Влияние цветового спектра на развитие растений

Для того, чтобы мы могли грамотно предотвратить причины плохого роста растений, немного определимся с теорией воздействия разных областей спектра дневного света на рост растений. Особенно важны эти знания, когда при выращивании растений используются гидропоника и гроубоксы.

 Спектр дневного света состоит из семи основных цветов, обратная последовательность которых представлена в таблице:

Характеризуется каждый из цветов длиной волны, измеряющейся в нанометрах, или, сокращённо, нм. Таким образом, белый цвет занимает диапазон от 400 нм до 800 нм. Фиолетовый цвет находится в области самых коротких волн, красный располагается в области самых длинных волн. Левая часть таблицы представляет собой область ультрафиолетового излучения, правая – область инфракрасного излучения.

Очень важными для жизни растений участками светового спектра являются участки инфракрасного излучения, которые делятся на просто красный, с длиной волны 660 нм, и дальний красный, с длиной волны 730 нм.

Что является причиной того, что дневной свет – белый, а окружающий мир имеет яркие краски? Дело в том, что поверхности непрозрачных предметов имеют особенность отражать определённые области спектра, при этом поглощая другие его части. Таким образом, если какой-то предмет отражает, к примеру, синий цвет, мы увидим его синим, зелёный цвет – зелёным, и так далее.

А теперь вернёмся к растениям. Основными факторами для их жизни выступают воздух, вода, солнце и минеральные вещества, получаемые корневой системой из почвы или гидропоники в гроубоксах. Источником энергии для растений является свет солнца, источником кислорода – вода, а основным строительным материалом выступает углекислый газ, содержащийся в воздухе. Объединяет все эти три составляющих процесс фотосинтеза, заключающийся в образовании органических веществ путём использования хлорофилла.

При дневном свете происходит разделение воды на составляющие: кислород и водород. При таком разделении пополняется запас энергии. В тёмное время суток запасенная энергия расходуется на  соединение водорода и углекислого газа, в результате чего образуются молекулы углеводов, или органических веществ, необходимых для роста растений. В создании этих углеводов и заключается суть фотосинтеза. Световая его фаза способствует выделению кислорода, необходимого для жизни на нашей планете.

Каким же образом зависит процесс фотосинтеза от спектрального состава дневного света? Мы видим лист растения зелёным потому, что он отражает зелёный свет за счёт присутствия в листе пигмента хлорофилла. Хлорофилл поглощает цвета красной и синей области спектра и получает при этом энергию. Отсюда следует, что жёлто-зелёные части дневного света не оказывают никакого влияния на развитие растений, которому необходимы красный (ДНАТ) и синий (ЭСЛ) цвета.

Всё вышесказанное относится, в первую очередь, к взрослым растениям и растениям в последних стадиях взросления. Что же касается первого периода жизни этого растения, то он имеет свои законы, которые несколько сложнее законов, по которым проходит процесс фотосинтеза. Фотосинтез в совсем ещё молодых растениях невозможен, так как в их ростках нет хлорофилла. Поэтому их рост осуществляется при помощи процессов, называющихся фотоморфогенезом. Они происходят под воздействием света разного спектрального состава. Он может иметь различную интенсивность и выступает в качестве сигнального средства, регулирующего рост растения. Иными словами, свет в данном случае играет роль некоего биорегулятора, запускающего и останавливающего тот или иной процесс развития.

Фотоморфогенез начинается сразу же после прорастания семени. Оно начинает просыпаться от спячки и даёт первые ростки, ещё находясь в полной темноте под слоем грунта. Даже если мелкие семена не находятся в этом грунте, первые свои ростки они дают по ночам, то есть тоже в темноте. Проклюнувшееся же наружу растение продолжает тянуться вверх до тех пор, пока в нём не сработает обусловленный фотоморфогенезом сигнал «стоп». Такой сигнал появляется при кратковременном воздействии на растение светового излучения, в котором содержится красная область светового спектра.

Проросток, не получивший такой сигнал, находится в этиолированном состоянии. Внешне оно выражается, как блёклая окраска рассады и её хилая, согнутая форма, имеющая своего рода крючок. Такой крючок, называющийся эпикотилем или гипокотилем, необходим растению для защиты его почечки при её прорастании через твёрдую среду. Он сохраняется, если развитие растения продолжается в темноте. В том же случае, когда оно ежедневно, в течение десяти-пятнадцати минут, получает дополнительное освещение, растение выходит из этиолированного состояния.

Процесс этот объясняется следующим образом. Кроме хлорофилла, любое растение содержит ещё и пигмент (белок, особенно чувствительный к какому-то из участков белого спектра) под названием «фитохром». Фитохорм, под влиянием красного цвета с длиной волны от 660 нм до 730 нм, может принимать две формы. Такая его способность называется фотопревращением. Изначальное кратковременное освещение с инфракрасным излучением, находящееся в необходимом диапазоне, соответствует действию выключателя, сохраняющего результат последнего. Оказываемого на него, действия.

Таким образом, фитохром обеспечивает наблюдение за временем суток и управляет циклами жизнедеятельности растения. Кроме того, этот белок отвечает за особенности светолюбивости и теневысносливости растения, которые зависят от количества фитохромов. И, наконец, фитохромы регулируют цветение растений.

Пигмент фитохром, в отличие от хлорофилла, присутствует не только в листьях, но и в семенах растений. Зависимость процесса прорастания семени от фитохрома выглядит следующим образом: цвет из просто красного спектра способствует началу этого процесса, а цвет из дальнего красного спектра приостанавливает процесс. Вероятно, именно по этим причинам семена активно растут по ночам. Вывод: просто красный спектр цвета более полезен для развития растений, чем подавляющий их жизнедеятельность дальний красный спектр.

В том случае, когда семя проросло и пробилось на поверхность в этиолированном состоянии, чтобы ликвидировать это состояние и запустить обратный ему процесс, достаточно будет ежедневного кратковременного освещения ростка. Это снизит скорость роста стебля, активизирует синтез хлорофилла и выпрямит крючок. Семядоли растения позеленеют и начнут активно развиваться.

Всё это – следствие воздействия простого красного света, которым особенно насыщены солнечные лучи. Именно поэтому в течение дня растения растут особенно быстро, а по ночам процесс их развития переходит в неактивную фазу.

Для того, чтобы различить эти два участка спектра без применения специальных приспособлений, нужно ориентироваться на тот фактор, что более тёплое по ощущениям излучение имеет большее количество лучей красного света.

Фиолетово-синяя область спектра тоже играет очень важную роль в жизнедеятельности растений. (Жёлто-зелёная область спектра на эту жизнедеятельность не влияет вообще.) Растения содержат ещё один пигмент, который называется криптохром. Этот пигмент обладает способностью реагировать на синий свет, спектр котрого располагается в диапазоне от 400 нм до 500 нм. Во взрослых растениях этот свет отвечает за регулировку ширины устриц листьев и их движением за солнцем и тормозит рост стеблей.

В прорастающих растениях синий цвет сдерживает развитие стебля и гипокотиля, не позволяя, таким образом, рассаде чрезмерно вытягиваться. Кроме того, он угнетает рост клеток растений с той стороны, на которую направлен источник такого света. Явление это под названием «фототропизм» управляет изгибами стебля растения.

Синий свет оказывает стимулирующее действие на деление клеток и противостоит их растяжению. Недостаток такого света выражается в вытягивании растений в том направлении, откуда поступает наибольшее количество синего излучения.