Сообщений в теме: 25

[noname )]

Добрый день. Руководителем раздела было предложено открыть специальную тему для обсуждения возможных вариантов светильников для фотосинтезирующих организмов.

Мысль в том, что так или иначе придет время и для целевого освещения надводных фотосинтетиков, поэтому желательно было бы представлять себе их требования и возможные варианты технических решений. Морских аквариумистов это могло бы, наверное, заинтересовать в связи с темой мангров.

 

"Фито" - это условно, т. к. конечно есть цианобактерии и прочие фотосинтезирующие не-растения, но отдельно они мало кому нужны, а симбионты кораллов и моллюсков проходят по разряду общих обитаталей морских аквариумов и для них уже есть много других тем. Поэтому выбралось такое "растительное" название.

Тема открыта, давайте обсуждать.

В качестве начала темы - несколько картинок по светочувствительности человека и высших фотосинтетиков - растений к светвому потоку Солнца и физиологическая значимость разных длин световых волн.

 

N.B. иллюстрации из биохимических исследований СССР

 

Наглядная статистика влияния трех разных длин "растительного спектра" в простейшей трехканальной системе освещения

-----

Простенький современный текст-реклама какого-то западного производителя тепличных натриевых ламп, где в качестве теоретического обоснования указано, что ВЕСЬ видимый и часть невидимого спектра важны для фотосинтеза. Это действительно так, просто в забугорном материале, раземеется, не указано, почему и как именно те или иные "нерастительные волны" влияют на растения и только ли в фотосинтезе дело.

 

 LightColor Importance for Photosynthesis.pdf   70,19К   452 скачиваний

 

==========================

 

В качестве краткого резюме можно сказать, что конечно же, фито-светильники ни в коем случае не должны состоять только из красненьких и синеньких диодиков "ноунейм". В обязательном порядке должны присутствовать диоды белого спектра с широким охватом и ряд целевых НЕ сине-красных. И дело не в эстетике, хотя она очень важна, но в физиологии. А вот сколько и каких диодов, с какой оптикой, на какой мощности - вопросы к обсуждению.

[noname )]

ПИГМЕНТЫ, ОПТИКА ЛИСТА И СОСТОЯНИЕ РАСТЕНИЙ.

 

МЕРЗЛЯК М. Н.

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова 1998 г.

Кратко рассмотрены общие представления об отражении и поглощении фотосинтетически активной радиации листьями высших растений, об основных пигментах листа и характере их изменений в онтогенезе и при действии неблагоприятных факторов внешней среды. Обсуждаются возможности использования спектроскопии отражения для оценки физиологического состояния растений.


 

ВВЕДЕНИЕ

Выход растительных организмов на сушу состоялся, по-видимому, более 400 млн лет назад и привел к значительному усложнению их строения в новой среде обитания - к возникновению листа (специализированного органа, обеспечивающего поглощение солнечной энергии), в котором осуществляются основные фотосинтетические процессы. В ходе эволюции и освоения сосудистыми растениями обширных территорий земли с различными климатическими условиями (от тундр до пустынь и тропических лесов) возникли листья, обладающие различными размерами, морфологией, анатомическим строением (хвоя голосеменных, суккуленты, листья одно- и двудольных) и имеющие свои биохимические и физиологические особенности [1-4]. Вместе с тем в принципах и механизмах осуществления первичных фотосинтетических процессов, которые протекают в специализированных органоидах (хлоропластах), прослеживаются поразительная общность и единообразие.

Лист высшего растения представляет собой сложную оптическую систему, обладающую способностью эффективно и, по-видимому, оптимально использовать солнечную энергию [1-3]. Не имея возможностей к передвижению, высшие растения вынуждены приспосабливаться к различным и быстро меняющимся условиям среды, и в том числе к солнечной радиации. Так, некоторые виды способны выживать и успешно осуществлять фотосинтез при очень высокой инсоляции в пустынях, тогда как другие виды - при очень низкой освещенности (тропические дождевые леса). Это достигается различными способами. При высокой освещенности некоторые растения способны изменять угол наклона листьев, снижать количество света, достигающего хлоренхимы, накапливать определенные фотозащитные вещества. В зависимости от окружающих условий изменяются геометрические размеры клеток, морфология ассимиляционных тканей, содержание и соотношение основных пигментов фотосинтеза (хлорофиллов и каротиноидов), различным образом организуются фотосинтетические мембраны (хлоропласты теневого и светового типа).

Изучение оптических свойств листьев и поглощения ими света имеет большое значение для понимания общих принципов усвоения солнечной энергии, механизмов фотосинтеза и адаптационных процессов в растениях. Необходимо также отметить, что изучение этих механизмов очень важно при интерпретации данных, полученных с помощью дистанционного оптического зондирования. Современная техника позволяет регистрировать спектры отражения растений на значительном расстоянии, включая наблюдения из космоса. Это предоставляет огромные возможности для глобальной оценки фотосинтетической продуктивности на планете, для слежения за состоянием растительности в процессе развития под влиянием различных (в том числе и неблагоприятных) внешних факторов, установления ее экологического благополучия.

ОСНОВНЫЕ ПИГМЕНТЫ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

Поглощением квантов света в видимой части спектра (400-700 нм), которые имеют достаточную энергию для осуществления фотосинтеза, обладают органические соединения (пигменты), содержащие системы сопряженных связей. В клетках эволюционно более древних фотосинтезирующих организмов (бактерии, водоросли) присутствуют разнообразные соединения (хлорофиллы, бактериохлорофиллы, бактериородопсин, каротиноиды, фикобилины), способные при определенном их сочетании обеспечить акцептирование солнечного излучения во всей видимой (и даже в ближней инфракрасной) части спектра. Их набор и соотношение специфичны для различных групп и во многом зависят от условий обитания организмов. Пигменты фотосинтеза у высших растений значительно менее разнообразны [1].

