რეზიუმე: ბოსტნეულის ნერგები ბოსტნეულის წარმოების პირველი ნაბიჯია და ნერგების ხარისხი ძალიან მნიშვნელოვანია დარგვის შემდეგ ბოსტნეულის მოსავლიანობისა და ხარისხისთვის. ბოსტნეულის ინდუსტრიაში შრომის დანაწილების უწყვეტი დახვეწის შედეგად, ბოსტნეულის ნერგები თანდათანობით ჩამოყალიბდა დამოუკიდებელ სამრეწველო ჯაჭვად და ემსახურებოდა ბოსტნეულის წარმოებას. ცუდი ამინდის ზემოქმედების გამო, ნერგების ტრადიციული მეთოდები გარდაუვლად აწყდება მრავალ გამოწვევას, როგორიცაა ნერგების ნელი ზრდა, ფოთლოვანი ნერგების ზრდა, მავნებლები და დაავადებები. ფოთლოვანი ნერგების წინააღმდეგ საბრძოლველად, ბევრი კომერციული კულტივატორი იყენებს ზრდის რეგულატორებს. თუმცა, ზრდის რეგულატორების გამოყენებისას არსებობს ნერგების სიმყარის, საკვების უვნებლობის და გარემოს დაბინძურების რისკები. ქიმიური კონტროლის მეთოდების გარდა, მიუხედავად იმისა, რომ მექანიკურ სტიმულაციას, ტემპერატურისა და წყლის კონტროლსაც შეუძლია როლი ითამაშოს ნერგების ფოთლოვანი ნერგების ზრდის თავიდან აცილებაში, ისინი ოდნავ ნაკლებად მოსახერხებელი და ეფექტურია. გლობალური ახალი Covid-19 ეპიდემიის გავლენის ქვეშ, წარმოების მართვის სირთულეები, რომლებიც გამოწვეულია მუშახელის დეფიციტით და ნერგების ინდუსტრიაში შრომის ხარჯების ზრდით, უფრო თვალსაჩინო გახდა.

განათების ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, ბოსტნეულის ნერგების გასაზრდელად ხელოვნური სინათლის გამოყენებას შემდეგი უპირატესობები აქვს: ნერგების მაღალი ეფექტურობა, მავნებლებისა და დაავადებების შემცირება და მარტივი სტანდარტიზაცია. ტრადიციულ სინათლის წყაროებთან შედარებით, LED სინათლის წყაროების ახალი თაობა ხასიათდება ენერგოდაზოგვით, მაღალი ეფექტურობით, ხანგრძლივი ექსპლუატაციის ვადით, გარემოს დაცვით და გამძლეობით, მცირე ზომით, დაბალი თერმული გამოსხივებით და მცირე ტალღის სიგრძის ამპლიტუდით. მას შეუძლია შესაბამისი სპექტრის ფორმირება მცენარეთა ქარხნების გარემოში ნერგების ზრდისა და განვითარების საჭიროებების შესაბამისად და ნერგების ფიზიოლოგიური და მეტაბოლური პროცესების ზუსტად კონტროლი, ამავდროულად, ხელს უწყობს ბოსტნეულის ნერგების დაბინძურებისგან თავისუფალ, სტანდარტიზებულ და სწრაფ წარმოებას და ამცირებს ნერგების ციკლს. სამხრეთ ჩინეთში, პლასტმასის სათბურებში წიწაკის და პომიდვრის ნერგების (3-4 ნამდვილი ფოთოლი) გაშენებას დაახლოებით 60 დღე სჭირდება, ხოლო კიტრის ნერგებისთვის (3-5 ნამდვილი ფოთოლი) - დაახლოებით 35 დღე. მცენარეთა ქარხნის პირობებში, პომიდვრის ნერგების გაშენებას მხოლოდ 17 დღე სჭირდება, ხოლო წიწაკის ნერგებისთვის - 25 დღე 20 საათის ფოტოპერიოდის და 200-300 μmol/(m2•s) PPF-ის პირობებში. სათბურში ნერგების მოყვანის ტრადიციულ მეთოდთან შედარებით, LED მცენარის ქარხნული ნერგების მოყვანის მეთოდის გამოყენებამ კიტრის ზრდის ციკლი მნიშვნელოვნად შეამცირა 15-30 დღით, ხოლო მდედრობითი ყვავილების და ნაყოფის რაოდენობა მცენარეზე გაიზარდა შესაბამისად 33.8%-ით და 37.3%-ით, ხოლო ყველაზე მაღალი მოსავლიანობა 71.44%-ით გაიზარდა.

