Особенности воздействия оптического излучения на растения. Влияние ультрафиолета на растения

Воздействие ультрафиолета на растения. Статьи компании «ООО "НПК Агро Рост"»

Воздействие ультрафиолетового излучения на растения.

Воздействие ультрафиолета на растения.

Что же представляет собой ультрафиолет и чем примечательно его действие?Ультрафиолет — это лучи света с длиной волны от 10 до 400 нм, невидимые человеческим глазом. Лучи 10-200 нм называются дальним ультрафиолетом, или вакуумным, поскольку активно поглощаются воздухом и не применяются в быту. Ультрафиолет с длинами волн от 200 до 400 нм называется ближним и условно подразделяется на три категории.Коротковолновое (200-290 нм)Средневолновое (290-350 нм)Длинноволновое (350-400 нм)

Физиологическое действие на любые организмы у них разное. В природе встречается только часть средне и длинноволнового света. Коротковолновое и часть средневолнового излучения поглощаются озоновым слоем атмосферы.Коротковолновое излучение.Обладает высокой энергией и способностью повреждать биомолекулы. Белки активно поглощают излучение с максимумом 220-240нм, нуклеиновые кислоты — 260 нм. Возбуждение от этого поглощения напрямую вызывает изменение или разрыв химических связей, поэтому белки перестают выполнять свои функции, а нуклеиновые кислоты подвергаются мутациям. Также поглощение коротковолнового излучения пигментами может вызывать фотолиз воды с образованием активных свободных радикалов и перекиси водорода. Эти соединения разрушают и окисляют любые органические молекулы, в связи с чем клетка разрушается.Именно коротковолновое излучение применяют в качестве бактерицидного. У человека эта часть спектра вызывает сильные ожоги даже в небольших дозах. Растения так же гибнут от такого излучения за очень небольшое время. Однако, в некоторые работах показана стимуляция развития растений при облучении коротковолновой частью спектра в низких дозах (несколько минут раз в две недели). Причем стимул был существенным и составлял до 50% увеличения роста (для злаковых сельскохозяйственных культур). Однако необходимые дозы такого облучения оказались строго специфичными для каждого вида растений. Небольшое повышение приводило к подавлению роста, а понижение приводило к снятию стимулирующего эффекта.Можно сделать вывод, что в связи с высокой активностью и опасностью как для человека, так и для растений, в бытовых условиях полезное действие коротковолнового излучения малоприменимо. Однако в промышленности стоит задуматься о его использовании.

