КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 20-16-00016
НазваниеИсследование воздействия мультиспектрального динамического освещения на отклик световой сигнальной системы растений
Руководитель Булгаков Виктор Павлович, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край
Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-104 - Агробиотехнологии
Ключевые слова Растения, фотосинтез, светодиодные источники излучения, теплицы, интенсивность света, рост растений, интеллектуальное динамическое управление, морфогенез, онтогенез, спектр, качество света.
Код ГРНТИ34.31.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Свет регулирует многие процессы роста, дифференциации в клетках и тканях и органогенез в растениях. Управляя параметрами и характеристиками света, можно влиять на эффективность процесса роста растений и запасания ими полезных веществ. Основными характеристиками света при управлении процессом морфогенеза считают спектральный состав, интенсивность, суточную и сезонную динамику. Учет потребностей растений в определенном спектральном составе света необходим при правильном подборе источников искусственного освещения. Но до сих пор нет ответа на такие вопросы, что происходит с белковым и гормональным обменом под влиянием различного освещения. Какие спектры нужны для различных стадий онтогенеза и почему?
В растении имеется множество фоторецепторов имеющих пики поглощения на разных длинах волн. Лучшим световым решением в мире считаются светильники AP673L и NS1 финской компании Valoya. Спектры этих светильников похожи на солнечный спектр, но они имеют глубокой провал в диапазоне длин волн 480-560 нм. Разработанный в 2018 году в ИАПУ ДВО РАН светильник для теплиц, имитирует солнечный свет в диапазоне длин волн 400 – 730 нм, имеет 10 независимых каналов управления группами светодиодов. Точность воспроизведения солнечного спектра составляет 3%. Он превосходит зарубежные аналоги по качеству излучаемого света и по массо - габаритным характеристикам. В рамках данного проекта его предполагается оснастить системой динамического управления параметрами излучения.
Вопросы формирования откликов растений в результате экспрессии разных генов под воздействием света плохо изучены. Мы предполагаем, что изучение сигнальных путей позволит открыть новые возможности для световового управления морфогенезом растений. Это предположение основано на анализе литературы и наших исследований по влиянию света разного спектрального состава на морфогенез растений. Наши эксперименты показали, что для достижения максимального эффекта развития растений требуется использовать излучение разной интенсивности и разного спектрального состава на разных стадиях онтогенеза. Это важно для успешного выращивания культурных и сельскохозяйственных растений, например, при содержании оранжерей и теплиц. В проекте мы будем выявлять реакцию растений на разные сочетания экстремально высоких интенсивностей узкополосного света и белковые модули, отвечающие за трансдукцию световой энергии.
Будет проведено исследование морфологии растений в различные периоды онтогенеза при таком облучении и биохимический отклик с исследованием изменения содержания биологически активных веществ, в частности винаминов и флавоноидов, включая антоцианы. Наши исследования расширят знания в понимании интенсификации продукционного процесса под влиянием различного освещения и позволят точнее определить параметры светового воздействия для различных стадий онтогенеза. Эти исследования находятся сейчас в фокусе внимания мировой сельскохозяйственной науки. Конкретные задачи проекта:
1. Создание управляемых светильников, способных излучать узкополосное и широкополосное излучение в различных временных и спектральных сочетаниях с интенсивностями, вплоть до экстремально допустимых на разных стадиях онтогенеза растений.
2. Выявление регуляторных механизмов и сигнальных каскадов в растительной клетке, отвечающих за воздействие освещения с экстремальным уровнем интенсивности и разным спектром. Изучению подлежат компонентны сигнальных путей в треугольнике: свет - абсцизовая кислота (ABA) - активные формы кислорода (ROS): PIF-HY5 сигнальный модуль, путь PhyB-HY5→ABI5→ Rboh, ABA-ассоциированный модуль OST1-HOS1-ICE1, BIN2-модуль как основной во взаимодействи сигналов брассикостероидов и ABA в ответ на оксидативный стресс.
3. Поиск оптимальных и предельных (когда фоторецепторы испытывают сильную перегрузку) уровней интенсивности света, излучаемых монохромными источниками, внутри диапазона 390-750 нм.
