تاثیر نور با طول موج کوتاه بر روی فیزیولوژی گیاه

نور یکی از مهمترین عواملی است که بر روی گیاهان تاثیر دارد.گیاهان با ساختمانی که از گیرنده های نوری دارند با پاسخ های مختلف اثرات نور را کنترل می کنند مجهز شده اند. که از جمله آن ها می توان به طیف، شدت، جهت، طول مدت روز و غیره اشاره کرد.این گیرنده های نوری عبارتند از:

1.       فتوکروم های سرخ و فراسرخ

2.       فتوکروم های جذب کننده نور UV-A

3.       فتوتروپین

و دیگر گیرنده های نوری ذکر شده که در نواحی سبز و UV-A سبز می شوند.

تغییرات طیفی شدت روشنایی، پاسخ های فتو ژنتیکی و فتو سنتزی مختلفی را ایجاد می کنند که در میان گونه های گیاهی مختلف متفاوت است.

فایده نور چیست؟

پاسخ نوری در فن کشاورزی حائز اهمیت است، زیرا امکانپذیری سازمان دادن و مناسب کردن طیف های روشن سازی کنترل رشد گیاه، توسعه،کیفیت غذایی را ممکن می سازد.

بهینه سازی سیستم روشنایی برای کشت گیاهان در گلخانه ها و واحدهای گیاهی حائز اهمیت است. پیش از هر کار دیگری، انتخاب صحیح طیف روشنایی باعث اطمینان و تظمین رشد گیاه می شود. به علاوه، استفاده کردن از طیف نوری طراحی شده با هدف خاص امکان تنظیم کردن زمان گلدهی، تعادل میان فرایندهای رشد و گسترش، ذخیره ی ماده زنده، امتداد ریشه را ممکن می سازد و همچنین باعث تاثیر گذاری اولا" روی گیاه و ثانیا" بر متابولیسم می شود که مستقیمآ با کیفیت غذایی محصول (سبزیجات) ارتباط دارد.

چگونه نور را باید بکار گرفت؟

به طور کلی انتظار می رود که طیف روشنایی بهینه گیاه باید دارای 90% از نور سرخ و 10% از آبی باشد. ضمنآ، گیاهان که دارای چرخه زندگی متفاوت و سیستم های حیاتی متفاوت اند به شرایط نوری متفاوتی هم نیاز دارند. لامپ های سدیم پرفشار مرسوم دارای بالاترین شدت در ناحیه ی طیفی قرمز، نارنجی اند. چنین نوری که بر بازگشت پذیری عکس رنگی تاثیر گذار است، برای فتو سنتز، گلدهی و میوه دهی بسیار حائز اهمیت است. پیشرفت اخیر در نورپردازی حالت جامد بر اساس دیود های ساتع کننده نور (LED) ، پژوهش در این زمینه را تسهیل و گسترش داده و برای تکنولوژی های کشت گیاهی جدید مقدمه ای را بوجود آورده است. پس درباره رنگ های نور چطور؟ تاثیر نور با طول موج های کوتاه چیست؟ بنابراین، پژوهش مشترکی با پروژه مرتبط EU-ASIN-روشن کردن برای بررسی کردن اثر نور با طول موج کوتاه مکملی بر روی رشد و گسترش گیاه هدف می باشد.

ما چه کار انجام دادیم؟

تحقیق ما بواسطه تلاشهای مشترک پرفسوران و دانشجویان در آزمایشگاه نورپردازی دانشگاه فن آوری هلسینکی، موسسه دانش علوم، پزوهش دانشکاه ویلینوز و موسسه باغبانی لیت وان انجام شد. این تحقیق بر اساس هدف ارزیابی و بررسی تاثیر نور باطول موج کوتاه بر رشد وگسترش کاهو است. اجسام نوری دارای LED فشار بالای قرمز و نور اضافی طول موج کوتاه در ترکیبی با لامپ های سدیمی فشار بالا تشکیل شده اند، بواسطه شرکت کننده ها در پروژه طراحی و ساخته شدند. با استفاده از این تاسیسات و وسایل، ما عملیات رویشی کاهو، تربچه و دیگر گیاهان را انجام دادیم و تاثیر چنین نوری را بر عوامل رشد، سیستم فتو سنتز، میزان فتو هورمون، متابولیسم ساکارز، نیترت و ویتامین C ارزیابی کردیم. ما می توانیم نتایج بدست آمده را طبق زیر خلاصه کنیم:

نور آبی:

نور آبی برای رشد بسیاری از گیاهان از جمله کاهو، تربچه، اسفناج، گندم و دیگر گیاهان مناسب است.نورآبی بر شکل گیری کلروفیل، فرایندهای فتوسنتزی، روزنه های تنفسی تاثیر می گذارد و از طریق سیستم کریپتوکروم و فیتو کروم باعث تقویت پاسخ های فتومورفوژنی می شود. در این بررسی ما مشاهده کردیم که نور آبی(450nm) تولیده ماده خشک را توسعه می دهد و از طویل شدن سلول در ریشه و برگ ها جلوگیری می کند. شدت بهینه نور آبی برای گیاهان برگدار در حدود %15-10 از مجموع تابش فعال فتوسنتزی است. به علاوه، شدت بیشتر نور آبی برای تربچه ضروری است(برای متابولیسم و فتوسنتز معمولا کربوهیدرات از برگ ها به اندام های ذخیره کننده انتقال داده می شوند) این نور تاثیر کمی هم بر روی سنتز متابولیکی اولیه و ثانویه است،که متابولیسم وابستگی به نور را تاکید می کند.

نور سبز:

گیاهان سبز رنگ اند، زیرا آنها نور را در این ناحیه ی طیف منعکس می کنند. رنگ سبز بصورت موثر و کار آمدتری از طریق تنه ی گیاه فرستاده می شود و مانند سیگنال برای بافت هایی که مستقیما در معرض محیط نوری نیستند عمل می کند. بنابراین، نور سبز، انباشته شدن توده زنده را در سطح سبز گیاهان آسانتر می سازد و همچنین بر سنتز کلروفیل و کارتنوئید هم اثر می گذارد، پس باعث تقویت رنگ برگ ها می شود. فیتوکروم ها، مخصوصآ در رنگدانه های بازگشت پذیر قرمز فرا قرمز، شدیدا نسبت به کل طیف روشنایی حساس اند و حتی تغییرات کوچک هم در طیف باعث بوجود آمدن پاسخ هایی در سیستم فیتوکروم می شود.

در رنگ:

درباره تاثیر نور روی گیاهان، هیچ گونه شواهد علمی وجود ندارد. البته، ممکن است که نور به منطقه سبز نزدیک باشد و دارای تاثیر بیولوژیکی مثبت باشد. طبق نتایج، نورپردازی مکمل با دیود های ساتع کننده ی نور (505nm) بصورت قابل توجهی بر متابولیسم کربوهیدرات و نیترات در رشد کاهو و تاحدی هم تربچه تاثیر گذار است.

نور نزدیک به UV:

گرچه بیش از حد در معرض دهی در برابر نور UV خطرناک است، ولی برای مقادیر کمی از نور نزدیک به UV می تواند دارای اثرات مفیدی هم باشد. در بسیاری از موارد، نورUV شرکت کننده ی مهمی برای رنگ های گیاهی، طعم ها و عطرهای گیاهی می باشد. این دلیلی برای تاثیر نور نزدیک به UV بر فرایندهای متابولیکی است. طبق نتایج بدست آمده نور UV (358nm) انباشته شدن ترکیبات فنولی را تقویت می کند، فعالیت آنتی اکسیدان های عصاره های گیاهی را تسهیل می بخشد، ولی هیچ گونه اثری بر فرایندهای رشد ندارد.

خلاصه:

استفاده از جسم نورانی هدفمند طراحی شده بر مبنای LED برای کشت کاهو و تربچه تحت ترکیبات متفاوتی از اجزای سرخ و طول موج کوتاه و لامپ های سدیم فشار بالا، تاثیر نور در شرایط نزدیک به UV و مرئی طول موج کوتاه را بر رشد و نموی گیاهان تحت بررسی ممکن می سازد.

ترکیب فاکتور های قرمز و آبی، برای رشد و کیفیت غذایی کاهو مناسب و مطلوب یافت شد. بیشترین حساسیت قابل توجه برای طیف روشنایی برای تولید هیدروکربن ها یافت شد. با توجه به گیاهان مرجع، میزان نیترات درکاهوی رشد یافته تحت روشنایی، اجرای زیستی در مناطق سرخ و طول موج کوتاه تا %20-15 کمتر بود و هیچ گونه تفاوت قابل توجهی در میان عملیات های مختلف مشاهده نشد جه در ترکیباتی با طول موج کوتاه آبی یا UV. 

ابداع اجرای طول موج کوتاه در طیف روشنایی برای کشت تربچه به منظور جبران کردن تنش ایجاد شده از طریق روشنایی بیش از اندازه در منطقه سرخ و فعال فتوسنتزی، نامناسب است. موقعیت طیفی فاکتورهای طول موج کوتاه در منطقه ای از 385 تا 505 نانومتر دارای هیچ گونه تاثیر حائز اهمیتی بر گسترش تربچه نیست، گرچه روشنایی در ناحیه ی 505 نانومتر بر انباشته شده توده زنده نسبت به طول موج های کوتاه مطلوب تر است. چنین شرایطی برای کشت سبزیجات برگدار مناسب تر است.

نتایج بررسی های نشان می دهد که رشد گیاه می تواند بواسطه بکارگیری طیف سازمان یافته فراهم شده از LED های مختلف تعدیل گردد. حتی روشنایی با طیف، که از دو فاکتور ساخته شده (یکی در ناحیه ی سرخ و دیگری در ناحیه طول موج کوتاه) هنگامی که بخوبی انتخاب شده باشد، می تواند با توجه به روشنایی با استفاده از لامپ های مرسوم مفید باشد.

Publications:

· Urbonavi č i ū t ÷ A.,Pinho P.,Samuolien ÷ G.,Duchovskis P.,Vitta P.,Stonkus A.,Tamulaitis G.,Žukauskas A.,

Halonen L.2007.Influence of Bicomponent complementary illumination on development of radish.

Sodininkyst ÷ ir Daržininkyst ÷ ,26 (4):309-316.

· Urbonavi č i ū t ÷ A.,Pinho P.,Samuolien ÷ G.,Duchovskis P.,Vitta P.,Stonkus A.,Tamulaitis G.,Žukauskas A.,

Halonen L.2007.Effect of short-wavelenght light on lettuce growth and nutritional quality.Sodininkyst ÷ ir

Daržininkyst ÷ ,26 (1):157-165.

References:

· Devlin P.F.,Christie J.M.,Terry M.J.Many hands make light work //Journal of Experimental Botany.2007.

Vol.58.P.3071-3077.

· Dr ozdova I.S.,Bondar V.V.,Bukhov N.G.,Kot ov A.A.,Kot ova L.M.,Maevs ka ya S.

N.,Mokr onos ov A.T.Effects of light spectral quality on morphogenesis and source-sink relations in

radish plants //Russian journal of plant physiology.2001.Vol.48.P.415-420.

· Fol t a K.M.,Mar uhni ch S.A.Green light:a signal to slow down or stop //Journal of Experimental

Botany.2007.Vol.58.P.3099-3111.

· Fr ankl i n K.A.,Whi t el am G.C.Light signals,phytochromes and cross-talk with other environmental

cues //Journal of experimental botany.2004.Vol.55.P.271-276.

· Ki m H.H.,Goi ns G.D.,Wheel er R.M.,Sa ger J.C.Green-light supplementation for enhances lettuce

growth under red-and blue-light-emitting diodes //HortScience.2004.Vol.39.P.1617-1622.

· Mat s uda R.,Ohas hi -Kaneko K.,Fuj i war a K.,Got o E.,Kur at a K.Photosynthetic Characteristics

of Rice Leaves Grown under Red Light with or without Supplemental Blue Light //Plant Cell Physiol.2004.

Vol.45.P.1870-1874.

· Spal di ng,E.P.,Fol t a,K.M.Illuminating topics in plant photobiology //Plant Cell Environ.2005.Vol.28.

P.39-53.

· Yor i o N.C.,Goi ns G.D.,Kagi e H.R.,Wheel er R.M.,Sa ger J.C.Improving spinach,radish and

letuuce growth under red light emitting diodes (LEDs)with blue light supplementation //HortScience.2001.

Vol.36.P.380-383.