на далечна червена светлина. Растението непрекъснато превключва между тези състояния в зависимост от светлината, която получава.
Когато фитохромът в своята Pr форма абсорбира червена светлина, той се трансформира в Pfr, който е активна форма което предизвиква много реакции: от покълването на някои семена до инхибирането на прекомерното удължаване на стъблото или активирането на цъфтежа при определени видове.
Ако същата молекула в Pfr състояние бъде изложена отново на близка инфрачервена (далечна червена) светлина, тя може да се преобразува отново в Pr. Този процес на обмен, в зависимост от цвета на светлината, позволява на растението да оцени връзката между червеното и далечночервеното и да вземат решения въз основа на това дали е на пълно слънце, на частична сянка, на разсъмване или на здрач.
Освен това, по време на периоди на тъмнина, Pfr бавно се трансформира спонтанно в Pr. Това прогресивно изчерпване на Pfr е ключово за контрола на фотопериодизъм и циркадни ритмизащото растението „измерва“ продължителността на нощта въз основа на това колко Pfr остава на разсъмване.
Как растенията реагират на червена светлина?
Реакциите, регулирани от червената светлина и фитохрома, варират от фини промени до радикални трансформации в жизнения цикъл. Някои от най-важните за култивирането са покълване, удължаване на стъблото, цъфтеж и синтез на хлорофил.
При светлочувствителните семена, краткотрайно излагане на червена светлина може да е достатъчно, за да активиране на покълванетодокато последващ импулс от далечна червена светлина би могъл да неутрализира този ефект. Това поведение се вписва в екологичната логика: растението иска да покълне, когато светлинните условия показват, че е близо до повърхността, а не заровено под слой растителни остатъци.
На ниво растеж, фитохромът модулира междувъзлие и дължина на издънкатаПод светлина, богата на видимо червено, стъблата са по-компактни и здрави. Когато преобладава далечната червена светлина, се задейства реакцията за избягване на сянка и растението разтяга стъблата си, за да избегне конкуренцията.
Цъфтежът е може би най-зрелищният отговор. При растенията с кратък ден (SDP), дългодневните растения (LDP) или растенията с по-сложни фотопериодни реакции, количеството Pfr, което остава през нощта, е сигналът, който определя дали процесът на цъфтеж е активиран или не. флориген (FT мРНК), протеиновият посредник, който задейства прехода към репродуктивна фаза, заедно с други гени като CONSTANS.
Тази промяна не се случва за една нощ: тя изисква определен брой нощи с подходяща продължителност на тъмнинатаПрез тези периоди вътрешният часовник (циркаден ритъм) и състоянието на фитохрома се синхронизират. Кратко прекъсване на нощта с червена светлина може да забави цъфтежа на растенията с къс дневен режим; навременен импулс от червена или далечночервена светлина може да ускори цъфтежа при видовете с дълъг дневен режим.
Други фоторецептори: сини, UV и баланс с червена светлина
Въпреки че статията се фокусира върху червения цвят, поведението на растението не може да бъде разбрано, без да се вземат предвид останалите. Ключови фоторецептори: криптохроми и фототропини, които реагират предимно на синьо и ултравиолетово.
Криптохромите улавят светлина между 320 и 500 nm и участват в контрол на отварянето на устицата, синтез на пигменти като антоцианини, ориентация на листата и инхибиране на прекомерното удължаванеС други думи: те помагат на растението да бъде компактно, добре пигментирано и да управлява водата ефективно.
Фототропините, които също са чувствителни към синя и ултравиолетова светлина, са отговорни за фототропизъм (че растението се навежда към светлината) и движението на хлоропластите в клетките, за да се избегне увреждане от прекомерна светлина. Те също така играят роля в регулирането на отварянето на устицата.
Ако се доставя твърде много червена светлина, без достатъчно синя, растенията са склонни да развиват дълги, слаби стъбла, по-тънки листа и по-лош контрол на водния баланс. Комбинирането на двата спектъра е това, което ви позволява да получите здрави, добре оформени растения с добър фотосинтетичен капацитет.