Средневолновое излучение.Его можно подразделить на два типа. Первый — 290-310 нм вызывает ожоги у человека. Второй — 310-350 уже относительно безвреден. Для растений средневолновое излучение безопасно в средних кратковременных дозах, однако вызывает угнетение и гибель при постоянном воздействии. Постоянное действие малых доз усиливает пигментацию растений, но стимулирующего действия не наблюдается. При воздействиях порядка 20 минут каждый день эта часть спектра вызывает усиление роста у широкой группы растений. (Например, исследуемые растения томатов были в два раза крупнее контрольных. ) Растения кукурузы были крупнее на 26%. Риса и хлопчатника — на 30-50%. Цветение так же наступало раньше, а плоды были больше. (К сожалению, данные по орхидным отсутствуют. )Исходно высокогорные виды реагируют на наличие средневолнового излучения еще сильнее, их увеличение роста доходит до 100%. Однако превышение доз приводит к типичным симптомам солнечного ожога — измельчание листьев, плохой рост, ослабление растения и гибели растения.Таким образом, можно рекомендовать периодическое облучение растений ультрафиолетовыми лучами среднего диапазона, как относительно безопасных и сохраняющих стимулирующее действие. В особенности это справедливо для высокогорных растений. Однако следует помнить, что превышение может даже привести к гибели цветов и ожогам у человека.Длинноволновое излучение.Фактически эта часть спектра безвредна как для растений, так и для человека. Интересно, что стимулирующий эффект кратковременного сильного излучения так же отсутствует. Однако долговременное излучение относительно высокой интенсивности увеличивает рост высокогорных растений. Наблюдаются интересные физиологические явления и в связи с фотопериодизмом, о чем сказано ниже.Его можно рекомендовать для использования в качестве одного из компонентов постоянного света при выращивании при искусственном освещении. Это безвредно, а для некоторых растений (высокогорных) вызывает усиление роста. Так же, ниже описывается его действие на растения «короткого» и «длинного» дня, что может иметь практическое значение.Еще некоторые общие физиологические моменты действия УФ излучения:Все его виды вызывают усиленный синтез каротиноидов и антоцианов. Простыми словами — он вызывает покраснение листьев. При длительных воздействиях синтез хлорофилла уменьшается, а при кратковременных (в физиологических дозах) — увеличивается. Так же в разы увеличивается синтез некоторых биологически активных веществ (алкалоиды, терпены, эфирные масла). Но мы же не коноплю выращиваем, поэтому данное свойство бесполезно.Многие растения активно фотосинтезируют во всей части УФ спектра. Однако некоторые (например, сосны) — нет.Ультрафиолет влияет на фотопериодические реакции растений. Так, оптимальные дозы увеличивают количество заложенных цветовых почек. Во многом, дополнительная досветка ультрафиолетом при условиях длинного дня «действует подобно сокращению светового дня и стимулирует цветение короткодневных растений. Это справедливо для длинноволнового ультрафиолета.Интересно, что длиннодневные растения, выращиваемые на коротком дне с досветкой ультрафиолетом так же зацветали и приносили плоды нормально.Можно сделать вывод, что длинноволновый ультрафиолет при длительном воздействии сглаживает специфические фотопериодические реакции растений, что может найти применение, например, в культуре короткодневных растений.Интересно, что положительное действие ультрафиолета в основном проявляется при высокой температуре и уровне освещения видимым светом, что связано с лучшей репарацией (восстановлением) повреждений клетки в этих условиях. Общее правило для расчета эффективных доз — чем меньше прямого света попадает на растения в природе и чем ниже оно растет — тем сильнее будет повреждаться одними и теми же дозами ультрафиолета. Следует помнить, что при неаккуратном обращении вреда от ультрафиолета может быть значительно больше чем пользы.

Написано самостоятельно на основе научных иследований.

alex.prom.ua

2.4 Влияние УФ радиации на содержание фотосинтетических пигментов. Ультрафиолет как стресс-фактор для растений

Как Low-e стекло влияет на растения

скачать Как Low-E стекло влияет на растения Многие считают, что за окном с низкоэмиссионным стеклом растения не получают необходимого для их развития солнечного излучения. Так ли это?

Всем известно, что для жизни растений нужен солнечный свет. Зачем? Без солнечного света не может осуществляться фотосинтез. Какой свет нужен для фотосинтеза? Тимирязев доказал, что источником энергии для фотосинтеза служат преимущественно красные лучи спектра, на что указывает спектр активности фотобиологических процессов, где наиболее интенсивная полоса поглощения наблюдается в красной, и меньше – в сине-фиолетовой части (рис.1).

На графике виден "провал" в области зеленой части спектра (500-600) нм, пик в сине-фиолетовой (400-500) нм и желто-красной (600-750) нм области. Причем, в процессе формообразования или "урожайности" сине-зеленая составляющая часть солнечной радиации не участвует. Забегая вперед, можно сказать, что этот факт используется в современном тепличном хозяйстве в полной мере, посредством применения в качестве дополнительного источника освещения натриевых ламп высокого давления (типа Reflux 600), имеющих в спектре своего испускания подъем в области 550-700нм. Как же влияет на фотосинтез спектральный состав солнечного или иного света? Давайте вспомним - почему лист растения зеленый? Правильно, именно потому, что его поверхность отражает (а значит - не поглощает) зеленый свет. Это свойство объясняется присутствием в зеленом листе пигмента хлорофилла. И поглощает хлорофилл свет (а значит и энергию) из красной (660 нм) и синей (445 нм) областей спектра дневного света. Отсюда вывод применительно к фотосинтезу: желто-зеленая составляющая дневного света практически бесполезна для роста и жизни растения, а нужен ему - красный и синий свет.Но давайте все же не забывать, что все ранее сказанное о фотосинтезе относится к взрослому (или достаточно подросшему) растению, а не к семени (рассаде). И оказывается, что в жизни семени есть свои законы, возможно даже более сложные, чем процессы фотосинтеза взрослого растения. В семени (проростке) пока еще нет хлорофилла, без которого фотосинтез, а значит, рост и сама жизнь растения - невозможны. Жизнь семян определяется законами фотоморфогенеза. Фотоморфогенез - это процессы, происходящие в растении под влиянием света различного спектрального состава и интенсивности. В этих процессах свет выступает не как первичный источник энергии, а как сигнальное средство, регулирующее процессы роста и развития семени. Можно провести некую аналогию с уличным светофором, автоматически регулирующим дорожное движение. Только для управления природа выбрала не "красный - желтый - зеленый", а другой набор цветов: "синий - красный - дальний красный". Первое проявление фотоморфогенеза возникает в момент прорастания семени. Итак, семя проснулось от спячки и начало прорастать, находясь при этом под слоем грунта, т.е. в темноте. Семена, посеянные поверхностно и не присыпанные ничем, тоже прорастают в темноте ночью. Появившись на поверхность почвы, росток об этом еще не знает и продолжает активно расти, тянуться к свету, к жизни, пока не получит специального сигнала стоп (красный свет с длиной волны - 660 нм), можно дальше не спешить, ты уже на свободе и будешь жить. Кажется, люди не сами придумали красный стоп-сигнал для водителей, а позаимствовали его у природы. Почему это происходит - еще немного теории. Оказывается, кроме хлорофилла, в любом растении есть еще один замечательный пигмент - фитохром. (Пигмент - это белок, имеющий избирательную чувствительность к определенному участку спектра белого света). Особенность фитохрома заключается в том, что он может принимать две формы с разными свойствами под воздействием красного света (660 нм) и дальнего красного света (730 нм), т.е. он обладает способностью к фотопревращению. Причем поочередное кратковременное освещение тем или другим красным светом аналогично манипулированию любым выключателем, имеющим положение "ВКЛ-ВЫКЛ", т.е. всегда сохраняется результат последнего воздействия. Это свойство фитохрома обеспечивает слежение за временем суток (утро-вечер), управляя периодичностью жизнедеятельности растения. Более того, светолюбивость или теневыносливость того или иного растения также зависит от особенностей имеющихся в нем фитохромов. Фитохром, в отличие от хлорофилла, есть не только в листьях, но и в семени. Участие фитохрома в процессе прорастания семян для некоторых видов растений таково: просто красный свет стимулирует процессы прорастания семян, а дальний красный - подавляет прорастание семян. (Возможно, что именно поэтому семена и прорастают ночью). Хотя, это и не является закономерностью для всех растений. Но в любом случае, красный спектр более полезен (он стимулирует), чем дальний красный, который подавляет активность жизненных процессов растения. Ну вот, с красным светом немного разобрались. А как же влияет на жизнь проростка синий свет? Заметим, что желто-зеленая часть спектра практически никак не влияет: ни холодно от него - ни жарко. Итак, синий свет - чем же он хорош или плох. На самом деле - синий цвет играет также важную роль в жизни растений, благодаря другому пигменту - криптохрому, который реагирует на синий свет в диапазоне от 400 до 500 нм. Для взрослых растений синий цвет, в частности, регулирует ширину устьиц листьев, управляет движением листьев за солнцем, угнетает рост стеблей. Применительно к прорастающему растению очень важна роль синего света в сдерживании роста стебля и в ограничении "вытягивания" рассады. Кроме того, синий свет управляет изгибом проростка и стебля: стебель изгибается в сторону источника света. Наверное, все наблюдали рассаду, согнутую в сторону окна - это из-за синего света. Называется это явление - фототропизм.

