Influenta Compozitiei Spectrale Asupra Compozitiei Bichimice a Unor Plante Legumicole Iluminate cu Led+uri

CUPRINS

Cercetare științifică experimentală

[NUME_REDACTAT] actual al cercetărilor privind:

Influența calității spectrale a luminii asupra fiecărei specii alese în diferite perioade de vegetație

Influența calității spectrale a luminii asupra necesarului de apă și nutrienți, precum și asupra unor procese metabolice.

Identificarea modificărilor de comportament a unor enzime cheie din ciclul Calvin, precum și a polifenoloxidazelor conținute în plantele testate.

CAPITOLUL II

Influența luminii led-urilor asupra timpului de răsărire al plantelor și asupra creșterii plantelor de Lactuca sativa L.

Justificarea temei

Obiectivele cercetării

Material și [NUME_REDACTAT] obținute

Concluzii și recomandări

Bibliografie

INTRODUCERE

De la apariția vieții pe Pământ, radiația electromagnetică acționează asupra planetei noastre în ansamblul ei, adică asupra corpurilor situate la suprafața scoarței terestre, asupra solului și subsolului, asupra apelor de suprafață, asupra aerului, asupra vegetației, asupra animalelor, asupra construcțiilor și asupra oamenilor. Efectele acțiunii radiațiilor electromagnetice pot fi atât binefăcătoare (chiar indispensabile vieții, exemplu: fotosinteza) cât și dăunătoare ( expunerea prelungită sau expunerea la anumite tipuri de radiații, de diferite intensități și lungimi de undă, exemplu: arsurile solare ale pielii).

În condițiile actuale ale desfășurării vieții sub egida creșterii densității populației, creșterii efectului de seră, micșorării uscatului și necesității creșterii resurselor vegetale și animale care să acopere deficitul de hrană al populației, se impune descoperirea de biotehnologii noi pentru sporirea producției agricole vegetale utilizând resurse financiare minime. În prezenta lucrare mi-am propus a studia efectele radiațiilor asupra unor plante în diferite stadii de dezvoltare având ca obiectiv principal: creșterea calitativa și cantitativă a producției vegetale, în general și cea a unor specii de plante legumicole în special. Radiațiile electromagnetice utilizate vor fi produse prin tehnologia economică inovatoare LED.

În această lucrare vor fi expuse câteva aspecte esențiale privind interacțiunea radiației electromagnetice cu câteva specii de plante. Foarte multe studii efectuate în special în ultimii ani au dus la concluzia că, ideea conform căreia radiațiile electromagnetice de frecvență joasă nu au nici un efect asupra sistemelor vii, este complet falsă. Au fost puse în evidență numeroase efecte ale diferitelor tipuri de radiații electromagnetice asupra diferitelor sisteme vii sau asupra unor organe și țesuturi ale acestora, inclusiv asupra omului. Lucrarea prezentă va analiza doar aspectele legate de mecanismele de interacțiune a radiației electromagnetice cu substanța aparținând plantelor vizate( aflate în diferite stadii de dezvoltare vegetativă) și aspectele ce țin de modificările metabolismului celular ce vin în sprijinul îndeplinirii obiectivului principal al studiului.

Radiația electromagnetică se poate clasifica după mai multe criterii. Astfel după primele efecte pe care le poate produce la interacțiunea cu substanța se pot deosebi două tipuri și anume: radiația electromagnetică ionizantă și radiația electromagnetică neionizantă. Radiația electromagnetică ionizantă este acea parte a spectrului electromagnetic pentru care energia cuantei de câmp este suficientă pentru a scoate electronii din atomi sau pentru distrugerea legăturii dintre componentele unei molecule pentru a produce ionizarea acestora. Din această categorie fac parte radiațiile γ și X, acestea fiind caracterizate de frecvențe mari (superioare valorii de 1015 Hz)și lungimi de undă foarte mici. Radiația electromagnetică neionizantă este caracterizată de frecvențe mai mici, ceea ce înseamnă și energii ale cuantei de câmp mai mici, insuficiente pentru producerea fenomenelor de ionizare. Din această categorie fac parte: radiațiile ultraviolete, lumina vizibilă, radiația infraroșie, microundele, undele radio și radiația electromagnetică de frecvență foarte joasă.

Dacă luăm în calcul răspunsul plantelor la acțiunea factorului de stres abiotic numit „lumină” atunci există alte două tipuri de radiație:

#Radiația fiziologic activă

#Radiația activă în fotosinteză( PAR)

Radiația fiziologic activă se împarte în cinci domenii spectrale:

λ cuprinsă între 300 și 400 nm- radiație UV

λ =400-500 nm-spectrul de radiație albastru

λ =500-600 nm-spectrul de radiație verde

λ =600-700 nm-spectrul de radiație roșie

λ =700-800 nm-radiație IR sau roșu îndepărtat.

Numeroase studii efectuate în special în ultimii ani au dus la concluzia că, ideea, conform căreia, radiațiile electromagnetice neionizante nu au nici un efect asupra sistemelor vii, este complet falsă. Au fost puse în evidență numeroase efecte ale diferitelor tipuri de unde electromagnetice (radio, microunde, radiații infraroșii, vizibile, ultraviolete) asupra diferitelor sisteme vii sau asupra unor organe și țesuturi ale acestora, inclusiv asupra omului.

Organismele vegetale cunoscute nu se pot dezvolta în absența luminii. De fapt, lumina este radiația electromagnetică ce are lungimea de undă (λ) cuprinsă în intervalul 350-750 nm (10-9 m). Intensitatea luminii in domeniul spectral 640 nm – 660 nm este foarte importantă, având în vedere că, clorofila absoarbe puternic în acest interval.

Lumina este, pentru plante, atât o sursă de energie cât și de informație.

Este o sursă de energie pentru fotosinteză și o sursă de informații pentru fotoperiodism (noapte/zi), fototropism (direcția luminii) si fotomorfogeneza (cantitatea si calitatea luminii).

În spații ne-protejate, lumina care ajunge la plante este generată de Soare, pe când în spațiile protejate lumina este generată de surse artificiale având anumite caracteristici spectrale.

Sursele de radiații electromagnetice utilizate vor fi surse pe LED-uri. Este de necontestat faptul că, utilizănd aceste diode electro-luminescente (LED-urile), putem obține, în mod ecologic și la niște parametri economici suficient de minimizați (amortizabili în timp ca și costuri), rezultatele experimentale scontate. Pentru început am ales ca material de studiu de probă doar câteva specii de plante legumicole, pentru mine acestea constituind baza alimentației în timpul verii, urmând ca pe parcursul cercetării să lărgesc aria de studiu.

Am ales plantele legumicole deoarece ele reprezintă o componentă obligatorie în strategia alimentară și asigură pe lângă diversificarea regimului alimentar și funcționarea normală a organismului uman, contribuind la o foarte bună asimilare a celorlalte alimente.

Valoarea alimentară a plantelor legumicole este dată de conținutul în :

substanțe proteice, hidrați de carbon(zaharoză, glucoză, amidon), grăsimi, care asigură o valoare energetică ridicată;

vitamine hidrosolubile (B1, B2, B6, B12, PP, C), vitamine liposolubile (A,D,E,K), acizi organici (oxalic,citric,malic,lactic), săruri minerale (pe bază de calciu, fier, potasiu, sodiu și fosfor), uleiuri aromatice, fitoncide care joacă un rol important în echilibrul fiziologic al organismului uman;

apă (circa 70-95 %) cu efect favorabil și indispensabil în hidratarea organismului omului.

Pentru că, valoarea alimentară a legumelor în stare proaspătă este net superioară celor conservate, o atenție deosebită voi acorda perioadei fructificării plantelor și conservării lor în stare proaspătă, timp îndelungat, în condiții controlate bineînțeles, sub acțiunea radiațiilor electromagnetice.

În prezentul referat voi incerca atingerea urmatoarelor obiective : influența calității spectrale a luminii asupra fiecărei specii alese în diferite perioade de vegetație; influența calității spectrale a luminii asupra necesarului de apă și nutrienți, precum și asupra unor procese metabolice; identificarea modificărilor de comportament a unor enzime cheie din ciclul Calvin, precum și a polifenoloxidazelor conținute în plantele testate.

Studiul prezintă un interes deosebit deoarece pentru culturile legumicole din seră, mai ales pe timpul iernii, se impune suplimentarea luminii pentru a obține producții si productivități crescute. Totodată pentru obținerea răsadurilor este foarte importantă atât cantitatea, cât și calitatea luminii. Este cunoscut faptul că, în prezent, în majoritatea serelor, pentru suplimentarea luminii se folosesc becuri incandescente speciale, care deși au un efect favorabil asupra creșterii plantelor, au un consum ridicat de energie electrică, ceea ce duce la creșterea cuantumului de cost per răsad sau per produs finit.

De asemenea, la începutul anului 2013, [NUME_REDACTAT] a interzis producerea becurilor cu incandescență, mari consumatoare de energie, însă a fost recomandată comercializarea becurilor economice, slabe, obositoare, de multe ori cu lumina rece si neplăcută, cu prețuri de câteva ori mai mari decât ale becurilor clasice, acestea având un consum redus de energie. Începând de la 1 ianuarie 2014 sunt interzise prin directiva [NUME_REDACTAT] becurile cu fluorescență recomandându-se a fi înlocuite, de LED-uri, o nouă tehnologie ecologică, cu un consum cu 10% mai mic decât al becurilor economice, dar capabile să emane o lumină mai puternică decât acestea și cu un spectru de culori la discreția beneficiarului.. [NUME_REDACTAT] va decide în timpul acestui an când vor fi scoase de pe piață și becurile economice.

Începând din anul 2009, Irlanda a interzis folosirea becurilor incandescente în favoarea alternativelor eficiente energetic. Scopul acestor noi standarde de eficiență energetică a fost „oprirea folosirii becurilor incandescente în Irlanda” schimbare ce a adus o reducere a emisiilor de dioxid de carbon cu 700.000 tone pe an și va diminua cu 269,3 milioane de dolari facturile de electricitate ale consumatorilor( www.led-vtac.ro/ [NUME_REDACTAT], 2008).

De asemenea China care produce 70% din becurile de pe piața mondială, vrea sa schimbe toate becurile cu incandescență cu becuri LED, mult mai eficiente din punctul de vedere al consumului de energie. Aceeași idee este dezbătută de toate țările europene și ale SUA, în acord cu directivele mondiale de protecție a mediului.

Diodele emițătoare de lumină (LED-urile) au fost mult timp recunoscute pentru beneficiile lor, viață lungă, eficiența energetică și flexibilitate.

În ultimul deceniu, evoluția tehnologiei cu LED-uri a fost remarcabilă, piața fiind in creștere în mod semnificativ în ultimii ani. Cu toate acestea, în comparație cu restul industriei pentru iluminat, introducerea LED-urilor în tehnicile de cultură horticole este mult mai recentă materializându-se abia în ultimii ani, datorită în mare parte progreselor semnificative în tehnologie.

.Agricultura biologică este reglementată în [NUME_REDACTAT] prin Directiva 2092/ 91  și alte recomandări mai noi. Reconversia la agricultura biologică este susținută financiar de organismele europene și unele state ca Danemarca, Germania, Anglia, Elveția, Olanda, Spania. (ro.scribd.com/doc/104171579/ Cultivarea-Legumelor-in-Sere-Si-Solar..)

Cercetările cu privire la influența iluminării cu LED-uri asupra creșterii și dezvoltării plantelor sunt răspândite în întreaga lume, însă asupra germinației semințelor, creșterii și dezvoltării plantelor legumicole aceste cercetări sunt incipiente. În studiul efectuat am analizat influența luminii din spectrul vizibil produse în doua variante de LED-uri, asupra creșterii plantulelor de salata până la stadiul de răsad, acesta fiind unul dintre primele studii de acest gen făcute la noi în țară.

Stadiul actual al cercetărilor privind:

Influența calității spectrale a luminii asupra fiecărei specii alese în diferite perioade de vegetație

Influența calității spectrale a luminii asupra necesarului de apă și nutrienți, precum și asupra unor procese metabolice.

Identificarea modificărilor de comportament a unor enzime cheie din ciclul Calvin, precum și a polifenoloxidazelor conținute în plantele testate.

Considerații generale privind utilizarea ledurilor

Un LED (din engleză light-emitting diode, însemnând diodă emițătoare de lumină) este o diodă semiconductoare ce emite lumină la polarizarea directă a joncțiunii p-n. Efectul este o formă de electroluminescență. Un LED este o sursă de lumină mică, de cele mai multe ori însoțită de un circuit electric ce permite modularea formei radiației luminoase. De cele mai multe ori acestea sunt utilizate ca indicatori în cadrul dispozitivelor electronice, dar din ce în ce mai mult au început să fie utilizate în aplicații de putere ca surse de iluminare. Culoarea luminii emise depinde de compoziția și de starea materialului semiconductor folosit, și poate fi în spectrul infraroșu, vizibil sauultraviolet. Pe lângă iluminare, LED-urile sunt folosite din ce în ce mai des într-o serie mare de dispozitive electronice.

In anul 2008, cel mai puternic LED comercializat aparținea firmei sud-coreene [NUME_REDACTAT]. Un singur LED din seria Z-Power P7 atinge performanța de 900 Lumen la 10 Watt, deci o eficiența de 90 lm/W, echivalând cu un bec obișnuit de 75W.

La 12 mai 2010, firma [NUME_REDACTAT] a prezentat cea mai puternica lampă LED de uz casnic disponibilă pe piață, cu o eficiență de 50 Lumen/Watt. Luminozitatea lămpii Array LED PAR38 este comparabilă cu cea a unui bec obișnuit/standard de 75 Watt atingând 985 Lumen la un consum de numai 18-20 Watt, fiind în același timp și variabilă.

La 12 aprilie 2010, firma Toshiba a prezentat prototipul celei mai puternice lămpi LED de uz casnic și industrial, cu o eficiență de 120 Lumen/Watt. Luminozitatea lămpii led este comparabilă cu cea a unui bec obișnuit/standard de 100 Watt, atingând 1690 Lumen.

La 18 decembrie 2012, firma Cree a prezentat Lampa LED XLamp MK-R cu o eficiență de 200 Lumen/Watt si cu o dimensiune de 7 x 7 mm. Luminozitatea lămpii led este comparabilă cu cea a unui bec incandescent de 120 Watt, atingând 1769 Lumen la 15 W și 85°C.

La 5 martie 2013, firma Cree a prezentat Lampa LED de uz casnic cu o eficiență de 84 Lumen/Watt, consum 9 – 9,5 Watt, preț sub 10$ în varianta de 40W și fasung standard E27. Luminozitatea lămpii led este comparabilă cu cea a unui bec incandescent de 60 Watt, atingând până la 800 Lumen, fiind și variabilă ( în combinație cu un variator de tensiune).

Electroluminescența a fost descoperită în anul 1907 de către H. J. Round, folosind un cristal de carbură de siliciu și un detector primitiv dintr-un metal semiconductor. [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] a fost cel care a creat primul LED prin anii 1920. Cercetarea sa a făcut înconjurul lumii, însă nu s-a găsit nici o întrebuințare a acesteia timp de câteva decenii. În anul 1961, [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT], au descoperit că aplicând curent unui aliaj din galiu si arsen, acesta emite o radiație infraroșie. Primul LED cu emisie în spectrul vizibil (roșu) a fost realizat în anul 1962 de către [NUME_REDACTAT], când lucra la [NUME_REDACTAT] Company . Un fost student al acestuia, M. [NUME_REDACTAT], a inventat primul LED de culoare galbenă și a îmbunătățit factorul de iluminare al Led-urilor roșu și roșu -portocaliu de circa zece ori în anul 1972. Până în 1968 LED-urile vizibile și cele infraroșii costau foarte mult, aproape 200 de dolari și nu puteau fi folosite doar la aplicații minore. Prima corporație care a trecut la fabricarea LED-urilor pe scară largă a fost [NUME_REDACTAT], realizând în 1968 LED-uri pentru indicare. Acestea au fost preluat de către compania [NUME_REDACTAT] și integrate în primele calculatoare alfanumerice. Primele LED-uri comercializate pe scară largă au fost folosite pentru înlocuirea indicatoarelor incandescente, întâi la echipamentele scumpe ca cele de laborator și de teste, apoi, mai târziu, la televizoare, radiouri, telefoane, calculatoare, chiar și ceasuri. Aceste LED-uri roșii nu puteau fi folosite decât pentru indicare deoarece emisia de lumină nu era suficientă pentru iluminarea unei suprafețe. În decursul anilor s-au descoperit și alte culori ale LED-urilor, cu capacități mai mari de iluminare.

Primul LED cu capacitate mare de iluminare a fost realizat de cercetătorul [NUME_REDACTAT] în anul 1993 dintr-un aliaj de InGaN. Acesta a fost premiat în anul 2006 cu [NUME_REDACTAT] Prize pentru invenția sa.

LED-urile au o durată de viață foarte mare : în general de 10 ani, de 2 ori mai mult decât cel mai bun tip de neon si de 20 de ori mai mult decât cel mai bun bec cu filament (becurile cu filament pot fi făcute să dureze mai mult timp prin aplicarea unui voltaj mai mic decât cel normal, dar acest lucru le scade foarte mult din eficiența; LED-urile au o durata de viață mare în condiții de operare normale).

(http://www.robotics.ucv.ro ro.wikipedia.org/wiki/Electroluminiscență; )

Un alt avantaj al LED-urilor este faptul că se degradează treptat prin reducerea luminozității de-a lungul perioadei de funcționare, spre deosebire de becul cu filament care se defectează instantaneu și iremediabil. LED-urile sunt foarte rezistente la vibrații sau șocuri și funcționeaza într-un interval foarte mare de temperatură

Eficiența energetică a iluminării cu LED-uri este foarte bună și, odată cu dezvoltarea tehnologiei de realizare a LED-urilor de putere iluminarea cu LED-uri devine o variantă care trebuie considerată. Deocamdată prețul inițial mare și strălucirea încă redusă au făcut ca becurile cu LED-uri să nu fie folosite atât de mult ca și cele fluorescente.

(Ecoterra, no. 27, 2011/37 ; BECURI. EVOLUȚIE ȘI RELAȚIA CU MEDIUL; Petre OGRUȚAN1, [NUME_REDACTAT] ACIU1, Liviu SUCIU2; Universitatea TRANSILVANIA Brașov, Departamentul de Electronică și Calculatoare;2 S.C. ICPE Bistrița S.A.)

Utilizarea LED-urilor în HORTICULTURĂ Stadiul actual al cercetărilor privind utilizarea Ledurilor în horticultură

Lumina este unul dintre cei mai importanți factori de mediu, care exercită variate influențe asupra plantelor, ea fiind nu numai sursă de energie în fotosinteză, ci și promotor al germinației, al creșterii și dezvoltării organismelor vegetale. În reacția plantelor la lumină, contează atât cantitatea și calitatea radiațiilor incidente, cât și durata perioadei de iluminare, respectiv fotoperioada.

Fig.1.3.1 www.dutchnews.nl

După cum preciza Tikhomirov (1994), modificările spectrale ale luminii determină înregistrarea – la nivelul organelor verzi ale fiecărei plante – de reacții morfogenetice și fotosintetice diferite, cu variații intra- și interspecifice sau chiar intraindividuale.

Procesul de percepere a semnalului luminos și transformarea lui într-o reacție biochimică ce etermină o modificare a procesului de creștere și dezvoltare se numește FOTORECEPȚIE. Este general acceptat faptul că există trei tipuri de receptori ai luminii: receptorii pentru radiațiile ultraviolete, criptocromul și fitocromul.

LED-urile sunt larg utilizate în diverse domenii de activitate. În ultimii ani, au apărut cultivatori de plante de interior care utilizează lumina LED-urilor pentru a-și cultiva plante folosite în alimentația proprie (Yeh și Chung, 2009). Pe lângă eficiența energetică dovedită a LED-urilor (Bula și colab., 1991; Barta și colab., 1992), recent se discută mult și despre sustenabilitatea acestora din punct de vedere ecologic.

Cercetările cu privire la influența LED-urilor asupra creșterii și dezvoltării plantelor sunt răspândite în întreaga lume, însă asupra germinației aceste cercetări sunt incipiente. Noi am analizat influența luminii produse de LED-uri pe semințe, adică germinația și creșterea plantulelor, fiind primul studiu de acest gen din țara noastră.

Conform datelor din literatura de specialitate, influența radiației laser este mult mai puternică asupra semințelor îmbibate decât asupra celor uscate. Pe parcursul procesului de germinare, între semințe și mediul de cultură are loc un schimb de substanțe; din semințe trec în mediu glucide solubile, aminoacizi și substanțe minerale, datorită faptului că integritatea membranelor plasmatice din celulele semințelor este deteriorată. Ieșirea acestor substanțe este mai rapidă în prima zi de îmbibație, pentru ca ulterior aceasta să scadă rapid, datorită refacerii permeabilității membranelor plasmatice ([NUME_REDACTAT], 2009).

Diodele emițătoare de lumină (LED-uri) au fost mult timp recunoscute pentru beneficiile lor, viata lunga, eficiența energetică și flexibilitate.

În ultimul deceniu evoluția tehnologiei cu LED-uri a fost remarcabila, piața fiind în creștere în mod semnificativ în ultimii ani. Cu toate acestea, în comparație cu restul industriei de iluminat, introducerea LED-urilor în tehnicile de cultură horticole este mult mai recentă materializându-se abia în ultimii ani. Introducerea LED-urilor pe piața horticolă se datorează în mare parte progreselor semnificative în tehnologie. În ultimii ani, studiile au demonstrat că plantele sunt mult mai sensibile la anumite lungimi de unda de lumina pentru creșterea absorbției clorofilei și fotosintezei atunci când sunt expuse la roșu (~ 640 – 660 nm) și albastru (~ 450 nm) lumină. Aceste studii au arătat că vârfurile de absorbție a luminii spectrale pentru clorofila a se află în intervalele de la 400 la 500nm și 600 până la 700 nm, așa cum a demonstrat în figura 1.3.2

Fig. 1.3.2. Utilizarea luminii cu Leduri la cultura salatei

Becurile cu sodiu de înaltă presiune (HPS) reprezintă sursa de lumină cel mai frecvent utilizată pentru iluminatul suplimentar în sere. Comparând spectrul lămpilor HPS se poate aprecia că cele mai multe se încadrează în intervalele de absorbție a clorofilei. Însă, cercetarea a constatat ca doar 7 la suta din lumina creată de lămpile HPS este absorbită de plante, iar o mare parte din energie se pierde din cauza ineficienței. 

Îmbunătățirea tehnologiei cu LED-uri

Producătorii de LED-uri au recunoscut imense beneficii potențiale prin iluminarea cu LED-uri în horticultură.  Prin proiectarea lămpilor de iluminat se utilizează o combinație de LED-uri de la cele două lungimi de undă apropiate de vârfurile spectrelor de absorbție clorofila (455 nm și 660 nm care realizează o sporire a creșterii plantelor și scăderea simultană a consumului de energie.  Progresele suplimentare în domeniul tehnologiei LED-urilor au un impact pozitiv.

Punerea în aplicare a iluminatului cu LED-uri

Se estimează că piața de iluminat cu LED-uri în serele horticole va ajunge la aproximativ 20 milioane dolari până în 2013 .

Alt impact și posibilitățile viitoare pozitive au arătat că anumite lungimi de undă și temperaturi de culoare de lumina pot crește cantitatea, greutatea sau biomasa a producției de fructe și legume în anumite plante. Prin utilizarea luminii cu combinația corectă de lumină, este posibil să crească randamentul plantelor cu mai mult de 20 de procente, în timp ce, de asemenea, îmbunătățirea calității produselor și prelungirea sezonului de producție. ([NUME_REDACTAT], 2011).

Iluminarea LED, perspective de consum

[NUME_REDACTAT] Europene estimeaza ca, pe viitor, corpurile de iluminat LED vor deveni o alternativa viabila atat pentru inlocuirea becurilor cu incandescență cât si a solutiilor de iluminat CFL, care includ în procesul de productie vapori de mercur. Avantajele pe care aceasta tehnologie le aduce sunt multiple: durata de functionare de peste 50.000 de ore, consum energetic de 10 ori mai mic decat cel al corpurilor de iluminat clasice și lipsa oricăror elemente toxice. Datele oficiale publicate de UE arata ca utilizarea becurilor economice va aduce economii intre 5 si 10 miliarde de euro anual, la nivel european, fonduri care vor putea fi apoi investite in dezvoltare.

La nivel global, soluțiile de iluminat bazate pe tehnologia LED au inceput să fie adoptate pe piață abia din anul 2007, iar în prezent reprezintă aproximativ 5% din valoarea totala a vânzărilor de echipamente de iluminat. Până în acest moment, această tehnologie a fost în principal adoptată de marile companii, însa începe să fie o alternativă si pentru iluminarea în zonele publice sau rezidențiale.

Un studiu global, realizat anul acesta de compania [NUME_REDACTAT], arata ca vanzarile de corpuri si solutii de iluminat bazate pe tehnologia LED vor avea o crestere anuala de peste 20% pană în 2014. Principalii vectori de creștere vor fi îmbunatățirea tehnologiei și reducerea preturilor produselor, strategia de eficientizare energetica, reglementările legislative, dar și încurajările fiscale oferite de diverse guverne din întreaga lume.

[NUME_REDACTAT] va comercializa pe piata din Romania chip-uri LED de iluminare, componente LED de iluminare, panouri si structuri iluminatoare adresand atat consumatorii individuali, cat si marile companii care urmaresc reducerea consumului de energie.

„Piata produselor de iluminare SSL are un potential extrem de important in urmatorii, avand in vedere eforturile depuse de [NUME_REDACTAT] pentru reducerea, cu aproximativ 80%, a consumului de energie. Produsele de iluminare LED au avut un potential de afaceri de 25-30 milioane de euro până la finalul anului 2012 în zona balcanica și ne asteptam ca Romania sa fie o țară cheie pentru dezvoltarea acestui segment în regiune”, a declarat Ove Sörensen, [NUME_REDACTAT] Sales & [NUME_REDACTAT] în cadrul Optogan.

De asemenea companiile producatoare de corpuri de iluminat sau sectorul public, ce are nevoie de solutii de iluminare complete si eficiente din punct de vedere energetic.

„Solutiile de iluminare SSL, cu un consum redus de energie, reprezintă tehnologia viitorului in industria de profil. Optogan vizeaza pozitionarea ca lider pe piata est europeana a produselor de iluminare bazate pe tehnologia SSL, in Europa de Est. Ne asteptam la o crestere seminificativa a adoptiei iluminarii bazata pe tehnologia LED in urmatoarele 18 luni” a declarat [NUME_REDACTAT], reprezentantul KDF Energy care va coorodna parteneriatul cu Optogan in zona Balcanilor.

Totodata, firma Optogan dezvoltă produse dedicate pentru iluminarea cu Leduri create special pentru a rezista la temperturi extreme fara a afecta calitatea luminii emise de acestea. Cu o rata de conversie de 130 lumeni per Watt, lampile si becurile Optogan au fost create special pentru a reduce consumul de energie electrica atunci cand sunt folosite.

„Am bugetat o investitie de 1,5 milioane de euro in urmatoarele 12 luni pentru dezvoltarea canalelor de distributie pentru produselor Optogan la nivel regional. Romania face parte, din primul val al extinderii companiei Optogan in zona Europei de Est”, a declarat [NUME_REDACTAT], proprietarul KDF Energy.

Fara indoiala ca lampile cu tehnologie LED sunt din ce in ce mai populare in randul celor care se ocupa de cresterea plantelor, rasaduri sau legum verdeturi. Numeroasele avantaje pe care acest tip de lampi de inaltă tehnologice le au fata de cele utilizate până în prezent au convins până si pe cei mai mari producatori că lampile de tip vechi de tip HPS și MH trebuie inlocuite rapid cu lampi de tip nou, cu consum energetic redus.

      Lampile de tip vechi HPS si MH au un consum energetic foarte mare in raport cu efectele produse asupra cresterii plantei, din cauza ca mare parte din lumina produsa se afla intr-o zona spectrala neutra sau chiar nociva pentru plante. Astfel, doar o mica parte din radiatie, cea aflata in zona de albastru si rosu se asimileaza de catre planta, restul de radiatie fiind reflectata de frunze (verde) sau se transforma in caldura. O caldura care, avand in vedere costurile energiei electrice, este extrem de costisitoare.

      Noile lampi permit economii de pana la 80% în factura de electricitate, la acelesi efect de crestere si dezvoltare. Astfel, o lampa Kyotra HPSX300 de 50w consum energetic va avea un efect comparabil cu o lampa de 250-300W de tip vechi. Asta bineînțeles asupra plantelor, deoarece asupra ochiului lampile de tip vechi sunt cu mult mai luminoase. Asta din cauza sensibilitatii spectrale complet diferite a ochiului fata de frunzele verzi.

Utilizarea de iluminării suplimentare cu ajutorul lămpilor contribuie la creșterea producției legumicole de salată în seră iar folosirea acestora a cresut foarte mult în ultimii 15 ani în Olanda. Principalele motive pentru utilizarea iluminatului suplimentar sunt asigurarea unor producții mari pe tot parcursul anului precum și nivelul de calitate care satisface cererea de pe piață (Marcelis et al., 2002).

[NUME_REDACTAT], în anul 1999 suprafețele iluminate suplimentar în sere a crescut cu circa 13% comparativ cu 1994 (Bakker și colab., 2000). Până în 2002 circa 22% din suprafața de seră olandez a făcut uz de iluminarea suplimentară, cifra crescând cu 1,7 procente anual comparativ cu 1994 (Knijff și Benninga, 2003).

În 2003, aproape 20 de hectare de tomate au fost produse în condiții de iluminare suplimentară, ceea ce reprezi aproape jumătate din suprafața totală de tomate (Meerwaldt, 2003). Perspectiva pentru anul 2004 a fost de a crește la 60 sau 65 de hectare (Burg, 2003).

Pe lângă această creștere a ariei de iluminare s-a crescut și numărul de ore de iluminat. Intensitatea medie a ajuns la 39 W/ m2 și numărul mediu de ore de iluminat pe an a ajuns la 3450 (Knijff și Benninga, 2003) comparativ cu anul 1999 unde aceste valori erau de 28 W/m2 și 2900-3000 ore pe an (Bakker et al, 2000.)

Cele mai frecvent utilizate lămpi pentru iluminarea suplimentară sunt lămpile cu sodiu ce emit lumini de înaltă presiune (HPS). Aceste lumini au fost inițial folosite pentru iluminarea drumurilor publice.

Aceste lămpi nu erau eficiente deoarece circa 20% din lumină era utiliyată ca radiații vizibile percepute de plantă, iar restul era convertită în căldură. Mai mult decât atât, plantele au o absorbție foarte diferită a spectrului luminii față de ochiul uman. Cele mai noi lămpi LED au o eficiență de conversie a energiei pentru creșterea plantelor, de 38% (Pot, 2004).

Pentru sectorul horticol, acest aspect este foarte mult apreciat și prin urmare, cercetarea se face deschide noi posibilități de iluminat pentru sectorul horticol folosind lămpile pe diode emițătoare de lumină (LED), (Kim et al, 2004;. Yorio et al, 2001;. Yanagi și Okamoto, 1997; Lavrijsen, 2003).

     Avantajele folosirii Led-urilor:

1. Emisia de fotoni are loc pe domenii de frecventa (spectru) foarte ingust, exact in zona in care plantele se simt mai bine. Toata radiatia va fi absorbita si transformata in masa verde.

2. Emisia este localizata, se poate foarte usor jongla cu spotul de lumina, de asa natura încât spotul de creștere să cadă exact pe zona de interes și nu să lumineze spatiul în jur (alei de acces, pereți, tavan etc). Toata radiatia va fi folosita pentru cresterea plantelor, fără pierderi inutile.

3. Emisia de radiatie infrarosie este perfect controlabilă, lămpile pot fi apropiate de plante fără să existe pericolul arderii plantelor. Este emisă foarte puțină căldură.

4. O economie de 60%-80% in factura de energie electrică.

5. Timpul de viata al dispozitivelor luminoase implicate (tip Bridgelux, Epistar, Cree) este extrem de mare, depasind 40-50000 ore de functionare. Lampile vor produce foarte multa valoare pe parcursul vietii lor, depasind de foarte multe ori investitia initiala.

6. Aceste lampi sunt foarte usor de instalat.

7. Emisia de UV, radiatie ultravioleta este perfect controlabila, plantele fiind mai sanatoase, mai putin expuse atacurilor diverselor ciuperci, ciuperci care se dezvolta mai mult in prezenta radiatiei UV. La cerere se pot introduce in spectrul acoperit inclusiv o anumita doza de radiatie UV.

1.3.3. Utilizarea suplimentară a luminii folosind lumina cu Led-uri în [NUME_REDACTAT] teoretice privind influența calității spectrale a luminii asupra compoziției biochimice a câtorva specii de plante legumicole alese în diferite perioade de vegetație

Rolul luminii în fotosinteză

Lumina este esențială pentru desfășurarea procesului de fotosinteză, energia luminoasă solară fiind transformată în energie biochimică (Burzo și al., 1999).

Mecanismul procesului de fotosinteză

Procesul de fotosinteză se desfășoară în două faze:

În faza de lumină, care se desfășoară în tilacoidele cloroplastelor, se utilizează energia din radiațiile luminoase pentru fotoliza apei; electronii și protonii rezultați sunt utilizați pentru sinteza unei substanțe puternic reducătoare (NADPH+H+), iar energia produsă prin transportul protonilor prin pompa de protoni este folosită pentru biosinteza ATP-ului, care acumulează energia biochimică în legăturile macroergice. În această fază se formează și O2 care se degajă.

În faza enzimatică, ce se desfășoară în stroma cloroplastului, cele două substanțe produse în faza de lumină sunt utilizate pentru fixarea CO2 de către enzima RUBISCO și ulterior biosinteza triozelor, primii compuși organici rezultați în urma procesului de fotosinteză.

Faza de lumină a fotosintezei

Procesul de fotosinteză se realizează cu participarea a numeroase substanțe, care se găsesc în membranele tilacoidale și granale formând structuri specifice: fotosistemul I, fotosistemul II, complexul citocrom b6-f și complexul ATP-sintetaza (Burzo ș.a., 2004).

Pigmenții fotoreceptori din tilacoidele cloroplastelor și ale granei, sunt grupați formând cele două fotosisteme, fiecare fiind alcătuit din antene fotoreceptoare și centre de reacție.

Antenele fotoreceptoare sunt alcătuite din molecule de clorofilă a și b, din xantofilă și carotină, care au rolul de a recepționa energia fotonilor din radiațiile luminoase și de a o transmite spre centrele de reacție. Randamentul de transmitere a energiei este de 95 % în cazul clorofilei a și b și de numai 40-45% în cazul pigmenților carotenoizi.

Antenele fotoreceptoare sunt în legătură cu centrele de reacție care sunt alcătuite din moleculele de clorofilă a700 (P700) pentru fotosistemul I și a680 (P680) pentru fotosistemul II, acesta fiind în legătură cu complexul producător de oxigen. În alcătuirea centrelor de reacție mai intră și substanțe transportoare de electroni.

Între cele două fotosisteme se găsește complexul citocrom b6-fÎn complexul ATP-sintetază are loc sinteza ATP-ului pe baza transportului transmembranar al protonilor, conform gradientului de concentrație, din lumenul tilacoidei în stromă.

Transportul electronilor între primele trei complexe menționate se realizează cu participarea unor substanțe transportoare de electroni și conduce la sinteza NADPH+H+ la nivelul ferredoxinei asociată fotosistemului I. Transportul electronilor între fotosistemul II și complexul citocrom b6 citocrom f se realizează eu ajutorul plastochinonei (PQ) care se deplasează liber în stratul de galactolipide, iar legătura dintre complexul citocrom b6-citocrom f și fotosistemul I este realizată cu participarea plastocianinei (PC) care se deplasează în lungul lumenului tilacoidei.

Mecanismul fazei enzimatice a fotosintezei ([NUME_REDACTAT])

Această fază a procesului de fotosinteză se desfășoară în stroma cloroplastelor și are trei etape distincte:

În prima etapă un compus 5 atomi de carbon: ribulozo-1,5-difosfatul, fixează o moleculă de dioxid de carbon și una de apă, în prezența enzimei ribulozo-difosfat carboxilază/oxidază (RUBISCO). Rezultă compuși intermediari din care se formează 2 molecule de acid 3-fosfogliceric.

– În etapa a doua are loc fosforilarea acidului 3-fosfogliceric, în prezența ATP-ului și formarea acidului 1,3-difosfogliceric, care este redus la aldehidă 3-fosfoglicerică și izomerul său dihidroxiacetonfosfat.

– În etapa a treia, din 6 molecule de aldehidă 3-fosfoglicerică, 5 molecule sunt folosite pentru regenerarea ribulozo-1,5-difosfatului, iar una este pusă în libertate, reprezentând primul compus organic cu 3 atomi de carbon (trioză) rezultată în procesul de fotosinteză. Din acest motiv a fost denumit tipul fotosintetic C3 și este caracteristic majorității speciilor de plante (Burzo ș.a., 1999).

