Люминесцентные лампы для растений: как выбрать? Влияние люминесцентной лампы на рост растения. Люминесцентные растения

Люминесцентные лампы для растений: какие выбрать?

Люминесцентные лампы для растений необходимы. Качество созданного искусственного освещения в теплице, результативность подсветки, полностью зависит от факторов:

Продолжительность световых суток.
Выбранная цветовая температура, спектр.
Интенсивность воздействия.

Для растений в длиннодневной группе, период оптимального светового дня составляет не менее 12-14 часов, использование искусственного освещения – суровая потребность, без которой невозможно обеспечить стадии цветения, дальнейшего плодоношения.

Важно! Не стоит обеспечивать чрезмерную продолжительность светового дня, она должна быть оптимальной для данной культуры, вида. Иначе, у растения сбиваются биоритмы.

Искусственный свет и его значение для растений

Выращивание зелени с помощью лампы

Чтобы растение давало стабильный рост и могло приносить плоды даже в условиях холодов, нужно создать должное освещение. Когда не хватает освещения или оно длительное время отсутствует полностью, принято использовать электрическую подсветку растений (не имеет значения, будет это помидор, любой другой овощ, салат, бобовые культуры). Качество искусственного света отражается на показателях:

Скорость роста растений.
Высота стеблей (у отдельных видов, от этого зависит урожайность).
Облиственность побегов, указывающая на здоровое развитие культур.
Интенсивность и стабильность окраски, как цветов, так и листьев.
Показатель урожайности, чем лучшими являются условия в теплице, тем он выше.

к содержанию ↑

Где применяются

Как определить, в какой области может подойти конкретная лампа, почему стоит выбрать именно эту модель? Осветительные элементы Lamps предназначены исключительно для конкретных наименований цветов, растений:

Когда необходимо, чтобы из семян начали формироваться ростки, оптимально подойдет лампа красного спектра.
Если рассада уже сформировалась и стоит задача обеспечить ее интенсивный рост, актуальным станет синий спектр.

Используются для выполнения поставленных задач по освещению растений, они характеризуются подходящим спектром температуры. Ключевым направлением использования элементов является организация освещения материнских растений. При необходимости обеспечения роста молодых саженцев и укоренения высаженных черенков используется дополнительное освещение. Люминесцентные светильники принято использовать в теплицах, оранжереях, для оформления декораций, создания и поддержания частных коллекций экзотических растений.

к содержанию ↑

Особенности

Относятся элементы к классу ртутных источников освещения. Представляют собой трубку из стекла, заполненную парами ртути и аргона. Разряд светильников испускает в процессе работы ультрафиолетовое излучение (создается компонентом фосфором). Расположенные на торцах трубки электроды, заставляют лампу светиться. Классифицируются элементы как линейные, энергосберегающие, компактные, каждый класс отличается спецификой использования.

Технические характеристики

Выбрать осветительный элемент можно по ряду характеристик, среди которых выделяются:

Освещение комнатных растений с помощь лампы Fluora

Мощность, для каждой серии и модели ламп она отличается. Fluora имеют мощность в пределах 15-58 W, что влияет на конечную стоимость и от данного показателя зависит количество элементов в светильнике, общая освещенность помещения, в котором выращиваются растения.

Цоколь – согласно принятому стандарту, практически все модели, рассчитанные на подсветку аквариумов, качественного освещения растений предусматривают наличие цоколя G13. Компактные наименования имеют цоколь E27, E40.
Показатель срока службы, для средних по ценовой категории осветительных элементов он составляет в пределах 20000 часов. Подобное значение сделает лампы подходящими для круглосуточного освещения и подогрева растений.
Значение светового потока, у ламп рассматриваемых серий производителя, оно варьируется в пределах 350-2250 люм.
Помимо указанных выше характеристик, производители (тот же Philips) выделяют класс энергоэффективности, который соответствуют расчетному значению стоимости света (для ламп класса B, значение стоимости устанавливается в пределах 22 копеек).

Цена элемента освещения зависит от всех указанных выше показателей.

Важно! Если стоит задача обеспечить автоматическое включение или выключение освещения, стоит выбрать люминесцентные лампы с таймером.

Преимущества и недостатки

Среди преимуществ люминесцентных ламп можно выделить:

Удобство расположения под стеллажом в один ряд, чему способствует оригинальная форма конструкции в виде длинной трубки.
В сравнении с другими осветительными элементами, именно люминесцентные лампы дают значительно больше освещенности. К примеру, лампа мощностью 54 Вт обеспечит порядка 5000 Лк света.
Отличаются компактностью, формой, сравнительно небольшими размерами;
Комфорт от эксплуатации заключается в том, что многие производители предусматривают использование универсального цоколя вкручивающегося типа, дополнительно, элементы снабжены встроенным механизмом пуска.
Можно выбрать лампы в широком диапазоне показателя температурного освещения (в пределах 2700-7800 Кельвинов), разброс имеет и значение интенсивности света, измеряемое в люменах.

