Світлокультура рослин — історія виникнення і становлення (реферат)

Реферат на тему:

Світлокультура рослин — історія виникнення і становлення Рослинництво — один із найперших видів діяльності людини, направлений на збереження її життя. Ще з давніх давен людина займалася вирощуванням рослин для їжі. Процес зростання рослин неможливий без сонячної енергії - важливої складової процесу фотосинтезу, результатом якого є накопичення маси рослин.

Для підвищення продуктивності рослин, тобто подовження сонячного дня з метою інтенсифікації фотосинтезу, люди почали використовувати штучні джерела випромінювання.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. З виникненням і розвитком електротехніки вчені різних країн світу робили внесок у справу використання штучних джерел випромінювання у рослинництві. Дослідженням розвитку цього питання в середині ХХ століття займалися Калітін М.М., Леман В. М., Максимов М. А. та інші. Однак на сьогодні належного дослідження і висвітлення історія світлокультури рослин як окремого напряму галузі сільськогосподарської науки ще не отримала.

Завданням цієї роботи передбачається розгляд історії розвитку світлокультури рослин, обґрунтування його періодизації.

Виклад основного матеріалу. У рослинах відбуваються різні невидимі для нас хімічні процеси. Найважливішим із них, звичайно, є фотосинтез. Це процес перетворення рослиною отриманих нею з повітря води та вуглекислого газу у вуглецеві з'єднання та виділення при цьому кисню. Без фотосинтезу неможливим був би ріст рослин. Але, окрім вуглецю, і води для фотосинтезу рослині необхідна енергія, тобто сонячне світло [1].

Низький рівень природної освітленості в теплицях і короткий зимовий день не задовольняє потреби рослин в променистій енергії. Для того, щоб виростити повноцінні рослини взимку або хорошу розсаду ранньою весною, необхідно до природного світла добавляти штучне [2].

Історію штучних джерел освітлення в рослинництві можна розділити на два періоди. Перший період тривав з 1865 року до середини 60-х років ХХ століття. Особливість цього періоду — відносно малі знання потреби рослин у випромінюванні (його спектрального складу, величині опромінення і тривалості опромінення протягом дня) і звідси в значній мірі емпіричний підхід до вирішення питань, пов’язаних із штучним опроміненням. Тому розвиток і прогрес світлокультури рослин визначалися в основному розвитком фізики і прогресом у світлотехнічній промисловості.

Перший період створення і розвиток світлокультури рослин, в свою чергу, можна розділити на три етапи в залежності від застосованих джерел штучного опромінення.

На першому етапі (1865−1922рр.) джерелами штучного опромінення були гасові лампи, газові горілки, вугільні дуги і невеликі лампи розжарювання. Такі недосконалі джерела штучного опромінення дозволяли вивчати тільки окремі фізіологічні процеси рослин в лабораторних умовах і вирощувати рослини в невеликих експериментальних установках.

На другому етапі (1922;1940), коли для опромінення рослин почали використовувати потужні лампи розжарювання і деякі типи невеликих газорозрядних ламп (ртутних, неонових, натрієвих), світлокультура рослин вийшла за межі дослідницьких закладів і стала застосовуватися, хоча і обмежено, у виробничих теплицях.

Третій етап почався у 1940 році із застосування газорозрядних ламп. Ці лампи дозволяли вирощувати рослини у будь-яку пору року не тільки в лабораторіях, але і в тепличних господарствах.

За останні роки знання з світлофізіології рослин значно розширилися, і біологи вже мають достатньо даних, щоб складати технічні завдання на виготовлення спеціальних видів ламп для опромінення рослин, так званих фотоламп, визначено режими опромінювання. Відбувається поступовий перехід від використання ламп, створених світлотехніками для різних цілей, до ламп і опромінювачів із специфічними оптичними і технічними параметрами, що відповідають вимогам рослин. Таким чином, у розвитку світлокультури рослин із середини 60-х років ХХ ст. розпочався новий період, характерна особливість якого — більш детальні знання потреб рослин у променистій енергії і тісний зв’язок фізіології та агрономії з фізикою і світлотехнікою.

Перші систематичні досліди з вивчення дії штучного випромінювання на рослини були проведені у 1865 році російськими ботаніками А.С. Фамінциним і І.П. Бородіним [3]. Джерелом випромінювання їм слугували гасові лампи, змонтовані в спеціальний прилад, що мав рефлектор і лампу. Незважаючи на низьку опроміненість від джерела, вони вивчили ряд фізіологічних процесів, що відбуваються в рослинах під дією опромінення (утворення крохмалю, ріст ростків і виділення вуглецевої кислоти листками вищих рослин тощо). Вперше було показано, що для рослин відсутня принципова різниця між штучним і природним опроміненням від Сонця.

У розвиток цієї ідеї німецький інженер Вернер Сіменс у 1881−1882 роках провів ряд успішних дослідів з вирощування взимку гороху, малини, суниці і винограду [4]. Всі ці культури росли в теплиці, де вдень було природне освітлення, а вночі тільки випромінювання двох дугових ліхтарів від електричного живлення. Короткохвильове ультрафіолетове випромінювання дуги усувалося екраном із скла. За розмірами, смаком і ароматом плоди цих культур переважали ті, що були отримані у теплиці без додаткового опромінення.