ენერგიის გამოყენების ეფექტურობის თვალსაზრისით, მცენარეთა ქარხნების ენერგოეფექტურობა უფრო მაღალია, ვიდრე იმავე განედზე მდებარე ვენლოს ტიპის სათბურების. მაგალითად, შვედეთის მცენარეთა ქარხანაში 1 კგ სალათის ფურცლის მშრალი ნივთიერების წარმოებისთვის საჭიროა 1411 მჯ, ხოლო სათბურში - 1699 მჯ. თუმცა, თუ გამოვთვლით სალათის ფურცლის მშრალი ნივთიერების ერთ კილოგრამზე საჭირო ელექტროენერგიას, მცენარეთა ქარხანას 1 კგ მშრალი წონის სალათის ფურცლის წარმოებისთვის 247 კვტ·სთ სჭირდება, ხოლო შვედეთის, ნიდერლანდების და არაბთა გაერთიანებული საამიროების სათბურებს, შესაბამისად, 182 კვტ·სთ, 70 კვტ·სთ და 111 კვტ·სთ სჭირდება.

ამავდროულად, ქარხნის საწარმოში, კომპიუტერების, ავტომატური აღჭურვილობის, ხელოვნური ინტელექტის და სხვა ტექნოლოგიების გამოყენებით შესაძლებელია ნერგების მოყვანისთვის შესაფერისი გარემო პირობების ზუსტად კონტროლი, ბუნებრივი გარემო პირობების შეზღუდვების აღმოფხვრა და ნერგების წარმოების ინტელექტუალური, მექანიზებული და ყოველწლიური სტაბილური წარმოების რეალიზება. ბოლო წლებში, ქარხნის ნერგები გამოიყენება ფოთლოვანი ბოსტნეულის, ხილის ბოსტნეულის და სხვა ეკონომიკური კულტურების კომერციულ წარმოებაში იაპონიაში, სამხრეთ კორეაში, ევროპასა და შეერთებულ შტატებსა და სხვა ქვეყნებში. ქარხნების მაღალი საწყისი ინვესტიციები, მაღალი საოპერაციო ხარჯები და სისტემის უზარმაზარი ენერგიის მოხმარება კვლავ წარმოადგენს შემაფერხებელ ფაქტორებს, რომლებიც ზღუდავს ნერგების მოყვანის ტექნოლოგიის პოპულარიზაციას ჩინეთის ქარხნებში. ამიტომ, აუცილებელია გავითვალისწინოთ მაღალი მოსავლიანობისა და ენერგიის დაზოგვის მოთხოვნები სინათლის მართვის სტრატეგიების, ბოსტნეულის ზრდის მოდელების შექმნისა და ავტომატიზაციის აღჭურვილობის თვალსაზრისით ეკონომიკური სარგებლის გასაუმჯობესებლად.

ამ სტატიაში განხილულია LED განათების გარემოს გავლენა ბოსტნეულის ნერგების ზრდა-განვითარებაზე მცენარეთა ქარხნებში ბოლო წლებში, მცენარეული ნერგების სინათლის რეგულირების კვლევის მიმართულების პერსპექტივიდან გამომდინარე.

1. სინათლის გარემოს გავლენა ბოსტნეულის ნერგების ზრდა-განვითარებაზე

როგორც მცენარეთა ზრდისა და განვითარების ერთ-ერთი აუცილებელი გარემო ფაქტორი, სინათლე არა მხოლოდ ენერგიის წყაროა მცენარეებისთვის ფოტოსინთეზის განსახორციელებლად, არამედ მცენარის ფოტომორფოგენეზზე მოქმედი ძირითადი სიგნალიც. მცენარეები სინათლის სიგნალის სისტემის მეშვეობით აღიქვამენ სიგნალის მიმართულებას, ენერგიას და სინათლის ხარისხს, არეგულირებენ საკუთარ ზრდასა და განვითარებას და რეაგირებენ სინათლის არსებობაზე ან არარსებობაზე, ტალღის სიგრძეზე, ინტენსივობასა და ხანგრძლივობაზე. ამჟამად ცნობილი მცენარეთა ფოტორეცეპტორები მოიცავს სულ მცირე სამ კლასს: ფიტოქრომებს (PHYA~PHYE), რომლებიც აღიქვამენ წითელ და შორეულ წითელ სინათლეს (FR), კრიპტოქრომებს (CRY1 და CRY2), რომლებიც აღიქვამენ ლურჯ და ულტრაიისფერ A სხივებს და ელემენტებს (Phot1 და Phot2), UV-B რეცეპტორს UVR8, რომელიც აღიქვამს UV-B სხივებს. ეს ფოტორეცეპტორები მონაწილეობენ და არეგულირებენ დაკავშირებული გენების ექსპრესიას და შემდეგ არეგულირებენ სასიცოცხლო აქტივობებს, როგორიცაა მცენარის თესლის აღმოცენება, ფოტომორფოგენეზი, ყვავილობის დრო, მეორადი მეტაბოლიტების სინთეზი და დაგროვება, ასევე ბიოტიკური და აბიოტიკური სტრესების მიმართ ტოლერანტობას.

