The effect of continuous lighting (CL, 24 h) and light spectrum on growth and nutritional quality of arugula (Eruca sativa), broccoli (Brassica oleracea var. italic), mizuna (Brassica rapa. var. nipposinica), and radish (Raphanus sativus var. radicula) were investigated in growth chambers under light-emitting diode (LED) and fluorescent lighting. Microgreens were grown under four combinations of two photoperiods (16 h and 24 h) providing daily light integral (DLI) of 15.6 and 23.3 mol m⁻² day⁻¹, correspondingly) with two light spectra: LED lamps and fluorescent lamps (FLU). The results show that fresh and dry weights as well as leaf mass per area and robust index of harvested arugula, broccoli, mizuna, and radish seedlings were significantly higher under CL compared to 16 h photoperiod regardless of light quality. There were no visible signs of leaf photodamage. In all CL-treated plants higher chlorophyll a/b and carotenoid-to-chlorophyll ratios were observed in all plants except mizuna. CL treatment was beneficial for anthocyanin, flavonoid, and proline accumulation. Higher activities of antioxidant enzymes (catalase, superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, and guaiacol peroxidase) were also observed in CL-treated plants. In most cases, the effects were more pronounced under LED lighting. These results indicate that plants under mild oxidative stress induced by CL accumulated more non-enzymatic antioxidants and increased the activities of antioxidant enzymes. This added nutritional value to microgreens that are used as functional foods providing health benefits. We suggest that for arugula, broccoli, mizuna, and radish, an LED CL production strategy is possible and can have economic and nutritional benefits.

The absence of an externally-imposed 24 h light/dark cycle in closed plant production systems allows setting the light environmental parameters in unconventional ways. Innovative lighting modes for energy-saving, high-quality, and yield production are widely discussed. This study aimed to evaluate the effects of the light/dark cycles of 16/8 h (control) and 24/12 h, 48/24 h, 96/48 h, 120/60 h (unconventional cycles) based on the same total light amount, and continuous lighting (360/0 h) on plant performance of some Solanaceae species. Responses of eggplant (Solanum melongena L.), sweet pepper (Capsicum annuum L.), tobacco (Nicotiana tabacum L.), and tomato (Solanum lycopersicum L.) plants to extended light/dark cycles and continuous lighting were studied under controlled climate conditions. Plants with two true leaves were exposed to different light/dark cycles for 15 days. Light intensity was 250 µmol m⁻² s⁻¹ PPFD, provided by light-emitting diodes (LEDs). After the experiment, tomato, sweet pepper, and eggplant transplants were planted in a greenhouse and grown under identical conditions of natural photoperiod for the estimation of the after-effect of light treatments on fruit yield. Extended light/dark cycles of 24/12 h, 48/24 h, 96/48 h, 120/60 h, and 360/0 h affected growth, development, photosynthetic pigment content, anthocyanin and flavonoid content, and redox state of plants. Effects varied with plant species and length of light/dark cycles. In some cases, measured parameters improved with increasing light/dark periods despite the same total sum of illumination received by plants. Treatments of tomato and pepper transplants with 48/24 h, 96/48 h, and 120/60 h resulted in higher fruit yield compared to conventional 16/8 h photoperiod. The conclusion was made that extended light/dark cycles can result in increased light use efficiency compared to conventional photoperiod and, therefore, reduced product cost, but for practical application, the effects need to be further explored for individual plant species or even cultivars.

В обзорной статье представлены собственные и литературные данные о влиянии на растения ежесуточных понижений температуры (ДРОП-воздействий, от англ. drop – падение) разной интенсивности и продолжительности. Их анализ показывает, что влияние ДРОП-воздействий на морфологические и физиолого-биохимические показатели теплолюбивых и холодостойких растений в значительной степени зависит от нижнего значения температуры, используемой для ДРОП. Морфогенетический эффект ДРОП-воздействий, фиксируемый по линейным ростовым показателям, усиливается с понижением температуры, используемой для ДРОП, в то время как реакция растений, оцениваемая по другим физиолого-биохимическим параметрам (накопление биомассы, содержание хлорофилла, фотосинтетическая активность, показатели водного режима, холодоустойчивость), в большей степени зависит от того, опускается ли температура ниже критического уровня, что ведет к развитию стресс-реакции. Кроме того, при ДРОП-воздействиях ответная реакция растения в бóльшей степени зависит от абсолютного значения, до которого понижается температура, и продолжительности холодового воздействия, чем от градиента температур, так как именно это определяет запуск комплекса изменений, характерных для стресс-реакции. Продолжительность ДРОП-воздействий становится более важным фактором при снижении температуры до значений, выходящих за пределы оптимума для определенного процесса/показателя. При этом зоны температурного оптимума для разных процессов/показателей (например, рост растений в высоту и время до начала цветения) могут существенно различаться, что определяет как характер, так и эффективность влияния ДРОП-воздействий с определенными параметрами на те или иные процессы/показатели. В большинстве случаев различия в реакции растений на ДРОП-воздействия разной продолжительности не определяются обычной зависимостью «доза-эффект», так как помимо продолжительности большую роль при этом играет характер температурного воздействия (однократное длительное или непродолжительное ежесуточно повторяющееся). Наконец, эффективность применения ДРОП-воздействий в практических целях в растениеводстве и цветоводстве зависит еще и от видовой (сортовой) принадлежности растений (биологических особенностей вида и сорта) и это предполагает проведение специальных исследований, направленных на выявление оптимальных параметров ДРОП-воздействий применительно к конкретному объекту.

