چرا برگ گیاهان زیر نور مصنوعی قرمز می‌شود؟

برگ گیاهانی که با نور مصنوعی، مانند چراغ‌های LED رشد می‌کنند، به دلیل پدیده‌ای به نام تجمع آنتوسیانین، قرمز می‌شود.

آنتوسیانین‌ها رنگدانه‌های گیاهی فلاونوئیدی محلول در آب هستند که رنگ‌های قرمز، آبی و بنفش را در گل‌ها، میوه‌ها و سبزیجات تولید می‌کنند تا گرده‌افشان‌ها و پخش‌کننده‌های بذر را جذب کنند. یک واقعیت جالب در مورد آنتوسیانین‌ها این است که در شرایط اسیدی (7pH <) معمولاً به صورت رنگدانه‌های قرمز ظاهر می‌شوند، اما در شرایط خنثی تا کمی قلیایی (حدود 9-7 pH) آنتوسیانین‌ها به صورت رنگدانه‌های آبی یا بنفش ظاهر می‌شوند.

وظیفه دیگر آنتوسیانین‌ها محافظت است. این ترکیبات آنتی‌اکسیدان‌های قوی هستند و در محافظت از گیاهان در برابر تنش‌های غیرزیستی (محیطی) مانند اشعه ماوراء بنفش (UV)، دمای پایین و خشکی و همچنین تنش‌های زیستی مانند دفاع در برابر عوامل بیماری‌زا و گیاهخواران نقش دارند.

دلایل تجمع آنتوسیانین در گیاهان زیر نورهای رشد مصنوعی

به دلایل مختلفی آنتوسیانین‌ها در شرایط رشد با نور مصنوعی در گیاهان تجمع می‌یابند و رنگ گیاه را به قرمز تغییر می‌دهند:

1- محافظت در برابر نور مرئی

هنگامی که شدت نور خیلی زیاد باشد، منجر به تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) در گیاه می‌شود که می‌توانند به سلول‌های گیاه آسیب برسانند.

آنتوسیانین‌ها با جذب انرژی نور به عنوان یک محافظ در برابر نور بیش از حد عمل می‌کنند و خطر آسیب نوری را کاهش می‌دهند.

اقدام لازم: مطمئن شوید که نور چراغ‌های رشد بیش از حد نباشد، چراغ‌ها فاصله مناسبی از گیاهان داشته باشند و برای مدت طولانی روشن نمانند.

دفترچه راهنمای چراغ‌های رشد ارتفاع آویزان کردن آنها را در بالای سایبان گیاه، ساعات استفاده روزانه و سطوح روشنایی برای مراحل مختلف رشد گیاه را مشخص می‌کنند.

2- پاسخ به نور قرمز و آبی

چراغ‌های رشد مصنوعی بنفش رنگ به نظر می‌رسند زیرا عمدتاً نور قرمز و آبی تولید می‌کنند. دلیل این امر آن است که کلروفیل، رنگدانه سبز گیاهی که در فرآیند فتوسنتز برای تولید انرژی از نور خورشید نقش دارد، در درجه اول طول موج‌های آبی و قرمز نور را از نور سفید جذب می‌کند، نور سبز که به خوبی جذب نمی‌شود و کمک کمتری به فتوسنتز می‌کند، تا حدی منعکس می‌شود، به این خاطر گیاهان سبز رنگ به نظر می‌رسند.

کلروفیل نور قرمز را بیشتر از نور آبی جذب می‌کند، بنابراین نور قرمز برای فتوسنتز و رشد گیاه ضروری است. وظیفه کلروفیل تولید انرژی برای رشد گیاه است، اما مشخص نمی‌کند که گیاه چگونه رشد کند، ترکیبات دیگری در گیاهان وجود دارند که این وظیفه را انجام می‌دهند.

گیاهان می‌توانند میزان نور قرمز و آبی که دریافت می‌کنند را اندازه‌گیری کنند و برای تغییر رشد و نمو خود واکنش نشان دهند. برای این منظور، گیاهان انواع مختلفی از پروتئین‌های تخصصی حساس به نور را دارند که فیتوکروم و کریپتوکروم نامیده می‌شوند و با جذب رنگ‌های خاصی از نور تغییر شکل می‌دهند.