2. LED განათების გარემოს გავლენა ბოსტნეულის ნერგების ფოტომორფოლოგიურ ჩამოყალიბებაზე

2.1 სხვადასხვა სინათლის ხარისხის გავლენა ბოსტნეულის ნერგების ფოტომორფოგენეზზე

სპექტრის წითელ და ლურჯ რეგიონებს მცენარის ფოთლის ფოტოსინთეზისთვის მაღალი კვანტური ეფექტურობა აქვთ. თუმცა, კიტრის ფოთლების სუფთა წითელი სინათლის ხანგრძლივი ზემოქმედება აზიანებს ფოტოსისტემას, რაც იწვევს „წითელი სინათლის სინდრომის“ ფენომენს, როგორიცაა ბაგეების რეაქციის შეფერხება, ფოტოსინთეზური უნარის და აზოტის გამოყენების ეფექტურობის შემცირება და ზრდის შეფერხება. დაბალი სინათლის ინტენსივობის პირობებში (100±5 μmol/(m2•s)) სუფთა წითელ სინათლეს შეუძლია დააზიანოს კიტრის როგორც ახალგაზრდა, ასევე მომწიფებული ფოთლების ქლოროპლასტები, მაგრამ დაზიანებული ქლოროპლასტები აღდგა მას შემდეგ, რაც ის სუფთა წითელი სინათლიდან წითელ და ლურჯ სინათლეზე შეიცვალა (R:B= 7:3). პირიქით, როდესაც კიტრის მცენარეები წითელ-ლურჯი სინათლის გარემოდან სუფთა წითელი სინათლის გარემოში გადავიდნენ, ფოტოსინთეზის ეფექტურობა მნიშვნელოვნად არ შემცირებულა, რაც აჩვენებს წითელი სინათლის გარემოსთან ადაპტირებას. „წითელი სინათლის სინდრომის“ მქონე კიტრის ნერგების ფოთლის სტრუქტურის ელექტრონული მიკროსკოპით ანალიზის შედეგად, ექსპერიმენტატორებმა აღმოაჩინეს, რომ სუფთა წითელი სინათლის ქვეშ ქლოროპლასტების რაოდენობა, სახამებლის გრანულების ზომა და ფოთლებში გრანულების სისქე მნიშვნელოვნად დაბალი იყო, ვიდრე თეთრი სინათლის დამუშავების ქვეშ. ლურჯი სინათლის ჩარევა აუმჯობესებს კიტრის ქლოროპლასტების ულტრასტრუქტურას და ფოტოსინთეზურ მახასიათებლებს და გამორიცხავს საკვები ნივთიერებების ჭარბ დაგროვებას. თეთრ, წითელ და ლურჯ სინათლესთან შედარებით, სუფთა წითელი სინათლე ხელს უწყობს პომიდვრის ნერგების ჰიპოკოტილის დაგრძელებას და კოტილედონების გაფართოებას, მნიშვნელოვნად ზრდის მცენარის სიმაღლეს და ფოთლის ფართობს, მაგრამ მნიშვნელოვნად ამცირებს ფოტოსინთეზის უნარს, ამცირებს რუბისკოს შემცველობას და ფოტოქიმიურ ეფექტურობას და მნიშვნელოვნად ზრდის სითბოს გაფრქვევას. ჩანს, რომ სხვადასხვა ტიპის მცენარეები განსხვავებულად რეაგირებენ ერთი და იგივე ხარისხის სინათლის მიმართ, მაგრამ მონოქრომატულ სინათლესთან შედარებით, მცენარეებს აქვთ უფრო მაღალი ფოტოსინთეზის ეფექტურობა და უფრო ენერგიული ზრდა შერეული სინათლის გარემოში.

