• Агрономия
• Научные исследования

28.05.2026

Влияние соотношения красного и дальнего красного света на морфометрические показатели картофеля in vitro

Картофель (Solanum tuberosum L.) представляет собой ключевую сельскохозяйственную культуру, обладающую высокой пищевой ценностью, экономической рентабельностью и универсальностью применения. Микроклональное размножение является одним из наиболее эффективных методов получения высококачественного оздоровленного посадочного материала. Этот метод позволяет быстро размножать растения, сохраняя их генетическую однородность и устойчивость к болезням.

Рост и развитие меристемных растений, а также дальнейший процесс клубнеобразования представляют собой сложные физиологические процессы, которые регулируются множеством факторов, включая условия окружающей среды, регуляторы роста растений, генетическую структуру, уровень доступных питательных веществ, температурный режим, источник экспланта, сорт картофеля, а также фотопериод и спектр освещения.

Свет, включая фотопериод, интенсивность и спектральный состав, играет ключевую роль в окружающей среде, влияя на фотосинтез, развитие и рост растений. В последние десятилетия в условиях защищенного грунта активно внедряются различные системы искусственного освещения, что способствует повышению устойчивости аграрного производства к климатическим изменениям. Таким образом, оптимизация условий освещения становится важным элементом современных сельскохозяйственных технологий.

Красный свет (КС) 600–700 нм является основным источником энергии для фотосинтетических процессов и существенно влияет на рост растений. Дальний красный свет (ДКС) 700–800 нм регулирует прорастание семян, морфогенез, цветение и синтез вторичных метаболитов через фитохромы.

В солнечном спектре освещения соотношение КС/ДКС изменяется в течение суток и в среднем составляет 1,3. В промышленных светильниках, предназначенных для использования в условиях защищенного грунта, светодиоды с длиной волны 700–800 нм не применяются, поскольку дальний красный свет традиционно не входит в фотосинтетически активную радиацию (ФАР). В результате в таких светильниках соотношение КС к ДКС достигает 6 и более.

ДКС представляет собой важный элемент фотосинтетического спектра, способствующий регуляции различных физиологических процессов в растениях. В последние годы растет интерес к изучению влияния ДКС на меристемный картофель. Исследования показывают, что ДКС влияет на морфологические характеристики растений, такие как длина стеблей, количество листьев и развитие корневой системы. Изучение влияния ДКС на растения важно не только с точки зрения физиологии, но и с точки зрения агрономии и биотехнологий. В условиях in vitro, где растения развиваются в контролируемых условиях, использование различных спектров света может значительно повысить качество и эффективность микроклонального размножения картофеля.

У растений отсутствуют фоторецепторы, которые могли бы регистрировать исключительно ДКС, эту функцию выполняют фитохромы, которые являются фоторецепторами для КС. Таким образом, при проектировании искусственного освещения для растений важно учитывать не только количественное содержание ДКС, но и соотношение красного света к дальнему красному свету (КС/ДКС). Это соотношение оказывает значительное влияние на физиологические процессы, такие как фотосинтез, морфогенез, и адаптацию растений к окружающей среде, что в конечном итоге может сказаться на их росте и продуктивности.

Различные соотношения КС/ДКС оказывают влияние на содержание сухого вещества в растениях. При низком соотношении КС/ДКС растения могут проявлять более выраженные эффекты «вытягивания», что может привести к увеличению длины стеблей и площади листьев, но одновременно это может ограничивать накопление сухого вещества. Правильное регулирование этого соотношения в условиях искусственного освещения может способствовать оптимизации роста растений и повышению их устойчивости к стрессовым факторам.

Цель данного экспериментального исследования — изучить влияние пониженного соотношения КС/ДКС = 0,5 в спектре освещения на рост и развитие растений, на содержание сухого вещества растений картофеля сортов Гранд и Джулияin vitro.

Материалы и методы исследования

Научные исследования проводили в Пермском НИИСХ — филиале ПФИЦ УрО РАН в 2025 году. Ранее сотрудниками лаборатории агробиофотоники был сконструирован экспериментальный фитотрон для изучения влияния разного соотношения КС/ДКС на растения.

В качестве основного источника света использованы светодиодные светильники ECOLED-BIO-37-RF-D120-F-Trade IP65 (4000K), (ECOLED, Россия). Для введения дополнительной спектральной компоненты к базовому освещению применены светодиодные линейки с диодами, излучающими свет с длиной волны 730 нм.

Секторы фитотрона отличаются по соотношению КС/ДКС. В первом секторе применяется только базовое освещение (контроль) без дополнительных светодиодов с длиной волны 730 нм, соотношение КС/ДКС составляет 9,9. Во втором секторе соотношение КС/ДКС равно 0,5. Фотопериод 16 часов обеспечивался механическим таймером Systec TG-14A (Systec GmbH & Co. KG, Германия).

В качестве объектов исследования были выбраны два сорта картофеля столового назначения — среднеспелый сорт Гранд, выведенный специалистами ФИЦ картофеля им. Лорха (Московская обл., Россия), и раннеспелый сорт Джулия, оригинатором которого является ООО «Молянов АгроГрупп» (Самарская обл., Россия).

Микроклональное размножение осуществляли путем черенкования на агаризованной питательной среде Мурасиге — Скуга.

Период культивирования микроклонов картофеля в пробирках длился 28 дней (рис. 1). В каждом варианте опыта использовали 30 растений каждого из двух сортов (всего 120 растений).

После извлечения из пробирки меристемные растения были сфотографированы.

