Оценка использования светодиодного освещения в сочетании с применением γ-PGA SAP пептида на рост и развитие растений мяты перечной в условиях закрытой биосистемы

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В статье исследована возможность регуляции биомассы и продуктивности Mentha piperita L. при выращивании в условиях закрытой системы Синерготрон. Приведены результаты модуляции световых параметров культивирования и использование обработок низкими концентрациями пептида за счет изменения интенсивности роста и формирования вегетативной массы. Установлено, что закрытая система позволяет выявлять тонкие механизмы изменения растений и их морфологии и метаболизма при применении вегетационных индексов GLI, EXG, VARI и традиционных критериев продуктивности, открывая новые возможности в разработке современных подходов в биотехнологии эфиромасличных растений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. В. Шелепова

Главный ботанический сад Н. В. Цицина Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: photonics@technosphera.ru
ORCID iD: 0000-0003-2011-6054

к. б. н., в. н. с.

Россия, Москва

Е. Н. Баранова

Главный ботанический сад Н. В. Цицина Российской академии наук

Email: photonics@technosphera.ru
ORCID iD: 0000-0001-8169-9228

к. б. н., в. н. с., н. с.

Россия, Москва

К. А. Судариков

АНО Институт стратегии развития; Московская сельскохозяйственная академия имени Тимирязева Российский государственный аграрный университет

Email: photonics@technosphera.ru
ORCID iD: 0009-0005-8734-1223

инженер-исследователь

Россия, Москва; Москва

Л. С. Олехнович

Главный ботанический сад Н. В. Цицина Российской академии наук

Email: photonics@technosphera.ru

к. б. н., н. с.

Россия, Москва

Л. Н. Коновалова

Главный ботанический сад Н. В. Цицина Российской академии наук

Email: photonics@technosphera.ru

н. с.

Россия, Москва

В. В. Латушкин

АНО Институт стратегии развития; Московская сельскохозяйственная академия имени Тимирязева Российский государственный аграрный университет

Email: photonics@technosphera.ru
ORCID iD: 0000-0003-1406-8965

к. б. н., c. н. с.

Россия, Москва; Москва

А. А. Гулевич

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии

Email: photonics@technosphera.ru
ORCID iD: 0000-0003-4399-2903

к. б. н., c. н. с.

Россия, Москва

П. А. Верник

АНО Институт стратегии развития

Email: photonics@technosphera.ru
ORCID iD: 0000-0001-5850-7654

в. н. с.

