«Градиентный» эксперимент в светокультуре
Ключевые слова:
выращивание растений в теплице, светокультура, осветительная установка, равномерность освещения, градиент, биометрия, фенотипирование
Аннотация
Введение. Цель работы – показать возможность использования градиента освещенности как источника вариации ее величины в экспериментальных работах по светокультуре.
Материалы и методы. Использовался светодионый светильник с косинусным светораспределением, размещенный над рабочей поверхностью, на которой располагались контейнеры с растениями сладкого перца. В качестве биометрического параметра, характеризующего отклик растения на уровень освещенности, применялась оптическая плотность листьев в различных спектральных диапазонах.
Результаты исследования. На рабочей поверхности наблюдался существенный градиент освещенности. При одинаковом диапазоне освещенностей количество контейнеров с растениями для данной зоны различно и достаточно для проверки статистических гипотез. Величины средних освещенностей по зонам обеспечивали диапазон изменения освещенности в 2,5 раза. Среднеквадратичные отклонения освещенности по зонам составляли 97–163 лк и были практически некоррелированы с величинами средних освещенностей.
Обсуждение и заключение. Экспериментально подтверждено, что применение светильника с косинусным светораспределением обеспечивает на горизонтальной поверхности градиент освещенности, средние значения которой в отдельных зонах образуют линейную шкалу. Коэффициенты вариации освещенности в отдельных зонах освещения при установленных в примере параметрах составляли 3,0–11,5 %. При этом коэффициенты вариации оптической плотности листьев растений перца, выращенного в условиях градиентного эксперимента по освещенности, составляли 6,0–11,6 %. Различия средних значений оптической плотности листьев растений в различных зонах градиентного освещения статистически значимы.
Литература
1. Janick J. The Origins of Horticultural Technology and Science // ISHS Acta Horticulturae 759: XXVII International Horticultural Congress – IHC2006: Global Horticulture: Diversity and Harmony, an Introduction to IHC2006. 2007. Vol. 759. P. 41–60. doi: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2007.759.3
2. Paik I., Huq E. Plant Photoreceptors: Multi-Functional Sensory Proteins and Their Signaling Networks // Seminars in Cell & Developmental Biology. 2019. Vol. 92. P. 114–121. doi: https://doi. org/10.1016/j.semcdb.2019.03.007
3. Photoreceptor Effects on Plant Biomass, Resource Allocation, and Metabolic State / D. Yang [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2016. Vol. 113, Issue 27. P. 7667–7672. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1601309113
4. Controlled Environment Food Production for Urban Agriculture / C. Gómez [et al.] // Journal of the American Society for Horticultural Science. 2019. Vol. 54, Issue 9. P. 1448–1458. doi: https://doi.org/10.21273/HORTSCI14073-19
5. Leaf-Color Mutation Induced by Ethyl Methane Sulfonate and Genetic and Physio-Biochemical Characterization of Leaf-Color Mutants in Pepper (Capsicum Annuum L.) [Электронный ресурс] / G.-X. Cheng [et al.] // Scientia Horticulturae. 2019. Vol. 257. doi: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108709
6. Rajapakse N. C., Li S. Exclusion of Far Red Light by Photoselective Greenhouse Films Reduces Height of Vegetable Seedlings // ISHS Acta Horticulturae 631: XXVI International Horticultural Congress: Issues and Advances in Transplant Production and Stand Establishment Research. 2004. Vol. 631. P. 193–199. doi: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2004.631.25
7. Effect of Shade on Yield, Quality and Photosynthesis-Related Parameters of Sweet Pepper Plants / J. López-Marin [et al.] // ISHS Acta Horticulturae 956: VII International Symposium on Light in Horticultural Systems. 2012. Vol. 956. P. 545–552. doi: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2012.956.65
8. Diaz-Perez J. C. Bell Pepper (Capsicum annum L.) Crop as Affected by Shade Level: Microenvironment, Plant Growth, Leaf Gas Exchange, and Leaf Mineral Nutrient Concentration // Journal of the American Society for Horticultural Science. 2013. Vol. 48, Issue 2. P. 175–182. doi: https://doi.org/10.21273/HORTSCI.48.2.175
9. Градиентный компенсационный светофильтр : заявка на патент № 2002125847 Российская Федерация / Верхотуров О. П., Сысоев Е. В., Хахалин А. А. Заявл. 27.09.2002 ; опубл. 27.03.2004. 1 с. URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2002125847&TypeFile=html (дата обращения: 29.12.2021).
10. Градиентный однолинзовый микрообъектив : патент 1758622 СССР / Казаков В. И., Ровенская Т. С., Точкина Г. А. № 4840867 ; заявл. 29.05.1990 ; опубл. 30.08.1992. 6 с. URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=1758622&TypeFile=html (дата обращения: 10.07.2021).