Из недостатков отмечается необходимость выполнения скрупулезного расчета количества ламп, точности установки.

к содержанию ↑

Как рассчитать количество люминесцентных ламп

Для расчета количества используемых ламп, необходимо анализировать статистические данные. Лампы мощностью 15-20 Вт отличаются сравнительно невысоким показателем светового потока. Создавать мощную освещенность они не смогут. Лучшим вариантом для освещения большой теплицы станут лампы, имеющие мощность в пределах 30-80 Вт. Если выбрать расстояние между лампами равное 15 миллиметров, ламп мощностью 30 Вт потребуется для освещения площади в пределах 20 единиц. Осветительные элементы, мощностью 40-80 Вт могут быть выбраны из расчета 4 штуки при установке на том же расстоянии.

Теплица освящаемая с помощью люминесцентных лампк содержанию ↑

история исследований с 1986 года

Интернет пестрит новостями о том, что американские ученые при помощи генной инженерии создали светящиеся растения. Многочисленные сайты, в том числе довольно популярные ресурсы проводят аналогию с фильмом «Аватар» и выдвигают предположения о том, что светящиеся растения скоро будут выступать вместо светильников.

Однако стоит отметить, что широкое распространение таких растений и получения от них достаточно яркого света — все еще в отдаленном будущем.

Краткая история светящихся растений

1986 год

Первый эксперимент по люминесцентным растениям был проведен в 1986 году группой американских ученых и исследователей.

В качестве добавочного (репортерного) гена была использована люцифераза, которая необходима для реакции биолюминесценции у многих живых организмов — например, светлячка Photinus pyralis — и получила растение, которое благодаря добавлению люциферина (субстрата реакции) и АТФ (аденозин трифосфат), продуцирует тусклый свет.

Первая часть эксперимента была направлена на проверку активности гена люциферазы, ответственного за синтез luciferase enzyme, в растительных клетках. Конструкцию комплементарной ДНК (кДНК) вводили в протопласты — свободные от стенок клетки. Daucus carota через электропорацию. В ходе эксперимента были протестированы различные конструкции ДНК, проверенные, чтобы понять, какой из них наиболее эффективен.

Исследователи заметили, что конструкция (pDO432), содержащая весь ген люциферазы, плюс промотор и терминатор nos, была наиболее эффективной для трансформации.

Конструкцию pDO432 вставляли в плазмиду, которая вводилась в протопласты с электропорацией. Через 24 часа ученые проанализировали результаты с помощью люминометра и наблюдали испускание тусклого света, когда они добавляли люциферин в качестве реакционного субстрата. Но без реагента они не могли обнаружить никакой люминесценции.

Кроме того, растение светилось неравномерно. Корни и стебли показали большую интенсивность света, чем листья. Более молодые органы излучали больше света, чем более старые.

Эксперименты, проведенные в 1986 году, были актуальны не только для автолюминесцентных растений, но и для исследования ДНК и экспрессии генов. Люцифераза была использована во многих исследованиях, в качестве гена — маркера.

Эксперимент 1986 года помогло обнаружить активность люциферазы в растениях, а также позволило кодифицировать излучение света как маркер. Однако у него есть два основных недостатка: количество света было слишком низким для обнаружения невооруженным глазом (исследователи использовали люминометр), плюс для получения люминесценции требовалось добавление реагента.

2010 год

В 2009 году вышел фильм «Аватар». Возможно, вдохновившись фантастически красивыми светящимися растениями Пандоры ученые вновь вернулись к попыткам получения светящихся растений. Но скорее всего это произошло за счет снижения стоимости технологий. По данным Национального научно-исследовательского института генома человека затраты на секвенирование ДНК быстро снижаются. В 2001 году цена базовой пары составляла 10 000 $, в 2011 году — всего 0,1 $.

Это означает, что цена на чтение и запись ДНК-последовательностей упала сто тысяч раз за десять лет. Синтетическая биология выиграла от этого: более низкие затраты стали причиной появления многих стартапов, направленных на применение этой новой технологии в таких областях, как биотопливо, здравоохранение, питание и многое другое. Одним из проектов, которые сейчас возможны благодаря биотехнологиям, является разработка светящихся растений.