Aldehida fosfoglicerică pusă în libertate poate fi utilizată în cloroplast pentru biosinteza glucozei, fructozei, a zaharozei, amidonului, a unor aminoacizi, a acizilor grași cu 16-18 atomi de carbon, etc. Acumularea amidonului în cloroplaste are loc numai la plantele amidonofile și reprezintă o formă temporară de depozitare.

Moleculele de aldehidă fosfoglicerică pot traversa membranele cloroplastului și ajungând în citoplasmă formează hexozele (cu 6 atomi de carbon). Prin condensarea a două molecule de aldehidă fosfoglicerică rezultă glucozo-1,6- difosfatul, prin condensarea unei molecule de aldehidă fosfoglicerică cu una de dioxiacetonfosfat, rezultă fructozo-1,6-difosfatul, iar dintr-o moleculă de glucoză și una de fructoză rezultă zaharoza, care se depozitează temporar în vacuole la plantele zaharofile.

Zaharoza reprezintă principala formă de transport a glucidelor în plante, glucoza și fructoza constituie substrat pentru procesul de respirație, iar compușii intermediari, rezultați din biodegradarea acestora, sunt utilizați pentru biosinteza celorlalte substanțe organice din plante.

Reacțiile biochimice caracteristice pentru faza enzimatică a fotosintezei sunt catalizate de enzime specifice, dintre care ribulozo-1,5-difosfat-carboxilaza/oxidaza este enzima-cheie.

[NUME_REDACTAT] este considerată de unii specialiști o relicvă evoluționară, din vremea în care atmosfera conținea o cantitate mică de oxigen. Alții o consideră o „supapă” care previne excesul de NADPH+H+ și ATP rezultate din faza de lumină care ar putea reacționa cu oxigenul și produce radicali liberi cu rol dăunător asupra metabolismului (Burzo ș.a., 2004).

Fotosinteza și fotorespirația sunt două procese contrare, care decurg concomitent. Atât în procesul de fotosinteză, cât și în cel de fotorespirație intervine aceeași enzimă cheia: ribulozo-1,5-difosfat carboxilaza/oxidaza (RUBISCO), care în procesul de fotosinteză are rol de carboxilază, iar în cel de fotorespirație acționează ca o oxidază, catalizând descompunerea ribulozo-1,5-difosfatului în acid fosfoglicolic și acid fosfogliceric, în cloroplast.

Fotorespirația este un proces care se manifestă la speciile cu tip fotosintetic C3, ce reprezintă majoritatea plantelor din zonele cu climat temperat. La aceste specii, intensitatea procesului de fotorespirație reprezintă în medie 25-50% din fotosinteza netă și crește cu temperatura.

Alte tipuri fotosintetice la plante

Mecanismul prezentat anterior pentru procesul de fotosinteză, în care primii compuși organici biosintetizați au trei atomi de carbon, este cunoscut sub denumirea de tip fotosintetic C3, caracteristic pentru circa 300.000 de specii de plante din climatul temperat.

Având în vedere că intensitatea procesului de fotorespirație crește odată cu temperatura, speciile din zonele calde s-au adaptat minimizând acest proces prin creșterea concentrației de CO2 intern și blocarea funcției oxidazice a enzimei RUBISCO. La aceste specii fixarea CO2 se realizează sub forma unui compus cu 4 atomi de carbon – acidul oxalacetic, în două etape sau în două tipuri de celule. Din acest punct de vedere se deosebesc două tipuri fotosintetice: tipul fotosintetic C4 și tipul fotosintetic CAM (Dobrescu, 2007).

Tipul fotosintetic C4 este caracteristic pentru circa 500 de specii originare din zonele tropicale, adaptate la condiții de iluminare intensă și la temperaturi ridicate cum sunt: trestia pentru zahăr, sorgul, porumbul, etc.

Frunzele plantelor cu tip fotosintetic C4 se caracterizează prin prezența unui mezofil a cărui celule au un număr mic de cloroplaste și au rolul de a fixa dioxidul de carbon din aer. Fasciculele vasculare sunt înconjurate de o teacă perivasculară, alcătuită din celule aranjate pe unul sau două rânduri. Aceste celule sunt separate de celulele exterioare printr-o lamelă rezistentă la difuzia dioxidului de carbon, sunt bogate în cloroplaste și au rolul de a realiza procesul de fotosinteză, pe tipul C3.

Fixarea dioxidului de carbon se realizează în celulele mezofilului foliar, în prezența acidului fosfoenolpiruvic și a enzimei fosfoenolpiruvat carboxilază. Rezultă un compus cu 4 atomi de carbon: acidul oxalacetic, care este redus la acid malic. Acidul malic format în celulele mezofiului este transportat prin plasmodesme, în celulele tecii perivasculare, care sunt permeabile pentru acizii organici, dar sunt impermeabile pentru dioxidul dc carbon. În aceste celule acidul malic este decarboxilat la piruvat, din care se regenerează fosfoenolpiruvatul, care reface circuitul menționat anterior. Acest mecanism similar cu o pompă, determină acumularea dioxidului de carbon în celulele tecii perivasculare.

În celulele tecii perivasculare bogate în cloroplaste se desfășoară procesul de fotosinteză caracteristic tipului fotosintetic C3, în care acceptorul dioxidului de carbon este ribulozo-1,5-difosfatul, iar enzima care catalizează acest proces este ribulozo-l,5-difosfat carboxilază/oxidază (RUBISCO).

Această cale fotosintetică prezintă două avantaje:

– enzima fosfoenolpiruvat-carboxilaza are o viteză de reacție mai mare, comparativ cu ribulozo-1,5-difosfat carboxilaza/oxidaza, ceea ce determină acumularea dioxidului de carbon în celulele tecii perivasculare;

– acumularea dioxidului de carbon în celulele tecii perivasculare, în care se desfășoară tipul fotosintetic C3, determină stimularea acestui proces și în același timp blochează activitatea oxidazică a enzimei RUBISCO, respectiv a procesului de fotorespirație. Prin urmare, randamentul procesului de fotosinteză la plantele cu tip fotosintetic C4 este mai mare comparativ cu tipul fotosintetic C3.

Tipul fotosintetic C4 reprezintă o adaptare a acestor plante la condițiile de climă tropicală unde din cauza temperaturii ridicate, fotorespirația ar putea determina biodegradarea unei cantități însemnate de produse fotosintetizate. Cu toate acestea trebuie subliniat faptul că tipul fotosintetic C4 reprezintă un compromis, deoarece blocarea procesului de fotorespirație pe această cale, conduce la un consum suplimentar de energie (12 moli ATP) pentru biosinteza glucidelor.

Tipul fotosintetic CAM ([NUME_REDACTAT] Metabolism) este caracteristic pentru circa 254 de specii de plante care trăiesc în regiunile tropicale, secetoase. Dintre aceste plante pot fi menționate cele din familiile: Cactaceae, Liliaceae, Crassulaceae etc.

Procesul de fotosinteză se desfășoară în două etape: una în timpul nopții și alta ziua.

În timpul nopții, aceste specii au stomatele deschise, procesul fiind controlat de concentrația scăzută de dioxid de carbon din camera substomatică. În această perioadă are loc fixarea dioxidului de carbon de către fosfoenolpiruvat în citoplasmă, în prezența enzimei fosfoenolpiruvat carboxilaza, cu formare de acid oxalacetic. Acesta se reduce cu formare de acid malic, ce se depozitează în vacuole. Ca urmare a acumulării malatului în vacuolele celulelor, aciditatea acestora crește în timpul nopții .

În timpul zilei, când stomatele sunt închise, acidul malic difuzează prin tonoplast în citoplasmă, unde este decarboxilat, rezultând acid piruvic și dioxid de carbon. Dioxidul de carbon rezultat din decarboxilarea acidului malic, cât și o parte din cel rezultate în mitocondrii din procesul de respirație (din biodegradrea piruvatului), este utilizat pentru biosinteza triozofosfaților pe calea fotosintetică C3 în cloroplaste.

Se poate aprecia că tipurile fotosintetice reprezintă adaptări ale plantelor la condițiile variate ale mediului ambiant. Astfel, specia Eleocharis vivipara ([NUME_REDACTAT]), are un fenotip terestru cu tip fotosintetic C4 și un fenotip acvatic cu tip fotosintetic C3.

Caracteristicile tipurilor fotosintetice C3, C4 și CAM, sunt prezentate în tabelul următor:

Agave deserti are tipul fotosintetic CAM. În condiții de stres hidric avansat, stomatele se mențin închise atât ziua, cât și noaptea, dioxidul de carbon făcând un circuit intern între fotosinteză și respirație, fără un câștig net de produși fotosintetizați. În condiții de aprovizionare optimă cu apă, în condiții de udare, această specie trece la tipul fotosintetic C3. De asemenea unele varietăți ale speciei Kalanchoe blossfeldiana desfășoară tipul fotosintetic CAM, în condiții de zi scurtă, și tipul C3, în condiții de zi lungă (Mohr și Schopfer, 1995).

În insulele Hawai s-a constatat că aceeași specie de Sedum care crește pe țărmul oceanului în condițiile unui climat tropical are tipul fotosintetic C4, în timp ce exemplarele care cresc la altitudine, în condițiile unui climat mai rece, au tipul fotosintetic C3.

Intensitatea luminii este unul din factorii care influențează intensitatea fotosintezei. Inițierea acestui proces are loc la intensități luminoase mici: 0,05 W/m2 pentru plantele sciatofile și 0,5 W/m2 la cele heliofile.

Punctul de compensare pentru lumină, reprezintă intensitatea luminoasă la care fotosinteza și respirația se află în echilibru. Valoarea intensității luminoase la punctul de compensație este de 0,5 W/m2 pentru plantele sciatofile și 5,5 W/m2 pentru cele heliofile. Creșterea intensității luminoase până la 50 W/m2 pentru plantele sciatofile și 520 W/m2 pentru cele heliofile, determină intensificarea procesului de fotosinteză. Depășirea acestei limite, induce fotoinhibiția, care este cauzată de excesul de energie de excitație, la nivelul centrilor de reacție ai fotosistemelor I și II.

Lumina este un factor hotărâtor pentru biosinteza clorofilei. Prin intermediul fitocromului și a criptocromului se induce transcripția genelor Lhcb care codifică biosinteza enzimelor implicate în sinteza clorofilei. Temperatura optimă pentru biosinteza clorofilei este 26..28 oC, pentru biosinteza licopenului este de 16..22 oC, iar pentru caroten 25..29 oC. Temperatura minimă pentru biosinteza clorofilei variază în funcție de specie între 2 și 4 oC la grâu și este de 8 oC la măr, iar temperatura maximă este de 48 oC pentru clorofilă și 38..40 oC pentru licopen. În cazul plantulelor expuse la întuneric procesul de biosinteză a clorofilei este blocat la ultima etapă a ciclului, ceea ce determină formarea și acumularea protoclorofilidelor incolore, rezultând astfel etioplastele. Acestea conțin protilacoide în care nu se poate desfășura procesul de fotosinteză. Expunerea etioplastelor la lumină este însoțită de modificări structurale și funcționale. Iluminarea plantulelor determină conversia rapidă a protoclorofilidelor în clorofile, concomitent cu reluarea procesului de biosinteză a acestor pigmenți. În același timp, are loc diferențierea sistemului de membrane interne precum și sinteza proteinelor și a lipidelor.

Compoziția spectrală a luminii. Radiațiile luminoase din spectrul vizibil (400-700 nm), sunt absorbite în proporție de 82 %. [NUME_REDACTAT] (1976), care a efectuat cercetări cu 26 de specii ierboase și 7 lemnoase, intensitatea maximă a procesului de fotosinteză are loc la lungimile de undă de 440 și 620 nm, corespunzătoare radiațiilor albastre și portocalii

Receptorii pentru radiațiile luminoase sunt de natura proteica sau pigmenti, care sunt localizati în membranele plasmatice, nucleu, citoplasma, sau pereții celulari.

Lumina este unul dintre cei mai importanti factori de mediu ce controleaza cresterea si dezvoltarea plantelor, în parte datorita rolului acesteia în desfasurarea procesului de fotosinteza, dar si independent de acesta. Controlul morfogenezei (forma, structura, organizarea si, deci, aspectul plantelor) de catre lumina reprezinta fotomorfogeneza si implica actiunea combinata a 3 tipuri de fotoreceptori (Kendrick and Kronenberg, 1994).

Procesul de germinare a semințelor fotoblastice (salată) este stimulat de expunerea la lumină a acestora timp de câteva secunde. În același timp germinarea semințelor de Allium, Amaranthus, Phlox etc., este inhibată de lumină.

Reglarea procesului de germinare a semințelor și de creștere a plantelor se realizează cu participarea fitocromului. Radiațiile roșii (660–760nm), determină transformarea fitocromului inactiv, în fitocrom activ, stimulând aceste procese, în timp ce radiațiile roșu îndepărtat (760–800 nm), inhibă aceste procese.

La plantele sciatofile procesul de creștere este controlat de criptocrom, care este un receptor de radiații albastre și reprezintă un amestec de flavone și citocromi.

Lumina influențează procesul de creștere prin intensitate, durată și compoziție spectrală.

Intensitatea luminii necesară pentru realizarea procesului de creștere, variază în funcție de specie și anume în funcție de cerințele lor față de lumina pentru care sunt adaptate (fotofile sau sciatofile).

Plantele fotofile crescute în condiții de lumină insuficientă manifestă simptome de stres exprimate prin alungirea exagerată a tulpinii, dezvoltarea insuficientă a țesutului mecanic și a frunzelor, conținut redus în clorofilă a frunzelor, fenomen cunoscut sub denumirea de etiolare.

În condiții de lumină optimă, plantele au tulpini viguroase, frunza cu limbul mare și colorat în verde intens.

Producția de masă vegetativă care se realizează este prin urmare dependentă de intensitatea cu care lumina acționează asupra plantelor.

Durata de iluminare prezintă o importanță deosebită. În funcție de originea lor geografică, plantele sunt adaptate la condiții de zi scurtă sau de zi lungă. Neglijarea cerințelor față de durata de iluminare are repercusiuni negative asupra procesului de fructificare și implicit asupra producției.

Compoziția spectrală a luminii influențează în mod direct asupra procesului de creștere a plantelor. Lumina roșie stimulează procesul de creștere a tulpinii, dar inhibă creșterea limbului foliar, care rămâne mic.

La radiații luminoase cu lungimi de undă mici, cum sunt cele ultraviolete, tulpina are o creștere mai redusă decât în roșu. Fenomenul este cunoscut sub denumirea de nanism și se datorează radiațiilor ultraviolete care stimulează fotooxidarea auxinei și biosinteza acidului abscisic, inhibitor al procesului de creștere.

Lumina galben-verzuie determină obținerea unor plante cu dimensiuni apropiate de cele ale plantelor crescute la lumina zilei.

Lumina are și o acțiune morfogenă asupra plantelor, cunoscută sub denumirea de fotomorfogeneză. Acest proces include totalitatea efectelor regulatoare ale luminii vizibile (300- 800 nm ) asupra plantelor, efecte independente de fotosinteză. Dacă în fotosinteză, fotoreceptorii sunt reprezentați de pigmenții asimilatori, în fotomorfogeneză, sunt reprezentați de fitocromi.

a. Fitocromii sunt cei mai cunoscuti pigmenti fotoreceptori, formând o familie de proteine de 120 kDa, ce leaga la un rest de Cys ca si cromofor (grupare prostetica fotoreactiva) – o catena tetrapirolica deschisa. Este cunoscut sub 2 forme: o forma PR (660nm)ce absoarbe radiatiile rosii (660 nm) si o forma PFR ce absoarbe radiatiile rosu-îndepartat (730nm), efectele morfogenice fiind datorate interconversiei celor 2 forme si raportului dintre ele.

b. Criptocromii sunt receptorii de lumina albastra de tipul fotoliazei. Lin (2000) considera ca fotoreceptorul UV-A absoarbe radiatiile cuprinse între 320-400 nm si poate contine -caroten sau riboflavina, iar fotoreceptorul UV-B absoarbe radiatia UV cu lungimile de unda cuprinse între 280-320 nm.

Fitocromul si ceilalti fotoreceptori controleaza procesul de morfogeneza începând cu germinatia semintelor si cresterea plantulelor si culminând cu formarea florilor si semintelor. Efectele morfogene ale luminii pot fi observate foarte usor comparând plantule crescute la lumina cu plantule crescute la întuneric, care au aspect etiolat. Raspunsurile de deetiolare include inhibarea alungirii hipocotilului, stimularea deschiderii cotiledoanelor, schimbarea expresiei genelor si inductia dezvoltarii cloroplastelor (Lin, 2002). Functia criptocromilor în fotomorfogeneza se suprapune adesea cu functia fitocromilor, considerându-se ca exista o interactiune functionala complexa între criptocromi si fitocromi (Mas s.a., 2000; Folta si Spalding, 2001).

Studii privind alungirea hipocotilului plantulelor câtorva specii de legume (Cosgrove, 1986) evidentiaza ca inhibarea alungirii acestuia de catre lumina rosie, ce actioneaza prin intermediul fitocromului, mai precis, formarea fitocromului activ, în timp ce lumina albastra actioneaza prin intermediul criptocromului. Diferentele dintre raspunsurile plantulelor la lumina rosie si lumina albastra se datoresc inhibarii de catre lumina rosie a sintezei fitocromului activ în cotiledoane si nu în hipocotil, în timp ce lumina albastra actioneaza direct asupra hipocotilului. Alungirea hipocotilului se realizeaza dupa 30 secunde de la actiunea luminii albastre, în timp ce observarea efectului luminii rosii se poate observa dupa minim 15 minute. Hipocotilul plantelor expuse la lumina albastra începe sa se alungeasca înca din perioada de obscuritate, mult mai rapid decât acelea expuse la lumina rosie. Ramificarea tulpinii plantelor heliofile este inhibata de radiatiile rosu îndepartat, în timp ce la plantele ombrofile, aceasta nu are efect (Ballaré s.a., 1990).

La plantele dicotiledonate, stimularea cresterii frunzelor de catre lumina este cauzata, în principal de raspunsul acestora la niveluri ridicate ale iradiatiei (Dale, 1988). În cazul actiunii luminii albastre prin sistemul HIR (high irradiance responses) se determina extensia peretilor celulari ai epidermei (van Volkenburgh, 1987; Caderas si colab, 2000). Este posibil ca fitocromul prezent în apropierea membranei plasmatice sa determine modificari ce au drept consecinta influxul de Ca2+, iar acest semnal este utilizat ulterior în transductia procesului de modificare a activitatii unor enzime (Marmé, 1989). Exista dovezi privind modificarea influxurilor de Ca2+ de catre fitocromul activ via complexul Ca-calmodulina (Moysset si Simon, 1989), acestea putând activa diferite protein-kinaze din plante (Blowers and Trewavas, 1989), astfel încât intrarea Ca2+ prin plasmalema sau eliberarea sa din compartimentul intern (reticul endoplasmatic, vacuola). Cercetarile au demonstrat ca fitocromul controleaza activarea si dezactivarea unor gene specifice, în functie de stadiul de dezvoltare al tipului de celule implicate (Mohr,1983,1986). Fitocromul, criptocromul si receptorii UV-B pot sa determine modificarea expresiei genelor si stabilitatea unor molecule de ARNm (Link, 1988; Nagy s.a., 1988; Simpson si Herrera-Estrella, 1990).

Studii ulterioare au evidentiat ca semnalele luminoase absorbite prin acesti fotoreceptori si transduse prin sisteme moleculare asociate regleaza expresia multor gene la nivel transcriptional si posttranscriptional (Silverthorne and Tobin, 1984). Studii biochimice, fiziologice si genetice au relevat complexitatea înalta a retelei de transductie a semnalului luminos. Aceste studii au aratat ca principalele cai independente cuplate la diversi fotoreceptori converg în primele etape, însa probabil ca exista si cai independente (Fankhauser si Chory, 1997; Deng si Quail, 1999). Acest complex include reglatori negativi, care represeaza fotomorfogeneza si expresia genelor inductibile de lumina la rasaduri cultivate în absenta luminii (Hardtke si Deng, 2000).

Analizele de deletie si mutageneza a regiunii promotorului regiunii genelor nucleare asociate fotosintezei (PhANG), în particular cele ce codifica proteinele de legare a clorofilei a/b (CAB) si a subunitatii mici a Rubisco (RBSC), au condus la identificarea unui numar de alemente cis-activatoare implicate în controlul transcriptiei de catre lumina (Giuliano s.a., 1988; Green s.a., 1988; Menkens s.a., 1995).

Multe date experimentale (Terzaghi si Cashmore, 1995; Argüello-Astorga and Herrera-Estrella, 1998) au condus la ipoteza generala ca elementele respondibile la lumina (LRE) sunt în prezent elemente complexe formate din agregate de secvente de recunoastere pentru diversi factori de transcriptie (Schulze-Lefert s.a., 1989; Terzaghi si Cashmore, 1995).

Genele care sunt activate printr-un asemenea sistem fotoreceptor evidentiaza diferente marcante în raspunsul lor la lumina, în functie de intensitatea si calitatea spectrala necesara pentru activarea lor (White s.a., 1995). Diferite interactiuni proteina-proteina sau proteina-ADN ce pot avea loc pe LRE, pot explica diversitatea raspunsurilor (Miner and Yamamoto, 1991).

Argüello-Astorga si Herrera-Estrella (1998), analizând secventele a aproximativ 110 gene nucleare asociate fotosintezei (PhANG), au descoperit 30 secvente modulare de ADN conservat (CMA) asociate cu regiunile promotoare respondibile la lumina cu semnificatie functionala.

Dintre cei 5 fitocromi identificati la Arabidopsis, fitocromul A este foarte labil la lumina, ceilalti 4 fitocromi fiind destul de stabili. Cantitatea totala de fitocrom extractibila este de 23 de ori mai mica în tesuturile cultivate la lumina, decât în cele cultivate în lipsa luminii, iar proportia dintre cei 5 fitocromi, A:B:C:D:E, este de 85:10:2:1.5:1.5 la rasadurile etiolate si 5:40:15:15:25 la rasadurile cultivate la lumina alba continua. De asemenea, nivelul proteinelor fitocromilor variaza foarte putin cu fotoperioada si aproximativ în acelasi ciclu cu nivelurile ARNm al PHY (Sharrock si Clack, 2002).

Reglarea expresiei genelor este intuitiv un mecanism major prin care fotoreceptorii exercita rolul lor aât în dezvoltarea plantelor cât si în controlul fotoperiodic al înfloririi. Exista 2 mecanisme prin care lumina poate afecta transcriptia unei gene (Lin, 2002):

– lumina poate afecta transcriptia prin transductia semnalului direct de la fotoreceptor la regulatorii transcriptionali (Martinez-Garcia s.a., 2000);

– lumina poate afecta expresia genelor prin actiunea ceasului circadian (Terzaghi si Cashmore, 1995).

Ceasul circadian este compus din componente de intrare, de iesire si un oscilator central care este un complex de transcriptie pentru care activitatea si schimbarea periodica este reglata de lumina prin feedback negativ (Dunlap, 1999). S-a demonstrat la Arabidopsis ca fotoreceptorii ce mediaza reglarea ceasului circadian de catre lumina sunt criptocromii (Lin, 2002; Green s.a., 2002).

In unele cazuri, se pare ca fitocromul mediaza influenta luminii asupra metabolismului giberelinelor. Lumina pare sa determine cresterea fluxului total prin calea de transformare a giberelinelor (GA53 in GA44 in GA19 in GA20), precum si biosinteza ent-kaurenului. Astfel, transferul plantelor de Silene armeria din conditii de zi scurta în conditii de zi lunga, determina scaderea continutului de GA53 si cresterea continutului de GA1, îndeosebi în zona de elongatie subapicala a tulpinii. La spanac, transferul plantelor din conditii de zi scurta în conditii de zi lunga determina cresterea activitatii GA53 oxidazei si GA19 oxidazei, ceea ce demonstreaza controlul fotoperiodismului asupra acestor enzime, însa nu si asupra GA44 oxidazei.

[NUME_REDACTAT] sinensis lumina rosu-îndepartat determina cresterea concentratiei de GA1, însotita de cresterea vitezei de alungire a epicotilului, în timp ce la mazare nu s-au observat cresteri ale concentratiei acestei gibereline.

Germinarea semintelor fotodormante de salata are loc numai dupa expunerea la radiatii rosii sau, la întuneric, dupa tratament cu gibereline. S-a constatat ca dupa un puls de radiatii rosii creste concentratia de GA1 din seminte si este initiata germinatia, iar daca este urmat de un puls de radiatie rosu-îndepartat germinatia este inhibată, iar concentratia de GA1 nu creste.

Fotoperiodismul reprezintă reacția plantelor la durata perioadei de întuneric și lumină, din timpul ciclului de vegetație.

Semnificația duratei de iluminare (fotoperioadă), asupra inducției florale a fost evidențată de Garner și Allard (1920), care au constatat că unele plante înfloresc numai în perioade specifice ale duratei de iluminare.

Faza de lumină este denumită fotoperioadă sau lumenoperioadă, iar faza de întuneric, nictiperioadă. În general, plantele de zi scurtă au fotoperioada cu durata mai mică decât nictiperioada și cele de zi lungă, au fotoperioada mai mare decât nictiperioada (14 ore de lumină).

Ciclul fotoperiodic care corespunde cu cerințele plantelor și este capabil să determine inducția florală, este denumit ciclu fotoinductiv.

În funcție de răspunsul plantelor la fotoperioadă, se disting următoarele grupe:

– Plante de zi scurtă (nictiperioadice), la care inducția florală are loc numai în condiții de fotoperioade scurte sau este accelerată de acestea. La aceste specii controlul înfloririi este determinat de durata obscurității minime.

– Plante de zi lungă la care inducția florală are loc numai în condiții de fotoperioade lungi, sau este accelerată de acestea.

– Plante ambiperiodice la care inducția florală are loc în condiții de fotoperioade lungi sau scurte și nu are loc la durate intermediare.

– Plante intermediare la care inducția florală are loc numai în unele limite restrânse de lungime a fotoperioadei ( ex. între 12 și 14 ore la trestia pentru zahăr).

– Plante neutre din punct de vedere fotoperiodic, la care inducția florală nu este reglată de lungimea fotoperioadei.

Mohr și Schopfer (1995) menționează că plantele percep durata fotoperioadei măsurând durata întunericului, care trebuie să depășească sau să fie mai mică, față de o valoare critică.

Întreruperea perioadelor lungi de întuneric inhibă inducția florală la plantele de zi scurtă, în timp ce la plantele de zi lungă nu se manifestă acest efect. Întreruperea fotoperioadelor lungi nu are efect asupra inducției florale atât la plantele de zi scurtă, cât și la cele de zi lungă.

Frunzele sunt organele de percepere a inducției fotoperiodice, iar mugurii sunt organele de răspuns. Frunzele cu maturitate medie reacționează mai bine la acțiunea fotoperioadei, comparativ cu cele senescente. De asemenea, nu toată suprafața foliară este necesară pentru inducția fotoperiodică. De exemplu la Xanthium pennsylvanicum este suficient o frunză, sau numai o parte din ea de maximum 2 cm2, pentru a realiza acest proces.

În timpul expunerii la o fotoperioadă corespunzătoare, la nivelul frunzelor are loc formarea unui mesager chimic, care este condus prin vasele liberiene, la meristemele apicale. Aceasta este dovedită de faptul că o plantă defoliată nu înflorește chiar dacă este expusă la o fotoperioadă corespunzătoare. Inducția florală la o plantă defoliată se poate realiza prin injectarea unor extrase, provenite de la plantele aflate în faza de înflorire sau prin altoirea plantelor fotoinduse, folosindu-se portaltoi neinductivi. Astfel, s-a altoit Nicotiana tabacum plantă de zi scurtă, cu Nicotiana sylvestris, plantă de zi lungă. Indiferent care din aceste plante a primit fotoperioada inductivă, dacă a fost altoită pe cealaltă plantă, aceasta din urmă înflorește. Altoirile de acest fel s-au realizat și între plante neutre și plante cu reacție fotoperiodică și au condus la concluzia că la toate plantele există un mesager chimic, al inducției florale.

Extractele în etanol obținute din frunzele de Xanthium pennsylvanicum aflat în fenofaza de înflorire, aplicate pe frunzele de Xanthium care nu au fost expuse la fotoperioade inductive, au provocat înflorirea, ceea ce constituie o altă dovadă în sprijinul mesagerilor chimici. Chailachyan (1937) consideră că în cazul inducției fotoperiodice se formează un hormon ipotetic florigen. Prezența acestui hormon nu a putut fi însă pusă în evidență.

La plantele nictiperiodice, în cele mai multe cazuri, o zi scurtă, urmată de o zi lungă, duce la anularea completă a inducției florale. Probabil că în timpul hemeroperiadei, se sintetizează în frunze inhibitori, care neutralizează efectul mesagerilor chimici, sau împiedică sinteza acestora, așa cum s-a constatat în experiențele efectuate cu Fragaria ananassa. Două plante legate prin stoloni, din care una a fost expusă la fotoperioadă lungă și cealaltă la fotoperioadă scurtă, nu au înflorit din cauza faptului că din prima plantă s-a transmis un inhibitor către cea de a doua, ținută la fotoperioada inductivă.

Acțiunea inhibitoare a frunzelor ținute în condiții neinductive asupra înfloritului, s-a constatat și la plantele de Hyoscyamus niger.

Inducția florală este condiționată de numărul de fotoperioade inductive și se realizează după legea: tot sau nimic, în sensul că o plantă dacă a primit numărul fotoperioadelor inductive necesare, va înflori, chiar dacă apoi va fi expusă la fotoperioade neinductive.

Spre deosebire de vernalizare, la care nu apare nici o modificare în timpul expunerii la temperaturi coborâte, fotoperiodismul este urmat de formarea primordiilor florale. De exemplu în cazul genului Triticum pe parcursul a 20 de fotoperioade inductive se diferențiază primordiile spicului.

Intensitatea luminii necesară pentru răspunsul fotoperiodic este mică și variază între 20..30 lucși. Din această cauză procesul de fotoperiodism este considerat ca un proces de energie slabă, spre deosebire de fotosinteză. Cu toate că răspunsul fotoperiodic se realizează la intensități luminoase mici, intensificarea acesteia de 10 ori (de la 5 W/m2, la 50 W/m2), determină scurtarea perioadei de inducție florală de 5 ori.

Recepția luminii și precizarea duratei fotoperioadei inductive este determinată de frunze, cu ajutorul fitocromilor. Aceste substanțe prezintă o formă inactivă, care are un maximum de absorbție la lungimea de undă de 660 nm și o formă activă, cu maximum de absorbție la 730 nm.

La lumină, fitocromul inactiv trece în forma activă, iar la întuneric, forma activă este descompusă sau modificată, regenerându-sa forma inactivă, în circa 2 ore.

Recepția de către fitocrom a radiației luminoase cu două lungimi de undă, face posibilă precizare modificărilor de calitate a luminii, pe parcursul fotoperioadei, iar modificarea raportului dintre fitocromul activ și inactiv permite măsurarea duratei fotoperioadei. Valoarea acestui raport se modifică pe parcursul zilei având o valoare maximă la amiaz (1,78) și scade la valori subunitare (0,85), seara.

Fitocromul este capabil să inducă modificarea expresiei genelor, pot acționa la nivelul transcripției și a translației și pot afecta activitatea a circa 60 enzime. După o fotoperioadă specifică se constată creșterea concentrației de ARN, a numărului de poliribozomi, iar ARNm își schimbă spectrul.

În prezent se acceptă ideia că expunerea frunzelor la o fotoperioadă specifică determină formarea unui mesager chimic complex, care este transportat spre meristemul vegetativ unde determină expresia genelor fotoperiodismului. O astfel de genă, numită Luminidependens, a fost identificătă în Arabidopsis.

Fotoperiodismul este considerat ca o adaptare genetică a plantelor, pentru precizarea perioadei de înflorire, în zonele în care există alternanța de sezoane.

Procesul de fotomorfogeneză controlează creșterea, dezvoltarea sau diferențierea la plante, având efecte asupra: expresiei sexelor, creșterii frunzelor, repausului seminal, orientării plantelor, formării bulbilor și rizomilor, abscisiei frunzelor, germinării semințelor, inducției florale, diferențierii stomatelor, fotoperiodismului și permeabilității membranelor.

Cunoștințele despre fotomorfogeneză permit specialiștilor să dirijeze procesul de creștere prin realizarea distanței optime de cultură, sau din contră, crearea unor condiții de obscuritate, uneori prin bilonare, pentru etiolarea unor plante ca andivele, cicoarea și sparanghelul.

Substanțele retardante nu se găsesc în plante și sunt produse de sinteză. Prin aplicarea lor sub formă de tratamente foliare, substanțele retardante sunt integrate în metabolism și se manifestă ca substanțe cu acțiune metabolică antiauxinică și antigiberelică. După aplicare, substanțele retardante reduc o perioadă de timp diviziunea și extensia celulelor.

Substanțele retardante se aplică în producție pentru combaterea căderii cerealelor, pentru reducerea taliei unor plante floricole și pentru diminuarea creșterilor în lungime a lăstarilor la pomi și vița de vie.

Dintre substanțele retardante cele mai cunoscute sunt:

– Alar-85, care prin tratamente foliare în concentrație de 1.000…5.000 ppm, reduce creșterea lăstarilor, previne căderea prematură a fructelor, întârzie procesul de maturare și prelungește durata de păstrare.

– Cycocelul, cunoscut și sub denumirea de CCC sau Chlormequat, aplicat sub formă de tratamente foliare, cu soluții cu concentrație de 2.500… 5.000 ppm, întârzie translocarea asimilatelor și are un rol antiauxinic și antigiberelic.

– Ethrelul (CEPA), întârzie creșterea plantelor și stimulează înflorirea, fructificarea și maturarea fructelor de tomate, castraveți, pepeni, dovleac etc. De asemenea are un efect stimulator asupra procesului de germinare a semințelor.

c. Fototropinele sunt pigmenti fotoreceptori pentru lumina albastra, ce mediaza raspunsurile plantelor legate de miscare (Briggs si Huala, 1999). Fototropina PHO1 este o proteina de aproximativ 120kDa, cu functie kinazica, cu 2 domenii LOV ce sunt reglate de lumina, oxigen si potentialul bioelectric si care leaga stoechiometric FMN (Christie s.a., 1999; Lin, 2002). Acest cromofor FMN are maximul de absorbtie în jurul lungimii de unda de 360 nm. PHO2 (descrisa initial ca NPL1) este aproximativ 58% identica cu PHO1, fiind responsabila de miscarea cloroplastelor pentru evitarea intensitatii luminoase puternice (Kagawa s.a.,2001). Permadasa (1985) a considerat ca acest cromofor poate fi excitat atât de lumina albastra (459 nm), cât si de energia transferata de la partea proteica a complexului proteina-pigment, dupa absorbtia la 280 nm.

Lin (2002) indica fototropinele ca receptori ce mediaza deschiderea stomatelor necesitând prezenta ambelor gene pho1 si pho2, însa Zeiger (2000) sugereaza prezenta a unui (alt) fotoreceptor cu cromofor zeaxantina care contribuie la raspunsul de deschidere a stomatelor.

Fototropina, fiind o proteinkinaza dependenta de lumina localizata în membrana plasmatica, determina fosforilarea indusa de lumina albastra a proton ATP-azei din membrana plasmatica (Kinoshita s.a., 2001). Aceasta determina cresterea gradientului de potential electric negativ prin plasmalema, ce conduce la deschiderea canalelor voltaice de K+ conducând la acumularea sarurilor de potasiu în celulele de garda (Schroeder s.a., 2001). Ca raspuns la lumina, cresterea concentratiilor saline în celulele de garda cauzeaza un influx de apa, expansiunea celulelor de garda si deschiderea ostiolei.

Fototropismele reprezintă mișcările de orientare a creșterii plantelor, spre zonele cu intensitate luminoasă optimă.

În cazul mișcărilor fototropice, factorul de excitație îl reprezintă lumina, iar pigmenții fotoreceptori (fitocromul, riboflavina, -carotenul), sunt situați în zona apicală. Energia luminoasă necesară pentru realizarea curburilor fototropice este foarte redusă: 22 – 26 lucși/s. Iluminarea asimetrică, determină repartiția asimetrică a auxinelor în țesuturile iluminate și umbrite. Astfel, auxinele din țesuturile iluminate sunt fotooxidate sau transportate lateral, în țesuturile umbrite. Gardner ș.a. (1874) au constatat că în cazul în care auxina marcată (14C-IAA) și lumina se aplică pe aceeași parte a unei plante, 31,3 % din această substanță a fost transportată spre partea umbrită. Când auxina marcată s-a aplicat pe partea umbrită, numai 15,8 %, s-a transportat spre partea iluminată.

Redistribuirea auxinei determină modificarea potențialului bioelectric, după 1 – 5 secunde de la iluminare, cu un maximum după 2 minute.

Ca urmare a redistribuirii auxinei, țesuturile din zonele de extensie, umbrite, cresc mai mult comparativ cu cele din zonele iluminate, determinând realizarea unei curburi în zona de extensie celulară, spre sursa de lumină. Această mișcare de creștere care orientează tulpina spre sursa de lumină, are un efect favorabil asupra intensității procesului de fotosinteză.

Mozaicul foliar realizat de frunzele plantelor de Hedera helix, este un răspuns fototropic la acțiunea luminii.

