ავტორი: იამინ ლი და ჰოჩენგ ლიუ და სხვები, სამხრეთ ჩინეთის სოფლის მეურნეობის უნივერსიტეტის მებაღეობის კოლეჯიდან.

სტატიის წყარო: სათბურის მებაღეობა

მებაღეობის ობიექტების ტიპები ძირითადად მოიცავს პლასტმასის სათბურებს, მზის სათბურებს, მრავალმაგი სათბურებს და მცენარეთა ქარხნებს. იმის გამო, რომ ობიექტების შენობები გარკვეულწილად ბლოკავს ბუნებრივი სინათლის წყაროებს, შენობაში არასაკმარისი განათებაა, რაც თავის მხრივ ამცირებს მოსავლიანობას და ხარისხს. ამიტომ, დამატებითი სინათლე შეუცვლელ როლს ასრულებს ობიექტის მაღალი ხარისხის და მაღალმოსავლიანი მოსავლის მისაღებად, მაგრამ ის ასევე გახდა ენერგიის მოხმარებისა და ობიექტის საოპერაციო ხარჯების ზრდის მთავარი ფაქტორი.

დიდი ხნის განმავლობაში, მებაღეობის სფეროში გამოყენებული ხელოვნური სინათლის წყაროები ძირითადად მოიცავდა მაღალი წნევის ნატრიუმის ნათურას, ფლუორესცენტურ ნათურას, მეტალის ჰალოგენურ ნათურას, ინკანდესენტურ ნათურას და ა.შ. მათი ნაკლოვანებებია მაღალი სითბოს გამომუშავება, მაღალი ენერგიის მოხმარება და მაღალი საოპერაციო ხარჯები. ახალი თაობის სინათლის დიოდის (LED) შემუშავება შესაძლებელს ხდის დაბალი ენერგიის ხელოვნური სინათლის წყაროს გამოყენებას მებაღეობის სფეროში. LED-ს აქვს მაღალი ფოტოელექტრული გარდაქმნის ეფექტურობა, მუდმივი სიმძლავრე, მცირე მოცულობა, ხანგრძლივი სიცოცხლის ხანგრძლივობა, დაბალი ენერგიის მოხმარება, ფიქსირებული ტალღის სიგრძე, დაბალი თერმული გამოსხივება და გარემოს დაცვა. ამჟამად ფართოდ გამოყენებულ მაღალი წნევის ნატრიუმის ნათურასთან და ფლუორესცენტურ ნათურასთან შედარებით, LED-ს შეუძლია არა მხოლოდ სინათლის რაოდენობისა და ხარისხის (სხვადასხვა ზოლის სინათლის პროპორცია) რეგულირება მცენარის ზრდის საჭიროებების შესაბამისად, არამედ შეუძლია მცენარეების დასხივება ახლო მანძილიდან ცივი სინათლის გამო. ამრიგად, შესაძლებელია გაუმჯობესდეს კულტივაციის ფენების რაოდენობა და სივრცის გამოყენების მაჩვენებელი, ასევე განხორციელდეს ენერგიის დაზოგვის, გარემოს დაცვისა და სივრცის ეფექტური გამოყენების ფუნქციები, რომელთა ჩანაცვლება ტრადიციული სინათლის წყაროებით შეუძლებელია.

ამ უპირატესობების საფუძველზე, LED წარმატებით გამოიყენება ობიექტების მებაღეობის განათებაში, კონტროლირებადი გარემოს ფუნდამენტურ კვლევებში, მცენარეთა ქსოვილების კულტურაში, მცენარეთა ქარხნის ნერგებსა და აერონავტიკულ ეკოსისტემაში. ბოლო წლებში LED განათების მუშაობა უმჯობესდება, ფასი მცირდება და თანდათანობით მუშავდება ყველა სახის პროდუქტი კონკრეტული ტალღის სიგრძის მქონე, ამიტომ მისი გამოყენება სოფლის მეურნეობისა და ბიოლოგიის სფეროში უფრო ფართო იქნება.

ეს სტატია აჯამებს LED-ის კვლევის სტატუსს მებაღეობის სფეროში, ყურადღებას ამახვილებს LED დამატებითი სინათლის გამოყენებაზე სინათლის ბიოლოგიის საფუძვლებში, LED განათების გავლენას მცენარეთა სინათლის ფორმირებაზე, კვებით ხარისხსა და დაბერების შეფერხების ეფექტზე, სინათლის ფორმულის აგებასა და გამოყენებაზე, ასევე ანალიზს და პერსპექტივებს ახდენს LED დამატებითი განათების ტექნოლოგიის მიმდინარე პრობლემებსა და პერსპექტივებზე.

LED დამატებითი განათების გავლენა მებაღეობის კულტურების ზრდაზე

სინათლის მარეგულირებელი ზემოქმედება მცენარის ზრდა-განვითარებაზე მოიცავს თესლის აღმოცენებას, ღეროს დაგრძელებას, ფოთლისა და ფესვის განვითარებას, ფოტოტროპიზმს, ქლოროფილის სინთეზსა და დაშლას, ასევე ყვავილების ინდუქციას. ობიექტში განათების გარემოს ელემენტებია სინათლის ინტენსივობა, სინათლის ციკლი და სპექტრული განაწილება. ელემენტების რეგულირება შესაძლებელია ხელოვნური სინათლის დამატებით, ამინდის პირობების შეზღუდვის გარეშე.