В 2010 году группа ученых провела эксперимент с целью получения полного автолюминесцентного растения, то есть растения, способного светиться без применения реагентов. Ученые использовали механизм биолюминесценции морских бактерий P. leiognathi . Они вставили опероны, отвечающие за люминисценцию в геном хлоропластов табака Nicotiana tabacum и сумели создать первое автолюминесцентное растение, содержащее бактериальную люциферазу и способное излучать свет, видимый невооруженным глазом. Впервые было доказано, что высшее растение способно воспроизводить сложный ферментативный путь, происходящий из удаленного, неродственного организма ( P. leiognathi — это прокариот).

Исследования, проведенные в 2010 году, достигли важного результата: впервые было получено автолюминесцентное растение, свет которого был замечен невооруженным глазом в темноте. Потенциальные возможности этого эксперимента многочисленны и в значительной степени еще не изучены. Ученые поняли, что механизм, позволяющий растениям табака приобретать биолюминесценцию, типичную для морской бактерии, распределяется между всеми растительными видами. Следовательно, один и тот же процесс может быть применен к другим растениям. Учитывая, что световая эмиссия может быть изменена с использованием разных промоторов и что цвет может быть изменен, а также части растения, на котором выражена люминесценция, ожидается, что эти исследования будут способствовать созданию большого числа новых видов в растениеводстве.

Доктор Александр Кричевский является одним из исследователей, участвовавших в эксперименте на аутолюминесцентном табаке в 2010 году. Следовательно, к достижениям он применил ту же процедуру к Nicotiana alata и другим растениям в пределах одной семьи с целью производства автолюминесцентных растений. Он сотрудничал с предпринимателем Талем Эйдельбергом, и вместе они основали стартап Bioglow , который в 2013 году коммерциализировал первое автолюминесцентное растение под названием Starlight Avatar.

Особенности этого растения сопоставимы с табачным растением, полученным в результате экспериментов. Идеальная температура для его роста составляет около 25 ° C, она предназначена для помещений и средняя продолжительность жизни составляет от двух до трех месяцев. В настоящее время команда исследователей Bioglow Tech, ныне компания Gleaux работает над новым поколением автолюминесцентных растений.

У них есть две основные цели: улучшение светового излучения и разработка новых сортов с различными видами и различного цвета люминесценции.

Нельзя сказать насколько хорошо прошла монетизация проекта. Каждый мог купить светящийся табак Celestine™ на сайте http://gleaux.us/welcome-to-gleaux/ всего за $ 59.99. Срок жизни светящегося растения 2-3 месяца. Возможно, короткий срок жизни и трудности с выживанием генномодифицированных ростков стали причиной того, что светящиеся растения не появились на каждом подоконнике. В официальных пабликах кампании последние записи датируются июлем 2017 года. И сообщают о том, что светящемуся растению не нравятся летние месяцы (слишком тепло). И что компания ищет новые способы отправки растения в горшках.

В данный момент попытки оформить заказ на сайте заканчиваются неудачей.

Все фотографии полученного в 2010 году светящегося растения делаются на высокой выдержке и свет, получаемый от растений достаточно тусклый. Его явно не хватит для чтения или выполнения работ. Celestine ™ может выполнять только декоративную функцию.

2013 год

Светящиеся растения — это организация, финансируемая в Калифорнии в 2013 году Энтони Эвансом и Кайлом Тейлором. Их отправной точкой стал эксперимент 2010 года.

В 2013 был также разработан проект, организованный Кембриджским университетом и названный iGEM. Исследователи ввели гены, ответственные за люминесценцию в светлячке, в бактерии Escherichia coli. Впоследствии они вставили оперон, взятый из морских бактерий под названием Vibrio fischeri, в другую кишечную палочку.

Результаты показали, что света было достаточно, чтобы позволить считывать текст, используя только бактерии в качестве источника света. Самое главное, им удалось получить разные цвета люминесценции.

У Эванса и Тейлора была идея объединить результаты к эксперимента, проведенного над табаком — с проектом iGEM, с целью создания растения светящегося без реагентов и максимального увеличения яркости их света.

В апреле 2013 года они начали онлайн-сбор средств, используя сайт kickstarter , чтобы финансировать производство светящихся растений, и собрали почти полмиллиона долларов. Пять месяцев спустя они основали организацию Glowing plant. Цель состояла в том, чтобы принести пользу окружению, которое росло вокруг них и их продукта, монетизировать продукт, и тем самым получить средства на продолжение ислледования, чтобы еще больше улучшить люминесценцию и разработать новые продукты. Они получили 120 000 долларов, финансируемых Y Conbinator, организацией людей, которые решили создать резервные копии стартапов, в которых они видят потенциал. Люди вкладывали деньги, ожидая получить семена и саженцы светящихся растений. На сайте glowingplant.com (в данный момент сайт не доступен) должен был появиться интернет-магазин, торгующий семенами и саженцами автолюминесцентных растений (Arabidopsis thaliana) и наборы для разработчиков для тех, кто хотел бы попробовать и воспроизвести эксперимент самостоятельно и получить свои собственные автолюминесцентные растения.