В листьях (хлоропластах) высших растений присутствуют два хлорофилла (a и b), представляющие собой Mg-содержащие порфирины. Основная их часть включена в состав светособирающих комплексов, обеспечивает поглощение и передачу световой энергии на так называемые реакционные центры. В этих центрах, которые содержат лишь небольшую часть общего хлорофилла а, и осуществляются первичные фотосинтетические реакции. Кроме хлорофиллов в фотосинтетических мембранах всегда присутствуют желтые пигменты - каротиноиды (как правило, пять типов). Каротиноиды выступают также в роли светосборщиков и наряду с этим играют важную роль в защите фотосинтетического аппарата от фотоповреждений.

СТРУКТУРА ЛИСТА И ПОГЛОЩЕНИЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИ АКТИВНОЙ РАДИАЦИИ

В растворах как хлорофиллы, так и каротиноиды обладают интенсивными, узкими и достаточно далеко отстоящими друг от друга полосами поглощения света. Хлорофиллы эффективно поглощают синий, красный и очень слабо - зеленый свет. Спектры пигментов существенно уширяются и в значительно большей степени перекрываются в хлоропластах, которые можно легко выделить из ткани листа. Это связано с тем, что в отличие от растворов в хлоропластных мембранах пигменты ассоциированы с белками, липидами и взаимодействуют друг с другом. В результате этого достигается передача (миграция) энергии от светосборщиков на реакционные центры [1]. Еще более сглажены и сложны спектры поглощения листьев (рис. 1 и 2).

Часть света, падающего на лист, отражается от него (рис. 1). Различают зеркальное (на гладких, блестящих поверхностях) и диффузное отражения. Отражение листьев определяется главным образом диффузным отражением. Свет, проникая в толщу листа, сильно рассеивается и многократно изменяет свое направление. Это связано с тем, что как на поверхности, так и в толще листа существует множество поверхностей раздела, обладающих различными коэффициентами преломления (кутикула, эпидермис, клетки паренхимы, заполненные воздухом межклетники). Сходные эффекты происходят при прохождении света через клетки (различия в коэффициентах преломления между воздухом, жидкой фазой, клеточными стенками, рассеивание на субклеточных структурах). В результате при отсутствии сильного поглощения оптические пути света значительно увеличены по сравнению с геометрической толщиной листа. Благодаря этому листья поглощают значительно больше света, чем экстрагированные из них пигменты или изолированные хлоропласты [1].

Лучи разного цвета (длины волны) поглощаются неодинаково (рис. 1 и 2). Зеленые листья обладают очень высоким поглощением (низким отражением и пропусканием) в фиолетовой, синей, голубой и красной частях спектра. В этих областях поглощение мало зависит от концентрации хлорофиллов (рис. 2), что объяснятся тем, что в сильно рассеивающей среде и при высокой концентрации пигментов свет практически полностью поглощается уже у поверхности листа. Значительно большая часть излучения отражается и проходит через лист в области 520-580 нм, именно поэтому лист выглядит зеленым. Таким образом, зеленый свет, несмотря на низкие коэффициенты удельного поглощения хлорофилла в этой спектральной области, эффективно поглощается и достаточно равномерно заполняет ткань листа. Это имеет большое значение для фотосинтеза теневых, расположенных внутри кроны листьев, поскольку свет, отраженный или прошедший через расположенные выше листья, обогащен зелеными лучами [1, 2]. Интересно, что максимум спектральной чувствительности зрения у человека и многих наземных позвоночных расположен именно в зеленой области. Это, вероятно, является следствием того, что эволюция животных протекала в окружении растений, и можно понять, почему животные в своей жизнедеятельности используют эту часть солнечного излучения.

Значительные успехи в понимании оптики листа достигнуты в последние годы благодаря применению оптоволоконной техники и созданию микросветоводов (с диаметром менее 5 мк), которые можно внедрять в ткань и изучать световые режимы непосредственно в толще листьев [3]. С помощью этих методов изучено проникновение в глубину листа света различного спектрального состава и количественно описаны световые градиенты внутри листьев различного типа. Измерения с помощью этой техники выявили много других важных обстоятельств. Так, было показано, что у многих видов растений клетки верхнего эпидермиса благодаря своей форме способны фокусировать свет, увеличивая его интенсивность в 15-20 раз по сравнению со светом, упавшим на поверхность листа. Физиологическая роль этого явления окончательно еще не выяснена, тем не менее весьма вероятно, что оно в значительной степени определяет распределение и поглощение фотосинтетической радиации внутри листа. Интересно также, что, согласно экспериментам, выполненным с микросветоводами, непигментированные (этиолированные) ткани растений служат своеобразными оптическими световодами, обеспечивая проникновение света к развивающимся подземным частям проростка и включение (при участии фитохромной системы) фотоморфогенетических процессов [3].

Следует отметить, что, несмотря на большую сложность, к настоящему времени уже имеются достаточно успешные попытки физического описания основных процессов, происходящих при взаимодействии света с листом и направленных на создание обобщенной оптической модели листа.

ИЗМЕНЕНИЯ В ОНТОГЕНЕЗЕ

И ПРИСПОСОБЛЕНИЕ К УСЛОВИЯМ СРЕДЫ

По той простой причине, что растения неподвижны, их фотосинтетический аппарат должен обладать высокой пластичностью и способностью приспособления к различным и часто меняющимся условиям. В этой связи важное значение имеют два обстоятельства: обеспечение оптимального для данных условий светосбора фотосинтетической радиации и препятствие фотодеструктивным процессам, которые могут вызвать как видимый свет, так и излучение в ультрафиолетовой области. Обращенные к свету (в сравнении с темновыми) листья характеризуются меньшей площадью, большей толщиной, длинными палисадными клетками и имеют более высокое число устьиц. Хлоропласты таких листьев содержат меньшие количества хлорофилла, но более эффективно осуществляют фотосинтез. Для поверхностей листьев некоторых растений, произрастающих в условиях сильной солнечной радиации, характерно высокое зеркальное отражение. Листья других растений имеют обильную опушенность, что также снижает интенсивность света, достигающего мезофилла. Защита от действия оптического излучения возможна в результате индукции синтеза дополнительных пигментов, обладающих фотозащитным действием. Примером этому являются антоцианы, содержание которых велико в молодых (ювенильных) и стареющих листьях и которые часто образуются в растениях в ответ на действие высокой интенсивности видимого света, ультрафиолетовой радиации, высоких и низких температур и других стрессорных воздействий. Интересно, что эти красные пигменты обычно локализованы в клетках верхнего эпидермиса и обеспечивают эффективное экранирование в зеленой области, в которой листья в значительной степени прозрачны для света. Действие ультрафиолетовой радиации индуцирует синтез некоторых фенольных соединений, которые накапливаются в кутикуле и эпидермальных клетках, обеспечивая поглощение вредного для растений ультрафиолетового света. В частности, обнаружено, что растения, культивировавшиеся в полевых условиях, содержат значительно больше таких соединений, чем растения, выращенные в тепличных условиях.