მკვლევრებმა ჩაატარეს მრავალი კვლევა ბოსტნეულის ნერგების სინათლის ხარისხის კომბინაციის ოპტიმიზაციის შესახებ. იმავე სინათლის ინტენსივობის პირობებში, წითელი სინათლის თანაფარდობის ზრდასთან ერთად, პომიდვრისა და კიტრის ნერგების სიმაღლე და ახალი წონა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა, ხოლო წითელი და ლურჯი ფერის 3:1 თანაფარდობით დამუშავებას საუკეთესო ეფექტი ჰქონდა; პირიქით, ლურჯი სინათლის მაღალმა თანაფარდობამ შეაფერხა პომიდვრისა და კიტრის ნერგების ზრდა, რომლებიც მოკლე და კომპაქტური იყო, მაგრამ ზრდიდა მშრალი ნივთიერებისა და ქლოროფილის შემცველობას ნერგების ყლორტებში. მსგავსი ნიმუშები შეინიშნება სხვა კულტურებშიც, როგორიცაა წიწაკა და საზამთრო. გარდა ამისა, თეთრ სინათლესთან შედარებით, წითელმა და ლურჯმა სინათლემ (R:B=3:1) არა მხოლოდ მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა პომიდვრის ნერგების ფოთლის სისქე, ქლოროფილის შემცველობა, ფოტოსინთეზის ეფექტურობა და ელექტრონების გადაცემის ეფექტურობა, არამედ მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა კალვინის ციკლთან დაკავშირებული ფერმენტების ექსპრესიის დონე, ზრდის ვეგეტარიანული შემცველობა და ნახშირწყლების დაგროვება. წითელი და ლურჯი სინათლის ორი თანაფარდობის (R:B=2:1, 4:1) შედარებისას, ლურჯი სინათლის უფრო მაღალი თანაფარდობა უფრო ხელს უწყობდა კიტრის ნერგებში მდედრობითი ყვავილების ფორმირებას და აჩქარებდა მდედრობითი ყვავილების ყვავილობის დროს. მიუხედავად იმისა, რომ წითელი და ლურჯი სინათლის სხვადასხვა თანაფარდობას მნიშვნელოვანი გავლენა არ მოუხდენია კომბოსტოს, რუკოლას და მდოგვის ნერგების ახალი წონის მოსავლიანობაზე, ლურჯი სინათლის მაღალმა თანაფარდობამ (30% ლურჯი სინათლე) მნიშვნელოვნად შეამცირა კომბოსტოს და მდოგვის ნერგების ჰიპოკოტილის სიგრძე და კოტილედონის ფართობი, ხოლო კოტილედონის ფერი გაღრმავდა. ამრიგად, ნერგების წარმოებისას, ლურჯი სინათლის პროპორციის სათანადო ზრდამ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს ბოსტნეულის ნერგების კვანძებს შორის მანძილი და ფოთლების ფართობი, ხელი შეუწყოს ნერგების გვერდით გაფართოებას და გააუმჯობესოს ნერგების სიმტკიცის ინდექსი, რაც ხელს უწყობს ძლიერი ნერგების გაშენებას. იმ პირობით, რომ სინათლის ინტენსივობა უცვლელი დარჩა, წითელ და ლურჯ სინათლეში მწვანე სინათლის გაზრდამ მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა ტკბილი წიწაკის ნერგების ახალი წონა, ფოთლების ფართობი და მცენარის სიმაღლე. ტრადიციულ თეთრ ფლუორესცენტურ ნათურასთან შედარებით, წითელ-მწვანე-ლურჯი (R3:G2:B5) განათების პირობებში, „ოკაგი #1 პომიდვრის“ ნერგების Y[II], qP და ETR მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა. სუფთა ლურჯ სინათლეს ულტრაიისფერი სინათლის (100 μmol/(m2•s) ლურჯი სინათლე + 7% UV-A) დამატებამ მნიშვნელოვნად შეამცირა რუკოლას და მდოგვის ღეროს დაგრძელების სიჩქარე, ხოლო FR-ის დამატება საპირისპირო იყო. ეს ასევე აჩვენებს, რომ წითელი და ლურჯი სინათლის გარდა, სხვა სინათლის თვისებებიც მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ მცენარის ზრდა-განვითარების პროცესში. მიუხედავად იმისა, რომ არც ულტრაიისფერი სინათლე და არც FR არ არის ფოტოსინთეზის ენერგიის წყარო, ორივე მათგანი მონაწილეობს მცენარის ფოტომორფოგენეზში. მაღალი ინტენსივობის ულტრაიისფერი სინათლე საზიანოა მცენარის დნმ-ისა და ცილებისთვის და ა.შ. თუმცა, ულტრაიისფერი სინათლე ააქტიურებს უჯრედულ სტრესულ რეაქციებს, რაც იწვევს ცვლილებებს მცენარის ზრდაში, მორფოლოგიასა და განვითარებაში გარემო ცვლილებებთან ადაპტაციისთვის. კვლევებმა აჩვენა, რომ დაბალი R/FR იწვევს ჩრდილის თავიდან აცილების რეაქციებს მცენარეებში, რაც იწვევს მცენარეებში მორფოლოგიურ ცვლილებებს, როგორიცაა ღეროს დაგრძელება, ფოთლების გათხელება და მშრალი ნივთიერების მოსავლიანობის შემცირება. წვრილი ყუნწი ძლიერი ნერგების გასაზრდელად კარგი ზრდის მახასიათებელი არ არის. ზოგადად ფოთლოვანი და ხილის ბოსტნეულის ნერგებისთვის, მკვრივი, კომპაქტური და ელასტიური ნერგები ტრანსპორტირებისა და დარგვის დროს პრობლემებს არ ქმნის.

