Круглосуточное освещение повышает урожайность и пищевую ценность, и снижает содержание нитратов в микрозелени семейства Brassicaceae

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Микрозелень четырех видов семейства Brassicaceae (брокколи, мизуна, редис и рукола) выращивали в условиях 16- и/или 24-часового фотопериода. В первой серии опытов интеграл дневного освещения был разным (15.6 и 23.3 моль/(м2 сут) при ФАР 270 мкмоль/(м2 с)), во второй – одинаковым (15.6 моль/(м2 сут) при ФАР 270 мкмоль/(м2 с) и 180 мкмоль/(м2 с)). В третьей серии опытов круглосуточное освещение применяли только в последние трое суток перед сбором урожая. Полученные результаты показали, что растения брокколи, мизуны, редиса и руколы на ранних фазах роста устойчивы к действию круглосуточного освещения и не проявляют типичных признаков фотоповреждения листьев. Микрозелень всех четырех видов, выращенная в условиях круглосуточного освещения, во всех трех сериях опытов имела более высокую урожайность и пищевую ценность (более высокое содержание веществ с антиоксидантными свойствами − антоцианов, флавоноидов, каротиноидов, пролина, а также повышенную активность ферментов антиоксидантной системы), и более низкое содержание нитратов по сравнению с растениями, выращенными при 16-часовом фотопериоде. Сделан вывод, что за счет использования круглосуточного освещения без увеличения энергетических затрат (при сохранении ИДО) возможно увеличение урожайности и пищевой ценности изученных видов микрозелени и снижение в ней содержания нитратов по сравнению со стандартным 16-часовым фотопериодом. Кроме того, повышение пищевой ценности и снижение содержания нитратов также возможно и при применении круглосуточного освещения (как агротехнического приема) в течение нескольких дней непосредственно перед сбором урожая.

Об авторах

Т. Г. Шибаева

Институт биологии Карельского научного центра Российской академии наук,
Федеральный исследовательский центр “Карельский научный центр РАН”

Email: shibaeva@krc.karelia.ru
Россия, Петрозаводск

А. А. Рубаева

Институт биологии Карельского научного центра Российской академии наук,
Федеральный исследовательский центр “Карельский научный центр РАН”

Email: shibaeva@krc.karelia.ru
Россия, Петрозаводск

Е. Г. Шерудило

Институт биологии Карельского научного центра Российской академии наук,
Федеральный исследовательский центр “Карельский научный центр РАН”

Email: shibaeva@krc.karelia.ru
Россия, Петрозаводск

А. Ф. Титов

Институт биологии Карельского научного центра Российской академии наук,
Федеральный исследовательский центр “Карельский научный центр РАН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: shibaeva@krc.karelia.ru
Россия, Петрозаводск