Старение листьев, которое происходит у однолетних растений (монокарпиков) в период созревания семян, у листопадных деревьев осенью, а у тропических видов перед наступлением засушливого периода, сопровождается переносом ценных биологических веществ (сахаров, аминокислот) из ассимиляционных тканей в генеративные или запасающие органы. В эти периоды, когда происходит "демонтаж" фотосинтетического аппарата, растения особенно подвержены действию света. Одним из механизмов, направленных на защиту веществ и структур в ткани листа, являются сохранение или активация синтеза каротиноидов. Как видно из рис. 2, в желтых осенних листьях клена, в которых почти полностью разрушается хлорофилл, сохраняются каротиноиды. Даже в низких концентрациях они обеспечивают сильное поглощение в синей и голубой областях и, являясь фотохимически малоактивными соединениями, препятствуют фотодеструктивным процессам [5]. Кроме того, в ходе осеннего старения в листьях часто накапливаются антоцианы, которые, по-видимому, осуществляют защиту от излучения в зеленой, оранжевой и ультрафиолетовой областях спектра.

ОПТИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РАСТЕНИЙ

Изменения растений в ходе онтогенеза, старения, а также при действии на них неблагоприятных и повреждающих факторов среды (токсические вещества, загрязнители атмосферы, заболевания) сопровождаются изменениями содержания и соотношения пигментов, определяющих цвет листьев. Имея сведения о содержании хлорофилла можно оценить эффективность использования растениями фотосинтетически активной радиации, прогнозировать продуктивность посевов, сроки сбора урожая, установить необходимость дополнительного применения удобрений и т.д. Характерные изменения окраски листьев, такие, как хлороз, пожелтение, некроз, побурение, являются симптомами неблагополучия растений. В этой связи значительный интерес представляют возможности объективной оценки состояния растительности, в том числе и в глобальных масштабах, с помощью недеструктивных дистанционных оптических методов, и, в первую очередь, используя спектроскопию отражения. Кроме того, оптические методы применяют для оценки качества сельскохозяйственной продукции. Так, в Японии созданы автоматические системы для сортировки и отбраковки плодов мандаринов, бананов, яблок и других растений по их оптическим свойствам.

Вплоть до настоящего времени считалось, что оптические спектры листьев, содержащих высокие количества пигментов, очень сложны, несут слишком мало информации и пригодны для регистрации лишь глубоких драматических изменений. Тем не менее в последние годы появились новые результаты, базирующиеся на более полном понимании спектроскопии пигментов в растениях, которые расширяют возможности применения этих методов.

Так, доказано, что содержание хлорофиллов в целых листьях может быть с достаточно высокой точностью установлено из измерений интенсивности отраженного света при определенных длинах волн. Показана возможность применения этого метода при наблюдении за растительностью из космоса [6]. Оказалось, что чувствительная к изменениям концентрации хлорофилла область находится около 550 нм, а не в красной части спектра (как предполагалось ранее), где расположены максимумы поглощения этих пигментов (рис. 1 и 2).

Несмотря на существенные морфологические и анатомические отличия, листья растений разных видов, содержащие только хлорофиллы и каротиноиды, обладают общими и, по-видимому, универсальными свойствами: коэффициенты их отражения в некоторых спектральных областях достаточно хорошо коррелирует между собой (рис. 3 [6, 7]). Эти корреляции нарушаются в тех случаях, когда в листьях присутствуют или появляются дополнительные пигменты (рис. 3). Благодаря этому по спектрам отражения удается обнаружить признаки и оценить степень побурения и некротизации ткани. Побурение связано с окислением некоторых полифенолов ферментом полифенолоксидазой и происходит в результате повреждения внутриклеточных структур клетки, наблюдается при поранении, старении и заболеваниях растений. По оптическим спектрам листьев можно выявить и количественно определить красные пигменты - антоцианы, синтез которых, как уже отмечалось, часто активируется в неблагоприятных условиях. Повреждение растений низкими и высокими температурами приводит к разрушению хлорофиллов и образованию феофитинов (продуктов деградации, в которых отсутствует хелатированный ион магния), что сопровождается характерными изменениями оптических спектров. Кроме того, обнаружено, что действие высоких интенсивностей света (фотоокислительный стресс) вызывает определенные изменения в характере поглощения пигментов, что может быть использовано для выявления этого типа повреждений [7].

Как уже отмечалось, часто старение листьев и созревание плодов сопровождаются сохранением значительной части каротиноидов или активацией их синтеза, что происходит на фоне монотонного разрушения хлорофилла (рис. 1 и 2). Эти изменения отчетливо проявляются в спектрах отражения и могут быть использованы для характеристики временных изменений. В качестве иллюстрации на рис. 4 представлены данные об изменениях отражения плодов лимонов, обработанных этиленом - фитогормоном, широко использующимся для ускорения созревания плодов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Даже краткое рассмотрение свидетельствует об очень сложной организации листа высших растений как оптической системы. Благодаря специфической, тонко организованной и динамичной структуре, направленным изменениям в содержании пигментов листья высших растений обладают способностями как к эффективной утилизации энергии солнечного излучения для фотосинтеза, так и приспособлению к действию этого излучения в самых разнообразных экологических ситуациях. Ответы на многие вопросы, касающиеся более полного понимания оптических свойств листьев, предстоит еще получить. Тем не менее уже накопленные данные и быстрое развитие исследований в этой области создают предпосылки того, что новая важная и интересная информация об особенностях фотосинтетических процессов в листе, целом растении, а также по другим затронутым проблемам будет получена в ближайшее время.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хит О. Фотосинтез: (Физиол. аспекты). М.: Мир, 1972. 315 c.