Но светящиеся растения, обещанные инвесторам, так и появились на свет. По крайней мере в массовом варианте. Ученым не удалось оправдать все ожидания и достичь результата, который можно было бы монетизировать. Однако им удалось создать платформу для обеспечения более дешевой, быстрой и лучшей генной инженерии растений. Как отмечает Эванс — если кто-то может и хочет продолжить исследования, его компания с радостью поделиться результатами.

«Одна из самых главных причин прекращения разработки, заключается в том, что нам не удалось встроить все шесть генов в растение. Пока неясно, вызвано ли это токсичностью генов или проблемами с правильным встраиванием такой большой конструкции. Мы думаем, что вторая гипотеза более вероятна, поэтому мы надеемся, что кто-то еще будет заинтересован в попытках вставить гены. Если вы заинтересованы в том, чтобы взять ДНК, которую мы создали, и работать над преобразованиями, пожалуйста, свяжитесь с нами [email protected], чтобы мы могли отправить его вам. Мы надеемся, что кто-то еще сможет продолжить исследования, опираясь на то, что мы сделали.»

На сайте проекта Kikstarter. Была размещена новость, что работа над светящимся растением приостановлена. https://www.kickstarter.com/projects/antonyevans/glowing-plants-natural-lighting-with-no-electricit/posts/1786250

Здесь же можно найти ответы на вопросы инвесторов по поводу возмещения инвестиций или условий получения набора для самостоятельного продолжения работ. Анонсировано новое направление разработок компании — ароматный мох. Предполагалось, что этот мох сможет заменить искусственные освежители воздуха.

Мох намного проще, чем растение Arabidopsis, которое команда использовала для создания светящегося растения. У мха также более простой геном и более короткий жизненный цикл, который сокращает время, необходимое для проведения экспериментов.

Но не все инвесторы, судя по комментариям https://www.kickstarter.com/projects/antonyevans/glowing-plants-natural-lighting-with-no-electricit/posts/1786250 довольны тем, что вместо светящегося растения они получат ароматный мох. Эванс надеется, что разработка может быть интересна крупным парфюмерным компаниям.

Как признает Эванс: «Было неправильно обещать что-то, когда существуют такие высокие технические риски».

Последние записи на kickstarter датируютя июнем 2017 года. В частности, в них сообщаются, что разработки ароматного мха тоже приостановлены, т.к. имеющийся у компании в производстве мох загрязнен генами устойчивости к гербицидам.

2017 год

Май. Китайские ученые также получили светящиеся растения. Выделив отвечающие за биолюминесценцию генетические последовательности из светящихся морских существ, а затем интегрировав их в геном табака.
Декабрь. Ученым из Массачусетского технологического института удалось заставить некоторые растения светиться.

Но в MIT (команда Майкла Страно.) методика совершенно иная. Если команда Glowing Plants (команда Эванса) опиралась на генетические модификации, то в данном случае ученые хотят просто интегрировать светоносные белки прямо в растения. Согласно их прогнозам, в ближайшее время они смогут увеличить яркость растений и улучшить текущий метод имплантации белков. Сейчас белки попадают в листву после замачивания в растворе, полном наночастиц, под высоким давлением, а также в напылении и специальном окрашивании.

Ванна для введения наночастиц через устьичные щели растений при повышенном давлении.

Цель — заменить при помощи растений настольные светильники и уличные фонари. Что позволит экономить огромное количество электроэнергии.

Светящиеся растения ещё не появились, но у их появления уже есть противники.

После проекта Эванса Kickstarter изменил свою политику, и больше не будет позволять поддерживать финансирование проектов, связанных с генетически модифицированными организмами. Это было связано с давлением компаний по защите природы.

Группа противников синтетической биологии из Канады даже запустила ответную кампанию «kickstopper», призванную остановить этот проект.

И, возможно, не безосновательно. Неконтролируемое появление светящихся растений может привести к серьезным нарушениям экосистемы планеты. Пока сложно предугадать к каким именно, но если немного пофантазировать, то можно представить, что, например, массовое появление светящихся растений в природных условиях может привести к нарушению привычного ритма дня и ночи у обычных животных и растений. Поставить под угрозу вымирания некоторые виды ночных животных. Или вызвать нарушения процесса фотосинтеза у растений. Что в последствии может привести к изменению состава атмосферы Земли.