Список литературы

  1. Treadwell D.D., Hochmuth R., Landrum L., Laughlin W. Microgreens: A new specialty crop // Univ. Florida IFAS Ext. Bul. 2020. HS1164 https://doi.org/journals.flvc.org/edis/article/view/118552
  2. Xiao Z., Codling E.E., Luo Y., Nou X., Lester G.E., Wang Q. Microgreens of Brassicaceae: Mineral composition and content of 30 varieties // J. Food Compos. Anal. 2016. V. 49. P. 87. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2016.04.006
  3. Zhou W., Wenke L., Qichang Y. Reducing nitrate content in lettuce by pre-harvest continuous light delivered by red and blue light-emitting diodes // J. Plant Nutr. 2013. V. 36. P. 481. https://doi.org/10.1080/01904167.2012.748069
  4. Proietti S., Moscatello S., Riccio F., Downey P., Battistelli A. Continuous lighting promotes plant growth, light conversion efficiency, and nutritional quality of Eruca vesicaria (L.) Cav. in controlled environment with minor effects due to light quality // Front. Plant Sci. 2021. V. 12. 730119. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.730119
  5. Jones-Baumgardt C., Llewellyn D., Ying Q., Zheng Y. Intensity of sole-source light-emitting diodes affects growth, yield, and quality of Brassicaceae microgreens // HortSci. 2019. V. 54. P. 1168. https://doi.org/10.21273/HORTSCI13788-18
  6. Trejo-Tellez L.I., Estrada-Ortiz E., Gomez-Merino F.C., Becker C., Krumbein A., Schwarz D. Flavonoid, nitrate and glucosinolate concentrations in Brassica species are differentially affected by photosynthetically active radiation, phosphate and phosphate // Front Plant Sci. 2019. V. 10. P. 371. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00371
  7. Artés-Hernández F., Castillejo N., Martínez-Zamora L. UV and visible spectrum LED lighting as abiotic elicitors of bioactive compounds in sprouts, microgreens, and baby leaves. A comprehensive review including their mode of action // Foods. 2022. V. 11. P. 265. https://doi.org/10.3390/ foods11030265
  8. Viršilë A., Brazaitytë A., Vaštakaitë-Kairienë V., Miliauskienë J., Jankauskienë J., Novièkovas A., Laužikė K., Samuolienė G. The distinct impact of multi-color LED light on nitrate, amino acid, soluble sugar and organic acid contents in red and green leaf lettuce cultivated in controlled environment // Food Chem. 2020. V. 310. 125799. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.125799
  9. Yan Z., He D., Niu G., Zhou Q., Qu Y. Growth, nutritional quality, and energy use efficiency of hydroponic lettuce as influenced by daily light integrals exposed to white versus white plus red light-emitting diodes // HortSci. 2019. V. 54. P. 1737. https://doi.org/10.21273/HORTSCI14236-19
  10. Lanoue J., St Louis S., Little C., Hao X. Continuous lighting can improve yield and reduce energy costs while increasing or maintaining nutritional contents of microgreens // Front. Plant Sci. 2022. V. 13. 983222. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.983222
  11. Velez-Ramirez A.I., Van Ieperen W., Vreugdenhil D., Millenaar F.F. Plants under continuous light // Trends Plant Sci. 2011. V. 16. P. 310. https://doi.org/10.1016/ j.tplants.2011.02.003
  12. Sysoeva M.I., Markovskaya E.F., Shibaeva T.G. Plants under continuous light: a review // Plant Stress. 2010. V. 4. P. 5.
  13. Shibaeva T.G., Sherudilo E.G., Rubaeva A.A., Titov A.F. Continuous LED lighting enhances yield and nutritional value of four genotypes of Brassicaceae microgreens // Plants. 2022. V. 11. P. 1. https://doi.org/10.3390/plants11020176
  14. Lichtenthaler H.K., Wellburn A.R. Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents // Biochem. Soc. Trans. 1983. V. 603. P. 591.
  15. Kolupaev Y.E., Fisova E.N., Yastreb T.O., Ryabchun N.I., Kirichenko V.V. Effect of hydrogen sulfide donor on antioxidant state of wheat plants and their resistance to soil drought // Russ. J. Plant Physiol. 2019. V. 66. P. 59. https://doi.org/10.1134/S1021443719010084
  16. Методические указания по определению нитратов и нитритов в продукции растениеводства 5048-89. М., 1989.
  17. Poorter H., Niinemets U., Ntagkas N., Siebenk A., Maenpaa M., Matsubara S., Pons T.L. A meta-analysis of plant responses to light intensity for 70 traits ranging from molecules to whole plant performance // New Phytol. 2019. V. 223. P. 1073. https://doi.org/10.1111/nph.15754
  18. Koontz H.V., Prince R.P. Effect of 16 and 24 hours daily radiation (light) on lettuce growth // HortSci. 1986. V. 21. P. 123. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.21.1.123
  19. Weaver G., van Iersel M.W. Photochemical characterization of greenhouse-grown lettuce (Lactuca sativa L. ‘Green Towers’) with applications for supplemental lighting control // HortSci. 2019. V. 54. P. 317. https://doi.org/10.21273/HORTSCI13553-18
  20. Weaver G., van Iersel M.W. Longer photoperiods with adaptive lighting control can improve growth of greenhouse-grown ‘Little gem’ lettuce (Lactuca sativa) // HortSci. 2020. V. 55. P. 573. https://doi.org/10.21273/HORTSCI14721-19
  21. Aikman D.P. Potential increase in photosynthetic efficiency from the redistribution of solar radiation in a crop // J. Exp. Bot. 1989. V. 40. P. 855. https://doi.org/10.1093/jxb/40.8.855