Heliotropismul inflorescențelor și a frunzelor de Helianthus annuus, reprezintă o mișcare rapidă, care nu poate fi explicată prin diferențele de creștere ale celulelor. Se consideră că această mișcare se datorează modificărilor de turgescență a celulelor.

Spre deosebire de fototropismul pozitiv al tulpinii, rădăcina are un fototropism negativ.

Fotonastiile sunt mișcări care se întâlnesc la inflorescențele plantelor compozite, cât și la foliolele plantelor: Phaseolus, Albizzia, Mimosa, Samnaea, Robinia etc.

Fotorecepția radiațiilor albastre din cursul dimineții și a celor roșii din timpul serii se realizează de către fitocromul situat la nivelul pulvinulelor. Mișcarea este determinată de modificarea presiunii osmotice din celulele situate de o parte și de alta a pulvinulelor, ca urmare a funcționării pompelor de K+, Cl- sau H+ . Astfel în timpul zilei, presiunea osmotică din celulele situate pe partea superioară a pulvinulului de la Phaseolus multiflorus este de 8,7 , iar în cele de pe jumătatea inferioară 14,1 , fapt ce determină îndepărtarea foliolelor. În timpul nopții, presiunea osmotică din celulele situate în jumătatea superioară a pulvinulului crește la 12,2 , în timp ce presiunea din celulele situate în partea inferioară scade la 9,2 . Ca urmare, se realizează mișcarea de apropiere a foliolelor.

Turgorinele sunt o nouă clasă de substanțe, aparținând așa numiților “factori de mișcare periodică“ a frunzelor, pentru care s-a demonstrat prezența unui receptor specific pe partea externă a plasmalemei din pulvinulele de Mimosa (Kallas ș.a., 1990).

Un caz particular de mișcare nictinastică îl reprezintă închiderea și deschiderea stomatelor.

Fotoinhibiția este cauzată de excesul de energie de excitație, la nivelul centrilor de reacție ai fotosistemelor I și II. Fotoinhibiția se manifestă când temperatura este coborâtă, iar intensitatea luminoasă este jumătate din intensitatea maximă solară. Aceste condiții se realizează în primele 6 ore de la răsărit, când cerul este senin, intensitatea luminoasă are valoarea 1.000 µmoli/m2/s, iar temperatura este sub 10 0C. În aceste condiții s-a determinat scăderea intensității fotosintezei cu 10 %.

Lumina intensă are ca efect acumularea protonilor în lumenul dintre tilacoide și acidifierea acestuia. Fotoprotecția (fotoremedierea) se poate realiza prin eliminarea excesului de energie prin fotooxidarea și prin deepoxidarea violaxantinei (xantofilă). Pigmenții carotenoizi sunt principalii responsabil de fotoprotecție a pigmenților clorofilieni, iar fotorespirația este principalul proces în care se echilibrează cantitatea de energie solară absorbită și cantitatea de substanțe organice produse.

Influența luminii asupra

proceselor fiziologice și biochimice

Lumina este esențială plantelor verzi autotrofe, fiind implicată în desfășurarea procesului de fotosinteză, prin transformarea energiei luminoase solare în energie biochimică și utilizarea acesteia în fixarea CO2 de către ribulozo 1,5 difosfat cu formarea a 2 molecule de acid fosfogliceric. De asemenea, lumina controlează mecanismul de închidere și deschidere a stomatelor și prin aceasta rata schimbului de gaze (O2 și CO2) și intensitatea transpirației. Participă activ și intens la reglarea procesului de creștere și dezvoltare a plantelor prin toate cele 3 componente ale sale: intensitate, durata de acțiune (fotoperioadă) și compoziție spectrală.

Pentru a înțelege cum influențează lumina desfășurarea acestor procese fiziologice și a mecanismelor biochimice care stau la baza lor se vor prezenta mai întâi proprietățile sale fizice.

4.1. Proprietățile luminii în relație cu plantele verzi

Lumina reprezintă acea parte a energiei radiante cu lungime de undă cuprinsă între 390 și 760 nm, vizibilă ochiului uman, constituind doar o regiune foarte restrânsă a spectrului electromagnetic. Termenul de lumină se utilizează uneori și pentru radiațiile invizibile ultraviolete (cu lungimi de undă între 10 și 400 nm) și infraroșii (cu lungimea de undă de la 0,75 la 500) care sunt produse prin aceleași mijloace ca și cele folosite pentru producerea luminii vizibile.

Lumina este formată dintr-un flux de fotoni, particule ce posedă atât proprietăți ondulatorii, cât și proprietăți corpusculare. Proprietățile ondulatorii se manifestă mai ales în fenomenele de propagare (reflexie, refracție, polarizare, etc.), iar cele corpusculare în fenomenele de emisie și absorbție. Natura particulară a luminii este exprimată în cuante sau fotoni: pachete discrete de energie, fiecare având asociată o lungime de undă specifică. Energia fiecărui foton este invers proporțională cu lungimea de undă. Din totalul de 1.360 Wm-2 din radiația solară măsurată în exteriorul atmosferei Pământului (incluzând și radiațiile ultraviolete și infraroșii), numai aproximativ 900 W m -2 (900 J m–2s-1) ajung la nivelul plantelor. Din aceasta, aproximativ jumătate reprezintă radiația infraroșie, 5% cea ultravioletă, iar restul (mai puțin de 400-500 W m-2, funcție de prezența norilor, prafului, cantității de CO2 din atmosferă, etc.) sunt radiațiile cu lungimea de undă cuprinsă între 400 și 700 nm, numite radiații fotosintetic active (PAR). Intensitatea fotosintezei și alte reacții fotochimice nu depind, însă, de cantitatea totală de energie, ci de numărul de fotoni absorbiți și utilizați în aceste procese. Astfel, din punctul de vedere al specialiștilor în fiziologia plantelor este mai utilă exprimarea cantității de lumină efectivă în fotosinteză ca flux de fotoni fotosintetici (PPF). Pentru exemplificare, cantitatea de lumină efectivă în fotosinteză (PPF) – într-o zi senină de vară – este cuprinsă între 2.000 și 2.300 moli m-2s-1.

Cantitatea de lumină absorbită de frunze variază cu arhitectura plantei. Aproximativ 80-90% din PPF este absorbită de frunză, această valoare se modifică în funcție de structura și vârsta frunzei, restul este transmisă la frunzele mici sau spre pământ sau sunt reflectate. Din cantitatea totală de radiații absorbită și potențial capabilă de fotosinteză mai mult de 95% este transformată în căldură; deci, mai puțin de 5% este captată în timpul fotosintezei.

Cunoscând proprietățile luminii ca sursă de energie, cât și proporțiile în care aceasta poate fi absorbită de către plantele verzi, în continuare, se vor urmări modalitățile prin care aceasta influențează procesul de fotosinteză, la nivel biochimic și fiziologic.

. Controlul luminii asupra sintezei clorofilei și a

pigmenților carotenoizi

Spre deosebire de cele mai multe plante inferioare, la Angiosperme formarea și funcționarea cloroplastelor este strict dependentă de lumină. În țesuturile etiolate ale acestor plante se întâlnesc etioplaste capabile de a se transforma în cloroplaste la lumină. Etioplastele conțin cea mai mare parte a componentelor moleculare prezente în cloroplaste (cu excepția clorofilei), dar în cantități foarte mici, iar sistemul de membrane tilacoidale este nedezvoltat, necesitând prezența luminii pentru sinteza și organizarea sa.

4.2.1.1. Controlul luminii asupra biosintezei pigmenților clorofilieni

Mecanismul biosintezei clorofilei a fost intens studiat. Höfgen și colab. (1994) consideră că precursorul ciclului tetrapirolic, acidul 5-aminolevulinic, se poate sintetiza din glicină sau prin condensarea glicinei cu succinil CoA, această reacție desfășurându-se în etioplaste.

Principalele etape în biosinteza pigmenților clorofilieni constau în: sinteza protoporfirinogenului IX, protoporfirinei IX, încorporarea ionului de magneziu și formarea Mg-protoporfirinei IX, sinteza protoclorofilidelor și a clorofilidelor, iar acestea se desfășoară în timpul transformării etioplastului în cloroplast (Beale, 1990). Din clorofilide se sintetizează clorofilele. Aceste sinteze sunt catalizate de 22 enzime cunoscute în prezent, care sunt codificate de ADN-ul nuclear.

În etioplaste s-au descoperit cantități mici de protoclorofilidă și forma sa esterificată (protoclorofilă) care se deosebește de clorofil(id)a a numai prin prezența unei duble legături în inelul IV al nucleului tetrahidroporfirinic (Mohr și Schopfer, 1995). Acești pigmenți formează cu proteinele un complex protoclorofilid-holocrom în corpusculii paracristalini prolamelari ai etioplastelor. Holocromul reprezintă un complex proteic cu multiple molecule de protoclorofilidă legate necovalent, lumina fiind recepționată de însăși molecula protoclorofilidei.

Fotoconversia protoclorofilidei în clorofilida a (pe holocrom) implică reducerea, în prezența NADPH+H+ și catalizată de lumină, a dublei legături a inelului IV (figura 4.2.) și este însoțită de alterarea caracteristică a spectrului său de absorbție: dublarea peak-ului protoclorofilidei de la 650 nm în 637/650 nm și apariția peak-ului clorofilidei a la 684 nm.

Clorofilida a nou formată este esterificată la clorofila a, pe holocrom, și transferată în diverse complexe proteine-pigmenți ale membranelor tilacoidale. Aceste procese de reorganizare în timpul formării tilacoidelor, de transfer a clorofilidei a de pe holocrom în alte complexe proteice și de esterificare cu formarea clorofilei a, se regăsesc în alterările caracteristice ale spectrului clorofilidei și clorofilei, prin deplasarea peak-ului de la 684 nm spre 672 nm, apoi revenirea la 678 nm. O parte din clorofilida a se transformă în clorofilida b, care apare în complexele membranale holoproteice.

Figura 4.2. Fotoconversia protoclorofilidei în clorofilida a.

După sinteza moleculelor de clorofilă, acestea sunt încorporate stoechiometric în membrana cloroplastului, asociate cu proteine specifice de legare care le conferă stabilitate și ulterior funcționalitate.

Aproximativ 15 proteine diferite de legare a clorofilei au fost identificate, unele asociate cu fotosistemul I, altele cu fotosistemul II. Toate aceste proteine sunt codificate în nucleu și prin urmare trebuie importate de cloroplast înaintea legării de clorofilă și asocierii cu fotosistemul adecvat (Taylor, 1989, Spremulli, 2000).

Sinteza clorofilei, formarea cloroplastelor și inițierea desfășurării fotosintezei este reglată de lumină pe două căi:

-cataliza fotoconversiei protoclorofilidei în clorofilida a, etapă dependentă de lumină, deoarece protoclorofilid-oxidoreductaza este capabilă de a reduce numai protoclorofilida excitată, proces în care sunt implicate radiațiile roșii cu = 620-700 nm;

– fotoconversia fitocromului inactiv în fitocrom activ, sub acțiunea radiațiilor roșii cu = 720 nm, ce conduce la creșterea substanțială a capacității biosintetice în plastide a clorofilei. Fitocromul activ stimulează transcrierea unor gene din nucleu, produșii translației în citoplasmă (proteinele) fiind importate de plastide (Kasemir, 1983). Aceste proteine pot reprezenta fie enzimele implicate în biosinteza acidului 5-amino levulinic din glutamat, fie precursori ai apoproteinelor complexelor proteine-pigmenți (holocomplexe). Acțiunea fitocromului este reglată de protoclorofilidă prin inhibiția feed-back a sintezei acidului 5 aminolevulinic, un reglaj extrem de eficient: dacă fitocromul ar stimula continuu transcripția genelor (în cazul luminii continue roșu-îndepătat – HIR), fotoconvertibilitatea protoclorofilidei în clorofilida a ar fi la fel de rapidă (Beale, 1990).

Reducerea activității glutamat semialdehid aminotransferazei cu 50% determină scăderea conținutului în clorofilă cu 30% (Höfgen ș.a., 1994). Terry și Kendrick (1999) consideră că fenotipul mutantelor au crescute la lumină este o consecință a vitezei reduse de sinteză a clorofilei, care provine dinter-o combinație a activării reduse a fitocromului și inhibiția feedback.

Clorofila nu se acumulează ca atare în plastide, ci este încorporată stoechiometric în holocomplexe, alcătuite din clorofilă, carotenoizi și apoproteine (Schopfer și Apel, 1983). În membranele tilacoidelor se găsesc probabil 5 tipuri diferite de holocomplexe, fiecare cu caracteristicile proprii date de compoziția individuală.

Un exemplu de reglare al formării holocomplexelor poate fi considerat formarea complexului proteic de clorofilă a/b din antena fotoreceptoare a fotosistemului II (LHCII), unde se distinge atât un reglaj grosier, cât și unul fin (Furuya, 1993). Această proteină reprezintă aproximativ jumătate din cantitatea totală de proteine din membranele tilacoidale. Cele 12 helixuri transmembranale ale proteinei LHCII leagă aproximativ 12 molecule de clorofilă a și b. În plus 2 molecule de caroteni servesc drept suport helixurilor A și B ale proteinei. Proteinele LHC sunt organizate adesea în structuri trimere (Spremulli, 2000).

Un prim reglaj (grosier) există în timpul sintezei apoproteinei (în citoplasmă) și este realizat prin intermediul fitocromului, care stimulează transcripția familiei de gene specifice situate în nucleu (Furuya, 1993; Batschauer et al., 1994). Expresia acestei familii de gene este un precursor molecular extins ce se sintetizează în citoplasmă pe ribozomii 80S și pătrunde în plastide, unde fie va fi încorporat în holocomplex în timpul sintezei acestuia, fie va fi biodegradat proteolitic, în cazul în care cantitatea de clorofilă disponibilă este insuficientă (figura 4.3.).

Figura 4. 3. Reglajul coordonat de către lumină al formării complexului de clorofilă a/b din antena fotoreceptoare a fotosistemului II (LHC II).

Moleculele de clorofilă și cofactorii proteici sunt inserați cotranslațional în catena polipeptidică ce crește (figura 4.4.). Dacă nu sunt prezenți cofactorii, apoproteina este degradată. Reglajul final (sau fin) se realizează tocmai prin proteoliza excesului de apoproteină, aceasta fiind protejată față de biodegradarea enzimatică prin legarea de moleculele de clorofilă.

Figura 4.4. Asamblarea cotranslațională a clorofilei în molecula proteinei D1.

În structura holocomplexelor, componentele acestora se găsesc în rapoarte constante, de ex. clorofilă a/b, clorofilă/carotenoizi. În general, un raport caroteni/clorofilă totală ~ 0,5 este tipic pentru complexele antenei fotoreceptoare la majoritatea plantelor (Spremulli, 2000). Deoarece mecanismul de acumulare stoechiometrică a clorofilei nu este pe deplin elucidat, este posibilă elaborarea unui model de reglare pe baza disponibilității carotenoizilor.

Zolla și colab (2002) studiind proteinele antenei fotoreceptoare a fotosistemului I, a evidențiat că proteinele Lhca2 și Lhca4 sunt cele mai abundente proteine ale antenei fotosistemului I, la cele mai multe specii, la tomate evidențiindu-se și prezența produsului genei Lhca6. Totuși fotosistemul I prezintă o heterogenitate mai scăzută decât fotosistemulII.

4.2.1.2. Influența luminii asupra sintezei pigmenților carotenoizi

Sinteza carotenoizilor (figura 4.5.), similar sintezei clorofilelor, este stimulată de fitocrom (reglaj ON) dar datorită existenței unui feed-back negativ, efectele fitocromului sunt modulate de cantitatea de clorofilă disponibilă pentru a încorpora carotenoizii în holocomplexe (manifestată prin reglajul OFF). Acest sistem de reglaj “switch” (ON/OFF) este eficient și economic, asigurând o protecție reală a holocomplexelor față de fotooxidarea clorofilei nou formate (Oelmüller, 1989).

Figura 4.5. Reglarea ON/OFF a sintezei pigmenților carotenoizi și formarea holocomplexelor.

Este extrem de importantă pentru formarea cloroplastelor existența pigmenților carotenoizi în cantitate suficientă pentru fiecare moleculă de clorofilă nou formată. Prin urmare, reglarea formării holocomplexelor presupune funcționarea celor două etape: prima, de reglaj grosier modulată de fitocrom, care intervine în biosinteza componentelor (în cazul LHCII: clorofila a și b, carotenoizi și apoproteina), iar cea de-a doua, de reglaj fin, care menține o eficiență ridicată a formării holocomplexelor, în timpul asamblării componentelor (prin proteoliza excesului de apoproteină și inhibarea sintezei carotenoizilor).

Controlul luminii asupra formării și funcționării cloroplastelor

4.2.2.1. Transformarea etioplastelor în cloroplaste

Conversia etioplastelor în cloroplaste se realizează în câteva etape (Thomson și Whatley, 1980). Ca rezultat al fotoconversiei protoclorofilidei în clorofilida a se constată o dezorganizare a structurii prolamelare și o reorganizare a acestui material în membrane tilacoidale. Tubulii existenți fuzionează inițial în membrane duble perforate numite tilacoide primare, din care se formează tilacoidele, prin includerea proteinelor și lipidelor specifice (Mohr, 1984). Acestea sunt transformate în grana și saculi granali prin creșterea suprafeței locale și extindere. În scurt timp de la startul iluminării se poate constata existența transportului fotosintetic de electroni și fotofosforilarea, deci, organizarea primului fotosistem funcțional se realizează extrem de rapid. Totuși, cloroplastele ajung la capacitatea fotosintetică maximă numai după câteva ore, când fotosistemele au fost completate cu pigmenți la nivelul antenelor fotoreceptoare (Ellis, 1984). Dacă formarea cloroplastelor este inițiată la intensități luminoase mari, formarea corpului prolamelar poate fi represată, rolul acestuia fiind de intermediar în formarea tilacoidelor (stocarea componentelor membranale) în condiții de iluminare insuficientă.

Figura 4.6. Distribuția fotosistemelor I și II în membranele tilacoidale.

În cloroplast sunt prezente 2 tipuri de membrane interne (tilacoidale) – membrane stivuite sau suprapuse, numite membrane granale, și membrane nestivuite sau expuse, numite membrane stromale (Spremulli, 2000).

În structura tilacoidelor, fotosistemele I și II nu sunt distribuite randomizat, fotosistemul I fiind dispus în memebranele expuse, stromale, iar fotosistemul II, în membranele stivuite, granale. LCHII, a fost descoperit aproape exclusiv în membrana granală (figura 4.6.).

4.2.2.2. Funcționarea cloroplastelor

În comparație cu morfogeneza cloroplastelor (Mullet, 1988), importanța luminii în funcționarea optimă a cloroplastelor mature a fost mai intens studiată în ultimii ani. Gruissem (1989) consideră că, în cloroplastele mature fotosistemele I și II sunt, ca și fitocromul, senzori ai radiației luminoase, contribuind la adaptarea stoechiometrică a componentelor cloroplastului la condițiile date de lumină.

Spremulli (2000) consideră că funcționarea eficientă a cloroplastului poate fi în legătură cu distribuția eficientă a energiei luminoase între fotosistemele I și II, separate spațial în membranele tilacoidale. Fotofosforilarea LHCII modifică încărcătura electrică a suprafeței proteinei, aceasta devenind mai electronegativă, și se deplasează din miezul hidrofob al stivelor granale spre zonele mai puțin hidrofobe, în regiunea membranelor stromale expuse. Migrarea porțiunii complexului de antenă a fotosistemului II scade absorbția luminii prin acest fotosistem.

Kinaza implicată în fosforilarea LHCII este activată numai când rezerva de plastochinonă se află în stare redusă. Când fotosistemul II recepționează mai multă lumină decât fotosistemul I, plastochinona devine predominant redusă, ducând la activarea LCHII kinazei. Dacă rezerva de plastochinonă se află preponderent în stare oxidată prin acțiunea fotosistemului I, kinaza devine mai puțin activă și o fosfatază acționează pentru defosforilarea LHCII, conducând la migrarea sa înapoi în membrana granală și deci crescând cantitatea de lumină absorbită prin fotosistemul II. Acest sistem feed-back conduce la un control subtil al distribuției luminii între cele 2 fotosisteme, chiar dacă ele sunt plasate în zone diferite ale tilacoidelor.

Stoechiometria fotosistemelor variază în funcție de specie și este influențată de lumină. Raportul fotosistem II/fotosistem I poate varia între 0,4 și 1,7 la diverse specii. De asemenea, calitatea luminii influențează stoechiometria fotosistemelor, raportul FS II/FS I fiind mai mic la plantele crescute la lumină caracteristică FS II (550-660 nm) decât cele crescute la lumină solară. Plantele crescute la lumină caracteristică FS I (>660 nm) au un raport FS II/FS I mai mare decât cele crescute în lumină solară. Aceasta demonstrează abilitatea organismelor fotosintetice de a-și modifica compoziția membranelor tilacoidale ca răspuns la gradientul de lumină incidentă.

Fotosistemul II funcționează ca o H2O-plastochinonă oxidoreductază dependentă de lumină (figura 2.7.).

Figura 4.7. Structura fotosistemelor I și II.

Fotosistemul II este un complex de proteine membranare integrale conținând centrul de reacție P680. În plus față de componentele implicate în separarea e-, H+ și O2 din molecula apei (proteina cu cluster de Mn), complexul conține mai mult de 20 de proteine, ale căror gene sunt localizate fie în cloroplast, fie în nucleu:

– proteinele D1 și D2 ce leagă grupele prostetice ale transferului de electroni, cum ar fi P680, feofitina (Feo) și plastochinona (QA și QB). Genele psbA și psbB sunt localizate în cloroplast.

– proteinele CP 43 și CP 47 leagă pigmenții (clorofila a) antenei fotoreceptoare. Genele psbC și psbD sunt localizate în cloroplast.

– alte 3 proteine (de 33, 23, și 17 kDa) sunt implicate specific în oxidarea apei. Genele psbO, psbP și psbQ sunt localizate în nucleu.

– o proteină de 22 kDa este implicată în fotoprotecție, gena ei psbS fiind localizată în nucleu.

– funcțiile altor proteine cum ar fi subunitățile α și β ale citocromului b559 sunt necunoscute. Genele lor psbE și psbF sunt localizate în cloroplast.

Fotosistemul I funcționează ca o plastocianin-ferredoxin oxidoreductază dependentă de lumină (figura 4.7.). Fotosistemul I este un complex proteic ce conține aproximativ 15 subunități:

– PsaA și PsaB sunt implicate în legarea principalilor transpotori de electroni, cum ar fi P700, molecula de clorofilă a (acceptorul A0), filochinona (acceptorul A1) și centrul cu Fe-S (Fx).

– Ca și fotosistemul II, fotosistemul I conține un număr mare de subunități proteice care nu leagă grupări prostetice, multe având funcții nedefinite până în prezent.

– PsaD și PsaF au fost implicate în legarea ferredoxinei și plastocianinei în complex.

S-a dovedit că numărul și diametrul cloroplastelor, ca și conținutul lor în clorofilă pot fi controlate prin intermediul fitocromului (Gruisem, 1989). La plantule, după formarea completă a cloroplastelor (atingerea maturității acestora), fitocromul nu mai influențează conținutul în clorofilă. În condiții de lipsă prelungită a luminii se constată însă efectul de senescență indus de obscuritate, efect stopat de iluminarea cu pulsuri de lumină în perioada de întuneric, care induc activarea fitocromului. Deci, plastidele devin competente cu ajutorul fitocromului.

4.2.3. Reglarea sintezei și activității unor enzime ale matricei plastidiale

4.2.3.1 Reglarea sintezei și activității [NUME_REDACTAT] enzimele prezente în matricea cloroplastului, activitatea celor care catalizează reacțiile ciclului Calvin poate fi reglată de lumină, prin intermediul fitocromului. Enzima cheie a ciclului Calvin, ribulozo difosfat carboxilaza/oxidaza (Rubisco) este cea mai importantă enzimă, dar nu singura, a cărei sinteză este reglată de fitocrom la nivelul transcripției genelor nucleare (sinteza subunităților mici) și la nivelul transcripției genelor plastidiale (sinteza subunităților mari) (Roy, 1989). Asamblarea subunităților (câte 8 din fiecare) în complexul enzimatic Rubisco (holoenzimă), în matricea cloroplastului, este ajutată semnificativ de proteinele de legare codificate de nucleu, și anume, chaperone 60 (Ellis și Hemmingsen, 1989). Această proteină se sintetizează, ca și subunitățile mici ale Rubisco în citoplasmă, urmând să fie importate de cloroplast.

În absența luminii se formează cantități foarte mici din această enzimă cheie, lumina fiind singurul factor extern ce poate iniția sinteza sa. Reglarea sintezei Rubisco de către lumină se realizează numai prin intermediul fitocromului (Pfr) și este complet independentă de clorofilă, de funcționalitatea tilacoidelor sau fotosinteză, atâta timp cât cantitatea sau intensitatea acestora nu sunt limitative. Astfel, s-a constatat o creștere lineară a cantității de enzime (Rubisco și gliceraldehid fosfat dehidrogenaza – NADP+ dependentă) în intervalul 48-84 ore de la inițierea expansiunii cotiledoanelor (Mohr și Schopfer, 1995). Dacă se măsoară concentrația de ARNm translatabil pentru subunitatea mică a Rubisco se va constata că aceasta crește cu viteză constantă.

Și în reglarea sintezei Rubisco se pot distinge cele 2 tipuri de reglaj: grosier și fin (figura 2.8.). Cantitatea de ARNm necesară sintezei ambelor subunități ale enzimei este puternic stimulată de fitocrom și reprezintă reglajul grosier al capacității biosintetice, la nivel transcripțional. Reglajul fin al sintezei enzimei este, de asemenea, controlat de fitocrom, dar la nivel post-transcripțional, și anume la nivelul translației.

Figura 4.8. Reglajul coordonat de către lumină a sintezei RUBISCO.

Cercetări multiple, utilizând mutanți defectivi au condus la concluzia că există un semnal (numit factor al plastidului sau factor plastidial) ce acționează ca factor de inițiere a transcripției genelor nucleare. Rolul acestui factor este de a informa genele nucleare că plastidele sunt receptive pentru produsul translației lor. Dacă acest semnal lipsește, transcripția genelor nucleare ce codifică sinteza proteinelor plastidiale este blocată. În această situație, fitocromul este un factor inductor inefectiv. Existența acestui factor plastidial, a cărui natură moleculară este deocamdată necunoscută, reprezintă un nivel de reglare superior fitocromului privind transcripția genelor responsabile pentru sinteza proteinelor cloroplastului, dar nu are nici un efect asupra expresiei genelor markerilor enzimatici din citosol.

Se pare că factorul plastidial ar acționa prin intermediul fitocromului în reglarea expresiei genelor nucleare ce codifică proteinele cloroplastului (Lopez-Juez, 1998)

Controlul expresiei genelor, realizat simultan de către nucleu și genomul plastidial, conduce la un reglaj eficient ce corespunde exact necesităților plantei, în condițiile concrete de mediu.

Reglarea activității Rubisco se realizează prin adiția reversibilă de CO2 și Mg2* la situsul activ al acesteia (figura 2.9.). O parte a reacției de activare este catalizată de altă enzimă – Rubisco activaza (Portis, 1995), de viteza transportului fotosintetic de electroni și în consecință de intensitatea fotosintezei (Portis, 1992; Woodrow și Berry, 1988).

Deși detaliile activării Rubisco de către Rubisco activază sunt neclare, aceasta pare a promova disocierea moleculelor de fosfo-glucid legate la situsul activ al lui Rubisco, eliberându-l pentru carbamilare. Aparent, ATP-ul este hidrolizat ca parte a reacției de activare, deși această cerință nu este pe deplin înțeleasă (Gutteridge și Gatensby, 1995).

Figura 4.9. Mecanismul posibil al activării Rubisco de către Rubisco activază.

Timpul necesar fotosintezei pentru a atinge starea stabilă este determinat de 2 procese, ambele dependente de densitatea fluxului de fotoni, respectiv, intensitatea luminii. Primul este viteza de regenerare a ribulozo- 1,6 difosfatului în ciclul Calvin – proces ce răspunde relativ rapid la modificarea intensității luminii și limitează tipic intensitatea fotosintezei în mai puțin de 1 minut. Cel de-al doilea proces este creșterea capacității de carboxilare a Rubisco cauzată de conversia acesteia la forma catalitic activă (Mott și al., 1997). Mott și Woodrow (2000) au evidențiat că plantele expuse la fluxuri de fotoni fluctuante pot aloca o cantitate mai mare de proteine Rubisco activazei decât plantele expuse unui flux continuu de fotoni.

Froehlich și colab. (2001) demonstrează că alen-oxid sintaza și hidroperoxid liaza (două enzime cloroplastice implicate în biosinteza oxilipinelor bioactive) au distribuție spațială diferită în membranele cloroplastului.

4.2.3.2. Reglarea activității enzimelor ciclului [NUME_REDACTAT] Calvin este reglat de lumină prin modificarea pH-ului și a concentrației de Mg2+. Cele mai multe enzime ale ciclului Calvin care catalizează reacțiile reversibile (aldolaza, transcetolaza, gliceraldehid 3 fosfat dehidrogenaza) sunt comune căii glicolitice de degradare a carbohidraților (Dinischiotu și Costache, 1998). Deoarece enzimele implicate în biosinteza și biodegradarea glucidelor sunt prezente în cloroplast, este esențial ca aparatul (sensul) sintetic să fie funcțional, iar aparatul (sensul) degradativ să fie nefuncțional la lumină. Prin urmare este necesară existența unor mecanisme de reglare specifice pentru a preveni degradarea și a asigura o activitate optimă de sinteză.

Schimbarea pH-ului stromei și a concentrației de Mg2+ sunt reglatori importanți ai enzimelor: Rubisco, fructozo 1,6 difosfataza și fosforibulozo kinaza.

[NUME_REDACTAT] implică formarea complexului carbamat-Mg2+ pe restul de Lys 201 din situsul activ al enzimei. Molecula CO2 implicată în această reacție de activare diferă de substratul CO2 necesar pentru cataliză. Concentrația de Mg2+ din stromă, în condiții de lumină, crește de la 1-3 mM la aproximativ 3-6 mM, datorită eliberării sale din lumenul tilacoidal. Activitatea fructozo- 1,6 difosfatazei și a altor enzime sunt influențate de schimbările de pH ale stromei. Când cloroplastele ținute la întuneric sunt expuse la lumină, pH-ul stromei crește de la 7 la 8, deoarece protonii sunt translocați din stromă în lumenul tilacoidelor.

Un alt factor important în reglarea ciclului Calvin de către lumină îl reprezintă sistemul redox ferredoxină-tioredoxină și enzima ferredoxin-tioredoxin reductaza, ce activează la lumină unele enzime cloroplastice. Transferul de e- fotosintetic prin fotosistemul I conduce la reducerea ferredoxinei, care la rândul ei reduce în prezența ferredoxin-tioredoxin reductazei tioredoxina (o proteină cu masă moleculară mică, ce conține o legătură disulfidică). Tioredoxina redusă poate reduce legăturile disulfidice a numeroase proteine țintă, alterând conformația și modulând activitatea lor enzimatică.

Enzimele reglatoare ale ciclului Calvin sunt activate de tioredoxina redusă la lumină și inactivate prin oxidare la întuneric. Această secvență simplă de reacții ce implică tioredoxina, leagă reacțiile de lumină de fixarea CO2, asigurând sinteza continuă a glucidelor la lumină. Acest mecanism a fost demonstrat pentru următoarele enzime cloroplastice: fructozo 1,6-difosfataza, sedoheptulozo 1,7-difosfataza, fosforibulo kinaza, NADP+ gliceraldehid 3-fosfat dehidrogenaza, Rubisco activaza, precum și ATP sintaza. De asemenea, tioredoxina redusă formată la lumină inhibă procesele catabolice, care există la întuneric (Malkin și Niyogi, 2000).

4.2.5. Influența intensității luminii asupra intensității fotosintezei

Efectul luminii asupra creșterii și dezvoltării plantelor – de tomate – singular sau alături de alți factori, se apreciază, în primul rând după intensitatea desfășurării proceselor fiziologice. Fotosinteza, proces fiziologic complex dependent de prezența luminii, precum și de cantitatea de pigmenți asimilatori, ca substanțe capabile de a recepționa energia luminoasă, de a o transmite și transforma în energie biochimică (ATP) constituie elemente de referință în studiul influenței luminii la plante.

Dinamica fotosintezei în funcție de intensitatea luminii se prezintă sub forma unei parabole (Hasketh și Musgrave, 1962). La o intensitate ridicată a luminii, creșterea intensității fotosintezei pentru același interval de timp este mai mică, decât atunci când lumina are o intensitate mai coborâtă. Hew și colab. (1969) au constatat că intensitatea fotosintezei la 1800 lucși este de câteva ori mai ridicată decât la 300 lucși. [NUME_REDACTAT] și Loomis (1970) dinamica fotosintezei la intensitate luminoasă mare – de 3.200 lucși – este ascendentă până la o temperatură de 20-25 oC, după care intensitatea fotosintezei începe să scadă. La o intensitate luminoasă de numai 300 lucși, intensitatea fotosintezei scade continuu pe măsura creșterii temperaturii. De asemenea, lumina cu o intensitate prea mare (peste 100.000 lucși) conduce la scăderea asimilației ca urmare a supraexcitării centrilor de reacție a fotosistemului II (Mohr, 1969).

Curbele de răspuns ale intensității fotosintezei nete ale plantei întregi sau frunzelor individuale în funcție de creșterea intensității luminii sau concentrației de CO2 sunt similare cu acelea ale vitezei asimilației nete (Charles-Eduards și Ludwig, 1975; Nilwik și al., 1982; Ludwig și Withers, 1984).

Menținerea unei intensități ridicate a fotosintezei pe toată perioada zilei nu este benefică plantei, iar reducerea intensității fotosintezei în condiții optime de intensitate luminoasă și concentrație de CO2 se datorează capacităților reduse ale cloroplastului de a acumula asimilatele produse cu o asemenea viteză. La intensități luminoase mari (243 W/m2) și concentrații ridicate de CO2 (1474 mg/m3), la 20 oC, intensitatea fotosintezei începe să scadă după aproximativ 8 ore, ajungând până la 50% din valoarea inițială după 14 ore, în funcție de soi (Gosiewski și al., 1981). Schleucher și colab. (1998) consideră că aproximativ 75% din carbonul asimilat este exportat sub formă de hexoze (glucoză), în timpul nopții, dar și sub formă de maltoză sau maltodextrine, în condiții nomale.

Acumularea asimilatelor în frunze determină fie intensificarea fotorespirației, fie inhibarea fotosintezei, probabil prin închiderea stomatelor sau inducerea unei distorsionări (disfuncționalități) a cloroplastelor.

Frunzele plantelor crescute în condiții diferite de iluminare au răspunsuri diferențiate la acțiunea luminii, acest fenomen fiind cunoscut sub denumirea de adaptarea la lumină. Frunzele adaptate la intensități luminoase mici în timpul zilei au un maxim al intensității fotosintezei scăzut și invers (Peat, 1970). Datele experimentale demonstrează faptul că frunza este capabilă să-și ajusteze aparatul fotosintetic în funcție de cantitatea de lumină disponibilă. S-a constatat o intensificare a activității ribulozo-1,5 difosfat carboxilazei atunci când frunzele adaptate la intensități luminoase mici sunt transferate în condiții de intensitate luminoasă ridicată, dar nu există nici o modificare, timp de 7 zile, în cazul schimbării inverse a condițiilor de lumină (Withers și al., 1984).

Frunzele mature se adaptează foarte puțin la schimbarea condițiilor de iluminare, însă plantele întregi ale câtorva specii (îndeosebi cele facultativ ombrofile sau facultativ heliofile) se adaptează foarte bine la trecerea de la intensități ridicate ale luminii la intensități scăzute, prin realizarea unor caracteristici morfologice și fiziologice similare cu acelea ale plantelor de umbră (Ludwig și Withers, 1983). Punctele de compensație pentru lumină scad (îndeosebi pentru că intensitatea respirației este mai redusă), intensitatea fotosintezei este mai redusă și în consecință, nivelul la care se realizează saturarea cu lumină a plantelor este mai scăzut. Ele își dezvoltă treptat abilitatea de a crește în condiții de iluminare săzută, însă ritmul lor de creștere este lent.

Urmărind efectul iluminării plantelor etiolate cu lumină de 5000 lucși timp de 3 ore, Nikolaeva și Porsneva (1968) a observat modificarea proceselor biochimice ce se desfășoară în frunze: intensificarea absorbției CO2, creșterea câtului respirator, intensificarea activității citocromoxidazei, reducerea activității polifenoloxidazei și peroxidazei, scăderea conținutului ATP.

4.2.6. Influența calității luminii asupra procesului de fotosinteză

Frunzele celor mai multe plante absorb mai mult de 90% din radiațiile violete și albastre și un procent ridicat din radiațiile portocalii și galbene. Cea mai mare parte a radiațiilor sunt absorbite de pigmenții cloroplastelor. În tilacoide, fiecare foton poate excita un electron din molecula clorofilei sau pigmenților carotenoizi. Cei mai mulți pigmenți carotenoizi (-caroten și xantofile) transferă energia lor de excitație la aceleași centre de reacție, ca și clorofila, contribuind, astfel, la desfășurarea fotosintezei. Acești pigmenți absorb in vitro numai la lungimile de undă albastru și violet, reflectând și transmițând radiațiile verzi, galbene, portocalii și roșii. În afară de rolul de pigmenți fotoreceptori și contribuția lor la realizarea fotosintezei, pigmenții carotenoizi protejează clorofilele de acțiunea oxidativă a O2 la intensități luminoase mari.

