Фоторегуляция морфогенеза и продукционного процесса растений в условиях интенсивного культивирования

Проект направлен на разработку эффективных методов регуляции морфогенеза и продукционного процесса у растений, выращиваемых в системах интенсивного культивирования с использованием облучателей на основе светоиспускающих диодов. В современных системах интенсивного культивирования растений (СИКР) режим освещения посевов является одним из наиболее действенных инструментов для обеспечения нормального роста и онтогенеза возделываемых культур и биологической ценности съедобной биомассы урожая. При этом оптимальные параметры светового потока в значительной степени определяются видовыми и сортовыми особенностей растений, а также конкретными биотехнологическими задачами, например, в связи с необходимостью усиления биосинтеза в тканях целевых соединений, определяющих биологическую ценность выращиваемой продукции. В действующих и разрабатываемых для ближайшего будущего СИКР, включая фабрики растений, наиболее эффективными и перспективными среди искусственных источников света считаются облучатели, выполненные на основе светоизлучающих диодов (СД). Высокая энергетическая эффективность, безопасность, длительный ресурс безотказной работы являются решающими преимуществами светодиодов при применении их для освещения растений в СИКР. Однако главным достоинством облучателей этого поколения являются открывающиеся уникальные возможности перехода к комбинаторной светокультуре с оптимизацией световых режимов (прежде всего – спектрального состава света), возможностью широкого модулирования параметров светового режима в течение суточного цикла и онтогенеза в целом и эффективным использованием механизмов тонкой фоторегуляции физиологических процессов в растениях. Целью проекта является физиологическое обоснование алгоритмов оптимизации продукционного процесса растений при выращивании в условиях светокультуры на основе СД-облучателей за счет регулирования параметров светового режима (варьирующаяся плотность потока фотонов, фотопериод, спектральный состав света, в том числе – коррекция светового режима в течение вегетации). Изучение физиологических механизмов действия света на растения с учетом новых экспериментальных возможностей, открывающихся с использованием СД-облучателей, позволяет на принципиально новом уровне подойти к разработке световых режимов интенсивного культивирования растений, в том числе с учетом их видовых и сортовых биологических особенностей. В ходе реализации проекта будут разработаны новые методологические подходы к разработке технологий светокультуры растений, основанные на уникальных возможностях тонкой регуляции их фотосинтетической деятельности и продукционного процесса в целом. Физиологическое обоснование таких технологических решений нуждается в накоплении эмпирических данных, разработке моделей и алгоритмов управления продукционным процессом растений в условиях «комбинаторной светокультуры» Для получения новых сведений о механизмах регуляции фотосинтеза в растениях в зависимости от задаваемого прихода интегральной суточной радиации, фотопериода и спектрального состава света и о взаимодействии процессов первичной ассимиляции СО2 и фотодыхания будут использованы современные методы, включая изучение и анализ изменений изотопного состава углерода флоэмного сока и биомассы и ее различных фракций в ходе суточного цикла выращивания, а также исследование сопряжения процессов фотосинтеза и транспорта ассимилятов в режиме реального времени. Для мониторинга адаптационных механизмов, лежащих в основе приспособления растений к разному спектральному составу света, будут проведены исследования по выяснению роли ключевых рецепторов фотоморфогенеза - фитохромов и криптохромов - в регуляции фотосинтеза, морфогенеза и метаболизма. Основной объем исследований будет выполнен на уникальной установке для выращивания растений в условиях светокультуры с многофункциональной системой регулирования светового режима на основе СД-облучателей, использующей поканальное регулирование плотности потока фотонов, что позволяет задавать различные варианты соотношений отдельных спектральных диапазонов в общем уровне облученности.