Влияние длины сумерек на рост и развитие растений. Источник: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adl3199
Группа исследователей получила представление о генетических процессах, лежащих в основе того, как растения распознают сумерки, и о роли сумерек в росте растений.
«Мы получили эти удивительные результаты, что сумерки оказывают очень важное влияние на ключевые сельскохозяйственные признаки, такие как время цветения и рост», — говорит Р. Глен Уриг, доцент кафедры биологических наук.
В ходе исследования исследователи имитировали условия сумерек в контролируемой камере для выращивания и следили за реакцией растения Arabidopsis, модельного растения и родственника рапса. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Они подвергали растения воздействию постепенно увеличивающейся продолжительности сумерек (от 0 до 90 минут) и отметили, что растения вырастали крупнее, с большим количеством цветов и большей биомассой при 30-минутных сумерках по сравнению с более короткими или более длинными сумерками. По словам Ухрига, это открытие имеет невероятные перспективы для сельскохозяйственной селекции и выращивания садовых растений.
Культуры, выращиваемые в поле, можно вывести так, чтобы они были более восприимчивы к условиям сумерек, адаптируя время сбора урожая и увеличивая урожайность — проблема, с которой сталкивается мировое сельское хозяйство в условиях меняющегося климата. Для вертикального земледелия или садоводческих тепличных операций изменения условий освещения для включения сумерек могут дать аналогичные положительные результаты и повысить урожайность, отмечает он.
На протяжении десятилетий фотопериод (период времени в течение дня, в течение которого растение подвергается воздействию света) и температура были двумя ключевыми переменными окружающей среды, которые, как считалось, влияют на рост растений, но о влиянии сумерек было известно немного из-за технических ограничений — не было возможности смоделировать условия сумерек достаточно точно, чтобы получить точные данные.
Достижения в области технологий означают, что теперь можно изучать сумерки как переменную окружающей среды. Ухриг и его команда использовали оборудование от G2V Optics для создания шестиполосных «рецептов» светодиодного освещения (определенных комбинаций длин волн и интенсивностей света) с полностью программируемой интенсивностью света в камере роста.
«Мы хотели понять, как растения реагируют на сумерки, которые по сути представляют собой усиление света утром и ослабление света вечером, чтобы увидеть, как это влияет на их рост и развитие».
Исследователи измеряли растения, делая снимки с помощью верхней камеры и обрабатывая их с помощью программного обеспечения для анализа изображений, чтобы проанализировать их рост с течением времени, а также с помощью ряда современных инструментов молекулярного анализа.
Как объясняет Ухриг, в сумерках у растений происходят два ключевых процесса — обнаружение света и фотосинтез. Сначала происходит обнаружение света, и когда возникает определенная интенсивность света, это запускает фотосинтез. Хотя растения росли больше и цвели больше в ответ на условия сумерек, созданные для исследования, эти показатели роста немного по-разному реагировали на разное время экспозиции, что позволяет предположить, что сумерки оказывают комплексное влияние на рост и развитие растений.
«Мы считаем, что именно здесь вступают в действие сумерки и разделяют способность растения обнаруживать свет, которая может быть больше связана с периодом цветения, от фотосинтеза, который больше связан с ростом».
Они дополнительно изучили молекулярные механизмы, лежащие в основе наблюдаемых реакций, изучив линию растений с дефицитом генов и измененными циркадными часами. «Рост и развитие растений на самом высоком уровне регулируются циркадными часами», — объясняет Ухриг.
«В этот период сумерек происходит что-то невероятно интересное, чего ранее не наблюдалось».
Ухриг признает выдающийся вклад двух постдокторантов, которые были соавторами статьи: Сабины Скандолы, ныне исследователя в Agriculture and Agri-Food Canada, и Деванга Мехты, ныне профессора в KU Leuven.
Дополнительная информация: Деванг Мехта и др., Длина сумерек изменяет рост и время цветения Arabidopsis через LHY/CCA1, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adl3199
Информация о журнале: Science Advances
Предоставлено Университетом Альберты
