پالس های نور پس از دوره های تاریک تمدید می تواند به تولید محصولات کشاورزی در محیط زیست پایدار تر کمک کند. DutchScenery / Shutterstock.com

ورودی شبانه به فرودگاه اسپیپال آمستردام، شما را در معرض نور صورتی روشن از گلخانه های تولید سبزیجات قرار می دهد. محصولات زراعی تحت نور مصنوعی است به دست آوردن شتاب، به ویژه در مناطقی که قیمت های تولیدی در طول فصل های زمانی که نور خورشید کم است، می تواند بالا باشد.

هلند فقط یک کشور است که به سرعت در حال تصویب است کشاورزی کنترل شده، که در آن محصولات گلدار مخصوصی مانند گیاهان، سالاد فانتزی و گوجه فرنگی در گلخانه های سالم تولید می شوند. طرفداران پیشنهاد می کنند این ساختمان های کاملا محصور - یا کارخانه های گیاهی - می تواند راهی برای فریب دادن فضای شهری، کاهش میل مواد غذایی و تولید محصولات محلی برای شهروندان باشد.

یکی از مشکلات اصلی این فرآیند این است هزینه های هنگفتی برای تامین نور مصنوعی، معمولا از طریق ترکیبی از دیودهای قرمز و آبی نور. هزینه های انرژی گاهی اوقات بیش از 25٪ از هزینه عملیاتی است. کشاورزان، به ویژه در کشورهای در حال توسعه، رقابت زمانی که خورشید آزاد است؟ مصرف انرژی بیشتر نیز به انتشار بیشتر کربن تبدیل می شود، به جای کاهش اثرات کربنی که گیاهان زراعی قابل نگهداری می توانند فراهم کنند.

من داشتم بررسی تاثیر نور بر رشد و تکاملی گیاهان برای بیش از 30 سال. من به تازگی متوجه شدم که من تعجب می کنم: به جای رشد گیاهان در یک چرخه تکرار یک روز نور و یک شب تاریکی، اگر همان روز نور را به پالس ها تنها ساعت ها، دقیقه ها یا ثانیه ها تقسیم شود؟

گیاهان داخل سالن به مقدار زیاد نور مصنوعی نیاز دارند. josefkubes / Shutterstock.com

انفجار کوتاه و تاریک

بنابراین همکاران من و من یک آزمایش انجام داد. ما می توانیم مقدار عادی نور را به طور کامل اعمال کنیم، فقط آن را در عرض چندین بار تقسیم کنیم.

البته گیاهان به نور برای فتوسنتز بستگی دارند، فرایندی که در طبیعت از انرژی خورشید برای ترکیب دی اکسید کربن و آب به قندها استفاده می کند که متابولیسم گیاه را سوختند. نور همچنین از طریق سیگنال های مربوط به روز و شب، رشد و توسعه را هدایت می کند، و میمون بودن با آن جریان اطلاعات ممکن است نتایج فاجعه آمیز داشته باشد.

به این دلیل که شکستن چیزی خوب به بیت های کوچکتر گاهی اوقات مشکلات جدیدی ایجاد می کند. تصور کنید که چقدر خوشحال هستید که می خواهید یک لایحۀ US $ 100 دریافت کنید - اما نه با سکه های معادل 10,000 هیجان زده شده است. ما مشکوک به یک ساعت داخلی گیاهی آن را زمانی که مقادیر کوچکتر تقسیم شده، دریافت نمی کنیم.

و دقیقا همان چیزی است که ما هستیم آزمایشات ما نشان داد. کلم، روپیه یا چغندرقند در معرض چرخه ساعت 12 نور، 12 ساعت تاریکی به مدت چهار روز به طور طبیعی رشد کرد، تجمع رنگدانه و بزرگتر شدن. هنگامی که فرکانس نورهای تاریک را به 6 ساعت، 3 ساعت، 1 ساعت یا 30 دقیقه کاهش داد، گیاهان شورش می کردند. ما مقدار همان نور را تحویل دادیم، فقط در تکه های اندازه های مختلف اعمال شد، و نهال ها درمان را نفهمیدند.

همان مقدار نور که در فواصل کوتاهتر به کار رفته در طول روز باعث شد تا گیاهان بیشتر شبیه به تاریکی باشند. ما مشکوک به پالس های نور با یک است ساعت داخلی کارخانهو نهال ها هیچ وقت نمی دانستند چه روزی بود. ساقه ها بلندتر به نظر می رسید تا نور بیشتری پیدا کنند و فرایندهایی مانند تولید رنگدانه ها به حالت تعلیق درآید.

