innosferaНаука и инновацииScience and Innovations1818-98572412-9372Издательский дом «Белорусская наука»10.29235/1818-9857-2022-5-67-72innosfera-69Research ArticleДИССЕРТАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯDISSERTATION RESEARCHLED освещение – эффективный инструмент регуляции морфогенеза растенийLED lighting as an effective tool for regulating plant morphogenesisКуделинаТ.KudelinaT.

Татьяна Куделина, научный сотрудник

Tatiana Kudelina

10tan10@mail.ruМолчанО.MolchanO.

Ольга Молчан, заведующая лабораторией водного обмена и фотосинтеза растений, кандидат биологических наук, доцент

Olga Molchan

olga_molchan@mail.ruИнститут экспериментальной ботаники НАН БеларусиBelarus202203062022056772Copyright © Издательский дом «Белорусская наука», 20222022Издательский дом «Белорусская наука»Издательский дом «Белорусская наука»https://innosfera.belnauka.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://innosfera.belnauka.by/jour/article/view/69

Приводятся результаты исследования влияния света с различным спектральным составом на морфогенез растений Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Дикого типа (Col 0), а также мутантов wei8-1tar1-1 и ahk2 c модифицированными процессами сигнальной трансдукции ауксинов и цитокининов. В работе применяли специально разработанную методику, упрощающую оценку влияния света на рост и развитие растений A. thaliana, особенно конфигурацию их корневой системы в течение всего вегетационного периода.

The results of studying the effect of light with different spectral composition on the morphogenesis of wild-type of Arabidopsis thaliana (Col 0), as well as wei8-1tar1-1 and ahk2 mutants with modified signal transduction processes of auxins and cytokinins. We used a specially developed technique that simplifies the assessment of the effect of light on the growth and development of A. thaliana plants, especially the configuration of their root system during the entire growing season. Luminescent (LL) and light-emitting diode (LED) light sources were used, which made it possible to vary the physiologically significant blue (B), green (G), red (R), and far red (FR) spectral ranges. The R/B ratio was equal to 1 and 4 for LED 1 and LED 2 lighting options, respectively, at the same total flux density of B and R light photons. The ratios of R/FR and B/G in the spectra of LED illumination varied in the ranges closest to those observed in natural conditions. The most effective for the formation of the root system, rosette of leaves and inflorescences of A. thaliana (Col 0) was LED illumination with R/B = 4, B/G = 1 and R/FR = 6. The obtained data indicate an important role of AHK2 histidine kinase receptors in stimulation of the formation of vegetative organs of A. thaliana in response to an increase in the level of R and a decrease in B light (an increase in the R/B ratio) in complex spectral compositions. At the same time, LED lighting with a higher level of B and a low level of R light (R/B = 1, B/G = 2 and R/FR = 3) rather effectively stimulated the accumulation of the dry mass of the root system and the formation of inflorescences compared to fluorescent lighting. Stimulation of root growth by light of this spectral composition is probably mediated by a significant increase in the level of endogenous auxins. The decrease in the R/FR ratio in the spectrum of LED sources compared to the fluorescent lamp contributed to the stimulation of flowering of A. thaliana, regardless of the nature of the mutation and despite other differences in the spectral composition.

