Ilona Czyczyło-Mysza 1, Franciszek Dubert 1, Izabela Marcińska 1, Iwona Kacińska 2
1 Instytut Fizjologii Roślin im. F. Górskiego, Polskiej Akademii Nauk w Krakowie
2 Katedra Fizjologii Roślin, Akademia Rolnicza im H. Kołłątaja w Krakowie
Wstęp
Zastosowanie diod elektroluminescencyjnych (LED ang. light emitting diodes) jako źródła promieniowania dla roślin wywołuje w ostatnich latach duŜe zainteresowanie. LED posiadają wiele zalet: są energooszczędne, bezpieczne dla środowiska naturalnego i dla człowieka, gdyŜ nie zawierają niebezpiecznych związków rtęci i łatwiej niŜ lampy fluorescencyjne ulegają utylizacji po ich zuŜyciu. Ponadto charakteryzują się długą Ŝywotnością, są odporne na wibracje, działanie w szerokim zakresie temperatur (-40°C - +70°C), nie promieniują w podczerwieni i w ultrafiolecie, są bardziej niezawodne aniŜeli konwencjonalne źródła światła, są łatwe w sterowaniu, zasilaniu, obsłudze oraz mają bardzo małe rozmiary [BROWN, SCHUERGER 1993; HEO i in.
2002; NHUT i in. 2003; ORZECHOWSKI 2004; PAWLIKOWSKI 2004; SCHUERGER i in. 1997;
WILANOWSKI 2004]. LED emitują promieniowanie monochromatyczne w bardzo wąskim zakresie widmowym. Szacuje się, Ŝe dają nawet o 130% bardziej czystą barwę niŜ w przypadku filtrowanego światła widzialnego. Ich wiązka światła moŜe być w dowolny sposób ukierunkowana, co sprzyja idei tworzenia oświetlenia dostosowującego się do aktualnej sytuacji. TakŜe tania produkcja masowa czyni prawdopodobnym dalsze obniŜenie kosztów ich wytwarzania, ze względu na ostrą konkurencję. Z powyŜszych powodów wydaje się wielce obiecującą moŜliwość zastosowania LED do uprawy roślin w kontrolowanych warunkach, gdzie mogłyby stanowić elementarne źródła światła w komorach wegetacyjnych, a nawet w szklarniach produkcyjnych.
W 2001 roku w NASA prowadzono badania, w których wysiłek naukowców był skoncentrowany na znalezieniu odpowiedniego źródła światła do upraw roślin na statkach kosmicznych. Panele LED, dające niebieskie i czerwone światło mogłyby pomóc w uprawie tych roślin, przyczyniając się do poprawienia komfortu Ŝycia kosmonautów oraz zmniejszenia ilości zapasów Ŝywności zabieranych w podróŜe kosmiczne [http://news.astronet.pl]. LED dzięki moŜliwości uzyskania z nich specyficznej długości fali i emisji światła, w bardzo wąskim zakresie widma promieniowania, były uŜywane do badań fitobiologicznych, dotyczących m.in. syntezy chlorofilu [TRIPATHY,BROWN 1995], przebiegu fotosyntezy oraz odporności na choroby pewnych gatunków roślin przetrzymywanych w ich obecności [KNOTT,WHEELER 2005].
Były teŜ uŜywane w fotobioreaktorach glonów [LEE, PALSON 1994] i do badań fotomorfogenezy [BARTA i in. 1992]. LED wpływają korzystnie na wzrost róŜnych gatunków roślin, takich jak: sałata, papryka, ogórek, pszenica, rzodkiewka, szpinak,
I. Czyczyło-Mysza i inni 70
szałwia i nagietek [HEO i in. 2002; HYEON-HYE i in. 2005]. Pojawiło się teŜ kilka publikacji dotyczących zastosowania LED w warunkach in vitro, dla takich gatunków jak:
ziemniak, Rehmannia glutinosa, Cymbidium, Allium, truskawka, Azorina Vidalii [MOREIRA DA SILVA, DEBERGH 1997; NHUT i in. 2003]. Badania te były jednak realizowane zwykle w skali mikro (niewielka liczba diod, niewielka oświetlana powierzchnia).
Pomimo, iŜ technologia LED jest stosunkowo nową i mało zbadaną dziedziną, to moŜe jednak w przyszłości stać się alternatywnym źródłem światła w uprawie roślin.
