Исследователи определили оптимальное время сумерек для роста растений

Группа исследователей получила представление о генетических процессах, лежащих в основе того, как растения распознают сумерки, и о роли, которую сумерки играют в росте растений.

«Мы получили удивительные результаты: сумерки оказывают очень существенное влияние на ключевые сельскохозяйственные характеристики, такие как время цветения и рост», — говорит Р. Глен Уриг, доцент кафедры биологических наук.

Для исследования ученые имитировали условия сумерек в контролируемой камере роста и следили за реакцией растения Arabidopsis, модельного растения и родственника канолы. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.

Они подвергали растения воздействию постепенно увеличивающейся продолжительности сумерек (от 0 до 90 минут) и отметили, что растения вырастали крупнее, имели больше цветов и больше биомассы при 30-минутных сумерках по сравнению с более короткими или более длинными сумерками. Это открытие имеет невероятные перспективы для сельскохозяйственной селекции и выращивания садовых растений, говорит Ухриг.

Выращиваемые в поле культуры можно вывести так, чтобы они лучше реагировали на сумеречные условия, адаптируя время сбора урожая и увеличивая урожайность — проблема, с которой сталкивается мировое сельское хозяйство в условиях меняющегося климата. Для вертикального земледелия или садоводческих теплиц изменения условий освещения с учетом сумерек могут дать аналогичные положительные результаты и повысить урожайность, отмечает он.

На протяжении десятилетий считалось, что фотопериод (период времени в течение дня, в течение которого растение подвергается воздействию света) и температура являются двумя ключевыми переменными окружающей среды, влияющими на рост растений, но о влиянии сумерек было известно немного из-за технических ограничений: не было возможности достаточно точно смоделировать условия сумерек, чтобы получить точные данные.

Достижения в области технологий означают, что теперь можно изучать сумерки как переменную окружающей среды. Уриг и его команда использовали оборудование от G2V Optics для создания шестиполосных светодиодных «рецептов» (определенных комбинаций длин волн и интенсивности света) с полностью программируемой интенсивностью света в камере роста.

«Мы хотели понять, как растения реагируют на сумерки, которые по сути представляют собой усиление света утром и ослабление света вечером, чтобы увидеть, как это влияет на их рост и развитие», - говорят ученые.

Исследователи измеряли растения, делая снимки с помощью камеры верхнего расположения и обрабатывая их с помощью программного обеспечения для анализа изображений, чтобы проанализировать их рост с течением времени, а также с помощью ряда современных инструментов молекулярного анализа.

Как объясняет Ухриг, в сумерках у растений происходят два ключевых процесса — обнаружение света и фотосинтез. Сначала происходит обнаружение света, и когда достигается определенная интенсивность света, это запускает фотосинтез. В то время как растения вырастали больше и цвели больше в ответ на условия сумерек, созданные для исследования, эти показатели роста немного по-разному реагировали на разное время экспозиции, что позволяет предположить, что сумерки оказывают комплексное влияние на рост и развитие растений.

«Мы считаем, что именно здесь вступают в действие сумерки и разделяют способность растения воспринимать свет, которая может быть больше связана с периодом цветения, от фотосинтеза, который больше связан с ростом», - пояснили ученые.

Они дополнительно изучили молекулярные механизмы , лежащие в основе наблюдаемых реакций, изучив линию растений с дефицитом генов и измененными циркадными часами. «Рост и развитие растений на самом высоком уровне регулируются циркадными часами», — объясняет Уриг. «В этот сумеречный период происходит что-то невероятно интересное, чего ранее не наблюдалось».