2. Лархер В. Экология растений. М.: Мир, 1978. 186 с.

3. Vogelmann T.C., Bjorn L.O. Plants as Light Traps // Physiol. plant. 1986. Vol. 68. P. 704-708.

4. Рейвн П., Эверт Р., Айхорн С. Современная ботаника. М.: Мир, 1990. Т. 1. 347 с.

5. Merzlyak M.N., Gitelson A.A. Why and What for the Leaves are Yellow in Autumn? On the Interpretation of Optical Spectra of Senescing Leaves (Acer platanoides L.) // J. Plant Physiol. 1995. Vol. 145. P. 315-320.

6. Gitelson A.A., Kaufman Y.J., Merzlyak M.N. Use of a Green Channel in Remote Sensing of Global Vegetation from EOS-MODIS // Remote Sens. Environ. 1996. Vol. 58. P. 289-298.

7. Мерзляк М.Н., Гительсон А.А., Погосян С.И. и др. Спектры отражения листьев и плодов при нормальном развитии, старении и стрессе // Физиология растений. 1997. Т. 44, № 5. С. 707-716.

* * *

Марк Нисонович Мерзляк, доктор биологических наук, профессор кафедры клеточной физиологии и иммунологии биологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. Область научных интересов: мембранология, свободнорадикальная биология, биофизика, биохимия и физиология растений. Автор 150 научных работ.

 

[noname )]

Вот, предлагаю пока такой вариант к обсуждению: фито-модификация для модели Вега-100:

 

Дано: 100% мощности всех каналов = «растительный спектр».

В нем 25% дает излучение СИД 445 нм; 20% - СИД 660 нм; и 5% - СИД 730 нм.

Оставшиеся 50% физических диодов – это диоды, которые при включении на полную мощность призваны имитировать «солнечный спектр в безоблачный полдень».

 

В рамках этих «солнечных 50%» обязательно присутствие Warm White, Neutral White и Cool White СИДов с CRI>80 в пропорции 2:1:2 (их совокупная доля должна составлять не менее 25-30% от общей мощности всего излучения светильника, т.е. столько же или чуть больше, чем у темно-синих 445 нм).

Оставшиеся 20% от «половины, заточенной под имитацию Солнца» - мне кажется, обязательно нужно, чтобы включали ряд целевых спектральных диодов: фиолетовые 4-кристалльные 400-425 нм, бирюзовые, светло красные на 620 нм.

И, наверное зелено-желто-оранжевые широкого спектра («Лайм»)?

 

 

P.S. кто помнит, как называлась звезда Пандоры? - Прикольное было бы название для «растительной Веги» ))) с учетом размаха и могущества джунглей на этой планете….)))

 

 

Распределение по каналам управления – не знаю, нужно ли, т. к. True Spectrum управляет полосами спектра, а не каналами. Что очень здорово. J

Единственное – для контроллера в программных настройках для такой «модернизированной Веги-100» обязательно нужны предустановленные положения «природный солнечный полдень» (пусть он даже будет давать лишь 50% от полной мощности светильника) и «природные рассвет/утро/вечер/закат».

– Просто у меня такое ощущение (может быть и неправильное), что из-за того, что в True Spectrum нет возможности управлять именно каналами «железа», а не только полосами спектра на виртуальной картинке, без помощи готовых предустановок будет невозможно просто вырубить одним нажатием мерзкие «растительные каналы» и точно установить «природное солнце».

Такая необходимость может появиться, когда захочется показать кому-то свои цветочки, посмотреть на них в одиночестве или устроить «романтический кофе» в комнате, где горит, условно говоря «Вега-100 Фито» ). В таких ситуациях нет никакого желания созерцать «венерианское освещение», которое так любят «наши зеленые друзья».

 

 

-------------------

 

 

О настоящем УФ с длиной волн 280-380 нм говорить нужно отдельно, т. к. он, видимо, в стандартную конструкцию Веги не ставится в силу физических характеристик оптической системы, либо ставится за очень уж большие деньги и с огромными неудобствами для всех.

Скорее всего, для него разумнее сделать стандартные сборки DNK из 12 ультрафиолетовых диодов и применять отдельно. Возможно, вообще без оптики и с простой пылевой защитой из акрила (он ведь пропускает УФ?).

[DNK]

Я понимаю, что топикстартера весьма занимает эта тема и ему хочется сразу объять необъятное, но давайте постараемся все же по-порядку.

 

1. Контроллер TrueSpectrum позволяет за долю секунды установить ЛЮБОЙ спектр светильника. То есть именно одним нажатием можно будет поставить любой спектр, какой только необходим. Контроллер TrueSpectrum вообще может сделать со светом ровно то, что вы можете придумать, нет никаких ограничений

 

2. Распределение светодиодов в сборке - вопрос непростой. Начиная с того что ближний инфракрасный свет с длиной волны около 730нм по классическим канонам не может принимать участия в фотосинтезе, но есть исследования, которые показывают что он что-то там немного активирует у наземных растений. Подчеркну - именно у наземных, не водных. Сколько именно надо такого излучения - у меня нет сведений. Кафедра фотосинтеза МГУ во главе с начальницей не смогла осилить такой вопрос в позапрошлом году, хотя и обещала. Не думаю что в этом году осилит. Так что придется гадать самим.

 

3. Высокий CRI диодов нам не нужен совершенно. Так как мы будем использовать диоды разных частей спектра, мы CRI сами сделаем практически любой.

 

4. У меня есть сомнение в необходимости для наземных растений в фиолетовых диодах. Но это не более чем сомнение. А вот УФ там скорее всего не нужен вообще. В этом у меня лично сомнений нет. Тем более что добавка истинного УФ может быть не только дико дорога (в том числе потому что акрил НЕ пропускает УФ), но и может быть опасна для зрения.

 

У меня вопрос к ТС. Зачем вам такая узкая оптика на прожекторе? Насколько я помню, вы говорили о 20 градусах?

[noname )]

У меня вопрос к ТС. Зачем вам такая узкая оптика на прожекторе? Насколько я помню, вы говорили о 20 градусах?

 

DNK, это связано во многом с тем, что мне нужна возможность установить прожектор под потолок.

