Из школьного курса физики известно, что знаменитая формула: Каждый
Охотник Желает Знать - Где Сидит Фазан описывает очередность
расположения в спектре белого цвета семи основных цветов, если
перечислять их в обратной последовательности (справа - налево).
В нанометрах (нм).
фиолетовый
синий
голубой
зеленый
желтый
оранжевый
красный
390—440нм
440—480нм
480—510нм
510—575нм
575—585нм
585—620нм
630—770нм
Количественно цвет или спектральная составляющая характеризуется
длиной волны, которая измеряется в нанометрах (нм). Белый свет занимает
область длин волн от 400 до 800 нм. При этом фиолетовый расположен в
левой (короткие волны) части (400 нм), а красный - в правой (длинные
волны)части диапазона (800 нм). В левой части - переход в область ультрафиолетового излучения, в правой - в область инфракрасного (теплового) излучения. Замечу
сразу, что применительно к жизни растений принято красный свет делить
на просто красный (660 нм) и дальний красный (730 нм). В чем их разница -
об этом чуть ниже. Но это очень важные участки спектра.
Совсем детский вопрос: почему днем свет - белый, а окружающий нас мир
- цветной ? Почему какие-то поверхности, предметы, объекты имеют тот
или иной цвет? Ответ прост: если поверхность непрозрачного предмета
(частицы, его составляющие) отражает, например, красную часть спектра, а
остальные - поглощает, то мы будем видеть ее тоже красной. Аналогично и
с другими цветами или их комбинациями.
Фотосинтез
Представим себе уже достаточно взрослое растущее зеленое растение. Главные
условия его жизни: солнце, воздух и вода (плюс минеральное питание из
почвы). Солнечный свет - источник энергии, диоксид углерода (углекислый
газ) воздуха - источник углерода (главного строительного материала) и
вода - источник кислорода, входящего в ее состав (на молекулярном
уровне). И все эти три жизненные силы объединены процессом
фотосинтеза, при котором происходит образование органических веществ
(углеводов) благодаря энергии света при участии фотосинтезирующего
пигмента - хлорофилла. Днем, на свету вода разделяется на кислород и
водород и запасается энергия. Ночью, в темноте углекислый газ
соединяется благодаря запасенной энергии с водородом, и образуются
молекулы углеводов. Заметим, что выделяющимся в результате световой фазы фотосинтеза кислородом дышит все живое на Земле.
Как же влияет на фотосинтез спектральный состав солнечного или иного света ? Давайте
вспомним - почему лист растения зеленый? Правильно, именно потому, что
его поверхность отражает (а значит - не поглощает) зеленый свет. А это
свойство объясняется именно присутствием в зеленом листе пигмента
хлорофилла. И поглощает хлорофилл свет (а значит и энергию) из красной и
синей областей спектра дневного света. Отсюда вывод применительно к
фотосинтезу: желто-зеленая составляющая дневного света практически
бесполезна для роста и жизни растения, а нужен ему - красный и синий
свет.
Но давайте все же не забывать, что все сказанное про фотосинтез
относится к взрослому (или достаточно подросшему) растению. А нас
интересуют особенно первые дни или даже часы жизни растения,
прорастающего из семени.
И оказывается, что здесь есть свои законы, возможно даже более
сложные, чем процессы фотосинтеза. Который не происходит по той простой
причине, что в проростке пока еще нет хлорофилла, без которого
фотосинтез, а значит, рост и сама жизнь растения - невозможны. Как же
разорвать этот порочный круг ? И тут появляется новое понятие - фотоморфогенез.
Фотоморфогенез
Фотоморфогенез - это процессы, происходящие в растении под влиянием
света различного спектрального состава и интенсивности. В них свет
выступает не как первичный источник энергии, а как сигнальное средство,
регулирующее процессы роста и развития растения. Можно провести некую
аналогию с уличным светофором, автоматически регулирующим дорожное
движение. Только для управления природа выбрала не "красный - желтый
-зеленый", а другой набор цветов: "синий - красный - дальний красный".
И первое проявление фотоморфогенеза возникает в момент прорастания семени. Про
строение семени и особенности прорастания я уже рассказывал в статье
про рассаду . Но там были опущены подробности, связанные с сигнальным
действием света.Восполним же этот пробел.
Итак, семя проснулось от спячки и начало прорастать, находясь при
этом под слоем почвогрунта, т.е в темноте. Замечу сразу, что мелкие
семена, посеянные поверхностно и не присыпанные ничем, тоже прорастают в
темноте ночью. Кстати, по наблюдениям, вообще вся раасада, стоящая в светлом месте, прорастает ночью и увидеть массовые всходы можно утром. Но
вернемся к нашему несчастному проклюнувшемуся семени. Проблема
заключается в том, что даже появившись на поверхность почвы, росток об
этом не знает и продолжает активно расти, тянуться к свету, к жизни,
пока не получит специального сигнала: стоп, можно дальше не спешить, ты
уже на свободе и будешь жить. (Мне кажется, люди не сами придумали
красный стоп-сигнал для водителей, а украли его у природы...:-). И
такой синал он получает не от воздуха, не от влаги, не от механического
воздействия, а от кратковременного светового излучения, содержащего
красную часть спектра . А до получения такого сигнала проросток
находится в так называемом этиолированном состоянии. В котором он имеет
бледный вид и крючковатую согбенную форму. Крючок - это вышедший наружу
эпикотиль или гипокотиль, нужный для защиты почечки (точки роста) при
продирании через тернии к звездам, и он сохранится, если рост
продолжится в темноте и растение будет оставаться в этом этиолированном
состоянии.
