1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физиология растений
  4. T. 70, № 4, 2023

Физиология растений, 2023, T. 70, № 4, стр. 402-409

Кратковременные ежесуточные понижения температуры могут нивелировать негативный эффект круглосуточного освещения на фотосинтетический аппарат растений

Е. Н. Икконен a, *, Т. Г. Шибаева a, Е. Г. Шерудило a, А. Ф. Титов a

a Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Карельского научного центра Российской академии наук
Петрозаводск, Россия

* E-mail: likkonen@gmail.com

Поступила в редакцию 10.02.2023
После доработки 14.02.2023
Принята к публикации 14.02.2023

Аннотация

Изучали реакцию нескольких сельскохозяйственных культур (томат, баклажан, сладкий перец, огурец) на круглосуточное освещение при постоянной температуре 26°С и при ежесуточных 2-часовых кратковременных понижениях температуры до 10°С (дроп-воздействиях). О реакции растений судили на основании изучения ряда показателей, характеризующих состояние пигментного комплекса листьев и их фотосинтетическую активность. Круглосуточное освещение при постоянной температуре приводило к фотоповреждению листьев и фотоингибированию у всех четырех видов, хотя и в разной степени. Дроп-воздействия предотвращали фотоповреждения листьев в условиях круглосуточного освещения у всех видов и способствовали у томата, перца и огурца сохранению высокого уровня фотосинтетической активности. Полученные результаты позволяют заключить, что дроп-обработка может рассматриваться как агротехнический прием, позволяющий использовать потенциальные преимущества применения круглосуточного освещения, нивелировав его отрицательные эффекты. Однако эффективность данного приема будет зависеть от подбора оптимальной интенсивности и продолжительности дроп-воздействия, которая может несколько варьировать в зависимости от вида растений.

Ключевые слова: Capsicum annuum, Cucumis sativus, Solanum lycopersicum, Solanum melongena, фотоингибирование, фотопериод, фотоповреждения, фотосинтез

Список литературы

  1. Sysoeva M.I., Markovskaya E.F., Shibaeva T.G. Plants under continuous light: A review // Plant Stress. 2010. V. 4. P. 5.

  2. Velez-Ramirez A.I., van Ieperen W., Vreugdenhil D., Millenaar F.F. Plants under continuous light // Trends Plant Sci. 2011. V. 16. P. 310. http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.tplants.2011.02.003

  3. Hague M.S., Kjaer K.H., Roserqvist E., Ottosen C.O. Continuous light increases growth, daily carbon gain, antioxidants, and alters carbohydrate metabolism in a cultivated and a wild tomato species // Front. Plant Sci. 2015. V. 6. P. 522. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00522

  4. Ohtake N., Ishikura M., Suzuki H. Continuous irradiation with alternating red and blue light enhances plant growth while keeping nutritional quality in lettuce // Hort. Sci. 2018. V. 53. P. 1804. https://doi.org/10.21273/HORTSCI13469-18

  5. Lanoue J., Zheng J., Little C., Thibodeau A., Grodzinski B., Hao X. Alternating red and blue light-emitting diodes allows for injury-free tomato production with continuous lighting // Front. Plant Sci. 2019. V. 10. P. 1114. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01114

  6. Shibaeva T.G., Mamaev A.V., Sherudilo E.G., Titov A.F. The role of the photosynthetic daily light integral in plant response to extended photoperiods // Russ. J. Plant Physiol. 2022. V. 69. P. 7. https://doi.org/10.1134/S1021443722010216

  7. Shibaeva T.G., Sherudilo E.G., Rubaeva A.A., Titov A.F. Continuous lighting enhances yield and nutritional value of four genotypes of Brassicaceae microgreens // Plants. 2022. V. 11. P. 176. https://doi.org/10.3390/plants11020176

  8. Shibaeva T.G., Mamaev A.V., Titov A.F. Possible physiological mechanisms of leaf photodamage in plants grown under continuous lighting // Russ. J. Plant Physiol. 2023. V. 70. P. https://doi.org/10.31857/S0015330322600541

  9. Kitaya Y., Niu G., Kozai T., Ohashi M. Photosynthetic photon flux, photoperiod, and CO2 concentration affect growth and morphology of lettuce plug transplants // Hort. Sci. 1998. V. 33. P. 988. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.33.6.988

  10. Ohyama K., Kozai T. Estimating electric energy consumption and its cost in a transplant production factory with artificial lighting: a case study // J. Soc. High Technol. Agr. 1998. V. 10. P. 96.