К сожалению, я пока не нашел данные об излучении Веги-100 в люменах при выходе на 100% и не могу понять, какую же освещенность она выдаст на той или иной высоте подвеса. Пусть это и не правильная система оценки мощности света, но позволяет хоть как-то ориентироваться.

В связи с этим я просто прикинул, что мощность свечения сотой модели составляет около 60 Вт, при среднем излучении диодов ~100 люмен на ватт, получилось 6000. Калькулятор рассчета угла освещения и расстояния до источника света показывает, что прожектор обеспечит на дистанции 2 м освещенность примерно:

 

при 20 градусах  - 15 тыс. люкс (на глаз человека), что очень хорошо с учетом того, что растение получит значительно больше, т. к. усваивает "нелюксовые" части спектра.

 

При 30 градусах - 6 000 люкс.

 

А при штатных 80 градусах - 680 люкс.

 

Разница очень наглядна.

 

30 градусов, наверное, даже лучший вариант, т. к. мощность света все же достаточно велика, а смешение спектральных полос от разных диодов сильнее.

 

По УФ нужно книжки почитать, пока не готов спорить, хотя принципиальные соображения такие:

- свет диодов вообще очень вреден для глаз благодаря высокой концентрации излучения, на них никогда не следует смотреть прямо, ни на какие )

- сила УФ  от диодов без линз будет очень слаба в любом случае, в тысячи раз слабее излучения ламп в солярии, куда все регулярно захаживают

- растениям включают УФ как правило на короткое время серией вспышек, ставя их "под стробоскоп". В результате опасность ожога сводится к нулю

- даже слабый УФ дает выраженный эффект угнетения патогенов (не полной стерилизации, а просто угнетения), что важно для молодняка

- в некоторых практических опытах любителей получилось, что УФ А дал эффект на стадии проростков - крепче были, даже визуально заметно было. По УФ Б никаких данных нет, т. к. с ним никто не пробовал играться.

- ну и общее - наземные фотосинтеники эволюционируют в присутствии УФ 400 миллионов лет. Кривые поглощения на графиках выше показывают, что растения усваивают истинный УФ. Если мы не знаем точно, зачем он им нужен - это не значит, что он не нужен совсем и "вреден".

[DNK]

В конструктив Веги можно поставить любые светодиоды. Если речь идет о люменах, то на примерно половинном токе от максимального при установке светодиодов Luxeon M можно наставить светодиодов примерно на 12Клм.

 

Насчет того что УФ-А используется для угнетения патогенов на наземных фотосинтетиках не знал, спасибо. Но остается проблема - как управлять светом этих светодиодов, если любая кварцевая оптика стоит просто дикие деньги.

[noname )]

Так я же хотел понять про штатную Вегу-100 Там же наверно какие-то другие диоды, а не Luxeon M?

Собственно, мне нравится и штатная комплектация, поэтому и хочу заказать пока еще есть предзаказ со скидками - ведь она позволяет имитировать солнечный спектр, а не только "морской". Хотя и на половинной мощности. Но именно в связи с этим и встал вопрос об узких линзах - иначе света будет слишком мало.

Ваш сайт содержит предложение оптики "Best" на 20 градусов - для сборок. Вот, на нее я и ориентировался, когда спрашивал, можно ли будет заменить штатную оптику Веги в дальнейшем.

Конечно, гораздо лучше специализированный набор диодов для надводных фотосинтетиков, поэтому и была открыта эта тема, но пока можно купить и штатное.

 

По спектральным полосам: я должен уточнить, что угнетающим патогены эффектом обладает комплекс УФ А и Б.

Любители, насколько я понял, наблюдали за реакцией на люминисцентные лампы для рептилий (разные РептиГло и им подобные) - а там есть и УФ А, и УФ Б, поэтому разделить эти спектры и смотреть, как цветочки и патогены реагируют на эти полосы раздельно не было возможности.

 

В моем личном опыте реакция цветов на добавку света рептильных ламп была яркой и очень положительной. Во всяком случае орхидеи цвели здорово - это при том, что я совершенно не умею с ними обращаться, а растения были привезены из садов в их родных районах обитания с тамошним могучим солнем. И тем не менее, под УФ лампами они цвели, а не просто листья выпускали. (до установки РептиГло 8 развитие было, но медленное и бутоны не закладывались ни разу).

 

Предполагаю, что любой, кому захочется вырастить дома такую красоту, как лотос или даже королевская стрелиция, столкнется с тем же эффектом. - Это растения не просто субтропиков, но еще и открытого солнца, которые в природе получают просто лошадиные дозы коротковолновой части спектра, включая ультрафиолет. У меня есть подозрение, что все неудачи с культивацией и цветением таких роскошных цветов дома связаны не только со слабой общей освещенностью (это как раз лотосу нужно 50 Клк, Дмитрий), но и с тем, что за стеклом они не получают стимуляции от "вредного уф". И если в оранжереях им просто общего светопотока хватает хотя бы для слабенького цветения, то дома у северян - полный облом, они даже расти не в состоянии, о цветках и речи нет.

 

По физиологической реакции самих растений (а не патогенов) на УФ и коротковолновую часть видимого спектра (фиолетовые лучи от 380 до 420 нм) данные уже накапливаются, и любопытные.

 

Прежде всего, чисто визуальный эффект, важный для пользователя: УФ действительно обладает разрушительным действием, и меняя его интенсивность, можно не убить растения, а заставить их вырабатывать антоциановую защиту - возникнет та самая пурпурно-багровая окраска, которую можно видеть у листьев и молодых побегов под Солнцем. Без фиолетовой и ультрафиолетовой составляющей спектра в домашних условиях этого не добиться - цветы остаются зелеными, сколько их не облучай длинноволновым светом.

 

Не-визуальное:

Ультрафиолетовые лучи С с длиной волны короче 280 нм сметроносны для любых живых организмов в любых дозах

Ультрафиолетовые лучи B с длиной волны 280-315 нм, как ни странно, повышают холодостойкость и действуют аналогично закаливанию растений, но светом. Они же, видимо, и обладают эффектом угнетения патогенов.