UV-A გამოსხივება კიტრის ნერგებს უფრო დაამოკლებს და უფრო კომპაქტურს ხდის, ხოლო გადარგვის შემდეგ მოსავლიანობა მნიშვნელოვნად არ განსხვავდება საკონტროლო პროდუქტისგან; მაშინ, როდესაც UV-B გამოსხივებას უფრო მნიშვნელოვანი დამთრგუნველი ეფექტი აქვს, გადარგვის შემდეგ მოსავლიანობის შემცირების ეფექტი უმნიშვნელოა. წინა კვლევებმა აჩვენა, რომ UV-A აფერხებს მცენარის ზრდას და მცენარეებს ჯუჯას ხდის. თუმცა, სულ უფრო მეტი მტკიცებულება არსებობს იმისა, რომ UV-A გამოსხივების არსებობა, მოსავლის ბიომასის დათრგუნვის ნაცვლად, სინამდვილეში ხელს უწყობს მას. ძირითად წითელ და თეთრ სინათლესთან შედარებით (R:W=2:3, PPFD არის 250 μmol/(m2·s)), წითელ და თეთრ სინათლეში დამატებითი ინტენსივობაა 10 W/m2 (დაახლოებით 10 μmol/(m2·s)). კომბოსტოს UV-A გამოსხივებამ მნიშვნელოვნად გაზარდა კომბოსტოს ნერგების ბიომასა, კვანძთაშორისი სიგრძე, ღეროს დიამეტრი და მცენარის ვარჯის სიგანე, მაგრამ ხელშემწყობი ეფექტი სუსტდებოდა, როდესაც ულტრაიისფერი ინტენსივობა 10 W/m2-ს აღემატებოდა. ულტრაიისფერი გამოსხივების (UV-A) 2-საათიანი ყოველდღიური დანამატი (0.45 ჯ/(მ2•წმ)) მნიშვნელოვნად ზრდის „Oxeart“ პომიდვრის ნერგების მცენარის სიმაღლეს, კოტილედონების ფართობს და ახალ წონას, ამავდროულად ამცირებს პომიდვრის ნერგებში H2O2-ის შემცველობას. ჩანს, რომ სხვადასხვა კულტურა განსხვავებულად რეაგირებს ულტრაიისფერ სინათლეზე, რაც შეიძლება დაკავშირებული იყოს კულტურების მგრძნობელობასთან ულტრაიისფერი გამოსხივების მიმართ.

ნამყენი ნერგების გასაზრდელად, ღეროს სიგრძე შესაბამისად უნდა გაიზარდოს საძირე მყნობის გასაადვილებლად. FR-ის სხვადასხვა ინტენსივობას განსხვავებული გავლენა ჰქონდა პომიდვრის, წიწაკის, კიტრის, გოგრის და საზამთროს ნერგების ზრდაზე. ცივ თეთრ შუქზე FR-ის 18.9 μmol/(მ2•წმ) დამატებამ მნიშვნელოვნად გაზარდა პომიდვრის და წიწაკის ნერგების ჰიპოკოტილის სიგრძე და ღეროს დიამეტრი; 34.1 μmol/(მ2•წმ) FR-ს საუკეთესო ეფექტი ჰქონდა კიტრის, გოგრის და საზამთროს ნერგების ჰიპოკოტილის სიგრძისა და ღეროს დიამეტრის გაუმჯობესებაზე; მაღალი ინტენსივობის FR-ს (53.4 μmol/(მ2•წმ)) საუკეთესო ეფექტი ჰქონდა ამ ხუთ ბოსტნეულზე. ნერგების ჰიპოკოტილის სიგრძე და ღეროს დიამეტრი მნიშვნელოვნად აღარ გაიზარდა და კლების ტენდენცია დაიწყო. წიწაკის ნერგების ახალი წონა მნიშვნელოვნად შემცირდა, რაც მიუთითებს, რომ ხუთი ბოსტნეულის ნერგის FR გაჯერების მნიშვნელობები 53.4 μmol/(მ2•წმ)-ზე დაბალი იყო და FR მნიშვნელობა მნიშვნელოვნად დაბალი იყო FR-ის მნიშვნელობაზე. სხვადასხვა ბოსტნეულის ნერგების ზრდაზე გავლენა ასევე განსხვავებულია.

2.2 სხვადასხვა დღის სინათლის ინტეგრალის გავლენა ბოსტნეულის ნერგების ფოტომორფოგენეზზე

