روشنایی مصنوعی در کشاورزی
برای مدت طولانی شناخته شده است که گیاهان بدون نور نمی توانند رشد کنند. با این وجود، تنها در صد سال گذشته، به لطف پیشرفت های علم و فناوری، تأثیر دقیق نور بر گیاهان به طور کامل کشف شده است.
استفاده از روشنایی مصنوعی در کشاورزی با هدف ارائه منبع نوری مشابه نوری است که توسط خورشید تأمین می شود. به دلیل پیشرفت در فناوری، چراغ های LED به عنوان بهترین گزینه برای نورپردازی باغبانی ظاهر شده اند، به ویژه آنهایی که می توانند طیف خود را به طور خاص با نیازهای گیاه تنظیم کنند. در مقایسه با گزینههای روشنایی معمولیتر، مانند سدیم پرفشار (HPS) و فلورسنت، چراغهایی که از LED استفاده میکنند مزایای قابلتوجهی از نظر تأثیر بر محیطزیست و کارایی تولیدشان دارند.
گزارشی درباره استفاده از نور مصنوعی در کشاورزی توسط Valoya و توسط محققان دانشگاه آلمریا و Buresinnova تالیف شده است. این گزارش در ژانویه 2018 منتشر شد. این تحقیق آزمایشهایی را ارائه میکند که از طیفها و انواع نور استفاده میکنند تا تأثیری را که هر شکل از نور میتواند بر گیاهان بسته به شرایطی که تحت آن رشد میکنند، تعیین کند. در ادامه گزیده ای از این تحقیق آورده شده است که می توانید مطالعه کنید.
1. نور و ارتباط بین گیاهان
امواج الکترومغناطیسی وظیفه انتقال انرژی در جو را بر عهده دارند. نمونه هایی از امواج الکترومغناطیسی شامل امواج مایکروویو، امواج رادیویی یا تلویزیونی، اشعه ایکس، اشعه ماوراء بنفش یا نور مرئی است. امواج الکترومغناطیسی را می توان با فرکانس ها و طول موج های متفاوت از یکدیگر متمایز کرد. طیف الکترومغناطیسی از طیف وسیعی از فرکانس ها و طول موج ها تشکیل شده است که برخی از آنها بهتر از بقیه تشخیص داده می شوند (به عنوان مثال، امواج مایکروویو، امواج رادیویی، نور مرئی و غیره).
تابش الکترومغناطیسی دارای ماهیت دوگانه است. در حالی که در فضا به صورت امواج حرکت می کند، انرژی را نیز به صورت ذرات (فوتون) مبادله می کند. در سال 1905، آلبرت انیشتین اولین کسی بود که استدلال کرد که نور دارای ویژگی های ذرات و امواج به طور همزمان است. فوتون ها نام ذراتی هستند که در یک پرتو نور قرار دارند. فوتونهایی که طول موجهایشان با فواصل طولانیتر (فرکانسهای پایینتر) مطابقت دارد، انرژی کمتری نسبت به فوتونهایی که طول موجشان با فواصل کوتاهتر مطابقت دارد، حمل میکنند.
چشم انسان قادر به تشخیص نور با طول موج بین 400 تا 700 نانومتر (nm) است که تقریباً مربوط به بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که توسط گیاهان در طول فرآیند فتوسنتز استفاده می شود. بنابراین، نور با طول موج بین 400 تا 700 نانومتر به عنوان تابش فعال فتوسنتزی (یا به سادگی PAR) نامیده می شود. طیف طول موج هایی که در نور خورشید دیده می شود پیوسته است و فراتر از محدوده بصری گسترش می یابد. چشم انسان مسئول تبدیل طول موج های مختلف به رنگ است که سپس در مغز انسان پردازش می شود. رنگ آبی توسط نور با طول موج نزدیکتر به 400 نانومتر تولید می شود، در حالی که رنگ قرمز توسط نور با طول موج نزدیکتر به 600 نانومتر تولید می شود. محدوده طول موج زرد-سبز طیفی است که چشم انسان با حساسیت بیشتری به آن پاسخ می دهد.
2. رنگدانه ها، گیرنده های نوری و فرآیند شیمیایی فتوسنتز در گیاهان
تقریباً در همان محدوده چشم انسان، طیف نور توسط گیاهان جذب می شود. با این حال، بر خلاف مردم، گیاهان بهتر می توانند نور قرمز و آبی را جذب کنند.