Даже инвесторам закрывшегося проекта Эванса, чтобы получить от TAXA набор для разработчиков с целью самостоятельного проведения опытов. Нужно получить разрешение от USDA (Министерство сельского хозяйства США. Контролирующая область ГМО растений).

Перевод и изложение по материалам:

http://gmoobzor.com/stati/kampaniya-kickstarter-po-sozdaniyu-svetyashhegosya-rasteniya-polnostyu-provalilas.html#ixzz55sQyPC40

https://www.kickstarter.com/projects/antonyevans/glowing-plants-natural-lighting-with-no-electricit/posts/1786250

http://gleaux.us/welcome-to-gleaux/

Страничка команды Эванса на wefunder https://wefunder.com/taxa

Сайт компании Taxa Biotechnologies http://www.taxa.com/

06.02.2018

Бюро переводов «Сван»

swan-swan.ru

как выбрать? Влияние люминесцентной лампы на рост растения

Домашний уют 1 января 2015

Чтобы растение обильно цвело, хорошо развивалось, ему требуется достаточное количество солнечного цвета. Это нужно для естественного процесса фотосинтеза – в растении происходит синтез углеводов, которые участвуют в процессе их роста и развития. В летний период времени, когда домашние растения получают необходимое количество солнечного света, вопрос о дополнительном освещении не возникает. Однако с наступлением зимы данная проблема становится наиболее актуальной. Люминесцентные лампы для растений

Начинающие цветоводы, как правило, подсвечивают домашние растения обычными лампами. Но это совершенно бесполезно. Листья по-прежнему остаются бледными, растения мало и плохо цветут. Ведь искусственное освещение не способно полноценно заменить солнечный цвет. К тому же если подсвечивать растения посредством обычного светильника. В данном случае нужны специальные люминесцентные лампы для растений.

Какое освещение выбрать

В период ранней весны, поздней осени и зимы, когда декоративным растениям не хватает солнечного света, на помощь приходит электрическое освещение. Под влиянием дополнительного света их листья становятся ярче и зеленее. А пышное обильное цветение длится намного дольше.

Существуют различные лампы для растений, как выбрать наиболее подходящий вариант? Лампы для растений как выбрать

Для успешного круглогодичного выращивания необходимо приобрести в специализированном магазине осветительную установку. Выбор их довольно обширен. На сегодняшний день производители предлагают разнообразные лампы-светильники: стоящие на штативах, настенные, подвесные, прикрепляющиеся на липучках и прищепках.

Наиболее оптимальным для них считаются оранжево-красные и сине-фиолетовые лучи. Первые способствуют развитию. Вторые усиливают вегетативный рост. Выбирая люминесцентные лампы для растений, важно учитывать тот факт, что излучаемая лампой энергия синего цвета должна быть в пару раз ниже энергии излучения красного цвета.

Важно помнить, что подсвечивание должно осуществляться регулярно, а не время от времени. Так как периодическое освещение способно лишь нанести вред растениям, таким образом, сбиваются их биоритмы.

Лампы для растений как выбрать

Выбирая для растений тип освещения, важно помнить, что большое значение имеет не только его интенсивность, но спектр излучения. В данном случае оптимальным вариантом является спектр дневного света, простирающийся от ультрафиолетовых лучей до инфракрасных.

Свет, похожий на дневной, дают искусственные источники освещения, но не во всем спектре. Все знают, что хлорофилл участвует в трансформации энергии света в энергию органических соединений, самым лучшим поглотителем света являются красные и синие части спектра. Лампа для роста растений с красным спектром благоприятствует ускорению прорастания семян и росту побегов. Росту зеленой массы на первой стадии развития растения способствует сине-фиолетовый свет. Лампа для роста растений

Для растений в качестве источников освещения можно использовать различные виды ламп: накаливания, газоразрядные, светодиоды, а также люминесцентные лампы для растений. В настоящее время наибольшей популярностью пользуется последний вариант.

Меньше всего для этих целей подходят стандартные лампы накаливания, так как для них свойственна низкая интенсивность света, в их спектре преобладают оранжевые, красные и инфракрасные лучи, которые ускоряют вертикальный рост, под таким освещением растения вытягиваются.

К спектру дневного освещения ближе всего люминесцентные лампы для растений, кроме того, в отличие от ламп накаливания они намного экономней. Большая часть растений хорошо развивается именно под данными лампами.

Видео по теме

Люминесцентные лампы

Их свет максимально соответствует естественному освещению, кроме того, они практически не излучают тепла. Самое главное, что люминесцентные лампы для комнатных растений, в отличие от ламп накаливания, расходуют в 4 раза меньше энергии.