  22. Palmer S., van Iersel M.W. Increasing growth of lettuce and mizuna under sole-source LED lighting using longer photoperiods with the same daily light integral // Agronomy. 2020. V. 10. P. 1. https://doi.org/10.3390/agronomy10111659
  23. Shibaeva T.G., Mamaev A.V., Sherudilo E.G., Titov A.F. The role of photosynthetic daily light integral in plant response to extended photoperiods // Russ. J. Plant Physiol. 2022. V. 69, 7. https://doi.org/10.1134/s1021443722010216
  24. Pennisi G., Orsini F., Landolfo M., Pistillo A., Crepaldi A., Nicola S., Fernández J.A., Marcelis L.F.M., Gianquinto G. Optimal photoperiod for indoor cultivation of leafy vegetables and herbs // Eut. J. Hortic. Sci. 2020. V. 85. P. 329. https://doi.org/10.17660/eJHS.2020/85.5.4
  25. Llorente B., Martínez-García J., Stange C., Rodríguez-Concepción M. Illuminating colors: regulation of carotenoid biosynthesis and accumulation by light // Curr. Opin. Plant Biol. 2017. V. 37. P. 49. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2017.03.011
  26. Proietti S., Moscatello S., Leccese A., Colla G., Battistelli A. The effect of growing spinach (Spinacia oleracea L.) at low light intensities on the amounts of oxalate, ascorbate and nitrate in their leaves // J. Hort. Sci. Biotechnol. 2004. V. 79. P. 606. https://doi.org/10.1080/14620316.2004.11511814
  27. Bian Z.-H., Cheng R.-F., Yang Q.-C., Wang J., Lu C. Continuous light from red, blue, and green light-emitting diodes reduces nitrate content and enhances phytochemical concentrations and antioxidant capacity in lettuce // J. Amer. Soc. Hort. Sci. 2016. V. 141. P. 186. https://doi.org/10.21273/JASHS.141.2.186
  28. Haque M.S., de Sousa A., Soares C., Kjaer K.H., Fidalgo F., Rosenqvist E., Ottosen C.-O. Temperature variation under continuous light restores tomato leaf photosynthesis and maintains the diurnal pattern in stomatal conductance // Front. Plant Sci. 2017. V. 8. P. 1602. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01602
  29. Kumar D., Singh H., Bhatt U., Soni V. Effect of continuous light on antioxidant activity, lipid peroxidation, proline and chlorophyll content in Vigna radiata l // Funct. Plant Biol. 2022. V. 49. P. 145. https://doi.org/10.1071/FP21226
  30. Fan X.-X., XueF., Song B., Chen L.-Z., Xu G., Xu H. Effects of blue and red light on growth and metabolism in pakchoi // Open Chem. 2019. V. 17. P. 456. https://doi.org/10.1515/chem-2019-0038
  31. Paradiso R., Proietti S. Light-quality manipulation to control plant growth and photomorphogenesis in greenhouse horticulture: the state of the art and the opportunities of modern led systems // J. Plant Growth Regul. 2021. V. 21. P. 1. https://doi.org/10.1007/s00344-021-10337-y
  32. Alrifai O., Hao X., Liu R., Lu Z., Marcone M.F., Tsao R. Amber, red and blue LEDs modulate phenolic contents and antioxidant activities in eight cruciferous microgreens // J. Food Bioact. 2020. V. 11. P. 95. https://doi.org/10.31665/ jfb.2020.11241
  33. Bian Z.H., Yang Q.C., Liu W.K. Effects of light quality on the accumulation of phytochemicals in vegetables produced in controlled environments: a review // J. Sci. Food Agric. 2015. V. 95. P. 869. https://doi.org/10.1002/jsfa.6789
  34. Signore A., Bell L., Santamaria P., Wagstaff C., Van Labeke M.-C. Red light is effective in reducing nitrate concentration in rocket by increasing nitrate reductase activity, and contributes to increased total glucosinolates content // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 604. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00604
  35. Champigny M.L. Integration of photosynthetic carbon and nitrogen metabolism in higher plants // Photosynth. Res. 1995. V. 46. P. 117. https://doi.org/10.1007/BF00020422
  36. Veen B.W., Kleinendorst A. Nitrate accumulation and osmotic regulation in Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) // J. Expt. Bot. 1985. V. 36. P. 211.
  37. Huner N.P.A., Öquist G., Sarhan F. Energy balance and acclimation to light and cold // Trends Plant Sci. 1998. V. 3. P. 224. https://doi.org/10.1016/S1360-1385(98)01248-5
  38. Lillo C. Light regulation of nitrate uptake, assimilation and metabolism // Nitrogen Acquisition and Assimilation in Higher Plants. Plant Ecophysiology. V. 3. / Eds Amâncio S., Stulen I. Dordrecht: Springer. 2004. P. 149. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-2728-4_6
  39. Nawaz M.Q. Effect of different sowing methods and nitrogen levels on fodder yield of oat in salt affected soil // Pakistan J. Agricul. Research. 2017. V. 30. P. 323. https://doi.org/10.17582/journal.pjar/2017/30.4.323.328
  40. Liandong Q., Shiqi L., Li X., Wenyan Y., Qingling L., Shuqin H. Effects of light qualities on accumulation of oxalate, tannin and nitrate in spinach // Transactions of the CSAE. 2007. V. 23. P. 201. https://doi.org/10.3969/J.ISSN.1002-6819.2007.4.040

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (438KB)
Метаданные
3.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Т.Г. Шибаева, А.А. Рубаева, Е.Г. Шерудило, А.Ф. Титов, 2023