Россия, Москва

Список литературы

  1. Shelepova O. V., Baranova E. N., Tkacheva E. V., Evdokimenkova Y.B, Ivanovskii A. A., Konovalova L. N., Gulevich A. A. Aromatic Plants Metabolic Engineering: A review. Agronomy, 2022, 12, 3131. doi: 10.3390/agronomy12123131
  2. Malysheva A. G., Shelepova O. V., Yudin S. M. Transformation of the component structure of essential oil and volatile allocation of plants under the impact of artificial lighting. Gigiena i Sanitariya.2019; 98(11): 1228–1234. doi: 10.18821/0016-9900-2019-98-11-1228-1234. Малышева А. Г, Шелепова О. В., Юдин С. М. Трансформация компонентного состава эфирного масла и летучих выделений растений под влиянием искусственного освещения. Гигиена и санитария. 2019;98(11):1228–1234. doi: 10.18821/0016-9900-2019-98-11-1228-1234).
  3. Gupta S., Kumar A., Gupta A. K., Jnanesha A. C. et al. Industrial mint crop revolution, new opportunities, and novel cultivation ambitions: A review. Ecological Genetics and Genomics. 2023; 27: 100174. https://doi.org/10.1016/j.egg.2023.100174.
  4. Sharma A., Hazarika M., Heisnam P. et al. Controlled Environment Ecosystem: A plant growth system to combat climate change through soilless culture. Crop Design. 2024; 3: 100044. https://doi.org/10.1016/j.cropd.2023.100044
  5. Al Murad M., Razi K., Jeong B. R. et al. Light emitting diodes (LEDs) as agricultural lighting: Impact and its potential on improving physiology, flowering, and secondary metabolites of crops. Sustainability. 2021; 13(4): 1985. doi: 10.3390/su13041985
  6. Nájera C., Gallegos-Cedillo V.M., Ros M., Pascual J. A. Role of spectrum-light on productivity, and plant quality over vertical farming systems: bibliometric analysis. Horticulturae. 2023; 9(1): 63. https://doi.org/10.3390/horticulturae9010063
  7. Sena S., Soni Kumari S., Kumar V., Husen A. Light emitting diode (LED) lights for the improvement of plant performance and production: A comprehensive review. Current Research in Biotechnology. 2024; 7: 100184. https://doi.org/10.1016/j.crbiot.2024.100184
  8. Paradiso R., Proietti S. Light-quality manipulation to control plant growth and photomorphogenesis in greenhouse horticulture: The state of the art and the opportunities of modern LED systems. Journal of Plant Growth Regulation, 2022; 41(2): 742–780. doi: 10.1007/s00344-021-10337-y
  9. Liu R. H. Health-Promoting Components of Fruits and Vegetables in the Diet. Advances in Nutrition. 2013; 4(3): 384S-392S. https://doi.org/10.3945/an.112.003517
  10. Ahmed H. A., Yu-Xin T., Qi-Chang Y. Optimal control of environmental conditions affecting lettuce plant growth in a controlled environment with artificial lighting: a review. South African Journal of Botany. 2020; 130: 75–89.
  11. Miao Y., Chen Q., Qu M., Gao L., Hou L. Blue light alleviates ‘red light syndrome’ by regulating chloroplast ultrastructure, photosynthetic traits and nutrient accumulation in cucumber plants Scientia Horticulturae. 2019; 257: 108680. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108680
  12. Zha L., Liu W., Yang Q. et al. Regulation of ascorbate accumulation and metabolism in lettuce by the red: blue ratio of continuous light using LEDs. Frontiers in Plant Science. 2020; 11.
  13. Wong C. E., Teo Z. W.N., L. Shen L. H. Yu Seeing the lights for leafy greens in indoor vertical farming. Trends Food Science and Technology. 2020; 106: 48–63. 10.1016/j.tifs.2020.09.031
  14. Boros I. F., Székely G., Balázs L., Csambalik L., Sipos L. Effects of LED lighting environments on lettuce (Lactuca sativa L.) in PFAL systems – A review. Scientia Horticulturae. 2023; 321: 112351. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.112351
  15. Wu B.-S., Mansoori M., Schwalb M. et al. Light emitting diode effect of red, blue, and amber light on photosynthesis and plant growth parameters. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2024; 256: 112939. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2024.112939
  16. Nozue H., Gomi M. Usefulness of broad-spectrum white LEDs to envision future plant factory T. Kozai (Ed.), Smart Plant Factory: The Next Generation Indoor Vertical Farms, Springer, Singapore (2018), pp. 197–210, https://doi.org/10.1007/978-981-13-1065-2_13
  17. Lee M.-J., Park S.-Y., Oh M.-M. Growth and cell division of lettuce plants under various ratios of red to far-red light-emitting diodes. Horticultural and Environmental Biotechnology. 2015; 56: 186–194. https://doi.org/10.1007/s13580-015-0130-1
  18. Thilini Deepashika Perera W.P, Navaratne S., Wickramasinghe I. Impact of spectral composition of light from light-emitting diodes (LEDs) on postharvest quality of vegetables: a review. Postharvest Biology and Technology. 2022; 191: 111955.
