Изменение эллиптичности поляризации лазерного излучения красного, зеленого и синего диапазонов при прохождении через листья растений кукурузы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Установлено, что при прохождении через листья кукурузы линейно поляризованного лазерного излучения красного (633 нм), зеленого (526 нм) и синего (405 нм) диапазонов происходит изменение эллиптичности поляризации в зависимости от угла поворота образца относительно начального положения. Наибольшие изменения отмечены для синего света, чей показатель эллиптичности k варьирует в пределах от –16° до 16°. Для красного и зеленого света эллиптичность варьирует в пределах от –9° до 10° и от –9° до 8° соответственно. Выдвинута гипотеза, что эти изменения вызваны взаимодействием света со слоем эпидермиса, с упорядоченными клетками в форме прямоугольников с волнистыми краями, что обуславливает анизотропию показателя преломления и сдвиг фаз между двумя ортогональными компонентами напряженности. Взаимодействие света с большей эллиптичностью с хиральными фоточувствительными структурами должно происходить более эффективно, следовательно, предположительно, это один из механизмов использования растениями линейно поляризованного света.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Юрий Николаевич Кульчин

Институт автоматики и процессов управления, Дальневосточное отделение Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-8750-4775

доктор физико-математических наук, академик, научный руководитель института

Россия, г. Владивосток

Сергей Олегович Кожанов

Институт автоматики и процессов управления, Дальневосточное отделение Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0009-0001-2629-3521

младший научный сотрудник

Россия, г. Владивосток

Евгений Петрович Субботин

Институт автоматики и процессов управления, Дальневосточное отделение Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-8658-3504

к. ф.-м.н, ведущий научный сотрудник

Россия, г. Владивосток

Александр Сергеевич Холин

Институт автоматики и процессов управления, Дальневосточное отделение Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-9751-5136

научный сотрудник

Россия, г. Владивосток

Наталья Ивановна Субботина

Институт автоматики и процессов управления, Дальневосточное отделение Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0003-0945-3877

младший научный сотрудник

Россия, г. Владивосток

Андрей Сергеевич Гомольский

Дальневосточный федеральный университет

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0009-0003-5606-9648

аспирант

Россия, г. Владивосток, о. Русский, п. Аякс

Ольга Олеговна Слугина

Дальневосточный федеральный университет

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0009-0008-0805-4544

студент, Передовая инженерная школа «Институт биотехнологий, биоинженерии и пищевых систем»