დღის სინათლის ინტეგრალი (DLI) წარმოადგენს მცენარის ზედაპირის მიერ დღის განმავლობაში მიღებული ფოტოსინთეზური ფოტონების მთლიან რაოდენობას, რაც დაკავშირებულია სინათლის ინტენსივობასთან და სინათლის დროსთან. გამოთვლის ფორმულაა DLI (მოლ/მ2/დღე) = სინათლის ინტენსივობა [μმოლ/(მ2•წმ)] × დღიური სინათლის დრო (სთ) × 3600 × 10-6. დაბალი სინათლის ინტენსივობის გარემოში მცენარეები რეაგირებენ დაბალი სინათლის გარემოზე ღეროსა და კვანძთაშორისი სიგრძის დაგრძელებით, მცენარის სიმაღლის, ყუნწის სიგრძისა და ფოთლის ფართობის გაზრდით, ასევე ფოთლის სისქისა და წმინდა ფოტოსინთეზის სიჩქარის შემცირებით. სინათლის ინტენსივობის ზრდასთან ერთად, მდოგვის გარდა, რუკოლას, კომბოსტოს და კალეს ნერგების ჰიპოკოტილის სიგრძე და ღეროს დაგრძელება იმავე ხარისხის სინათლის პირობებში მნიშვნელოვნად შემცირდა. ჩანს, რომ სინათლის გავლენა მცენარის ზრდასა და მორფოგენეზზე დაკავშირებულია სინათლის ინტენსივობასთან და მცენარის სახეობასთან. DLI-ის ზრდასთან ერთად (8.64~28.8 მოლ/მ2/დღეში), კიტრის ნერგების მცენარის ტიპი გახდა მოკლე, ძლიერი და კომპაქტური, ხოლო ფოთლის სპეციფიკური წონა და ქლოროფილის შემცველობა თანდათან შემცირდა. კიტრის ნერგების დათესვიდან 6-16 დღის შემდეგ, ფოთლები და ფესვები გამომშრალი იყო. წონა თანდათან გაიზარდა და ზრდის ტემპი თანდათან დაჩქარდა, მაგრამ დათესვიდან 16-21 დღის შემდეგ, კიტრის ნერგების ფოთლებისა და ფესვების ზრდის ტემპი მნიშვნელოვნად შემცირდა. გაძლიერებული DLI ხელს უწყობდა კიტრის ნერგების წმინდა ფოტოსინთეზის სიჩქარეს, მაგრამ გარკვეული მნიშვნელობის შემდეგ, წმინდა ფოტოსინთეზის სიჩქარემ კლება დაიწყო. ამიტომ, შესაბამისი DLI-ის შერჩევა და სხვადასხვა დამატებითი განათების სტრატეგიის გამოყენება ნერგების ზრდის სხვადასხვა ეტაპზე შეიძლება შეამციროს ენერგიის მოხმარება. კიტრისა და პომიდვრის ნერგებში ხსნადი შაქრისა და SOD ფერმენტის შემცველობა გაიზარდა DLI ინტენსივობის ზრდასთან ერთად. როდესაც DLI ინტენსივობა გაიზარდა 7.47 მოლ/მ2/დღეში 11.26 მოლ/მ2/დღეში, კიტრის ნერგებში ხსნადი შაქრისა და SOD ფერმენტის შემცველობა გაიზარდა შესაბამისად 81.03%-ით და 55.5%-ით. იმავე DLI პირობებში, სინათლის ინტენსივობის ზრდასთან და განათების დროის შემცირებასთან ერთად, პომიდვრისა და კიტრის ნერგების PSII აქტივობა ინჰიბირებული იყო და დაბალი ინტენსივობისა და ხანგრძლივი ხანგრძლივობის დამატებითი განათების სტრატეგიის არჩევა უფრო ხელსაყრელი იყო კიტრისა და პომიდვრის ნერგების მაღალი ინდექსისა და ფოტოქიმიური ეფექტურობის გასაზრდელად.

ნამყენი ნერგების წარმოებისას, დაბალი განათების გარემომ შეიძლება გამოიწვიოს ნამყენი ნერგების ხარისხის დაქვეითება და შეხორცების დროის გაზრდა. შესაბამისი სინათლის ინტენსივობა არა მხოლოდ აძლიერებს ნამყენი შეხორცების ადგილის შეკავშირების უნარს და აუმჯობესებს ძლიერი ნერგების ინდექსს, არამედ ამცირებს მდედრობითი ყვავილების კვანძების პოზიციას და ზრდის მდედრობითი ყვავილების რაოდენობას. მცენარეთა ქარხნებში, 2.5-7.5 მოლ/მ2/დღეში DLI საკმარისი იყო პომიდვრის ნამყენი ნერგების შეხორცების საჭიროებების დასაკმაყოფილებლად. ნამყენი პომიდვრის ნერგების კომპაქტურობა და ფოთლების სისქე მნიშვნელოვნად იზრდებოდა DLI ინტენსივობის ზრდასთან ერთად. ეს აჩვენებს, რომ ნამყენ ნერგებს შეხორცებისთვის მაღალი სინათლის ინტენსივობა არ სჭირდებათ. ამიტომ, ენერგიის მოხმარებისა და დარგვის გარემოს გათვალისწინებით, შესაბამისი სინათლის ინტენსივობის არჩევა ხელს შეუწყობს ეკონომიკური სარგებლის გაუმჯობესებას.