Prin compararea efectele radiațiilor luminoase cu lungimi de undă variate asupra intensității fotosintezei sau altor procese biologice dependente de lumină se obține spectrul de acțiune care permite identificarea pigmenților implicați în recepția luminii.

La toate speciile de plante se realizează o intensitate fotosintetică maximă în regiunea radiațiilor roșii care au un maxim de absorbție la culoarea complementară verde a pigmenților clorofilieni și un al doilea maxim mai mic în regiunea radiațiilor albastre care au cea mai mare energie dintre radiațiile spectrului vizibil. Spectrul de absorbție al clorofilelor a și b arată că numai o cantitate redusă de radiații verzi și galben-verzi (între 500 – 600 nm) sunt absorbite in vitro. Comparând cu spectrele de absorbție ale pigmenților clorofilieni și carotenoizi purificați, s-a constatat că acțiunea luminii galbene și verzi în producerea fotosintezei și absorbția acestor radiații de către frunze este surprinzător de ridicată, datorită reflectării repetate a acestora, cu fiecare reflectare absorbindu-se totuși a cantitate mică de radiație. În felul acesta, jumătate sau chiar mai mult din cantitatea de radiație galbenă și verde poate fi absorbită, contribuind la desfășurarea fotosintezei. În cazul carotenilor absorbția radiațiilor este deplasată din domeniul albastru al spectrului, în zona radiațiilor verzi cu lungimea de undă de 500 nm care pot fi astfel absorbite și utilizate în fotosinteză. Pigmenții clorofilieni prezintă in vivo o absorbție mică în regiunea albastră, dar clorofila a prezintă absorbție maximă în regiunea roșie a spectrului, cele mai importante peak-uri fiind cele de la 680 și 700 nm, rezultate din asocierea acestui pigment cu proteinele din structura membranelor tilacoidale (P680 și P700).

Influența calității luminii asupra creșterii tomatelor nu a fost investigată la fel de critic precum influența intensității luminii (Picken și al., 1994). Există, totuși, studii cu privire la efectele utilizării diferitelor tipuri de lămpi artificiale (în iluminarea suplimentară). S-a constatat că lumina din zona roșu îndepărtat este benefică creșterii tomatelor. Hurd (1974) a constatat o creștere cu 20 % a vitezei asimilației nete când iluminarea cu lămpi fluorescente a fost suplimentată cu lămpi incadescente (relativ bogate în radiații roșu îndepărtat).

Calitatea luminii are o influență directă asupra intensității proceselor fiziologice și biochimice. În cazul plantelor legumicole este valabilă precizarea făcută de Grotus că radiațiile care sunt cel mai puternic absorbite de către frunzele plantelor, influențează cel mai mult fotosinteza (Pop și colab., 1960). Din totalul radiațiilor spectrului vizibil al luminii solare cel mai puternic sunt absorbite radiațiile roșii care au lungimea de undă de 650-750 nm și energia de 41 kcal. Aceste radiații, determinând mai ales sinteza glucidelor în frunze (70%), influențează creșterea și formarea rezervelor în plantă. Radiațiile albastru – violet, cu lungime de undă egală cu 400-480 nm, cu energie de 71 kcal, sunt absorbite mai mult de către plantele de semiumbră. Ele determină sinteza substanțelor proteice, aproximativ în același raport cu glucidele, influențând formarea noilor organe ale plantelor (Pop și colab., 1960).

2.3. influența luminii asupra FOTORESPIRAȚIEI

Catabolismul substanțelor organice în plantele verzi nu este, așa cum s-a crezut mult timp, independent de lumină. La cele mai multe plante fotoautotrofe, cu tip fotosintetic C3, se desfășoară un proces de biodegradare dependent de prezența luminii, care se desfășoară numai în celulele fotosintetic active și se numește fotorespirație.

Procesul de fotorespirație este asociat procesului de fotosinteză datorită existenței aceleiași enzime cheie, cu funcție dublă: ribulozo-1,5 difosfat carboxilaza/oxidază, a utilizării aceluiași substrat ribulozo-1,5 difosfatul, precum și a produșilor fotosintezei, respectiv NADPH+H+ și ATP (Sharkey, 1989).

Fotorespirația este dependentă de lumină deoarece numai în prezența acesteia se formează NADPH+H+ și ATP, iar formarea ribulozo 1,5 difosfatului este mult mai rapidă. De asemenea, lumina determină fotoliza apei și eliberarea O2 astfel încât concentrația mărită a oxigenului intră în competiție cu CO2 stimulând procesul de fotorespirație (Gutteridge, 1990). O altă explicație este dată de activarea enzimei Rubisco de către lumină și inactivarea sa la întuneric, astfel că aceasta nu poate fixa nici O2, nici CO2 în lipsa luminii (Keys, 1990).

4.4. influența luminii asupra metabolismului glucidic și proteic

4.4.1. Rolul luminii în asimilația nitratului

Cloroplastele nu sunt numai organitele specializate în asimilația CO2, ci și situsuri ale asimilației NO3- (figura 4.11), a cărei reglare se realizează prin acțiunea combinată a 3 factori: factorul plastidial, lumina și prezența nitraților.

Acești factori acționează în mod similar asupra expresiei genelor nitrat reductazei (enzimă codificată de gene nucleare, ce se sintetizează în citoplasmă și rămâne în citoplasmă, unde catalizează reacția de reducere a nitraților la nitriți) și a nitrit reductazei (enzimă codificată de gene nucleare, ce se sintetizează în citoplasmă, de unde este transportată în matricea cloroplastului, unde catalizează reducerea nitriților la amoniac). În plus față de semnalul primar (nitratul), cantitățile de ARNm a nitrat reductazei răspund la alte semnale care leagă reducerea nitratului de fotosinteză, metabolismul carbonului și ciclurile diurne.

Figura 4.11. Asimilația nitratului în plastidele rădăcinii și cloroplastele frunzelor.

Pentru inducția maximă a ARNm a nitrat reductazei, plantele necesită lumină sau o sursă de carbon redus (glucide sau malat). Datele genetice și fiziologice evidențiază faptul că fitocromul mediază creșterea indusă de lumină a concentrației de ARNm a nitrat reductazei. Reglarea produsă de lumină este mult mai evidentă în răsadurile etiolate, dar există de asemenea și în țesuturile verzi. Odată gena nitrat reductazei indusă, cantitățile de ARNm a nitrat reductazei au un ciclu diurn condus de ceasul circadian (Crawford ș.a., 2000).

Acțiunea celor 3 factori reglatori poate fi sumarizată astfel (figura 4.12.):

– factorul plastidial produs de cloroplastele intacte, este indispensabil, în lipsa lui nu are loc transcripția genelor ce codifică enzimele căii metabolice de reducere a nitratului,

– lumina, acționând prin intermediul fitocromului, stimulează transcripția genelor nucleare, determinând creșterea cantității de ARNm al nitrit reductazei și ARNm al nitrat reductazei,

– prezența nitraților, care sunt capabili să stimuleze translația ARNm ce codifică nitrit reductaza în citoplasmă, dar nu are efect asupra sintezei acestui tip de ARNm, iar în cazul nitrat reductazei acționează pe calea inducției transcripției genelor de către substrat.

Figura 4.12. Controlul coordonat al luminii, factorului plastidial și al nitratului asupra sintezei enzimelor nitrat reductaza și nitrit reductaza.

Studii efectuate la mutante de tomate aurea (au) – caracterizate prin lipsa detecției spectrale a fitocromului A la răsadurile etiolate – au evidențiat că răsadurile cultivate în lumină roșie pierd reglarea de către fitocrom a genelor nucleare ce codifică proteinele cloproplastului, posedă cloroplaste anormal dezvoltate și au deetiolarea încetinită. La răsadurile normale, atât pulsurile de lumină roșie, cât și lumina roșie continuă stimulează activitatea nitrat reductazei (în citosol) și a nitrit reductazei (în cloroplast), pe când la mutantele au nu s-a obsevat nici o stimulare a activității enzimatice, iar la lumină roșie continuă a fost stimulată activitatea nitrat reductazei. Prin urmare, fotoinducția nitrit reductazei depinde de biogeneza cloroplastelor, iar fotoinducția nitrat reductazei în mutantele au poate fi mediată de o rezervă de fitocrom rezidual.

Mecanisme posttranslaționale controlează concentrația proteică a nitrat reductazei și activitatea sa în răspuns la unele condiții fiziologice. Mecanismul inhibării de către proteinkinaza dependentă de Ca2+ și proteinele 14-3-3 conduce la o inhibare rapidă și reversibilă a activității nitrat reductazei atunci când condițiile sunt nefavorabile asimilației nitratului (când lumina sau CO2 sunt factori limitativi).

Pe scurt, mecanismele reglatorii cheie controlează expresia genei nitrat reductazei așa încât reducerea nitratului este coordonată cu cerințele tulpinii pentru azot, disponibilitatea nitratului și luminii sau a surselor de carbon și de funcționarea propice a cloroplastului.

4.4.2. Rolul luminii în sinteza aminoacizilor

Plantele asimilează azotul anorganic în următorii aminoacizi transportori de azot: glutamat, glutamină, aspartat și asparagină. Acești compuși sunt utilizați pentru transferul N din organele sursă spre organele utilizatoare în scopul constituirii de rezerve pe parcursul perioadei disponibilității azotului și pentru utilizarea ulterioară în creștere, apărare și procesele reproductive. Azotul asimilat în glutamat și glutamină este ușor diseminat în metabolismul plantelor, deoarece acești aminoacizi donează azotul în reacțiile de biosinteza a aminoacizilor, acizilor nucleici și a altor compuși cu N. Alternativ, azotul asimilat în glutamat și glutamină poate fi încorporat în aspartat și asparagină. Aspartatul este un aminoacid metabolic reactiv care servește ca donor de N în numeroase reacții ale aminotransferazelor, în timp ce asparagina este relativ inertă având rol, în principal, în transportul și stocarea azotului.

Acidul glutamic, glutamina, acidul aspartic și asparagina sunt principalii aminoacizi translocați prin floem la majoritatea speciilor. Concentrațiile acestor aminoacizi de transport nu sunt statice, ci sunt modulate de factori cum ar fi lumina (fig. 2.12.).

Figura 4.12. Represia sintezei acidului aspartic de către lumină.

Concentrația de asparagină crește foarte mult la plantele adaptate la întuneric, în timp ce concentrația de glutamină crește în prezența luminii. Aceste schimbări reciproc induse de lumină în concentrațiile de asparagină și glutamină reflectă naturile distincte ale acestor aminoacizi. Glutamina, un aminoacid metabolic reactiv, este sintetizată preferențial la lumină, în timp ce asparagina, un aminoacid relativ inert, este sintetizată preferențial la întuneric. Asparagina, care transportă mai mulți atomi de N/atomi de C decât glutamina, este prin urmare un compus mult mai economic pentru transportul N, când sursa de C (glucide) este limitată (de ex., la întuneric). Concentrațiile crescute de glicină la plantele adaptate la lumină rezultă din fotorespirație, care produce glicina ca produs secundar (Coruzzi și Last, 2000).

4.4.3. Rolul luminii în biosinteza proteinelor cloroplastului

Mai multe procese reglatorii acționează împreună pentru controlul cantității de proteine din cloroplast, în timpul diverselor faze de creștere și dezvoltare:

Expresia genelor poate regla transcripția ADN în ARN;

Reglarea existentă în maturarea pre-ARNm în ARNm matur (eliminarea intronilor, procesarea capătului 5’, procesarea intercistronică);

Stabilitatea ARNm este reglată prin acțiunea nucleazelor care determină lungimea ARNm necesar translației (de ex. lumină versus obscuritate);

Translația ARNm în proteină este reglată în diverse moduri, inclusiv prin acțiune proteinelor specifice de legare a ARNm;

Viteza de sinteză a proteinelor și stabilitatea catenei nascente poate fi reglată în timpul inserției cotranslaționale a polipeptidei în membrană și prin legarea cofactorilor – cum ar fi clorofila;

Cantitatea de produs proteic final al unei gene este reglată și de maturarea sa (pliere, modificare, localizare) și de semnalele secvență care reglează durata vieții sale.

Numeroase proteine implicate în fotosinteză necesită prezența grupelor prostetice cum ar fi clorofile, carotenoizi, chinone sau hem pentru a căpăta funcțiile biologice specifice. Adesea, o proteină trebuie să lege cofactorii săi înainte de a se acumula într-o formă stabilă. Cele mai bine studiate proteine sunt acelea care leagă clorofila. Membrana tilacoidală a cloroplastului include câteva proteine care leagă clorofila, dintre care 6 sunt sintetizate în cloroplast. Aceste proteine sunt componente esențiale ale fotosistemelor I și II și a complexelor de recepționare a luminii. În afara clorofilei, acestea mai conțin alte câteva grupuri prostetice, de ex. chinone.

Aceste proteine nu pot fi detectate în celulele frunzelor emergente sau în cotiledoane înainte de expunerea la lumină. Totuși, în cele mai multe plante, transcriptele ARNm ale acestor proteine legate de clorofilă sunt păstrate fie în prezența luminii, fie în absența sa. Surprinzător unele ARNm se asociază cu poliribozomii legați de membranele tilacoidale, chiar la întuneric. Aceasta indică faptul că sinteza proteinelor legate de clorofilă este inițiată la întuneric, însă existența proceselor reglatorii previne acumularea produșilor proteici maturi în asemenea condiții.

Dovezi biochimice și genetice (Spremulli, 2000) sugerează că unii produși ai genelor nucleare acționează ca regulatori ai sintezei proteinelor cloroplastului, adesea afectând translația unei singure specii de ARNm plastidic prin interacțiunea cu capătul 5’UTR (figura 2.14). Se crede că acești factori trans-acting au un rol în activarea dependentă de lumină a translației, deoarece numărul acestor complexe proteină-ARNm cresc în prezența luminii, în corelație cu translația ridicată a compușilor ARNm din cloroplast.

În timpul sintezei activată de lumină a proteinelor, legarea proteinelor activatoare translațional trebuie să fie corelată cu activitatea fotosintetică a cloroplastului. Sunt cel puțin două căi prin care aceste 2 procese sunt legate: una ce implică potențialul redox al cloroplastului prin intermediul sistemului ferredoxin-tioredoxină și al doilea care cuplează translația la disponibilitatea energiei (ATP produs în fotofosforilare) în cloroplast.

Rolul central în cuplarea translației unor ARNm din cloroplast la activitatea fotosintetică a organitului se pare că-l joacă cPDI – izomeraza disulfidică a proteinelor cloroplastului – fiind substrat al reducerii prin sistemul ferredoxină-tioredoxină și în cazul concentrațiilor mari de ADP este fosforilată de o proteinkinază Ser-Thr. Forma fosforilată a cPDI nu numai că nu mai poate participa la reducerea cPABP (o parte a complexului oligomeric ce se leagă la capătul 5’UTR a ARNm a psbA), dar poate oxida activ această proteină și acumularea lor. Deoarece forma redusă a cPABP trebuie legată la ARNm al psbA pentru a activa translația, rezultatul net al acestui proces este o scădere a sintezei proteinei D1 din antena fotoreceptoare a fotosistemului II.

Figura 2.14. Activarea dependentă de lumină a translației proteinelor cloroplastului prin intermediul factorilor trans-acting.

Deci, în modelul actual, un sistem dual acționează pentru a regla translația ARNm al psbA pentru sinteza proteinei D1. La întuneric, când există o abundență de ADP, cPDI este fosforilată reducând abilitatea sa de a activa legarea cPABP la ARNm. La lumină, kinaza este inhibată și mediul redox al plastidului activează cPDI. Ca rezultat, forma redusă a cPABP se acumulează, crescând abilitatea de legare a proteinei la ARNm și, în consecință, activarea translației.

Stresul produs de lumină induce sinteza unor proteine transmembranale cu 1-4 helixuri, diferite de proteinele LHC de legare a clorofilei, și care sunt asociate fotosistemelor I sau II. [NUME_REDACTAT] 2, asociată fotosistemului I, este sintetizată atât în condiții de intensitate luminoasă scăzută, cât și în condiții de intensitate luminoasă ridicată, fiind probabil o altă strategie de fotoprotecție a fotosistemului I ca răspuns la stresul produs de lumină (Anderson, ș.a., 2003.).

4.4.4. Reglarea interacțiunii dintre biosinteza glucidelor și biodegradarea lor în procesul de respirație

Intensitatea respirației și intensitatea fotosintezei sunt corelate prin cantitatea totală de asimilate sintetizate în timpul perioadei precedente de lumină (Lambers, 1985).

La lumină, triozo fosfatul produs în ciclul Calvin, este transferat din stroma cloroplastelor în citosol și transformat în zaharoză. Această substanță care reprezintă forma de stocare sau de transport a produșilor fotosintezei se găsește în cantitate mare în celulele organelor fotosintetizante. După suprasaturarea acestei căi metabolice cu triozo-fosfat, fluxul asimilatelor este redirecționat către sinteza amidonului în cloroplast (Beck și Ziegler, 1989).

La întuneric, are loc scăderea concentrației de zaharoză, datorită încetării fotosintezei ceea ce declanșează remobilizarea amidonului depozitat temporar în cloroplaste și transportul zaharozei spre organele utilizatoare. Biosinteza și biodegradarea zaharozei și amidonului sunt sursa variațiilor zilnice ale concentrației acestor glucide în frunză.

Galtier și colab. (1993) au evidențiat că nivelul zaharozo-fosfat sintazei din frunze are un rol central în partiționarea carbonului, niveluri ridicate ale acestei enzime au posibilitatea de a crește intensitatea fotosintezei în condiții favorabile de mediu.

Moleculele bogate în energie sintetizate în timpul desfășurării fotosintezei sunt utilizate la începutul perioadei de vegetație mai ales pentru creșterea noilor organe, pentru ca ulterior o cantitate considerabilă de fotoasimilate să fie depozitate într-o formă accesibilă, astfel încât să fie rapid utilizate în alte scopuri: noi sinteze sau producerea de energie (Davies, 1980). În timpul metabolismului respirator, substanțele energetice sunt biodegradate până la CO2 și H2O), iar o parte din energia produsă în acest proces este stocată în moleculele de ATP, urmând a fi utilizată în procesul de anabolism (Douce și Day, 1985) sau este eliberată în mediul înconjurător sub formă de energie calorică.

Celulele mezofilului foliar al plantelor autotrof fotosintetizante posedă echipamentul enzimatic necesar desfășurării metabolismului respirator. Schimbul de gaze specific respirației (absorbție de O2 și eliminare de CO2) se realizează în mod continuu în frunze, atât la lumină, cât și la întuneric, interacționând cu metabolismul fotosintetic. În condiții de iluminare puternică (saturare) și într-un volum de aer închis, concentrația de CO2 scade până la o valoare la care se realizează un echilibru între intensitatea celor 2 procese, această concentrație purtând denumirea de punct de compensație pentru CO2. Valoarea punctului de compensare pentru CO2 variază la cele mai multe specii între 30-60 l l-1 (la 25 oC) și crește exponențial cu creșterea temperaturii. Cunoașterea acestuia este importantă în aprecierea eficienței fotosintetice a frunzei și anume, un punct de compensare la CO2 scăzut înseamnă o viteză de fixare a CO2-ului mai mare comparativ cu intensitatea respirației.

Un echilibru între intensitatea schimbului de gaze în timpul fotosintezei și respirației se poate realiza variind intensitatea luminii. Fluxul de lumină la care concentrația de CO2 absorbită este egală cu concentrația de CO2 eliminată se numește punctul de compensare al luminii. Determinarea sa este importantă în aprecierea eficienței frunzei în utilizarea luminii și reprezintă fluxul minim de lumină necesar plantelor fotoautotrafe pentru a supraviețui o durată de timp mai îndelungată. Valoarea sa depinde de tipul plantei și este scăzut la plantele de umbră (100 lx) și mai ridicat la plantele de soare (500-600 lx), iar pentru o plantă cu foliaj bogat depinde de tipul frunzei (umbrită sau însorită).

Există studii (Mohr și Schopfer, 1995) care demonstrează că pentru cele mai multe plante respirația mitocondrială este mai mult sau mai puțin inhibată în frunzele iluminate (numit efect Kok). Măsurându-se prin marcare izotopică, schimbul de gaze în fotosinteză și în respirație, pe parcursul a 24 h, s-a constatat că în timpul zilei absorbția O2 este inhibată. În condiții de iluminare puternică, respirația mitocondrială este înlocuită de fotorespirație, care se desfășoară de 2-5 ori mai rapid și este capabilă să biodegradeze mai mult de 30% din produșii fotosintezei nou formați (Zelitch,1953, citat de Voican, 1971), afectând intensitatea fotosintezei nete.

Intensitatea respirației la plante este influențată de factorii externi și interni și se poate regla extrem de rapid. O intensitate respiratorie ridicată este caracteristică nu numai țesuturilor tinere aflate în faza de creștere intensă, cât și celor aflate în faza de climacteric. În timpul germinării, respirația plantulelor nou formate poate fi influențată de lumină, prin intermediul fitocromului ca fotoreceptor, afectând atât formarea enzimelor respiratorii (citocrom oxidaza, îndeosebi, dar și succinat dehidrogenaza și fumaraza), cât și trăsăturile structurale ale morfogenezei mitocondriilor (Douce, 1985). În cotiledoanele etiolate se formează mitocondrii atipice, cu cristele orientate paralel, în timp ce în condiții de iluminare cu lumină completă se formează mitocondrii cu aspect tipic (Schopfer și Apel, 1983).

Lumina poate influența intensitatea respirației și prin efectul său caloric, creșterea temperaturii afectând în mod caracteristic intensitatea respirației în funcție de vârsta plantei. Hussey (1965) a remarcat că la plantele tinere, temperaturile în domeniul 15-25 oC nu afectează masiv pierderile de substanță organică prin respirație. La 4 zile de la germinație și 25 oC, plantulele au pierdut o cantitate mai mică de substanță uscată în timpul nopții comparativ cu cele ținute la 15 oC, dar extensia frunzelor a fost accelerată, plantele crescând mai mult în perioada ce urmează expunerii la lumină. La plantele mature, intensitatea respirației este dependentă direct de temperatură, dublându-se în același interval de temperatură (10-26 oC), dar și de genotip. De ex., la soiul de tomate Sonatine intensitatea respirației la 10 oC a fost de 0,081 mg CO2 m-2s-1, iar la 26 oC de 0,138 mg CO2 m-2s-1 (Gosiewski și al., 1982).

4.5. Influența luminii asupra

procesului de [NUME_REDACTAT] de transpirație reprezintă procesul fiziologic de eliminare a apei din corpul plantelor, sub formă de vapori, prin stomate, cuticulă și lenticelele suberului. Din cantitatea totală de apă absorbită de plantă, aproximativ 98% se elimină prin transpirație, contribuind la ascensiunea sevei brute, la evitarea supraîncălzirii plantelor și a suprasaturării celulelor cu apă, precum și la facilitarea pătrunderii moleculelor de CO2, necesare pentru desfășurarea procesului de fotosinteză (Salisbury și Ross, 1992). Factorii de mediu influențează nu numai procesul fizic de evaporare și difuziune a moleculelor de apă, ci și deschiderea și închiderea stomatelor, structuri la nivelul cărora se elimină aproximativ 90% din cantitatea totală de apă pierdută prin transpirație. Voican (1975a) afirmă că deschiderea completă a stomatelor are loc numai atunci când lumina atins o anumită intensitate, de ex. 10 000 de lucși pentru tomate.

Cei mai mulți specialiști în fiziologia plantelor au considerat, pentru o perioadă îndelungată de timp, că mecanismul închiderii și deschiderii stomatelor este reglat numai de concentrația de CO2 din frunză (Raschle, 1975), iar efectul luminii a fost explicat prin cantitatea de CO2 disponibilă în procesul de fotosinteză. Cercetările efectuate ulterior au demonstrat acțiunea luminii asupra deschiderii stomatelor, și independent de fotosinteză prin intermediul fotoreceptorilor din celulele de gardă.

Studiind influența variației intensității luminii la concentrații interne constante de CO2, precum și a variației concentrației interne de CO2, la intensitate luminoasă constantă, Sharley și Raschke (1981a) au demonstrat că răspunsul stomatelor a fost prompt la variația intensității luminii și numai într-o proporție foarte mică la schimbarea concentrației interne de CO2. Stomatele răspund la lumină chiar dacă a fost administrat un inhibitor al fotosintezei. Acest răspuns al stomatelor independent de fotosinteză a fost demonstrat ulterior (Sharley și Rachke, 1981b) urmărind la ce lungimi de undă a fost stimulată deschiderea stomatelor. S-a constatat că radiațiile albastre (cu = 430-460 nm) au avut un efect de 10 ori mai mare decât radiațiile roșii (cu = 630-680 nm) asupra deschiderii stomatelor, iar radiațiile verzi un efect foarte slab. De altfel, radiațiile roșii care au avut efect asupra deschiderii stomatelor sunt situate în același domeniu al spectrului cu radiațiile efective în fotosinteză, iar inhibitorii fotosintezei anulează răspunsul stomatelor la acțiunea acestor radiații. Deci, răspunsul stomatelor la acțiunea radiațiilor roșii este datorat absorbției luminii de către clorofilă, iar răspunsul la acțiunea radiațiilor albastre este independentă de fotosinteză.

Deschiderea stomatelor, ca răspuns la acțiunea radiațiilor UV și albastre (275 – 459 nm) este independentă de fotosinteză, fiind datorată recepționării acestor radiații de către fototropine – pigmenții fotoreceptori pentru lumină albastră, ce mediază răspunsurile plantelor legate de mișcare (Briggs și Huala, 1999). Fototropina PHO1 este o proteină de aproximativ 120kDa, cu funcție kinazică, cu 2 domenii LOV ce sunt reglate de lumină, oxigen și voltaj și care leagă stoechiometric FMN (Christie ș.a., 1999; Lin, 2002). Acest cromofor FMN are maximul de absorbție în jurul lungimii de undă de 360 nm. PHO2 (descrisă inițial ca NPL1) este aproximativ 58% identică cu PHO1, fiind responsabilă de mișcarea cloroplastelor pentru evitarea intensității luminoase puternice (Kagawa ș.a.,2001). Permadasa (1985) a considerat că acest cromofor poate fi excitat atât de lumina albastră (459 nm), cât și de energia transferată de la partea proteică a complexului proteină-pigment, după absorbția la 280 nm.

Mărimea ostiolei stomatelor este controlată de volumul și forma celulelor de gardă (Schroeder ș.a., 2001). Se știe de mai bine de 20 de ani că receptorul de lumină albastră care mediază deschiderea stomatelor este localizat în celulele de gardă (Zeiger și Helper, 1977), considerându-se că zeaxantina poate fi cromoforul fotoreceptorului (Zeiger, 2000). Însă dovezile genetice recente indică fototropinele ca receptori ce mediază deschiderea stomatelor necesitând prezența ambelor gene pho1 și pho2 și rămânând de discutat dacă există un fotoreceptor separat care contribuie la răspunsul de deschidere a stomatelor și conține zeaxantină ca și cromofor (Lin, 2002).

Fototropina, fiind o proteinkinază dependentă de lumină localizată în membrana plasmatică, determină fosforilarea indusă de lumina albastră a proton ATP-azei din membrana plasmatică (Kinoshita ș.a., 2001). Aceasta determină creșterea gradientului de potențial electric negativ prin plasmalemă, ce conduce la deschiderea canalelor voltaice de K+ conducând la acumularea sărurilor de potasiu în celulele de gardă (Schroeder ș.a., 2001). Ca răspuns la lumină, creșterea concentrațiilor saline în celulele de gardă cauzează un influx de apă, expansiunea celulelor de gardă și deschiderea ostiolei.

Desfășurarea procesului de transpirație este deosebit de utilă în schimbul de energie dintre frunză și mediul extern, menținându-se o temperatură a frunzei optimă desfășurării proceselor biochimice și fiziologice (Burzo ș.a., 2000a). Frunzele absorb din totalul radiațiilor spectrului luminii albe îndeosebi radiațiile roșii și albastre, relativ puțin în zona radiațiilor verzi și foarte puțin radiații infraroșii, eliminând însă radiații infraroșii. Dacă frunza absoarbe mai multă energie radiantă decât radiază, atunci excesul va fi disipat fie prin convecție (proces fizic), fie prin transpirație (proces fiziologic), fie ambele. Controlul plantei asupra menținerii unei temperaturi optime a frunzelor se poate exercita numai la nivelul transpirației, prin închiderea și deschiderea stomatelor (Salisbury și Ross, 1992), deoarece rezistența acestora la transferul convectiv de căldură este foarte mic (frunza fiind plană și subțire).

4.6. Influența luminii asupra ASIMILAȚIEI,PRODUCERII DE SUBSTANȚĂ USCATĂ ȘI TRANSLOCĂRII în plante

Cantitatea totală de asimilate produse de frunze depinde atât de factorii de mediu cât și de suprafața foliară (Picken și al.,1994). Pentru aceasta se au în vedere doi indicatori: viteza asimilației nete (intensitatea fotosintezei nete), care este o măsură a eficienței utilizării luminii și reprezintă cantitatea de substanță uscată sintetizată de plantă (cantitatea de CO2 fixat de plantă), pe unitatea de suprafață foliară, în unitatea de timp. Cel de-al doilea indicator îl constituie viteza relativă de creștere a plantelor, ce reprezintă viteza de creștere a cantității de substanță uscată, pe unitatea de substanță uscată. Acest parametru corelează viteza asimilației nete cu raportul dintre suprafața foliară totală pe unitatea de substanță uscată, raport ce reprezintă o măsură a capacității fotosintetice a plantei. Acești parametri – viteza asimilației nete și viteza relativă de creștere a plantelor – au valori ridicate la plantele tinere și diminuează odată cu vârsta (Hurd și Thornley, 1974) datorită autoumbririi frunzelor, menținerii relativ constante a cantității de energie radiantă absorbită de o plantă cu dimensiuni sporite și a senescenței frunzelor.

Exceptând cazul în care plantele sunt expuse la intensități luminoase ridicate, caz în care aparatul fotosintetic este aparent saturat, viteza asimilației nete este direct proporțională cu media intensității radiației zilnice incidente pe plantă.

Lumina are profunde efecte morfogene și asupra distribuției substanței uscate în plantele tinere, datorită faptului că suprafața foliară specifică (raportul dintre suprafața foliară și masa totală a frunzelor) crește hiperbolic odată cu scăderea intensității luminii, rezultând frunze cu suprafață mare, dar subțiri. Efectul alocării carbonului asupra arhitecturii organelor și plantei întregi este ilustrată foarte sugestiv prin stocarea carbohidraților în organele de rezervă și expansiunea concomitentă a celulelor în organele de rezervă, cum ar fi rădăcini, fructe, semințe și tuberculi (Wobus și Weber, 1999; Giovannoni, 2001). Glucidele pot acționa de asemenea ca morfogeni, furnizând (asigurând) informații poziționale componentelor ciclului celular și diferitelor programe de dezvoltare. Pien și colab. (2001) au evidențiat că analiza expunerii diferențiale utilizând porțiuni de meristeme foliare de tomate relevă un metabolism glucidic reglat spațial în meristem și sugerează implicarea acestuia în organogeneză.

În consecință, deși viteza relativă de creștere a plantelor crește direct propoțional cu sporirea intensității luminii, acest parametru este mai puțin senzitiv decât viteza asimilației nete și poate atinge valori optime, în condiții de seră, la un nivel scăzut al intensității luminii de aproximativ 5 MJ m-2, datorită, în principal, efectului luminii asupra intensității respirației.

Interacția dintre asimilarea nitratului și metabolismul carbonului

Când plantele sunt aprovizionate cu nitrat, ele redirecționează carbonul de la sinteza amidonului către producerea de aminoacizi și acizi organici (cum ar fi malat) prin controlul sintezei și activității enzimelor cheie. De ex., PEP carboxilaza, o enzimă care catalizează sinteza oxaloacetatului, un intermediar al ciclului acidului citric care este ușor convertit la α-cetoglutarat, este stimulată de concentrațiile mari de NO3+. Din contră, ADP glucozo- pirofosforilaza, care este necesară biosintezei amidonului, este inhibată de concentrațiile mari de NO3+. Aceste evenimente reglatorii par a răspunde direct la nitrat, deoareace ele se exprimă mai dramatic la mutantele NR-, care nu pot reduce, ci acumulează nitratul. Deci, NO3+ acționează ca un semnal care conduce plantele către redirecționarea fluxului de carbon la compuși care pot susține asimilarea azotului în aminoacizi (Crawford, ș.a., 2000).

2.7. Influența luminii asupra procesului de Creștere și dezvoltare a [NUME_REDACTAT] și dezvoltarea plantelor în culturile de câmp este condiționată de temperatură, nutriție, cantitatea de apă disponibilă, etc. La cultura în sere încălzite (în zone cu climat neadecvat culturii tomatelor), acești factori pot fi menținuți la parametri apropiați de nivelul optim, astfel că pentru aceste plante factorul limitativ rămâne lumina necesară desfășurării procesului de fotosinteză (Ciofu, 1995).

Calvert (1964) studiind comportamentul tomatelor cultivate în timpul iernii, precizează că lumina este factorul determinant în creșterea și fructificarea acestei specii. Lipsa unei intensități luminoase corespunzătoare în perioada lunilor de iarnă, precum și temperatura ridicată, asociată cu lumina insuficientă, au efect negativ asupra creșterii și dezvoltării tomatelor în orice fenofază, dar cu efecte mult mai semnificative, în etapa înfloririi și fructificării. În astfel de condiții are loc, după Reinhold (1963) o “degenerare” a inflorescențelor.

Factorul lumină reprezintă un factor complex ce influențează creșterea și dezvoltarea plantelor prin toate componentele sale: intensitate, compoziție spectrală și durată. Datorită condițiilor tehnologice de cultură a plantelor, cercetările privind influența intensității luminii și a duratei de iluminare a plantelor (fotoperiodismul) sunt deosebit de abundente, în timp ce studiile privind influența radiațiilor cu diferite lungimi de undă sunt destul de restrânse limitându-se, în general, la influența radiațiilor roșii (în special roșu îndepărtat), UV sau luminii fluorescente, radiații limitative în cazul utilizării iluminării artificiale.

Voican (1971) evidențiază că pe o perioadă scurtă de timp (7-8 zile) când plantele de tomate au fost expuse unor intensități luminoase suboptimale (0-800 lucși), creșterea plantelor – exprimată in cantitatea de substanță uscată acumulată – a fost condiționată de intensitatea luminii, dar și de vârsta plantelor, soi, temperatură. Astfel, autorul a evidențiat existența unui punct de compensare (nivelul intensității luminii la care se notează compensarea consumului cu sinteza substanțelor organice) specific pentru creșterea vegetativă, cuprins între 100-400 lucși – mai ridicat cu cât plantele sunt mai tinere (200-400 lucși) și un alt punct de compensare specific pentru evoluția pozitivă a inflorescențelor de 3.000-4.000 lucși la un regim de temperatură 20ºC/15ºC, nivel care este cu atât mai ridicat cu cât temperatura este mai ridicată.

Voican (1975b) afirmă ca la tomate, creșterea vegetativă a plantelor se poate obține în condițiile unei temperaturi normale (20-22C ziua, 15-18C noaptea), chiar și la o intensitate a luminii foarte scăzută (300-500 lucși). Studiindu-se efectul radiațiilor luminoase de intensitate scăzută și temperatură scăzută asupra unor hibrizi de tomate s-a constatat că există diferențe ale acumulării de substanță uscată (ca o expresie a intensității fotosintezei nete) acestea fiind mai mari în condițiile trecerii mai rapide la un regim de lumină și temperatură mai ridicate (Voican și Voican, 1982; Voican ș.a., 1989). În același mod a fost afectată și capacitatea de fructificare.

Cercetările anterioare au evidențiat că optimul intensității luminii pentru cele mai multe plante ombrofile este de cca. 11.000 lucși. La plantele facultativ de semiumbră creșterea optimă are loc, de asemenea, la o intensitate a luminii mai coborâtă: lumina de intensitate mai ridicată determină creșterea fotosintezei la fel ca și la plantele heliofile. Apreciind după acest criteriu, tomatele fac parte din grupul speciilor cu cerințe ridicate față de lumină (Ciofu, 1995; Popescu și Atanasiu, 2000).

Pentru tomate, intensitatea luminii trebuie să fie de minimum 8.000 – 10.000 lucși, ar în spațiile amenajate pentru iluminare artificială trebuie să se suplimenteze cu 200-300 W/m2 (Buntrock, 1960).

4.7.1. Influența luminii asupra fotomorfogenezei

Lumina este unul dintre cei mai importanți factori de mediu ce controlează creșterea și dezvoltarea plantelor, în parte datorită rolului acesteia în desfășurarea procesului de fotosinteză, dar și independent de acesta. Controlul morfogenezei (forma, structura, organizarea și, deci, aspectul plantelor) de către lumină reprezintă fotomorfogeneza și implică acțiunea combinată a 3 tipuri de fotoreceptori (Kendrick and Kronenberg, 1994).