  11. Ohyama K., Manabe K., Omura Y., Kubota C., Kozai T. A comparison between closed-type and open-type transplant production systems with respect to quality of tomato plug transplants and resource consumption during summer // Environ. Control Biol. 2003. V. 41. P. 57. https://doi.org/10.2525/ecb1963.41.57

  12. Ohyama K., Manabe K., Omura Y., Kozai T. Potential use of a 24-hour photoperiod (continuous light) with alternating air temperature for production of tomato plug transplants in a closed system // Hort. Sci. 2005. V. 40. P. 374. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.40.2.374

  13. Hillman W.S. Injury of tomato plants by continuous light and unfavorable photoperiodic cycles // Amer. J. Bot. 1956. V. 43. P. 89. https://doi.org/10.2307/2438816

  14. Bradley F.M., Janes H.W. Carbon partitioning in tomato leaves exposed to continuous light // Acta Hort. 1985. V. 174. P. 293. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.1985.174.37

  15. Vézina F., Trudel M.J., Gosselin A. Influence du mode d’utilisation de l’éclairage d’appoint sur la productivité et la physiologie de la tomate de serre // Can. J. Plant Sci. 1991. V. 71. P. 923. https://doi.org/10.4141/cjps91-132

  16. Murage E.N., Sato Y., Masuda M. Influence of light quality, PPFD, and temperature on leaf chlorosis of eggplants grown under continuous illuminations // Sci. Hort. 1997. V. 68. P. 73. https://doi.org/10.1016/S0304-4238(96)00953-3

  17. Demers D.A., Gosselin A. Growing greenhouse tomato and sweet pepper under supplemental lighting: optimal photoperiod, negative effects of long photoperiod and their causes // Acta Hort. 2002. V. 580. P. 83. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2002.580.9

  18. Ohyama K., Omura Y., Kozai T. Effects of air temperature regimes on physiological disorders and floral development of tomato seedlings grown under continuous light // Hort. Sci. 2005. V. 40. P. 1304. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.40.5.1304

  19. Matsuda R., Ozawa N., Fujiwara K. Leaf photosynthesis, plant growth, and carbohydrate accumulation of tomato under different photoperiods and diurnal temperature differences // Sci. Hort. 2014. V. 170. P. 150. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2014.03.014

  20. Hague M., de Sousa A., Soares C., Kjaer K.H., Fidalgo F., Rosenqvist E., Ottosen C.-O. Temperature variation under continuous light restores tomato leaf photosynthesis and maintains the diurnal pattern in stomatal conductance // Front. Plant Sci. 2017. V. 8. P. 1602. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01602

  21. Shibaeva T.G., Mamaev A.V., Sherudilo E.G., Ikkonen E.N., Titov A.F. Age-related changes in sensitivity of tomato (Solanum lycopersicum L.) leaves to continuous light // Russ. J. Plant Physiol. 2021. V. 68. P. 948. https://doi.org/10.1134/S1021443721040154

  22. Tibbitts T.W., Bennett S.M., Cao W. Control of continuous irradiation injury on potato with daily temperature cycling // Plant Physiol. 1990. V. 93. P. 409. https://doi.org/10.1104/pp.93.2.409

  23. Kristoffersen T. Interactions of photoperiod and temperature in growth and development of young tomato plants (Lycopersicon esculentum Mill.) // Physiol. Plant. 1963. V. 16. P. 1.

  24. Nilwik H.J.M. Growth analysis of sweet pepper (Capsicum annuum L.) 2. Interacting effects of irradiance, temperature and plant age in controlled conditions // Ann. Bot. 1981. V. 48. P. 136. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a086107

  25. Bünning E. Untersuchungen uber die autonomen tagesperiodischen Bewegungen der Primarblatten von Phaseolus multiflorus // Jahrbücher für wissenchaftiche Botanik. 1931. V. 75. P. 439.

