Лучи поддержки
Зачем над растениями вешают фиолетовые лампы
Редкий любитель растений — будь у него собственная ферма или только пара кадок на подоконнике — обходится без удобрений. Однако растения питаются не только через корни, но и через листья, которыми поглощают углекислый газ и свет. Значит ли это, что их можно «подкормить» не только удобрениями, но и светом? И можно ли таким образом заставить их дать еще больший урожай?
Какой свет вкуснее?
Ответ на этот вопрос независимо друг от друга нашли во второй половине XIX века Климент Тимирязев и Теодор Энгельман. Они раскладывали солнечный свет на спектр, освещали разными его частями растения и измеряли, насколько те активно фотосинтезируют (то есть поглощают углекислый газ, выделяют кислород и производят сахар). Методики они использовали немного разные, но получили похожие результаты. Оказалось, что не каждый участок спектра заставляет лист поглощать углекислый газ и выделять кислород с одинаковой эффективностью. Лучше всего это получалось у красного и синего света, а хуже всего — у зеленого. Дело в том, что пигменты, которые ловят свет для фотосинтеза — хлорофиллы и каротиноиды — хорошо поглощают красный и синий свет, а на зеленый почти не реагируют.
Позже все тот же Тимирязев выяснил, что у красного цвета есть еще одно ценное свойство. Заключенную в красных лучах энергию лист почти целиком использует на образование биомассы — в то время как в синем свете энергии слишком много, поэтому половина «теряется» в виде тепла. А значит, можно сэкономить: если освещать теплицы одним красным светом, электрическая энергия будет использоваться эффективнее и не пропадет, а растения станут продуктивнее — смогут накапливать больше питательных веществ, чем если бы они росли под обычным солнцем.
Есть только одно но: свет нужен растениям не только для фотосинтеза. А еще и для того, например, чтобы определить, в какую сторону расти, когда цвести и давать плоды. Кроме того, свет запускает открывание устьиц (через которые лист обменивается газами с воздухом) и регулирует суточные ритмы движения листьев и открывания цветков. Для этого в клетках растений есть особые молекулы — фоторецепторы, которые меняют экспрессию генов и обмен веществ в клетке в ответ на световые лучи. Основные фоторецепторы растений, как и пигменты фотосинтеза, работают с красным и синим светом, но могут улавливать еще зеленый, ультрафиолетовый и дальний красный.
Получается, что жизнь растения зависит от суммы световых сигналов разного цвета, но какой эффект производит каждый из них в отсутствие других, физиологи растений во времена Тимирязева не знали — и не вполне понимают до сих пор. Поэтому замена естественного света на сугубо красные лучи может привести вовсе не к увеличению урожая, а к строго противоположному результату — теоретически в таких условиях растения должны чахнуть или по меньшей мере давать меньше плодов, чем обычно.
Как прокормить космонавта
Первые попытки «подкормить» растения лучами определенного света начались в ХХ веке. Для «усечения» спектра использовали светофильтры, которые позволяли превратить обычный белый светильник в цветной. Выяснилось, что физиологи были правы: одной части спектра для полноценной жизни может не хватить. Оказалось, что только на красном и особенно зеленом свету растения растут плохо, получаются хилыми, с удлиненными стеблями и мелкими листьями — как если бы росли в тени. На синем свету растения чувствовали себя лучше всего — не хуже, чем на белом. Правда, светофильтры выделяли из света лампы довольно широкие области спектра — например, синий фильтр пропускал еще и ультрафиолет — поэтому все равно оставалось неясным, без каких именно лучей ничего не получится.