Fitocromul și ceilalți fotoreceptori controlează procesul de morfogeneză începând cu germinația semințelor și creșterea plantulelor și culminând cu formarea florilor și semințelor. Efectele morfogene ale luminii pot fi observate foarte ușor comparând plantule crescute la lumină cu plantule crescute la întuneric, care au aspect etiolat. Răspunsurile de deetiolare include inhibarea alungirii hipocotilului, stimularea deschiderii cotiledoanelor, schimbarea expresiei genelor și inducția dezvoltării cloroplastelor (Lin, 2002). Funcția criptocromilor în fotomorfogeneză se suprapune adesea cu funcția fitocromilor, considerându-se că există o interacțiune funcțională complexă între criptocromi și fitocromi (Mas ș.a., 2000; Folta și Spalding, 2001).

Figura 4.14. Activarea fitocromului de către lumina roșie.

La tomate se găsesc cel puțin 3 gene ale criptocromilor, genele CRY1a, CRY1b și CRY2 (Perrotta ș.a., 2000, 2001). Secvențele de aminoacizi ale criptocromilor CRY (CRYa sau CRYb) și CRY2 sunt mult mai similare cu cele ale Arabidopsis, decât cu ale criptocromilor altor specii, sugerând că duplicarea genelor din care au rezultat CRY1 și CRY2 a existat acum 100 milioane de ani, înaintea divergenței Brasicaceae-Solanaceae (Ku, ș.a., 2000; Perrotta, ș.a., 2000). Criptocromii acționează împreună cu fitocromii pentru reglarea răspunsurilor morfogenice: reglarea alungirii celulelor, înflorirea fotoperidică, iar fototropinele mediază răspunsurile de mișcare, precum închiderea și deschiderea stomatelor, curbarea fototropică (Lin, 2000). Ninu și colab., (1999) au evidențiat controlul criptocromului 1 asupra dezvoltării tomatelor, ca răspuns la acțiunea luminii albastre, fiind implicat și în acumularea antocianilor și dezvoltarea cotiledoanelor la lumină albastră (Weller ș.a., 2001). Aceasta indică funcții similare în deetiolare ale criptocromilor de la tomate și Arabidopsis.

Efectele luminii asupra formării clorofilei și dezvoltării cloroplastelor rezultă în principal din acțiunea fitocromului care determină sinteza acidului -aminolevulinic din acid glutamic (Beale, 1990) și sinteza protoclorofilidei a. Aceasta se reduce rapid la clorofilidă a, în lumină roșie sau albastră, datorită capacității sale de absorbție a acestor fotoni, ca și clorofila a. După adiția radicalului fitol și formarea completă a clorofilei a, o parte din aceasta se transformă în clorofilă b. Dezvoltarea cloroplastelor depinde foarte mult de formarea clorofilei, și deci, ambele de condițiile de lumină.

Studii privind alungirea hipocotilului plantulelor câtorva specii de legume (Cosgrove, 1986) evidențiază că inhibarea alungirii acestuia de către lumina roșie, ce acționează prin intermediul fitocromului, mai precis, formarea fitocromului activ, în timp ce lumina albastră acționează prin intermediul criptocromului. Diferențele dintre răspunsurile plantulelor la lumina roșie și lumina albastră se datoresc inhibării de către lumina roșie a sintezei fitocromului activ în cotiledoane și nu în hipocotil, în timp ce lumina albastră acționează direct asupra hipocotilului. Alungirea hipocotilului se realizează după 30 secunde de la acțiunea luminii albastre, în timp ce observarea efectului luminii roșii se poate observa după minim 15 minute. Hipocotilul plantelor expuse la lumină albastră începe să se alungească încă din perioada de obscuritate, mult mai rapid decât acelea expuse la lumină roșie. Ramificarea tulpinii plantelor heliofile este inhibată de radiațiile roșu îndepărtat, în timp ce la plantele ombrofile, aceasta nu are efect (Ballaré ș.a., 1990).

Lumina influențează sinteza clorofilei, expansiunea frunzelor (mai puțin la monocotiledonate decât la dicotiledonate), inhibă alungirea tulpinii și stimulează creșterea rădăcinilor (Thiele ș.a., 1999). La plantele dicotiledonate, stimularea creșterii frunzelor de către lumină este cauzată, în principal de răspunsul acestora la niveluri ridicate ale iradiației (Dale, 1988). În cazul acțiunii luminii albastre prin sistemul HIR (high irradiance responses) se determină extensia pereților celulari ai epidermei (van Volkenburgh, 1987; Caderas și colab, 2000).

Modalitățile de acțiune a fitohormonilor în fotomorfogeneză prezintă aspecte necunoscute și în curs de elucidare. Fitocromul și criptocromul pot acționa, în principal, ca parte componentă a sistemului de transducție a semnalului receptorilor, pentru o posibilă acțiune a hormonilor. Este posibil ca fitocromul prezent în apropierea membranei plasmatice să determine modificări ce au drept consecință influxul de Ca2+, iar acest semnal este utilizat ulterior în transducția procesului de modificare a activității unor enzime (Marmé, 1989). Există dovezi privind modificarea influxurilor de Ca2+ de către fitocromul activ via complexul Ca-calmodulină (Moysset și Simon, 1989), acestea putând activa diferite protein-kinaze din plante (Blowers and Trewavas, 1989), astfel încât absorbția Ca2+ prin plasmalemă sau eliberarea sa din compartimentul intern (reticul endoplasmatic, vacuolă). Cercetările au demonstrat că fitocromul controlează activarea și dezactivarea unor gene specifice, în funcție de stadiul de dezvoltare al tipului de celule implicate (Mohr,1983,1986). Fitocromul, criptocromul și receptorii UV-B pot să determine modificarea expresiei genelor și stabilitatea unor molecule de ARNm (Link, 1988; Nagy ș.a., 1988; Simpson și Herrera-Estrella, 1990).

Studii ulterioare au evidențiat că semnalele luminoase absorbite prin acești fotoreceptori și transduse prin sisteme moleculare asociate reglează expresia multor gene la nivel transcripțional și posttranscripțional (Silverthorne and Tobin, 1984; Gallie, 1993). Studii biochimice, fiziologice și genetice au relevat complexitatea înaltă a rețelei de transducție a semnalului luminos. Aceste studii au arătat că principalele căi independente cuplate la diverși fotoreceptori converg în primele etape, însă probabil că există și căi independente (Fankhauser și Chory, 1997; Deng și Quail, 1999). Acest complex include reglatori negativi, care represează fotomorfogeneza și expresia genelor inductibile de lumină la răsaduri cultivate în absența luminii (Hardtke și Deng, 2000).

Analizele de deleție și mutageneză a regiunii promotorului regiunii genelor nucleare asociate fotosintezei (PhANG), în particular cele ce codifică proteinele de legare a clorofilei a/b (CAB) și a subunității mici a Rubisco (RBSC), au condus la identificarea unui număr de alemente cis-activatoare implicate în controlul transcripției de către lumină (Giuliano ș.a., 1988; Green ș.a., 1988; Menkens ș.a., 1995).

Multe date experimentale (Terzaghi și Cashmore, 1995; Argüello-Astorga and Herrera-Estrella, 1998) au condus la ipoteza generală că elementele respondibile la lumină (LRE) sunt în prezent elemente complexe formate din agregate de secvențe de cunoaștere pentru diverși factori de transcripție (Schulze-Lefert ș.a., 1989; Terzaghi și Cashmore, 1995).

Genele care sunt activate printr-un asemenea sistem fotoreceptor evidențiază diferențe marcante în răspunsul lor la lumină, în funcție de intensitatea și calitatea spectrală necesară pentru activarea lor (White ș.a., 1995). Diferite interacțiuni proteină-proteină sau proteină-ADN ce pot avea loc pe LRE, pot explica diversitatea răspunsurilor (Miner and Yamamoto, 1991).

Argüello-Astorga și Herrera-Estrella (1998), analizând secvențele a aproximativ 110 gene nucleare asociate fotosintezei (PhANG), au descoperit 30 secvențe modulare de ADN conservat (CMA) asociate cu regiunile promotoare respondibile la lumină cu semnificație funcțională.

Dintre cei 5 fitocromi identificați la Arabidopsis, fitocromul A este foarte labil la lumină, ceilalți 4 fitocromi fiind destul de stabili. Cantitatea totală de fitocrom extractibilă este de 23 de ori mai mică în țesuturile cultivate la lumină, decât în cele cultivate în lipsa luminii, iar proporția dintre cei 5 fitocromi, A:B:C:D:E, este de 85:10:2:1.5:1.5 la răsadurile etiolate și 5:40:15:15:25 la răsadurile cultivate la lumină albă continuă. De asemenea, nivelul proteinelor fitocromilor variază foarte puțin cu fotoperioada și aproximativ în același ciclu cu nivelurile ARNm al PHY (Sharrock și Clack, 2002).

van Tuinen și colab. (1995) au evidențiat că, la tomate, fitocromul B nu reglează sfârșitul fotoperioadei zilnice prin intermediul luminii roșu îndepărtat, ci sunt alți fitocromi stabili la lumină ce reglează acest răspuns și răspunsurile de evitare a umbririi. Franklin și colab. (2003) evidențiază avantajele studiului pe mutanți deficienți în fitocromi multipli și redundanța funcțională dintre fitocromii B, D și E în controlul timpului de înflorire, a dezvoltării frunzei și reglarea genei homeobox – ATHB-2I – precum și un posibil rol al fitocromului C în inhibarea transcripției ATHB-2 la lumină.

În timpul fotomorfogenezei genele proteinelor induse timpuriu de lumină (Elip) sunt printre primele activate. Harari-Steinberg și colab. (2001) au descoperit că lumina roșie, roșu-îndepărtat și albastră reglează pozitiv expresia genelor Elip, prin implicarea fitocromilor A și B și a unui receptor de lumină albastră neidentificat, altul decât criptocromul și fototropina.

2.7.2. Influența fotoperiodismul asupra procesului de creștere și dezvoltare

La cele mai multe specii, răspunsurile la lumină, în special lumina absorbită de fitocrom, sunt influențate de perioada de timp în care lumina este recepționată. Efectele luminii privind întreruperea perioadei normale de întuneric sau prelungirea perioadei normale de lumină/zi sunt cunoscute sub denumirea de efecte ale fotoperioadei. În general lungimea fotoperioadei stimulează alungirea tulpinii la cele mai multe specii, iar scurtarea fotoperioadei – intrarea mai rapidă în repaus.

Tomatele sunt descrise ca fiind plante de zi scurtă, deși există unele diferențe între soiuri (Aung și Austin, 1971). Creșterea lor vegetativă este afectată de durata fotoperioadei, la plantele tinere intensitatea asimilației nete și suprafața foliară specifică cresc odată cu creșterea lungimii fotoperioadei, rezultând o sporire substanțială a vitezei relative de creștere a plantelor (Binchy și Morgan, 1970; Hurd, 1973). Hurd (1973) a cultivat tomate (soiul Minibelle) în condiții de iluminare artificială în 2 fotoperioade de 8 și, respectiv, 16 ore. Intensitatea luminii a fost modificată pentru a menține constantă cantitatea de energie luminoasă pe parcursul unei zile. S-a constatat o sporire cu 10 % a intensității asimilației nete în condiții de fotoperioadă lungă, ceea ce a condus la o creștere cu 50 % a suprafeței foliare și cu 75 % a cantității de substanță uscată, după 6 săptămâni. Există câteva explicații ale acestui comportament al plantelor tinere aflate în faza de creștere intensă, în condiții de fotoperioadă lungă:

– conținutul de pigmenți clorofilieni pe unitatea de suprafață foliară este mai mare, ceea ce duce la creșterea intensității fotosintezei;

– o fotoperioadă lungă cuplată cu o intensitate mai redusă a luminii poate fi mai eficientă decât o fotoperioadă scurtă cu intensitatea luminii ridicată;

– pierderile datorate respirației în perioada de întuneric sunt mai mici în nopțile scurte.

Reglarea expresiei genelor este intuitiv un mecanism major prin care fotoreceptorii exercită rolul lor în dezvoltarea plantelor ca și în controlul fotoperiodic al înfloririi. Există 2 mecanisme prin care lumina poate afecta transcripția unei gene (Lin, 2002):

– lumina poate afecta transcripția prin transducția semnalului direct de la fotoreceptor la regulatorii transcripționali (Martinez-Garcia ș.a., 2000);

– lumina poate afecta expresia genelor prin acțiunea ceasului circadian (Terzaghi și Cashmore, 1995).

Ceasul circadian este compus din componente de intrare, de ieșire și un oscilator central care este un complex de transcripție pentru care activitatea și schimbarea periodică este reglată de lumină prin feedback negativ (Dunlap, 1999). S-a demonstrat la Arabidopsis că fotoreceptorii ce mediază reglarea ceasului circadian de către lumină sunt criptocromii (Lin, 2002; Green ș.a., 2002).

4.7.3. Rolul luminii în inducția florală și fructificare

Fotoperiodismul reprezintă reacția plantelor la durata fotoperioadei prin care se induce formarea unui mesager chimic complex ce determină modificarea expresiei genelor meristemului vegetativ. Semnificația fotoperioadei asupra procesului de inducție florală a fost evidențiat de Garner și Allard încă din anul 1920, care au constatat că unele specii de plante înfloresc numai în condițiile unei durate specifice ale fotoperioadei. Ciclul fotoperiodic care corespunde cu cerințele plantelor și este capabil să determine inducția florală este denumit ciclu fotoinductiv.

Din acest punct de vedere plantele au fost împărțite în plante de zi scurtă, plante de zi lungă, plante ambifotoperiodice, plante intermediare și plante neutre. Tomatele sunt plante de zi scurtă, înflorirea lor fiind timpurie, după acumularea unei anumite cantități de radiație solară (Calvert, 1969), aceasta afectând durata fazei vegetative îndeosebi la plantele crescute în seră în perioada de iarnă.

În general, intensitatea luminii necesară răspunsului fotoperiodic este mică, fiind considerat ca un proces de energie redusă. Cu toate acestea, creșterea intensității luminii de 10 ori, determină scurtarea perioadei de apariție a primei inflorescențe de 5 ori. Calvert (1969) arată că reducerea intensității luminii de la 10000 lucși la 2500 lucși întârzie apariția florilor cu mai mult de 29 zile, acestea apărând după cea de-a șaptea frunză formată.

Voican (1975b) consideră că evoluția pozitivă a inflorescențelor la tomate, în sensul creșterii, deschiderii, fecundării florilor și creșterii fructelor, este asigurată numai atunci când intensitatea luminii depășește 4000-5000 lucși, iar durata de iluminare este de 10-12 ore zilnic. Autorul afirmă că există 2 “faze senzitive” în care se produce inducerea primei inflorescențe pe tulpină și respectiv numărul de flori în cadrul acesteia, aceste faze fiind caracteristice fiecărei inflorescențe. Începutul, durata și sfârșitul acestor faze senzitive depind de temperatură, dar efectul se materializează în mod diferit la fiecare fază în parte. Astfel, “faza senzitivă 1” începe din a 6-a zi când temperatura este de 18-19C și se încheie în a 12-a zi de la germinarea semințelor. Efectul acestei faze se materializează în inducerea mai devreme sau mai târzie a primei inflorescențe, a celorlalte inflorescențe, în funcție de regimul de temperatură existent, respectiv mai redus sau mai ridicat. “Faza senzitivă 2”, care începe din a 6-a zi și durează până în cea de-a 15-a zi de la germinarea semințelor (la temperaturi mai coborâte) determină inducerea numărului de flori în inflorescență. La temperaturi mai ridicate (24C) această fază începe în a 12-a zi și nu se încheie sigur după a 18-a zi, iar numărul de flori în inflorecență va fi mai redus.

Voican și Voican (1975-1976) au determinat că la plantele crescute temporar în condiții simulate de radiație luminoasă specifică lunilor de iarnă, corelate cu temperaturi corespunzătoare, se constată un ritm de creștere și dezvoltare al plantelor mai lent, cu menținerea capacității de adaptare în condițiile trecerii la un regim ridicat de temperatură și lumină. Temperatura poate condiționa legarea florilor, și anume, la intensitate luminoasă scăzută diferențierea florilor are loc la temperatură mai coborâtă (19C), iar pe măsură ce temperatura crește se produce avortarea primei inflorescențe sau a majorității florilor din aceasta.

Creșterea intensității luminoase și a temperaturii determină apariția primei inflorescențe mai rapid și după un număr mai mic de frunze (Popescu și Atanasiu, 2000).

Mănescu și Șerbănescu (1975) apreciază că în condiții de seră lumina este un factor limitativ al creșterii și dezvoltării inflorescențelor și organelor de fructificare. Perioada sensibilă când lumina influențează numărul de flori corespunde cu perioada critică pentru temperatură, adică între ziua 1-a și a 20-a de la germinarea semințelor. Întreruperea diferențierii inflorescențelor se produce fie din momentul formării primordiilor florale, fie imediat ce mugurii au devenit vizibili cu ochiul liber. Creșterea intensității luminii se reflectă în formarea mai timpurie a primei inflorescențe. Dacă intensitatea luminii scade în perioada de formare a gametofitului bărbătesc și femeiesc, formarea acestora încetează, mai ales în cazul gametofitului bărbătesc. În perioada critică de intensitate luminoasă insuficientă, în condițiile din București (15 octombrie – 15 februarie), țesutul sporogen nu ajunge la diviziunea meiotică, producându-se numeroase fenomene negative ca: degenerarea pre sau post-meiotică a polenului și chiar a ovulelor, celulele mamă din antere nu trec prin ambele etape ale meiozei sau dacă trec procesul se petrece anormal. Prima etapă a meiozei se desfășoară normal, dar cea de-a doua etapă, homeo-tipică se soldează cu anomalii cromozomale. Degenerarea polenului poate avea loc și după eliberarea grăunciorilor de polen sau chiar în timpul maturării lor. Intensitatea redusă a luminii, corelată cu o viteză a asimilației redusă, poate determina dezvoltarea incompletă a florii, apariția anomaliilor florale și formarea insuficientă a polenului. În aceste condiții, anterele subnormale în ceea ce privește dimensionarea și colorarea lor, conțin invariabil numai grăunciori de polen steril. Se întâlnesc însă și cazuri în care anterele pot avea culoare normală, cu grăunciori de polen perfecți din punct de vedere morfologic, dar care nu germinează. Ca anomalii florale se pot semnala: imperfecțiunea constituțională a elementelor sexuale, neconcordanță în maturarea lor, indehiscența corolei crescută în întregime cu staminele, atrofierea ovulelor în timpul înfloritului, indehiscența anterelor, întreruperea procesului de dezvoltare a embrionului sau a endospermului.

Mohr și Schopfer (1995) menționează că plantele percep durata fotoperioadei măsurând durata întunericului, care trebuie să depășească sau să fie mai mică față de o valoare critică.

Frunzele sunt organele de percepție a stimulilor inducției florale, iar mugurii sunt organele de răspuns. Lewis (1953) și Calvert (1957) – citați de Voican, 1971 – au arătat pentru prima dată că faza senzitivă sau de inducție florală la tomate se realizează în jurul celei de-a 9-a zi de la expansiunea cotiledoanelor. Frunzele de maturitate medie reacționează mai bine la acțiunea fotoperioadei, comparativ cu cele senescente. Hurd și Cooper (1970) – citați de Voican, 1971 – au descoperit că inițierea producerii inflorescențelor la cele mai multe cultivare se realizează în a treia săptămână de la expansiunea cotiledoanelor, ce coincide cu atingerea de către frunza a treia a unei lungimi de 10 mm.

Recepția luminii și precizarea duratei fotoperioadei inductive este realizată cu ajutorul fitocromilor. Existența fitocromilor activi (Pfr) și a celor inactivi (Pr) permite recepția radiațiilor luminoase cu două lungimi de undă, ceea ce face posibilă determinarea modificărilor de calitate a luminii. Valoarea raportului dintre fitocromul activ și inactiv permite măsurarea duratei fotoperioadei, acesta modificându-se pe durata zilei: valoarea maximă la prânz (1,78) și valoare subunitară seara.

Fitocromul este capabil să determine modificarea expresiei genelor, poate acționa la nivelul transcripției și a translației și poate afecta activitatea a circa 60 de enzime. După o fotoperioadă specifică se constată creșterea concentrației de ARN, a numărului de poliribozomi, iar ARNm își schimbă spectrul (Sebaneck, 1992). Expunerea frunzelor la o fotoperioadă specifică determină formarea unui mesager chimic complex, care este transportat spre meristemul vegetativ, unde determină expresia genelor fotoperiodismului (ex. gena Luminidependens la Arabidopsis).

Fitocromii sunt fotoreceptorii majori care reglează timpul de înflorire, însă recent s-a stabilit că și criptocromii dețin un rol răspunsul fotoperiodic al înfloririi. Mozley și Thomas (1995) au stabilit că mutantele cry1 înfloresc mai târziu decât fenotipul sălbatic, în diverse condiții de lumină. În cazul criptocromului 2 este necesară și prezența luminii roșii, probabil datorită interacțiunii cu fitocromul B (Guo ș.a., 1999). Interacțiunile complicate dintre criptocromi și fitocromi indică faptul că timpul de înflorire la plante în condiții normale de lumină este determinat în parte de acțiunea balansată a diferiților fotoreceptori ce exercită efecte antagonice sau redundante asupra programului de dezvoltare (Lin, 2000).

În timpul inducției florale există o interacțiune între intensitatea luminii și temperatură cum ar fi aceea că un regim de temperatură scăzut (10C noaptea și 16C ziua) favorizează formarea florilor la intensități scăzute ale luminii. Se apreciază că acțiunea temperaturilor coborâte pozitive determină expresia genelor vernalizării, iar în continuare are loc expresia etapizată și perfect coordonată a genelor identității meristemului floral și a celor care induc formarea primordiilor florale.

Fotoperiodismul este considerat ca o adaptare genetică a plantelor pentru precizarea perioadei de înflorire, în zonele în care există alternanțe de sezoane.

4.8. Creșterea și maturarea fructelor

4.8.1. Rolul luminii în primele etape de creștere a fructului

Creșterea și dezvoltarea fructelor de tomate sunt determinate de acțiunea combinată a unui număr mare de factori de mediu: lumina, temperatura, umiditatea relativă, concentrația de CO2 din aer, gradul de fertilizare și de aprovizionare cu apă.

În zonele tropicale și subtropicale, intensitatea luminii nu este un factor limitativ pentru producerea inflorescențelor și formarea fructelor. În zonele temperate, însă, condițiile de iluminare sunt adesea suboptimale. Condiții adecvate de lumină sunt cerute în timpul ultimului stadiu de dezvoltare a inflorescenței, ce include alungirea pedunculului și creșterea organelor florale (Calvert, 1969). În condiții favorabile de lumină, planta are nevoie de cel puțin 15 zile pentru a dezvolta o inflorescență.

Creșterea fructului la tomate depinde de acumularea apei, substanțelor organice și substanțelor minerale. Capacitatea fructului de tomate de a obține asimilate, măsurată ca viteză de acumulare a substanței uscate sau viteza de import a carbonului variază între fructele aceleiași inflorescențe (Ho și al., 1983) și între cultivare (soiuri, hibrizi, subspecii) (Demnitz-King, 1993). Importul asimilatelor de către fructul de tomate este determinat, în principal, de furnizarea acestora din frunzele-sursă corespunzătoare și competiția cu alte fructe. Prin urmare, creșterea fructului poate fi reglată de către activitatea organelor utilizatoare, cum ar fi procesele de transport prin floem și metabolismul și compartimentarea asimilatelor importate în fruct, precum și de mărimea organului, cum ar fi numărul de celule de depozitare din fruct (Ho, 1992).

Creșterea fructului de tomate, de ex. acumularea de substanță proaspătă, poate fi descrisă ca o curbă sigmoidă (Ehret și Ho, 1986). Prima fază de creștere lentă durează aproximativ 2 săptămâni și este cauzată, în principal, de diviziunea celulară și alungirea inițială a celulelor, în timp ce ultima fază de creștere lentă (ultimele 2 săptămâni) este dominată de o activitate metabolică intensă (Ho și Hewitt, 1986). Între acestea se situează faza de creștere intensă, cuprinsă între 3-5 săptămâni, în care atât acumularea zilnică de substanță uscată, cât și de apă, ating valorile maxime la 3 săptămâni de la anteză (Ho și al., 1987). Viteza de import a asimilatelor în timpul acestei faze de creștere rapidă este deosebit de importantă pentru masa finală a fructului, în timp ce numărul de fructe sunt corelate pozitiv cu viteza maximă de creștere (Grange și Andrews, 1993). În timpul primelor faze de creștere a fructului de tomate, enzima dominantă a metabolizării zaharozei importate este zaharozo sintaza, mai mult decât invertaza, ambele jucând alternativ un rol în reglare importului zaharozei în fruct (Wang ș.a., 1993). Localizarea ARNm al zaharozo sintazei este corelată pozitiv cu acumularea granulelor de amidon la nivel celular în celulele mezocarpului adiacent la placentă și columelă (Wang ș.a., 1994).

În timpul creșterii fructului de tomate importul asimilatelor reprezintă calea cea mai importantă de sursă de C, în timp ce fixarea carbonului prin fotosinteză, la acest nivel, aduce o contribuție mică la conținutul total de C. Principala formă de transport a asimilatelor în fruct o reprezintă zaharoza (Walker și Ho, 1977), ce este utilizată pentru sinteza componentelor structurii celulare, creștere, respirație și stocare. Aproximativ 25% din totalul C importat poate fi utilizat în respirație, iar o mică parte din CO2 rezultat în acest proces poate fi refixat (Laval-Martin și al., 1977). La lumină, CO2 este fixat îndeosebi sub formă de intermediari ai ciclului pentozofosfaților, pe când la întuneric, CO2 este fixat sub forma de malat și apoi utilizat în sinteza glucidelor și amidonului, prin gluconeogeneză (Farineau și Laval-Martin,1977). Pe parcursul creșterii fructelor, ARNm corespunzător fosfo-fructo zokinazei 2 (Frk2) se acumulează în fructele tinere în curs de dezvoltare, în timp ce ARNm al fosfofructokinazei 1 (Frk1) se acumulează în ultimele etape ale dezvoltării fructului (Kanayama ș.a., 1997; Odanaka ș.a., 2002).

Glucidele și amidonul reprezintă, fiecare aproximativ 10% din substanța uscată la fructele de o săptămână (Ho și al., 1983). Cantitatea de amidon (procent din substanța uscată) crește până la 20% la fructele de 3 săptămâni, apoi scade, în timp ce proporția de glucide crește constant la aproximativ 50%. Concentrația de glucide (procent din substanța uscată) este mai mare decât concentrația de amidon în pericarp comparativ cu cea din pulpă (Demnitz-King, 1993).

2.8.2. Rolul luminii în sinteza

componentelor esențiale ale fructului matur

După o fază inițială de creștere lentă, urmată de o perioadă de creștere intensă, fructul de tomate ajunge, în perioada finală de încetinire a creșterii în timpul căreia se realizează maturarea. În această perioadă, fructele acumulează cantități ridicate de rezerve: conținutul mediu de substanță proaspătă crește de la 90% în fructul imatur, la 95% la fructul matur. Parametrii uzuali utilizați în aprecierea calității fructului sunt: conținutul în substanță uscată, glucide și vitamine, aciditatea, aroma, culoarea, forma și fermitatea.

Conținutul în substanță uscată al fructului matur este, în general, invers proporțional cu mărimea acestuia (Davies și Hobson, 1981) și direct proporțional cu conținutul în glucide totale sau raportul s.u. solubilă/s.u. totală (Ho, 1992). Conținutul în substanță uscată a fructului de tomate este determinat de balanța acumulării asimilatelor și apei. Importul asimilatelor depinde de efectul luminii asupra desfășurării fotosintezei și al temperaturii asupra metabolismului fructului, iar importul apei este afectat de relația plantă-apă, deci de absorbția apei la nivelul rădăcinii și transpirația frunzelor.

Conținutul în glucide solubile a fructului este reprezentat aproape în întregime de hexoze, a căror cantitate poate ajunge până la jumătate din conținutul în substanța uscată totală a acestuia (Davies și Hobson, 1981). Dintre acestea, glucoza și fructoza constituie între 1,5 și 4,5% din substanța proaspătă, având un rol important în realizarea gustului fructului matur. Conținutul în glucide crește progresiv în timpul maturării (Ho și al., 1982).

La tomatele “cherry” (L. esculentum var. cerasiforme) acumularea zaharozei sporește pe parcursul creșterii și dezvoltării fructului, atingând 3%-5% din substanța uscată, reprezentând 20% din cantitatea totală de glucide ale fructului matur (Demnitz-King, 1993), ceea ce reprezintă mai mult decât în fructele rotunde, comune, de tomate cultivate. Această acumulare ridicată a zaharozei la tomatele “cherry” este însoțită de o activitate relativ scăzută a invertazei acide în timpul maturării fructelor. Translocarea, metabolismul și compartimentarea asimilatelor importate în fructul de tomate variază pe parcursul creșterii și dezvoltării acestuia. Este evident că la fructul verde imatur cu viteză de creștere ridicată, calea principală de transport intercelular este calea simplasmică. Zaharoza este intens hidrolizată de către zaharozo-sintază în citosol și o parte din ea este utilizată în sinteza amidonului cu ajutorul ADP-glucozo fosforilazei, în plastide. Când fructul a ajuns în stadiul de maturitate verde (o fază de declin a creșterii) calea principală de transport intercelular este cea apoplasmică. O parte din zaharoza ajunsă la nivelul peretelui celular va fi hidrolizată și atît hexozele, cât și zaharoza rămasă sunt transportate în celulă și depozitate în vacuolă. Activitatea invertazei acide vacuolare va determina compoziția finală a glucidelor în fructul matur. Biodegradarea netă a amidonului va contribui de asemenea la acumularea glucidelor solubile.

Factorii externi influențează conținutul în glucide al fructului: intensitatea luminoasă insuficientă sau umbrirea, recoltarea toamna târziu, îndepărtarea frunzelor contribuie la reducerea acumulării acestora (Cockshull și al., 1992), pe când cultivarea tomatelor primăvara și vara, când condițiile de lumină și temperatură sunt optime, asigură o concentrație superioară a glucidelor în fructul matur (Ho, 1992). Concentrația de glucide (în principal, glucoză și fructoză) în sucul presat al tomatelor de seră a crescut de la 1,8 g 100 ml-1 la 2,8 g 100 ml-1, când iradierea zilnică a crescut de la 5 la 15 MJ m-2 (Davies și Hobson, 1981).

Conținutul în amidon al fructelor crește progresiv în primele 3-4 săptămâni, până la un maximum de aproximativ 1% din substanța prospătă, apoi scade pe parcursul maturării până la 0,1% la fructul matur. Viteza acumulării amidonului se modifică în paralel cu viteza acumulării substanței uscate, cu activitatea zaharozo-sintazei și a ADP-glucozo-pirofosforilazei (Wang, ș.a., 1993), a fructokinazei și amidon sintazelor solubile și insolubile (Schaffer și Petreikov, 1997). Activitățile acestor enzime scad pe măsură ce cantitatea de amidon în fruct crește, fiind limitative pentru viteza de acumulare a amidonului. Din contră, activitățile invertazei, UDP-glucozo pirofosforilazei, nucleozid difosfat kinazei, fosfoglucoizomerazei și fosfoglucomutazei nu scad pe parcursul acumulării amidonului. Amidonul se acumulează în pericarpul intern și radial și columelă, în timp ce în pericarpul exterior și locule există o cantitate mică (Schaffer și Petreikov, 1997).

Scindarea zaharozei în glucoză și fructoză, de către invertază, este o condiție necesară pentru sinteza amidonului cu ajutorul ADP-glucozo pirofosforilazei, iar cantitatea totală de amidon acumulată este reglată de aceste 2 enzime. Klann și colab. (1996) sugerau că activitatea invertazei acide solubile controlează compoziția de glucide a fructelor de tomate, iar această compoziție contribuie la modificările numărului de fructe. În plus fructele ce acumulează zaharoză au un nivel mai ridicat de etilenă.

Activitatea ADP-glucozo pirofosforilazei poate fi stimulată de lumină și de acumularea de amidon sporește (Guan și Janes, 1991b). S-a sugerat că fructele expuse la lumină au o masă mai mare decât cele ținute la întuneric datorită capacității mărite de a acumula amidon și mai puțin datorită desfășurării fotosintezei în fruct (Guan și Janes, 1991a). Există și alți factori în afara capacității celulelor de a acumula amidon, cum ar fi numărul de celule și mărimea acestora, ce pot afecta importul asimilatelor și conținutul de substanță uscată din fruct.

Acizii organici sunt principalele componente ce conferă gustul fructelor proaspete și procesate. Acidul citric este predominant, urmat de acidul malic. Pe parcursul maturării, între stadiul de maturitate verde și cel de fruct galben-portocaliu, aciditatea fructului întreg atinge valoarea optimă, ce variază foarte mult în funcție de genotip (Stevens și Rick, 1986), în domeniul 7,7 – 10,4 mEchiv. ml-1. Aciditatea țesutului locular este de aproximativ 2 ori mai mare decât a pereților externi ai fructului (Hobson și Davies, 1971). Aciditatea fructului este crescută la fructele plantelor fertilizate cu potasiu și azot și este mai scăzută după fertilizarea cu fosfat.

Acidul ascorbic reprezintă o sursă valoroasă de vitamina C. S-a constatat că la fructele crescute în aer liber (în câmp), conținutul în vitamina C este mai mare decât la cele crescute în spații protejate, datorită expunerii la lumină (Fritz și al., 1976).

Acidul glutamic este aminoacidul predominant în fructul de tomate, iar acidul γ-aminobutiric este specific fructelor de tomate, acumulându-se în cantități mai mari decât în celelalte organe ale plantei. În timpul maturității depline, conținutul în aminoacizi liberi rămâne relativ constant, concentrația de acid glutamic crescând rapid, iar cea de acid aspartic într-un ritm mai lent (Kader și al., 1978).

Conținutul total în proteine scade în cursul perioadei de dezvoltare a fructului de la o valoare ridicată în fructul mic verde până la o valoare minimă în fructul aflat la începutul maturării. Se înregistrează, apoi, un maxim în apropierea atingerii stadiului de maturitate deplină după care scade continuu până la supramaturare (de Swardt și al., 1973).

Aoki și Wada (1996) au descoperit 5 izoforme ale ferredoxinei (FdA, FdB, FdC, FdD și FdE). La fructele crescute în absența luminii conținutul în FdA, Fdb și FdC, ca și cel de clorofilă, scad remarcabil comparativ cu cel din fructele crescute la lumină; totuși, conținutul în FdE și amidon nu se schimbă semnificativ. Aceste rezultate, împreună cu secvențele lor N-terminale, indică prezența ambelor tipuri de ferredoxine – fotosintetice și heterotrofe – în fructul de tomate. FdE este corelată cu o activitate ridicată a glucozo 6 fosfat dehidrogenazei, pentru menținerea producției ridicate de substanțe reducătoare (ferredoxina), cloroplastele fructelor fiind funcțional diferite de organitele corespunzătoare din frunze (Aoki ș.a., 1998).

Lurie și colab. (1996) au sugerat că temperaturile ridicate inhibă maturarea prin inhibarea acumulării ARNm ce sunt responsabile de maturare. Procesele de maturare care depind de sinteza continuă a proteinelor – producerea etilenei, acumularea licopenului și dizolvarea pereților celulari – sunt în consecință diminuate.

În tabelul 4.1. este prezentată compoziția chimică a pericarpului, țesutului locular și țesutului placentar în fructele mature de tomate (Moretti și al., 1998). Trebuie precizat că există o variație a compoziției chimice în funcție de stadiul de maturare al fructului, de genotip, de mediul în care plantele au fost crescute, de natura tratamentului post-recoltă (Davies și Hobson, 1981; Hobson și Kilby, 1985).

Conținutul în fiecare component variază în perioada maturării fructelor, atât în locule, cât și în pericarpul fructului. Concentrația glucidelor atinge valoarea maximă atunci când fructele au atins maturitatea deplină, în timp ce contribuția acidului malic la aciditatea totală scade rapid când fructele încep să-și schimbe culoarea din verde în roșu. Conținutul în acid citric este mult mai stabil și constant în timpul perioadei de maturare, iar aciditatea conținutului loculelor este mai mare decât aciditatea pericarpului (Davies și Hobson, 1981).

Tabel 4.1. Compoziția chimică a pericarpului, țesutului locular și țesutului placentar al fructului de tomate.

Aroma tomatelor implică percepția gustului ce este inflențată de aroma multor constituenți chimici. Glucidele, acizii organici și interacțiunile dintre ei sunt importante pentru dulceața, aciditatea și intensitatea gustului tomatelor (Stevens ș.a. 1977a). Fructoza și acidul citric sunt mult mai importanți pentru dulceața și aciditatea fructelor decât glucoza și acidul malic. Concentrații mari de glucide și relativ mari de acizi sunt necesare pentru o aromă bună. Concentrații mari de acizi și mici de glucide va produce tomate acre, în timp ce concentrații mari de glucide și scăzute de acizi va rezulta un gust dulceag. Când atât glucidele și acizii sunt scăzuți, rezultatul este lipsa de gust a tomatelor, insipide.