  26. Ikkonen E.N., Shibaeva T.G., Rosenqwist E., Ottosen C.-O. Daily temperature drop prevents inhibition of photosynthesis in tomato plants under continuous light // Photosynthetica. 2015. V. 53. P. 389. https://doi.org/10.1007/s11099-015-0115-4

  27. Sysoeva M.I., Shibaeva T.G., Sherudilo E.G., Ikkonen E.N. Control of continuous irradiation injury on tomato plants with a temperature drop // Acta Hort. 2012. V. 956. P. 283. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2012.956.32

  28. Shibaeva T.G., Sherudilo E.G. Immediate and delayed effects of diurnal temperature drops on growth and reproductive development of tomato plants grown under continuous lighting // Russ. J. Plant Physiol. 2015. V. 62. P. 328. https://doi.org/10.1134/S1021443715030176

  29. Lichtenthaler H.K., Wellburn A.R. Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents // Biochem. Soc. 1983. V. 603. P. 591. https://doi.org/10.1042/bst0110591

  30. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes // Methods Enzymol. 1987. V. 148. P. 350. https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48036-1

  31. Shibaeva T.G., Markovskaya E.F., Ikkonen E.N., Sherudilo E.G. Control of continuous irradiation injury on tomato plants with a temperature drop: effectiveness evaluation // Russ. Agric. Sci. 2015. V. 41. P. 419. https://doi.org/10.3103/S1068367415060221

  32. Omura Y., Oshima Y., Kubota C., Kozai T. Treatments of fluctuating temperature under continuous light enabled the production of quality transplants of tomato, eggplant and sweet pepper // Hort. Sci. 2001. V. 36. № 3. P. 586.

  33. Сысоева М.И., Шибаева Т.Г., Шерудило Е.Г. Способ выращивания рассады томата в защищенном грунте // Бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. 2013. № 28. 6 с.

  34. Шибаева Т.Г., Шерудило Е.Г., Икконен Е.Н., Титов А.Ф. Влияние кратковременных ежесуточных понижений температуры на активность антиоксидантных ферментов // Труды КарНЦ РАН. Сер. Экспериментальная биология. 2015. № 12. С. 107. https://doi.org/10.17076/eb241

  35. Ikkonen E.N., Sherudilo E.G., Shibaeva T.G., Grabelnykh O.I. Salicylhydroxamic acid-resistant and sensitive components of respiration in chilling-sensitive plants subjected to a daily short-term temperature drop // Russ. J. Plant Physiol. 2020. V. 67. P. 60. https://doi.org/10.1134/S1021443719050066

  36. Garmash E.V. Mitochondrial respiration of the photosynthesizing cell // Russ. J. Plant Physiol. 2016. V. 63. P. 13. https://doi.org/10.1134/S1021443715060072

  37. Икконен Е.Н., Шибаева Т.Г., Шерудило Е.Г., Титов А.Ф. Влияние ДРОП-воздействий на эффективность использования световой энергии в процессе фотосинтеза у растений огурца // Труды КарНЦ РАН. Серия “Экспериментальная биология”. 2016. № 6. С. 49. https://doi.org/10.17076/eb319

  38. Klimov S.V., Astakhova N.V., Trunova T.I. Relationship between plant cold tolerance, photosynthesis and ultrastructural modifications of cells and chloroplasts // Russ. J. Plant Physiol. 1997. V. 44. P. 759.

  39. Марковская Е.Ф., Шерудило Е.Г., Рипатти П.О., Сысоева М.И. Роль липидов в устойчивости семядольных листьев огурца к постоянному и кратковременному периодическому действию низкой закаливающей температуры // Труды Кар НЦ РАН. Серия биологическая. 2009. № 3. С. 67.

  40. Климов С.В., Трунова Т.И., Мокроносов А.Т. Механизм адаптации растений к неблагоприятным условиям окружающей среды через изменение донорно-акцепторных отношений // Физиология растений. 1990. Т. 37. С. 1024.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физиология растений

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал