Τα φυτά που αναπτύσσονται στη σκιά άλλων φυτών αξιοποιούν το φως με πιο αποτελεσματικό τρόπο από ό,τι πιστεύαμε μέχρι σήμερα. Μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης και το Πανεπιστήμιο & Έρευνας του Wageningen (WUR) δημοσίευσε πρόσφατα τα ευρήματα της στο περιοδικό Plant Cell & Environment, αποκαλύπτοντας νέες πληροφορίες για τη φωτοσύνθεση σε σκιερές συνθήκες. Τα αποτελέσματα αυτά αναμένεται να ωφελήσουν τόσο την επιστημονική έρευνα, όσο και την κηπουρική θερμοκηπίου.
Η σημασία της κατανόησης της φωτοσύνθεσης στη σκιά
«Η καλύτερη κατανόηση της επίδρασης των διαφορετικών χρωμάτων του φωτός στη φωτοσύνθεση και την ανάπτυξη των φυτών μπορεί να βοηθήσει τους καλλιεργητές να αναπτύξουν έξυπνες μεθόδους συμπλήρωσης του φυσικού ηλιακού φωτός με έγχρωμο φως, ειδικά για τα φυτά που σκιάζονται από άλλα», εξηγεί ο Hugo de Boer, περιβαλλοντολόγος του Πανεπιστημίου της Ουτρέχτης και επικεφαλής της μελέτης.
Τα φυτά απορροφούν μόνο ένα μέρος του ηλιακού φωτός για τη φωτοσύνθεση, τη διαδικασία μετατροπής του ηλιακού φωτός και του διοξειδίου του άνθρακα (CO<sub>2</sub>) σε γλυκόζη. Ένα μέρος του φωτός διαπερνά τα φύλλα, κυρίως με τη μορφή πράσινου φωτός. Αυτό είναι εύκολα αντιληπτό σε ένα δάσος, όπου τα φύλλα λειτουργούν σαν πράσινα φίλτρα. Παρόμοιο φαινόμενο συμβαίνει και με το φως πέρα από το ορατό κόκκινο φάσμα, στις συχνότητες 700-750 nm, το λεγόμενο «μακρινό κόκκινο».
Η χρήση του μακρινού κόκκινου φωτός
«Τα φυτά που αναπτύσσονται στη σκιά λαμβάνουν μεγαλύτερη αναλογία πράσινου και μακρινού κόκκινου φωτός σε σύγκριση με αυτά που εκτίθενται σε άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Η έρευνα μας δείχνει ότι τα φυτά έχουν αναπτύξει έναν ιδιαίτερο μηχανισμό για να χρησιμοποιούν το μακρινό κόκκινο φως στη φωτοσύνθεση», τονίζει ο de Boer.
Νέα μέθοδος μέτρησης της φωτοσύνθεσης στη σκιά
Μέχρι σήμερα, οι ερευνητές σπάνια εξέταζαν τη δυνατότητα αξιοποίησης του μακρινού κόκκινου φωτός στη φωτοσύνθεση. Προηγούμενα πειράματα με μονόχρωμο φως έδειξαν ότι τα φυτά χρησιμοποιούν κυρίως το ορατό φάσμα (400-700 nm) για τη φωτοσύνθεση, θεωρώντας ότι τα μικρότερα ή μεγαλύτερα μήκη κύματος συμβάλλουν ελάχιστα.
«Ωστόσο, όταν το μακρινό κόκκινο φως συνδυάζεται με μια μικρή ποσότητα ορατού φωτός, συμβάλλει σημαντικά στη φωτοσύνθεση. Αναπτύξαμε λοιπόν μια νέα μέθοδο για τη μέτρηση και τη μοντελοποίηση της συνεισφοράς του μακρινού κόκκινου φωτός στη φωτοσύνθεση», εξηγεί ο Tinko Jans, υποψήφιος διδάκτορας στο WUR.
Αυτή η νέα μέθοδος αναμένεται να ανοίξει νέους δρόμους στην έρευνα για τη φωτοσύνθεση και να προσφέρει πρακτικές λύσεις για τη βελτίωση της ανάπτυξης των φυτών σε σκιερές συνθήκες, όπως στα θερμοκήπια. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα φυτά αξιοποιούν το φως στη σκιά μπορεί να οδηγήσει σε πιο αποδοτικές καλλιέργειες και στη βελτιστοποίηση της χρήσης του φωτός.
