Разработка природоподобных технологий управления свойствами и качественными показателями растений с использованием методов биофотоники и цифровых систем

В настоящее время в России, как и во всем мире остро стоит вопрос продовольственного обеспечения населения качественными, функциональными продуктами питания, потребление которых обеспечит необходимый набор микро и макроэлементов для здоровья человека. Данная проблема обостряется сложившимися в последние годы климатическими, экологическими и демографическими изменениями. Так многие регионы ранее пригодные для ведения сельского хозяйства в связи с потеплением климата испытывают недостаток воды, повышение температуры, развитие болезней растений, эрозии почв, что делает производство сельскохозяйственной продукции дорогим и малоэффективным. При этом сельское население массово мигрирует в городские агломерации, где и сосредоточено основное потребление продуктов питания. В связи с этим актуальным являются направления производства сельскохозяйственной продукции как рядом с городскими агломерациями, так и в городских условиях. Для этого используются помимо уже традиционных тепличных комплексов, вертикальные фермы, микроклиматические камеры, фитобоксы и т.д. В таких производствах важную роль играют искусственные экосистемы полностью повторяющие природные условия, позволяющие получать сельскохозяйственную продукцию и сырье с задаваемыми свойствами для функционального питания. К данным решениям относятся природоподобные технологии биофотоники - воздействия на растения и их продуктивность на клеточном и физиологическом уровне с целью управления их качественными показателями и свойствами. В настоящее время имеющиеся на рынке зарубежные предложения лишь частично решают проблему производства сырья для функциональных продуктов питания. В связи с этим, проект направлен на получение новых фундаментальных результатов, позволяющих с помощью цифровизации и природоподобных технологий биофотоники управлять свойствами и качественными показателями растений для получения безопасных и функциональных продуктов питания из обогащенного растительного сырья. Спектральные технологии являются неинвазивными и экспрессными, в результате их применения с одной стороны будут значительно уменьшены потери готовой продукции, а с другой стороны, за счет более рационального применения средств защиты растений от фитопатогенов, увеличена ее экологическая безопасность. Таким образом, основной целью работы является разработка природоподобных технологий управления свойствами и качественными показателями растений с использованием методов биофотоники и цифровых систем. Выполнение проекта нацелено на реализацию приоритетов научно-технологического развития, определенных Стратегией научно-технологического развития Российской Федерации ориентированных на создание технологий, имеющих широкое межотраслевое значение «сквозных» технологий. Целью работы является разработка природоподобных технологий управления свойствами и качественными показателями растений с использованием методов биофотоники и цифровых систем. В результате были разработаны научные основы для создания энергоэффективных интеллектуальных систем освещения закрытых грунтов, разработан интеллектуальный алгоритм и программный комплекс способный по трехмерным облакам точек поверхностей производить фенотипирование семян, микроклонов растений, частей растений и целых растений небольшого размера. Разработана оптическая схема для активной импульсной системы предназначенной для измерения эффективности фотосинтеза растений при естественном дневном освещении. Выявлены различия в оптических характеристиках патогенных и непатогенный видов и штаммов грибов. Проведено моделирование спектров пигментов с использованием концепции спектральной плотности, разработана методология проведения расчётов. Проведено моделирование спектров пигментов, изолированных из пигментбелковых комплексов фитопатогенов. Разработаны оптические лабораторные методики получения наночастиц селена, металлов и оксидов металлов различных размеров и геометрии. Разработан подход экспрессного определения содержания в почве основных химических элементов (кальций, калий, натрий), необходимых для развития растений. Проведено исследование взаимодействия белков и металлических наночастиц при изменении pH и температуры. По результатам проведенных исследований опубликовано 11 статей в изданиях, индексируемых в базах WoS и Scopus (1 и 2 квартиль), получено свидетельство о государственной регистрации базы данных.