ამჟამად მცენარეებში ფოტორეცეპტორების სულ მცირე სამი ტიპი არსებობს: ფიტოქრომი (შთანთქავს წითელ და შორეულ წითელ სინათლეს), კრიპტოქრომი (შთანთქავს ლურჯ და ახლო ულტრაიისფერ სინათლეს) და UV-A და UV-B. კულტურების დასხივებისთვის სპეციფიკური ტალღის სიგრძის სინათლის წყაროს გამოყენებამ შეიძლება გააუმჯობესოს მცენარეების ფოტოსინთეზის ეფექტურობა, დააჩქაროს სინათლის მორფოგენეზი და ხელი შეუწყოს მცენარეების ზრდას და განვითარებას. მცენარეთა ფოტოსინთეზში გამოყენებული იყო წითელ-ნარინჯისფერი სინათლე (610 ~ 720 ნმ) და ლურჯ-იისფერი სინათლე (400 ~ 510 ნმ). LED ტექნოლოგიის გამოყენებით, მონოქრომატული სინათლე (მაგალითად, წითელი სინათლე 660 ნმ პიკით, ლურჯი სინათლე 450 ნმ პიკით და ა.შ.) შეიძლება გამოსხივდეს ქლოროფილის ყველაზე ძლიერი შთანთქმის ზოლის შესაბამისად, ხოლო სპექტრული დომენის სიგანე მხოლოდ ± 20 ნმ-ია.

ამჟამად ითვლება, რომ წითელ-ნარინჯისფერი სინათლე მნიშვნელოვნად დააჩქარებს მცენარეების განვითარებას, ხელს შეუწყობს მშრალი ნივთიერების დაგროვებას, ბოლქვების, ტუბერების, ფოთლის ბოლქვების და მცენარის სხვა ორგანოების წარმოქმნას, გამოიწვევს მცენარეების ადრეულ ყვავილობას და ნაყოფის მოცემას და წამყვან როლს შეასრულებს მცენარის ფერის გაუმჯობესებაში; ლურჯ და იისფერ სინათლეს შეუძლია გააკონტროლოს მცენარის ფოთლების ფოტოტროპიზმი, ხელი შეუწყოს ბაგეების გახსნას და ქლოროპლასტების მოძრაობას, შეაფერხოს ღეროს დაგრძელება, ხელი შეუშალოს მცენარის დაგრძელებას, შეაფერხოს მცენარის ყვავილობა და ხელი შეუწყოს ვეგეტატიური ორგანოების ზრდას; წითელი და ლურჯი LED-ების კომბინაციას შეუძლია კომპენსირება გაუწიოს ორივე ფერის არასაკმარის სინათლეს და შექმნას სპექტრული შთანთქმის პიკი, რომელიც ძირითადად შეესაბამება კულტურის ფოტოსინთეზს და მორფოლოგიას. სინათლის ენერგიის გამოყენების კოეფიციენტმა შეიძლება მიაღწიოს 80%-დან 90%-მდე და ენერგიის დაზოგვის ეფექტი მნიშვნელოვანია.

მებაღეობის ობიექტებში LED დამატებითი განათებით აღჭურვა მნიშვნელოვნად ზრდის წარმოებას. კვლევებმა აჩვენა, რომ 12 საათის განმავლობაში (8:00-20:00) 300 μmol/(m²·s) LED ზოლებისა და LED მილების დამატებითი განათების ქვეშ ხილის რაოდენობა, მთლიანი მოსავლიანობა და თითოეული პომიდვრის წონა მნიშვნელოვნად იზრდება. LED ზოლის დამატებითი განათება გაიზარდა შესაბამისად 42.67%-ით, 66.89%-ით და 16.97%-ით, ხოლო LED მილის დამატებითი განათება - შესაბამისად 48.91%-ით, 94.86%-ით და 30.86%-ით. LED განათების მოწყობილობის დამატებითი LED განათება მთელი ზრდის პერიოდში [წითელი და ლურჯი სინათლის თანაფარდობაა 3:2, ხოლო სინათლის ინტენსივობაა 300 μmol/(m²·s)] მნიშვნელოვნად ზრდის ჩიევასა და ბადრიჯნის ცალკეული ნაყოფის ხარისხს და მოსავლიანობას ერთეულ ფართობზე. ჩიკუკუანის მოსავლიანობა 5.3%-ით და 15.6%-ით, ხოლო ბადრიჯნის - 7.6%-ით და 7.8%-ით გაიზარდა. LED განათების ხარისხის, მისი ინტენსივობისა და მთელი ზრდის პერიოდის ხანგრძლივობის წყალობით, შესაძლებელია მცენარის ზრდის ციკლის შემცირება, სასოფლო-სამეურნეო პროდუქტების კომერციული მოსავლიანობის, კვებითი ხარისხისა და მორფოლოგიური ღირებულების გაუმჯობესება, ასევე, შესაძლებელია მებაღეობის კულტურების მაღალეფექტური, ენერგოდამზოგავი და ინტელექტუალური წარმოების რეალიზება.

