گیاهانی که در سایه زندگی می‌کنند، بیشتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد، نور دریافت می‌کنند

همه ما گیاهان خانگی را دیده‌ایم که در گوشه‌هایی دور از پنجره قرار گرفته‌اند یا پوشش‌های سبز و انبوهی که زیر سایه‌بان‌های متراکم درختان رشد می‌کنند. با این حال، این گیاهان در سایه و بدون نور مستقیم خورشید به رشد و شکوفایی خود ادامه می‌دهند. اما چگونه این کار را انجام می‌دهند؟

پژوهش‌های جدید نشان می‌دهند که گیاهان سایه‌زی بیشتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد، نور دریافت می‌کنند. دانشمندان دانشگاه اوترخت و دانشگاه و تحقیقات واگنینگن (WUR) دریافتند که این گیاهان به طور مؤثری از نوری فراتر از طیف مرئی استفاده می‌کنند.

این یافته‌ها که در مجله Plant Cell & Environment منتشر شده‌اند، می‌توانند تحقیقات مربوط به فتوسنتز و روش‌های کشاورزی گلخانه‌ای را متحول کنند.

محققان اشاره کردند: «وقتی درک بهتری از تأثیر رنگ‌های مختلف نور بر فتوسنتز و رشد گیاه داشته باشید، می‌توانید به کشاورزان کمک کنید تا روش‌های هوشمندانه‌ای برای مکمل کردن نور طبیعی خورشید با نور رنگی توسعه دهند.»

گیاهان سایه‌زی نور فروسرخ دور را جذب می‌کنند

گیاهان سایه‌زی از نوری که از برگ‌های گیاهان بالای آنها عبور می‌کند، بهره می‌برند. زمانی که نور خورشید به برگ‌های بالایی گیاه برخورد می‌کند، بیشتر آن برای فتوسنتز جذب می‌شود، اما مقداری از نور نیز عبور می‌کند.

این نور عبوری عمدتاً شامل طول موج‌های سبز و فروسرخ دور است که برای گیاهان بالایی کمتر مفید هستند اما برای گیاهان زیرین حیاتی می‌شوند.

نور فروسرخ دور به ویژه در محدوده ۷۰۰ تا ۷۵۰ نانومتر از طیف نوری قرار دارد. برخلاف نور مرئی که گیاهان عمدتاً برای فتوسنتز استفاده می‌کنند، پیش‌تر تصور می‌شد که نور فروسرخ دور تأثیر کمی دارد.

اما این مطالعه نشان می‌دهد که گیاهان سایه‌زی توانسته‌اند به طور مؤثری از نور فروسرخ دور برای فتوسنتز استفاده کنند. این توانایی به آنها امکان می‌دهد حتی در محیط‌های کم‌نور نیز زنده بمانند و رشد کنند. این ویژگی برای گیاهان جنگل‌های متراکم یا مزارع پر تراکم که نور مستقیم خورشید کمیاب است، حیاتی است.

فتوسنتز در گیاهان سایه‌زی

تینکو یانس، یکی از دانشجویان دکتری دانشگاه واگنینگن، گفت: «تا کنون، محققان به ندرت این احتمال را بررسی کرده بودند که گیاهان از نور فروسرخ دور برای فتوسنتز استفاده می‌کنند.»

آزمایش‌های سنتی نشان می‌داد که فتوسنتز عمدتاً به طول موج‌های مرئی (۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر) وابسته است.

اما این مطالعه نشان می‌دهد که نور فروسرخ دور وقتی با مقادیر کمی نور مرئی ترکیب شود، به طور قابل توجهی فتوسنتز را تقویت می‌کند. تیم تحقیقاتی روش جدیدی برای اندازه‌گیری و مدل‌سازی این مشارکت توسعه دادند.

رشد عمودی گیاهان با استفاده از نور فروسرخ دور

نور فروسرخ دور همچنین بر رفتار گیاه تأثیر می‌گذارد و واکنش «فرار از سایه» را تحریک می‌کند. یانس توضیح داد: «بسیاری از گیاهان به افزایش نسبی نور فروسرخ دور واکنش نشان می‌دهند و به صورت عمودی رشد می‌کنند تا در رقابت برای نور پیروز شوند.»

این واکنش برای باغداران مفید است و به آنها امکان می‌دهد گیاهان را در فضاهای محدود نزدیک به هم پرورش دهند.

پیشرفت‌های اخیر در فناوری LED امکان مطالعه نور فروسرخ دور را به طور مؤثرتر فراهم کرده است.

هیوگو دو بوئر، دانشمند محیط زیست دانشگاه اوترخت، که این مطالعه را آغاز کرده است، اشاره کرد: «در آزمایش‌های قبلی نشان دادیم که گیاهان سایه‌زی وقتی با نور فروسرخ دور از LED تکمیل می‌شوند، سریع‌تر رشد می‌کنند.»

در نظر گرفتن طیف کامل نور

دانشمندان در مطالعه نقش نور فروسرخ دور در فتوسنتز با چالش‌هایی روبرو بودند، زیرا مدل‌های موجود تنها نور مرئی (۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر) را به عنوان عامل اصلی رشد گیاه در نظر می‌گرفتند.

نور فروسرخ دور در تحقیقات و محاسبات سنتی عمدتاً نادیده گرفته شده بود.

هیوگو دو بوئر توضیح داد: «مشخص شد که کمی‌سازی تأثیر رنگ بر فتوسنتز بسیار دشوارتر از آنچه تصور می‌شد است، زیرا مدل‌ها و روش‌های اندازه‌گیری قبلی برای بررسی تأثیر نور فروسرخ دور طراحی نشده بودند.»

برای حل این مسئله، محققان مدل‌های فتوسنتز پرکاربرد را به گونه‌ای تطبیق دادند که نور فروسرخ دور را نیز در بر بگیرد. آنها اندازه‌گیری‌های فتوسنتز را با داده‌های طیف کامل نوری که به برگ‌های گیاه می‌رسد، ترکیب کردند.

این رویکرد به‌روزشده به آنها اجازه داد تا به‌طور دقیق نشان دهند که نور فروسرخ دور چگونه وقتی با نور مرئی ترکیب شود، فتوسنتز را به‌طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد و رشد گیاه را حمایت می‌کند.

کشاورزی گلخانه‌ای

این تحقیق عاملی که قبلاً در رشد گیاه دست کم گرفته می‌شد – نقش نور فروسرخ دور در فتوسنتز – را برجسته می‌کند.

این یافته‌ها برای کشاورزی گلخانه‌ای اهمیت زیادی دارند. با استفاده از نور فروسرخ دور در استراتژی‌های روشنایی، باغداران می‌توانند حتی در محیط‌های سایه‌دار یا شلوغ که نور خورشید محدود است، رشد گیاهان را بهینه کنند.

این رویکرد می‌تواند بهره‌وری محصولات را افزایش داده و همزمان انرژی و فضای مورد نیاز برای کشت را کاهش دهد.

استفاده از نور فروسرخ دور روشی هوشمندانه‌تر و پایدارتر برای کشاورزی ارائه می‌دهد و به گیاهان اجازه می‌دهد در شرایطی که قبلاً نامناسب محسوب می‌شدند، شکوفا شوند. این پیشرفت می‌تواند کشاورزی مدرن را متحول کرده و آن را کارآمدتر و دوستدار محیط زیست کند.

این مطالعه در مجله Plant Cell & Environment منتشر شده است.