На сегодняшний день в магазинах можно увидеть огромный выбор данных осветительных приборов – различной мощности, формы, вида излучения световых волн, вида вырабатываемого разряда и т.д.

Также стоит выделить энергосберегающие люминесцентные лампы – самые востребованные и экономичные.

Расстояние до растений

Люминесцентные лампы необходимо размещать от декоративных лиственных растений на расстоянии 30-60 см., от декоративных цветущих – 20-30 см. Однако если вы используете данный тип освещения в качестве основного – в люстрах или бра, то в таком случае главный принцип – не расстояние до лампы, а достаточность света. Но если у вас на большую площадь приходится 1-2 прибора, то растения следует размещать как можно ближе к лампам, то есть на расстоянии, которое указано выше. Люминесцентные лампы для комнатных растений

Когда растение располагается какой-то одной стороной к лампе, то его рекомендуется периодически переворачивать.

Характеристики

Как правило, для подсветки используются люминесцентные лампы для выращивания растений дневного типа ЛБТ или ЛБ, так как именно они дают холодный свет. Такие марки, как ЛДЦ и ЛД, для таких целей непригодны, так как их спектр способен только угнетать растение. Люминесцентные лампы для выращивания растений

В зависимости от расстояния и площади освещаемого помещения подбирается мощность лампы для комнатных растений.

Как правильно разместить лампу для освещения растений

В процессе размещения важно помнить, что если увеличить в два раза расстояние до лампы, то необходимо в четыре раза уменьшить интенсивность освещения на растение. Лампы для комнатных растений

Если на листьях стали появляться следы ожогов, значит, источник освещения находится слишком низко, бледные листья и вытянутые стебли свидетельствуют о том, что лампа для роста растений находится слишком далеко.

Боковое искусственное освещение способно искривить стебли по направлению к свету, поэтому подсвечивать лучше сверху.

Продолжительность освещения

Так как первоочередная цель – это увеличение светового дня растения, то и продлевать его необходимо в зависимости от естественного светового дня – вечером и утром по 3-4 часа. В результате время должно составлять порядка 6-8 часов. При особо пасмурных днях лампы желательно включать на 12 часов.

Чтобы увеличить длительность цветения, рекомендуется увеличить время подсветки. К примеру, такое растение, как сенполия, нужно ежедневно подсвечивать на протяжении 12-14 часов – это является обязательным условием для его цветения.

Также стоит отметить, что растениям требуется период покоя, так как вынужденное длительное цветение в зимний период их существенно истощает. Исключение составляют растения, цветущие зимой.

Источник: fb.ru

Комментарии

Идёт загрузка...

Созданы нанобионические светящиеся растения — Новости науки

Ученые из Массачусетского технологического института продвинулись к воплощению в реальность пока еще фантастической идеи — сделать из растений источники света. Внедрив в листья жерухи обыкновенной (Nasturtium officinale) специальным образом разработанные наночастицы, они придали растению способность в течение почти четырех часов светиться тусклым, но заметным светом. Предполагается, что дальнейшая оптимизация подхода позволит увеличить как яркость свечения, так и его время, и в обозримом будущем растения смогут светиться достаточно ярко.

Группа профессора Массачусетского технологического института Майкла Страно (Michael S. Strano) уже длительное время занимается нанобионическим изменением растений. Ученые внедряют в их клетки разные типы наночастиц, чтобы придать растениям новые свойства. Например, ранее этой группе удалось в три раза повысить эффективность фотосинтеза в клетках резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) и извлеченных из них хлоропластах (J. P. Giraldo et al., 2014. Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing). Страно с коллегами также пытаются «заставить» растения выполнять задачи, которые в настоящее время решаются с применением электрических приборов. В частности, им удалось научить шпинат, способные определять наличие нитросодержащих веществ (в том числе и взрывчатых) в почве и сигнализировать об этом (M. H. Wong et al., 2017. Nitroaromatic detection and infrared communication from wild-type plants using plant nanobionics).

Еще одна цель, которую поставили перед собой ученые, — создание растений, способных решить проблемы освещения. Чтобы в наших домах, на рабочих местах и на улицах и где бы то ни было, было бы светло, расходуется около 20% от всей вырабатываемой людьми электроэнергии. Если хотя бы часть освещения, например, уличного, будут давать растения, то это позволит существенно экономить. До работ Страно в попытках создания светящихся растений использовалась исключительно генетическая модификация: растениям «прививали» либо ген светлячка, отвечающий за выработку этими насекомыми светящихся белковых молекул (D. W. Ow et al., 1986. Transient and Stable Expression of the Firefly Luciferase Gene in Plant Cells and Transgenic Plants), либо состоящий из шести генов оперон, позволяющий светиться бактериям (A. Krichevsky et al., 2010. Autoluminescent Plants). В результате этих экспериментов были созданы растения, способные светиться, однако это свечение было очень малоинтенсивным — всего около 107 фотонов в минуту (для сравнения, обычная стоваттная лампочка «выделяет» порядка 1020 фотонов в секунду).