Следователно на практика се препоръчват различни пропорции на червено и синьо в зависимост от фазата: повече синьо по време на вегетативен растеж (70-80% сини и 20-30% червени) за насърчаване на гъсти и устойчиви листа; и повече червено във фазите на цъфтеж и плододаване (60-80% червени, а останалите в синьо), за да се насърчи образуването на цветове, плодове и натрупването на захари.
Иновации: преобразуване на UV светлината в полезна червена светлина
Една много интересна линия на изследване се стреми не само да добави червени светодиоди, но и по-добро използване на съществуващата слънчева светлинаВ този контекст се появяват материали, способни да преобразуват ултравиолетовата (UV) радиация в червена светлина, използваема за фотосинтеза.
Интердисциплинарен екип от университета Хокайдо и института WPI-ICReDD е разработил пластмасови листове, покрити с европиев комплекс (Eu³+)Това покритие трансформира част от UV светлината в червена, увеличавайки дела на фотоните, полезни за хлорофилите, без да блокира останалата част от полезната видима светлина.
В оранжериите пластмасовите фолиа обикновено съдържат добавки, които блокират UV лъчението, за да предотвратят увреждането на ДНК и фотоинхибирането. Обикновено тази енергия се губи като топлина. С тези нови материали, вместо да се разсейва,... UV светлината се превръща в червена светлина които растенията могат да използват, като по този начин се повишава общата ефективност на системата, без да се консумира електроенергия.
Опити с манголд показаха, че през зимата, когато слънчевата светлина е по-слаба, растенията, отглеждани под чаршафи, покрити с Eu³+, достигат 1,2 пъти по-голяма височина и 1,4 пъти по-голяма биомаса след 63 дни в сравнение с тези, отглеждани с конвенционална пластмаса. През лятото, с обилна радиация, разликите бяха по-малки.
Нещо подобно се наблюдава при разсад от японска лиственица: през първите месеци на растеж под тези филми дърветата достигат диаметърът на стъблото 1,2 пъти по-голям и общата биомаса 1,4 пъти по-голяма, което позволява времето, необходимо за достигане на стандартен размер на насажденията в горското стопанство на Хокайдо, да бъде намалено от две години на една.
В допълнение към подобряването на производителността в студен климат, тази технология има огромно предимство: Не се нуждае от електричество.Изследователите посочват, че чрез модифициране на излъчващия йон, те биха могли да персонализират излъчвания цвят (зелен, жълт и др.) и да проектират покрития, адаптирани към различни видове култури, което открива цял път за иновации в селскостопанското и горското инженерство.
Фотопериод, циркадни ритми и ролята на червената светлина
Освен че осигурява енергия, светлината действа като пейсмейкъри за биологични ритми на растението. Тези циркадни ритми организират кои процеси се активират по всяко време на деня: кога се произвеждат пигменти, кога се отварят устицата, кога се подготвят цветните структури и т.н.
Фотопериодизмът описва как растенията реагират на слънчевата светлина. относителна продължителност на светлината и тъмнинатаМного видове не решават да цъфтят въз основа на общото количество дневна светлина, а по-скоро на продължителността на непрекъснатата нощ. При това нощно преброяване състоянието на фитохрома (съотношение Pr/Pfr) е определящ фактор.
Прекъсването на нощта с импулси от червена светлина може да „подмами“ растенията с къс дневен спектър да не цъфтят, което е полезно в цветарството за контролиране на сезона на продажбите. За разлика от това, комбинирането на червена светлина с далечна червена светлина може да помогне... коригирайте времето на цъфтеж при дългодневни видове или при култури, където целта е синхронизиране на производството.
Съществуват и видове, неутрални спрямо деня, които са по-малко чувствителни към фотопериода и реагират предимно на други фактори (температура, хранителен статус, хормони). Въпреки това, при тези видове качеството на светлината (включително червената лента) влияе върху поведението им. архитектура на растенията и фотосинтетична ефективност.