Дещо пізніше (1895 р.) електрична дуга була з успіхом використана відомим французьким ботаніком Густавом Бонн'є. Він пророщував насіння, кореневища та клубні трав’янистих рослин, а також культивував горшкові екземпляри різних порід дерев. Частина рослин опромінювалася цілодобово, а інші тільки протягом 12 годин (з 6 годин ранку до 6 години вечора). Спостерігаючи будову органів і тканин у різних рослин, Бонн'є вперше встановив явище «зеленої етіоляції», тобто спрощений розвиток органів тканин, який характеризує рослини, вирощувані в темноті.

У кінці Х1Х століття при лабораторних дослідженнях фотосинтезу у багатьох випадках застосовувалися газові пальники. Пізніше деякі дослідники знову поверталися до думки про використання джерел відкритого вогню, маючи на увазі, що одночасно з оптичною енергією, необхідною для фотосинтезу, рослини будуть забезпечуватися додатковою вуглекислотою [5]. Однак практично це виконати дуже складно, у зв’язку з тим що, труднощів, які виникають при створені випромінювання високої інтенсивності і необхідного спектрального аналізу, потрібно вирішувати ще проблему очистки повітря від шкідливих домішок, що утворюються при згоранні газу, викликають порушення фізіологічних процесів і ненормальне розростання окремих органів.

На початку 20-х років минулого століття Р. Гарвей, О. Мунератті та М. А. Максимов [6] вперше виростили в штучній камері, без доступу природного освітлення рослини «від насіння до насіння». Джерелом випромінювання були вольфрамові лампи розжарювання. При цілодобовому опромінюванні було отримано зріле насіння пшениці, вівса, льону та гречки. Більш світлолюбні культури — гарбуз, томати та картопля — розвивалися лише до цвітіння.

Глибокі багаторічні досліди, розпочаті у Всесоюзному інституті рослинництва в 30-ті роки ХХ століття, стали основою широкого застосування штучного опромінення як при теоретичних дослідженнях без штучного світла, так і в сільськогосподарській практиці.

Пропозиції М. А. Максимова (1933, 1934 рр.) застосовувати штучне опромінення на контрольно-насіневих станціях для прискорення вирощування сільськогосподарських культур широко використовувалися в практиці [7]. Крім того, цим ученим було докладено багато зусиль для розвитку світлокультури деревинних культур і організації станції штучного клімату, де рослини вирощують без природного випромінювання при визначених, раніше намічених параметрах опромінення. Незабаром після класичних дослідів М. А. Максимова під керівництвом М.А. Артем'єва і при участі Є.Д. Королькова, М.С. Калініна і М.І. Гаврилова в Тімірязівській сільськогосподарській академії (ТСГА) були виконані дослідження з вирощування рослин при штучному опромінюванні. Рослини вирощували у спеціальних камерах, названих авторами люміностатами. Джерелом випромінювання слугували 500-ватні лампи розжарювання. Температуру повітря регулювали за допомогою автомобільних радіаторів, через які протікала холодна вода. Люміностати, де вирощували від насіння до плодоносіння огірки, овес і багато інших сільськогосподарських рослин, можна вважати безпосередніми попередниками сучасних лабораторій штучного клімату.

Трохи пізніше штучне випромінювання почали застосовувати і в теплицях. Так, на Овочевій дослідній станції ТСГА додаткове опромінювання рослин лампами розжарювання дозволило вивчити фотоперіодичну реакцію у салату, редису і шпинату, фотосинтез у кольорової капусти, а також прискорити вирощування ранньої розсади огірків і томатів. Урожай томатів і огірків при додатковому опромінюванні рослин в осінньо-зимові місяці значно підвищувався.

У 1929 році рослин була випущена велика монографія про світлокультуру шведського дослідника С. Одена [8]. У цій роботі були порівняні дані про природне випромінювання, штучні джерела світла і методи вимірювання їхнього випромінювання для біологічних цілей. Застосовуючи різні лампи і змінюючи величину напруги, Один зробив спробу вивчити вплив спектрального складу випромінювання на біохімічний склад рослин. При цьому він виміряв інтегральну опроміненість за допомогою піранометра і визначив її в енергетичних одиницях. І сьогодні фізіологи рослин вимірюють променисту енергію в абсолютних одиницях з урахуванням спектрального складу випромінювання.

З 1932 року під керівництвом М. А. Максимова почалися досліди В. П. Мальчевського зі світлокультури у Фізико-агрономічному інституті ВАСГНІЛ в Ленінграді [9]. Користуючись виключно штучним опромінюванням (лампи розжарювання і неонові), він вивчив можливості вирощування 165 сортів різних сільськогосподарських культур. Більшість із них скоротили вегетаційний період на 25−50%, зберігши або навіть підвищивши врожайність. В. П. Мальчевський запропонував методику «світлових» ударів, тобто періодичного короткочасового опромінювання рослин потужним світловим потоком (до 20 клк). Однак, незважаючи на позитивні результати перших дослідів, цей прийом не отримав розповсюдження.