Porțiunea pericarpului fructului de tomate conține mai mult glucide reducătoare și mai puțin acizi organici decât porțiunea loculară. Deci cultivarele cu țesut locular mare și cu concentrații mari de acizi și glucide au gust mai bun decât acelea cu țesut locular redus (Stevens ș.a., 1977b).

Aroma caracteristică fructelor de tomate este asigurată de combinația unei varietăți extrem de largi de compuși volatili (peste 400). Un amestec de cis-3-hexenal, trans-2-hexenal, hexanal, -iononă, 1-penten-3-onă-3-metil butanal, cis-3- hexenol și 3 metil butanol este considerat a avea aroma tomatelor proaspăt tăiate (Buttery și al., 1987). În timpul maturării fructului se constată modificări ale diferitelor componente volatile (Hayase și al., 1984) evidențiate în fructele de tomate: aldehide, alcooli, terpene, fenoli, eteri, esteri, cetone, lactone, compuși cu sulf, amine și o varietate de compuși heterociclici (Petro-Turza, 1987). În comparație cu gustul, aroma fructelor de tomate a fost mult mai puțin studiată, iar controlul acumulării diferitelor componente volatile nu este pe deplin elucidat.

Speirs și colab.(1998) au constatat că prin manipularea genetică a alcool dehidrogenazei este afectată aroma fructelor de tomate prin modificarea balanței unor alcooli și aldehide, fructele cu activitate ADH ridicată și cantități mai ridicate de alcooli având o aromă mai intensă de fruct maturat.

Conținutul în glicoalcaloidul tipic acestei specii – tomatina – este scăzut în fruct și dispare rapid la maturitatea deplină.

Există o relație între culoarea fructului de tomate și compoziția sa în compuși volatili, în special aceia care se formează prin oxidarea carotenoizilor. Cultivarele cu concentrații mari de β-caroten (“[NUME_REDACTAT]”) sau δ-caroten (“[NUME_REDACTAT]”) au o compoziție distinctă diferită în anumiți compuși volatili și o altă aromă decât cultivarele roșii (Grierson și Kader, 1994).

Forma și culoarea fructelor de tomate sunt parametri calitativi importanți atât pentru valorificarea în stare proaspătă, cât și pentru procesarea industrială. În timp ce fructele cu forme anormale (ex. boxy fruit) se datorează unei deficiențe ale asigurării asimilatelor (Ho și Hewitt, 1986), colorarea neuniformă a lor se poate datora deficiențelor în nutriția minerală (Adams, 1986), cum ar fi ionul de Ca2+.

Culoarea verde, caracteristică fructelor nematurate se modifică pe parcursul maturării fructelor la roșu. Conținutul în clorofilă a și b scade rapid, fiind stimulat de prezența etilenei și a luminii și inhibat de temperaturile mai mari de 40C. Pigmentul galben, -carotenul, este prezent în cantități mici în fructul verde, matur, și crește lent până la maturare. În schimb, licopenul constituie principalul pigment din fructele de tomate ce le conferă culoarea roșie. Concentrația sa crește constant pe parcursul maturării. Există date ce atestă interrelația dintre cantitatea de clorofilă și cea de licopen (Hobson și Davies, 1971), sinteza licopenului fiind dependentă de prezența O2, stimulată de lumină și inhibată la temperatura de 32C (Britton, 1976).

Lawrence și colab. (1993) afirmau că tranziția cloroplastelor la cromoplaste în timpul maturării fructelor de tomate se caracterizează printr-o modificare dramatică a structurii și funcției plastidului, ceea ce implică sinteza și importul noilor proteine caracteristice.

Fraser și colab. (1994) au stabilit că în timpul maturării conținutul total de carotenoizi crește concomitent cu scăderea conținutului în clorofilă. Deși cel mai mare conținut de carotenoizi s-a măsurat în fructul matur, cea mai mare activitate a enzimelor carotenogenice (fitoen sintaza, fitoen desaturaza și licopen ciclaza) s-a măsurat în fructul verde. Fitoensintaza a fost localizată în stroma plastidelor, în timp ce metabolismul fitoenului a fost asociat cu membranele plastidiale în timpul tuturor stadiilor de dezvoltare a fructelor.

Fermitatea fructelor mature este o trăsătură deosebit de importantă pentru transportul, manipularea și păstrarea acestora. Reglarea pierderii fermității fructului matur se poate realiza prin manipularea sintezei hidrolazelor din peretele celular și a etilenei sau a conținutului de calciu (Hobson și Grierson, 1993). Principalii constituenți specifici peretelui celular al celulelor fructului de tomate sunt substanțele pectice, hemiceluloza, celuloza și proteinele. Substanțele pectice insolubile prezente în lamela mediană acționează ca un liant între celule și contribuie în mare măsură la menținerea fermității fructului. Înmuierea progresivă în timpul maturării este rezultatul solubilizării acestei pectine, conducând la pierderea coeziunii dintre celule (Sawamura și al., 1978). Pectin-metil esteraza îndepărtează grupările metil din molecula pectinei. Gaffe și colab. (1997) au caracterizat gena pectin metil esterazei – pme1 – ce are o expresie mai înaltă în țesuturile tinere (rădăcini, frunze și fructe) decât ân țesuturile mature sau senescente.

Poligalacturonaza hidrolizează acidul poligalacturonic. Această enzimă nu se află în fructe înainte de începerea maturării fructului, apariția activității sale datorându-se sintezei de novo, și nu activării enzimei preexistente (Rhodes, 1980; Brady și al., 1982; Tucker și Grierson, 1982). Hidroliza pectinelor peretelui celular de către poligalacturonază este mult mai extensivă in vitro decât degradarea ce afectează acești polimeri în timpul maturării fructelor. Chun și Huber (1998) au stabilit că activitatea acestei enzime este reglată de pH și condițiile ionice. Subunitatea β a poligalacturonazei 1 a fost prezentă în fructe în toate stadiile de dezvoltare, dar este absentă în țesuturile vegetative (Moore și Benett, 1994). În schimb expresia genelor LeExp2, LeEXT1 și Cel7 este nedetectabilă la începutul și pe parcursul maturării fructelor, aceste gene având rol în reglarea fluidizării peretelui celular în timpul creșterii fructului, nu în maturare (Catala ș.a., 2000).

În mutantele monogene care nu se maturează sau se maturează foarte lent, cum sunt “never ripe” (Nr), “nonripening” (nor) sau “ripening inhibitor” (rin), activitatea poligalacturonazei este extrem de scăzută – aproximativ 15% la mutantele Nr (Tucker și al., 1980) sau nu se evidențiază (la mutantele nor și rin), iar fructele rămân ferme (DellaPenna și al., 1990). La aceste mutante, blocajul genetic nu se află la nivelul căii biosintetice a poligalacturonazei, ci mai degrabă la nivelul căii biosintetice a etilenei și a expresiei acesteia în celule (Yen, ș.a., 1995). Încorporarea alelelor rin și nor în soiurile și hibrizii standard, cultivați, de tomate a fost intens investigată ca metodă de a reduce pierderea fermității fructelor pe parcursul maturării, în scopul extinderii capacității de păstrare a acestora (Richardson și Hobson, 1987).

S-a constatat că, la fructele normale, manifestarea activității poligalacturonazei poate fi indusă de prezența etilenei (Mizrahi și al., 1975), în schimb procesul invers nu a fost niciodată remarcat. Prin urmare, etilena acționează ca hormon ce declanșează sinteza poligalacturonazei, precum și inițierea și desfășurarea maturării tuturor fructelor climacterice (inclusiv a tomatelor) fie pe plantă, fie după recoltarea acestora (Bruinsma, 1983; Yang și Hoffman, 1984).

-Galactozidazele constituie o familie de eznzime caracterizate prin capacitatea lor de a hidroliza capătul terminal, nereducător al restului de -D-galactozil din -D-galactozide, fiind implicate în eliberarea galactozei din polimerii peretelui celular ce conține (1-4)-D-galactan (Smith ș.a., 1998). Activitatea -galactanazei crește la începutul maturării fructului normal, însă nu au fost observate creșteri la mutantele ce nu se maturează nor sau rin (Carey ș.a., 1995). Smith și colab. (2002) au determinat o abundență a transcriptului genei ce codifică -galactozidaza II în fructele de tomate în primele stadii de maturare. Deoarece conținutul peretelui celular în grupări galactozil este ridicat în acest stadiu, aceasta denotă implicarea enzimei în modificarea peretelui celular ce conduce la înmuierea fructului.

2.8.3. Mecanismul maturării fructelor de tomate

Modificările majore ale fiziologiei și biochimiei fructelor de tomate aflate în stadiul de maturitate verde la inițierea maturării se realizează rapid, afectează toate compartimentele celulare și alterează fundamental aspectul, aroma, fermitatea și rezistența la boli sau la păstrare a fructelor. Aceste modificări pot fi modulate de factori externi, cum ar fi temperatura (Watkins și al., 1990; Biggs și al., 1988), cantitatea de lumină ([NUME_REDACTAT] și al., 1997), regimul nutrițional (Adams, 1986, 1990), natura tratamentului post-recoltă, precum și de factori interni, dintre care se evidențiază genotipul (Richardson și Hobson, 1987) și cantitatea de etilenă produsă (Jeffery și al., 1984).

În tabelul de mai jos sunt redate câteva din modificările existente în fructele de tomate pe parcursul maturării acestora.

Tabel 2.2. Modificări fiziologice, biochimice și ultrastructurale în fructele de tomate pe parcursul maturării acestora.

Prima modificare detectabilă ce anunță începutul procesului de maturare o reprezintă creșterea sintezei de etilenă, cu 1-2 zile înaintea începerii modificărilor de culoare. Creșterea intensității respirației în fructele de tomate este răspunsul acestora la intensificarea sintezei etilenei. Legătura exactă dintre acestea nu este pe deplin elucidată, dar odată începută catena evenimentelor va conduce la maturarea fructului (Hobson și Grierson, 1993). Strâns legată de creșterea intensității respirației este și creșterea nivelului de ATP, o sursă extrem de valoroasă în sinteza proteinelor (Brady, 1987), al cărui maxim succede maximumului climacteric (Speirs și al., 1984). Translația in vitro a ARNm purificat din citoplasma acestor celule a evidențiat 3 categorii de proteine: unele esențiale pentru menținerea viabilității celulei, altă categorie se acumulează pe parcursul creșterii fructului, dar diminuează înainte sau în timpul maturării fructului, iar cea de-a treia – de proteine specifice sau necesare procesului de maturare (Grierson și al., 1985; Biggs și al., 1986).

Rose și colab. (2000) au raportat prezența expansinelor în diverse stadii de dezvoltare a fructului, însă activitatea caracteristică diferă la fructele tinere și în curs de dezvoltare față de cea din fructele mature. Acumularea LeExp 1 a fost reglată de etilenă, expresia acestei proteine nefiind reglată la nivel translațional. Cele 2 tipuri de expansine (responsabile de maturare și responsabile de expansiunea peretelui celular) au secvențe omoloage, fiind detectate la mai multe specii și în cantități variabile, însă nefiind identificate la mutantele de tomate rin sau Nr, cu reducerea fermității întârziată sau redusă.

4.8.4. Controlul genetic al procesului de maturare al fructelor de tomate

Controlul maturării trebuie să implice promotori specifici genelor ce vor fi expresate în fruct (fruit-specific), în timpul maturării fructului (ripening-specific) sau în mecanismul maturării reglat de etilenă (ethylene-regulated gene) (Kinzer și al., 1990). Disponibilitatea acestor promotori și demonstrarea mecanismului lor de acțiune în plantele transgenice deschide posibilitatea introducerii unor noi gene ce alterează fiziologia și biochimia tomatelor, în sensul creșterii calității fructelor (Schuch și al., 1991).

Se știe deja că cele mai multe gene nu sunt expresate constitutiv în plantă, manifestându-se în organe specifice, cum ar fi în fruct (fruit-specific genes). În mod similar, o parte din acestea vor fi expresate în fruct în timpul maturării fructului (ripening-specific genes). Un exemplu îl constituie gena poligalacturonazei (PG), specifică maturării fructului de tomate, ale cărei semnale de control al expresiei sale sunt localizate pe o secvență de ADN de 1,4 Kbaze, numită promotorul PG (Bird și al., 1988). Utilizând tehnica ADN-ului antisens și a sintezei genelor antisens s-au realizat progrese considerabile în elucidarea unor mecanisme de acțiune și control al unor enzime și procese biochimice și fiziologice.

Astfel, experimentele cu gene antisens ale enzimelor: poligalacturonaza (Kramer și al., 1992; Schuch și al., 1991, Zheng ș.a., 1994), pectin esteraza (Hall și al., 1993, Tieman și Handa, 1994), fitoen sintaza (Bird și al., 1991), ACC sintaza (Oeller și al., 1991) și enzima formatoare de etilenă (Hamilton și al., 1990, 1991) au validat câteva trăsături ale controlului genetic în timpul maturării fructelor de tomate. Și anume:

– inhibarea sintezei etilenei previne sau prelungește maturarea în funcție de momentul și durata inhibiției, și poate fi reversată prin adiția etilenei.

– inhibarea genelor ce acționează ulterior pe calea maturării, cum ar fi cele ale pectinesterazei, poligalacturonazei sau fitoen sintazei, inhibă reacțiile biochimice specifice, fără a afecta alte aspecte ale procesului de maturare.

Aceste date confirmă datele experimentale ale lui Davies și colab. (1988, 1990) privind expresia unor gene în condițiile inhibării percepției etilenei cu ioni de Ag+. Reducerea sintezei etilenei în fructele transgenice a evidențiat că expresia genei poligalacturonazei nu este afectată semnificativ (Hamilton și al., 1990; Oeller și al., 1991), atingându-se nivele maxime ale ARNm ce codifică această enzimă în citoplasmă, în schimb acumularea fitoen sintazei este semnificativ redusă.

Expunerea fructelor la concentrații mari de CO2 determină inducția rapidă a 2 gene ce codifică proteine de stres: o proteină heat-shock ce reglează maturarea și glutamat decarboxilaza. Aceasta denotă efectul stresant al concentrației ridicate de CO2, cel mai probabil prin acidifierea citosolului. În plus, concentrațiile ridicate de CO2 blochează acumularea ARNm al genelor implicate în principalele modificări legate de maturare: sinteza etilenei (ACC sintaza și ACC oxidaza), culoarea (fitoen sintaza), fermitatea (poligalacturonaza) și acumularea glucidelor (invertaza acidă) (Rothan ș.a., 1997).

Sitrit și Benett (1998) au evidențiat că există totuși inadvedențe cu privire la factorii ce reglează expresia genei poligalacturonazei, îndeosebi în ceea ce privește rolul etilenei în medierea expresiei sale. Studiind rolul etilenei în reglarea acumulării ARNm a poligalacturonazei, activitatea enzimei și concentrația sa proteică, în timpul maturării fructelor de tomate transgenice cu producere de etilenă endogenă supresată, au evidențiat că acumularea ARNm a poligalacturonazei este reglată de etilenă și că limita minimă necesară de etilenă pentru a induce acumularea ARNm a poligalacturonazei poate fi depășită chiar în fructele transgenice cu ACC sintază antisens.

Concluziile care se desprind la o analiză amănunțită a datelor prezentate sunt următoarele:

– există un factor adițional, altul decât etilena, care este implicat în reglarea maturării fructelor de tomate,

– etilena poate stimula nu numai acumularea ARNm (deci expresia genelor) necesar procesului de maturare, dar poate mări translația acestuia în proteinele specifice (Hobson și Grierson, 1993).

Pentru o modelare cât mai realistă a creșterii plantelor și producției de fructe sunt necesare mai multe informații fiziologice și cât mai precise (Ho și Hewit, 1994) privind:

– factorii interni ce reglează competiția dintre organele utilizatoare (sink organs) și anume flori și apex,

– reglarea diviziunii celulare în ovare, înaintea antezei,

– rolul hidrolizei zaharozei și transportul membranal în importul asimilatelor de către fruct,

– reglarea fluxului carbonului în corelație cu intensitatea respirației, fixarea CO2 la întuneric, metabolismul malatului și gluconeogeneza în fruct,

– interacțiunea între aprovizionarea cu nutrienți și metabolismul carbonului pe parcursul creșterii fructelor.

Efectul intensității luminii. Insolația – efectul asupra procesului de fotosinteză. Fotoinhibiția. Fotoremedierea. Adaptarea plantelor de umbră la intensități luminoase ridicate. Efectul radiațiilor UV. Semnificație ecologică.

Fotosinteza reprezintă procesul fiziologic prin care plantele verzi biosintetizează primii compuși organici, din dioxid de carbon, apă și elemente minerale, cu ajutorul energiei solare și în prezența pigmenților asimilatori, cu producere de oxigen care se degajă.

Ecuația globală a acestui proces este următoarea:

lumină

6 CO2 + 6 H2O + elemente minerale C6 H12 O6 + 6 O2

pigmenți asimilatori

Fotosinteza este un proces endergonic: pentru fiecare mol de dioxid de carbon asimilat se acumulează aproximativ 478 KJ, ceea ce reprezintă o acumulare de 2870 KJ în fiecare moleculă de glucoză sintetizată (C6 H12 O6).

Importanța procesului de fotosinteză este deosebită, deoarece:

se utilizează energia inepuizabilă provenită de la soare;

se utilizează dioxidul de carbon provenit din atmosfera ambiantă, din apă și de la suprafața solului. Se apreciază că anual este absorbită o cantitate de aproximativ 1.300 miliarde tone de dioxid de carbon. Aceasta contribuie la menținerea proporției de CO2 din aer la 0,03% și evită accentuarea fenomenului de seră;

se elimină oxigen, ceea ce contribuie la menținerea constantă a concentrației sale în atmosferă la valoarea de aproximativ 21%, propice organismelor aerobe;

compușii organici rezultați în procesul de fotosinteză sunt transportați spre toate celelalte organe ale plantei, fiind utilizați pentru sinteza a numeroase alte substanțe cu importanță pentru industria alimentară, textilă, a coloranților naturali, medicamentelor, materialelor de construcție, etc.

Organul specializat pentru fotosinteză este frunza, iar organitul este cloroplastul.

Adaptările pe care le prezintă cloroplastele pentru desfășurarea procesului de fotosinteză sunt legate de suprafețele mari ale membranelor tilacoide și de prezența pigmenților asimilatori.

Membranele tilacoide au structura asemănătoare cu a membranelor plasmatice, adică sunt alcătuite dintr-un strat dublu de galactolipide, în care sunt încorporați pigmenții asimilatori (clorofile, caroteni și xantofile), substanțe transportoare de electroni și pompe de protoni.

Pigmenții asimilatori care se găsesc în cloroplaste diferă în ceea ce privește compoziția chimică. În plantele verzi există: clorofila a (C55H72O5N4Mg), clorofila b (C55H70O6N4Mg), caroten (C40H56) și xantofile (C40H56O2).

Clorofila este alcătuită din 4 nuclee pirolice care formează nucleul porfirinic (tetrapirolic), care are în centru un atom de magneziu. De nucleul porfirinic se leagă fitolul (C20 H39 OH), care este alcoolul unei hidrocarburi superioare. Dintre clorofile cele mai răspândite sunt clorofila a (C55 H72 O5 N4 Mg ) și clorofila b (C55 H70 O6 N4 Mg).

Clorofila a are o grupare metilică (CH3), în timp ce clorofila b are o grupare aldehidică (CHO). Raportul dintre clorofila a și b este de 3/1 și poate crește în cazul plantelor heliofile, iubitoare de lumină.

Carotenul este alcătuit dintr-un lanț de atomi de carbon cu legături dublu conjugate, care au la capete câte un ciclu iononic. Carotenii pot absorbi radiațiile luminoase din zona albastru-verde a spectrului (400-600 nm) și energia absorbită poate fi transferată pigmenților clorofilieni. În același timp au rol și în fotoprotecție, în absența carotenilor se intensifică procesul de fotooxidare a pigmenților clorofilieni.

În plante există și alți pigmenți fotosensibili, dar care nu participă la realizarea procesului de fotosinteză: fitocromul și criptocromul.

Biosinteza pigmenților se realizează în cicluri biochimice diferite, în funcție de compoziția lor chimică. Pigmenții clorofilieni se biosintetizează în cloroplaste în ciclul acidului γ – aminolevulinic, iar pigmenții carotenoizi în cloroplaste și cromoplaste, prin ciclul mevalonat.

Clorofila suferă un proces continuu de biosinteză și biodegradare. Ca urmare a desfășurării acestor procese, clorofila se reînnoiește permanent, într-un ritm de 40 % pe parcursul a 2-3 zile.

Factorii care influențează procesul de biosinteză a pigmenților sunt: lumina, temperatura, oxigenul și substanțele minerale.

Efectul caloric al radiației solare.

Stresul termic – efectul temperaturilor ridicate la nivel celular. Efectul temperaturilor ridicate asupra metabolismului. Mecanisme adaptative, toleranță și rezistență la temperaturi ridicate. Termoprotecția.

Cantitatea de lumină absorbită de frunze variază cu arhitectura plantei. Aproximativ 80-90% din PPF este absorbită de frunză, această valoare se modifică în funcție de structura și vârsta frunzei, restul este transmisă la frunzele mici sau spre pământ sau sunt reflectate. Din cantitatea totală de radiații absorbită și potențial capabilă de fotosinteză mai mult de 95% este transformată în căldură; deci, mai puțin de 5% este captată în timpul fotosintezei.

Limitele de temperatură la care se desfășoară procesul de fotosinteză variază cu specia între – 18°C la lichenii din zonele arctice și +70°C la unele alge albastre. Pe măsură ce crește temperatura sporește intensitatea procesului de fotosinteză. Temperaturile optime pentru desfășurarea acestui proces sunt cuprinse între 25 și 37°C. Temperaturile ce depășesc 40°C determină scăderea rapidă a intensității procesului de fotosinteză la plantele cu tip fotosintetic C3, în timp ce la plantele cu tip fotosintetic C4 intensitatea procesului de fotosinteză rămâne constantă, ceea ce explică dominanța acestui tip fotosintetic în zonele cu climat cald.

Respirația. Temperatura este cel mai important factor ce determină intensitatea procesului de respirație și în același timp constituie un factor limitativ. Procesul de respirație se desfășoară și la temperaturi negative (-7,0..0 0C, la grâu și – 30..-40 0C la conifere), dar cu intensități reduse.

Gislain (1963) a constatat că scăderea temperaturii cu 10 0C, determină reducerea intensității procesului de respirație a unor specii de fructe de 2,5 ori.

În limitele de temperatură cuprinse între 0 0C și 40 0C, intensitatea procesului de respirație se desfășoară conform legii lui Van’t Hoff, creșterea temperaturii cu 10 0C determinând dublarea intensității respirației.

Determinările efectuate de autori la 30 de specii de legume și fructe au dovedit că valoarea medie a intensității procesului de respirație la temperatura de 0 0C este în medie 13,1 mg CO2/kg/oră. Ridicarea temperaturii de păstrare la 5, 10, 15 și 20 0C a determinat creșterea valorii medii a intensității procesului de respirație la 23,2 mg, 37,9 mg, 62,5 mg și respectiv 96,8 mg CO2/kg/oră. Rezultă deci o intensificare a acestui proces de 1,8 ori la temperatura de 5 oC, de 2,9 ori la 10 0C, de 4,8 ori la 15 0C și de 7,4 ori la 20 0C. Așadar, prin creșterea temperaturii cu 10 oC în domeniul 0 – 10 0C, intensitatea procesului de respirație crește de 2,9 ori, în limitele de 5 – 15 0C de 2,7 ori și între 10 și 20 oC, creșterea este de 2,5 ori. În cazul fructelor climacterice, creșterea temperaturii determină apariția mai timpurie a maximumului climacteric și în același timp, creșterea valorii intensității procesului de respirație la acest maximum.

Moras și Chapon (1984) subliniază rezultatele obținute de Gerhart, în cercetările efectuate cu căpșuni. Intensitatea procesului de respirație a acestor fructe crește cu temperatura până la 35 oC, după care are loc diminuarea intensității acestui proces. Burton (1982) menționează rezultatele efectuate de Fernandes cu semințele de mazăre. Intensitatea procesului de respirație a acestor semințe, crește până la temperatura de 45 oC, după care se constată o diminuare bruscă. Efectele stresului termic au fost resimțite după 5 ore.

Rezultă deci că la temperaturi mai ridicate și anume la peste 35 0C, se produce scăderea intensității procesului de respirație ca urmare a alterării enzimelor. În primele ore de expunere a plantelor sau a organelor acestora la temperaturi ridicate, are loc creșterea intensității procesului de respirație, pentru ca în următoarele ore să aibă loc diminuarea intensității acestui proces, ca urmare a biodegradării enzimelor ce intervin în acest proces.

Temperatura influențează sensibil ritmul de creștere al plantelor, conform legii lui van˘t Hoff, după care, viteza de creștere se dublează la creșterea temperaturii cu 10oC, în intervalul 5o- 35 oC.

Limitele de temperatură în care are loc procesul de germinare a semințelor variază între – 30 oC și + 40 oC, iar temperatura optimă variază în funcție de specie între 25 și 30 oC.

În funcție de cerințele pentru temperatură a semințelor acestea pot fi clasificate astfel:

– Semințe ce necesită temperaturi coborâte, care nu pot germina la temperaturi mai mari de 25 oC: Lactuca, Allium, Primula, Freesia, Cyclamen etc.

– Semințe ce necesită temperaturi ridicate pentru a germina, la care temperatura minimă pentru desfășurarea acestui proces este de 10 oC (tomate) sau 15 oC (vinete, ardei, castraveți).

– Semințe ce necesită alternanța temperaturii, respectiv o diferență de temperatură de 10 oC între zi și noapte, pentru a putea germina.

Temperatura minimă necesară pentru ca plantele să poată crește variază cu specia și este cuprinsă între următoarele limite:

0 – 5o C pentru secară, grâu, orz, mazăre, in cânepă, lucernă etc.

5- 6o C pentru vița de vie.

8- 10o C pentru porumb.

10- 12 o C pentru fasole.

10- 14o C pentru nuc.

18o C pentru pepene, castravete, dovleac.

Valoarea termică optimă pentru creștere variază între 18oC și 37oC, fiind dependentă de cerințele speciei: 20oC la lucernă, 25oC la grâu și in, 30oC la porumb, 28- 30oC la vița de vie, 35oC la cânepă și castravete. Aceste valori nu corespund însă cu optimum pentru celelalte procese fiziologice. Pentru determinarea optimului termic armonic, care reprezintă condițiile cele mai favorabile pentru realizarea tuturor proceselor fiziologice luate în ansamblu, se efectuează cercetări de finețe în fitotron, pentru diferite specii de plante. Este necesar totuși a se aprecia că, în general, optimul termic armonic are o valoare mai redusă decât optimul termic fiziologic, care depășește limita de 30oC.

Temperatura maximă la care mai poate avea loc procesul de creștere variază între 35 și 60o C (cactuși).

Oscilațiile diurne – nocturne de temperatură, prezintă importanță pentru creșterea unor specii de plante. Astfel, tomatele necesită o diferență de temperatură dintre zi și noapte de minimum 7oC ( 18- 25o C ).

Inducția florală reprezintă procesul prin care se formează un mesager biochimic complex, sub acțiunea factorilor inductivi, mesager ce poate determina modificarea expresiei genelor în meristemul vegetativ și astfel, poate determina expresia genelor înfloritului (transformarea mugurilor vegetativi în muguri floriferi).

Factorii din mediul ambiant care au acțiune inductivă sunt: temperatura coborâtă (grâul de toamnă), temperatura ridicată (lalele), fotoperioadele scurte (loboda), fotoperioadele lungi (porumbul) etc. În funcție de specie, inducția florală poate fi determinată de un singur factor sau de acțiunea combinată a mai multor factori (Mazliak,1982).

Situsurile de recepție a factorilor ambianți diferă. Astfel, acțiunea temperaturii este recepționată direct de meristem, în timp ce durata fotoperioadei este recepționată de frunzele cu maturitate medie. Acțiunea factorilor inductivi se manifestă direct asupra meristemului vegetativ sau determină formarea unor mesageri chimici, care reprogramează aparatul genetic determinând expresia genelor înfloritului.

Vernalizarea este definită de Chouard (1960) ca o accelerare a capacității de înflorire, ca urmare a expunerii semințelor îmbibate sau a mugurilor la acțiunea temperaturilor coborâte pozitive. Vernalizarea este un proces lent în care creșterea perioadei de expunere la frig determină scurtarea progresivă a perioadei de înflorire. Acest proces prezintă o curiozitate prin faptul că acțiunea factorului inductiv se face în perioada rece a anului, iar manifestarea acestei acțiuni prin înflorire se face în sezonul cald.

Vernalizarea și dormanța mugurilor reprezintă două manifestări diferite ale acelorași condiții ambiante. Temperatura optimă pentru vernalizare, de cele mai multe ori, este similară cu cea care induce repausul mugural sau aclimatizarea la temperaturi coborâte.

În funcție de răspunsul plantelor la temperaturile termoinductive, acestea pot fi clasificate în plante cu vernalizare obligatorie, plante fără exigențe exprese la vernalizare și plante indiferente.

Plantele anuale de vară, așa cum sunt tomatele, nu necesită tratamente termice cu temperaturi coborâte, pentru a parcurge întreg ciclul vital.

Semințele plantelor anuale de toamnă germinează toamna devreme și parcurg perioada de iarnă ca plantulă. De obicei, temperaturile coborâte sunt facultative. Așa este cazul cerealelor de toamnă care înfloresc fără vernalizare în faza în care au 16…25 frunze, în timp ce plantele vernalizate înfloresc mai devreme, când au 7 frunze. Vernalizarea poate avea loc în timpul formării seminței, maturării, germinării, în faza de sămânță umectată,dar mai frecvent în faza de plantulă.

Plantele bienale, ca de exemplu sfecla, morcovul, conopida etc., ca și numeroase plante perene, necesită vernalizarea pentru a realiza capacitatea de înflorire. Durata de expunere la temperaturi coborâte variază în funcție de specie, de la câteva săptămâni, la câteva zile. Astfel, durata de vernalizare a grâului de toamnă, este de 1..2 luni, iar temperatura optimă pentru acest proces este de 3 oC, în timp ce vernalizarea grâului de primăvară are loc la temperatura de 10 oC. În cazul speciei Pisum sativum, vernalizarea are loc la temperatura de 1 – 7 oC, în timp de 1 – 2 săptămâni.

Dacă temperaturile de vernalizare nu se încadrează în limitele optime, efectul acestora poate fi anulat.

Situsurile de percepție a temperaturilor coborâte se află situate în celulele meristematice ale embrionului, a mugurilor sau din zonele de creștere. Vernalizarea este necesară pentru fiecare generație de plante anuale și bianuale de toamnă și în fiecare an pentru plantele perene cu vernalizare obligatorie.

Temperaturile coborâte stimulează biosinteza unui mesager chimic, care a fost denumit vernalin. Acest “hormon de înflorire“ nu a putut fi izolat și analizat, motiv pentru care în prezent se consideră că temperaturile coborâte acționează direct asupra meristemului vegetativ determinând expresia genelor specifice. Astfel, în plantele de grâu au fost identificate genele Vrn 1 și Vrn 2 în cromozomii 5 A și 5, iar în plantele de porumb s-au pus în evidență 2 gene: ZAG 1 și ZAG 2, a căror expresie determină inducția florală.

Termoperiodismul reprezintă procesul prin care plantele dobândesc capacitatea de înflorire, în urma expunerii la temperaturi ridicate.

Plantele la care inducția florală se realizează sub influența temperaturilor ridicate și valoarea acestor temperaturi este următoarea:

Narcissus poeticus 13..20 oC

Gladiolus colvillii 15..20 oC

Amarillis vittata 23 oC

Hyacinthus orientalis 34 oC

Tulipa sp. 30 oC și apoi 20 oC

Hortensia spp. 15.. 18 oC

În cazul bulbilor de Tulipa, inducția florală se realizează înainte de veștejirea frunzelor, iar expunerea în continuare la temperaturi cuprinse între 20 și 30 oC stimulează formarea primordiilor florale la muguri. Florile se formează doar în cazul bulbilor cu dimensiuni mari, care au realizat maturitatea de înflorire și care au o cantitate suficientă de substanțe de rezervă pentru a susține evocarea florală.

[NUME_REDACTAT] formarea mugurilor florali are loc în timpul iernii, la temperatura de 9..17 oC, iar expunerea la temperaturi ridicate (20..30 oC), este esențială pentru înflorire.

Figure 1 stresul termic duce la acumularea de GABA în cytosol a celulei. Aceasta este mediată de activare a calmodulin de ioni de calciu. Creșteri de ioni de calciu în cytosol poate duce la activarea căldurii de canale de ioni de calciu (în roșu) sau prin reducerea antiporters de calciu-proton (CAX1 sau CAX2). GABA este transportat ulterior în mitocondrii caz în care este transformat în semialdehyde succinat de GABA aminotransferazei (GAT). Această reacție consumă piruvat în interiorul mitocondrii care să conducă la producerea de aminoacizi alanin. Semialdehyde succinat se transformă apoi în succinat, care pot fi ulterior metabolizat de ciclul acidului citric (capitolul 11).

Stresul termic – efectul temperaturilor coborâte la nivel celular.

Temperaturi critice și de îngheț. Efectul temperaturilor critice și de îngheț asupra metabolismului. Toleranță și rezistență la temperaturi scăzute.

Semnificație ecologică.

[NUME_REDACTAT] de perceptie a stimulului (temperaturi scazute – cold) este vârful tulpinii, iar la nivel celular fractia microzomala converteste atât ent-kaurenul, cât si acidul ent-kaurenoic la GA9 (o giberelină), ceea ce presupune existenta la acest nivel a ent-kauren oxidazei si a acid ent-kaurenoic hidroxilazei.

Crozier si colab (2000) evidentiaza ca giberelinele mediaza stimulul temperatura. Tratamentul cu gibereline exogene poate induce înflorirea la speciile care în mod normal necesita vernalizare (stratificare). Astfel, la Thlaspi arvense, aplicatiile externe de gibereline (îndeosebi GA9) determina alungirea tulpinii si înflorirea, efecte obtinute prin expunerea plantelor timp de 4 saptamâni la temperaturi scazute (vernalizare). Ambele tratamente determina metabolizarea acidului ent-kaurenoic la GA9.

Intensitatea procesului de respirație este dependentă de temperatura din spațiile de tranzitare, depozitare, compoziția atmosferei etc. și este în strânsă corelație cu biodegradarea compușilor energetici (Fig. 12.1.).

Legumele care se află în faza de repaus vegetativ au o intensitatea respiratorie redusă. Pe măsura intrării în vegetație, intensitatea acestui proces crește de 4..6 ori în cazul legumelor și de 4.000..10.000 ori în cazul semințelor.

Diminuarea intensității procesului de respirație și deci menținerea valorii energetice a produselor agricole se realizează prin menținerea pe tot parcursul procesului de valorificare a temperaturii optime. Aceasta variază în funcție de specie și soi în următoarele limite:

0,2 .. 0 oC pentru ceapă și unele soiuri de struguri.

0 oC pentru soiurile de mere rezistente la frig și pentru cele mai multe specii de legume și fructe.

3 oC pentru soiurile de mere sensibile la frig.

3…4 oC pentru cartofi.

7…9 oC pentru ardei, vinete, fasolea păstăi, tomate și castraveți.

10….11 oC pentru citrice și banane.

[NUME_REDACTAT] și Chapon (1983), merele păstrate la temperatura de 20 oC au metabolismul intens și se maturează de 7 – 10 ori mai repede, comparativ cu cele păstrate la 0 oC, iar în cazul piersicilor, s-a constatat că o zi de păstrare la temperatura de 25 oC corespunde cu 16 zile de păstrare la 0 oC.

Variațiile de temperatură au efecte negative asupra menținerii calității produselor agricole. În cazul unor produse mai puțin perisabile (mere, cartofi, ceapă, etc), creșterea temperaturii cu 1 – 3 oC, timp de 1 – 2 zile, nu are efecte evidente, din cauza conductibilității termice relativ scăzute a acestor produse. Dacă creșterea temperaturii durează o perioadă îndelungată, calitatea produselor și durata de păstrare se reduc semnificativ.

În general produsele cu un grad de maturare mai puțin avansat, sunt mai sensibile la acțiunea temperaturilor coborâte, fiind mai susceptibile la dereglarea proceselor fiziologice.

Temperaturile ridicate sunt utilizate la sfârșitul perioadei de păstrare pentru postmaturarea legumelor și a fructelor care nu s-au maturat pe parcursul păstrării. Această operațiune tehnologică se aplică mai ales la fructele climacterice: banane, pere, piersice, caise, mere, tomate etc. Ea se execută în spații special dotate pentru acest scop, denumite celule de postmaturare. Acestea sunt dotate cu instalații pentru dirijarea temperaturii, umidității relative a aerului și pentru admisia de etilenă și oxigen.

Condițiile de postmaturare variază în funcție de specie în următoarele limite:

Temperatura: 16 – 25 oC.

Umiditatea relativă a aerului: 90 – 95 %.

Oxigenul: 21 – 50 %.

Etilena: 0,1 – 0,2 %.