Rośliny motylkowe, w tym strączkowe, są oporne w hodowli in vitro. Do chwili obecnej opracowano indukcję i regenerację kalusa bobiku, lecz dla tej grupy roślin słabą stroną jest ukorzenianie regenerantów i ich aklimacja w warunkach ex vitro [SKRZYPEK
2002].
Celem badań była ocena wpływu światła czerwonego, dalekiej czerwieni, niebieskiego i białego, pochodzącego od LED na wzrost i róŜnicowanie kalusa bobiku.
Materiał i metody System świetlny
Zastosowano pleksiglasowe płytki (o wymiarach 15 cm × 15 cm) paneli LED, emitujące światło niebieskie - 470 nm, czerwone - 660 nm, dalekiej czerwieni - 730 nm, a takŜe światło białe (rys. 1). Na kaŜdej płytce umieszczono po 25 diod o określonej barwie. Płytki zostały wykonane w porozumieniu z Centrum Wysokich Ciśnień PAN w Warszawie, które zajmuje się doświadczalną produkcją LED o zróŜnicowanych parametrach emitowanego promieniowania (prof. Michał Leszczyński, mgr Robert Jachymek).
długość fali; wave length (mm)
Rys. 1. Charakterystyka spektralna zastosowanych LED w doświadczeniu Fig. 1. Spectral characteristics LED used in experiment
Materiał roślinny
Materiał do badań stanowiły rośliny bobiku, odmiany Sonet. Z roślin, wy-hodowanych w warunkach polowych, do kultur in vitro pobierano strąki. Poddawano je dezynfekcji: inkubacji przez 1 min w 70% etanolu, 20 min w 10% domestosie (w/v) oraz 4-krotnym płukaniu dejonizowaną wodą sterylną. Następnie ze strąków izolowano
300 400 500 600 700 800 900 1000
niebieskie/blue czerwone/red daleka czerwień/far red białe/white
WPŁYW DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH (LED) ... 71 zarodki. Do indukcji kalusa, po odcięciu wierzchołka wzrostu pędu, korzenia oraz liścieni, pobierano z kaŜdego zarodka środek osi o długości 2-3 mm. Takie eksplantaty wykładano na sterylne płytki, z 25 kratkami, wypełnionymi poŜywką wgMURASHIGE i SKOOG (MS) [1962], którą modyfikowano dodając do 1 dm3 regulatory wzrostu: 0,5 mg NAA, 1,0 mg BAP, 0,25 mg GA3, 1000 mg hydrolizatu kazeiny oraz 750 mg inozytolu.
pH poŜywki ustalano na poziomie 5,8. Płytki te umieszczano pod panelami diodowymi emitującymi światło: niebieskie, czerwone, białe lub daleką czerwień LED (1 eksplantat na 1 kratkę). Kontrolę prowadzono w płytkach Petriego o średnicy 90 mm, wypełnionych poŜywką MS o tym samym składzie, w warunkach świetlnych panujących w komorach wegetacyjnych in vitro (białe światło widzialne, pochodzące ze świetlówek Philips TL MF 140Wat/33RS), przy 16-godz. fotoperiodzie, w temperaturze 20°C. Na kaŜdy obiekt przypadało po 15 eksplantatów jako powtórzenia. Eksplantaty poddawano 3-tygodniowemu naświetlaniu w/w wymienionych rodzajów LED. Po 3 tygodniach kultury, tworzące się na eksplantatach kalusy, w obecności LED i w warunkach kontrolnych (świetlówki), pasaŜowano na świeŜą poŜywkę o tym samym składzie i umieszczano w komorach wegetacyjnych in vitro (jw.) na okres 7 tygodni.
Pomiary i obserwacje
W jednotygodniowych odstępach czasu określano świeŜą masę i barwę (stopień brązowienia) poszczególnych kalusów. Stopień brązowienia kalusów określano wg arbitralnie przyjętej skali, której szczegółowy opis znajduje się w tabeli 1. Bezpośrednio po 3-tygodniowym naświetleniu (tydzień 0) i po 7-tygodniowej kulturze w komorze wegetacyjnej pobierano tkanki takŜe do oznaczania zawartość chlorofilu a, b oraz karotenoidów. Pomiary zawartości tych barwników fotosyntetycznych zostały wykonane spektrometrycznie (spektrofotometr UV/VIS, prod. LKB, Szwecja) poprzez pomiar absorbancji przy długości fali: 470, 645 i 662 nm, zmodyfikowaną metodą wg LICHTENTHALERA i WELLBURNA [1983].