  19. Metallo R. M., Kopsell D. A., Sams C. E., Bumgarner N. R. Influence of blue/red vs. white LED light treatments on biomass, shoot morphology, and quality parameters of hydroponically grown kale. Scientia Horticulturae. 2018; 235: 189–197. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.02.061
  20. Gao S., Wang K., Li N. et al. The growth and photosynthetic responses of white LEDs with supplemental blue light in green onion (Allium fistulosum L.) unveiled by Illumina and single-molecule real-time (SMRT) RNA-sequencing. Environmental and Experimental Botany. 2022; 197: 104835. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2022.104835
  21. Sasani M., Ahmadzade M., Besharati H., Mirzadi Gohari A. Optimization of gamma polyglutamic acid (γ-PGA) production by Bacillus velezensis and its effect on increasing wheat growth and biocontrol of Bipolaris sorokiniana causal agent of common root rot of wheat. Biological Control of Pests and Plant Diseases, 2022, 11(2), 69–82. https://doi.org/10.22059/JBIOC.2023.364379.322
  22. Wang, Z.; Yang, R.; Liang, Y.; Zhang, S.; Zhang, Z.; Sun, C.; Yang, Q. Comparing efficacy of different biostimulants for hydroponically grown lettuce (Lactuca sativa L.). Agronomy. 2022; 12(4): 786. doi: 10.3390/agronomy12040786
  23. Guo J., Zhang J., Zhang K., Li S., Zhang Y. Effect of γ-PGA and γ-PGA SAP on soil microenvironment and the yield of winter wheat. Plos one, 2023, 18(7), e0288299. doi: 10.1371/journal.pone.0288299
  24. Gitelson A. A., Kaufman Y. J., Stark R., Rundquist D. Novel algorithms for remote estimation of vegetation fraction. Remote Sensing Environment. 2002, 80, 76–87.
  25. Woebbecke D. M., Meyer G. E., VonBargen K., Mortensen D. A. Color indicators for weed identification under various soil, residue, and lighting conditions. Transactions ASAE 1995; 38: 259–269.
  26. Louhaichi M., Borman M. M., Johnson D. E. Spatially located platform and aerial photography for documentation of grazing impacts on wheat. Geocarto International 2001; 16: 65–70.
  27. Baranova E. N.; Kononenko N. V.; Lapshin P. V.; Nechaev T. L. et al. Superoxide Dismutase Premodulates Oxidative Stress in Plastids for Protection of Tobacco Plants from Cold Damage Ultrastructure Damage. International Journal of Molecular Sciences. 2024; 25(10): 5544. doi: 10.3390/ijms25105544
  28. Baranova E. N., Shelepova O. V., Zolotukhina A. A., Nesterov G. V., Sudarikov K. A., Latushkin V. V., Gulevich A. A. Application of optical methods for assessing physiological damage to wheat flag leaves. Photonics Russia. 2024; 18(4): 320–330. doi: 10.22184/1993-7296.FRos.2024.18.4.320.330 Баранова Е. Н., Шелепова О. В., Золотухина А. А., Нестеров Г. В., Судариков К. А., Латушкин В. В., Гулевич А. А. Применение оптических методов для оценки физиологических повреждений флаговых листьев пшеницы. Фотоника. 2024; 18(4): 320–330. doi: 10.22184/1993-7296.FRos.2024.18.4.320.330
  29. Shelepova O. V.; Olekhnovich L. S., Konovalova L. N., Khusnetdinova T. I., Gulevich A. A., Baranova E. N. Assessment of essential oil yield in three mint species in the climatic conditions of Central Russia. Agronomy Research, 2021, 19(4), 1970–1980. doi: 10.15159/AR.21.113

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектральные характеристики светодиодных облучателей при выращивании растений в камерах синерготрона (полный спектр)

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектральные характеристики светодиодных облучателей при выращивании растений в камерах синерготрона (белый спектр)

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Особенности развития мяты при использовании двух типов светодиодного освещения (белый свет (W I и W II) и узкополосный спектральный свет, имитирующий естественное освещение (F I и F II)) со световым днем 16/8 и температурными условиями 26/22 °C в сочетании с применением γ-PGA SAP пептида (F II и W II) на рост и развитие растений мяты перечной в условиях закрытой системы – модуля Синерготрон ИСР11.02.140

Скачать (5MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Гистограммы индексов оценки растений мяты при использовании двух типов светодиодного освещения (белый свет (W I и W II) и узкополосный спектральный свет, имитирующий естественное освещение (F I и F II)) со световым днем 16/8 и температурными условиями 26/22 °C в сочетании с применением γ-PGA SAP пептида (F II и W II) с линиями трендов

Скачать (852KB)
Метаданные

© Шелепова О.В., Баранова Е.Н., Судариков К.А., Олехнович Л.С., Коновалова Л.Н., Латушкин В.В., Верник П.А., Гулевич А.А., 2024