В настоящем исследовании анализируются аспекты онтогенеза растений Solanum lycopersicum сорта «Микро Том», культивируемых в системе искусственного климата и освещения (СИКР). Особое внимание уделяется влиянию варьирующего соотношения красного (К) и дальнего красного (ДК) света в спектре излучения на процессы роста и развития.

Растения томата сорта «Микро Том» культивировались в регулируемой среде с применением светодиодных источников излучения (LED). В рамках работы осуществлялся мониторинг физиологических ответов растений, подвергавшихся воздействию различных пропорций красного и дальнего красного света в спектральном составе облучения. Данный подход позволяет оценить роль фоторецепторов, таких как фитохромы, в регуляции морфогенеза и метаболизма растений. Изучение влияния К/ДК соотношения на томаты позволяет оптимизировать световые режимы в контролируемой среде для повышения урожайности и качества продукции.

Ключевые слова: томат сорта «Микро Том», СИКР, светодиодные облучатели, красный спектр излучения, дальний красный спектр излучения, плотность потока фотонов.

This study analyzes aspects of the ontogenesis of Solanum lycopersicum plants of the Micro Tom variety cultivated in an artificial climate and lighting system (IICR). Special attention is paid to the influence of the varying ratio of red (K) and far red (DC) light in the radiation spectrum on the processes of growth and development.

Tomato plants of the Micro Tom variety were cultivated in a controlled environment using LED sources of radiation (LED). As part of the work, the physiological responses of plants exposed to different proportions of red and far-red light in the spectral composition of irradiation were monitored. This approach allows us to evaluate the role of photoreceptors, such as phytochromes, in the regulation of plant morphogenesis and metabolism. Studying the effect of the R/FR ratio on tomatoes makes it possible to optimize light conditions in a controlled environment to increase yields and product quality.

Keywords: tomato of the Micro Tom variety, IPCS, LED irradiators, red radiation spectrum, far-red radiation spectrum, photon flux density.

Культивирование томатов приобретает особое значение в системах интенсивного контролируемого растениеводства (СИКР), включая вертикальные фермы и фабрики растений. СИКР представляет собой агротехнический подход, основанный на создании и поддержании оптимальных условий окружающей среды для роста и развития растений в закрытых помещениях (Peralta-Ruiz et al., 2020). В рамках данной системы обеспечивается точный контроль температуры, освещения, влажности и питательного режима, что позволяет достигать повышенной урожайности и улучшенных качественных характеристик плодов томата, по сравнению с традиционными методами возделывания в открытом грунте.

Применение СИКР позволяет минимизировать риски, связанные с воздействием вредителей, болезней и других негативных факторов, влияющих на продуктивность томатов (Graamans et al., 2018). Несмотря на необходимость внедрения сложных технологических решений и инвестиций в специализированное оборудование, СИКР обеспечивает стабильное и прогнозируемое производство томатов в течение всего года.

Актуальность настоящего исследования обусловлена необходимостью изучения морфофизиологических реакций растений томата сорта «Микро Том» на облучение светодиодными источниками с различным соотношением красного и дальнего красного света в спектре излучения, а также разработкой физиологически обоснованных рекомендаций для культивирования данного сорта. Исследования показывают, что спектральный состав света оказывает существенное влияние на ростовые процессы и развитие растений (Taiz et al., 2014). В частности, дальний красный свет может стимулировать процессы вытягивания стебля (этап растяжения), что может быть полезно для томатов, но его избыток может привести к нежелательному ослаблению стебля.

Дальний красный свет играет важную роль в регуляции содержания фитохрома и гиббереллинов в растениях, оказывая влияние на метаболические процессы, определяющие рост, цветение и плодоношение томатов (Zhang, 2020; Cordeiro, 2022; Dorokhov, 2020). Использование светодиодных светильников с дальним красным светом в фотосинтетически активной зоне может способствовать повышению урожайности томатов, а также стимулировать их рост, цветение и формирование плодов (Ji, 2020; Kalaitzoglou, 2019).

Цель исследования: изучение физиологических реакций растений томата сорта «Микро Том» при выращивании в СИКР с использованием светодиодных облучателей с различным соотношением красного и дальнего красного света в спектре излучения, а также разработке технологий интенсивного культивирования томата сорта «Микро Том» в условиях светокультуры на территории РФ. Объектом исследования был выбран низкорослый (10–20 см), ультраскороспелый (50–60 дней) сорт томата «Микро Том» супердетерминантного типа.