Свечение насекомых возникает из-за хемилюминесцентной реакции: фермент люцифераза катализирует окисление люциферина кислородом, в результате чего образуется оксилюциферин и выделяется свет. Еще один участник этого механизма — молекула кофермента А — взаимодействует с продуктами окисления, способными понизить (или даже свести на нет) каталитическую активность фермента люциферазы, ингибируя их действие. Ученые также попробовали использовать этот способ, но доставлять хемилюминесцентные реагенты в растения (люциферазу и люциферин растения не вырабатывают) они собирались при помощи специальных наночастиц (рис. 2).

Главная проблема, которая мешает растениям светиться за счет люциферина, заключается в том, что весьма сложно локализовать в той области растения, в которой происходит выработка ряда необходимых для хемилюминесценции субстратов, например аденозинтрифосфата (АТФ), высокую концентрацию люциферина , не вредя при этом самому растению. Люциферин опасен для растительных клеток при концентрациях выше 400 мкмоль/л, в то время как для эффективной хемилюминесценции, которая позволит наблюдать свечение невооруженным глазом, необходима концентрация не менее 1000 мкмоль/л.

Наночастицы, в которых были связаны все три реагента — люцифераза, люциферин и кофермент А, — как раз и были использованы для того, чтобы обезопасить растения от токсичного для них люциферина. Для каждого реагента была подобрана своя наночастица, а все три типа нанопереносчиков состояли из веществ и материалов, которые по стандартам Управления США по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов определяются как «в основном безвредные». Благодаря такому подходу реагенты постепенно поступают в растительные клетки, медленно высвобождаются и вступают в реакции, обеспечивающие свечение, не достигая при этом токсичных концентраций и не повреждая растения (рис. 3).

Для переноса фермента-люциферазы исследователи использовали наночастицы диаметром 12 нм из оксида кремния. Для переноса люциферина и кофермента А применялись сферические наночастицы большего размера — 215 и 125 нм, соответственно. Наночастицы для переноса кофермента А были изготовлены из хитозана — производного природного полимера хитина, а наноконтейнеры для люциферина — из биоразлагаемого сополимера молочной и гликолевой кислот. Чтобы вещества, участвующие в процессе хемилюминесценции, попали в листья растений, содержащие их наночастицы суспендировали в воде.

Затем в эту воду погружали каждое растение и в специальном устройстве, нагнетая давление, вводили наночастицы в листья через устьичные щели (рис. 4). Как было установлено, скорость увеличения давления влияет на эффективность накопления наночастиц листьями. Так, при росте давления со скоростью 0,4 атм/с наблюдается максимальное поглощение наночастиц листьями, которое завершается за 3 секунды. Но, как показало изучение листьев под микроскопом, при этом повреждается паренхима листьев. Оказалось, что наиболее успешно наночастицы проникают в листья, не повреждая их мембраны, при скорости нагнетания давления 0,04 атм/с, а скорости нагнетания 0,02 атм/с уже недостаточно для введения наночастиц в листья.

Частицы, высвобождающие люциферин и кофермент А, были спроектированы таким образом, чтобы (в первую очередь из-за размера) они могли накапливаться во внеклеточной области мезофилла — внутренней части листа, в то время как меньшие по размеру частицы, играющие роль переносчиков люциферазы, могут накапливаться в клетках, образующих мезофилл (рис. 5). Наночастицы из хитозана и сополимера гликолевой и молочной кислот медленно разрушаются, постепенно высвобождая люциферин и кофермент А. Низкомолекулярные вещества постепенно попадают в клетки растения, люцифераза катализирует дающее свечение окисление люциферина, кофермент А обеспечивает постоянную активность фермента, препятствуя его дезактивации, и листья растения начинают светиться.

Также было продемонстрировано, что светящееся растение можно «выключить», добавив в воду, в которой стоит росток, ингибитор люциферазы. Это в перспективе позволит не только в нужное время тушить свет от светящихся растений, но и создать организмы, способные самостоятельно прекращать светиться, реагируя на изменения в состоянии окружающей среды — например, «отключаясь» во время наступления светлого времени суток.