Wyniki Masa kalusa
Naświetlanie eksplantatów bobiku przez okres 3 tygodni róŜnymi rodzajami LED wywołało zróŜnicowany następczy wpływ na przyrost świeŜej masy kalusów bobiku podczas dalszych 7 tygodni kultury w obecności jedynie białych świetlówek typu Philips (rys. 2). Obserwowano równomierny, sukcesywny przyrost masy wszystkich kalusów i równocześnie wykazano, Ŝe w ostatnich tygodniach 7-tygodniowej kultury przyrost ten był statystycznie istotnie większy dla kaŜdego rodzaju LED, w odniesieniu do kontroli.
Największy przyrost masy kalusów wystąpił po naświetlaniu LED o barwie białej, szczególnie począwszy od 3 tygodnia kultury po naświetlaniu. Jedynie w dwóch początkowych tygodniach kultury, przyrost masy kalusów naświetlanych tym rodzajem światła był porównywalny z kontrolą. Po 3, 4, 5, 6 i 7 tygodniach kultury masa kalusów była większa odpowiednio o 19,1; 48,3; 71,8; 92 i 120,2% niŜ w tym samym czasie u kontroli. Były to znacznie wyŜsze wartości w odniesieniu do pierwszego tygodnia kultury po naświetlaniu.
I. Czyczyło-Mysza i inni 72
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
0 1 2 3 4 5 6 7
tygodnie; weeks masa kalusa (% kontroli) mass calus (% of control)
niebieskie; blue biale; white czerwone; red daleka czerwień; far red
Rys. 2. Następczy wpływ 3-tygodniowego naświetlania LED (światłem białym, czerwonym, dalekiej czerwieni i niebieskim) na przyrost masy tworzącego się kalusa bobiku odmiany Sonet, po: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 i 7 tygodniach oraz światłem pochodzącym ze świetlówek (kontrola). Wartości średnie z 9 powtórzeń wyraŜone w procentach kontroli ± SD
Fig. 2. Consequent influence of 3-weeks LED irradiation (white, red, far red and blue light) on the increase of produced faba bean cv. Sonet mass callus, after: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 i 7 week and light derived from fluorescent lamp (control). Means values from 9 replicates in percentage of control ± SD
Kalusy wytworzone na eksplantatach naświetlanych LED o barwie czerwonej oraz dalekiej czerwieni początkowo miały najmniejszą masę, ale począwszy od 2 tygodnia obserwowano intensywny jej przyrost. W 7 tygodniu kultury po naświetlaniu tym rodzajem LED odnotowano o 39,0%, natomiast po LED dalekiej czerwieni o 36,7% większą masę kalusów, niŜ w tym samym czasie u kontroli.
TakŜe LED o barwie niebieskiej stymulowały przyrost masy kalusów, jednak w mniejszym zakresie. Po pierwszym tygodniu kultury w obecności świetlówek Philipsa, miały masę porównywalną z kalusami wytworzonymi w obecności LED o barwie białej, po 7 tygodniach nastąpił o 26,3% większy przyrost masy w odniesieniu do kontroli. Była to jednak najniŜsza masa spośród wszystkich kalusów naświetlanych róŜnymi rodzajami LED.
Barwa kalusa
Kalusy bobiku zazwyczaj brunatnieją w warunkach in vitro ze względu na utlenianie się zawartych w nich związków fenolowych. Stopień brunatnienia (brą-zowienia) kalusów był zaleŜny zarówno od rodzaju LED jak i czasu trwania kultury po naświetlaniu. Obserwacje morfologii kalusów dokonywano począwszy od 2 tygodnia kultury w obecności świetlówek Philipsa. Wykazano, Ŝe wszystkie rodzaje LED wpływały korzystnie morfologię kalusa. W większym stopniu kalusy były barwy zielonej i w mniejszym stopniu brunatne (tab. 1). NaleŜy zaznaczyć, Ŝe najbardziej przydatne do regeneracji bobiku są kalusy o barwie zielonej.