Η απόκριση αποφυγής σκιάς στα φυτά και η αξιοποίηση του Μακρινού Κόκκινου Φωτός
Οι επιστήμονες και οι κηπουροί γνωρίζουν εδώ και καιρό ότι τα φυτά χρησιμοποιούν το μακρινό κόκκινο τμήμα του φάσματος για να αντιληφθούν την παρουσία γειτονικών φυτών μέσω των σκιών τους. Αυτή η ικανότητα, γνωστή ως «απόκριση αποφυγής σκιάς», επιτρέπει στα φυτά να ανταποκρίνονται στην παρουσία ανταγωνισμού για το φως.
Η σημασία της απόκρισης αποφυγής σκιάς στην κηπουρική
Όπως εξηγεί ο Jans, «Πολλά φυτά αντιδρούν σε μια σχετική αύξηση του μακρινού κόκκινου φωτός αναπτύσσοντας ψηλότερα, σε μια προσπάθεια να κερδίσουν τον ανταγωνισμό για το φως. Αυτή η απόκριση αποφυγής σκιάς είναι χρήσιμη και για τους κηπουρούς, καθώς τους επιτρέπει να καλλιεργούν περισσότερα φυτά σε μικρότερο χώρο. Οι πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία LED έχουν δώσει σημαντική ώθηση στην έρευνα για την αντίδραση σκιάς των φυτών και τη χρήση μακρινού κόκκινου φωτός στην κηπουρική».
Από τις μετρήσεις στο μαθηματικό μοντέλο
«Σε προηγούμενα πειράματα, μελετήσαμε επίσης την απόκριση αποφυγής σκιάς», προσθέτει ο De Boer. «Εκτός από τις μορφολογικές αλλαγές, παρατηρήσαμε ότι τα σκιερά φυτά μας άρχισαν να αναπτύσσονται πολύ πιο γρήγορα όταν προσπαθήσαμε να τα “ξεγελάσουμε” εγκαθιστώντας λαμπτήρες LED για να συμπληρώσουμε το μακρινό κόκκινο φως. Προς έκπληξή μας, τα φυτά ήταν απολύτως ικανά να χρησιμοποιήσουν αυτό το επιπλέον μακρινό κόκκινο φως για φωτοσύνθεση».
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν πολλές μετρήσεις φωτοσύνθεσης χρησιμοποιώντας διαφορετικά χρώματα και εντάσεις φωτός. Όπως αναφέρει ο De Boer, «Αποδείχθηκε όμως πολύ πιο δύσκολο να ποσοτικοποιηθεί η επίδραση του χρώματος στη φωτοσύνθεση, επειδή τα διαθέσιμα μαθηματικά μοντέλα και οι μέθοδοι μέτρησης βασίζονταν στην υπόθεση ότι τα φυτά χρησιμοποιούν μόνο φως από το ορατό φάσμα. Έτσι, προσαρμόσαμε ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο μοντέλο φωτοσύνθεσης για να ποσοτικοποιήσουμε την επίδραση του χρώματος, χρησιμοποιώντας συνδυασμένες μετρήσεις της φωτοσύνθεσης και του πλήρους φάσματος φωτός που φτάνει στο φύλλο».
Η πρόκληση της ποσοτικοποίησης της επίδρασης του χρώματος
Η πρόκληση για τους ερευνητές ήταν να δημιουργήσουν ένα μοντέλο που να λαμβάνει υπόψη την επίδραση του μακρινού κόκκινου φωτός στη φωτοσύνθεση. Τα υπάρχοντα μοντέλα δεν ήταν σχεδιασμένα για να αντιμετωπίσουν αυτή την παράμετρο, γεγονός που οδήγησε στην ανάγκη προσαρμογής τους. Η προσαρμογή αυτή επέτρεψε την ακριβέστερη ποσοτικοποίηση της συνεισφοράς του μακρινού κόκκινου φωτός στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.
Συμπεράσματα
Η έρευνα αυτή υπογραμμίζει τη σημασία του μακρινού κόκκινου φωτός στην ανάπτυξη και τη φωτοσύνθεση των φυτών, ιδιαίτερα σε σκιερές συνθήκες. Η κατανόηση της απόκρισης αποφυγής σκιάς και της ικανότητας των φυτών να αξιοποιούν το μακρινό κόκκινο φως ανοίγει νέους δρόμους στην κηπουρική και τη γεωργία, επιτρέποντας την ανάπτυξη πιο αποδοτικών μεθόδων καλλιέργειας.
Η προσαρμογή των μαθηματικών μοντέλων φωτοσύνθεσης αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς την ακριβέστερη μελέτη και κατανόηση της αλληλεπίδρασης των φυτών με το φως.