Первые эксперименты позволили получить растения, которые могли светиться около 45 минут, после чего люциферин расходовался, и свечение прекращалось. В ходе работы над проектом время свечения было увеличено до 3,5 часов. Свет, который создает росток жерухи обыкновенной высотой 10 см, хотя он и в тысячи раз интенсивнее света от ГМО-растений (в среднем 3×1010 фотонов в минуту), нельзя назвать интенсивным: он недостаточно силен, чтобы читать при свете растения. Свечение, которым удалось заставить светиться другие растения, изученные в рамках эксперимента, — рукколу и шпинат, — было еще слабее, но эксперименты с ними показали, что подход Страно универсален. Чтобы зафиксировать свечение жерухи с помощью обычного фотоаппарата (рис. 1) потребовалась долгая выдержка при высокой светочувствительности. Тем не менее, Страно с коллегами уверен, что дальнейшая работа над нанобионическими растениями позволит увеличить и время свечения растения, и интенсивность света. Для этого надо еще лучше оптимизировать скорость высвобождения участников реакции хемилюминесценции из наноконтейнеров.

Другое направление развития этой технологии — разработка процесса, облегчающего проникновение наночастиц в листья растений. Желательно, чтобы можно было просто опрыскать дерево или кустарник суспензией, содержащей соответствующие наноконтейнеры с реагентами для хемилюминесценции. Но это — перспектива далеко не ближайшего будущего.

Статья опубликована в Nano LettersИсточник: Аркадий Курамшин elementy.ru

sci-dig.ru

Дополнительными источниками света станут Люминесцентные Растения

Профессор факультета химического машиностроения в Массачусетском технологическом институте, Майкл Страно и его команда находятся на пути реализации своей мечты — создания люминесцентных растений, которые, как они надеются, когда-нибудь заменят ночные и настольные лампы! Они хотят, чтобы дома и улицы в будущем были освещены при помощи «зеленой» энергии, а именно при помощи светящихся растений и деревьев.

Чтобы создать светящиеся растения, ученые обратились за помощью к светлячкам. В биолюминесцентных насекомых есть фермент, называемый люцифераза, который при взаимодействии с молекулой, называемой люциферин, вызывает высвобождение света. Другая молекула, получившая название коэнзим А, помогает процессу, избавляясь от побочного продукта реакции, ингибирующего активность люциферазы.

Исследователи начали свой эксперимент с выделения всех трех химических веществ и упаковки их в специальные раздельные наноячейки. Это необходимо для того, чтобы вещества достигали соответствующих участков листьев в нужных количествах без вреда для растений. Частицы, содержащие люциферин и коэнзим А, были нацелены на достижение внеклеточного пространства мезофилла, внутреннего слоя листа, в то время как носитель с люциферазой, проникал непосредственно в клетки мезофилла.

Заключительный шаг включал в себя вливание химических компонентов в растения. Для этого три носителя частиц были помещены в раствор. Затем исследователи погружали растения в раствор и наблюдали, как наночастицы проникали через крошечные поры листьев под высоким давлением — люциферин постепенно проникал в клетки растений, реагировал с люциферазой, испускающей свечение достаточно яркое, что егг можно было наблюдать сквозь листья.

Изначально свечение длилось всего 45 минут, исследователи смогли увеличить время свечения до 3,5 часов. Свет, излучаемый десятисантиметровым растением — водяным Крессом, был слишком тусклым для чтения, но команда уверена, что в дальнейшем они смогут увеличить интенсивность и продолжительность свечения путем оптимизации нужного количества химических веществ, вводимых в раствор с исследуемыми растениями. Ученые также придумали способ “выключить” светящихся растений с помощью ингибитора люциферазы.

Это не первый случай, когда ученые разработали светящиеся растения. Предыдущие попытки были связаны с генной инженерией растений, но это медленный и трудоемкий процесс. Он включал ограниченное количество растений и в результате образовывался слабый свет. Инновационная технология команды Майкла Страно была успешно протестирована на водяном Крессе, рукколе, капусте и шпинате, и заключается в более легкой реализации, и применима к большому количеству видов растений.

Как только данная методика была усовершенствована, исследователи, опубликовавшие свои эксперименты в журнале ACS Nano Letters в ноябре 2017 года, пытаются разработать способ окрашивания или распыления листьев растений наночастицами, чтобы даже крупные деревья могли стать источниками света. “Наша цель состоит в том, чтобы выполнить одну обработку, когда растение является еще только саженцем или зрелым растением, и использовать это в течение всей жизни растения”, — говорит Майкл Страно. Работа ученых позволит использовать обработанные деревья в качестве уличных фонарей, и, в целом, как косвенное освещение домов и уличного пространства.

prodetki.com