4. Оценка синхронного и асинхронного динамического воздействия нескольких управляемых узкополосных источников света, в том числе с экстремальным уровнем интенсивности на морфогенез растений в сравнении с их одиночным применением.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Веремейчик Г.Н., Шкрыль Ю.Н., Горпенченко Т.Ю., Силантьева С.А., Авраменко Т.В., Бродовская Е.В., Булгаков В.П. Inactivation of the auto-inhibitory domain in Arabidopsis AtCPK1 leads to increased salt, cold and heat tolerance in the AtCPK1-transformed Rubia cordifolia L. cell cultures Plant Physiology and Biochemistry (год публикации - 2020)
Публикации
1.
Грищенко О.В., Субботин Е.П., Гафицкая И.В., Верещагина Ю.В., Бурковская Е.В., Хроленко Ю.А., Григорчук В.П., Наконечная О.В., Булгаков В.П., Кульчин Ю.Н.
Growth of micropropagated Solanum tuberosum L. plantlets under artificial solar spectrum and different mono- and polychromatic LED lights
Horticultural Plant Journal, 28 April 2021 (год публикации - 2021)
10.1016/j.hpj.2021.04.007
2.
Михеева А.В., Наконечная О.В., Субботин Е.П., Грищенко О.В., Гафицкая И.В., Кульчин Ю.Н.
Development of soybean somatic embryos under different light spectra
Botanica Pacifica, 10(1):75-78 (год публикации - 2021)
10.17581/bp.2021.10107
3. Кульчин Ю.Н., Булгаков В.П., Субботин Е.П., Гольцова Д.О., Холин А.С., Ляхова Л.П., Субботина Н.И., Гафицкая И.В., Григорчук В.П., Бурковская Е.В., Хроленко Ю.А., Орловская И.Ю., Наконечная О.В. Фотонная регуляция биосинтеза вторичных метаболитов в салате Eruca sativa Вестник ДВО РАН, 4:87-98 (год публикации - 2021)
4.
Веремейчик Г.Н., Шкрыль Ю.Н., Силантьева С.А., Горпенченко Т.Ю., Бродовская Е.В., Яцунская М.С., Булгаков В.П.
Managing activity and Ca2+ dependence through mutation in the Junction of the AtCPK1 coordinates the salt tolerance in transgenic tobacco plants
Plant Physiol Biochem., 165:104-113. (год публикации - 2021)
10.1016/j.plaphy.2021.05.026
Публикации
1.
Булгаков В.П. Корень О.Г.
Basic Protein Modules Combining Abscisic Acid and Light Signaling in Arabidopsis
Frontiers in Plant Science, 12:808960 (год публикации - 2022)
10.3389/fpls.2021.808960
2.
Наконечная О.В., Холин А.С., Субботин Е.П., Грищенко О.В., Бурковская Е.В., Хроленко Ю.А., Бурдуковский М. Л., Кульчин Ю. Н., Журавлев Ю.Н.
Development of Tomato Plants under Illumination of Different Spectral Composition
Russian Journal of Plant Physiology, 69:88 (год публикации - 2022)
10.1134/S1021443722050168
3. Наконечная О.В., Холин А.С., Субботин Е.П., Бурковская Е.В., Хроленко Ю. А., Гафицкая И.В., Орловская И.Ю., Бурдуковский М.Л., Михеева А.В., Кульчин Ю.Н. ВЛИЯНИЕ СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ РАЗНОГО СПЕКТРА НА РАЗВИТИЕ САЛАТА ЛИСТОВОГО (LACTUCA SATIVA) Известия Российской академии наук. Серия биологическая (год публикации - 2022)
4.
Шкрыль Ю., Веремейчик Г., Авраменко Т., Горпенченко Т., Чернодед Г., Булгаков В.
Transcriptional regulation of enzymes involved in ROS metabolism and abiotic stress resistance in rolC-transformed cell cultures
Plant Growth Regulation, 97, 485–497 (год публикации - 2022)
10.1007/s10725-022-00812-1
5.
Грищенко О.В., Григорчук В.П., Чернодед Г.К., Корень О.Г., Булгаков В.П.
Callus Culture of Scorzonera radiata as a New, Highly Productive and Stable Source of Caffeoylquinic Acids
Mollecules, 27(22), 7989 (год публикации - 2022)
10.3390/molecules27227989
6.
Ю. Н. Кульчин, В. П. Булгаков, Е. П. Субботин, А. С. Холин, Н. И. Субботина
Monochromatic LEDs Effect on Rocket (Eruca sativa. Mill.) Morphogenesis and Productivity
Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Vol. 86, Suppl. 1, pp. S114–S118 (год публикации - 2022)
10.3103/S1062873822700502