Учёные раскрыли фотосинтетический потенциал обратной стороны листа: чистая фотосинтетическая активность увеличилась на 32%, урожайность возросла в 2,8 раза, при этом потребление электроэнергии сократилось на 30%.

Команда по интеллектуальному садоводческому оборудованию Института городского сельского хозяйства Китайской академии сельскохозяйственных наук опубликовала в журнале Environmental and Experimental Botany научную статью под названием «Освещение обратной стороны листа: стратегия повышения фотосинтеза и урожайности клубники (Fragaria × ananassa)». В этом исследовании раскрыта фотосинтетическая потенциальная способность обратной стороны листа, предложена новая высокоэффективная LED‑стратегия освещения для повышения эффективности использования световой энергии и производственной результативности культур в условиях защищённого грунта, что обеспечивает новые теоретические основы и технологические пути для точного управления световой средой в системах досветки и LED‑фитофабриках.

Исследовательский контекст

В сфере защищённого грунта искусственные фитофабрики в основном используют LED‑источники света для выращивания растений. При этом распространённые стратегии досветки ориентированы лишь на лицевую сторону листьев, игнорируя фотосинтетический потенциал обратной стороны, который долгое время остаётся неиспользованным. Под воздействием сочетания высокой плотности посадки и затенения кроной нижние листья и их обратная сторона обычно находятся в условиях слабого освещения; эта проблема существенно ограничивает эффективность использования световой энергии в растительных популяциях и является ключевым барьером, препятствующим дальнейшему увеличению урожайности.

Таким образом, раскрытие фотосинтетического потенциала обратной стороны листьев и одновременная оптимизация инновационных LED‑стратегий освещения стали центральными направлениями исследований, направленных на повышение эффективности использования световой энергии в защищённом грунте и усиление общей производственной результативности.

Для решения этой задачи команда исследователей, исходя из потребностей энергосберегающего и высокоэффективного LED‑освещения в условиях защищённого грунта, провела систематическое сравнение влияния освещения лицевой и обратной сторон листьев при различных уровнях силы света на фотосинтетическую физиологию листьев, развитие устьиц и урожайность растений, уделив особое внимание оценке фотосинтетического потенциала губчатой ткани обратной стороны листа и её вкладу в общую фотосинтетическую продуктивность популяции.

Рис. Влияние различных направлений и уровней освещения на фотосинтетические характеристики листьев и урожайность растений

Содержание исследования

В качестве объекта эксперимента команда выбрала типичную ягодную культуру — клубнику — и провела испытания досветки разной интенсивности на лицевой и обратной сторонах листьев в условиях субоптимального освещения. Используя комплексные методы анализа — измерение газообмена, хлорофилловую флуоресценцию, оценку проводимости мезофилла и другие подходы — исследователи всесторонне изучили регулирующее воздействие досветки обратной стороны листа на фотосинтетическую способность клубники.

Наблюдая за структурой устьиц, содержанием фотосинтетических пигментов и распределением биомассы, учёные выявили внутренние физиологические механизмы, через которые различные режимы досветки влияют на рост и развитие клубники; одновременно, совместно с комплексной оценкой урожайности и качества плодов, была определена оптимальная интенсивность досветки обратной стороны листа, позволяющая эффективно повысить урожайность и качество клубники.

Кроме того, в рамках исследования с помощью корреляционного анализа Пирсона была построена модель взаимосвязи между урожайностью клубники и её фотосинтетическими и фенотипическими показателями, что позволило количественно прояснить механизм вклада повышения фотосинтетической эффективности благодаря досветке обратной стороны листа в накопление урожая.

Выводы и значение исследования

Исследование подтвердило, что применение LED‑досветки средней интенсивности к обратной стороне листьев растений позволяет значительно повысить фотохимическую эффективность, улучшить функцию газообмена и оптимизировать структуру устьиц, тем самым усиливая процесс ассимиляции углерода и способствуя накоплению биомассы. По данным эксперимента, по сравнению с контрольной группой без досветки чистая скорость фотосинтеза листьев увеличилась на 32%, а урожайность клубники возросла примерно в 2,8 раза; при этом содержание растворимых сахаров и растворимых белков в плодах заметно возросло, а срок созревания плодов сократился на 5–7 дней.

В сравнении с аналогичным эффектом, достигаемым при интенсивной досветке лицевой стороны листьев, которая требует гораздо большего энергопотребления, досветка обратной стороны листа нуждается в значительно меньшей интенсивности света, что позволяет снизить расход фотонного потока на 30%, повысить коэффициент использования световой энергии и обеспечить выраженный эффект энергосбережения.

Это исследование, основанное на двусторонних фотосинтетических особенностях листьев, внесло инновацию в подходы к LED‑досветке в условиях защищённого грунта, разрушив традиционный принцип освещения только лицевой стороны листьев. Оно не только открывает новые перспективы для досветки в защищённом грунте и применения LED‑освещения в фитофабриках, но и имеет важное практическое значение для повышения эффективности использования световой энергии в системах искусственного освещения, снижения производственных энергозатрат и увеличения урожайности с единицы площади.

Работа была поддержана проектами Инновационной программы научно‑технических достижений Китайской академии сельскохозяйственных наук и Фонда естественных наук провинции Сычуань.

Оригинальная ссылка:

https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2026.106345

Источник: Институт городского сельского хозяйства Китайской академии сельскохозяйственных наук, Инновационная команда по интеллектуальному садоводческому оборудованию