کلروفیل یکی از مواد شیمیایی اولیه است که گیاهان را قادر میسازد نور را جذب کرده و از انرژی آن برای تبدیل آب و دی اکسید کربن به اکسیژن و سایر مولکولهای آلی پیچیده استفاده کنند. این فرآیند به عنوان فتوسنتز شناخته می شود. کلروفیل یک رنگدانه گیاهی است که در کلروپلاست های داخل سلولی یافت می شود. رنگ مولکول های کلروفیل سبز است و در واقع علت رنگ سبز موجود در ساقه ها و برگ ها هستند. دو شکل اولیه از کلروفیل وجود دارد که ممکن است در گیاهان عالی یافت شود. اینها کلروفیل a و کلروفیل b هستند و منحنی های جذب نور آنها به شکل بسیار کوچکی با یکدیگر متفاوت است. با توجه به این تمایز نسبتاً جزئی، آنها قادر به گرفتن طول موج های مختلف هستند و در نتیجه بخش بیشتری از طیف نور خورشید را جذب می کنند. در نتیجه توانایی کلروفیل ها در جذب نور قرمز و آبی در درجه اول در حالی که طول موج های سبز را منعکس می کنند، گیاهان در چشم ما سبز به نظر می رسند.
با این حال، کلروفیل تنها رنگدانه موجود در گیاهان نیست. به اصطلاح رنگدانه های جانبی (مانند کاروتنوئیدها و زانتوفیل ها، در میان دیگران) و مواد فنلی (مانند فلاونوئیدها، آنتوسیانین ها، فلاون ها و فلاونوئیدها) طول موج هایی غیر از قرمز و آبی را جذب می کنند. زرد، قرمز و بنفش رنگ هایی هستند که رنگدانه های جانبی را تشکیل می دهند. علاوه بر فریب دادن پرندگان و حشرات، استفاده از این رنگ ها به محافظت از بافت ها در برابر اثرات مخرب عوامل استرس زا خارجی مانند تابش نور شدید کمک می کند.
گیرنده های نوری نوع دیگری از ذرات هستند که قادر به جذب نور هستند. سه دسته اصلی گیرنده های نوری فیتوکروم ها، فتوتروپین ها و کریپتوکروم ها هستند. علاوه بر این، گیرنده نور UVR8 یک گیرنده نوری تخصصی است که فقط به نور ماوراء بنفش پاسخ می دهد. هر نوع گیرنده نوری به طیف طول موج خاصی از نور حساس است و مسئول واکنش فیزیولوژیکی خاصی در گیاهان است. این پاسخ ها به شرح زیر است:
فتوتروپین ها بر موقعیت فیزیکی کلروپلاست ها و باز شدن روزنه ها تأثیر دارند. آنها قادر به جذب نور آبی هستند.
ساعت داخلی گیاهان توسط کریپتوکروم ها کنترل می شود که محیط آنها را برای سیگنال های مربوط به نور کنترل می کنند. علاوه بر این، آنها با پاسخ های مورفولوژیکی مانند سرکوب افزایش طول ساقه، بزرگ شدن لپه ها، توسعه آنتوسیانین ها و شکوفایی دوره نوری همراه هستند. طول موج های UVA (فرابنفش)، آبی و سبز توسط کریپتوکروم ها جذب می شوند.
گلدهی توسط فیتوکروم ها آغاز می شود که همچنین مسئول تشکیل دانه ها هستند. ازدیاد طول ساقه، انبساط برگ و "سندرم اجتناب از سایه" همگی توسط فیتوکروم ها در گیاهان کنترل می شوند. نسبت نور قرمز و قرمز دوری که در محیط وجود دارد بر وضعیت فتو ایستایی مولکول فیتوکروم تأثیر می گذارد که به نوبه خود واسطه واکنش هایی است که توسط فیتوکروم ها تنظیم می شود.
گلدهی، رشد بذر و سایر عملکردها مانند جوانه زنی، زمان گلدهی و شکل گیاه همه فعالیت هایی هستند که وابسته به نور هستند. فتوسنتز، فرآیندی که انرژی لازم برای تشکیل زیست توده را تامین می کند، تنها یکی از این فرآیندها است. این رفتارها به طور پیچیده ای با کیفیت نوری که گیاه از محیط اطراف خود دریافت می کند، مرتبط است، به این ترتیب گیاه سیگنال های اطراف خود را تفسیر می کند. این پاسخ ها توسط طول موج هایی که هم در داخل و هم در خارج از ناحیه PAR هستند، از جمله تابش اشعه ماوراء بنفش و قرمز دور انجام می شود.
برای اطلاعات بیشتر لطفا توجه فرماییدوب سایت رسمی بنوی!