LED დამატებითი განათების გამოყენება ბოსტნეულის ნერგების მოყვანაში

მცენარეთა მორფოლოგიის, ზრდისა და განვითარების რეგულირება LED სინათლის წყაროთი სათბურის კულტივაციის სფეროში მნიშვნელოვანი ტექნოლოგიაა. უმაღლეს მცენარეებს შეუძლიათ სინათლის სიგნალების აღქმა და მიღება ფოტორეცეპტორული სისტემების, როგორიცაა ფიტოქრომი, კრიპტოქრომი და ფოტორეცეპტორი, მეშვეობით და მორფოლოგიური ცვლილებების განხორციელება უჯრედშიდა მესენჯერების მეშვეობით მცენარის ქსოვილებისა და ორგანოების რეგულირებისთვის. ფოტომორფოგენეზი ნიშნავს, რომ მცენარეები სინათლეზე არიან დამოკიდებული უჯრედების დიფერენციაციის, სტრუქტურული და ფუნქციური ცვლილებების, ასევე ქსოვილებისა და ორგანოების ფორმირების კონტროლისთვის, მათ შორის ზოგიერთი თესლის აღმოცენებაზე გავლენის მოხდენისთვის, აპიკალური დომინირების ხელშეწყობისთვის, გვერდითი კვირტების ზრდის დათრგუნვისთვის, ღეროს დაგრძელებისა და ტროპიზმისთვის.

ბოსტნეულის ნერგების მოყვანა ობიექტის სოფლის მეურნეობის მნიშვნელოვანი ნაწილია. უწყვეტი წვიმიანი ამინდი ობიექტში არასაკმარის განათებას გამოიწვევს და ნერგები მიდრეკილნი არიან დაგრძელებისკენ, რაც გავლენას მოახდენს ბოსტნეულის ზრდაზე, ყვავილის კვირტების დიფერენციაციასა და ნაყოფის განვითარებაზე და საბოლოოდ გავლენას ახდენს მათ მოსავლიანობასა და ხარისხზე. წარმოებაში, ნერგების ზრდის რეგულირებისთვის გამოიყენება მცენარეთა ზრდის ზოგიერთი რეგულატორი, როგორიცაა გიბერელინი, აუქსინი, პაკლობუტრაზოლი და ქლორმეკვატი. თუმცა, მცენარეთა ზრდის რეგულატორების დაუსაბუთებელმა გამოყენებამ შეიძლება ადვილად დააბინძუროს ბოსტნეულისა და ობიექტების გარემო, რაც უარყოფითად აისახება ადამიანის ჯანმრთელობაზე.

LED დამატებით განათებას დამატებითი განათების მრავალი უნიკალური უპირატესობა აქვს და ის LED დამატებითი განათების გამოყენების შესაძლებელ გზას წარმოადგენს ნერგების გასაზრდელად. დაბალი განათების პირობებში [0~35 μmol/(m²·s)] ჩატარებულ LED დამატებითი განათების ექსპერიმენტში აღმოჩნდა, რომ მწვანე შუქი ხელს უწყობს კიტრის ნერგების დაგრძელებას და ზრდას. წითელი შუქი და ლურჯი შუქი აფერხებენ ნერგების ზრდას. ბუნებრივ სუსტ შუქთან შედარებით, წითელი და ლურჯი შუქით გამდიდრებული ნერგების ძლიერი ნერგების ინდექსი გაიზარდა შესაბამისად 151.26%-ით და 237.98%-ით. მონოქრომატული განათების ხარისხთან შედარებით, წითელი და ლურჯი კომპონენტების შემცველი ძლიერი ნერგების ინდექსი რთული სინათლის დამატებითი სინათლის დამუშავების დროს გაიზარდა 304.46%-ით.

კიტრის ნერგებზე წითელი შუქის დამატებამ შეიძლება გაზარდოს ნამდვილი ფოთლების რაოდენობა, ფოთლის ფართობი, მცენარის სიმაღლე, ღეროს დიამეტრი, მშრალი და ახალი ხარისხი, ნერგების ძლიერი ინდექსი, ფესვის სიცოცხლისუნარიანობა, SOD აქტივობა და ხსნადი ცილის შემცველობა. UV-B გამოსხივების დამატებამ შეიძლება გაზარდოს ქლოროფილ a-ს, ქლოროფილ b-ს და კაროტინოიდების შემცველობა კიტრის ნერგების ფოთლებში. ბუნებრივ განათებასთან შედარებით, წითელი და ლურჯი LED შუქის დამატებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს პომიდვრის ნერგების ფოთლის ფართობი, მშრალი ნივთიერების ხარისხი და ძლიერი ნერგების ინდექსი. LED წითელი და მწვანე შუქის დამატება მნიშვნელოვნად ზრდის პომიდვრის ნერგების სიმაღლეს და ღეროს სისქეს. LED მწვანე შუქის დამატებით დამუშავებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს კიტრისა და პომიდვრის ნერგების ბიომასა და ნერგების ახალი და მშრალი წონა იზრდება მწვანე შუქის დამატებით სინათლის ინტენსივობის ზრდასთან ერთად, ხოლო პომიდვრის ნერგების სქელი ღეროს და ძლიერი ნერგების ინდექსი მიჰყვება მწვანე შუქის დამატებით შუქს. სიმტკიცის ზრდა იზრდება. LED წითელი და ლურჯი შუქის კომბინაციამ შეიძლება გაზარდოს ღეროს სისქე, ფოთლის ფართობი, მთელი მცენარის მშრალი წონა, ფესვისა და ყლორტების თანაფარდობა და ბადრიჯნის ძლიერი ნერგების ინდექსი. თეთრ სინათლესთან შედარებით, LED წითელ სინათლეს შეუძლია გაზარდოს კომბოსტოს ნერგების ბიომასა და ხელი შეუწყოს კომბოსტოს ნერგების დაგრძელებას, ზრდას და ფოთლების გაფართოებას. LED ლურჯი სინათლე ხელს უწყობს კომბოსტოს ნერგების სქელ ზრდას, მშრალი ნივთიერების დაგროვებას და ძლიერ ნერგის მაჩვენებელს და კომბოსტოს ნერგებს ჯუჯას ხდის. ზემოთ მოყვანილი შედეგები აჩვენებს, რომ სინათლის რეგულირების ტექნოლოგიით მოყვანილი ბოსტნეულის ნერგების უპირატესობები აშკარაა.