A. thalianaLED-освещениеспектральный составфотоморфозыауксинцитокининA. thalianaLED lightingspectral compositionphotomorphosesauxincytokininРабота выполнена при финансовой поддержке грантов Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований Б19РМ‑065, Б21М‑097 и Российского фонда фундаментальных исследований Бел_мол_а 19–54–04015ReferencesLEDs Make It Resilient: Effects on Plant Growth and Defense Review / M. Lazzarin [et al.] // Trends in Plant Science. 2020. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2020.11.013.LEDs Make It Resilient: Effects on Plant Growth and Defense Review / M. Lazzarin [et al.] // Trends in Plant Science. 2020. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2020.11.013.Закурин А. О. Светокультура растениеводства защищенного грунта: фотосинтез, фотоморфогенез и перспективы применения светодиодов / А. О. Закурин, А. В. Щенникова, А. М. Камионская // Физиология растений. 2020. Т. 67. №3. С. 246–258.Закурин А. О. Светокультура растениеводства защищенного грунта: фотосинтез, фотоморфогенез и перспективы применения светодиодов / А. О. Закурин, А. В. Щенникова, А. М. Камионская // Физиология растений. 2020. Т. 67. №3. С. 246–258.Blue light requirements for crop plants used in bioregenerative life support systems / N. C. Yorio [et al.] // Life Support & Biosph. Sci. 1998. V. 5. P. 119–128.Blue light requirements for crop plants used in bioregenerative life support systems / N. C. Yorio [et al.] // Life Support & Biosph. Sci. 1998. V. 5. P. 119–128.Blue light added with red LEDs enhance growth characteristics, pigments content, and antioxidant capacity in lettuce, spinach, kale, basil, and sweet pepper in a controlled environment / M. T. Naznin [et al.] // Plants (Basel). 2019. V. 8. №4 // https://doi.org/10.3390/plants8040093.Blue light added with red LEDs enhance growth characteristics, pigments content, and antioxidant capacity in lettuce, spinach, kale, basil, and sweet pepper in a controlled environment / M. T. Naznin [et al.] // Plants (Basel). 2019. V. 8. №4 // https://doi.org/10.3390/plants8040093.Crop photosynthetic response to light quality and light intensity / I. Shafiq [et al.] // Journal of Integrative Agriculture. 2021. Vol. 20(1). P. 4–23 // https://doi.org/10.1016/S2095–3119(20)63227–0.Crop photosynthetic response to light quality and light intensity / I. Shafiq [et al.] // Journal of Integrative Agriculture. 2021. Vol. 20(1). P. 4–23 // https://doi.org/10.1016/S2095–3119(20)63227–0.Green light drives leaf photosynthesis more efficiently than red light in strong white light: revisiting the enigmatic question of why leaves are green / I. Terashima [et al.] // Plant Cell Physiol. 2009. Vol. 50. P. 684–697.Green light drives leaf photosynthesis more efficiently than red light in strong white light: revisiting the enigmatic question of why leaves are green / I. Terashima [et al.] // Plant Cell Physiol. 2009. Vol. 50. P. 684–697.Войцеховская О. В. Фитохромы и другие (фото)рецепторы информации у растений / О. В. Войцеховская // Физиология растений. 2019. Т. 66. №3. С. 163–177.Войцеховская О. В. Фитохромы и другие (фото)рецепторы информации у растений / О. В. Войцеховская // Физиология растений. 2019. Т. 66. №3. С. 163–177.Integration of light and auxin signaling / K. J. Halliday [et al.] // Cold Spring Harb Perspect Biol. 2009. doi:10.1101/cshperspect.a001586.Integration of light and auxin signaling / K. J. Halliday [et al.] // Cold Spring Harb Perspect Biol. 2009. doi:10.1101/cshperspect.a001586.Kieber J. J. Cytokinin signaling in plant development / J. J. Kieber, G. E. Schaller // Development. 2018. No. 145(4): dev149344 doi:10.1242/dev.149344.Kieber J. J. Cytokinin signaling in plant development / J. J. Kieber, G. E. Schaller // Development. 2018. No. 145(4): dev149344 doi:10.1242/dev.149344.Research Progress on the Roles of Cytokinin in Plant Response to Stress / Y. Liu [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. 2020. 21(18):6574. doi:10.3390/ijms21186574.Research Progress on the Roles of Cytokinin in Plant Response to Stress / Y. Liu [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. 2020. 21(18):6574. doi:10.3390/ijms21186574.TAA1-Mediated Auxin Biosynthesis Is Essential for Hormone Crosstalk and Plant Development / A. N. Stepanova [et al.] // Cell. Vol. 133. Iss. 1. 2008. №4. P. 177–191. https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.01.047.TAA1-Mediated Auxin Biosynthesis Is Essential for Hormone Crosstalk and Plant Development / A. N. Stepanova [et al.] // Cell. Vol. 133. Iss. 1. 2008. №4. P. 177–191. https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.01.047.The Arabidopsis Information Resource // https://www.arabidopsis.org/servlets/TairObject?accession=locus:2177261.The Arabidopsis Information Resource // https://www.arabidopsis.org/servlets/TairObject?accession=locus:2177261.Применение гидратцеллюлозной пленки для исследования роста и развития корневой системы модельного растения Arabidopsis thaliana L / А. С. Кривобок [и др.] // Биотехнология. 2020. №1 С. 36–43.Применение гидратцеллюлозной пленки для исследования роста и развития корневой системы модельного растения Arabidopsis thaliana L / А. С. Кривобок [и др.] // Биотехнология. 2020. №1 С. 36–43.Зависимость процессов роста и деления клеток в корне от его диаметра / Е. И. Быстрова [и др.] // Онтогенез. 2018. Т. 49. №2. С. 91–100.Зависимость процессов роста и деления клеток в корне от его диаметра / Е. И. Быстрова [и др.] // Онтогенез. 2018. Т. 49. №2. С. 91–100.Особенности фотоморфогенеза Arabidopsis thaliana при использовании LED-освещения различного спектрального состава / Т. Н. Куделина [и др.] // Вес. Нац. aкад. навук Беларусі. Сер. біял. навук. 2021. Т. 66. №1. С. 42–52. https://doi.org/10.29235/1029–8940–2021–66–1–42–52.Особенности фотоморфогенеза Arabidopsis thaliana при использовании LED-освещения различного спектрального состава / Т. Н. Куделина [и др.] // Вес. Нац. aкад. навук Беларусі. Сер. біял. навук. 2021. Т. 66. №1. С. 42–52. https://doi.org/10.29235/1029–8940–2021–66–1–42–52.Liu X. Interplay between Light and Plant Hormones in the Control of Arabidopsis Seedling Chlorophyll Biosynthesis / X. Liu, Y. Li, S. Zhong // Front. Plant Sci. 2017. No.8. P. 1433. doi:10.3389/fpls.2017.01433.Liu X. Interplay between Light and Plant Hormones in the Control of Arabidopsis Seedling Chlorophyll Biosynthesis / X. Liu, Y. Li, S. Zhong // Front. Plant Sci. 2017. No.8. P. 1433. doi:10.3389/fpls.2017.01433.Regulation of photoperiodic flowering by Arabidopsis photoreceptors / T. Mockler [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003. Vol. 100. Nо4. P. 2140–2145. https://doi.org/10.1073/pnas.0437826100.Regulation of photoperiodic flowering by Arabidopsis photoreceptors / T. Mockler [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003. Vol. 100. Nо4. P. 2140–2145. https://doi.org/10.1073/pnas.0437826100.

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