Ультрафиолетовые лучи A с длиной волны 315-380 нм задерживают «вытягивание» растений и стимулируют синтез некоторых витаминов и фитогормонов, регулирующих характер роста.

Действие УФ А на растения аналогично во всех группах; они становятся коренастыми, распростертыми над почвой и развивают большое количество мелких плотных листьев. Расстояния между узлами, длина стеблей и веток резко сокращаются, растение приобретает плотную, компактную форму.

Экологическая группа, которая сильнее всего положительно реагируют на УФ А и особенно Б - горные растения. Чем выше расположены природные биотопы вида, тем более критическим становится наличие УФ в освещении для нормального развития.

 

Естественно, речь идет о микродозах такого излучения. Интенсивность, мне кажется, нужно устанавливать опытным путем, конкретных данных не читал

 

Группа, которая критически повреждается даже от мизерных доз УФ - лесные папоротники, да и все растюхи из подлеска тропических лесов.

 

Фиолетовые и синие (380-490нм) лучи, кроме непосредственного участия в фотосинтезе, стимулируют образование белков и регулируют скорость развития растения. У растений, живущих в природе в условиях короткого дня, эти лучи ускоряют наступление периода цветения. Ну, про фотосинтетическую значимость пика 445 нм все знают и так, однако фиолетовый спектр значим для морфогенеза не меньше синего. Он обладает сходным действим на внешний вид цветка, что и УФ А. Характерно, что фиолетовый спектр, как и ближний УФ резко увеличивает скорость развития корневой системы, но почти не активирует развитие надземной массы, давая лишь адаптивное изменение ее формы (данные Клешинина, 1954 г.)

 

Ближний инфракрасный спектр (700-735 нм) управляет фотоморфогенезом. Более подробно пока не нашел, к сожалению. Но поскольку соотношение мощности изулчения Солнца в красном 620-700 нм и ближнем ИК спектрах равно 1:1, поэтому, конечно "дальне-красные" лучи влияют на фотосинтетиков очень серьезно.

[DNK]

Полное наименование светодиодов, которые применяются в каждом прожекторе, доступно в их описании на вкладке "Специалистам". 

 

Что касается ультрафиолета под ReptiGlo то мне это очень подозрительно - там обычное стекло, а не кварцевое, оно режет излучение около 380нм. То есть ничего короче 380нм эта лампа не излучает.

[DNK]

 Но поскольку соотношение мощности изулчения Солнца в красном 620-700 нм и ближнем ИК спектрах равно 1:1, поэтому, конечно "дальне-красные" лучи влияют на фотосинтетиков очень серьезно.

Мне это представляется крайне сомнительным. Для фотосинтеза это излучение непригодно, про фотоморфогенез я читал, но никаких серьезных исследований не видел. Хотя и не больно-то искал, если честно. Для моря это верняк не актуально

[noname )]

Такое множество вопросов и замечаний Попытаюсь....

Мне это представляется крайне сомнительным. Для фотосинтеза это излучение непригодно, про фотоморфогенез я читал, но никаких серьезных исследований не видел. Хотя и не больно-то искал, если честно. Для моря это верняк не актуально

Ну, в общем, можно сказать так: для моря и воды вообще излучение 700-750 нм, конечно, ненужно совсем, если только вы не хотите выращивать водорослевые супы

Для надводных фотосинтетиков ситуация следующая: 700-750 нм - это не ИК, а "дальний красный спектр" (видимый для человека тоже, кстати). В природе он изредка ярко заметен в момент низкого положения Солнца над горизонтом ("кровавые закаты"). Этот спектр, на самом деле, поглощается листовыми пигментами (почти исключительно только хлорофиллом А), однако его доля в процессах фотосинтеза невелика, поскольку кривая поглощения падает после 700 нм очерь резко, а в процессах фотоморфогенеза - предположительна. Кажется, точно так до сих пор и не исследовано.

Таким образом, вредной такая добавка точно не будет, но это скорее некое "эстетство для гурманов" - такими диодами можно создавать изумительно красивые световые эффекты закатного солнца ну и слегка "стимулировать растения" без знания и описания процесса, опираясь лишь на общие соображения, что "в природе ничего не бывает лишним".

 

Если продолжить и закрыть тему длинноволнового излучения, то с настоящим ИК и излучающими его диодами (от 800 нм и далее) все гораздо сложнее:

начиная с длины волны в 1 микрон (1000 нм) и вплоть до 7000 нм растения очень интенсивно поглощают ИК-лучи, однако картина поглощения имеет пяти-ступенчатую сложную кривую и достигается это исключительно за счет молекул воды внутри тканей растения. Органические молекулы листьев ИК не поглощают (за возможным исключением совсем дальних лучей под 6000 нм). Этот механизм играет колоссальную роль в терморегуляции растений и только за его счет возможен природст синтеза органических веществ от 17% в помидорах до 37% в высокогорных сортах маиса. (соответственно, без волн ИК интенсивность прироста биомассы падает на эти же проценты). НО - все это актуально только для открытого грунта. При температурах окружающей среды 18-35 градусов роль ИК в скорости фотохимических реакций растений стремится к нулю. - Короче, дома это ваще не надо.

 

Тык, бреду дальше ковыряться в памяти )

[noname )]

В этом году вряд ли успеем, хотя точно смогу сказать примерно через неделю.

 

Что будет точно сделано:

1. Три канала - синий, глубоко красный, белый.

2. Управление всеми тремя каналами. Какое именно - думаем.

3. Предустановленные спектры, разработанные с учетом потребности различных наземных растений в разный период вегетации. Вопрос сейчас исследуем.

 

Что пока под вопросом:

1. Фиолетовая часть спектра.

2. Какая оптика - тоже непонятно, думаем.

3. Нужен ли функционал TrueSpectrum контроллера - тоже непонятно.

 

Краткий комментарий со стороны, прошу прощения, конечно, что влезаю:

для простых моделей фито-светильников все же нужно бы добавить красно-оранжевые диоды на 620 нм. С долей от суммарной мощности излучения светильника, наверное 10-15% - они несколько усилят излучение белых диодов в этой части спектра, а она важна на стадии формирования первых настоящих листьев. В принципе, белые диоды спасают от почти всех дефицитов, но увеличение мощности этой зоны будет весьма полезным. (темно-красные диоды из полосы в 660 нм, которая почти не охватывается белыми диодами, конечно, идут по умолчанию, как у вас и указано).