Tabela 1; Table 1 Następczy wpływ 3-tygodniowego naświetlania LED
WPŁYW DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH (LED) ... 73 (światłem białym, monochromatycznym: czerwonym, dalekiej czerwieni i niebieskim)
na barwę tworzącego się kalusa bobiku odmiany Sonet po: 2, 3, 4, 5, 6 i 7 tygodniach oraz światłem pochodzącym z świetlówek (kontrola), (wartości średnie z 6-9 powtórzeń)
Consequent influence of 3 weeks LED irradiance (white, monochromatic: red, far red and blue light) on the colour of produced faba bean cv. Sonet callus after: 2, 3, 4, 5, 6 and 7 weeks and light derived from fluorescent lamp (control),
(means values from 6-9 replicates)
Światło; Light Kalus; Callus Liczba kalusów; Number of callus (%)
I. Czyczyło-Mysza i inni
W drugim tygodniu kultury po uprzednim, 3-tygodniowym naświetlaniu LED (tydzień 2), jak równieŜ w kontroli, podczas dalszego wzrostu kultury w ciągu kolejnych tygodni (2, 3, 4, 5, 6 i 7) w komorze wegetacyjnej (świetlówki typu Philips), nie tworzyły się kalusy o barwie czysto zielonej. Zaś po naświetlaniu wszystkimi rodzajami LED obserwowano stopniowe pojawianie się fragmentów kalusów o barwie zielonej (11,1-22,2%), ale dopiero począwszy od 2 tygodnia kultury w komorze wegetacyjnej.
Po 6 tygodniach kultury następowało zwiększenie zazieleniania kalusów.
Najwięcej fragmentów kalusów koloru zielonego obserwowano na eksplantatach naświetlanych LED o barwie niebieskiej (42,9%) i białej (28,6%). Po naświetlaniu LED o barwie czerwonej, wzrost procentowej zawartości zielonych fragmentów kalusów obserwowano dopiero w 7 tygodniu kultury (w obecności świetlówek). Kalusy pochodzące z naświetlanych eksplantatów nie traciły zielonej barwy, bowiem ich zawartość utrzymywała się, w 7 tygodniu było ich 57,2-77,8%. Pozostała część kalusów ulegała lekkiemu brązowieniu (w tab. 1 zielony lekko brązowiejący). LED o barwie dalekiej czerwieni najdłuŜej zapobiegało brązowieniu kalusów, pojawiało się ono o dwa tygodnie później, w porównaniu z pozostałymi LED i kontrolą. Było ich wówczas niewiele powyŜej 10%. Tak więc naświetlanie wszystkimi rodzajami LED zapobiegało drastycznemu ciemnieniu kalusów, w porównaniu z kontrolą. W 7 tygodniu kultury nie obserwowano juŜ w ogóle silnego brązowienia (w tab. zielony z > 80% brązowiejący).
U kontroli zaś prawie całkowitemu brązowieniu uległo ok. 30% kalusów zielonych.
W kulturze po naświetlaniu LED pojawiały się takŜe kalusy o barwie kremowej.
Ulegały one równieŜ częściowemu brązowieniu w trakcie dalszej kultury. W kolejnych tygodniach, w porównaniu z kontrolą, naświetlanie LED powstrzymywało i hamowało ich brązowienie. Najbardziej efektywne okazało się naświetlanie LED o barwie czerwonej i niebieskiej. Wówczas zanikało brązowienie kalusów, ściemniałych fragmentów było niewiele powyŜej 14%. Po naświetlaniu LED o barwie dalekiej czerwieni do 3 tygodnia kultury występowało więcej niŜ 50% silnie zbrązowiałych kremowych kalusów, ale juŜ po dwóch tygodniach ich zawartość zmniejszyła się do 0.
Zatem następczy wpływ tego rodzaju LED był długotrwały.
Podsumowując, większemu przyrostowi świeŜej masy, towarzyszyło zmniej-szenie stopnia brunatnienia kalusów bobiku oraz wzrost zawartości fragmentów kalusów o barwie zielonej i kremowej. W 7 tygodniu kultury, największą procentową zawartość kalusa koloru zielonego, oraz najmniej brunatnych i ciemniejących tkanek obserwowano po naświetlaniu kolejno: LED o barwie czerwonej, następnie białej oraz dalekiej czerwieni. Najmniej zielonego kalusa, bez nekroz, obserwowano po naświetlaniu LED o barwie niebieskiej. NaleŜy podkreślić, Ŝe w kontroli nie obserwowano tworzenia się czysto zielonego kalusa.