اما زمانی که ما نور را در انفجارهای بسیار، خیلی کوتاه تر اجرا کردیم، چیزی شگفت انگیزی اتفاق افتاد. گیاهانی که طی دوره های پنجم / دوبار رشد می کنند تقریبا مشابه با کسانی است که در دوره نور / تاریک طبیعی دیده می شوند. این تقریبا مانند ساعت داخلی است که نمی تواند درست شروع شود زمانی که طلوع آفتاب هر پنج ثانیه می رسد، به طوری که گیاهان به نظر نمی رسد روزی که چند ثانیه طول می کشد.

همانطور که ما برای انتشار آماده شد، پل کوسوما، همکار مقطع کارشناسی، متوجه شد که کشف ما خیلی جدید نیست. ما به زودی متوجه شدیم که در واقع چیزی را که قبلا برای 88 شناخته شده بود کشف کردیم. دانشمندان وزارت کشاورزی ایالات متحده این همان پدیده را در 1931 مشاهده کرد زمانی که گیاهان تحت پالس های نور از زمان های مختلف رشد کردند. کار آنها در گیاهان بالغ همان چیزی است که ما در نهال ها مشاهده کردیم با شباهت قابل توجه.

مطالعهی 1931 توسط گارنر و آلارد، رشد گلهای زرد Cosmos را تحت پالسهای نور از زمانهای مختلف دنبال کرد. J. Agri. Res 42: کتابخانه ملی کشاورزی، خدمات تحقیقاتی کشاورزی، وزارت کشاورزی ایالات متحده., CC BY-ND

نه تنها تمام اینها یک بازسازی یک ایده قدیمی بود، اما پالس های نور هیچ انرژی نداشتند. پنج ثانیه در روشن و خاموش از همان مقدار انرژی استفاده می کند به عنوان چراغ روشن برای ساعت 12؛ چراغ ها هنوز برای نیم روز است.

اما چه اتفاقی می افتد اگر ما دوره تاریک را گسترش دادیم؟ پنج ثانیه در شش ثانیه خاموش یا 10 ثانیه خاموش یا 20 ثانیه خاموش شاید 80 ثانیه خاموش است؟ آنها در 1931 سعی نکردند.

ساختمان در خرابی اضافی

به نظر می رسد که گیاهان یک خرابکاری کوچک را نادیده می گیرند. پس از اعمال نور به مدت پنج ثانیه برای فعال کردن فتوسنتز و فرآیندهای بیولوژیکی مانند تجمع رنگدانه، نور را برای 10 یا گاهی اوقات 20 ثانیه روشن کردیم. در طول این دوره های تیره طولانی، نهال ها به همان اندازه افزایش یافت که دوره های نور و تاریکی برابر بودند. اگر این را می توان در مقیاس یک مزرعه داخلی انجام داد، ممکن است به صرفه جویی قابل توجه انرژی، حداقل 30٪ و شاید بیشتر باشد.

اخیرا منتشر شده در آزمایشگاه ما نشان داده شده است که مفهوم همان کار در برگ های برگ است؛ آنها همچنین تمیز تاریکی بین پالس ها را فراموش نمی کنند. در بعضی موارد، سالاد سبز به جای بنفش و برگ های بزرگتر است. این بدان معنی است که یک گیاه می تواند محصول متنوع و با وزن قابل توجهی از محصول را تولید کند، چراغ ها را خاموش می کند.

هنگامی که یک دوره تاریک 10-second ایجاد شد، یک نوع از کاهو بنفش رشد کرد. آنها شبیه کسانی هستند که با یک دوره تاریک پنجاه ساله رشد کرده اند، با این وجود 33٪ انرژی کمتر استفاده می کنند. گسترش دوره تاریک به 20 ثانیه سبب شد گیاهان سبز با بیشتر زیست توده. J. Feng، K. Folta

یادگیری اینکه می توان گیاهان را تحت لرزه های نور رشد داد، به جای روشنایی مداوم، راهی برای بالابردن بودجه انرژی گران قیمت کشاورزی است. بیشتر سبزیجات تازه می توانند با انرژی کم رشد کنند و این فرایند پایدار تر می شود. همکاران من و من فکر می کنم این نوآوری در نهایت می تواند به رانندگی کسب و کار جدید و تغذیه بیشتر مردم کمک کند و این کار را با تأثیر کمتری بر محیط زیست انجام می دهد.

این مقاله با افسانه اصلاح شده در عکس گیاهان رشد شده در 1931 به روز شد.

درباره نویسنده

کوین م. فلتا، استاد علوم زراعی و زیست شناسی مولکولی و سلولی، دانشگاه فلوریدا

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

نشستند