zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1407Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕSPECTROSCOPY IN BIOLOGY AND MEDICINEВлияние спектрального состава светодиодных источников искусственного освещения на функциональную активность фотосинтетического аппарата листьев базиликаEffect of the Spectral Composition of LED Artificial Lighting Sources on the Functional Activity of the Photosynthetic Apparatus of Basil LeavesКабачевскаяЕ. М.KabacheuskayaE. M.

Минск

Minsk

kabachevskaya@lab.ibp.org.byСуховееваС. В.SukhoveevaS. V.

Минск

Minsk

ТрофимовЮ. В.TrofimovYu. V.

Минск

Minsk

БаркунМ. И.BarkunM. I.

Минск

Minsk

Институт биофизики и клеточной инженерии НАН БеларусиInstitute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of BelarusЦентр светодиодных и оптоэлектронных технологий НАН БеларусиCenter of LED and Optoelectronic Technologies of the National Academy of Sciences of Belarus202324112023906910916Copyright © Кабачевская Е.М., Суховеева С.В., Трофимов Ю.В., Баркун М.И., 20232023Кабачевская Е.М., Суховеева С.В., Трофимов Ю.В., Баркун М.И.Kabacheuskaya E.M., Sukhoveeva S.V., Trofimov Y.V., Barkun M.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1407

Изучено влияние шести экспериментальных источников света (светильников) на основе светодиодов с различными спектрами излучения, моделирующими оптическое излучение, близкое к солнечному, на фотохимическую активность фотосистем (ФС) листьев базилика фиолетового, а также на редокс-состояние реакционного центра P700. Cпектры различаются по распределению фотонного потока по основным диапазонам излучения, коррелированной цветовой температуре (КЦТ) и общему индексу цветопередачи (Ra). В результате сравнительного анализа параметров РАМ-флуориметрии определены спектральные диапазоны, обеспечивающие более эффективное протекание фотосинтетических процессов в клетках листьев базилика на стадиях технической спелости и цветения. В частности, растения базилика, выращенные с использованием спектра с КЦТ = 5260 К и Ra = 98, имеют достаточно низкий уровень F0, один из самых высоких показателей соотношения Fv/Fm, свойственный растениям в нестрессовых условиях, одни из самых высоких показателей квантового выхода обеих ФС Y(I) и Y(II), а также высокие скорости потока электронов. Перспективны по параметрам РАМ-флуориметрии спектры с КЦТ = 4550 К и Ra = 91, КЦТ = 2820 К и Ra =81. Наихудшие показатели по изученным параметрам ФСI и ФСII — у спектра с КЦТ = 2990 К и Ra = 97.

The influence of six experimental light sources (lamps) based on LEDs with different emission spectra, simulating optical radiation close to solar radiation, on the photochemical activity of photosystems (PS) of leaves of purple basil, as well as on the redox state of the P700 reaction center, has been studied. The studied spectra differ in the distribution of photon flux over the main emission spectrum ranges, correlated color temperature (CCT) and general color rendering index (Ra). As a result of a comparative analysis of PAM fluorometry parameters, spectral regions have been identified that ensure more efficient photosynthetic processes in the leaf cells of basil plants at the stages of technical ripeness and flowering. In particular, basil plants grown on a spectrum with a CCT of 5260 K and Ra 98 have a fairly low F0 level, one of the highest Fv/Fm ratios, characteristic of plants under non-stressful conditions, one of the highest quantum yields of both PS Y(I) and Y(II), as well as high electron flow rates. The spectra with CCT 4550 K, Ra 91, CCT 2820 K, Ra 81 also look promising in terms of PAM fluorimetry parameters. The spectrum with CCT 2990 K and Ra 97 has the worst performance in terms of the studied PSI and PSII parameters.