WPŁYW DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH (LED) ... 75 Zawartość chlorofilu a, b i karotenoidów w kalusie
Zmiany zawartości barwników fotosyntetycznych, w kalusach bobiku, pod wpływem uprzedniego naświetlania LED, określonych bezpośrednio (tydzień 0) oraz po 7 tygodniach kultury po naświetlaniu przedstawiono na rys. 3a i 3b. W „tygodniu 0”
(rys. 3a) najniŜszą zawartość chlorofilu a, b oraz karotenoidów w kalusach, w stosunku do kontroli, odnotowano po naświetlaniu LED o barwie dalekiej czerwieni. W przypadku chlorofilu a, największą jego zawartość obserwowano w kalusach tworzących się podczas naświetlania LED o barwie białej oraz niebieskiej. Było go odpowiednio ok. 2,6 i 2,3-krotnie więcej w stosunku do kontroli. RównieŜ kalusy naświetlane LED o barwie białej i niebieskiej wykazywały odpowiednio 3,0 i 2,5-krotnie większą niŜ u kontroli, zawartość chlorofilu b. Naświetlanie LED o barwie czerwonej nie wykazało istotnego wpływu na zawartość tych barwników. Najmniejszy wpływ uprzedniego naświetlania LED wykazano na zawartość karotenoidów, niemniej jednak równieŜ światło białe i niebieskie stymulowało kilkuprocentowy wzrost ich zawartości.
Po 7 tygodniach kultury kalusów bobiku w komorze wegetacyjnej, obserwowano znaczący spadek zawartości wszystkich barwników (chlorofilu a, b i karotenoidów) w porównaniu z „tygodniem 0” (rys. 3b). Nastąpił wówczas kilkukrotny spadek zawartości zarówno chlorofilu a jak i b oraz nieco mniejszy spadek równieŜ zawartości karotenoidów po naświetlaniu LED o barwie białej i niebieskiej. Obserwowano zbliŜone do kontroli pewne wyrównanie zawartości barwników w kalusach, brak było zawartości skrajnie odbiegających. W przypadku LED o barwie dalekiej czerwieni obserwowano niewielkie zwiększenie, zaś LED o barwie czerwonej obniŜenie zawartości chlorofilu a i b, w porównaniu z „tygodniem 0”.
Dyskusja
Długość fali świetlnej, czyli barwa światła ma istotny wpływ na zmiany fizjo-logiczne, szczególnie dla roślin rozmnaŜanych metodą kultur in vitro, gdyŜ komórki w początkowym stadium róŜnicowania i regeneracji są szczególnie wraŜliwe na działanie zewnętrznych czynników fizycznych. Podczas wzrostu i rozwoju roślin w warunkach in vitro, światło działa głównie jako czynnik morfogenetyczny [GABARKIEWICZ i in. 1995].
Podstawowym czynnikiem regulującym morfogenezę in vitro są egzogenne regulatory wzrostu. Niezwykle istotnym problemem byłoby zbadanie współdziałania pomiędzy tymi czynnikami. Wydaje się, Ŝe dzięki zastosowaniu światła o odpowiedniej jakości i intensywności, moŜna będzie sterować przebiegiem morfogenezy w warunkach in vitro.
I. Czyczyło-Mysza i inni
chlorofil a; chlorophyll a chlorofil b; chlorophyll b karotenoidy; karotenoids
niebieskie; blue czerwone; red eksplantatów bobiku światłem LED (białym, czerwonym, dalekiej czerwieni i niebieskim) oraz światłem pochodzącym z świetlówek (kontrola) określanych:
bezpośrednio po naświetlaniu (0 tygodni kultury) (A) oraz po 7 tygodniach kultury w komorze wegetacyjnej, pod wpływem światła pochodzącego z świetlówek (B).