Россия, г. Владивосток, о. Русский, п. Аякс

Список литературы

  1. Shibayev P. P., Pergolizzi R. G. The effect of circularly polarized light on the growth of plants. International Journal of Botany. 2011; 7:113–117. doi: 10.3923/ijb.2011.113.117.
  2. Lkhamkhuu E., Zikihara K., Katsura H., Tokutomi S., Hosokawa T., Usami Y., Ichihashi M., Yamaguchi J., Monde K. Effect of circularly polarized light on germination, hypocotyl elongation and biomass production of Arabidopsis and lettuce: Involvement of phytochrome B. Plant Biotechnology. 2020; 37:57–67. doi: 10.5511/plantbiotechnology.19.1219a.
  3. Anderson C. The effects of polarized light on B. napus growth. 2018 Apr 19. Milligan University Digital Repository. URL: https://mcstor.library.milligan.edu/handle/11558/3448 [28.05.2024].
  4. Macht D. I. Concerning the influence of polarized light on the growth of seedlings. Journal of General Physiology. 1926; 10(1):41–52. doi: 10.1085/jgp.10.1.41.
  5. Kulchin Y. N., Sergeev A. A., Zinin Y. A., Gol’tsova D.O., Kozhanov S. O., Subbotin E. P. Simulation of interaction of polarised laser light with plant leaves. Quantum Electronics. 2021; 51:947–952. doi: 10.1070/QEL17630.
  6. Kulchin Y. N., Subbotin E. P., Kholin A. S., Kozhanov S. O., Dzemidchyk V. V., Trofimov Y. V., Kovalevsky K. V., Subbotina N. I., Gomolskii A. S. Effect of epidermis of plant leaves on their interaction efficiency with low-intensity laser light. Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2023; 50: S613-S623. doi: 10.3103/S1068335623170074.
  7. Kulchin Y. N., Subbotin E. P., Kozhanov S. O. Kholin A. S., Subbotina N. I. Ehffekt izmeneniya sostoyaniya polyarizatsii lazernogo izlucheniya, prokhodyashchego cherez list’ya rastenii = [The effect of laser light state of polarization change while transmitted through plant leaves]. Optical Methods of Flow Investigation: Proceedings of the XVII International Scientific and Technical Conference. Moscow. 26–30 June 2023. Moscow: Scientific and Technological Centre of Unique Instrumentation. 2023; 562–572. (In Russ.). EDN PFHMLU. eLIBRARY ID: 54941637. Кульчин Ю. Н., Субботин Е. П., Кожанов С. О., Холин А. С., Субботина Н. И. Эффект изменения состояния поляризации лазерного излучения, проходящего через листья растений. Оптические методы исследования потоков: Труды XVII Международной научно-технической конференции. Москва, 26–30 июня 2023 года. – Москва: Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, 2023; 562–572. – EDN PFHMLU. eLIBRARY ID: 54941637.
  8. Kulchin Y. N., Kozhanov S. O., Kholin A. S., Subbotin E. P., Kovalevsky K. V., Subbotina N. I., Gomolsky A. S. The linearly polarized light effect on maize development. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2023; 87(3): S409–S415. doi: 10.1134/S1062873823705950.
  9. Tuchin V. V. Polarized light interaction with tissues. Journal of Biomedical Optics. 2016; 21(7):71114. doi: 10.1117/1.JBO.21.7.071114. PMID: 27121763.
  10. Kulchin Y. N., Bulgakov V. P., Gol’tsova D.O., Subbotin E. P. Optogenetika rastenii – svetoregulyatsiya geneticheskogo i ehpigenicheskogo mekhanizmov upravleniya ontogenezom = [Plant optogenetics – photoregulation of genetic and epigenetic mechanisms of ontogenesis control]. Vestnik of the FEB RAS. 2020; 1:5–25. (In Russ.). doi: 10.25808/08697698.2020.209.1.001. EDN QHUXPC. Кульчин Ю. Н., Булгаков В. П., Гольцова Д. О., Субботин Е. П. Оптогенетика растений – светорегуляция генетического и эпигенического механизмов управления онтогенезом. Вестник ДВО РАН. 2020; 1:5–25. doi: 10.25808/08697698.2020.209.1.001. EDN QHUXPC.
  11. Golovatskaya I. F. Morfogenez rasteniy I yego regulyatsia. Ch. 1. Fotoregulyatsia morfogeneza rasteniy = [Plants morphogenesis and its regulation: pt. 1. Photoregulation of plants morphogenesis]. – Tomsk.: Tomsk State University Publ. 2016. 172 p. (In Russ.). URL: https://core.ac.uk/download/pdf/287483189.pdf [28.05.2024]. Головацкая И. Ф. Морфогенез растений и его регуляция. Ч. 1. Фоторегуляция морфогенеза растений. – Томск: Томский гос. ун-т. 2016. 172 с. URL: https://core.ac.uk/download/pdf/287483189.pdf [28.05.2024].
  12. Takemiya A., Inoue S., Doi M., Kinoshita T., Shimazaki K. Phototropins promote plant growth in response to blue light in low light environments. The Plant Cell. 2005; 17(4):1120–1127. doi: 10.1105/tpc.104.030049.
  13. Yu X., Liu H., Klejnot J., Lin C. The cryptochrome blue light receptors. The Arabidopsis Book. 2010; 8: e0135. doi: 10.1199/tab.0135.
  14. Franklin K. A., Quail P. H. Phytochrome functions in Arabidopsis development. Journal of Experimental Botany. 2010; 61(1):11–24. doi: 10.1093/jxb/erp304. PMID: 19815685; PMCID: PMC2800801.
  15. Corchnoy S. B., Swartz T. E., Lewis J. W., Szundi I., Briggs W. R., Bogomolni R. A. Intramolecular proton transfers and structural changes during the photocycle of the LOV2 domain of phototropin 1. Journal of Biological Chemistry. 2003; 278(2):724–731. doi: 10.1074/jbc.M209119200. Epub 2002 Oct 30. PMID: 12411437.
  16. Brazard J., Usman A., Lacombat F., Ley C., Martin M. M., Plaza P., Mony L., Heijde M., Zabulon G., Bowler C. Spectro-temporal characterization of the photoactivation mechanism of two new oxidized cryptochrome/photolyase photoreceptors. Journal of the American Chemical Society. 2010; 132(13):4935–4945. doi: 10.1021/ja1002372. PMID: 20222748.
  17. Zvereva S. V. V mire solnechnogo sveta = [At the world of sunlight]. – L.: Gidrometeoizdat. 1988. 160 p. (In Russ.). URL: http://elib.rshu.ru/files_books/pdf/img-417144956.pdf [28.05.2024]. Зверева С. В. В мире солнечного света: монография. – Л.: Гидрометеоиздат. 1988. 160 с. URL: http://elib.rshu.ru/files_books/pdf/img-417144956.pdf [28.05.2024].

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Оптическая схема экспериментальной установки: 1 – лазер; 2 – пластина λ / 4; 3 – коллимирующая линза; 4 – аттенюатор; 5 – исследуемый образец на ротаторе; 6 – поляриметр (PAX5710 Thorlabs, США)

Скачать (103KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Эллиптичность поляризации излучения в зависимости от угла поворота образца в плоскости, перпендикулярной распространению излучения при прохождении света (λ1 = 633 нм; λ2 = 526,5 нм; λ3 = 445 нм) через лист кукурузы

Скачать (438KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Клетки эпидермиса листа кукурузы (AmScope T120 Series, камера AmScope MU1000-HS)

Скачать (443KB)
Метаданные

© Кульчин Ю.Н., Кожанов С.О., Субботин Е.П., Холин А.С., Субботина Н.И., Гомольский А.С., Слугина О.О., 2024