Mesterséges világítás a mezőgazdaságban
Régóta ismert, hogy a növények nem tudnak fény nélkül növekedni; mindazonáltal a tudomány és a technológia fejlődésének köszönhetően csak az elmúlt száz évben sikerült teljesen felfedezni a fény pontos hatását a növényekre.
A mesterséges világítás alkalmazása a mezőgazdaságban a nap által szolgáltatott fénnyel analóg fényforrás biztosítására irányul. A technológiai fejlődésnek köszönhetően a LED-es lámpák a kertészeti világítás legjobb megoldásává váltak, különösen azoké, amelyek spektrumát kifejezetten a növény igényeihez lehet igazítani. A hagyományosabb világítási lehetőségekhez, például a nagynyomású nátriumhoz (HPS) és a fénycsövekhez képest a LED-eket alkalmazó lámpák jelentős előnyökkel járnak a környezetre gyakorolt hatásuk és a termelési hatékonyságuk tekintetében.
A mesterséges világítás mezőgazdasági felhasználásáról szóló jelentés szerzője Valoya, társszerzője pedig az Almeria és a Buresinnova Egyetem kutatói. A jelentést 2018 januárjában tették közzé. A kutatás olyan teszteket mutat be, amelyek különböző spektrumokat és fényfajtákat használnak annak meghatározására, hogy az egyes fényformák milyen hatást gyakorolhatnak a növényekre a termesztés körülményeitől függően. Az alábbiakban egy részlet a tanulmányból, amelyet elolvashat.
1. Fény és a növények közötti kommunikáció
Az elektromágneses hullámok felelősek az energia légkörön keresztüli átviteléért. Az elektromágneses hullámokra példák a mikrohullámú, rádió- vagy televízióhullámok, röntgensugarak, ultraibolya sugarak vagy látható fény. Az elektromágneses hullámokat változó frekvenciájuk és hullámhosszuk alapján lehet megkülönböztetni egymástól. Az elektromágneses spektrum a frekvenciák és hullámhosszok széles tartományából áll, amelyek közül néhány jobban felismerhető, mint mások (például mikrohullámú, rádióhullámok, látható fény stb.).
Az elektromágneses sugárzás kettős természetű; miközben hullámként halad a térben, részecskék (fotonok) formájában energiát is cserél. 1905-ben Albert Einstein volt az első ember, aki azt állította, hogy a fény egyszerre rendelkezik a részecskék és a hullámok jellemzőivel. A fotonok a részecskék nevei, amelyek egy fénysugárban találhatók. Azok a fotonok, amelyek hullámhossza nagyobb távolságoknak (alacsonyabb frekvenciáknak) felel meg, kevesebb energiát hordoz, mint azok a fotonok, amelyek hullámhossza rövidebb távolságnak felel meg.
Az emberi szem 400 és 700 nanométer (nm) közötti hullámhosszú fényt képes érzékelni, ami nagyjából megfelel az elektromágneses spektrum azon részének, amelyet a növények a fotoszintézis folyamata során hasznosítanak. Ezért a 400 és 700 nm közötti hullámhosszú fényt fotoszintetikusan aktív sugárzásnak (vagy egyszerűen PAR-nak) nevezik. A napfényben látható hullámhossz-spektrum folyamatos, jóval túlmutat a látótartományon. Az emberi szem felelős azért, hogy különböző hullámhosszakat színekké alakítson, amelyeket aztán az emberi agy feldolgoz. A kék színt a 400 nm-hez közelebbi hullámhosszú fény hozza létre, míg a vörös színt a 600 nm-hez közelebbi hullámhosszú fény hozza létre. A sárga-zöld hullámhossz-tartomány az, amelyre az emberi szem a legérzékenyebben reagál.
2. Pigmentek, fotoreceptorok és a fotoszintézis kémiai folyamata növényekben
Az emberi szemével csaknem azonos tartományban a fényspektrumot a növények elnyelik; az emberekkel ellentétben azonban a növények jobban képesek befogadni a vörös és a kék fényt.