светодиодфотосинтезРАМ-флуориметриярастениебазиликзакрытая светокультураLEDphotosynthesisPAM fluorimetryplantbasilindoor light cultureReferencesE. Kaiser, Galvis V. Correa, U. Armbruster. Biochem. J., 476, N 19 (2019) 2725—2741, https://doi.org/10.1042/BCJ20190134E. Kaiser, Galvis V. Correa, U. Armbruster. Biochem. J., 476, N 19 (2019) 2725—2741, https://doi.org/10.1042/BCJ20190134J. A. Cruz, T. J. Avenson. J. Plant. Res., 134, N 4 (2021) 665—682, https://doi.org/10.1007/s10265-021-01321-4J. A. Cruz, T. J. Avenson. J. Plant. Res., 134, N 4 (2021) 665—682, https://doi.org/10.1007/s10265-021-01321-4O. I. L. Mawphlang, E. V. Kharshiing. Front. Plant. Sci., 8, 1181 (2017), https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01181O. I. L. Mawphlang, E. V. Kharshiing. Front. Plant. Sci., 8, 1181 (2017), https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01181И. Д. Волотовский, С. В. Суховеева, Е. М. Кабачевская. Весцi НАН Беларусі. Сер. біял. навук, 68, N 1 (2023) 75—88I. D. Volotovski, S. V. Suchoveeva, E. M. Kabachevskaya. Proc. National Academy of Sciences of Belarus. Biological ser., 68, N 1 (2023) 75—88., https://doi.org/10.29235/1029-8940-2023-68-1-75-88S. K. Verma, S. Gantait, B. R. Jeong, S. J. Hwang. Sci. Rep., 8, 18009 (2018), https://doi.org/10.1038/s41598-018-36113-9S. K. Verma, S. Gantait, B. R. Jeong, S. J. Hwang. Sci. Rep., 8, 18009 (2018), https://doi.org/10.1038/s41598-018-36113-9Y. A. Berkovich, I. O. Konovalova, A. N. Erokhin, S. O. Smolyanina, V. G. Smolyanin, O. S. Yakovleva, I. G. Tarakanov, T. M. Ivanov. Life Sci. Space Res. (Amst.), 20 (2019) 93—100, https://doi.org/10.1016/j.lssr.2018.09.004Y. A. Berkovich, I. O. Konovalova, A. N. Erokhin, S. O. Smolyanina, V. G. Smolyanin, O. S. Yakovleva, I. G. Tarakanov, T. M. Ivanov. Life Sci. Space Res. (Amst.), 20 (2019) 93—100, https://doi.org/10.1016/j.lssr.2018.09.004M. de Wit, V. C. Galvão, C. Fankhauser. Ann. Rev. Plant Biol., 67 (2016) 513—537, https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-043015-112252M. de Wit, V. C. Galvão, C. Fankhauser. Ann. Rev. Plant Biol., 67 (2016) 513—537, https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-043015-112252E. Heyneke, A. R. Fernie. Biochem. Soc. Trans., 46, N 2 (2018) 321—328, https://doi.org/10.1042/BST20170296E. Heyneke, A. R. Fernie. Biochem. Soc. Trans., 46, N 2 (2018) 321—328, https://doi.org/10.1042/BST20170296C. Kami, S. Lorrain, P. Hornitschek, C. Fankhauser. Curr. Top Dev. Biol., 91 (2010) 29—66, https://doi.org/10.1016/S0070-2153(10)91002-8C. Kami, S. Lorrain, P. Hornitschek, C. Fankhauser. Curr. Top Dev. Biol., 91 (2010) 29—66, https://doi.org/10.1016/S0070-2153(10)91002-8I. G. Tarakanov, D. A. Tovstyko, M. P. Lomakin, A. S. Shmakov, N. N. Sleptsov, A. N. Shmarev, V. A. Litvinskiy, A. A. Ivlev. Plants, 11, N 3 (2022) 441, https://doi.org/10.3390/plants11030441I. G. Tarakanov, D. A. Tovstyko, M. P. Lomakin, A. S. Shmakov, N. N. Sleptsov, A. N. Shmarev, V. A. Litvinskiy, A. A. Ivlev. Plants, 11, N 3 (2022) 441, https://doi.org/10.3390/plants11030441S. Muneer, E. J. Kim, J. S. Park, J. H. Lee. Int. J. Mol. Sci., 15, N 3 (2014) 