Wartości oznaczone tą samą literą nie są istotnie, róŜne przy (α < 0,05) wg wielokrotnego testu Duncana (n = 3)
Fig. 3. Chlorophyll a, b and carotenoids content in callus after 3 weeks irradiation of faba bean explants by LED light (white, red, far red and blue) and light derived from fluorescent lamp (control) determined: just after irradiation (0 weeks of culture) (A) and after 7 weeks of culture in vegetative chamber under light derived from fluorescent lamp (B). Values signed with the same letters do not differ significantly according to multiplate Duncana test (α < 0.05); (n = 3)
Światło czerwone i niebieskie wykazuje szczególnie istotny wpływ na wzrost świeŜej masy kalusa. Kultury kalusa Pelargonium zonale HORT. rosły najintensywniej w warunkach 3-tygodniowego ciągłego naświetlania światłem niebieskim (450 nm) o
0
chlorofil a; chlorophyll a chlorofil b; chlorophyll b karotenoidy; karotenoids
niebieskie; blue czerw one; red
WPŁYW DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH (LED) ... 77 intensywności 15000 µW⋅cm-2, w porównaniu ze światłem zielonym, czerwonym i ciemnością. Jednak wzrost kalusa Haplopappus gracilis, podanego ciągłemu działaniu światła niebieskiego przez okres 33 dni, został zahamowany po przeniesieniu do ciemności. RównieŜ ciągłe działanie światła czerwonego (1000 µW⋅cm-2) hamowało wzrost kalusa, w przeciwieństwie do dalekiej czerwieni o tej samej intensywności, wzmagającej jego wzrost. Ciągłe naświetlanie kultury kalusa Daucus carota L.
światłem czerwonym powodowało wzrost masy kalusa w porównaniu z kulturą kalusa tej rośliny na świetle niebieskim, zielonym czy białym [cyt. za GABARKIEWICZ i in. 1995]. Światło niebieskie i czerwone pozytywnie wpływało na rozwój pędów w kulturach kalusa kapusty pekińskiej [LEE i in. 1985]. Rodzaj światła, zastosowany podczas kultury in vitro, takŜe wpływał na indukcję i ustępowanie spoczynku. Światło czerwone zapobiegało indukcji spoczynku u roślin hiacynta w kulturach in vitro, natomiast światło niebieskie pogłębiało spoczynek [VAN DER LINDE i in. 1990]. Ponadto światło niebieskie wywierało zróŜnicowany wpływ na rozwój i wytwarzanie barwników u róŜnych gatunków roślin [SZWEYKOWSKA,SZWEYKOWSKI 1974;ZENKTELER 1995]. Światło ultrafioletowe w większości przypadków miało negatywny wpływ. Przykładowo, światło ultrafioletowe nie stymulowało tworzenia się pędów przybyszowych w kulturach kalusa z zarodków sosny oraz hamowało wzrost samego kalusa [KADKADE i in.
1978]. Zielone i Ŝółte światło jedynie w niewielkim stopniu stymulowało tworzenie pąków przybyszowych z fragmentów hypokotyli tego gatunku.
Przytoczone dane literaturowe wyraźnie wskazują na istotny wpływ róŜnych rodzajów światła na wzrost i rozwój roślin w kulturach in vitro. Brakuje nadal informacji dotyczących mechanizmu działania światła w morfogenezie organów u większości gatunków roślin. Badania współdziałania między jakością światła, foto-receptorami i regulatorami wzrostu są od kilku lat intensywnie rozwijane w wielu laboratoriach na świecie. Stąd teŜ poszerzają się coraz bardziej moŜliwości wyko-rzystania światła o róŜnym charakterze spektralnym w rozmnaŜaniu róŜnych gatunków za pomocą kultur tkankowych [GABARKIEWICZ i in. 1995].
W prezentowanym doświadczeniu wykazano, Ŝe LED o barwie niebieskiej i białej najbardziej efektywnie powodowały zwiększenie zazieleniania kalusów. Po-twierdzeniem tego jest fakt, iŜ równieŜ dla tych LED obserwowano największy wzrost zawartości wszystkich barwników fotosyntetycznych. Nie ma to jednoznacznego potwierdzenia w literaturze. Wykazano bowiem, Ŝe fizjologiczna odpowiedź na zmiany spektrum światła dochodzącego do roślin moŜe być róŜna u róŜnych gatunków roślin.