При разработке предустановленных спектров хорошо было бы сделать "фазу проростка", в которой среди прочего как раз и будут активированы диоды на 620 нм.

В эту же зону "детского излучения" входят диоды "янтарь" и длинная часть излучения широкополосных "лаймов" - ну, т.е. все, которые задействуют желто-оранженвый и чисто оранжевый спектры, хотя значимость их, видимо, несколько ниже, чем у 620-х и, наверное, хорошо компенсирована в свечении диодов warm white (не помню спектр).

 

Фиолетовая часть спектра для простого фито-светильника, может и не нужна, если он вам по каким-то причинам так неприятен...

Но вот что было бы действительно полезно - это диод голубовато-бирюзового тона, который компенсирует провал спектральной кривой белых диодов. Как раз на эту зону приходится пик поглощения желтыми пигментами каротиноидной группы и, возможно, некоторыми другими.

Ох. До этого далеко еще. Водорослевые прожекторы продадим, а там видно будет
 
Я пока не уверен что надо ставить в такие прожекторы фиолетовые диоды... Вы полагаете что это на самом деле так необходимо?

 

Ух-хух... отдельный больш(н)ой вопрос... Попытаюсь свою мыслю объяснить.

В общем, на мой взгляд, все зависит от того, какой параметр светильника и полученного под ним результата важен. Если первостепенна дешивизна поточного производства и экономическая эффективность эксплуатации светильника (удельная энергоемкость=стоимость единицы прироста биомассы фотосинтетика, безотносительно к тому, что в этой биомассе содержится) - то нет, фиолетовый диод не нужен. При наличии холодных белых.

Дальше - мои личные причуды, в другом сообщении, если позволите.

[noname )]

Если "чудить", то вот такие соображения: Совокупная кривая поглощения коротковолнового физиологически активного излучения "ФАР1" (именно физиологически, а не фотосинтетически) от 290 до 500 нм представляет собой почти прямую линию высокой интенсивности с хорошо известным пиком в области 445 нм. Интенсивность поглощения мало меняется от 440 до 320 нм, если правильно помню, затем идет падение в более короткую сторону, но в узкой полосе спектра 290-300 нм оно опять возрастает. Последняя зона играет мощнейшую роль в регуляторных процессах, но это отдельная тема, т. к. все равно доступных таких диодов нет. Уже сам рисунок кривой говорит в пользу значимости всех видов коротковолнового ФАР1, но реальное значение его в жизни фотосинтетика гораздо сложнее, чем у зоны пикового фотосинтеза 610-670 нм. Связано это с тем, что коротковолновое излучение поглощается сложнейшей оптической системой из множества пигментов. В частности, желтые пигменты поглощают только его, зона оранжевых и красных лучей лежит за пределами их фотохимизма, и там действует только хролофилл.

Последний отвечает за собственно фотосинтез и там все просто: СО2 + вода + красные кванты => и получим кучу углеводов и кислорода. Построим из них новые хлоропласты, накачаем в клетки побольше водички, и запустим цикл по новой. Расти будем быстро-быстро. Листья будут большие-пребольшие, сочные-пресочные, зеленые-презеленые... водянистые-преводянистые... ) А если мы еще и любим короткий день - то тогда мы и зацветем до того, как первый лист сформируем. И умрем от старости через неделю ))))

 

В коротковолновой зоне, в которой энергетически равноправную - по совокупности участвующих веществ и их реакций - играют фиолетовые лучи, фотосинтез идет, но он малоэффективен. Его интенсивность за счет квантов синего света примерно в два раза более энергоемкая, чем в красно-оранжевой зоне, соответственно, для получения того же прироста биомассы, что и под красными лучами, синий светильник должен потратить в два раза больше электоэнергии.

 

Однако, именно в синей зоне с пиком в 445 нм происходит максимум синтеза самого хлорофилла, который потом реагирует с красными лучами, и одновременно с этим - баммм - под сине-фиолетовыми, фиолетовыми и УФ А-лучами происходит самый активный синтез белков, фитогормонов и витаминов. Причем если витаминное насыщение растения интенсивнее всего стимулируется ультрафиолетовой частью спектра, то белковое, если правильно понмю - и фиолетовой тоже.

Еще один момент - регулятивная функция в жизненном цикле растения приходится на синие, фиолетовые и УФ лучи. Грубо говоря, что за чем должно расти, какую форму принимать и когда умирать - зависит от коротковолновой части спектра. Фиолетовые и особенно УФ кванты реагируют уже не только с пигментами хлоропластов, но и с веществом клеточных стенок, органелл, определяют фототропику (поворот листьев к солнцу и от него) и внутриклеточное распределение самих хлоропластов. Так что значимость велика.

В принципе, синими лучами обойтись можно, никто не спорит. Они безусловно тоже регулируют. Но это как бы... на голодном пайке. Причем тот, кто потом будет есть это растение - он тоже будет на таком пайке.

 

Ну, и опять же, мои загоны - отельный диод фиолетового спектра позволяет гибче регулировать светвую картину. Все эти рассветно-закатные краски и другую красоту. Естественно, для этого в светильнике должен быть замечательный контроллер TrueSpectrum.

Если все это покажется несущественным, и фитосветильник будет адаптирован для более дешевого и быстрого варианта в производстве и в потреблении электроэнергии - ну, тогда значит я буду заказывать опять индивидуйскую вещь у вас - копию рифово Веги, только с измененным составом диодов.

[DNK]

noname ) вы подняли интереснейший пласт вопросов относительно применения коротковолнового излучения для наземных фотосинтетиков. К сожалению, я далек от любителей наземных растений. Но именно они - потенциальные клиенты для таких светильников. Как вы думаете, хорошо ли они осведомлены обо всем, что вы пишете? Сдается мне что не очень. Я вам больше скажу - моряки не все в курсе какой свет нужен для моря, хотя статей на эту тему написано немало. Вот именно в этом я вижу главную проблему продвижения на рынок широкоспектральных фитосветильников. Они будут дороги. Народ не будет их покупать. 

