Analiza procesu fotosyntezy przy odpowiednim oświetleniu LED

Koniecznym czynnikiem wzrostu roślin jest światło. Wpływa ono nie tylko na przebieg fotosyntezy, lecz również na szereg innych procesów fizjologicznych takich jak kiełkowanie, wzrost, ruchy oraz kwitnienie roślin. Energia świetlna jest głównym czynnikiem, dzięki któremu zachodzi proces fotosyntezy, w którym wytwarzane są związki organiczne. Niedobory promieniowania słonecznego w okresie wegetacji roślin mogą wpływać na obniżenie plonów roślin. Jest to wynikiem selektywnego pochłaniania światła przez chlorofil. W produkcji szklarniowej stosowane są coraz nowsze formy oświetlenia z uwagi na rośliny dla których najważniejszym jest osiągnięcie punku kompensacyjnego, w którym to równoważą one procesy pobierania i wydalania dwutlenku węgla. Dopasowanie światła pozwoliło na zapewnienie jak najlepszych warunków rozwojowych roślin. Diody elektroluminescencyjne w porównaniu do tradycyjnych form oświetlenia wyróżniają się wieloma zaletami takimi jak: niewielkie rozmiary, długa żywotność, brak emisji promieniowania długofalowego a także możliwość wyboru określonych długości fal i kompozycji dowolnego spektrum. Sprawia to, że budzą wielkie nadzieje na wzrost efektywności upraw wymagających naświetlania lub doświetlania. Stosowane aktualnie systemy oświetleniowe w uprawach ogrodniczych oparte na żarówkach metalohalogenkowych oraz sodowych wysokociśnieniowych, charakteryzują się szerokim widmem spektralnym. Obejmuje ono promieniowanie ultrafioletowe UV, fotosyntetyczne czynne a także bliską podczerwień – NIR. Szerokie spektrum zapewnia zarówno efekt fotosyntetyczny czyli zapewnienie stałego procesu fotosyntezy, jak również pozwala roślinom odbierać sygnały świetlne, a więc wpływać na ich fotomorfogenezę. Jednak brak regulacji poszczególnych zakresów widmowych uniemożliwia dopasowanie oświetlenia tradycyjnego do wymagań konkretnych gatunków roślin. Budowa lamp z zastosowaniem diod LED, umożliwia dokonywanie wyboru wąskich zakresów widmowych, które są wydajne fotosyntetycznie lub fotomorfogenetycznie jednocześnie unikając zakresów potencjalnie niekorzystnych. Najczęściej widma lamp wykorzystujących diody LED, próbują naśladować widma absorpcji chlorofili i emitują światło czerwone wraz z niebieskim, w różnych proporcjach, najczęściej od 10:1 do 3:1. Rzadziej są stosowane diody koloru zielonego, uważanego przez wiele lat za mało efektywne fotosyntetycznie. Dodatek diod emitujących daleką czerwień ok. 725 oraz UV ma znaczenie jedynie fotomorfogenetyczne co oznacza, że światło reguluje procesy zachodzące w roślinach podczas całego życia. Chlorofil liści zielonych wykazuje najwyższą absorpcję w zakresie widm fioletowo-niebieskim oraz czerwonym i minimalną w zielono-żółtym. Przeprowadzenie tej analizy było istotnym elementem podczas prowadzenia badań w kierunku innowacji. Przeprowadzenie badań pozwoliło na doprecyzowanie długości widm i intensywności światła przy którym proces fotosyntezy jest najefektywniejszy. W ten sposób możliwe było dopasowanie odpowiedniego naświetlenia do uprawy.  

Analiza procesu fotosyntezy opierała się na obliczeniu zawartości chlorofilu a i b poprzez badania laboratoryjne oraz odczyty przenośnym urządzeniem z możliwością analizy widma. Pobieranie prób przeprowadzone było w formie trzech kampanii pomiarowych na losowo wytypowanych liściach truskawki i sałaty: pierwszego dnia wstawienia rozsad, 15 dnia po wstawieniu, oraz 30 dnia lub w momencie zakończenia cyklu w momencie zbioru plonów, w przypadku rukoli terminy pobrań prób przypadają na pierwszy dzień wstawienia rozsad 7 dzień od wstawienia rozsad, oraz 14 dzień będący zakończeniem cyklu uprawy w momencie zbioru plonów. W analizie udział brało 5 grup badawczych, z których 4 były doświetlane różnymi widmami światła LED oraz jedną grupą kontrolną, uprawianą wyłącznie w świetle naturalnym (lub stosowanym standardowo w uprawach zamkniętych). Obiektem badań były również sadzonki wytypowanych do projektu roślin. Decyzja ta była argumentowana napotykaniem niskiej jakości rozsad na rynku, która spowodowana jest najczęściej niedostateczną ilością światła. Ma ono wpływ na prawidłowy rozwój roślin szczególnie ich wzrost rozkrzeiwienie oraz inicjację pąków. Dlatego też prowadzone w projekcie badania obejmą sadzonki w celu dostarczenia rolnikom wysokiej jakości rozsad. Przed dostarczeniem materiału badanego do laboratorium przeprowadzona została analiza indeksów zdrowia roślin VIS-NIR spektrum o zakresie fal 400 – 1000 nm. Badanie polegało na przyłożeniu urządzenia do liścia rośliny, dzięki zastosowaniu własnego źródła światła oraz bezpośredniemu połączeniu z bankiem energii, którym jest telefon komórkowy wyniki pomiarów zapisują się w wybranym przez nas miejscu np. OneDrive, Google Drive czy sama aplikacja urządzenia, z której możemy importować dane w formie edytowalnej. Dzięki temu badaniu poznano indeksy chlorofilowe, żelaza oraz wody. Do przeprowadzenia dokładnych badań fotosyntezy i chlorofilów a i b próbki zostały przebadane laboratoryjnie. W tym celu liście (badane próbki) dostarczone do akredytowanego laboratorium.  

Badania te były niezbędne w procesie tworzenia innowacji, ze względu na korelację zależności pomiędzy odpowiednio dobranym widmem światła LED a prawidłowymi, efektywnymi procesami fotosyntezy w roślinach. Dzięki tym analizom uzyskano niepodważalne dane świadczące o konieczności regulacji widm LED na danej uprawie.