هم فیتوکروم‌ها و هم کریپتوکروم‌ها به فوتومورفوژنز، رشد و نمو و تغییرات رشد که در پاسخ به نور رخ می‌دهد، کمک می‌کنند. نقش این ترکیبات این است که به گیاهان بگویند چگونه رشد کنند.

فیتوکروم‌ها گیرنده‌های نوری کروموپروتئینی هستند که فقط به نور قرمز و فراسرخ حساس هستند. کارکردهای آنها عبارتند از:

• دوره نوری (Photoperiodism): آنها گیرنده‌های نوری اولیه برای سنجش طول روز هستند و برای تنظیم گلدهی در پاسخ به تغییرات فصلی در طول روز حیاتی هستند.
• تشخیص جهت، شدت و مدت نور و همچنین طول روز و میزان فاصله آنها در هر فصل.
• تأثیر بر رشد برگ و اندازه کلی برگ‌ها.
• اجتناب از قرار گرفتن در سایه پوشش گیاهی مجاور با تشخیص تغییرات در نسبت نور قرمز به فراسرخ که باعث افزایش طول ساقه برای رقابت بر سر نور می‌شود.
• علاوه بر این، فیتوکروم به گیاهان در تشخیص دما نیز کمک می‌کند.

کریپتوکروم‌ها گیرنده‌های نوری فلاوپروتئینی هستند که فقط به نور آبی و نور فرابنفش (UV-A) حساس هستند. کارکردهای آنها عبارتند از:

• ریتم‌های شبانه‌روزی: آنها نقشی اساسی در ساعت داخلی گیاه دارند و به همگام‌سازی فرآیندهای بیولوژیکی با چرخه‌های روزانه نور و تاریکی کمک می‌کنند.
• کنترل افزایش طول ساقه، رشد برگ و زمان گلدهی.
• فتوتروپیسم: واکنش رشد گیاه به جهت نور، با تأثیر بر خم شدن ساقه‌ها و برگ‌ها به سمت منبع نور آبی.
• این گیرنده‌های نوری همچنین می‌توانند به عنوان گیرنده‌های مغناطیسی عمل کنند که جاذبه را تشخیص می‌دهند و به گیاه می‌گویند که سمت بالا برای رشد مستقیم شاخه‌ها و سمت پایین برای رشد مستقیم ریشه کدام است.

در بسیاری از موارد، فیتوکروم‌ها و کریپتوکروم‌ها برای تنظیم رشد برگ و مورفولوژی گیاه (شکل، فرم و ساختار) بر اساس شرایط نوری غالب با هم کار می‌کنند.

نکته کلیدی در اینجا این است که گیاهان از نور به عنوان یک شاخص محیطی برای واکنش مناسب به محیط اطراف خود استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، کاهش دما و طول روز به این معنی است که زمستان در راه است.

از آنجایی که نور چراغ‌های رشد مصنوعی است، ممکن است توسط گیاهان به اشتباه تفسیر شود. به عنوان مثال، سطوح بالای نور آبی و قرمز، به ویژه بدون نور سبز کافی، ممکن است توسط گیاهان به عنوان نشانه‌ای از استرس تعبیر و باعث تولید آنتوسیانین‌ها به عنوان مکانیسم محافظتی شود.

نور آبی خود به شدت باعث تولید و تجمع رنگدانه‌های آنتوسیانین می‌شود. در مورد نور قرمز، افزایش نسبت نور قرمز (طول موج ۶۶۷ نانومتر) به نور فراسرخ (طول موج ۷۳۰ نانومتر) می‌تواند پاسخ فیتوکروم را تحریک کند که شامل تولید آنتوسیانین است.

اقدام لازم: از چراغ‌های رشد با طیف کامل و باکیفیت استفاده کنید، این چراغ‌ها تمام طول موج‌های مورد نیاز (رنگ‌های) نور، از جمله UV را در نسبت‌های مناسب ارائه می‌کنند. چراغ‌های رشد را برای مدت توصیه‌شده، معمولاً ۱۲ ساعت یا بیشتر در روز، روشن کنید.

3- محافظت در برابر دمای پایین و یخ‌زدگی

آنتوسیانین‌ها می‌توانند همانند نوعی ضدیخ برای محافظت از سلول‌های گیاه در برابر دمای پایین و یخبندان عمل کنند و مقاومت به سرما را در گیاهان افزایش دهند.