1.1 SITUAȚIA PRIVIND CULTIVAREA SALATEI, DESCRIEREA SPECIEI ȘI IMPORTANȚA ACESTEIA ÎN ALIMENTAȚIE

Situația suprafețelor, producțiilor medii și totale de salată pe continente

Datele statistice privind suprafețele cultivate și producțiile de salată, pe continente sunt prezentate in tabelele 1.1 si 1.2

Tabelul 1.1

Situația suprafețelor, producțiilor medii și totale de salată pe continente

(FAO DATABASE 2012)

[NUME_REDACTAT] datele statistice sunt prezentate în tabelul 1.2 unde se evidențiază și situația specifică din România.

1.1.2. Descrierea speciei luate in studiu si pretentiile fata de factorii abiotici

[NUME_REDACTAT] cuprinde circa 100 de specii( anuale, bianuale, perene), raspandite in stare salbatica, in special, in zonele temperate ale Europei si Asiei, in cea mai mare parte necomestibile datorita toxinelor continute in seva plantei (Ciofu si al., 2004)

Denumirea științifică „Lactuca” derivă de la rădăcina cuvântului latin „lac, ce semnifică „lapte”, denumire dată datorită sevei conținute de plantă care se aseamănă cu laptele. Hipocrate a menționat în lucrările sale proprietățile medicinale deosebite ale acestei seve(Drăghici, 2006).

Salata este cultivată în toate sistemele de cultură, în cultură pură sau asociată. Tehnologia de cultivare este simplă și poate aduce venituri mari fermierilor, mai ales dacă este cultivată în extrasezon (Popescu și Atanasiu, 2001; Indrea și Apahidean, 1995; Horgoș,2003; Hoza, 2006; Lagunovschi, 2007).

Tabelul 1.2

Suprafețe, producțiile medii și totale de salată în [NUME_REDACTAT] prezent, în lume și în țara noastră sunt cultivate soiuri ce aparțin varietăților și convarietăților de LACTUCA SATIVA L. :

1. Convar. incocta Helm: var.capitata L- salata de căpățână; var.crispa L.(var. secalinna Alef.)- salata de frunze; var.aurescens Alef. –salata aurie.;

2. Convar. Sativa var. longifolia Lam.(var. romana Garsault)-marula- formează căpățâni mult alungite ([NUME_REDACTAT] Tapia, Josẻ [NUME_REDACTAT], 2009).

Scurt istoric al apariției speciei

Salata de căpățână cultivată provine din specia sălbatică Lactuca scariola L.(sin.Lactuca serriola L.)-salata cu țepi, salata sălbatică, salata chinezească, ce crește spontan în partea centrală a Rusiei, Europa centrală și de Sud, Asia de sud-vest, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] și Madera(Aizpuru și al, 1993; Aizpuru și al.,1999; Bolờs și al., 1993; Carretero, 2004; Villarias, 2000).Specia sălbatică era utilizată atât pentru consumul frunzelor, cât și al semințelor din care se extrăgea ulei.

Particularitățile botanice și biologice

Rădăcina este pivotantă și pătrunde în sol până la adâncimea de aproximativ 40-50 cm iar ramificațiile laterale se întind pe o rază de 10-15 cm. Fiecare soi are o anumită particularitate de dezvoltare a rădăcinilor. Frunzele de salată au formă, mărime și culoare caracteristică soiului, putând fi scurt-pețiolate, cu suprafața gofrată, marginile netede sau dințate. Masa edibilă a căpățânilor de salată este caracteristică soiului fiind cuprinsă între 150-250 g la soiurile de salata de căpățână, 120-300 g la cele de frunze, 250-350 g la cele de tip Iceberg și 300-450 g la marulă. Tulpina florală se formează după circa 45-65 zile de la semănat și poate atinge înălțimea de 1-1,2 m. Fructul de salată este denumit impropriu „sămânță”. Este o achenă mică, de culoare alb-argintie, neagră sau cafenie, în vârf prevăzută cu un papus. Masa a 1000 semințe este de circa 0,8 – 1,2 g, masa hectolitrică este de 440-480 g, iar într-un gram intră circa 900-1000 semințe. Facultatea germinativă a semințelor (fructelor) de salată este de 65-82 % și durează circa 4-5 ani. Salata este o plantă autogamă dar există posibilitatea ca la un procent de 2-6% din plante (în funcție de soi) polenizarea să se facă încrucișat (Drăghici, 2009).

Toate varietățile de salată sunt puțin pretențioase față de temperatură (tabelul 1.3.). Atât geminația cât și creșterea și dezvoltarea plantelor pot avea loc la valori ale temperaturii destul de coborâte.

În condiții de temperatură ridicată și insuficiență a luminii frunzele se etiolează, nu se formează căpățâni sau acestea sunt prea afânate. Maaswinkel (1999) a obținut la soiurile de salată Cristallo și Aubade cultivate în seră, în condiții controlate, noaptea timp de 11 ore la temperatura de 6C respectiv de 18C, iar ziua 20C, mase medii a căpățânilor de salată de 297 – 400 g în cazul cultivării soiurilor în condiții de temperatură mai ridicată noaptea (18C) și 257-384 g în condițiile de temperatură scăzută noaptea (6C).

Tabelul 1.3

Temperaturile de minime și optime de germinație, creștere, dezvoltare și păstrare a plantelor de salată (Drăghici, 2009)

La unele soiuri de salată factorii externi, lumina și temperatura, pot influența calitatea frunzelor sau a căpățânilor. De exemplu la soiurile salată Piroga (var. crispa) și [NUME_REDACTAT] (var. romana) cultivate în condiții de zi scurtă cu nebulozitate accentuată și temperatură scăzută (2-4C) frunzele apar gofrate, grosiere, crocante, pătate, lipsite de aspect comercial. La aceste soiuri frăgezimea frunzei poate reveni doar atunci când temperatura crește peste

7 C, iar condițiile de luminozitate se îmbunătățesc (Drăghici, 2009).

1.1.3 Importanța salatei în alimentație

Salata verde este prezentă aproape pe tot parcursul anului, deoarece poate fi cultivată în sere, însa este una dintre primele legume care apar în primăvara și care, prin conținutul său nutritive, poate înlocui o dieta grea sau lipsa de vitamine și minerale survenită în timpul iernii în organismul uman.. 

Salata verde este considerata regina legumelor. Aceasta este cea mai populară dintre toate legumele. Frunzele sale sunt fie rotunjite, au până la 25 de cm în lungime și 15 cm lățime fie ondulate așa-numita salată creață. Acestea împreună cu tulpina conțin un suc lăptos. Există un sortiment de soiuri de salată foarte variat, diferind în culoarea frunzelor, forma frunzelor, dimensiune și textură.

Salata verde stimulează apetitul, revigorează și curată corpul de toxinele acumulate. De asemenea, contribuie la combaterea deficitului de hemoglobină și săruri minerale din organism.

Salata verde este bogată în săruri minerale. Pe lângă carbohidrați (zaharuri), salata conține săruri minerale multe, esențiale pentru metabolism: calciu, fosfor, iod (iodul are  efect antisclerotic, depurativ, hipotensor), fier, cupru (cuprul ajută la formarea oaselor, combate afecțiunile reumatice, are rol antiviral și antiinflamator), magneziu (magneziul combate cancerul, încetinește îmbătrânirea și este drenor hepatic), acid folic și vitamina C, A, B, D și E. Pe lângă aceste substanțe, salata verde conține hormoni estrogeni, care au ca efect reducerea excitației sexuale. Datorită conținutului ridicat de vitamina C, salata crește rezistența la infecții, viruși și luptă împotriva anemiei. Valoarea alimentară a plantelor legumicole în general este dată de conținutul în :

substanțe proteice, hidrați de carbon(zaharoză, glucoză, amidon), grăsimi, care asigură o valoare energetică ridicată;

vitamine hidrosolubile (B1, B2, B6, B12, PP, C), vitamine liposolubile (A,D,E,K),

acizi organici (oxalic,citric,malic,lactic),

săruri minerale (pe bază de calciu, fier, potasiu, sodiu și fosfor),

uleiuri aromatice, fitocide care joacă un rol important în echilibrul fiziologic al organismului uman;

apă (circa 70-95 %) cu efect favorabil și indispensabil în hidratarea organismului omului.

Materiale și metode:

Capitolul 5: Plantele – în diferite stadii de dezvoltare

Capitolul 6: Metodele de cultivare în sere, solare – Aplicarea diferitelor tratamente cu radiații electromagnetice

Capitolul 7: Metode de evaluare a răspunsului plantelor biochimice, biologice și fizice

7.1 Evaluarea schimbărilor la nivel celular

7.2 Microscopie electronică

Capitolul 8: Rezultatele experimentale. Discuții(Rezultatele proprii în comparație cu cele existente; Evaluarea eficacității economice)

Capitolul 9: Concluzii și recomandări

[NUME_REDACTAT]

Capitolul 3: Cercetări privind istoricul, productivitatea, soiurile, tehnologiile de obținere si perspectivele în cultura salatei, castraveților și tomatelor

3.1. Noțiuni introductive în legumicultură

Legumicultura este o ramură a horticulturii care se ocupă cu studiul teoretic și implementarea practicii cultivării legumelor. Termenul generic de “legume” este dat unor vegetale (fasole, tomate, ceapă,etc.) cultivate pentru hrana omului. “Legumicultură” provine etimologic din îmbinarea a 2 cuvinte de origine latină: “legumen”= vegetale cultivate pentru hrana omului și “cultura”= priceperea, îndeletnicirea de a lucra pământul și de a îngriji plantele.

De la plantele legumicole consumăm unele părți vegetative (rădăcini, tulpini, lăstari, frunze ) sau părți generative( inflorescențe, fructe, semințe), atât în stare crudă, cât și în diferite preparate culinare sau în stare conservată.

Împreună cu ciupercile, în lume, există pînă la 1000 de specii de plante legumicole care se cultivă pe suprafețe proporționale cu importanța pentru consum- cartofii, ceapa, tomatele, varza, etc. fiind considerate legume de bază se cultivă pe suprafețe mari, în timp ce păpădia, ștevia, urzicile, plantele condimentare (mărar, pătrunjel, leuștean, etc.) sunt cultivate pe suprafețe mult mai mici decât legumele de bază.

[NUME_REDACTAT] se cultivă în present, în camp liber sau în spații protejate, peste 70 de specii și varietăți legumicole, existând o ușoară tendință pentru cultivarea de specii noi cu efect benefic pentru asigurarea sănătății populației.

3.1.1.CULTURA LEGUMELOR

Legumele sau zarzavaturile prezintă o importanță economică deosebită.

Ele sunt produse de origine vegetală cu rol important în alimentația omului datorită însușirilor senzoriale deosebite și a elementelor nutritive valoroase pe care le conțin (glucide, enzime, acizi organici, vitamine, săruri minerale). Din punct de vedere economic, legumele contribuie la realizarea unor venituri bănești importante pentru cultivatori, iar din punct de vedere social, legunmicultura oferă posibilități de folosire a forței de muncă pe tot parcursul anului.

Clasificarea plantelor legumicole

Plantele legumicole se pot clasifica după criteriul botanic, după durata de viață , în funcție de organele care se folosesc în consum, în funcție de tehnologia aplicată, cea mai uzuală în activitatea de producție și economico-financiară.

Tabelul 3.1

Clasificarea plantelor legumicole după agrotehnica aplicată în culturi

Înmulțirea legumelor

Înmulțirea este funcția biologică a tuturor organsimelor vii prin care se sporește numărul de indivizi. Cunoașteres biologiei acestui fenomen, deosebit de complex, este de mare importanță atât în lșucrările de ameliorare, pentru îmbunătățirea soiurilor aflate în cultură și creearea de forme noi, cu însușiri superioare, cât și în procesul tehnologic de producere a semințelor și materialului săditor.

Legumele se pot înmulți pe două căi: sexuat, adică prin semințe și asexuat, adică pe cale vegetativă.

Înmulțirea pe cale sexuată se realizează prin organe specializate, având ca principale momente polenizarea și fecundarea. Prin contopirea celor doi gameți de sex opus rezultă zigotul, care reprezintă o nouă plantă, în stadiu embrionar (sămânța). La plantele autogame fecundarea se face cu polen propriu, iar la cele alogame cu polen străin. Alogamia este caracteristică pentru cele mai multe specii și soiuri. Sămânța rezultată reprezintă un nou organism și include în ea toate componentele plantei legumicole: rădăciniță, tulpiniță și elemente nutritive. Introdusă în pământ, sub influența apei și temperaturii, din sămânță se formează o nouă plantă cu sistem radicular, tulpină și frunze, care apoi fructifică după un anumit timp.

Înmulțirea vegetativă se asigură prin intermediul unor organe sau porțiuni de organe nespecializate pentru această funcție, mugur, frunză, ramură, rădăcini etc., care puse în condiții favorabile dau naștere unor plante întregi.La plantele legumicole se cunosc metode de înmulțire vegetativă prin bulbi sau bulbili( la ceapă și usturoi), tuberculi (la cartofi), rizomi la hrean, despărțirea tufei la tarhon.

3.1.2 Sisteme și metode de cultură

Plantele legumicole prin specificul biologiei și tehnologiei se cultivă în diferite sisteme și metode de cultură, ceea ce asigură aprovizionarea cu produse în tot timpul anului. Sistemele si metodele de cultură sunt cuprinse în tehnologii unitare pe specii sau grupe de specii, pe această cale realizându-se eșalonarea producției și industriei prelucrătoare în tot timpul anului.

3.1.3 Sistemul de cultură în teren descoperit se practică la toate speciile de legume, în perioada martie-octombrie, cu recoltarea produselor în perioada aprilie-noiembrie. În funcție de durata perioadei de vegetație, epoca de semănat sau plantat, începutul și sfârșitul recoltării, condițiile climatice, se deosebesc următoarele metode de cultură:

timpurie sau de primăvară-vară, în perioada martie-iulie la rădăcinoase, bulboase, verdețuri, vătzoase, solano fructoase, păstăioase;

semitimpurie sau de vară, în perioada mai-august la solanacee, varză;

târzie sau de toamnă, în perioada iunie-octombrie, la varză, tomate, vinete, fasole, verdețuri.

3.1.4. Sistemul de cultură protejată se practică la unele specii de legume în perioada martie-iunie și septembrie-octombrie, folosind materiale de protejare, tipuri de construcții și posibilități de încălzire.Protejarea permite crearea de microclimat favorabil în scopul grăbirii înfloritului și fructificării, deci a protejării recoltei, mai ales în condiții de temperatură scăzută în exterior.In cadrul acestui sistem se practică următoarele metode:

protejarea terenului (mulcirea) sau acoperirea lui cu material plastic cu scopul asigurării unui regim de temperatură și umiditate favorabil grăbirii formării organului comestibil (castravete, dovlecel, salata, ardei gras, sparanghel);

protejarea plantelor cu perdele (culise) din plante agricole în vegetație (porumb, secară etc), din deșeuri agroforestriere (tulpini de floarea soarelui, coarde de viță,ramuri etc) sau din panouri de material plastic la pepene și solano fructoase;

protejarea plantelor cu adăposturi joase confecționate din material plastic la culturile de castraveti, verdețuri, varză, solano-fructoase;

protejarea plantelor cu adăposturi înalte ( sere sau solarii confecționate din lemn, metal acoperite cu material plastic) la aceleași culturi de mai sus.

3.1.5. Sistemul de cultură forțată se practică în construcții speciale (sere) din metal, sticlă, cu încălzire în tot timpul sezonului rece pentru culturi de legume solano fructoase, castravete, fasole, verdețuri.Metodele de cultură diferă în funcție de tipul serei:

sere tip bloc industrial din sticlă încălzite tehnic;

sere individuale, din plastic, încălzite tehnic;

sere bloc și individuale încălzite de la soare.

3.1.6. Lucrări cu caracter special

În această categorie se includ lucrări care au un caracter limitat, fiind specifice numai pentru anumite culturi. Ele au drept scop susținerea plantelor, pătrunderea radiației solare la formațiunile de fructificare, conducerea, dirijarea plantelor în vederea unei bune înfloriri și fructificări pe tulpina principală și ramificațiile laterale. Aceste lucrări sunt:

susținerea plantelor în poziție verticală cu ajutorul aracilor sau spalierului;

palisatul ( conducerea plantei pe spalier),

arăcitul (tutoratul) ,conducerea plantei pe arac,

operațiile în verde :

– copilitul = înlăturarea lăstarilor de la subțioara frunzelor .Se aplică la tomate cu scopul de a grăbi coacerea și a dirija planta la un anumit număr de inflorescențe;

– cârnitul = înlăturarea vârfului tulpinii principale cu scopul grăbirii coacerii fructelor. Se aplică la tomate, ardei, vinetedupă ce plantele au format un anumit număr de inflorescențe;

– ciupitul = constă în înlăturarea vârfului vegetativ al tulpinii principale și a lăstarilor când plantele au format 4-5 frunze cu scopul de a grăbi dezvoltarea ramificațiilor superioare pe care se formează cele mai multe fructe.Se aplică la castravețiși pepeni;

răritul plantelor se aplică anumitor culturi de legume semănate direct în câmp (morcov, pătrunjel, salată, ceapă) cu scopul asigurării unei desnsități optime;

copcitul se aplică la țelină și hrean și constă în înlăturarea rădăcinilor laterale;

înălbirea (etiolarea) se aplică la sparanghel și țelină prin legarea frunzelor și mușuroire cu pământ ;

defolierea constă în înlăturarea frunzelor îmbătrânite și bolnave de la baza tulpinii la culturile de tomate, vinete, castraveti din seră;

protejarea împotriva înghețurilor și brumelor se aplică frecvent primăvara și uneori toamna la culturile sensibile la frig. Se folosec în acest scop se folosesc perdelele de fum sau irigarea de protecție prin aspersiune;

controlul și dirijarea microclimatului din sere prin înregistrarea evoluției factorilor de mediu (temperatură, umiditate, radiație solară etc);

mulcirea constă în acoperirea temporară a solului cu diferite materiale (carton, hârtie, talaș, paie, frunze, gunoi bine descompus, folie de polietilenă, policlorură de vinil transparentă, fumurie sau neagră, polistiren expandat) pentru îmbunătățirea condițiilor de microclimat din sol și a însușirilor fizico-chimice ale solului. Se pretează la aplicarea mulcitului pepenii, castraveții, dovleceii, ardeii, salata, sparanghelul ș.a.

3.2.1 Cultura legumelor producătoare de frunze ( verdețuri )

Legumele verdețuri reprezintă o grupă de plante legumicole cu calități nutritive deosebite ce se cultivă în diferite sisteme și metode de cultură, în câmp desoperit și protejat. Ele dau rezultate eficiente în culturi succesive și asociate.

Se cultivă și se consumă în tot timpul anului contribuind la doversificarea sortimentului de legume.

Speciile cele mai cultivate sunt salata și spanacul.

S a l a t a se cultivă în câmp descoperit, în adăposturi joase , în sere din sticlă, ceea ce asigură eșalonarea producției pe tot parcusul anului.

Semănatul se eșalonează astfel:

pentru culturi de primăvară între 1-30 martie;

pentru vâculturi de vară-toamnă între 1 aprilie -30 august,

pentru culturile de toamnă-iarnă între 15 septembrie -15 octombrie , la distanța de 20 cm între rânduri folosind 2-3 kg sămânță la hectar.

Plantarea se face cu răsad produs în răsadnițe sau sere înmulțitor, la sfârșitul lunii martie, la distanța de 20 cm între rânduri și 15-20 cm între plante pe rând. Răsadul necesar pentru plantarea unui hectar cu salată se produce folosind 2-3 gr. de sămânță/ m2.

Lucrări de întreținere:

udarea de prindere a răsadului sau de răsărire,

completarea golurilor,

răritul la 15-20 cm pe rând la culturile semănate,

1-2 prașile mecanice si manuale,

2-3 irigări,

1-2 tratamente fitosanitare pentru combaterea manei,

acoperirea culturilor ce iernează în câmp cu un strat de frunze sau pleavă.

Producția: 8- 10-15 tone /ha.

Salata (Lactuca sativa) este o plantă legumicolă anuală sau bienală, din familia Asteraceelor. Este cultivată îndeosebi ca legumă pentru salate, folosită în stare crudă. Este foarte apreciată și consumată tot timpul anului, fiind crescută în sere, în special în cele hidroponice (pe apă).

[NUME_REDACTAT] cuprinde circa 100 specii (anuale, bienale sau perene), răspândite în stare sălbatică, în special, în zonele temperate ale Europei și Asiei, în cea mai mare majoritate necomestibile datorită toxinelor conținute în seva plantei (Ciofu R. și colab., 2004) .

Denumirea științifică „Lactuca” derivă de la rădăcina cuvântului latin „lac” care înseamnă „lapte” denumire dată datorită faptului că planta conține o sevă asemănătoare laptelui. Hipocrate a menționat în lucrările sale proprietățile medicinale deosebite ale acestei seve (Drăghici E., 2006)

Salata este cultivată în toate sistemele de cultură, în cultură pură sau asociată. Tehnologia de cultivare este simplă și poate aduce venituri mari mai ales dacă este cultivată în extrasezon (Popescu V., Atanasiu N., 2001, Indrea, D., Apahidean S., 1995, [NUME_REDACTAT], 2003, [NUME_REDACTAT]. 2006, Lagunovschi V., 2007).

În prezent, în lume și în țara noastră sunt cultivate soiuri ce aparțin următoarelor convarietăți și varietăți de Lactuca sativa L.:

1.convar. incocta Helm: var. capitata L – salata de căpățână; var. crispa L. (var. secalinna Alef.) – salata de frunze; var. aurescens Alef – salata aurie;

2. convar. sativa var. longifolia Lam. (var. romana Garsault) – marula – formează căpățâni mult alungite ([NUME_REDACTAT] Tapia, José [NUME_REDACTAT], 2009)

Scurt istoric al apariției speciei

Salata de căpățână cultivată provine din specia sălbatică Lactuca scariola L. (sin. Lactuca serriola L. – salata cu țepi, salata salbatică, salata chinezească, ce crește spontan în partea centrală a Rusiei, Europa centrală și de sud, Asia de sud-vest, [NUME_REDACTAT], insulele Canare și Madera (Aizpuru și colab., 1993 și 1999, Bolòs și colab., 1993, Carretero, 2004, Villarías, 2000). Specia sălbatică era utilizată atât pentru consumul frunzelor cât și al semințelor din care se extrăgea ulei.

Particularitățile botanice și biologice

Rădăcina este pivotantă și pătrunde în sol până la adâncimea de aproximativ 40-50 cm iar ramificațiile laterale se întind pe o rază de 10-15 cm. Fiecare soi are o anumită particularitate de dezvoltare a rădăcinilor. Frunzele de salată au formă, mărime și culoare caracteristică soiului, putând fi scurt-pețiolate, cu suprafața gofrată, marginile netede sau dințate. Masa edibilă a căpățânilor de salată este caracteristică soiului fiind cuprinsă între 150-250 g la soiurile de salata de căpățână, 120-300 g la cele de frunze, 250-350 g la cele de tip Iceberg și 300-450 g la marulă. Tulpina florală se formează după circa 45-65 zile de la semănat și poate atinge înălțimea de 1-1,2 m. Fructul de salată este denumit impropriu „sămânță”. Este o achenă mică, de culoare alb-argintie, neagră sau cafenie, în vârf prevăzută cu un papus. Masa a 1000 semințe este de circa 0,8 – 1,2 g, masa hectolitrică este de 440-480 g, iar într-un gram intră circa 900-1000 semințe. Facultatea germinativă a semințelor (fructelor) de salată este de 65-82 % și durează circa 4-5 ani. Salata este o plantă autogamă dar există posibilitatea ca la un procent de 2-6% din plante (în funcție de soi) polenizarea să se facă încrucișat (Drăghici E, 2009).

Toate varietățile de salată sunt puțin pretențioase față de temperatură (tabelul 1.3.). Atât geminația cât și creșterea și dezvoltarea plantelor pot avea loc la valori ale temperaturii destul de coborâte.

În condiții de temperatură ridicată și insuficiență a luminii frunzele se etiolează, nu se formează căpățâni sau acestea sunt prea afânate. R.H.M. Maaswinkel (1999) a obținut la soiurile de salată Cristallo și Aubade cultivate în seră, în condiții controlate, noaptea timp de 11 ore la temperatura de 6C respectiv de 18C, iar ziua 20C, mase medii a căpățânilor de salată de 297 – 400 g în cazul cultivării soiurilor în condiții de temperatură mai ridicată noaptea (18C) și 257-384 g în condițiile de temperatură scăzută noaptea (6C).

Tabelul 3.2.1

Temperaturile de minime și optime de germinație, creștere, dezvoltare și păstrare a plantelor de salată (Drăghici, 2009)

La unele soiuri de salată factorii externi, lumina și temperatura, pot influența calitatea frunzelor sau a căpățânilor. De exemplu la soiurile salată Piroga (var. crispa) și [NUME_REDACTAT] (var. romana) cultivate în condiții de zi scurtă cu nebulozitate accentuată și temperatură scăzută (2-4C) frunzele apar gofrate, grosiere, crocante, pătate, lipsite de aspect comercial. La aceste soiuri frăgezimea frunzei poate reveni doar atunci când temperatura crește peste 7 C, iar condițiile de luminozitate se îmbunătățesc (Drăghici E, 2009).

3.2.2 Cultura legumelor solano-fructoase

.

Din această grupă fac parte tomatele, ardeii și pătlăgelele vinete de la care se consumă fructele în stare proaspătă sau conservată în tot timpul anului.

Se cultivă în toate zonele țării în câmp descoperit ( în perioada caldă a anului ) , în adăposturi din plastic (primăvara timpuriu) și în sere din sticlă (iarna).

T o m a t e l e se cultivă în diferite sisteme și metode de cultură cu rezultate foarte bune.

Cultura în teren descoperit cuprinde: cultura timpurie, cultura de vară și cultura de toamnă pentru consum proaspăt și pentru industrializare.

Răsadul se produce în sere înmulțitor sau răsadnițe prin semănat în perioada 25 februarie -5 martie, folosind 300 g.sămânțî pentru producerea răsadului necesar unui hectar.Răsadul se repică în cuburi sau ghivece nutritive.

Pentru cultura timpurie, plantarea se efectuează între 20-30 aprilie, mecanizat sau manual, la distanța de 70 cm între rânduri și 22-25 cm întreplante pe rând , realizând o desime de 57- 65.000 plante/ha.

Pentru cultura de vară – toamnă, plantarea răsadului se face eșalonat de la începutul lunii mai până la începutul lunii iunie, la distanța de 70 cm între rânduri și 30-35 cm între plante pe rând realizând 42-57.000 plante /ha în funcție de soi.

Lucrări de îngrijire:

completarea golurilor,

instalarea șpalierului de sârmă,

3-4 prașile mecanice și 1-2 prașile manuale pe rând,

2-3 fertilizări,

4-6 udări,

tratamente fitosanitare,

dirijarea creșterii și fructificării prin copilit și cârnit

Recoltarea se face numai manual, eșalonat, la coacerea de consum.

Producția : 25-30 t/ha la cultura timpurie și 40-50 t/ha la cultura vară-toamnă.

Cultura tomatelor prin semănat direct în câmp.

Metoda aceasta de cultură se practică în vedereaindutrializării producției. Prin folosirea unor soiuri speciale, cu port strâns și coacere simultană a fructelor, lucrările se pot efectua integral mecanizat (inclusiv recoltarea) ceea ce reduce substanțial costul producției.

Semănatul se face eșalonat în 2-3 etape la interval de cca. 20 zile, între 20 aprilie și 20 mai. Se seamănă în benzi de câte 2 rânduri pe brazdă la distanța de 40 cm între ele cu SPC-6, folosindu-se 1,3-1,5 kg. sămânță la ha.

Lucrări de îngrijire:

răritul plantelor la distanța de 12-25 cm, atunci când plantele au 2-3 frunze;

3-4 prașile mecanice;

1-2 irigări;

1-2 fertilizări suplimentare;

combaterea bolilor și dăunătorilor.

Recoltarea se face mecanizat, când 75-80% din fructe s-au copt.

Producția: 30-50 t/ha.

Cultura tomatelor în solarii

Se practică pentru obținerea producțiilor extratimpurii și se realizează în două cicluri de producție: ciclul scurt, în perioada martie-iulie și ciclul prelungit din martie până în septembrie.

Răsadul se produce în sere înmulțitor iar plantarea se face în a doua jumătate a lunii martie, manual sau mecanizat la 70 cm între rânduri și 30-35 cm între plante pe rând.

Lucrări de îngrijire:

completarea golurilor,

combaterea crustei și afînarea solului,

susținerea plantelor pe șpalier,

4-6 fertilizări suplimentare,

8-10 udări,

aerisirea zilnică,

copilitul radical,

cârnitul la 4-5 inflorescențe pentru ciclul scurt,

stimularea polenizării.

Recoltarea începe la sfârșitul lunii mai în zonele sudice și începutul lunii iunie în celelalte zone. Se execută manual, eșalonat.

Producțiile care se obțin : 35-45 t/ha în ciclu scurt și 60-70 t/ha în ciclu prelungit.

Cultura tomatelor în sere

În sere de sticlă cultura tomatelor se face în două cicluri de producție:

ciclul I – iarnă – vară,

ciclul II – vară – iarnă.

Răsadul se produce în sere înmulțitor în cadrul unor ferme specializate.

Plantarea are loc în perioada 20 decembrie – 5 ianuarie sau în varianta cu termen de plantare decalat pe 20 februarie în funcție de regimul termic pentru ciclul I și în intervalul 20-30 iulie pentru ciclul II. Plantarea se face la distanța de 80/40 cm.

Lucrări de îngrijire sunt cele generale la care se adaugă lucrările de dirijare a creșterii și fructificării:

palisatul plantelor,

copilitul , săptămânal,

cârnitul se execută deasupra a 5-7 inflorescențe la cultura de vară-iarnă sau la 8-10 inflorescențe la cultura de iarnă-vară,

defolierea sau îndepărtarea frunzelor îmbătrânite de la bază se face treptat,

stimularea legării fructelor prin tratarea inflorescențelor cu substanțe stimulatoare.

Recoltarea începe în a doua jumătate a lunii martie sau aprilie și se termină în ultima decadă a lunii iunie la ciclul de iarnă-vară. Pentru al doilea ciclu, recoltarea începe la sfârșitul lunii septembrie și durează până în decembrie.

Producția este de 80-100 t/ha în ciclul I și 50-70 t/ha în ciclul II de producție. '

Roșia (pătlăgica roșie-popular sau mult mai rar tomata), numită științific Solanum lycopersicum, este o plantă din familia Solanaceae, apropiată pe linie genetică de următoarele plante, de asemenea originare din "[NUME_REDACTAT]", tutun, ardei, cartof,vânătă și physalis alkekengi. Roșia este o plantă nativă a sudului Americii de Nord și nordului Americii de Sud, având un areal natural de extindere din centrul Mexiculuipînă în Peru.

Este o plantă perenă, crescută adesea în climate temperate ca o plantă anuală, atingând frecevent între 1 și 3 m înălțime, cu un trunchi mai mult ierbos, care crește de cele mai multe ori, ca orice altă plantă cățărătoare, pe tulpinile altor plante, pe bețe sau garduri.

De la tomate se consumă fructele la maturitatea fiziologică, dar și cele care nu ajung în această fază (gogonelele) pentru prepararea murăturilor (RUBATZKY, 1997). Importanța alimentară deosebită a tomatelor este dată de faptul că acestea se consumă într-o gamă variată: în stare proaspătă, ca salată simplă sau in amestec cu alte legume, sosuri, ghiveci, roșii umplute etc., prelucrate industrial sub formă de pastă, bulion, conserve, sucuri obișnuite sau picante etc.

În afară de cererea mare pentru consumul curent al populației tomatele sunt cerute mult în industria conservelor de legume, de carne și pește, fiind de asemenea un produs important de export. Sunt cerute la export mai ales tomatele de seră, cele timpurii precum și produsele industrializate (MĂNIUȚIU, 2006).

[NUME_REDACTAT] Mondiale pentru Agricultură și Alimentație (F.A.O) recomandă consumul de legume în cantități variabile în funcție de vârsta consumatorilor. Astfel pentru persoanele până la 12 ani, cantitățile medii se cifrează la 100g/zi, iar pentru cele cu vârstă mai mare de 12 ani, 350g/zi, ceea ce reprezintă, în medie un consum anual de 120 kg de legume (MIHALACHE, 2003).

Concepțiile actuale despre alimentația rațională, acordă consumului de tomate o poziție prioritară, în primul rând pentru că acestea asigură organismului uman o gamă largă de vitamine, săruri minerale și apă vitală, atât de necesare pentru activitatea fiziologică normală a organismului uman (BUTNARIU și colab. 1992).

Este cultivată la aproape toate latitudinile, ocupând o suprafață de aproximativ 3 milioane de hectare, adică o treime din terenul consacrat legumelor.

Termenul denumește, de asemenea, fructul cărnos al plantei, care este una dintre legumele cele mai importante din alimentația umană, consumată în stare proaspătă sau preparată. Ocupă locul doi, după cartof, între legumele utilizate în bucătărie.[ Frunzele plantei sunt lungi de 10–25 cm, de formă penat-compusă, având 5–9 frunzulițe, fiecare dintre acestea având până la 8 cm lungime, cu margini serate. Atât trunchiul cât și crenguțele, respectiv frunzele sunt acoperite cu excrescențe asemănătoare părului animalelor. Florile sunt mici, de circa 1–2 cm, galbene, având corola formată din cinci sepale și cinci petale, fiind grupate îninflorescențe de 3 până la 12 flori. Rosia are un pH acid de 5,5.

Cuvântul tomată, respectiv toate variantele sale din spaniolă, engleză și alte limbi, este un cuvânt derivat din limba populațiilor mezo-americane Nahua, tomati. Numele științific al plantei, care provine din latină, lycopersicum, semnifică "piersică-lup", conform lyco – lup și persicum – piersic(ă).

Conform recomandărilor medicilor, pentru o alimentație rațională, necesarul zilnic de hrană a unui adult este de 714 g alimente de natură animală și 1225 g alimente de natură vegetală din care aproximativ 300-400 g sunt reprezentate de legume (MIHALACHE, 1999). Pe lângă principiile nutritive prezentate, tomatele conțin un compus „miraculos” pentru medicină, licopenul. Numeroase studii medicale arată acțiunea directă a acestui pigment asupra radicalilor liberi din organismul uman. Radicalii liberi sunt considerați molecule oxidative deosebi de puternice care atacă membranele celulare ale celulelor din diferite țesuturi ale organismului uman, atacă și ADN uman inducând procese de replicare defectuoase ce duc la îmbătrânirea rapidă a organismului (MAYEAUX and all, 2006). Licopenul nu este sintetizat de organismul uman, singura cale de a obține acest pigment, este consumul de fructe sau legume ce conțin pigmentul în cauză. Noi cercetări în domeniu arată că gradul de metabolizare în organismul uman al acestui pigment este mai mare la produsele procesate (sosuri, bulion, paste) decât la cele consumate în stare proaspătă. Acest lucru este posibil deoarece căldura folosită în timpul procesării tomatelor distruge zidul de celule, permițând ca licopenul să fie mai bine absorbit în tubul digestiv. Este important de știut că licopenul este solubil în grăsimi, acesta este mai bine absorbit atunci când este consumat împreună cu grăsimi(MARTINEZ VALVERDE – ISABEL and all., 2002).

Pe plan mondial din întreaga cantitate de tomate produsă anual 80% este comercializată sub diferite forme de procesare și doar 20% este consumată în stare proaspătă (HARVARD MEDICAL SCHOOL – PRESS RELEASE).

Foarte multe țări și organizații din [NUME_REDACTAT] apreciază consumul de legume/cap de locuitor/an ca fiind un indice riguros de încadrare a unor țări în sfera celor dezvoltate sau în curs de dezvoltare socială și economică.

3.2.3 Cultura legumelor bostănoase.

Din această grupă fac parte castravetele, dovlecelul, pepenele galben și pepenele verde.

C a s t r a v e t e l e

Se cultivă în cîmp descoperit (în cultură timpurie, de vară și de toamnă), în cultură protejată și în cultură forțată, în vederea eșalonării producției de fructe pe o perioadă cât mai îndelungată a anului.

În cîmp descoperit, pentru cultura timpurie se produce răsad care se plantează în prima decadă a lunii mai (60/ 12-20 cm), plantele fiind dirijate pe spalierînalt.

Pentru cultura de vară se procedează la semănat în perioada aprilie-mai, la distanța de 70 cm între rânduri, folosind 5-6 kg de sămânță/ha. Pentru cultura de toamnă semănatul se face în decada a II și a III-a a lunii iunie.

Lucrări de îngrijire:

răritul plantelor

3-4 prașile mecanice și 1-2 prașile manuale

5-6- irigări,

tratamente fitosanitare

ciupitul, în vederea stimulării fructificării.

Recoltarea se face manual, eșalonat pe măsură ce fructele ajung la maturitatea de consum.

Producția obținută : 15-20 t/ha în funcție de mărimea fructelor recoltate.

Cultura protejată se practică în sere de plastic (solarii ) și adăposturi joase.