Площадь поверхности листовой пластинки, длину растений и количество междоузлий определяли с помощью оцифрованных изображений в компьютерной программе ImageJ (National Institutes of Health, США), массу надземной части — на аналитических весах «Госметр ВЛ-64», («Госметр», Россия) с пределом точности 0,01 г, сухое вещество — по ГОСТ 33977.

Для статистической обработки полученных данных использовали метод дисперсионного анализа с определением наименьшей существенной разницы.

Результаты и обсуждение

Результаты измерений длины растений, площади листьев, количество междоузлий и массы надземной части растений картофеля представлены на рисунке 2 и в таблице 1.

На сегодняшний день основное внимание в изучении влияния соотношения КС/ДКС сосредоточено на морфологических признаках. По длине надземной части растений (рис. 1а) отмечена тенденция увеличения длины в экспериментальном варианте у обоих сортов, однако достоверно значимых различий не обнаружено. По площади листьев (рис. 1б) у обоих сортов в экспериментальном секторе отмечено достоверное повышение этих показателей по сравнению с контролем. У растений сорта Гранд происходит повышение этого показателя на 54,9%, у растений сорта Джулия — на 32% (НСР₀₅ = 0,72).

Изменение соотношения КС/ДКС в спектре освещения приводило к достоверному увеличению надземной массы растений картофеля сорта Гранд. Согласно данным (табл. 1), надземная масса растений сорта Гранд увеличивалась на 29,4%, а сорта Джулия — на 10% при уровне значимости НСР₀₅ = 0,03. Количество междоузлий (табл. 1) увеличивалось при использовании экспериментального освещения, но статистически значимые различия не выявлены.

Результаты согласуются с данными ряда исследований, которые показывают, что изменение спектрального состава освещения, особенно увеличение доли красного света, способствует улучшению фотосинтетической активности и росту растений. В частности, исследования Yang et al. демонстрируют, что пониженное соотношение КС/ДКС значительно увеличивает общую биомассу растений. В исследованиях А.А. Смирнова было выявлено, что добавление ДСК в спектр освещения значительно увеличивает количество междоузлий растений огурца (на 15%) и площадь листьев (на 30%).

Известно, что изменение соотношения КС/ДКС может существенно влиять на морфогенез и рост растений, а также на фотосинтетические процессы, действуя через фитохромную систему. Фоторецепторы играют ключевую роль в контроле многих морфометрических характеристик растений.

Результаты данного исследования согласуются с опубликованными исследованиями Askari et al., в которых выявлено увеличение длины стебля и площади листьев у растений картофеля при освещении с пониженным соотношением КС/ДКС, что подтверждает перспективность применения этого варианта освещения для картофеля на стадии in vitro. Несмотря на то что при соотношении КС/ДКС = 0,5 растения картофеля показывали наибольшие показатели по длине, площади листьев и надземной массе, по содержанию сухого вещества они имели пониженные показатели (табл. 1).

Такое явление может объясняться тем, что соотношение КС/ДКС = 0,5 способствует интенсивному росту и развитию растений, что в свою очередь приводит к увеличению длины, площади листьев и надземной биомассы. Однако в условиях активного роста растения могут накапливать меньше сухого вещества, поскольку большая часть ресурсов расходуется на увеличение биомассы и формирование новых органов, а не на синтез и накопление запасных веществ. В условиях in vitro данное снижение можно рассматривать как незначительное, так как главной задачей микроклонального размножения является получение большего количества черенков для дальнейшего культивирования.

Существующие литературные данные указывают на разнообразное влияние облучения ДК и соотношения КС/ДКС на ростовые процессы, активность фотосинтетического аппарата и метаболизм. Дальнейшие исследования могут выявить механизмы, через которые световые условия влияют на физиологические процессы и адаптацию растений к окружающей среде, что имеет важное значение для сельского хозяйства и агрономии.

Выводы

В данном исследовании рассмотрено влияние пониженного соотношения КС/ДКС в спектре освещения на длину растений, площадь листьев, надземную массу, количество междоузлий, а также на массовую долю сухого вещества. В результате исследований установлено, что растения, выращенные при пониженном соотношении КС/ДКС = 0,5, имеют значимо отличающиеся количественные показатели по сравнению с растениями, которые культивировались в условиях контрольного освещения.

Отмечена тенденция увеличения длины надземной части и количества междоузлий растений картофеля обоих сортов, но достоверных различий не выявлено. В условиях пониженного соотношения у сорта Гранд выявлено значительное увеличение как площади листьев, так и массы надземной части, тогда как у сорта Джулия — только площади листьев.

Содержание сухого вещества в листьях при пониженном КС/ДКС меньше на 13% у сорта Гранд и на 8% у сорта Джулия, но совокупные результаты, включая показатели длины стебля, площадь листьев и надземную массу, позволяют сделать вывод, что исследуемое КС/ДКС является положительным фактором при дальнейшем черенковании.

В реакции на условия освещения присутствует аспект сортоспецифичности: ранний сорт картофеля Джулия и среднеспелый сорт Гранд продемонстрировали отличающиеся реакции на спектральный состав.

Изучение влияния дальнего красного света на меристемный картофель представляет собой актуальное и значимое направление исследований, перспективное для повышения продуктивности и данной культуры.

Об авторах

София Вячеславовна Щербёнок 1, 2, младший научный сотрудник; аспирант

sshcherbenok@bk.ru https://orcid.org/0009-0002-9610-6207

1 Пермский научно-исследовательский институт сельского хозяйства — филиал Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук, ул. Культуры, 12, с. Лобаново, Пермский край, 641532, Россия
2 Пермский государственный аграрно-технологический университет им. академика Д.Н. Прянишникова, ул. Петропавловская, 23, Пермь, 614990, Россия