11. Piepho H. P., Buchse A., Emrich K. A Hitchhiker’s Guide to Mixed Models for Randomized Experiments // Journal of Agronomy and Crop Science. 2003. Vol. 189, Issue 5. P. 310–322. doi: https://doi.org/10.1046/j.1439-037X.2003.00049.x
12. Fernandez G. C. J. Design and Analysis of Commonly Used Comparative Horticultural Experiments // Journal of the American Society for Horticultural Science. 2007. Vol. 42, Issue 5. P. 1052–1069. doi: https://doi.org/10.21273/HORTSCI.42.5.1052
13. Chi Y., Wang E., Wang J. Identifying the Anthropogenic Influence on the Spatial Distribution of Plant Diversity in an Estuarine Island through Multiple Gradients [Электронный ресурс] // Global Ecology and Conservation. 2020. Vol. 21. doi: https://doi.org/10.1016/j.gecco.2019.e00833
14. Garnier E., Navas M.-L. A Trait-Based Approach to Comparative Functional Plant Ecology: Concepts, Methods and Applications for Agroecology. A Review // Agronomy for Sustainable Development. 2012. Vol. 32. P. 365–399. doi: https://doi.org/10.1007/s13593-011-0036-y
15. Скляр В. Г. Использование градиентного анализа при изучении естественного возобновления лесов // Вісник Запорізького національного університету. Біологічні науки. 2015. № 2. С. 196–207. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25038598 (дата обращения: 10.02.2022).
16. Growth and Resource Allocation of Juvenile European Beech and Sycamore Maple Along Light Availability Gradients in Uneven-Aged Forests [Электронный ресурс] / M. Brüllhardt [et al.] // Forest Ecology and Management. 2020. Vol. 474. doi: https://doi.org/10.1016/j.foreco.2020.118314
17. Leeflang L., During H. J., Werger M. J. A. The Role of Petioles in Light Acquisition by Hydrocotyle Vulgaris L. in a Vertical Light Gradient // Oecologia. 1998. Vol. 117. P. 235–238. doi: https://doi.org/10.1007/s004420050653
18. Wang S., Zhou D.-W. Architectural Plasticity in Response to Population Density in Abutilon Theophrasti (Malvaceae) // Ecological Research. 2022. Vol. 37, Issue 2. P. 228–239. doi: https://doi.org/10.1111/1440-1703.12284
19. Гайнутдинов И. А., Абдуллин Ш. Р. Градиентный анализ влияния освещенности на состав цианобактериально-водорослевых ценозов в привходовой шахте пещеры Кутук-Сумган (Республика Башкортостан) // Вестник Академии наук Республики Башкортостан. 2016. Т. 21, № 2. С. 11–15. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26082250 (дата обращения: 10.02.2022).
20. Xu Y. Seven Dimensions of Light in Regulating Plant Growth // ISHS Acta Horticulturae 1134: VIII International Symposium on Light in Horticulture. 2016. Vol. 1134. P. 445–452. doi: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2016.1134.56
21. Семенова Н. А., Гришин А. А., Дорохов А. А. Аналитический обзор климатических камер для выращивания овощных культур // Вестник НГИЭИ. 2020. № 1. С. 5–15. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41863682 (дата обращения: 10.02.2022).
22. Многоярусный стеллаж для научно-исследовательских работ : патент 2537923 Российская Федерация / Петренко Э. Э. [и др.]. № 2013122320/13 ; заявл. 14.05.2013 ; опубл. 10.01.2015. 5 с. URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2537923&TypeFile=html (дата обращения: 20.12.2021).
23. Градиентный фитотрон : патент 207773 Российская Федерация / Мартиросян Ю. Ц. [и др.]. № 2020137207 ; заявл. 12.11.2020 ; опубл. 16.11.2021. 2 с. URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=207773&TypeFile=html (дата обращения: 20.12.2021).
24. Park Y. H., Park J. K. Light Gradient-Based Screening of Arabidopsis Thaliana on a 384-Well Type Plant Array Chip [Электронный ресурс] // Micromachines. 2020. Vol. 11, Issue 2. doi: https://doi.org/10.3390/mi11020191
25. LED Light Gradient as a Screening Tool for Light Quality Responses in Model Plant Species [Электронный ресурс] / P. Lejeune [et al.] // BioRxiv. 2020. doi: https://doi.org/10.1101/2020.10.08.320002
26. Ракутько Е. Н., Ракутько С. А., Васькин А. В. Влияние компоновочных параметров облучательной установки на энергоэкологичность светокультуры // Агроэкоинженерия. 2021. № 3. С. 33–51. doi: https://doi.org/10.24412/2713-2641-2021-3108-33-50
27. Regulation of Nitric Oxide to Capsicum under Lower Light Intensities / L. Li [et al.] // South African Journal of Botany. 2020. Vol. 132. P. 268–276. doi: https://doi.org/10.1016/j.sajb.2020.05.020
28. Jacquemoud S., Ustin S. Leaf Optical Properties. Cambridge : Cambridge University Press, 2019. 556 p. doi: https://doi.org/10.1017/9781108686457
29. Цифровой двойник растения в светокультуре на примере перца (Capsicum Annuum L.) в рассадный период / Е. Н. Ракутько [и др.] // Агроэкоинженерия. 2021. № 3. С. 13–33. doi: https://doi.org/10.24412/2713-2641-2021-3108-13-33
30. Ракутько С. А., Ракутько Е. Н. Оценка равномерности поверхностного распределения потока излучения как фактора энергоэффективности светокультуры // Инженерные технологии и системы. 2021. Т. 31, № 3. С. 470–486. doi: https://doi.org/10.15507/2658-4123.031.202103.470-486
2. Paik I., Huq E. Plant Photoreceptors: Multi-Functional Sensory Proteins and Their Signaling Networks // Seminars in Cell & Developmental Biology. 2019. Vol. 92. P. 114–121. doi: https://doi. org/10.1016/j.semcdb.2019.03.007
3. Photoreceptor Effects on Plant Biomass, Resource Allocation, and Metabolic State / D. Yang [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2016. Vol. 113, Issue 27. P. 7667–7672. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1601309113
4. Controlled Environment Food Production for Urban Agriculture / C. Gómez [et al.] // Journal of the American Society for Horticultural Science. 2019. Vol. 54, Issue 9. P. 1448–1458. doi: https://doi.org/10.21273/HORTSCI14073-19
5. Leaf-Color Mutation Induced by Ethyl Methane Sulfonate and Genetic and Physio-Biochemical Characterization of Leaf-Color Mutants in Pepper (Capsicum Annuum L.) [Электронный ресурс] / G.-X. Cheng [et al.] // Scientia Horticulturae. 2019. Vol. 257. doi: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108709
6. Rajapakse N. C., Li S. Exclusion of Far Red Light by Photoselective Greenhouse Films Reduces Height of Vegetable Seedlings // ISHS Acta Horticulturae 631: XXVI International Horticultural Congress: Issues and Advances in Transplant Production and Stand Establishment Research. 2004. Vol. 631. P. 193–199. doi: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2004.631.25
7. Effect of Shade on Yield, Quality and Photosynthesis-Related Parameters of Sweet Pepper Plants / J. López-Marin [et al.] // ISHS Acta Horticulturae 956: VII International Symposium on Light in Horticultural Systems. 2012. Vol. 956. P. 545–552. doi: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2012.956.65
8. Diaz-Perez J. C. Bell Pepper (Capsicum annum L.) Crop as Affected by Shade Level: Microenvironment, Plant Growth, Leaf Gas Exchange, and Leaf Mineral Nutrient Concentration // Journal of the American Society for Horticultural Science. 2013. Vol. 48, Issue 2. P. 175–182. doi: https://doi.org/10.21273/HORTSCI.48.2.175
9. Градиентный компенсационный светофильтр : заявка на патент № 2002125847 Российская Федерация / Верхотуров О. П., Сысоев Е. В., Хахалин А. А. Заявл. 27.09.2002 ; опубл. 27.03.2004. 1 с. URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2002125847&TypeFile=html (дата обращения: 29.12.2021).
10. Градиентный однолинзовый микрообъектив : патент 1758622 СССР / Казаков В. И., Ровенская Т. С., Точкина Г. А. № 4840867 ; заявл. 29.05.1990 ; опубл. 30.08.1992. 6 с. URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=1758622&TypeFile=html (дата обращения: 10.07.2021).
11. Piepho H. P., Buchse A., Emrich K. A Hitchhiker’s Guide to Mixed Models for Randomized Experiments // Journal of Agronomy and Crop Science. 2003. Vol. 189, Issue 5. P. 310–322. doi: https://doi.org/10.1046/j.1439-037X.2003.00049.x
12. Fernandez G. C. J. Design and Analysis of Commonly Used Comparative Horticultural Experiments // Journal of the American Society for Horticultural Science. 2007. Vol. 42, Issue 5. P. 1052–1069. doi: https://doi.org/10.21273/HORTSCI.42.5.1052
13. Chi Y., Wang E., Wang J. Identifying the Anthropogenic Influence on the Spatial Distribution of Plant Diversity in an Estuarine Island through Multiple Gradients [Электронный ресурс] // Global Ecology and Conservation. 2020. Vol. 21. doi: https://doi.org/10.1016/j.gecco.2019.e00833
14. Garnier E., Navas M.-L. A Trait-Based Approach to Comparative Functional Plant Ecology: Concepts, Methods and Applications for Agroecology. A Review // Agronomy for Sustainable Development. 2012. Vol. 32. P. 365–399. doi: https://doi.org/10.1007/s13593-011-0036-y
15. Скляр В. Г. Использование градиентного анализа при изучении естественного возобновления лесов // Вісник Запорізького національного університету. Біологічні науки. 2015. № 2. С. 196–207. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25038598 (дата обращения: 10.02.2022).