A klorofill az egyik elsődleges vegyi anyag, amely lehetővé teszi a növényeknek, hogy elnyeljék a fényt, és felhasználják az általuk szolgáltatott energiát a víz és a szén-dioxid oxigénné és más összetett szerves molekulákká alakítására. Ezt a folyamatot fotoszintézisnek nevezik. A klorofill egy növényi pigment, amely megtalálható az intracelluláris kloroplasztiszokban. A klorofillmolekulák zöld színűek, és valójában ezek okozzák a szárban és a levelekben található zöld elszíneződést. A klorofillnak két elsődleges formája található a magasabb rendű növényekben. Ezek a klorofill a és a klorofill b, és fényelnyelési görbéik nagyon apró mértékben különböznek egymástól. Ennek a viszonylag csekély különbségnek köszönhetően különböző hullámhosszakat képesek befogni, ezáltal a napfény spektrumának nagyobb részét. A klorofillok azon képessége miatt, hogy elsősorban vörös és kék fényt nyelnek el, miközben visszaverik a zöld hullámhosszokat, a növények zöldnek tűnnek a szemünkben.
A klorofill azonban nem az egyetlen pigment, amely a növényekben megtalálható; az úgynevezett járulékos pigmentek (többek között karotinoidok és xantofilek) és fenolos anyagok (például flavonoidok, antocianinok, flavonok és flavonoidok) a vörösen és a kéken kívül más hullámhosszakat is elnyelnek. A sárga, piros és lila színek alkotják a kiegészítő pigmenteket. A madarak és rovarok csalogatása mellett ezeknek a színeknek a használata segít megvédeni a szöveteket a külső stresszorok káros hatásaitól, például az intenzív fénysugárzástól.
A fotoreceptorok egy másik típusú részecskék, amelyek képesek elnyelni a fényt. A fotoreceptorok három elsődleges osztályát fitokrómoknak, fototropinoknak és kriptokrómoknak nevezik. Ezenkívül az UVR8 fotoreceptor egy speciális fotoreceptor, amely csak ultraibolya fényre reagál. A fotoreceptorok mindegyik típusa érzékeny a fény meghatározott hullámhossz-tartományára, és egy adott fiziológiai reakcióért felelős a növényekben. Ezek a válaszok a következők:
A fototropinok mind a kloroplasztiszok fizikai helyzetére, mind a sztómák nyílására hatással vannak. Képesek elnyelni a kék fényt.
A növények belső óráját kriptokrómok vezérlik, amelyek figyelik környezetüket a fénnyel kapcsolatos jelekre. Ezen túlmenően morfológiai válaszokkal járnak együtt, mint például a szár megnyúlásának visszaszorítása, a sziklevelek megnagyobbodása, az antocianinok fejlődése és a fotoperiodikus virágzás. Az UVA (ultraibolya), a kék és a zöld fény hullámhosszát a kriptokrómok veszik fel.
A virágzást a fitokrómok váltják ki, amelyek a magok képződéséért is felelősek. A szár megnyúlását, a levelek kiterjedését és az "árnyékkerülési szindrómát" a fitokrómok szabályozzák a növényekben. A környezetben jelenlévő vörös és távoli vörös fény aránya hatással van a fitokróm molekula fotostacionárius állapotára, ami közvetíti a fitokrómok által szabályozott reakciókat.
A virágzás, a magvak fejlődése és egyéb funkciók, mint például a csírázás, a virágzás időzítése és a növény alakja, mind fényfüggő tevékenységek. A fotoszintézis, az a folyamat, amely energiát szolgáltat a biomassza képződéséhez, csak egy ezek közül a folyamatok közül. Ezek a viselkedések bonyolultan összefüggenek a fény minőségével, amelyet a növény kap a környezetéből, és így értelmezi a növény a környezetéből érkező jeleket. Ezeket a válaszokat a PAR régión belüli és kívüli hullámhosszok közvetítik, beleértve az UV és a távoli vörös besugárzást.
További információért kérjük, figyeljen abenwei hivatalos weboldala!