Рис. 1. СД-установки для фотобиологических исследований

В качестве источника основного освещения использовались светодиодные облучатели, с различными пропорциями красного и дальнего красного в спектре. Плотность потока фотонов по вариантам составляла: 75 мкмоль/(сек∙м²) на первом варианте облучения; 102 мкмоль/(сек∙м²) на втором варианте облучения; 76 мкмоль/(сек∙м²) на третьем варианте облучения и 70 мкмоль/(сек∙м²) на четвертом варианте облучения (Табл.1).

Таблица 1

Спектры облучения растений. Относительная доля красного, λ _max = 660 нм (К660), и дальнего красного, λ _max = 730 нм (ДК 730)

Результаты и их обсуждение. Врамках исследования осуществлялся мониторинг фенологического развития растений, фиксировались временные параметры наступления ключевых фенофаз: приживаемость, фаза вегетации, инициация цветения и формирование завязи, созревание плодов, наступление физиологической зрелости и сбор урожая. Выявлены различия в динамике вегетативного развития растений томата сорта «Микро Том», обусловленные вариациями в соотношении красного (К) и дальнего красного (ДК) света в спектральном составе искусственного освещения.

Установлено влияние различных режимов освещения на временные параметры онтогенеза томата. В большинстве вариантов, за исключением варианта без ДК-составляющей, переход к фазе формирования соцветий происходил в течение месяца после размещения растений в климатических камерах (КК) с искусственным LED-освещением. Наиболее раннее начало формирования соцветий (27 суток после помещения в КК) наблюдалось при освещении с соотношением 30 % К и 70 % ДК.

Фитохром, ключевая система, регулирующая процессы удлинения стебля (Smith, 2000), обеспечивает растениям возможность мониторинга спектрального состава излучения в окружающей среде. Добавление дальнего красного света (700–750 нм) к спектру стимулирует увеличение площади листовой поверхности и интенсификацию фотосинтеза (Franklin, 2008).

Максимальная интенсивность фотосинтеза (3,02 мкмоль/м²с) у растений томата сорта «Микро Том» зафиксирована при облучении 100 % ДК и 0 % К, что в 1,5 раза превышает минимальное значение, отмеченное при соотношении 70 % К и 30 % ДК (1,98 мкмоль/м²с).

Рис. 2. Интенсивность фотосинтеза томата сорта «Микро Том» на 55-й день от всходов

В ходе работы была рассчитана энергия плодообразования томатов сорта «Микро Том» (Табл.2). На варианте освещения 0 % К+100 % ДК наблюдаем наиболее высокий показатель энергии плодообразования, который составил 24,5 %, а вариант освещения 100 % К + 0 % ДК имел тенденцию к понижению показателя энергии плодообразования, около 15 %.

Таблица 2

Показатели урожайности томатов сорта «Микро Том»

По мере увеличения доли дальнего красного света в общем спектре излучения наблюдается увеличение урожайности. Максимальное значение 1,67 кг/м² достигается на варианте 0 % К +100 % ДК, однако средняя масса плода выше на варианте 30 % К+ 70 % ДК и составляет 2,31 г.

Литература:

1. André M Cordeiro, Luis Andrade, Catarina C Monteiro, Guilherme Leitão, Philip A Wigge, Nelson J M Saibo PHYTOCHROME-INTERACTING FACTORS: a promising tool to improve crop productivity// Journal of Experimental Botany. 2022
2. Dorokhov A. S., Smirnov A. A., Semenova N. A., Akimova S. V., Kachan S. A., Chilingaryan N. O., Glinushkin A. P., Podkovyrov I Yu The effect of far-red light on the productivity and photosynthetic activity of tomato// Economic and Phytosanitary Rationale for the Introduction of Feed Plants.2020
3. Jiye Zhang, Yiting Zhang, Shiwei Song, Wei Su, Yanwei Hao, Houcheng Liu Supplementary Red light results in the earlier ripening of tomato fruit depending on ethylene production// Environmental and Experimental Botany. 2020
4. Pavlos Kalaitzoglou, Wim van Ieperen, Jeremy Harbinson, Maarten van der Meer, Stavros Martinakos, Kees Weerheim, Celine C S Nicole, Leo F M Marcelis Effects of Continuous or End-of-Day Far-Red Light on Tomato Plant Growth, Morphology, Light Absorption, and Fruit Production//Frontiers in Plant Science. 2019
5. Yongran Ji, Diego Nuñez Ocaña, Daegeun Choe, Dorthe H. Larsen, Leo F. M. Marcelis, Ep Heuvelink Far-red radiation stimulates dry mass partitioning to fruits by increasing fruit sink strength in tomato // New Phytologist Foundation. 2020