چه هستنداثرات LEDهای فرابنفش (UV) و دور{0}}قرمز (Far-قرمز) روی متابولیت های ثانویه (مانند آنتی اکسیدان ها) گیاهان هیدروپونیک؟
الایدیهای فرابنفش (UV) و دور{0}قرمز بهعنوان ابزارهای قدرتمندی برای دستکاری تولید متابولیتهای ثانویه در گیاهان هیدروپونیک ظاهر شدهاند و به تولیدکنندگان کنترل دقیقی بر ترکیباتی مانند آنتیاکسیدانها، فنولیکها و فلاونوئیدها ارائه میدهند. این متابولیتها نه تنها انعطافپذیری گیاه را افزایش میدهند، بلکه ارزش غذایی را نیز افزایش میدهند و القای هدفمند آنها را به تمرکز کلیدی در کشاورزی{2}}محیطزیست کنترلشده تبدیل میکنند.
LED های UV، شامل طول موج های UV-A (315-400 نانومتر) و UV{3}}B (280-315 نانومتر)، به عنوان عوامل استرس زای غیر زنده عمل می کند که مکانیسم های دفاعی گیاهان را تحریک می کند. قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش{1}B، به ویژه، مسیر فنیل پروپانوئید را تحریک می کند، یک مسیر اصلی بیوسنتزی برای آنتی اکسیدان هایی مانند آنتوسیانین ها و رسوراترول. مطالعات نشان میدهد که دوزهای متوسط UV{3}}B (معمولاً 1-5٪ از شدت نور کل) میتواند محتوای فنلی را 20-50٪ در سبزیجات برگدار مانند کاهو و اسفناج افزایش دهد. این پاسخ تطبیقی است: گیاهان این ترکیبات را برای جذب اشعه ماوراء بنفش تولید می کنند و از DNA و ماشین آلات فتوسنتزی در برابر آسیب محافظت می کنند. اشعه ماوراء بنفش{10}}در حالی که تأثیراتش کمتر است، تجمع فلاونوئیدها را تا 30 درصد در گیاهانی مانند ریحان افزایش میدهد{13}}با تنظیم مجدد ژنهای دخیل در بیوسنتز فلاونوئید، مانند کالکون سنتاز. با این حال، قرار گرفتن در معرض بیش از حد اشعه ماوراء بنفش میتواند مضر باشد و باعث استرس اکسیداتیو و توقف رشد شود، بنابراین مدت و شدت آن باید به دقت کالیبره شود، که اغلب در سیستمهای هیدروپونیک به ۲ تا ۴ ساعت در روز محدود میشود.
LEDهای دور{0}قرمز (700–800 نانومتر)بر متابولیت های ثانویه از طریق نقش آنها در فتومورفوژنز گیاه تأثیر می گذاردبا واسطه فیتوکرومهای-به نور-پروتئینهای حساس که بیان ژن را تنظیم میکنند. برخلاف اشعه ماوراء بنفش، نور قرمز دور عمدتاً معماری گیاه و تخصیص منابع را تعدیل می کند و به طور غیرمستقیم بر تولید متابولیت تأثیر می گذارد. در محصولاتی مانند گوجه فرنگی و فلفل، قرار گرفتن در معرض قرمز بسیار غلظت آنتی اکسیدان هایی مانند لیکوپن و ویتامین C را 15 تا 25 درصد افزایش می دهد. این به افزایش انتقال فتوسنتات به میوه ها نسبت داده می شود، جایی که این ترکیبات سنتز می شوند. نور قرمز دور همچنین سنتز متابولیتهای مرتبط با استرس، از جمله کاروتنوئیدها، را با تغییر ادراک گیاه از کیفیت نور، که حتی در شرایط بدون استرس، باعث واکنشهای محافظتی میشود، افزایش میدهد.
کاربرد ترکیبی UV و LEDهای دور{0}}قرمزمی تواند اثرات هم افزایی داشته باشد. به عنوان مثال، در سبزیجات برگدار مانند کلم پیچ، قرار گرفتن متوالی در معرض اشعه ماوراء بنفش-B (صبح) و{2}}قرمز دور (شب) در مقایسه با تیمارهای تک طیفی تا 60 درصد محتوای فنلی کل را افزایش میدهد. استرس ناشی از اشعه ماوراء بنفش{6} مسیر فنیل پروپانوئید را آغاز می کند، در حالی که قرمز بسیار{7}}تخصیص کربن به سنتز متابولیت را افزایش می دهد و تولید را تقویت می کند. با این حال، این تعامل مربوط به گونهها است: برخی از گیاهان، مانند نعناع، سطوح فلاونوئیدی کاهش یافته را تحت ترکیبی از اشعه ماوراء بنفش و قرمز بسیار{10}} نشان میدهند که نیاز به پروتکلهای متناسب با گونهها را برجسته میکند.
پرورش دهندگان باید بین القاء و سلامت گیاه تعادل ایجاد کنند. دوزهای UV-بیش از 5 درصد نور کل میتواند باعث تخریب کلروفیل و کاهش زیست توده شود و افزایش متابولیت را جبران کند. به طور مشابه، قرار گرفتن در معرض قرمز طولانی مدت{4} ممکن است منجر به ازدیاد طول ساقه شود و عملکرد را کاهش دهد. استراتژیهای بهینه شامل کاربرد پالس اشعه ماوراء بنفش (1 تا 2 ساعت در روز) و مکملهای قرمز دور در مرحله رشد نهایی است که القای متابولیت را بدون به خطر انداختن بنیه گیاه تضمین میکند.
به طور خلاصه، الایدیهای UV مستقیماً باعث ایجاد استرس-متابولیتهای ثانویه پاسخدهنده میشوند، در حالی که الایدیهای قرمز دور{1} تولید را از طریق اثرات معماری و تخصیص{2}}منابع افزایش میدهند. استفاده استراتژیک آنها در سیستم های هیدروپونیک می تواند به طور قابل توجهی کیفیت تغذیه محصولات را بهبود بخشد و مسیری پایدار برای محصولات غنی از-پر ارزش و آنتی اکسیدانی{5}} ارائه دهد.