Синий свет (а к нему можно отнести и некоторую часть ультрафиолетового спектра) стимулирует деление клеток, но тормозит их удлинение. Кстати, именно поэтому для альпийских растений, растущих на высокогорных лугах с большим процентом ультрафиолета, характерна розеточная, низкорослая форма. А при недостатке синего света (например, в загущенных посадках или под стеклом) растения вытягиваются.

Как влияет на растения ультрафиолетовая часть солнечного спектра? Вернемся снова к теории. Ультрафиолетовый диапазон волн бывает "дальним" 100-200 нм (нам до него дела нет, этот "свет" поглощается молекулами кислорода в верхних слоях атмосферы и поверхности земли не достигает) и "ближним" 200-380 нм, который условно делят на 3 части. УФА - "полезный", с длиной волны от 320 нм до привычного "фиолетового" (он начинается с 380 нм). Ультрафиолетовое излучение с этой длиной волны глубже всего проникает в ткани животных и растений. У человека, например, оно участвует в создании витамина D, некоторые виды ящериц его вообще видят, глазами, не говоря уже о том, что УФА стимулирует некоторые виды рептилий во время брачного периода. УФB – (280-320) нм - диапазон среднего ультрафиолета. Он вызывает не только преждевременное старение кожи человека и замедляет вегетативный рост большинства растений, но и несмолкающие споры о своем влиянии на биосферу. Благодаря УФВ европейцы получают золотисто-коричневый цвет кожи во время летних отпусков. Чем ближе к границе с УФС (280 нм), тем смертоноснее лучи. Если мы лишимся озонового слоя, к слову сказать, то вполне ощутим на себе прикосновение УФВ, поскольку озон поглощает солнечную радиацию именно этого участка. И, наконец, УФС - "жесткий" ультрафиолет с длиной волны от 200 до 280 нм. Есть мнение, что на некоторых стадиях развития жизни на Земле, УФС весьма активно участвовал в создании ДНК, потому что спектр поглощения нуклеиновых кислот имеет пик в области 254 нм. Продемонстрируем это на рисунке. Как видно из рисунка, с УФС связано не только начало жизни на Земле, но и при некоторых условиях, её конец. В диапазоне УФС, а именно 254 нм излучают стерилизаторы - ртутные ультрафиолетовые лампы низкого давления, применяемые только в медицине. Об этом подробнее. Для того, чтобы убить, например, дизентерийную палочку требуется доза УФ облучения в 8,8 мДж/см, что примерно равносильно 4-х минутному кипячению, а, допустим, элементарный грибок "красного ожога" Stagonospora, поражающего некоторые виды комнатных растений, потребуется около 1,5 мДж/см, что по "кухонной" шкале будет равно примерно одной минуте при температуре 70 градусов по Цельсию.Таким образом, ультрафиолетовое облучение может помочь растению справиться с некоторыми вредителями, убивающими его. Так что же следует из столь длительного экскурса в школьный курс биологии? Вредит или не вредит применение И-стекол (солнцезащитных и низкоэмиссионных) растениям внутри помещений? 1. Все исследования ученых-биологов показали, что основными внешними факторами, влияющими на рост и развитие растения, являются: свет (его интенсивность и частота), температура воздуха, концентрация СО2 в воздухе, вода, плодородие почвы, вещества, загрязняющие атмосферу, применяемые химические препараты, насекомые и болезни.

2. Какое влияние оказывает стекло на развитие растений? Если выращивать растение за обычным стеклом, как это делается в теплицах, необходимо контролировать красную часть спектра (660 нм.). Вы хотите контролировать урожайность или «здоровье» растений, тогда применяйте дополнительные источники освещения, как это делают в теплицах. Интересно, что у большинства растений световое насыщение фотосинтеза достигается при 25% или 50% интенсивности солнечного освещения.