Червено LED осветление и системи за отглеждане на закрито
При отглеждане на закрито, където естествената светлина е оскъдна или липсва, LED лампите до голяма степен са заменили технологии като HPS или LEC благодарение на своите... по-голяма енергийна ефективност, по-ниско отделяне на топлина и прецизен контрол на спектъраТова позволява светлината да бъде „проектирана“ според нуждите на културата.
Системите, специфични за цъфтежа, обикновено включват силен червен компонент, често комбиниран с наситено червено, за да... активират фитохромите и насърчават бързия и равномерен цъфтежВ сравнение с традиционните HPS лампи, светодиодите позволяват по-добра модулация на съотношението между червени, сини и други ленти, като по този начин се избягват някои проблеми с разтягане и прегряване.
Пълноспектърните панели за градинарство обикновено интегрират бели светодиоди (покриващи голяма част от видимия спектър) с червени, далечночервени и в много случаи някои допълнителни сини светодиоди. Решения като осветителните тела Moonleds за градинарство използват тази комбинация, добавяйки... 730 nm за симулиране на светлината на залеза и оптимизират както растежа, така и индукцията на цъфтеж.
Работата със светодиоди също улеснява контрола на фотопериода: таймерите и контролерите ви позволяват прецизно да регулирате часовете светлина и тъмнина и дори да въвеждате кратки „импулси“ с определен цвят посред нощ, за да манипулират много специфични реакции, без да предизвикват консумация.
Ако HPS, LEC и LED се сравнят по време на цъфтеж, LED лампите излизат на върха. консумация, живот и възможност за персонализиране на спектъраHPS все още предлага добър интензитет на червения цвят, но за сметка на много топлина и по-малка гъвкавост; LEC подобрява спектралните характеристики в сравнение с HPS, въпреки че те все още са по-малко универсални от добре проектираните LED системи.
Как да се възползвате от червената светлина у дома и в оранжерия
Прилагането на всичко това в малък мащаб не е толкова сложно. За любител или малък производител, най-важното е да разбере, че Червеното е подсилващ, а не единственият цвят, от който растенията се нуждаятРазчитането единствено на червено осветление често води до лоши структурни резултати.
Един прост вариант са LED лампи или панели, които комбинират червено, синьо и бялоЗа декоративно-листни растения (много стайни растенияПрепоръчва се микс с преобладаване на бяло и малко синьо, като червеното се оставя като умерено допълнение. За зеленчуци с кратък цикъл на цъфтеж (маруля, босилек) или декоративни саксийни цветя, увеличаването на процента на червеното по време на фазата на цъфтеж може значително да подобри броя и качеството на цветовете.
При напреднало отглеждане на закрито обикновено се използват цикли от 16-18 часа светлина и 6-8 часа тъмнина, като се регулира делът на червеното по желание. стимулиране на вегетативния растеж или цъфтежаИзползват се и по-сложни стратегии, като например въвеждане на кратки импулси от синя светлина през нощта, за да се действа върху устицата, без да се нарушава фотопериода, контролиран от червена и далечна червена светлина.
В оранжериите, освен допълнителното осветление, следното започва да придобива значение: пасивни решения, като например UV→червени конверсионни филмиТези технологии позволяват по-добро използване на наличната слънчева светлина, без да се увеличава консумацията на електроенергия. Особено през зимата или на високи географски ширини, тези технологии могат да окажат значително влияние върху растежа и времето за производство.
Чрез игра с тези комбинации и броя на часовете дневна светлина е възможно да се превърне червената светлина в истинска съюзник за подобряване на добивите, скъсяване на циклите и по-добър контрол на качеството на крайния продукт, както при професионални култури, така и във взискателни домашни градини.
Сумата от всичко, което знаем днес, показва, че червената и далечната червена светлина не са мимолетна мода, а мощни инструменти, стига да са интегрирани в... балансирана схема на осветление, адаптирана към фотопериода и подкрепена от подходящи технологииОт светодиоди с оптимизиран спектър до филми, които преобразуват UV в червено; разбирането как всеки цвят говори на растенията ви позволява да преминете от „късмет“ към култивиране с критерии и много по-предсказуеми резултати.