3. LED განათების გარემოს გავლენა ბოსტნეულის ნერგების სტრესისადმი მდგრადობაზე

მცენარეები გარე სინათლის სიგნალებს ფოტორეცეპტორების მეშვეობით იღებენ, რაც მცენარეში სიგნალის მოლეკულების სინთეზსა და დაგროვებას იწვევს, რითაც იცვლება მცენარის ორგანოების ზრდა-განვითარება და ფუნქცია და საბოლოოდ იზრდება მცენარის სტრესისადმი მდგრადობა. სინათლის განსხვავებული ხარისხი გარკვეულწილად ასტიმულირებს ნერგების სიცივისა და მარილისადმი ტოლერანტობის გაუმჯობესებას. მაგალითად, როდესაც პომიდვრის ნერგებს ღამით 4 საათის განმავლობაში სინათლე ემატებოდა, დამატებითი სინათლის გარეშე დამუშავებასთან შედარებით, თეთრ, წითელ, ლურჯ და წითელ და ლურჯ სინათლეს შეეძლო პომიდვრის ნერგების ელექტროლიტური გამტარიანობის და MDA შემცველობის შემცირება და სიცივისადმი ტოლერანტობის გაუმჯობესება. 8:2 წითელ-ლურჯი თანაფარდობის დამუშავებისას პომიდვრის ნერგებში SOD, POD და CAT-ის აქტივობები მნიშვნელოვნად მაღალი იყო, ვიდრე სხვა დამუშავებისას და მათ უფრო მაღალი ანტიოქსიდანტური უნარი და სიცივისადმი ტოლერანტობა ჰქონდათ.

სოიოს ფესვის ზრდაზე UV-B გამოსხივების გავლენა ძირითადად მცენარის სტრესისადმი მდგრადობის გაუმჯობესებაზეა ფესვის NO-სა და ROS-ის შემცველობის გაზრდით, მათ შორის ჰორმონალური სასიგნალო მოლეკულების, როგორიცაა ABA, SA და JA, შემცველობის გაზრდით და ფესვების განვითარების შეფერხებაზე IAA, CTK და GA-ს შემცველობის შემცირებით. UV-B გამოსხივების ფოტორეცეპტორი, UVR8, არა მხოლოდ ფოტომორფოგენეზის რეგულირებაში მონაწილეობს, არამედ მნიშვნელოვან როლს ასრულებს UV-B სტრესში. პომიდვრის ნერგებში UVR8 შუამავლობს ანთოციანების სინთეზსა და დაგროვებას, ხოლო ულტრაიისფერი აკლიმატიზებული ველური პომიდვრის ნერგები აუმჯობესებს მაღალი ინტენსივობის UV-B სტრესთან გამკლავების უნარს. თუმცა, UV-B გამოსხივების ადაპტაცია Arabidopsis-ის მიერ გამოწვეულ გვალვის სტრესთან არ არის დამოკიდებული UVR8 გზაზე, რაც მიუთითებს, რომ UV-B მოქმედებს როგორც მცენარის თავდაცვის მექანიზმების სიგნალით გამოწვეული ჯვარედინი რეაქცია, ისე, რომ სხვადასხვა ჰორმონები ერთობლივად მონაწილეობენ გვალვისადმი წინააღმდეგობის გაწევაში, რაც ზრდის ROS-ის შეწოვის უნარს.

მცენარის ჰიპოკოტილის ან ღეროს დაგრძელება, რომელიც გამოწვეულია FR-ით, და მცენარეების ადაპტაცია სიცივისადმი რეგულირდება მცენარის ჰორმონებით. ამიტომ, FR-ით გამოწვეული „ჩრდილის თავიდან აცილების ეფექტი“ დაკავშირებულია მცენარეების სიცივისადმი ადაპტაციასთან. ექსპერიმენტატორებმა ქერის ნერგები გაღივებიდან 18 დღის შემდეგ 15°C ტემპერატურაზე 10 დღის განმავლობაში შეავსეს, შემდეგ 5°C-მდე გააგრილეს + FR დამატებით 7 დღის განმავლობაში და აღმოაჩინეს, რომ თეთრ სინათლეზე დამუშავებასთან შედარებით, FR აძლიერებდა ქერის ნერგების ყინვაგამძლეობას. ამ პროცესს თან ახლავს ქერის ნერგებში ABA და IAA შემცველობის ზრდა. 15°C ტემპერატურაზე FR-ით წინასწარ დამუშავებული ქერის ნერგების შემდგომმა გადატანამ 5°C ტემპერატურაზე და FR დამატებით 7 დღის განმავლობაში გაგრძელებამ ზემოთ ჩამოთვლილი ორი დამუშავების მსგავსი შედეგები გამოიღო, მაგრამ შემცირებული ABA პასუხით. სხვადასხვა R:FR მნიშვნელობების მქონე მცენარეები აკონტროლებენ ფიტოჰორმონების (GA, IAA, CTK და ABA) ბიოსინთეზს, რომლებიც ასევე მონაწილეობენ მცენარის მარილისადმი ტოლერანტობაში. მარილიანი სტრესის პირობებში, დაბალი R:FR თანაფარდობის სინათლის გარემოს შეუძლია გააუმჯობესოს პომიდვრის ნერგების ანტიოქსიდანტური და ფოტოსინთეზური უნარი, შეამციროს ნერგებში ROS და MDA-ს წარმოება და გააუმჯობესოს მარილისადმი ტოლერანტობა. როგორც მარილიანობის სტრესმა, ასევე დაბალი R:FR მნიშვნელობამ (R:FR=0.8) დათრგუნა ქლოროფილის ბიოსინთეზი, რაც შეიძლება დაკავშირებული იყოს ქლოროფილის სინთეზის გზაზე PBG-ის UroIII-ად გარდაქმნის დაბლოკვასთან, ხოლო დაბალი R:FR გარემოს შეუძლია ეფექტურად შეამსუბუქოს მარილიანობის სტრესით გამოწვეული ქლოროფილის სინთეზის დარღვევა. ეს შედეგები მიუთითებს ფიტოქრომებსა და მარილისადმი ტოლერანტობას შორის მნიშვნელოვან კორელაციაზე.