Вплив додаткового опромінювання на квіткові культури вивчав М. П. Красинський (1937р.). Використовуючи лампи розжарювання і штучно підвищуючи склад вуглекислоти в повітрі, він знайшов нові шляхи вдосконалення технології вирощування квітів узимку. Багато промислових квіткових культур в його дослідах розквітали на 3−4 місяці раніше. Скоротилися терміни вигонки квітів, що дозволило в декілька раз збільшити пропускну здатність оранжерей. Різко підвищилась якість продукції.

У післявоєнний період завдяки зусиллям С.І. Вавілова і М. А. Максимова досліди з газорозрядними люмінесцентними лампами були поставлені А.Ф. Клєшніним в Інституті фізіології рослин АН СРСР [10]. Його подальші експерименти і теоретичні дослідження дали великий матеріал для фізіологічних основ світлокультури рослин. У монографії «Рослина і світло» (1954р.) А.Ф. Клєшнін розглянув і згрупував літературу з різних питань світлокультури, а також навів результати власних досліджень. У цій роботі наведена фізіологічна характеристика різних джерел випромінювання, запропоновані методи вимірювання температури листків.

З організацією в ТСГА в кінці 1950 р. лабораторії штучного клімату під керівництвом І.І. Гунара розпочалися планомірні дослідження зі створення оптимальних умов штучного опромінювання рослин в теплицях [11]. Основним об'єктом вивчення стали овочеві культури — томати, огірки, салат, редис та ін. Було вивчено вплив більшості сучасних ламп і рекомендовані нові джерела випромінювання як з дослідницькою метою, так і для виробничих теплиць. При цьому були досліджені анатомічні, морфологічні, фенологічні і фізіологічні показники рослин як одноразово, так і в динаміці. Особливу увагу було звернено на фотосинтез, дихання, накопичення пігментів і поглинання штучного випромінювання листками різних культур в процесі онтогенезу.

У подальшому рентабельність цього нового агротехнічного прийому підтвердилася низкою досліджень. Використовуючи різні джерела і прийоми штучного опромінювання, було створено нову агротехніку і нову технологію вирощування овочевих культур в закритому ґрунті, а також внесено великий вклад не тільки в практику, але і в теорію світлокультури рослин.

Штучне опромінювання рослин отримало широке застосування при теоретичних дослідженнях з різних розділів фізіології рослин, що дозволило розпочати розробку теорії світлокультури.

Говорячи про можливості світлокультури, необхідно підкреслити, що штучне опромінювання рослин не може бути замінене яким-небудь іншим прийомом або способом вирощування, оскільки нормальне вуглецеве живлення і формування рослин під дією оптичного випромінювання — одна із основ їхнього існування і отримання врожаю. У той же час світлокультура може підвищити ефективність інших агротехнічних прийомів, наприклад гідропоніки, яка створює кращі умови кореневого живлення. Поєднання світлокультури і гідропоніки дозволило створити нову, індустріальну технологію вирощування овочів із застосуванням автоматики і практично без повсякчасної участі людини [2].

Висновки. Підводячи підсумки короткого історичного огляду проблеми штучного опромінювання рослин, можна зробити висновок, що серед біологічних і сільськогосподарських наук світлокультура рослин займала і займає міцні позиції і як теоретична дисципліна, і як прогресивний агротехнічний прийом, який сприяє інтенсифікації сільського господарства і підвищує рівень життя населення.

Список літератури:

1. 1.Воскресенская Н. П. Фотосинтез и спектральный состав света. — М.: Высш. шк., 1965. — 232 с.

2. 2.Жилинский Ю. М., Свентицкий И. И. Электрическое освещение и облучение в сельскохозяйственном производстве. — М.: Высш. шк., 1968. — 186 с.

3. 3.Леман В. М. Культура растений при электрическом свете. — М.: Высш. шк., 1971. — 246 с.

4. 4.Ван дер Вин Ф., Мейер Г. Свет и рост растений. — М.: Наука, 1962. — 178 с.

5. 5.Мошков Б. С. Выращивание растений при искусственном освещении. — М.: Высш. шк., 1966. — 246 с.

6. 6.Ничипорович А. А. Световое и углеродное питание растений (фотосинтез). — М.: Наука, 1955. — 284 с.

7. 7.Клешнин А. Ф. Растение и свет. — М.: Изд-во АН СССР, 1954. — 194 с.

8. 8.Хит О. Фотосинтез. — М.: Высш. шк., 1972. — 238 с.

9. 9.Дубров А. П. Действие УФ радиации на растения. — М.: Изд-во АН СССР, 1963. — 172 с.

10. 10.Марков В. М. Овощеводство. — М.: Высш. шк., 1974. — 256 с.

11. 11.Максимов Н. А. Краткий курс физиологии растений. — М.: Высш. шк., 1958. — 278 с. Зміст Видання.

12. 12.© Червінський Леонід Степанович, 2006.

13. 13.© Сторожук Людмила Олександрівна, 2006.