Изучали влияние шунгитовых пород (ШП) Турастамозерского (1, 5, 25, 100%), Нигозерского (1, 5, 10, 25, 100%), и Зажогинского (1, 5, 100%) месторождений в составе субстрата для выращивания на рост и развитиепшеницы (TriticumaestivumL.) и ячменя (HordeumvulgareL.). Растения выращивали в камерах искусственного климата при температуре 23°С, ФАР 200 мкмоль/(м² с) и поливе питательным раствором.В качестве контрольного субстрата для выращивания растений использовали кварцевый песок.Полученные результаты показали, что влияние ШП на рост и развитие растений зависит от вида (типа) ШП и количества ШП в субстрате. В частности, отмечено положительное влияние Турастомозерской ШП в концентрациях от 1 до 25% на фотосинтетическую активность и накопление биомассы растений. ШП Нигозерского месторождения в концентрации выше 5% тормозила рост и развития из-за высокой кислотности (низкой рН) субстрата. Влияние Зажогинской ШП было незначительным в концентрациях от 1 до 5%. Использование ШП в качестве 100% субстрата показало, что только Турастомозерская ШП пригодна для выращивания растений. Всхожесть семян в субстратах из Нигозерской и Зажогинской ШПбыла нулевой. По ряду показателей (накопление биомассы, содержание хлорофилла, потенциальный квантовый выход фотохимической активности ФС II (F_v/F_m))наблюдались видовая специфичность в ответной реакции пшеницы и ячменя на внесение ШП в субстрат для их выращивания. Не удалось выявить сколько-нибудь значимое положительное влияние ШП на устойчивость растений к водному, солевому и низкотемпературному стрессам. На основании обобщения полученных данных и анализа литературы сделан вывод, что пока практическое использование ШП требует большой осторожности и дальнейшего изучения, т.к. без понимания я механизмов их влияния на растения, нельзя обеспечить их эффективное применение с целью управления ростом, развитием и формированием продуктивности. Кроме того, обобщающий термин «шунгит», очевидно, неприменим в физиологии растений и растениеводстве, так как ШП разных месторождений и в смеси с другими веществами в составе удобрений могут оказывать на растения очень разные, вплоть до противоположных, эффекты.

Изучали влияние возраста листа на способность повышать холодоустойчивость листьев огурца (Cucumis sativus L.) и пшеницы (Triticum astevum L.) под влиянием ежесуточных кратковременных понижений температуры (ДРОП-воздействий, от англ. drop - падение). С этой целью растения в течение 6 суток подвергали кратковременным (2 ч в конце ночного периода) понижениям температуры до 12°С (огурец) или 4°С (пшеница) в фазе активно растущего первого (пшеница) или второго настоящего (огурец) листа (ДРОП 1) или в фазе заканчивающего рост, то есть зрелого, соответственно, первого или второго листа (ДРОП 2). Растения варианта ДРОП 3 подвергали ДРОП-воздействиям на протяжении всего периода (12 суток) роста первого или второго листа, соответственно. Холодоустойчивость листьев оценивали по устойчивости клеток листа к краткосрочному промораживанию. О проницаемости мембран судили по относительному выходу электролитов из ткани листьев. Установлено, что реакция растений на ДРОП-воздействия зависит от возраста листа. Молодые и зрелые листья огурца и пшеницы реагировали на ДРОП-воздействия ростом холодоустойчивости листьев. При этом у зрелых листьев холодоустойчивость достигала больших значений, чем у молодых. Относительный выход электролитов у зрелых листьев был также меньше по сравнению с молодыми листьями, что свидетельствует о большем повышении стабильности мембран зрелых листьев под влиянием ДРОП-воздействий. Предполагается, что причиной влияния возраста листа на повышение холодоустойчивости листьев под влиянием ДРОП-воздействий являются структурные (анатомо-морфологические) и метаболические особенности листьев разного возраста

This study addressed the following questions: How does continuous lighting (CL) impact plant physiology, and photosynthetic and stress responses? Does the impact of CL depend on the source of the light and other environmental factors (natural vs. artificial)? Do responses to CL differ for native and non-native plant species in the subarctic region and, if differences exist, what physiological reasons might they be associated with them? Experiments were conducted with three plants native to the subarctic region (Geranium sylvaticum L., Geum rivale L., Potentilla erecta (L.) Raeusch.) and three non-native plant species (Geranium himalayense Klotzsch, Geum coccineum Sibth. and Sm., Potentilla atrosanguinea Loddiges ex D. Don) introduced in the Polar-Alpine Botanic Garden (KPABG, 67°38′ N). The experimental groups included three species pairs exposed to (1) a natural 16 h photoperiod, (2) natural CL, (3) an artificial 16 h photoperiod and (4) artificial CL. In the natural environment, measurements of physiological and biochemical parameters were carried out at the peak of the polar day (at the end of June), when the plants were illuminated continuously, and in the second week of August, when the day length was about 16 h. Th experiments with artificial lighting were conducted in climate chambers where plants were exposed to 16 h or 24 h photoperiods for two weeks. Other parameters (light intensity, spectrum composition, temperature and air humidity) were held constant. The obtained results have shown that plants lack specific mechanisms of tolerance to CL. The protective responses are non-specific and induced by developing photo-oxidative stress. In climate chambers, under constant environmental conditions artificial CL causes leaf injuries due to oxidative stress, the main cause of which is circadian asynchrony. In nature, plants are not photodamaged during the polar day, as endogenous rhythms are maintained due to daily fluctuations of several environmental factors (light intensity, spectral distribution, temperature and air humidity). The obtained data show that among possible non-specific protective mechanisms, plants use flavonoids to neutralize the excess ROS generated under CL. In local subarctic plants, their photoprotective role is significantly higher than in non-native introduced plant species.