4657—4670, https://doi.org/10.3390/ijms15034657S. Muneer, E. J. Kim, J. S. Park, J. H. Lee. Int. J. Mol. Sci., 15, N 3 (2014) 4657—4670, https://doi.org/10.3390/ijms15034657G. V. Kochetova, O. V. Avercheva, E. M. Bassarskaya, T. V. Zhigalova. Biophys. Rev., 14, N 4 (2022) 779—803, https://doi.org/10.1007/s12551-022-00985-zG. V. Kochetova, O. V. Avercheva, E. M. Bassarskaya, T. V. Zhigalova. Biophys. Rev., 14, N 4 (2022) 779—803, https://doi.org/10.1007/s12551-022-00985-zТ. Г. Курьянчик, Н. В. Козел. Журн. прикл. спектр., 90, № 3 (2023) 509—515 T. G. Kuryanchyk, N. V. Kozel. J. Appl. Spectr., 90, N 3 (2023) 509—515.Т. Г. Курьянчик, Н. В. Козел. Журн. прикл. спектр., 90, № 3 (2023) 509—515 T. G. Kuryanchyk, N. V. Kozel. J. Appl. Spectr., 90, N 3 (2023) 509—515.M. R. Fernandes, G. Siqueira-Silva, A. S. João. Acta Botanica Brasilica, 33 (2019) 558—571, https://doi.org/10.1590/0102-33062019abb0149.M. R. Fernandes, G. Siqueira-Silva, A. S. João. Acta Botanica Brasilica, 33 (2019) 558—571, https://doi.org/10.1590/0102-33062019abb0149.В. Н. Гольцев, Х. М. Каладжи, М. А. Кузманова, С. И. Аллахвердиев. Переменная и замедленная флуоресценция хлорофилла a – теоретические основы и практическое приложение в исследовании растений, Ижевск, Институт компьютерных исследований (2014) 50—84V. N. Goltsev, M. H. Kalaji, M. A. Kouzmanova, S. I. Allakhverdiev. Variable and Delayed Chlorophyll a Fluorescence – Basics and Application in Plant Sciences, Institute of Computer Sciences (2014) 50—84.H. K. Lichtenthaler, C. Buschmann, M. Knapp. Photosynthetica, 43, N 3 (2005) 379—393, https://doi.org/10.1007/s11099-005-0062-6H. K. Lichtenthaler, C. Buschmann, M. Knapp. Photosynthetica, 43, N 3 (2005) 379—393, https://doi.org/10.1007/s11099-005-0062-6C. Guo, L. Liu, H. Sun, N. Wang, K. Zhang, Y. Zhang, J. Zhu, A. Li, Z. Bai, X. Liu, H. Dong, C. Li. Front. Plant Sci., 13 (2022), https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1007150C. Guo, L. Liu, H. Sun, N. Wang, K. Zhang, Y. Zhang, J. Zhu, A. Li, Z. Bai, X. Liu, H. Dong, C. Li. Front. Plant Sci., 13 (2022), https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1007150C. Klughammer, U. Schreiber. PAM Appl. Notes, 1 (2008) 27—35C. Klughammer, U. Schreiber. PAM Appl. Notes, 1 (2008) 27—35S. Tietz, C. C. Hall, J. A. Cruz, D. M. Kramer. Plant, Cell and Environment, 40 (2017) 1243—1255, https://doi.org/10.1111/pce.12924S. Tietz, C. C. Hall, J. A. Cruz, D. M. Kramer. Plant, Cell and Environment, 40 (2017) 1243—1255, https://doi.org/10.1111/pce.12924K. Maxwell, G. N. Johnson. J. Exp. Bot., 51 (2000) 659—668, https://doi.org/10.1093/jexbot/51.345.659K. Maxwell, G. N. Johnson. J. Exp. Bot., 51 (2000) 659—668, https://doi.org/10.1093/jexbot/51.345.659G. Shimakawa, C. Miyake. Plant Physiol., 179, N 4 (2019) 1479—1485, https://doi.org/10.1104/pp.18.01493G. Shimakawa, C. Miyake. Plant Physiol., 179, N 4 (2019) 1479—1485, https://doi.org/10.1104/pp.18.01493H. Sun, Q. Shi, S. B. Zhang, W. Huang. Plants (Basel), 10, N 3 (2021) 606, https://doi.org/10.3390/plants10030606H. Sun, Q. Shi, S. B. Zhang, W. Huang. Plants (Basel), 10, N 3 (2021) 606, https://doi.org/10.3390/plants10030606

The authors declare that there are no conflicts of interest present.