3. Исследования показали, что обычное стекло не пропускает ультрафиолетовое излучение солнца в диапазоне УФB – (280-320) нм, а излучение в диапазоне УФС – (200 – 280) нм не достигает поверхности земли. Никто еще не смог «загореть» находясь за стеклом обычного окна. Стекло пропускает только небольшую часть близкого к фиолетовой части спектра «полезного» ультрафиолетового излучения (УФА). Этого излучения достаточно для «выцветания» краски на отделке внутри помещения. Другой «пользы» этот диапазон солнечного ультрафиолета не приносит. Хотите провести бактерицидную очистку помещения – используйте ультрафиолетовые стерилизаторы, как это делают в медицинских учреждениях.

4. Применение низкоэмиссионного И-стекла или солнцезащитного стекла уменьшает долю попадающего в помещение ультрафиолетового (УФА) и теплового (инфракрасного) излучения летом и сокращает потери тепла зимой. На рост и урожайность растений такие стекла влияют только косвенно, через температуру. Если возле окна, где обычно располагают комнатные растения, будет холодно или жарко, как это имеет место у окна с обычными, а не теплоотражающими стеклами, то надежда на интенсивность фотосинтеза и здоровье растения резко снижается. На рисунке приведен график зависимости интенсивности фотосинтеза от температуры окружающей среды. Температура 25 °С, согласно графика, оптимальная для растений. Безусловно, у каждого конкретного вида существуют свои температурные предпочтения. Тем не менее, данная величина, пусть среднестатистическая, но факт.

5. И-стекло поможет сохранить тепловой комфорт в помещении и сбережет Вам яркость красок внутри помещения.

6. Светопропускание И-стекла в необходимом для растений спектре солнечного излучения, а именно, на длинах волн 445 нм и 660 нм такое же, как и у обычного стекла, и на развитие растений И-cтекло оказывает такое же влияние, как и обычное прозрачное стекло.

Таким образом, слухи о том, что И-стекло мешает развитию комнатных растений, можно спокойно отправлять в энциклопедию человеческих заблуждений.

скачать

nenuda.ru

GREENERGY » Особенности воздействия оптического излучения на растения

Основным органом высших растений, воспринимающим и преобразующим излучение, являются листья. Поглощение ими излучения определяется как его спектральным составом, так и свойствами самих листьев: толщиной, внутренним строением и состоянием поверхности, составом и концентрацией пигментов. Благодаря поглощенной листьями энергии излучения в них протекают все важнейшие физиологические процессы: осуществляется фотосинтез, образуются различные физиологически активные вещества. Аккумулированную в процессе фотосинтеза энергию затем использует весь организм растения на свои жизненные процессы.

Спектры поглощения различных видов и сортов листьев зеленых растений достаточно хорошо изучены. Они имеют одинаковый характер. Лист растения поглощает в основном видимое и ультрафиолетовое излучение с длинами волн от 300 до 750 нм. Наиболее полно поглощаются излучения с длинами волн 600-680 нм (оранжево—красная область) и 400—500 нм. В видимой области менее полно поглощаются излучения с длинами волн 500-600 нм (зелено-желтая область).

Излучения в пределах длин волн 380-720 нм называют фото-синтетически активной радиацией (ФАР). Зеленый одиночный лист поглощает 80-90% энергии ФАР, отражает 5-10% и примерно столько же пропускает. Основную часть отраженного и пропущенного излучения составляют излучения с длинами волн 500—600 нм.

Влияние оптического излучения на растения многосторонне. Все многообразие воздействий оптического излучения на растения удобно разделить на два вида: энергетические и регуляторные. Характерными примерами проявления регуляторного воздействия на растения являются фотоморфогенез, фототропизм, фотопериодизм. К энергетическим воздействиям относятся фотосинтезное и тепловое воздействия. Для энергетических воздействий требуется в десятки и сотни раз больше затрачивать энергии по сравнению с фоторегуляторными. Воздействие на растения оказывает только та часть энергии излучения, которая ими поглощается. Для каждого фотобиологического процесса растений характерно наличие своих фоторецепторов, поглощающих излучение. Например, за фотосинтез ответственны хлорофиллы и каротиноиды, за фотоморфогенез — фитохромы.