Для вывода растения из такого состояния достаточно ежедневного кратковременного освещения продолжительностью от 5 до 10 минут.
Красный свет
Почему это происходит - еще немного теории. Оказывается, кроме
хлорофилла, в любом растении есть еще один замечательный пигмент,
имеющий название - фитохром. (Пигмент - это белок, имеющий избирательную
чувствительность к определенному участку спектра белого света). Особенность
фитохрома заключается в том, что он может принимать две формы с разными
свойствами под воздействием красного света (660 нм) и дальнего красного
света (730 нм), т.е. он обладает способностью к фотопревращению. Причем
поочередное кратковременное освещение тем или другим красным светом
аналогично манипулированию любым выключателем, имеющим положение
"ВКЛ-ВЫКЛ", т.е. всегда сохраняется результат последнего воздействия. Это
свойство фитохрома обеспечивает слежение за временем суток
(утро-вечер), управляя периодичностью жизнедеятельности растения. Более
того, светолюбивость или теневыносливость того или иного растения также
зависит от особенностей имеющихся в нем фитохромов. И, наконец, самое
главное - цветением растений также управляет... фитохром! Но об этом - в
следующий раз.
А пока вернемся все же к нашему проростку (ну почему ему так не
везет...) Фитохром, в отличие от хлорофилла, есть не только в листьях,
но и в семени. Участие фитохрома в процессе прорастания семян для
некоторых видов растений таково: просто красный свет стимулирует
процессы прорастания семян, а дальний красный - подавляет прорастание
семян. (Возможно, что именно поэтому семена и прорастают ночью). Хотя,
это и не является закономерностью для всех растений. Но в любом случае,
красный спект более полезен (он стимулирует), чем дальний красный,
который подавляет активность жизненных процессов.
Но предположим, что нашему семечку повезло и оно проросло, появившись
на поверхности в этиолированном виде. Теперь достаточно
кратковременного освещения проростка, чтобы запустить процесс
деэтиоляции: скорость роста стебля снижается, крючок распрямляется,
начинается синтез хлорофилла, семядоли начинают зеленеть. И все это,
благодаря красному свету. В солнечном дневном свете обычных красных
лучей больше, чем дальних красных, поэтому днем высока активность
растения, а ночью оно переходит в неактивную форму.
Как же различить эти два близких участка спектра "на глаз" для
источника искуственного освещения ? Если вспомнить, что красный участок
граничит с инфракрасным, т.е. тепловым излучением, то можно
предположить, что чем теплее "на ощупь" излучение, тем больше в нем
инфракрасных лучей, а значит и дальнего красного света. Подставьте руку
под обычную лампочку накаливания или под люминесцентную лампу дневного
света - и почувствуете разницу.
Синий свет
Ну вот, с красным светом немного разобрались. А теперь вернемся к
нашим баранам, точнее - фазанам из знаменитой формулы, которые
олицетворяют собой фиолетово-синюю область спектра. И попытаемся
разобраться, как же влияет на жизнь проростка синий свет. Заметим, что
желто-зеленая часть спектра практически никак не влияет: ни холодно от
него - ни жарко.
Итак, синий свет - чем же он хорош или плох. На самом деле - синий
цвет играет также важную роль в жизни растений, благодаря другому
пигменту - криптохрому, который реагирует на синий свет в диапазоне от
400 до 500 нм. Для взрослых растений синий цвет, в частности,
регулирует ширину устьиц листьев, управляет движением листьев за
солнцем, угнетает рост стеблей.
Применительно к прорастающему растению очень важна роль синего света в
сдерживании роста стебля и гипокотиля, т.е. в ограничении "вытягивания"
рассады. Синий свет также угнетает прорастание семян. Кроме того,
синий свет управляет изгибом проростка и стебля: со стороны источника
синего света рост клеток тормозится, поэтому стебль изгибается в сторону
источника света. Наверное, все наблюдали рассаду, согнутую в сторону
окна - это из-за синего света. Название этого явления - фототропизм. Синий
свет (а к нему можно отнести и ультра-фиолетовую часть спектра)
стимулирует деление клеток, но тормозит их растяжение. Кстати, именно
поэтому для альпийских растений, растущих на высокогорных лугах с
большим процентом ультрафиолета, характерна розеточная, низкорослая
форма. А при недостатке синего света (например, в загущенных посадках
или под стеклом) растения вытягиваются.
москитная сетка на двери на магнитах.
Практические выводы
Можно ли из всего сказанного выше сделать какие-то практические выводы применительно к выращиванию рассады ? Давайте попробуем.