Jednym z głównych wymagań w hodowli roślin jest dostarczenie dostatecznej ilości i jakości światła. Potencjalne, elektryczne lekkie źródła światła powinny mieć wysoką elektryczną wydajność, małą masę i pojemność. Diody świecące, szczególnie w czerwonym spektrum, mogą spełniać te wymogi [KNOTT,WHEELER 2005].
W prezentowanej pracy opisano wyniki badań wstępnych związanych z wpływem światła monochromatycznego w postaci diod elektroluminescencyjnych na wzrost i morfologię (barwę) kalusa bobiku. Autorzy mają nadzieję, Ŝe w niedalekiej przyszłości pojawi się więcej doniesień z zastosowaniem LED do badań roślin.
Działanie LED na kalusy bobiku moŜna jedynie wiązać z zawartością endogennych związków fenolowych, gdyŜ roślina ta zawiera bardzo duŜe ilości tych substancji, głównie tanin. Konsekwencją tego jest gromadzenie się w tkankach bardzo duŜej ilości produktów utleniania związków fenolowych - chinonów, które wpływają na brunatnienie tkanek i powstawanie nekroz. Ponadto fenole ze względu na moŜliwość blokowania działania auksyn i tworzenia połączeń z innymi zwiazkami mogą pełnić rolę inhibitorów wzrostu. Jednak ich rola w procesie regeneracji bobiku do tej pory nie została jednoznacznie określona [SKRZYPEK 2002].
W oparciu o wielkość masy i rodzaj barwy kalusów, nie moŜna jednoznacznie
I. Czyczyło-Mysza i inni 78
wskazać, który z eksplantatów ma większy potencjał morfogenetyczny, jednak na podstawie uzyskanych wyników, wydaje się, Ŝe w przypadku bobiku, potencjalnie najlepsze pod tym względem będą kalusy o barwie zielonej i zawierające najwięcej barwników fotosyntetycznych.
Często zdarza się, Ŝe wzrost masy nie idzie w parze z większymi zdolnościami do róŜnicowania kalusa, poniewaŜ cała energia zostaje włoŜona w produkcję masy, a nie w regenerację nowego organizmu. śUR i KOŚCIELNIAK [1997] stwierdzili, Ŝe poziom aktywności metabolicznej kalusa jest silnie uzaleŜniony od stopnia zaawansowania jego morfogenezy. NieróŜnicujące się tkanki kalusowe charakteryzują się niŜszymi wartościami emisji ciepła w początkowych etapach kultury. Natomiast tkanki róŜnicujące się cechuje szybszy metabolizm komórkowy, ujawniający się juŜ we wczesnych etapach morfogenezy.
Na zakończenie naleŜy podkreślić jeszcze jedną zaletę LED, związaną z niskimi kosztami ich uŜycia. Przy zastosowaniu konwencjonalnych źródeł światła otrzymujemy zwykle szerokopasmową emisję światła, z której dopiero przy pomocy róŜnych filtrów, monochromatorów, siatek dyfrakcyjnych czy pryzmatów wycina się potrzebny zakres widma. Oznacza to, Ŝe zbędne promieniowanie zostaje zatrzymane w monochromatorze, a energia potrzebna na jego wytworzenie jest marnowana. W LED natomiast światło monochromatyczne produkowane jest od razu i nie wymaga odcinania zbędnych barw. Z tego powodu moŜe zostać w całości wykorzystane przez rośliny, obniŜając koszty energii potrzebnej na jego wytworzenie. LED są więc wielce obiecującym źródłem światła dla wzrostu i rozwoju roślin. Autorzy sądzą, Ŝe w przyszłości moŜna oczekiwać ulepszenia warunków w kulturach tkankowych stosując diody LED jako główne źródło światła.
Wnioski
1. Okresowe naświetlanie kalusa bobiku przy pomocy LED stymuluje wzrost masy kalusa i jego morfologię.
2. Następczy efekt okresowego naświetlania LED w postaci zwiększenia dynamiki wzrostu masy kalusa bobiku utrzymuje się przez wiele tygodni dalszej kultury.
3. LED, szczególnie o barwie niebieskiej i białej, zmniejszają stopień brunatnienia oraz zwiększają tworzenie się kalusów zawierających fragmenty koloru zielonego bobiku, bez nekroz.
4. LED o barwie białej i niebieskiej powodują zwiększenie, natomiast o barwie
4. LED o barwie białej i niebieskiej powodują zwiększenie, natomiast o barwie