Основное количество поглощенной растениями энергии оптического излучения превращается в них в тепло и частично преобразуется в процессе фотосинтеза в энергию химических соединений вновь созданных органических веществ. Доля наиболее ценной части излучения, которая потенциально пригодна для осуществления фотосинтеза, не одинакова для излучений различного спектрального состава. Учет этой части энергии имеет особо важное значение при искусственном облучении растений. Превращенную часть энергии в тепло в растении на первый взгляд можно считать как прямые потери. Однако эта часть энергии нагревает само растение, температура которого при облучении может значительно превышать температуру окружающего воздуха. Скорость фотосинтеза зависит от температуры фотосинтезирующих органов, поэтому тепловое воздействие оптического излучения косвенным образом влияет на использование его энергии в процессе фотосинтеза и оценка излучения в отношении теплового воздействия также имеет существенное практическое значение при согласовании облученности с температурой окружающего воздуха.

При использовании искусственного облучения для фоторегуляторных воздействий решающее значение имеют спектральный состав излучения, ежесуточная продолжительность и периодичность облучения.

Относительная спектральная эффективность фотобиологическях процессов растений

Различные участки спектра по-разному воздействуют на растения. Ультрафиолетовое излучение, например, с длинами волн короче 295 нм угнетающе действует на растения» По этой причине в спектре ламп, применяемых для облучения растений, ультрафиолетовое излучение с длинами воля меньше 295 нм должно отсутствовать. Инфракрасное излучение при высоких уровнях облученности может вызвать перегрев растений, поэтому у используемых для облучения растений ламп оно должно составлять не более 40% от их суммарного излучения.

Физиологические процессы растений, зависящие от излучения, имеют избирательную чувствительность к излучениям различных длин волн. Из основных фотобиологических процессов растений зависимость спектральной эффективности от длины волны достаточно хорошо изучена для фотосинтеза, менее полно – для фототропизма, образования хлорофилла, фотоморфогенеза. Низкие уровни облученности приводят при искусственном облучении к этиолированию, удлинению побегов, уменьшению площади листьев и подавлению образования хлорофилла.

Продолжительность ежедневного облучения влияет на процессы цветообразования, образования клубней. При искусственном облучении растений в зависимости от вида, назначения и культуры временной режим облучения выбирается таким, чтобы общая продолжительность искусственного и естественного облучения была 14-18 ч в течение суток.

greenergy.org.ua

Сведения об образовательной организации

Полезные ссылки

Безопасность

Противодействие коррупции

Доступная среда

Карта сайта

НСОКО

Особенности воздействия оптического излучения на растения. Влияние ультрафиолета на растения

Воздействие ультрафиолета на растения. Статьи компании «ООО "НПК Агро Рост"»

2.4 Влияние УФ радиации на содержание фотосинтетических пигментов. Ультрафиолет как стресс-фактор для растений

Похожие главы из других работ:

1. Содержание вероятностного характера законов биологии

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА СОДЕРЖАНИЕ МОЛЛЮСКОВ СЕМЕЙСТВА AMPULLARIIDAE

Содержание кошек в сельской местности

Содержание кошек в городе

5. Содержание в клетках и тканях

2. Содержание кальция в организме

1.3 Содержание U238 в почвах

3. Понятие "физическая картина мира" и его содержание

5. Содержание кобальта в продуктах

4. Факторы защиты организма. Определение и содержание понятий "антиген", "антитело"

57. Роль пигментов в жизни растений

ЕСТЕСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ РАДИАЦИИ

ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ ЗЕМНОЙ РАДИАЦИИ

ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИИ НА ЧЕЛОВЕКА

1. Содержание, локализация и транспорт аминокислот

Как Low-e стекло влияет на растения

GREENERGY » Особенности воздействия оптического излучения на растения