სინათლის გარემოს გარდა, ბოსტნეულის ნერგების ზრდასა და ხარისხზე სხვა გარემო ფაქტორებიც მოქმედებს. მაგალითად, CO2-ის კონცენტრაციის ზრდა გაზრდის სინათლის გაჯერების მაქსიმალურ მნიშვნელობას Pn (Pnmax), შეამცირებს სინათლის კომპენსაციის წერტილს და გააუმჯობესებს სინათლის გამოყენების ეფექტურობას. სინათლის ინტენსივობისა და CO2-ის კონცენტრაციის ზრდა ხელს უწყობს ფოტოსინთეზური პიგმენტების შემცველობის, წყლის გამოყენების ეფექტურობისა და კალვინის ციკლთან დაკავშირებული ფერმენტების აქტივობის გაუმჯობესებას და საბოლოოდ, პომიდვრის ნერგების ფოტოსინთეზის ეფექტურობისა და ბიომასის დაგროვების გაზრდას. პომიდვრისა და წიწაკის ნერგების მშრალი წონა და კომპაქტურობა დადებითად კორელირებული იყო DLI-თან, ხოლო ტემპერატურის ცვლილებამ გავლენა მოახდინა ზრდაზე იმავე DLI დამუშავების პირობებში. 23~25℃ გარემო უფრო შესაფერისი იყო პომიდვრის ნერგების გასაზრდელად. ტემპერატურისა და სინათლის პირობების მიხედვით, მკვლევარებმა შეიმუშავეს მეთოდი წიწაკის ფარდობითი ზრდის ტემპის პროგნოზირებისთვის, რომელიც დაფუძნებულია წიწაკის ნამყენი ნერგების წარმოების გარემოსდაცვით რეგულირებაზე.

ამიტომ, წარმოებაში სინათლის რეგულირების სქემის შემუშავებისას გათვალისწინებული უნდა იყოს არა მხოლოდ სინათლის გარემო ფაქტორები და მცენარის სახეობები, არამედ კულტივაციისა და მართვის ისეთი ფაქტორებიც, როგორიცაა ნერგების კვება და წყლის მართვა, გაზის გარემო, ტემპერატურა და ნერგების ზრდის ეტაპი.

4. პრობლემები და პერსპექტივები

პირველ რიგში, ბოსტნეულის ნერგების სინათლის რეგულირება რთული პროცესია და დეტალურად უნდა გაანალიზდეს სხვადასხვა განათების პირობების გავლენა სხვადასხვა ტიპის ბოსტნეულის ნერგებზე ქარხნის გარემოში. ეს ნიშნავს, რომ მაღალი ეფექტურობისა და მაღალი ხარისხის ნერგების წარმოების მიზნის მისაღწევად, საჭიროა უწყვეტი კვლევა განვითარებული ტექნიკური სისტემის შესაქმნელად.

მეორეც, მიუხედავად იმისა, რომ LED სინათლის წყაროს ენერგომოხმარების მაჩვენებელი შედარებით მაღალია, მცენარეთა განათებისთვის ენერგიის მოხმარება ხელოვნური განათების გამოყენებით ნერგების მოყვანის ძირითადი ენერგომოხმარებაა. მცენარეთა ქარხნების უზარმაზარი ენერგომოხმარება კვლავ მცენარეთა ქარხნების განვითარების შემზღუდავ ბარიერს წარმოადგენს.

და ბოლოს, სოფლის მეურნეობაში მცენარეთა განათების ფართოდ გამოყენების გამო, მომავალში, LED მცენარეთა განათების ღირებულება მნიშვნელოვნად შემცირდება; პირიქით, შრომის ხარჯების ზრდა, განსაკუთრებით ეპიდემიის შემდგომ პერიოდში, შრომის დეფიციტი აუცილებლად ხელს შეუწყობს წარმოების მექანიზაციისა და ავტომატიზაციის პროცესს. მომავალში, ხელოვნურ ინტელექტზე დაფუძნებული მართვის მოდელები და ინტელექტუალური წარმოების აღჭურვილობა ბოსტნეულის ნერგების წარმოების ერთ-ერთ ძირითად ტექნოლოგიად იქცევა და გააგრძელებს მცენარეთა ქარხნის ნერგების ტექნოლოგიის განვითარებას.

ავტორები: Jiehui Tan, Houcheng Liu
სტატიის წყარო: სოფლის მეურნეობის ინჟინერიის ტექნოლოგიების Wechat ანგარიში (სათბურის მებაღეობა)