دمای پایین سیالیت و نفوذپذیری غشای سلولی گیاه را تغییر می‌دهد و خطر آسیب ناشی از تشکیل کریستال‌های یخ در سلول‌ها را افزایش و آنها را بیشتر در معرض آسیب سرمازدگی قرار می‌دهد که می‌تواند فرآیندهای سلولی را مختل کند و زمانی که گیاه در معرض دمای انجماد قرار می‌گیرد به آسیب سلولی منجر شود.

وجود آنتوسیانین‌ها با تثبیت غشای سلولی و کاهش خطر آسیب ناشی از انجماد به کاهش این آسیب کمک می‌کند.

اقدام لازم: اطمینان حاصل کنید که چراغ‌های رشد طی مدت زمان کافی در هر روز روشن می‌شوند تا گیاهان به اشتباه طول روز را کوتاه حس نکنند، به خصوص زمانی که هوا سرد می‌شود، در غیر این صورت همانند آمدن زمستان واکنش نشان خواهند داد.

اگر گیاهان در فصول سردتر در محیط‌های سرپوشیده سرد و بدون گرمایش مانند گاراژ یا زیرزمین با نور چراغ رشد کنند، احتمال تجمع آنتوسیانین‌ها و قرمز رنگ شدن به دلیل تنش دمایی وجود دارد. در صورت لزوم می‌توان از پدهای حرارتی الکتریکی برای افزایش دمای اطراف گیاهان استفاده کرد.

4- محافظت در برابر آسیب اشعه UV

آنتوسیانین‌ها با مکانیزمی به نام غربالگری نور یا غربالگری UV، نقش مهمی در محافظت از برگ‌های گیاهان در برابر تنش‌های محیطی مانند قرار گرفتن در معرض سطوح بالای اشعه ماوراء بنفش (UV) ایفا می‌کنند.

برگ‌ها همانند پنل‌های خورشیدی برای جذب نور عمل می‌کنند، اما نور بیش از حد می‌تواند به آنها آسیب برساند. برای محافظت از برگ‌ها در مقابل قرار گرفتن بیش از حد در معرض اشعه UV، آنتوسیانین بیشتر در سمت رو به خورشید برگ تجمع می‌یابد.

آنتوسیانین‌ها نور فرابنفش را قبل از رسیدن به کلروپلاست‌های داخل سلول‌های گیاهی منعکس می‌کنند و سطح جذب اشعه UV توسط کلروفیل را کاهش می‌دهند و در نتیجه آسیب ناشی از نور کاهش می‌یابد.

در شاخه‌های تازه، کلروپلاست‌های درون سلول‌های گیاهی (که حاوی رنگدانه سبز کلروفیل برای فتوسنتز هستند) هنوز کامل رشد نکرده‌اند. برای محافظت از شاخه‌های جدید، گیاهان آنتوسیانین را به عنوان «محافظ خورشید» جایگزین کلروفیل سبز می‌کنند، به همین دلیل است که شاخ و برگ‌های جدید در برخی از گیاهان قرمز است.

اقدام لازم: نهال‌ها (گیاهان جوانی که از رشد بذر حاصل می‌شوند) برگ‌های ظریفی دارند، بنابراین با کم کردن نور چراغ‌های رشد یا افزایش فاصله آنها از روی گیاهان، از نور شدید اجتناب کنید.

قانون مربع معکوس نور را به خاطر داشته باشید. دوبرابر کردن فاصله نور از بالای گیاهان، نور را به یک چهارم قدرت کاهش می‌دهد، نه نصف!

توجه به این نکته مهم است که گیاهان بسته به گونه و عوامل محیطی به نور مصنوعی واکنش متفاوتی نشان می‌دهند.

اگر گیاهانی که با نور مصنوعی رشد می‌کنند قرمز شوند، طیف نور (ترکیب رنگ‌ها) یا شدت نور بر تولید آنتوسیانین تأثیر گذاشته است. می‌توان این مورد را با تنظیم شدت یا مدت نور، یا اصلاح طیف رنگی نور برای کمک به تنظیم این پاسخ محافظتی، تغییر داد.