 

Думаю что помочь в разрешении этой проблемы могла бы статья, пусть и не академическая, но по крайней мере скомпилированная из надежных источников, в которой бы пояснялась со ссылками на научные исследования необходимость именно такого - полноспектрального и управляемого света для наземных фотосинтетиков. Готовы ли вы её написать?

 

В принципе можно было бы сделать два типа светильников - один примерно как водорослевый прожектор, а второй - полноспектральный, с контроллером. Примерные прикидки показывают что при одинаковом максимальном количестве излучения второй прожектор стоил бы почти в два раза дороже. Да, серьезные преимущества, о которых вы пишете, могли бы быть востребованы. Но - насколько широко? Не имею понятия

[noname )]

... помочь в разрешении этой проблемы могла бы статья, пусть и не академическая, но по крайней мере скомпилированная из надежных источников, в которой бы пояснялась со ссылками на научные исследования необходимость именно такого - полноспектрального и управляемого света для наземных фотосинтетиков. Готовы ли вы её написать?

 

Спасибо за ответ и оценку, Дмитрий. Пока нет, не готов. Самому еще многое читать нужно, рано писать пока.

 

В принципе можно было бы сделать два типа светильников - один примерно как водорослевый прожектор, а второй - полноспектральный, с контроллером. Примерные прикидки показывают что при одинаковом максимальном количестве излучения второй прожектор стоил бы почти в два раза дороже. Да, серьезные преимущества, о которых вы пишете, могли бы быть востребованы. Но - насколько широко?

 

я в любом случае "застолбляю" за собой хотя бы пару штук полноспектральных фито-прожекторов с контроллером TrueSpectrum. ) Если  понравится работа - можно больше. Для меня преимущество будет еще и в том, что они получаются универсальными 4 в одном - обеспечат не только экономически выгодное освещение наземных растений в визуально отвратительном режиме "фито-спектр", но и красивое декоративное освещение (при этом здоровое для растений тоже) - при переключении на имитацию солнца; и подсветку пресноводных аквариумов, и еще и совмещенное освещение аквариум/соседние вазоны с тенелюбивыми комнатными цветами (прожектор на подвесе, высоко - захватит и то, и это. Для папоротников и ароидных растений, которые лучше всего смотрятся рядом с водными объемами - идеал). Как раз все то, что мне надо. Полноспектральный вариант можно ведь делать малыми партиями или под заказ. Они полностью аналогичны Веге-100 с более узкой оптикой, только набор диодов другой.

[DNK]

Спасибо за оптимизм

Уверен, надо будет еще вернуться к этой теме...

[noname )]

Дык тут дело не в оптимизме... они мне нужны...

Вариантов-то много можно найти, можно заказать, в том числе. Но уж больно у вашей Веги форма и пропорции красивые. Скажу честно - у меня аж рука застыла, когда фото увидел. Названия космических объектов хороши в вашей серии - прожектор вызывает прямые ассоциации с летящей кометой.

А когда фильм посмотрел с возможностями регулирования по спектру и выставлением актуальной мощности света и почитал про пассивный конструктив и оптику (!!!!!!) - так и просто поперхнулся. ) Будет продуманный годовой цикл - тогда вообще получится безаналоговая вещь.

Поэтому я и тут. )

[DNK]

Конечно, мне весьма лестно что вы так высоко оцениваете работу компании, которую я представляю. Спасибо за добрые слова.

 

Но, должен признаться, что пока нет четкого представления что должен из себя представлять продвинутый прожектор для наземных фотосинтетиков. Вы озадачили меня необходимостью фиолетового и даже ультрафиолетового спектра. Как-то по умолчанию полагал что для наземных фотосинтетиков эта часть спектра не является критически важной - вон сколько длинноволновой части - ешь не хочу

[noname )]

Просто биосистемы на много-много порядков сложнее, чем мы обычно себе представляем, такое у меня сейчас начинает формироваться дилетантское ощущение...

 

Соответственно, и реакции их на среду и способы и нюансировки подстройки к ней тоже многократно сложнее. Буквально полчаса назад прочел, что с ростом интенсивности светового потока по мере восхождения Солнца над горизонтом удельный вес PUR даже при фотосинтезе - не говоря про затронутые выше вопросы биорегуляции развития - смещается из действительно массивно представленной в нем "в норме" красной части спектра в сторону зеленых и голубых лучей. И это при том, что поток красных лучей вовсе не ослабевает, просто их начинает "засвечивать" голубато-белое сияние высокого солнца. В результате удельный вес фотореакций смещается в короткую часть спектра.

И ведь даже закономерность можно прикидночно набросать: растение начинает "жировать", поглощая "на халяву" более "сладкие" высокоэнергетические кванты коротких лучей, когда число их начинает приближаться к числу всегда многочисленных, но холодных квантов красного света.

Насколько я понял основу процесса, на авансцену в это время выходит тяжелая артилерия каротиноидов, но и хлорофилл переходит на режим усвоения синего спектра. И благодаря избыточной энергетике зелено-синих квантов в ходе фотосинтеза на хлорофиллах генерируется масса тепла, обогревающего листья и "разгоняющего процессор"  синтеза собственных тканей - растение начинает расти, как на турбонаддуве... Повышающаяся температура зашкаливает и запускает систему динамического охлаждения, прогоняющую воду из почвы в воздух и развивающую давление до шести атмосфер на сантиметр... ломается асфальт, трескается камень, раскалываются утесы - зелень захватывает жизненное пространство. А всего-то - планета чуть повернулась вокруг оси и уменьшился слой атмосферы между звездой и листом...

 

И наоборот. В тихие часы рассвета и в закатных сумерках, когда давно умер синий спектр, фотосинтез продолжается очень долго все равно - за счет слабого потока легких красных фотонов, способных активировать хлорофиллы даже в самой низкой концентрации.

Сложно все очень... и это восхищает.

[DNK]

Красиво пишете правда! Ведь на самом деле все так и есть. Вы только немного приукрасили

[Abelavin]

Поэтом можешь ты не быть, но вот ученым быть обязан...! А тут и то и другое в гармонии ... фотосинтеза.