При этом нас будет интересовать выращивание рассады ранней весной в
квартире в условиях короткого светового дня, требующего применения
источников искусственного освещения. Здесь рассаду поджидает много
неприятностей, связанных с особенностями освещения, поэтому
вмешательство человека и его правильное поведение чрезвычайно важны.
Гораздо проще дело обстоит в более поздее время года и в условиях
открытого воздуха (в саду) - там регулирующую роль берет на себя солнце.
Первый вопрос - где лучше проращивать рассаду: на свету или в темноте ?
На свету, на подоконнике. Положительная сторона - сразу же после
прорастания проростки гарантированно получат дозу света, тот самый
сигнал, который выведет их из состояния прорастания. Отрицательная
сторона - возможно тормозящее, угнетающее воздействие красных и синих
лучей на прорастание семян.
В темноте или закрытом от света месте. Положительная сторона - больше шансов на прорастание, т.к. исключено угнетающее действие света. Отрицательная
сторона - если вовремя не отреагировать на появившиеся всходы, то
велика вероятность получения вытянутой рассады.
Из практических соображений первый вариант более предпочтителен в
тех случаях, когда не всегда есть возможность регулярного контроля за
состоянием рассады. Но мне кажется, что возможен еще и
компромиссный, хотя и менее удобный вариант: днем плошки с посеянными
семенами держать в темном месте, а на ночь выставлять их на подоконник к
свету. Тогда и волки сыты будут и овцы - целы... Семена ночью
прорастут, а утром - солнышко вот оно. Ну и самый экзотический
вариант (когда погода пасмурная или окна северные)- утром, обнаружив
проростки, в течениие 10 минут светить на них достаточно ярким белым
светом с помощью какого-либо светильника.
Второй вопрос - чем подсвечивать взошедшую, уже растущую рассаду ? При
выборе светильника в первую очередь нужно обращать внимание на его
спектральную характеристику. При этом яркость и мощность решающего
значения не имеют. К сожалению, информация о спектре большинства
бытовых светильников отсутствует, поскольку не входит категорию
нормируемых параметров. А приводимая иногда в рекламе информация с
трудом поддается проверке из-за сложности спектральных измерений, к тому
же требующих специальных измерительных приборов. Замечу, что речь не идет о специальных профессиональных светильниках, а лишь только о бытовой осветительной продукции.
Тем не менее, минимальная информация качественного характера общеизвестна и из ее анализа можно сделать какие-то предположения. Обычные лампы накаливания не годятся, т.к. в их спектре много желтого и инфракрасного излучения, но мало синего света. Более
удачно применение люминесцентных светильников дневного света, спектр
свечения которых более равномерен и не содержит инфракрасных (тепловых)
лучей. И хотя в нем есть какая-то доля излучения желто-зеленой части
спектра, но она, хотя и не дает пользы, но и вреда особого не приносит,
т.к. хлорофилл просто-напросто отражает этот свет. В то же время
присутствие синей составляющей в их излучении будет способствовать
торможению роста стеблей, тем самым препятствуя вытягиванию рассады. Естественно,
любые искусственные светильники разумно использовать только в вечерние и
ранне-утренние часы, днем лучше пользоваться естественным освещением от
окна.
И в заключение - немного собственного опыта (совсем свежего). В
этом году появилось желание сдвинуть посевную кампанию на месяц-полтора в
более раннюю сторону (январь-февраль) с тем, чтобы освободить апрель
для аналогичной деятельности в саду в открытом грунте. Сказано -
сделано. И в середине-конце января с интервалом в неделю было засеяно
семенами некоторое количество плошек. Ну, а дальше события развивались
по сценарию, описанному выше. Единственной проблемой было только то
обстоятельство, что эту вот статью я тогда еще не успел прочитать, по
той простой причине, что еще не написал ее. Поэтому все делалось
практически вслепую. И тем не менее сейчас (в начале апреля) на
подоконнике днем, и на столе под лампой - вечером красуется примерно
20-30 плошек с неплохо выглядящей цветочной рассадой. А шесть штучек
пеларгоний (по UNWINS'овской терминологии - гераней) чернолистных уже
стоят распикированными в горшочки и уже с фигурными листьями (правда,
пока еще не черными).
Но оставим хвастовство и вернемся к лампе. Это просто настольная
лампа дневного света, по всей видимости - люминесцентная, но
бездроссельная, а потому - совершенно бесшумная. Куплена в обычном
магазине, торгующем бытовыми светильниками. Лампа имеет массивное
основание, на котором крепится кронштейн со светильником. Светильник -
прямоугольной (овальной) формы, лампа - U-образная трубка
люминесцентная. У кронштейна очень много степеней свободы, поэтому
светильник легко и просто перемещается в пространстве и принимает любое
положение. Освещает достаточно равномерно и без подогрева площадь
примерно в половину квадратного метра. Прошлой весной такой одной лампы
хватило, чтобы вырастить с добрую сотню видов растений рассадой. Ну а в
межсезонье ее можно использовать по прямому назначению. В частности,
для экрана компьютера нужен полумрак, а при работе с бумажными текстами
очень помогает такая настольная лампа, в том числе и для написания
статьи про неё саму.