Свет жизненно необходим зеленым растениям — без него невозможен фотосинтез. Недостаток естественного освещения замедляет рост и вегетацию, снижает урожайность зерновых, плодовых и ягодных культур. Компенсировать недостаток солнца помогают лампы для освещения растений. Благодаря им строятся огромные «фабрики растений», которые позволяют собирать по три урожая в год даже на Крайнем Севере.
Однако ученые и агрономы заметили, что некоторые растения плохо переносят искусственный свет. У них начинается хлороз (пожелтение листьев), в отдельных случаях листья отмирают. Ученые Карельского научного центра РАН в течение летнего полевого сезона провели скрупулезное исследование причин болезни растений. Результаты трехмесячной командировки были опубликованы в журнале Plants.
Исследователи выехали в экспедицию на Кольский полуостров. С собой они привезли портативные биокамеры, в которых работало круглосуточное освещение. Также в камерах регулировался климатический режим — температура, влажность, атмосферное давление.
В качестве испытуемых выступали лесная и гималайская герань, речной и коралловый гравилат, прямостоячая и темно-кровавокрасная лапчатка. Пары подбирались просто. Один вид был местным, другой — родственным, но интродуцированным из достаточно удаленного региона с иными климатическими условиями и инсоляцией. Половина растений наблюдалась в открытом грунте, вторую половину поместили в биокамеры.
Наблюдения показали, что в камерах циркадная асинхрония (конфликт внутренних часов и пропавшего свето-темнового цикла) проявилась уже через две недели и у аборигенных растений, и у интродуцентов. Правда, у первых симптомы были менее заметны — за счет более интенсивного образования фенольных антиоксидантов.
Растения, высаженные на свежем воздухе в гораздо менее комфортных условиях, чувствовали себя прекрасно, причем это касалось и южных гостей, которые, по опасениям ученых, должны были испытывать стресс в новом климате и при круглосуточном (полярный день!) солнечном освещении.
Ученые сделали вывод, что в естественной среде за Полярным кругом растения не подвергаются фотоповреждениям, сравнимым с теми, что были нанесены искусственным светом в биокамере. Солнце, хотя и не заходит за горизонт в течение всего дня, светит с разной интенсивностью и под разным углом, что воспринимается растением как смена дня и ночи, пусть и «неправильная». Биологические часы адаптируются к новой циркадной реальности сравнительно безболезненно.
Вернувшись в родные пенаты, ученые Карельского научного центра провели еще ряд экспериментов.
Культурным растениям семейства пасленовых было «предложено» цвести и плодоносить в условиях нестандартного свето-темнового цикла. Вместо обычного суточного ритма 16 и 8 часов ученые установили соотношение дня и ночи как 48/24, 96/48 и 120/60 часов. Во всех случаях урожай томатов и перца оказался выше обычного.
По итогам исследования ученые сделали три важных вывода. Непрерывное освещение, не учитывающее циркадных циклов, в целом провоцирует у растения стресс, но оно с ним способно справиться. Увеличение периодов света и темноты благоприятно сказывается на урожайности культур. При интродукции растений за Полярный круг внутренние биологические часы продолжают работать несмотря на постоянное естественное освещение.
Ученые рассказали, как живет камчатская форель, переселенная с Камчатки в Казахстан.