LED დამატებითი განათების გავლენა ხილისა და ბოსტნეულის კვებით ხარისხზე

ხილსა და ბოსტნეულში შემავალი ცილა, შაქარი, ორგანული მჟავები და ვიტამინები ადამიანის ჯანმრთელობისთვის სასარგებლო საკვები ნივთიერებებია. სინათლის ხარისხს შეუძლია გავლენა მოახდინოს მცენარეებში VC-ის შემცველობაზე VC-ის სინთეზისა და დაშლის ფერმენტების აქტივობის რეგულირებით და ასევე შეუძლია ცილების მეტაბოლიზმის და ნახშირწყლების დაგროვების რეგულირება მებაღეობის მცენარეებში. წითელი სინათლე ხელს უწყობს ნახშირწყლების დაგროვებას, ლურჯი სინათლით დამუშავება სასარგებლოა ცილის წარმოქმნისთვის, ხოლო წითელი და ლურჯი სინათლის კომბინაციამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს მცენარეების კვებითი ღირებულება მონოქრომატულ სინათლესთან შედარებით.

წითელი ან ლურჯი LED სინათლის დამატებამ შეიძლება შეამციროს ნიტრატების შემცველობა სალათის ფურცლებში, ლურჯი ან მწვანე LED სინათლის დამატებამ შეიძლება ხელი შეუწყოს სალათის ფურცლებში ხსნადი შაქრის დაგროვებას, ხოლო ინფრაწითელი LED სინათლის დამატება ხელს უწყობს სალათის ფურცლებში ვირთევზას დაგროვებას. შედეგებმა აჩვენა, რომ ლურჯი სინათლის დამატებამ შეიძლება გააუმჯობესოს პომიდვრის ვირთევზას შემცველობა და ხსნადი ცილის შემცველობა; წითელი და წითელი ლურჯი სინათლის კომბინირებულმა სინათლემ შეიძლება გაზარდოს პომიდვრის ნაყოფის შაქრისა და მჟავის შემცველობა, ხოლო შაქრისა და მჟავას თანაფარდობა ყველაზე მაღალი იყო წითელი ლურჯი კომბინირებული სინათლის ქვეშ; წითელი ლურჯი სინათლის კომბინირებულმა სინათლემ შეიძლება გააუმჯობესოს კიტრის ნაყოფის ვირთევზას შემცველობა.

ხილსა და ბოსტნეულში შემავალი ფენოლები, ფლავონოიდები, ანტოციანები და სხვა ნივთიერებები არა მხოლოდ მნიშვნელოვან გავლენას ახდენენ ხილისა და ბოსტნეულის ფერზე, გემოსა და სასაქონლო ღირებულებაზე, არამედ აქვთ ბუნებრივი ანტიოქსიდანტური აქტივობა და შეუძლიათ ეფექტურად შეაფერხონ ან გაათავისუფლონ თავისუფალი რადიკალები ადამიანის ორგანიზმში.

სინათლის დასამატებლად LED ლურჯი სინათლის გამოყენებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს ბადრიჯნის კანში ანტოციანინების შემცველობა 73.6%-ით, ხოლო LED წითელი სინათლის და წითელი და ლურჯი სინათლის კომბინაციის გამოყენებამ შეიძლება გაზარდოს ფლავონოიდების და ფენოლების საერთო შემცველობა. ლურჯ სინათლეს შეუძლია ხელი შეუწყოს ლიკოპენის, ფლავონოიდების და ანტოციანების დაგროვებას პომიდვრის ნაყოფში. წითელი და ლურჯი სინათლის კომბინაცია გარკვეულწილად ხელს უწყობს ანტოციანინების გამომუშავებას, მაგრამ აფერხებს ფლავონოიდების სინთეზს. თეთრ სინათლესთან შედარებით, წითელი სინათლით დამუშავებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს ანტოციანინების შემცველობა სალათის ფურცლებში, მაგრამ ლურჯი სინათლით დამუშავებას აქვს ანტოციანინების ყველაზე დაბალი შემცველობა. მწვანე ფოთლის, იისფერი ფოთლის და წითელი ფოთლის სალათის ფურცლებში ფენოლების საერთო შემცველობა უფრო მაღალი იყო თეთრი სინათლის, წითელ-ლურჯი კომბინირებული სინათლის და ლურჯი სინათლის გამოყენებისას, მაგრამ ყველაზე დაბალი იყო წითელი სინათლის გამოყენებისას. LED ულტრაიისფერი სინათლის ან ნარინჯისფერი სინათლის დამატებამ შეიძლება გაზარდოს ფენოლური ნაერთების შემცველობა სალათის ფოთლებში, ხოლო მწვანე სინათლის დამატებამ შეიძლება გაზარდოს ანტოციანინების შემცველობა. ამრიგად, LED განათების გამოყენება ხილისა და ბოსტნეულის კვებითი ღირებულების რეგულირების ეფექტური საშუალებაა მებაღეობის ობიექტებში.

LED დამატებითი განათების გავლენა მცენარეების დაბერების საწინააღმდეგოდ

მცენარის დაბერების დროს ქლოროფილის დეგრადაცია, ცილის სწრაფი კარგვა და რნმ-ის ჰიდროლიზი ძირითადად ფოთლების დაბერების სახით ვლინდება. ქლოროპლასტები ძალიან მგრძნობიარენი არიან გარე განათების გარემოს ცვლილებების მიმართ, განსაკუთრებით სინათლის ხარისხით. წითელი, ლურჯი და წითელ-ლურჯი კომბინირებული სინათლე ხელს უწყობს ქლოროპლასტების მორფოგენეზს, ლურჯი სინათლე კიტრის ნერგების მარცვლების დაგროვებას ქლოროპლასტებში, ხოლო წითელი და შორეული წითელი სინათლე უარყოფითად მოქმედებს ქლოროპლასტების განვითარებაზე. ლურჯი, წითელი და ლურჯი სინათლის კომბინაცია ხელს უწყობს კიტრის ნერგების ფოთლებში ქლოროფილის სინთეზს, ხოლო წითელი და ლურჯი სინათლის კომბინაციამ შეიძლება შეაფერხოს ფოთლის ქლოროფილის შემცველობის შემცირება მოგვიანებით ეტაპზე. ეს ეფექტი უფრო აშკარაა წითელი სინათლის თანაფარდობის შემცირებით და ლურჯი სინათლის თანაფარდობის ზრდით. კიტრის ნერგების ფოთლებში ქლოროფილის შემცველობა LED წითელი და ლურჯი კომბინირებული სინათლის დამუშავების დროს მნიშვნელოვნად მაღალი იყო, ვიდრე ფლუორესცენტული სინათლის კონტროლისა და მონოქრომატული წითელი და ლურჯი სინათლის დამუშავების დროს. LED ლურჯ სინათლეს შეუძლია მნიშვნელოვნად გაზარდოს ვუტაკაის და მწვანე ნივრის ნერგების ქლოროფილის a/b მნიშვნელობა.

დაბერების დროს ხდება ციტოკინინების (CTK), აუქსინის (IAA), აბსცისის მჟავას შემცველობის (ABA) ცვლილებები და ფერმენტული აქტივობის სხვადასხვა ცვლილება. მცენარეული ჰორმონების შემცველობაზე ადვილად მოქმედებს სინათლის გარემო. სინათლის სხვადასხვა ხარისხს მცენარის ჰორმონებზე განსხვავებული მარეგულირებელი ეფექტი აქვს და სინათლის სიგნალის გადაცემის გზის საწყის ეტაპებზე ციტოკინინები მონაწილეობენ.

CTK ხელს უწყობს ფოთლის უჯრედების გაფართოებას, აძლიერებს ფოთლის ფოტოსინთეზს, ამავდროულად თრგუნავს რიბონუკლეაზას, დეოქსირიბონუკლეაზას და პროტეაზას აქტივობას და აფერხებს ნუკლეინის მჟავების, ცილებისა და ქლოროფილის დეგრადაციას, ამიტომ მას შეუძლია მნიშვნელოვნად შეაფერხოს ფოთლის დაბერება. არსებობს ურთიერთქმედება სინათლესა და CTK-ით განპირობებულ განვითარების რეგულაციას შორის და სინათლეს შეუძლია ენდოგენური ციტოკინინის დონის მატების სტიმულირება. როდესაც მცენარის ქსოვილები დაბერების მდგომარეობაშია, მათში ენდოგენური ციტოკინინის შემცველობა მცირდება.

IAA ძირითადად კონცენტრირებულია ინტენსიური ზრდის ნაწილებში და ძალიან მცირე შემცველობაა დაბერებულ ქსოვილებსა და ორგანოებში. იისფერმა სინათლემ შეიძლება გაზარდოს ინდოლძმარმჟავას ოქსიდაზას აქტივობა, ხოლო IAA-ს დაბალმა დონემ შეიძლება შეაფერხოს მცენარეების დაგრძელება და ზრდა.

ABA ძირითადად წარმოიქმნება დაბერებული ფოთლის ქსოვილებში, მწიფე ნაყოფში, თესლში, ღეროებში, ფესვებსა და სხვა ნაწილებში. კიტრისა და კომბოსტოს ABA შემცველობა წითელი და ლურჯი სინათლის კომბინაციისას უფრო დაბალია, ვიდრე თეთრი და ლურჯი სინათლის შემთხვევაში.

მცენარეებში უფრო მნიშვნელოვანი და სინათლესთან დაკავშირებული დამცავი ფერმენტებია პეროქსიდაზა (POD), სუპეროქსიდდისმუტაზა (SOD), ასკორბატ პეროქსიდაზა (APX), კატალაზა (CAT). თუ მცენარეები დაბერდებიან, ამ ფერმენტების აქტივობა სწრაფად შემცირდება.

სხვადასხვა სინათლის ხარისხს მნიშვნელოვანი გავლენა აქვს მცენარის ანტიოქსიდანტური ფერმენტების აქტივობაზე. წითელი სინათლით დამუშავების 9-დღიანი შემდეგ, რაფსის ნერგების APX აქტივობა მნიშვნელოვნად გაიზარდა, ხოლო POD აქტივობა შემცირდა. პომიდვრის POD აქტივობა წითელი და ლურჯი სინათლით 15-დღიანი დამუშავების შემდეგ, თეთრი სინათლეზე 20.9%-ით და 11.7%-ით მეტი იყო. მწვანე სინათლით დამუშავების 20-დღიანი შემდეგ, პომიდვრის POD აქტივობა ყველაზე დაბალი იყო, თეთრი სინათლის მხოლოდ 55.4%. 4-საათიანი ლურჯი სინათლის დამატებით, ნერგების სტადიაზე, კიტრის ფოთლებში ხსნადი ცილის შემცველობა, POD, SOD, APX და CAT ფერმენტების აქტივობა მნიშვნელოვნად იზრდება. გარდა ამისა, SOD-ისა და APX-ის აქტივობა თანდათან მცირდება სინათლის გახანგრძლივებასთან ერთად. ლურჯი და წითელი სინათლის ქვეშ SOD-ისა და APX-ის აქტივობა ნელ-ნელა მცირდება, მაგრამ ყოველთვის უფრო მაღალია, ვიდრე თეთრი სინათლის. წითელი სინათლით დასხივებამ მნიშვნელოვნად შეამცირა პომიდვრის ფოთლების პეროქსიდაზას და IAA პეროქსიდაზას აქტივობა და ბადრიჯნის ფოთლების IAA პეროქსიდაზას აქტივობა, მაგრამ გამოიწვია ბადრიჯნის ფოთლების პეროქსიდაზას აქტივობის მნიშვნელოვანი ზრდა. ამრიგად, გონივრული LED დამატებითი განათების სტრატეგიის მიღებას შეუძლია ეფექტურად შეაფერხოს საბაღე კულტურების დაბერება და გააუმჯობესოს მოსავლიანობა და ხარისხი.

LED განათების ფორმულის შექმნა და გამოყენება

მცენარეების ზრდა-განვითარებაზე მნიშვნელოვნად მოქმედებს სინათლის ხარისხი და მისი შემადგენლობის განსხვავებული თანაფარდობა. სინათლის ფორმულა ძირითადად მოიცავს რამდენიმე ელემენტს, როგორიცაა სინათლის ხარისხის თანაფარდობა, სინათლის ინტენსივობა და სინათლის დრო. ვინაიდან სხვადასხვა მცენარეს განსხვავებული მოთხოვნილებები აქვს სინათლის მიმართ და ზრდისა და განვითარების სხვადასხვა ეტაპი, კულტივირებული კულტურებისთვის საჭიროა სინათლის ხარისხის, სინათლის ინტენსივობისა და სინათლის დამატებითი გამოყენების დროის საუკეთესო კომბინაცია.

 ◆სინათლის სპექტრის თანაფარდობა

თეთრ სინათლესა და ერთჯერად წითელ და ლურჯ სინათლესთან შედარებით, LED წითელი და ლურჯი სინათლის კომბინაციას ყოვლისმომცველი უპირატესობა აქვს კიტრისა და კომბოსტოს ნერგების ზრდა-განვითარებაზე.

როდესაც წითელი და ლურჯი სინათლის თანაფარდობა 8:2-ია, მნიშვნელოვნად იზრდება მცენარის ღეროს სისქე, მცენარის სიმაღლე, მცენარის მშრალი წონა, ახალი წონა, ძლიერი ნერგების ინდექსი და ა.შ. და ასევე სასარგებლოა ქლოროპლასტური მატრიცის და ბაზალური ლამელების ფორმირებისთვის და ასიმილაციური ნივთიერებების გამოსავლისთვის.

წითელი ლობიოს ყლორტებისთვის წითელი, მწვანე და ლურჯი ხარისხის კომბინაციის გამოყენება დადებითად მოქმედებს მის მშრალი ნივთიერების დაგროვებაზე, ხოლო მწვანე სინათლეს შეუძლია ხელი შეუწყოს წითელი ლობიოს ყლორტების მშრალი ნივთიერების დაგროვებას. ზრდა ყველაზე თვალსაჩინოა, როდესაც წითელი, მწვანე და ლურჯი სინათლის თანაფარდობაა 6:2:1. წითელი ლობიოს ყლორტის ნერგის ბოსტნეულის ჰიპოკოტილის დაგრძელების ეფექტი საუკეთესო იყო წითელი და ლურჯი სინათლის 8:1 თანაფარდობის პირობებში, ხოლო წითელი ლობიოს ყლორტის ჰიპოკოტილის დაგრძელება აშკარად შეფერხებული იყო წითელი და ლურჯი სინათლის 6:3 თანაფარდობის პირობებში, მაგრამ ხსნადი ცილის შემცველობა ყველაზე მაღალი იყო.

როდესაც ლუფას ნერგებისთვის წითელი და ლურჯი სინათლის თანაფარდობა 8:1-ია, ლუფას ნერგებში ძლიერი ნერგის ინდექსი და ხსნადი შაქრის შემცველობა ყველაზე მაღალია. როდესაც გამოყენებული იყო სინათლის ხარისხი წითელი და ლურჯი სინათლის 6:3 თანაფარდობით, ლუფას ნერგებში ქლოროფილ a-ს შემცველობა, ქლოროფილ a/b-ს თანაფარდობა და ხსნადი ცილის შემცველობა ყველაზე მაღალი იყო.

ნიახურში წითელი და ლურჯი სინათლის 3:1 თანაფარდობის გამოყენებისას, მას შეუძლია ეფექტურად შეუწყოს ხელი ნიახურის მცენარის სიმაღლის, ყუნწის სიგრძის, ფოთლების რაოდენობის, მშრალი ნივთიერების ხარისხის, ვიტრაჟული ნახშირბადის შემცველობის, ხსნადი ცილის შემცველობის და ხსნადი შაქრის შემცველობის ზრდას. პომიდვრის მოყვანაში, LED ლურჯი სინათლის პროპორციის გაზრდა ხელს უწყობს ლიკოპენის, თავისუფალი ამინომჟავების და ფლავონოიდების წარმოქმნას, ხოლო წითელი სინათლის პროპორციის გაზრდა - ტიტრაციული მჟავების წარმოქმნას. როდესაც წითელი და ლურჯი სინათლისა და სალათის ფურცლების თანაფარდობა 8:1-ია, ის სასარგებლოა კაროტინოიდების დაგროვებისთვის და ეფექტურად ამცირებს ნიტრატის შემცველობას და ზრდის ვიტრაჟული ნახშირბადის შემცველობას.

 ◆სინათლის ინტენსივობა

სუსტი განათების პირობებში მზარდი მცენარეები უფრო მგრძნობიარენი არიან ფოტოინჰიბირების მიმართ, ვიდრე ძლიერი განათების პირობებში. პომიდვრის ნერგების წმინდა ფოტოსინთეზის სიჩქარე იზრდება სინათლის ინტენსივობის ზრდასთან ერთად [50, 150, 200, 300, 450, 550μmol/(m²·s)], რაც აჩვენებს თავდაპირველად ზრდის, შემდეგ შემცირების ტენდენციას და 300μmol/(m²·s)-ზე მაქსიმუმს აღწევს. სალათის ფურცლის სიმაღლე, ფოთლის ფართობი, წყლის შემცველობა და VC შემცველობა მნიშვნელოვნად გაიზარდა 150μmol/(m²·s) სინათლის ინტენსივობის დამუშავების დროს. 200μmol/(m²·s) სინათლის ინტენსივობის დამუშავების დროს მნიშვნელოვნად გაიზარდა ახალი წონა, საერთო წონა და თავისუფალი ამინომჟავის შემცველობა, ხოლო 300μmol/(m²·s) სინათლის ინტენსივობის დამუშავების დროს შემცირდა სალათის ფურცლის ფართობი, წყლის შემცველობა, ქლოროფილ a, ქლოროფილ a+b და კაროტინოიდები. სიბნელესთან შედარებით, LED-ების სინათლის ინტენსივობის ზრდასთან ერთად [3, 9, 15 μmol/(m²·s)], შავი ლობიოს ყლორტებში ქლოროფილ a-ს, ქლოროფილ b-ს და ქლოროფილ a+b-ს შემცველობა მნიშვნელოვნად გაიზარდა. VC-ს შემცველობა ყველაზე მაღალია 3 μmol/(m²·s)-ზე, ხოლო ხსნადი ცილის, ხსნადი შაქრის და საქაროზის შემცველობა ყველაზე მაღალია 9 μmol/(m²·s). იმავე ტემპერატურულ პირობებში, სინათლის ინტენსივობის ზრდასთან ერთად [(2~2.5)lx×103 lx, (4~4.5)lx×103 lx, (6~6.5)lx×103 lx], წიწაკის ნერგების დათესვის დრო მცირდება, ხსნადი შაქრის შემცველობა იზრდება, მაგრამ ქლოროფილ a-ს და კაროტინოიდების შემცველობა თანდათან მცირდება.

 ◆სინათლის დრო

სინათლის დროის სწორად გახანგრძლივება გარკვეულწილად ამცირებს სინათლის არასაკმარისი ინტენსივობით გამოწვეულ დაბალი სინათლის სტრესს, ხელს უწყობს მებაღეობის კულტურებში ფოტოსინთეზური პროდუქტების დაგროვებას და იძლევა მოსავლიანობის გაზრდისა და ხარისხის გაუმჯობესების ეფექტს. ღივების VC შემცველობამ თანდათანობით მზარდი ტენდენცია აჩვენა სინათლის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად (0, 4, 8, 12, 16, 20 სთ/დღეში), ხოლო თავისუფალი ამინომჟავების შემცველობამ, SOD და CAT აქტივობებმა კლების ტენდენცია აჩვენა. სინათლის დროის გახანგრძლივებასთან ერთად (12, 15, 18 სთ), ჩინური კომბოსტოს მცენარეების ახალი წონა მნიშვნელოვნად გაიზარდა. VC შემცველობა ჩინური კომბოსტოს ფოთლებსა და ღეროებში ყველაზე მაღალი იყო შესაბამისად 15 და 12 საათზე. ჩინური კომბოსტოს ფოთლების ხსნადი ცილის შემცველობა თანდათან შემცირდა, მაგრამ ღეროებში ყველაზე მაღალი იყო 15 საათის შემდეგ. ჩინური კომბოსტოს ფოთლებში ხსნადი შაქრის შემცველობა თანდათან გაიზარდა, ხოლო ღეროებში ყველაზე მაღალი იყო 12 საათის შემდეგ. როდესაც წითელი და ლურჯი სინათლის თანაფარდობა 1:2-ია, 12-საათიან სინათლის დროსთან შედარებით, 20-საათიანი სინათლე ამცირებს მწვანე ფოთლოვანი სალათის ფურცლებში ფენოლებისა და ფლავონოიდების საერთო შემცველობას, მაგრამ როდესაც წითელი და ლურჯი სინათლის თანაფარდობა 2:1-ია, 20-საათიანი სინათლე მნიშვნელოვნად ზრდის მწვანე ფოთლოვანი სალათის ფურცლებში ფენოლებისა და ფლავონოიდების საერთო შემცველობას.

ზემოაღნიშნულიდან ჩანს, რომ სხვადასხვა სინათლის ფორმულას განსხვავებული გავლენა აქვს სხვადასხვა ტიპის კულტურების ფოტოსინთეზზე, ფოტომორფოგენეზსა და ნახშირბადისა და აზოტის მეტაბოლიზმზე. საუკეთესო სინათლის ფორმულის, სინათლის წყაროს კონფიგურაციისა და ინტელექტუალური კონტროლის სტრატეგიების ფორმულირების მისაღწევად, საწყის წერტილად საჭიროა მცენარეთა სახეობები და შესაბამისი კორექტირება უნდა განხორციელდეს მებაღეობის კულტურების სასაქონლო საჭიროებების, წარმოების მიზნების, წარმოების ფაქტორების და ა.შ. შესაბამისად, რათა მიღწეულ იქნას სინათლის გარემოს ინტელექტუალური კონტროლი და მაღალი ხარისხის და მაღალმოსავლიანი მებაღეობის კულტურების მიღება ენერგიის დაზოგვის პირობებში.

არსებული პრობლემები და პერსპექტივები

LED განათების მნიშვნელოვანი უპირატესობა ის არის, რომ მას შეუძლია ინტელექტუალური კომბინაციების კორექტირება სხვადასხვა მცენარის ფოტოსინთეზური მახასიათებლების მოთხოვნის სპექტრის, მორფოლოგიის, ხარისხისა და მოსავლიანობის შესაბამისად. სხვადასხვა ტიპის კულტურებს და ერთი და იგივე კულტურის სხვადასხვა ზრდის პერიოდს განსხვავებული მოთხოვნები აქვთ სინათლის ხარისხზე, სინათლის ინტენსივობასა და ფოტოპერიოდზე. ეს მოითხოვს სინათლის ფორმულების კვლევის შემდგომ განვითარებასა და გაუმჯობესებას სინათლის ფორმულების უზარმაზარი მონაცემთა ბაზის შესაქმნელად. პროფესიონალური ნათურების კვლევასა და განვითარებასთან ერთად, შესაძლებელია LED დამატებითი განათების მაქსიმალური ღირებულების მიღწევა სასოფლო-სამეურნეო გამოყენებაში, რათა უკეთ დაზოგოთ ენერგია, გააუმჯობესოთ წარმოების ეფექტურობა და ეკონომიკური სარგებელი. LED განათების გამოყენებამ მებაღეობაში აჩვენა ძლიერი სიცოცხლისუნარიანობა, მაგრამ LED განათების მოწყობილობების ფასი შედარებით მაღალია და ერთჯერადი ინვესტიცია დიდია. სხვადასხვა კულტურის დამატებითი განათების მოთხოვნები სხვადასხვა გარემო პირობებში არ არის ნათელი, დამატებითი სინათლის სპექტრი, განათების არაგონივრული ინტენსივობა და დრო გარდაუვლად გამოიწვევს სხვადასხვა პრობლემებს განათების ინდუსტრიის გამოყენებაში.

თუმცა, ტექნოლოგიების განვითარებასა და გაუმჯობესებასთან ერთად, ასევე LED განათების წარმოების ღირებულების შემცირებასთან ერთად, LED დამატებითი განათება უფრო ფართოდ გამოიყენება მებაღეობის ობიექტებში. ამავდროულად, LED დამატებითი განათების ტექნოლოგიური სისტემის განვითარება და პროგრესი და ახალი ენერგიის კომბინაცია ხელს შეუწყობს მებაღეობის ობიექტების, ოჯახური სოფლის მეურნეობის, ურბანული სოფლის მეურნეობისა და კოსმოსური სოფლის მეურნეობის სწრაფ განვითარებას, რათა დააკმაყოფილოს ადამიანების მოთხოვნა მებაღეობის კულტურებზე სპეციალურ გარემოში.