16. Growth and Resource Allocation of Juvenile European Beech and Sycamore Maple Along Light Availability Gradients in Uneven-Aged Forests [Электронный ресурс] / M. Brüllhardt [et al.] // Forest Ecology and Management. 2020. Vol. 474. doi: https://doi.org/10.1016/j.foreco.2020.118314
17. Leeflang L., During H. J., Werger M. J. A. The Role of Petioles in Light Acquisition by Hydrocotyle Vulgaris L. in a Vertical Light Gradient // Oecologia. 1998. Vol. 117. P. 235–238. doi: https://doi.org/10.1007/s004420050653
18. Wang S., Zhou D.-W. Architectural Plasticity in Response to Population Density in Abutilon Theophrasti (Malvaceae) // Ecological Research. 2022. Vol. 37, Issue 2. P. 228–239. doi: https://doi.org/10.1111/1440-1703.12284
19. Гайнутдинов И. А., Абдуллин Ш. Р. Градиентный анализ влияния освещенности на состав цианобактериально-водорослевых ценозов в привходовой шахте пещеры Кутук-Сумган (Республика Башкортостан) // Вестник Академии наук Республики Башкортостан. 2016. Т. 21, № 2. С. 11–15. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26082250 (дата обращения: 10.02.2022).
20. Xu Y. Seven Dimensions of Light in Regulating Plant Growth // ISHS Acta Horticulturae 1134: VIII International Symposium on Light in Horticulture. 2016. Vol. 1134. P. 445–452. doi: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2016.1134.56
21. Семенова Н. А., Гришин А. А., Дорохов А. А. Аналитический обзор климатических камер для выращивания овощных культур // Вестник НГИЭИ. 2020. № 1. С. 5–15. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41863682 (дата обращения: 10.02.2022).
22. Многоярусный стеллаж для научно-исследовательских работ : патент 2537923 Российская Федерация / Петренко Э. Э. [и др.]. № 2013122320/13 ; заявл. 14.05.2013 ; опубл. 10.01.2015. 5 с. URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2537923&TypeFile=html (дата обращения: 20.12.2021).
23. Градиентный фитотрон : патент 207773 Российская Федерация / Мартиросян Ю. Ц. [и др.]. № 2020137207 ; заявл. 12.11.2020 ; опубл. 16.11.2021. 2 с. URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=207773&TypeFile=html (дата обращения: 20.12.2021).
24. Park Y. H., Park J. K. Light Gradient-Based Screening of Arabidopsis Thaliana on a 384-Well Type Plant Array Chip [Электронный ресурс] // Micromachines. 2020. Vol. 11, Issue 2. doi: https://doi.org/10.3390/mi11020191
25. LED Light Gradient as a Screening Tool for Light Quality Responses in Model Plant Species [Электронный ресурс] / P. Lejeune [et al.] // BioRxiv. 2020. doi: https://doi.org/10.1101/2020.10.08.320002
26. Ракутько Е. Н., Ракутько С. А., Васькин А. В. Влияние компоновочных параметров облучательной установки на энергоэкологичность светокультуры // Агроэкоинженерия. 2021. № 3. С. 33–51. doi: https://doi.org/10.24412/2713-2641-2021-3108-33-50
27. Regulation of Nitric Oxide to Capsicum under Lower Light Intensities / L. Li [et al.] // South African Journal of Botany. 2020. Vol. 132. P. 268–276. doi: https://doi.org/10.1016/j.sajb.2020.05.020
28. Jacquemoud S., Ustin S. Leaf Optical Properties. Cambridge : Cambridge University Press, 2019. 556 p. doi: https://doi.org/10.1017/9781108686457
29. Цифровой двойник растения в светокультуре на примере перца (Capsicum Annuum L.) в рассадный период / Е. Н. Ракутько [и др.] // Агроэкоинженерия. 2021. № 3. С. 13–33. doi: https://doi.org/10.24412/2713-2641-2021-3108-13-33
30. Ракутько С. А., Ракутько Е. Н. Оценка равномерности поверхностного распределения потока излучения как фактора энергоэффективности светокультуры // Инженерные технологии и системы. 2021. Т. 31, № 3. С. 470–486. doi: https://doi.org/10.15507/2658-4123.031.202103.470-486
Опубликован
2022-06-28
Раздел
Электротехнологии и электрооборудование