Răsadul produs în sere înmulțitor ( 800 gr. Sămânță necesară pentru obținerea răsadului necesar plantării uni hectar) se plantează în a doua decadă a lunii aprilie asigurând o densitate de 20.000 plante/ha. Plantele sunt palisate vertical, pe sfori , lucrările de îngrijire fiind cele generale.Recoltarea începe la sfârșitul lunii mai, producția fiind de 8-10 t/ha.

Cultura forțată se realizează în sere de sticlă, prin intermediul răsadului.Cultura se poate realiza pe sol, direct, sau pe baloți de paie.Plantarea se face în februarie, manual , realizând 12.500- 14.000 plante /ha.Lucrările de îngrijire aplicate în cursul perioadei de vegetație sunt numeroase și complex:

completarea golurilor, montarea sistemului de susținere

palisarea plantelor pe sfori

tăieri pentru conducerea vegetației și fructificării,

defolierea plantelor la bază,

dirijarea microclimatului,

ferlizări faziale masive,

irigarea la interval de 1-2 zile,

mulcirea cu materiale organice,

tratamente fitosanitare.

Recoltarea se face eșalonat din martie-aprilie până la sfârșitul lunii iunie.Fructele recoltate manual sunt sortate mecanizat după greutate și ambalate în lădițe sau cutii de carton.

Producția: 120-200 t /ha.

Castravetele(Cucumis sativus) sau cum i se mai spune in Moldova "pepenele" este o plantă legumicolă din familia Cucurbitaceae care include dovlecelul, dovleacul, pepenele galben și cel verde etc., și este cultivat pe scară largă. Provine din India și este cultivat în regiuni tropicale și temperate. Se cultivă în numeroase varietăți, datorită diversității fructelor.

Planta de castravete este o viță târâtoare de 1,5 – 2 m lungime, care crește agățându-se pe spaliere sau alte structuri de susținere cu ajutorul cârceilor. Planta are frunze mari care acoperă fructul. Acesta este cilindric, alungit, cu margini rotunjite, și poate crește până la 60 cm, cu un diametru de 10 cm. De obicei crește de cam de 10 cm lungime. Castraveții pot fi mâncați în stare crudă sau murați (murături).

Înflorire și polenizare

Cîteva varietăți de castravete sunt partenocarpice, rezultând fructe fără semințe, pentru aceste varietăți polenizarea reducându-le potențialul calitativ. De obicei aceste varietăți sunt crescute în sere, unde polenizarea prin insecte este eliminată. [NUME_REDACTAT] sunt preferate soiurile de castravete care pot produce semințe și care necesită polenizare. Polenizarea acestor varietăți este făcută de albine, bondari și diverse alte soiuri de insecte, apicultorii preferând să-și aducă stupii în preajma terenurilor însămânțate cu legume.

În cazul în care polenizarea nu a avut succes, fructul rezultat se poate îngălbeni, cădea, sau poate crește strâmb. Fructele parțial polenizate pot fi verzi la capătul de lângă pețiol dar galbene și prost formate lângă locul unde a fost floarea.

Importanța alimentară

Consumat ca aliment, castravetele cu coajă, în stare crudă, are un aport de 20kcal la 100 grame, din care carbohidrați aproximativ 3,63g, grăsimi (0,11g), proteine (0,65g), vitamina B1 (0,027 mg), vitamina B2 (0,033 mg), vitamina B3 (0,098g,) urme de vitamina B6 și B9, vitamina C (2,8mg), fier, magneziu, fosfor,potasiu, zinc.

Castravetele este cules când are culoarea verde, și poate fi consumat crud sau murat. De asemenea, varietățile fără semințe sunt folosite în industria decorațiunilor alimentare. Pentru murat se folosesc îndeosebi castraveții a căror formă nu este așa de plăcută ochiului, cei cu formă neregulată, prea groși sau strâmbi, sau cu coaja grunzuroasă. Pentru murare se folosește de obicei saramura sau oțetul, în combinație cu diverse plante aromatice. Procedeul de murare reduce conținutul de vitamine din legume, dar le păstrează în niște valori crescute față de alte procedee de conservare (de exemplu, fierberea). În plus, le conservă pentru mai mult timp. Gustul deosebit și multiplele întrebuințări pe care le are în gastronomie, alături de eliminarea prin murare a unei componente cam indigeste a castravetelui crud, fac din castravetele murat o piesă de rezistență a alimentației umane, în special alături de produse din carne, în sezonul rece.

Foarte multe țări și organizații din [NUME_REDACTAT] apreciază consumul de legume/cap de locuitor/an ca fiind un indice riguros de încadrare a unor țări în sfera celor dezvoltate sau în curs de dezvoltare socială și economică.

Capitolul II

2. STUDIUL PRIVIND INFLUENȚA ILUMINARII CU LED-URI ASUPRA CREȘTERII PLANTELOR DE LACTUCA SATIVA L.

2.1 Justificarea temei

În condițiile actuale ale desfășurării vieții, ale creșterii densității populației, ale creșterii efectului de seră, micșorării uscatului și necesității creșterii resurselor vegetale și animale care să acopere deficitul de hrană al populației, se impune descoperirea de biotehnologii noi pentru sporirea producției agricole vegetale utilizând resurse financiare minime.

În prezenta lucrare mi-am propus a studia efectele radiațiilor asupra unor specii de plante de salata în diferite stadii de dezvoltare având ca obiectiv principal: creșterea calitativa și cantitativă a producției vegetale, în general, și a acestei specii de plante legumicole în special. Radiațiile electromagnetice utilizate vor fi produse prin tehnologia economică inovatoare LED.

Studiul prezintă un interes deosebit deoarece pentru culturile legumicole din seră, mai ales pe timpul iernii, se impune suplimentarea luminii pentru a obține producții si productivități crescute. Totodată pentru obținerea răsadurilor este foarte importantă atât cantitatea, cât și calitatea luminii. Este cunoscut faptul că în prezent pentru suplimentarea luminii se folosesc becuri incandescente speciale, care deși au un efect favorabil asupra creșterii plantelor, au un consum ridicat de energie electrică, ceea ce duce la creșterea cuantumului de cost per răsad sau per produs finit.

Lucrarea prezintă de asemenea un interes deosebit și din punct de vedere al conservării biodiversității mediului, prin funcția agronomică (pe lângă funcțiile patrimonială și ecologică) care descrie rezistența plantelor cultivate la factorii biotici și abiotici.

2.2. Obiectivele cercetării.

Principalele obiective ale acestui studiu au fost:

Posibilitatea utilizării luminii cu LED-uri pentru producerea răsadului de salată;

Influența iluminării cu LED-uri asupra creșterii și dezvoltării răsadului de salată;

Influența calității răsadului asupra recoltei de salată.

2.3. Material și metodă

Materialul biologic

Material folosit a fost reprezentat de specia Lactuca sativa, fam Compositae (Asteraceae).

Soiurile folosite: [NUME_REDACTAT] și Murai RZ.

LOLLO  BIONDA – Salată de frunze (Lactuca sativa var. crispa)  

Soi timpuriu cu frunză creață,

Greutate căpățână: 250 – 350g.

Culoare căpățână: verde deschis.

Prezintă rezistență la frig (temperatură scazută).

Destinate culturilor din spatii protejate si din câmp tot timpul anului.

Perioadă scurta de vegetatie (50 de zile).

MURAI RZ – Salată tip frunză de stejar.

Soiul prezintă o bună toleranță la mana salatei (Bremia 1-26), toleranță de asemenea foarte bună la bolile rădăcinilor și la Virusul mozaicat al salatei (LMV), se pretează la cultivarea în sezonul primăvară – vară – toamnă și nu emite tijă florală. Frunzele sunt decorative au culoarea roșu închis, au aspectul frunzelor de stejar și gust plăcut. Densitatea recomandată la plantare este de 140.000-160.000 plante/ha. Destinată culturilor din spatii protejate si câmp de primavară – vară – toamnă. Perioada de maturitate este de 45-50 de zile.

Substratul folosit pentru germinarea semințelor și creșterea răsadului de salată

Pentru germinarea semințelor am folosit ca substrat perlitul de 2 mm diametru.

Caracterizarea perlitului utilizat ca substrat

– Aspect – granular cu structura poroasă, lipsit de impurități

– Culoare – alb gri

– Densitate: 70 -130 Kg/m3

– Absorbtia de apa: 100 – 300 %

– Granulozitate: 2 mm

Compoziția chimică

-75 % dioxid de siliciu (SiO2);

-12 % oxid de aluminium (Al2O3);

– 4 % oxid de sodiu ( Na2O);

– 5 % oxid de potasiu (K2O);

– 2 % oxid de fier (Fe2O3);

– 0,7 % oxid de magneziu (MgO);

– 1,3% oxid de calciu (CaO).

Porozitate totală 85,9%,

Densitate aparentă 143 g./cm3.

Lucrările de îngrijire aplicate răsadurilor de salată în camera climatică au constat în udări și fertilizări în funcție de cerințe.

Am folosit ca fertilizant produsul Bionat în concentrație de 0,5%.

Condițiile generale în care s-au efectuat cercetările

Experimentul a fost efectuat în cadrul [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], facultatea de [NUME_REDACTAT], în perioada 2013-2014. Studiul a fost efectuat în condiții controlate de mediu, asigurând o temperatură de 22oC ziua și 20oC noapte, o umiditate atmosferică constantă de 65%. Durata de iluminare a fost de 16 ore/zi lumină și 8 ore întuneric.

Tabelul 2.3.1

Descriere variante experimentale

Tabelul 2.3.2

Procentul culorilor emise de LED-uri în variantele experimentale

Studiul a fost efectuat în condiții controlate de mediu, asigurând o temperatură de 22oC ziua și 20oC noaptea, umiditate atmosferică constantă de 65%.

Durata de iluminare a fost de 16 ore/zi lumină și 8 ore întuneric.

Experiențele au fost efectuate în camera climatică. (Fig.2.1)

Figura 2.1 [NUME_REDACTAT]

Am folosit ca fertilizant produsul Bionat în concentrație de 0,5%. Fertilizarea a fost efectuată la un interval de 2 zile pentru a asigura suportul nutritiv al substratului de perlit.

Metoda folosită

Germinarea semințelor a fost studiată având ca bază normele AOSA (2012) ([NUME_REDACTAT] of [NUME_REDACTAT] Analysts).

În prima variantă experimentală paletele alveolare au oferit spațiu pentru creșterea

În a doua variantă experimentală s-au folosit câte 50 semințe de salată din soiurile de salată [NUME_REDACTAT] și Murai RZ, în câte 3 repetiții. În total au fost puse la germinat câte 150 semințe din fiecare variantă.

S-au efectuat determinări privind germinația semințelor-răsărirea plantulelor, creșterea plantelor de salată în înălțime și dezvoltarea lor, la camera de vegetație la un interval de 3 zile.

Pentru determinarea pigmenților clorofilieni s-a utilizat metoda spectrofotometrică Arnon, care se bazează pe extracția pigmenților într-un solvent organic (acetonă 80%) și măsurarea absorbanței extractului prin citirea extincției probei la un spectrofotometru, la trei lungimi de undă: 470 nm, 646 nm, 663 nm. Datele obținute se utilizează pentru calculul cantității de pigmenți pe baza unor formule de calcul redate de Lichtenthaler si Welburn(1983).

Pentru determinarea numărului de stomate s-a utilizat stereomicroscopul.

Metoda constă în îndepărtarea epidermei cu ajutorul bisturiului sau lamei; cu acul spatulat se ia un mic fragment din țesut de pe partea superioară a frunzei și se pune pe lamelă într-o picătură de apă. Se acoperă lamela, se introduce la stereomicroscop și se citește numărul de stomate pe cm2 din imaginea vizibilă în câmpul vizual al ocularelor stereomicroscopului. Se întoarce țesutul analizat pentru a vizualiza și partea inferioară a frunzei.

Lucrările de îngrijire aplicate răsadurilor de salată în camera de vegetație au constat în udări și fertilizări în funcție de cerințe. Cantitatea de apă folosită la udări a fost înregistrată periodic. S-au efectuat determinări privind răsărirea plantulelor, creșterea plantelor de salată în înălțime și dezvoltarea lor, la camera climatică la un interval de 3 zile.

Dinamica formării frunzelor s-a efectuat prin numărarea frunzelor noi formate, la interval de 3 zile; dinamica creșterii frunzelor de salată s-a efectuat prin măsurarea frunzelor marcate, la interval de 3 zile;

Masa răsadurilor a fost efectuată prin cântărirea acestora cu balanța analitică, la finalul experienței. Conținutul în clorofilă, vitamină C, substanță uscată, a fost determinat în cadrul laboratorului de fiziologia plantelor.

Cantitatea de apă folosită pe întreg intervalul de producere a răsadului – cantitatea de apă administrată la udări s-a înregistrat cu ajutorul unui cilindru gradat.

Am interpretat statistic unele date folosind metoda [NUME_REDACTAT] conținutului de acid ascorbic (vitamina C) prin metoda HPLC cuplată cu detector DAD

S-au mojarat 5 g de produs vegetal în prezența nisipului de cuarț și a 1-2 ml de acid oxalic 1%, care s-a trecut cantitativ într-un cilindru gradat de 50 ml, până când volumul soluției ajunge la semn. S-a agitat și s-a lăsat 2 ore pentru definitivarea extracției vitaminei C, apoi s-a filtrat prin filtru cutat și prin filtre de celuloză cu porozitate de 0,2 m.

Pentru dozarea conținutului de acid ascorbic s-a utilizat cromatograful în fază lichidă Agilent 1200, prevăzut cu detector DAD.

Pentru dozare s-a utilizat ca fază mobilă o soluție de acetonitril 80 % + 20 % apă bidistilată, cu debitul de 0,4 ml/ minut, s-au injectat 5 ml extract și s-a folosit o coloană cromatografică XDB C18 cu lungimea de 50 mm și detectorul DAD, determinările efectuându-se la lungimea de undă de 254 nm.

Rezultatul concentrației procentuale de acid ascorbic s-a exprimat în mg/100g material vegetal edibil.

Determinarea zaharozei, glucozei si fructozei

S-au mărunțit 50 g de țesut vegetal, s-au fiert aproximativ 1 h in 250 ml apă distilată până când volumul soluției a ajuns la 100 ml. S-a filtrat prin vată într-un balon de 250 ml, s-a adus la semn cu apă bidistilată si s-a omogenizat, obținându-se extractul glucidic.

Din acest extract omogenizat se iau 2 ml, s-a filtrat prin filtre de celuloză cu porozitate de 0,2 m și s-au supus analizei utilizând echipamentul HPLC Agilent 1200, cuplat cu detector de bază de indice de refracție (RID). Pentru dozare s-a utilizat ca fază mobilă apa bidistilată cu pH-ul 2,2, cu debitul de 1,5 ml/ minut, s-a injectat 10 l extract, s-a folosit o coloană cromatografică amino cu lungimea de 25 cm și detectorul cu indice de refracție.

Calculul concentrației de glucide s-a realizat utilizând o curbă etalon pentru pe domeniul de concentrație 0-10 mg/ml, iar rezultatele se exprimă în g/100g material vegetal edibil.

Metodele de prelucrare statistică a rezultatelor obținute au constat în

calcularea mediei aritmetice, a abaterii standard de la medie și a testului statistic t,

pentru grupuri de probe independente, la un nivel de încredere de 95% (Banyai și

Barabas, 2002), cu ajutorul programelor [NUME_REDACTAT] și GraphPad Software.
Metodele de prelucrare statistică a rezultatelor obținute au constat în

calcularea mediei aritmetice, a abaterii standard de la medie și a testului statistic t,

pentru grupuri de probe independente, la un nivel de încredere de 95% (Banyai și

Barabas, 2002), cu ajutorul programelor [NUME_REDACTAT] și GraphPad Software.

2.4. REZULTATE OBȚINUTE

Rezultate privind apariția plantulelor și creșterea plantelor de salată

Pe baza observațiilor efectuate am constatat că procentul de răsărire și implicit de germinare al semințelor de salată a fost cuprins între 97% și 100% la soiul Murai RZ și de 82% respectiv 95 % la soiul [NUME_REDACTAT] RZ (tabelul 2.4.1.).

Tabelul 2.4.1.

Influența luminii asupra răsăririi plantelor în 2013

Fig.2.2 Procentul de răsărire

Observațiile privind dinamica formării frunzelor de salată la soiurile [NUME_REDACTAT] și Murai RZ, în anul 2013, au arătat că în cazul ambelor soiuri s-a format un număr mai mare de frunze în cazul creșterii răsadurilor în condițiile de iluminare cu LED-ul 1 (figurile 2.3, 2.4, 2.5, 2.6).

Analiza influenței luminii LED asupra numărului de frunze

Fig.2.3 Dinamica formării frunzelor de salată la soiul [NUME_REDACTAT] – experiența 1 – anul 2013

Fig.2.4 Dinamica formarii frunzelor de salată la soiul [NUME_REDACTAT]

Figura 2.5 Dinamica formării frunzelor de salată la soiul Murai – experiența 1 – anul 2013

Figura 2.6 Dinamica formării frunzelor de salata la soiul Murai RZ

Tabelul 2.4.2

Conținutul în substanță uscată al plantelor de salată

Imaginile următoare (fig.2.7) evidențiază vigoarea plantelor crescute în cele 2 variante experimentale propuse inițial.

Fig.2.7 a [NUME_REDACTAT] Bionda expuse comparativ

Fig. 2.7 b [NUME_REDACTAT] Murai RZ expuse comparativ

În nov.2013 am constatat că semințele puse la germinat în camera climatică, în condiții de lumină diferite, au germinat și răsărit în procent de 98% la V1 și V2, soiul Murai și în procent mai mic la soiul [NUME_REDACTAT], 74% la V2 și 77% la V1.

Tabelul 2.4.3

Influența luminii asupra răsăririi plantelor de salată Experiența 2 – anul 2014

Din punct de vedere statistic pentru soiul Murai diferențele privind răsărire au fost nesemnificative (tabelul2.4.4 ).

Tabelul 2.4.4

Sinteza rezultatelor privind influența luminii aspra procentului de răsărire

la soiul [NUME_REDACTAT] soiul [NUME_REDACTAT] am remarcat că procentul de semințe germinate, implicit plante răsărite a fost din punct de vedere statistic, distinct semnificativ la V2 și semnificativ la V3 comparativ cu varianta 1 martor.

Tabelul 2.4.5

Sinteza rezultatelor privind influența luminii aspra procentului de răsărire la soiul [NUME_REDACTAT]

În figurile 2.8 și 2.9 sunt imagini ale paletelor alveolare cu plantele cultivate în cele 3 variante experimentale din februarie 2014

15.02.2014

Fig.2.8 Palete alveolare cu plantele cultivate

16.02.2014

Fig. 2.9 Palete alveolare cu plantele cultivate

La soiul [NUME_REDACTAT], după două zile de la semănat, procentul de semințe germinate, respectiv plante răsărite a fost mai mic comparative cu soiul Murai.

Și în cazul acestui soi au existat diferențe de germinație între variantele experimentale. Cel mai mic procent de germinație a fost obținut la V1- iluminare cu lumină de neon, iar cel mai mare procent de semințe germinate a fost înregistrat la V2 – iluminare cu lumină LED 1. În cazul V3 procentul de semințe germinate a fost foarte apropiat de V2.

Putem aprecia că în cazul iluminării în timpul perioadei de germinație lumina emisă de LED-uri a influențat procentul de semințe germinate respectiv procentul de răsărire al plantelor de salată la ambele soiuri utilizate. Putem aprecia că soiul Murai RZ, a reacționat mult mai bine la reacția luminii comparativ cu soiul [NUME_REDACTAT].

Tabelul 2.4.6

Influența luminii asupra răsăririi plantelor de salată

Asa cum reiese din analiza statistică a datelor privind procentul de plante răsărite la 3 zile după semănat putem vedea că în cazul soiului Murai nu au existat diferențe semnificative (tabelul.2.4.5), însă în cazul soiului Lollo bionda s-a semnalat o influență negativ semnificativă a germinației semințelor de salată (tabelul 2.4.7 ).

Tabelul 2.4.7

Sinteza rezultatelor privind influența luminii aspra procentului de răsărire

[NUME_REDACTAT]

Tabelul 2.4.7

Sinteza rezultatelor privind influența luminii aspra procentului de răsărire soiul Lollo bionda

Din datele prezentate în tabelul 2.4 putem observa că procentul de semințe germinate-plante răsărite după două zile de la semănat a fost de 109,2% la V2 și 106,9% la V 3 comparativ cu V1 martor.

În cazul soiului [NUME_REDACTAT], după două zile de la semănat, procentul de semințe germinate a fost cu 23,64% mai mare la V2 și cu 21,82% mai mare la V3 față de V1 martor.

Tabelul 2.4.8

Procentul de răsărire față de varianta martor

Figura 2.10 Imagini cu paletele alveolare și plantele după 5 zile de la germinație

Din figura 2.10 se observă că după 5 zile de la germinarea semințelor în cazul variantelor 1 și 2 a început să se observe apariția primei frunze adevărate (soiul [NUME_REDACTAT]) Se remarcă varianta 1 cu numărul cel mai mare număr de frunze format pe plantă, 5 frunze. La V2 numărul de frunze format pe plantă a fost de 4. Același număr de frunze s-a înregistrat și la varianta 3. Dinamica apariției frunzelor la soiurile [NUME_REDACTAT] și Murai RZ (tabelul 2.4.9)

Tabelul 2.4.9.

Dinamica formării frunzelor de salată la soiul [NUME_REDACTAT]

Fig. 2.11 a) Dinamica formării frunzelor de salată la soiul [NUME_REDACTAT]

Din datele prezentate în tabelul 2.4.9 putem observa că în cazul variantei 2 numărul de frunze formate pe plantă, soiul Murai RZ, a fost de 8 frunze comparativ cu V1 unde s-au format doar 6 frunze. La variantele iluminate cu lumina Led 1 și Led 2 s-au format un număr mai mare de frunze comparativ cu V1 martor.

Tabelul 2.4.10

Dinamica formării frunzelor de salată la soiul Murai RZ

Fig.2.11 b)Dinamica formării frunzelor de salată la soiul Murai RZ

Fig.2.12

La soiul Murai s-au format în medie un număr de 9 frunze pe plantă în condițiile de expunere a plantelor la lumina Led 1 și un număr de 7 frunze la V3. Cel mai mic număr de frunze s-a înregistrat la V1 (fig. 2.13).

Fig.2.13 Numărul total de frunze formate pe plantă la soiul [NUME_REDACTAT] ceea ce privește lungimea medie a frunzelor(figura 2.14) putem observa că cea mai mare lungime a frunzelor a fost înregistrată la V2 expusă la lumina LED1.

În cazul plantelor crescute la lumina de neon frunzele au prezentat o lungime apropiată luminii LED 1, de 10,01 cm.

Cea mai mică lungime a frunzelor s-a remarcat la V3, lumină LED 2.

Fig.2.14 Lungimea medie a frunzelor de salată la soiul [NUME_REDACTAT]

Din figura 2.15 putem vedea că soiul Murai RZ a prezentat o creștere a frunzelor mai mare în cazul variantei 2 (10,15 cm) și cea mai mică creștere în cazul variantei 3 (8,23 cm).

Fig.2.15 Lungimea medie a frunzelor de salată la soiul Murai RZ

Fig.2.16 Aspectul plantelor la data de 14.03.2014

Fig. 2.17 Aspectul plantelor la data de 14.03.2014

a)

b)

Fig. 2.17. Aspectul plantelor la data de 16.03.2014 comparativ a) Neon; b) LED2; c) comparație între cele trei variante (frunza de salată)

c)

Tabelul 2.4.11

Masa răsadurilor de salată

SINTEZA REZULTATELOR PRIVIND MASA TOTALĂ A

RĂSADURILOR DE SALATĂ

SOIUL LOLLO BIONDA

–––––––––––––––––––––––––––

VARIANTA masa DIFERENTA SEMF

(g ) (g) (%)

–––––––––––––––––––––––––––

V( 0 ) MEDIA 2.27 -1.33 63.15 OO

V( 1 ) 3.60 0.00 100.00 Mt

V( 2 ) 1.80 -1.80 50.00 OO

V( 3 ) 1.42 -2.18 39.44 OO

–––––––––––––––––––––––––––

DL5% = 0.750 DL5% in % = 20.8333

DL1% = 1.240 DL1% in % = 34.4444

DL01% = 2.330 DL01% in %= 64.7222

Și din figura 2.18 rezultă corelația negativă foarte mare dintre modul de iluminare și masa totală a răsadurilor de salată la soiul Lollo bionda

Fig. 2.18

V3 a prezentat o corelație negativ distinct semnificativă față de V1 martor.

V2 a prezentat o corelație pozitiv semnificativă comparativ cu varianta martor (tabelul 2.4.12).

Tabelul 2.4.12

Sinteza rezultatelor privind masa totală răsadurilor de salată

[NUME_REDACTAT]

Fig. 2.19

Și din fig.2.19 reiese că între sistemul de iluminare și masa totală a plantelor a existat o corelație negativă.

Fig.2.20. Determinarea masei răsadului de salată

Răsadurile de salată au prezentat mase medii cuprinse între 3,6 g la soiul [NUME_REDACTAT] în condițiile de cultivare cu lumină neon și mase medii mai mici în condițiile de creștere cu iluminare cu LED-urile 1 și 2.

Fig.2.21 Masa răsadurilor de salată

Determinarea suprafeței foliare a frunzelor de salată

a. b.

Fig.2.22 a. [NUME_REDACTAT] Bionda: V1- neon; V2 – [NUME_REDACTAT] 1; V3 – lumină Led 2;

b. [NUME_REDACTAT] RZ: V1- neon; V2 – [NUME_REDACTAT] 1; V3 – lumină Led 2;

a b

Suprafața foliară a fost mai mare la soiul Murai RZ în cazul tuturor variantelor comparativ cu soiul [NUME_REDACTAT]. Aceasta a fost de 42,08 cm 2 la varianta de iluminare cu neon și de 37,19 cm2 respectiv 23,87 cm2 la variantele iluminate cu lumină LEDurilor 1 și 2 (figura2.23).

În cazul soiului [NUME_REDACTAT] cea mai mare suprafață foliară a fost înregistrată la V1 lumină de neon.(figura 2.24)

Fig.2.23

Figura 2.25

Determinarea numărului de stomate de pe frunzele de salată cu ajutorul stereomicroscopului

Tabelul 2.4.13

Numărul de stomate pe 1 cm2 la soiul [NUME_REDACTAT].

Fig.2.25

În figura 2.26 sunt imagini microscopice ale stomatelor de pe frunzele de salată din variantele experimentale efectuate.

Determinări privind conținutul vitamină C(acid ascorbic)

Conținutul în vitamină C (acid ascorbic) a fost cu 35,34% mai mare la V2 Lumină LED 1, soiul Murai, față de V1 –lumină neon. La soiul [NUME_REDACTAT] se remarcă de asemenea un procent foarte mare în vitamină C în cazul plantelor expuse la lumina LED 1.

Determinarea glucidelor

Cromatogramele rezultate sunt prezentate în figurile următoare:

[NUME_REDACTAT] 1 – soiul Murai conținut glucide [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Led 1

[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] bionda lumină neon

Conținutul în vitamină C a fost cu 35,34% mai mare la V2 [NUME_REDACTAT] 1, soiul Murai, față de V1 –lumină neon.

La soiul [NUME_REDACTAT] se remarcă de asemenea un procent foarte mare în vitamină C în cazul plantelor expuse la lumina Led 1, în anul 2013.(tabelul 2.4.14)

Tabelul 2.4.14

Conținutul în vitamină C și glucide al plantelor de salată crescute în condițiile experimentale

Conținutul în substanță uscată și cenușă a fost mai mare în cazul variantelor crescute în condiții de lumină cu LED-uri (tabelele2.4.15.și 2.4.16).

Tabelul 2.4.15

Conținutul în cenușă al plantelor de salată crescute în condiții experimentale

Concluzii și Recomandări :

În urma experimentelor efectuate putem evidenția următoarele observații experimentale și următoarele concluzii:

În nov. 2013 am constatat că semințele puse la germinat în camera climatică, în condiții de lumină diferite, au germinat și răsărit în procent de 98% la V1 și V2, soiul Murai și în procent mai mic la soiul [NUME_REDACTAT], 74% la V2 și 77% la V1. Deci varianta V2 de iluminat cu LED-uri este de recomandat pentru a fi utilizat în creșterea răsadului de salată pentru ambele soiuri.

Pe baza observațiilor efectuate am constatat că procentul de răsărire (și implicit de germinare al semințelor de salată) a fost cuprins între 97% și 100% la soiul Murai RZ și de 82% respectiv 95 % la soiul [NUME_REDACTAT] RZ (tabelul 2.4.1.).

Din datele rezultate cu privire la dinamica formării frunzelor putem observa că în varianta V2 experimentală la ambele soiuri de salată numărul frunzelor formate si momentul apariției lor au fost influențate pozitiv în comparație cu varianta V1 martor.

Din punct de vedere al lungimii frunzelor și vigorii răsadului de Lactuca sativa L. am constatat că plantele expuse la lumina produsă de LED-uri sunt mai viguroase, au frunzele mai lungi dar nu alungite în defavoarea grosimii frunzei, astfel că și acești indicatori recomandă LED-urile pentru iluminatul în sere.

În cadrul experimentelor efectuate în 2014 febr. am constatat că, răsadul de salată produs în varianta V3 lumină LED 2 a fost din punct de vedere al tuturor indicatorilor studiați, net superior celorlalte două variante experimentale. Astfel am constatat următoarele:

plantele au răsărit primele la varianta V3,

dinamica apariției frunzelor a fost la această variantă una foarte bună,

lungimea frunzelor, suprafața foliară, vigurozitatea plantelor, au fost de asemenea mai bune decât la celelalte 2 variante experimentale.

Conținutul în vitamina C, în glucide, substanța uscată, și cenușă, masa răsadurilor de salată, numărul de stomate formate, sunt distinct semnificative față de varianta LED1 și față de martor.

În urma acestor experimente și a rezultatelor obținute recomand utilizarea rețetei pentru iluminatul artificial pentru Lactuca sativa L. cu LED-uri pentru care au fost selectate lungimi de undă cuprinse între 650 nm- 750 nm (40 %)-albastru, și între 350nm și 450nm (60%)-roșu, intensitate luminoasă 2,6 k lux,

BIBLIOGRAFIE

Aizpuru și colab., 1993“Biofiltration of air polluted with xylene: an experimental study.” Proc., USC–TRG Conf. on Biofiltration, F. E. Reynolds, ed., [NUME_REDACTAT], 99–106.

Aizpuru, M., Achard, F. and Blasco, F. 1993, 2000. [NUME_REDACTAT] of [NUME_REDACTAT] of the [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Imagery at [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT]. EEC Res. Proj. 15017-1999-05 FIED ISP FR, [NUME_REDACTAT] Center, [NUME_REDACTAT], Al.S., Apahidean, Maria, Legumicultură specială, [NUME_REDACTAT], Cluj-Napoca, 2001.

Aung, L. H., and M. E. Austin. "Vegetative and [NUME_REDACTAT] of Lycopersicon esculentum Mill. to Photoperiods." Journal of [NUME_REDACTAT] 22.4 (1971): 906-914.

Bakker și colab, 2000, [NUME_REDACTAT] Textbook [in Russian], [NUME_REDACTAT].

Bălașa, M., Legumicultură, Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1973.

Barta și colab., 1992, Investigation of Systems for Artificial radiation of Plants in [NUME_REDACTAT] [in Russian], Krasnoyarsk.

Beck, Erwin, and [NUME_REDACTAT]. "Biosynthesis and degradation of starch in higher plants." Annual review of plant biology 40.1 (1989): 95-117.

Berar, V. Legumicultură, [NUME_REDACTAT], Timișoara, 1998.

Besford, R. T., A. C. Withers, and L. J. Ludwig. "Ribulose bisphosphate carboxylase activity and photosynthesis during leaf development in the tomato."Journal of experimental botany 36.10 (1985): 1530-154;

Biochimica et [NUME_REDACTAT] (BBA) – [NUME_REDACTAT] 1797, Issue 2, February 2010, Pages 113–128

Bolos și colab, 1993, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT].

Bula K. și colab.1991, Problems of Optimizing the Spectral and [NUME_REDACTAT] of [NUME_REDACTAT] Lights [in Russian], Izd-vo IBF SO AN SSSR, Krasnoyarsk, 1983.

Burg A., 2003, Tomato LED grow lights lettuce LED grow lights.

Burzo I., [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT],
[NUME_REDACTAT], 2004. Fiziologia plantelor de cultură. Vol. I, Procesele fiziologice
din plantele de cultură. Ed. Ceres, București.

Butariu, H. și colab., 1992, Legumicultură, Ed. Didactică și Pedagogică, București.

Carretero J. A. and B. J. Buckham, 2004, Simulation of [NUME_REDACTAT] Tethers and their Interaction with the Environment, [NUME_REDACTAT] 23rd [NUME_REDACTAT] on [NUME_REDACTAT] and [NUME_REDACTAT], June 20-25, 2004, Vancouver, [NUME_REDACTAT], Canada.

Ceaușescu, I., Legumicultura generală și specială, Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1984.

Ciofu, Ruxandra și colab., Tratat de Legumicultură, editura Ceres, 2004.

Ciofu, Ruxandra și colab., Tratat de Legumicultură, editura Ceres, 2004.

Codexul produselor de uz fitosanitar omologate pentru a fi utilizate în România, 2005, MAIA, București.

Coruzzi and Last,Lee, M., Huang, T., Toro‐Ramos, T., Fraga, M., Last, R. L., & Jander, G. (2008). Reduced activity of Arabidopsis thaliana HMT2, a methionine biosynthetic enzyme, increases seed methionine content. [NUME_REDACTAT] Journal,54(2), 310-320.

Davidescu, D., Davidescu,Velicica, Agrochimie horticolă. [NUME_REDACTAT] Române, București, 1992.

Day, D. A., Krab, K., Lambers, H., Moore, A. L., Siedow, J. N., Wagner, A. M., & Wiskich, J. T. (1996). The cyanide-resistant oxidase: to inhibit or not to inhibit, that is the question. [NUME_REDACTAT], 110(1), 1.

Drăghici, [NUME_REDACTAT], 2004, Legumicultură, editura Elisavaros, [NUME_REDACTAT] Elena, Studiu privind cultivarea a unor soiuri de salată cu efect decorativ, Study regarding plant of some lettuce varieties with decorative aspect, Lucrări științifice U.Ș.A.M.V.B., Seria B, vol. XLVIII, 2005

[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] Ioana, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] leafs, 2005, Morphological modification in some varieties lettuce induced by temperature, Lucrări științifice U.Ș.A.M.V.B., Seria B, vol. XLVIII.

Drăghici, Elena, Legumicultură, editura Granada, București, 2006.

[NUME_REDACTAT], Budoi G. [NUME_REDACTAT], 2006, The influence of some environment on lettuce seedling before to transplanted in container size, Cercetări științifice, seria a Xa, Horticultură și Inginerie genetică, UȘAMV a Banatului –Timișoara, pag. 95-99.

[NUME_REDACTAT] Maria, 2009, Producerea semințelor și materialului săditor legumicol, editura [NUME_REDACTAT], București.

[NUME_REDACTAT]., 2011, [NUME_REDACTAT] with Perlite and Perlite/[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT],Abstract A theoretical model of fatigue in ferroelectric thin‐film memories based upon impact ionization (eg, Ti+ 4 to Ti+ 3 conversion in PbZr 1-x Ti x O 3);

Dumitrescu M., Scurtu L. Stoian L., [NUME_REDACTAT].., Costache M., Dițu D., [NUME_REDACTAT]., Lăcătuș V., Rădoi V., Vlad C., Zăgrean V., 1998, Producerea legumelor, Ed. Artprint, București.

Ecoterra, no. 27, 2011/37 ; BECURI. EVOLUȚIE ȘI RELAȚIA CU MEDIUL; Petre OGRUȚAN1, [NUME_REDACTAT] ACIU1, Liviu SUCIU2; Universitatea TRANSILVANIA Brașov, Departamentul de Electronică și Calculatoare;2 S.C. ICPE Bistrița S.A.;

[NUME_REDACTAT], 2006, Orto – [NUME_REDACTAT], editura Demetra.

Glăman, Ghe. Și colab., 1997, [NUME_REDACTAT]-viticol, Ed. APTPRINT, București.

Griffin, Karen A., [NUME_REDACTAT], and Anil K. Bidani. "Method of renal mass reduction is a critical modulator of subsequent hypertension and glomerular injury." Journal of the [NUME_REDACTAT] of Nephrology 4.12 (1994): 2023-2031.

Hargadon A. – When innovations meet institutions: Edison and the design of the electric light, [NUME_REDACTAT] Quarterly, 46(3), 2001

HM Duiker, PD Beale, JF Scott… – Journal of applied …, 1990 – ieeexplore.ieee.org

Höfgen R, Axelsen KB, Kannangara CG, Schüttke I, Pohlenz HD, Willmitzer L, Grimm B, von Wettstein D. [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] U S A. 1994 Mar 1;91(5):1726-30

[NUME_REDACTAT], 1999, Legumicultură specială, [NUME_REDACTAT], Timișoara.

[NUME_REDACTAT], 2003, Legumicultură specială, [NUME_REDACTAT], Timișoara.

[NUME_REDACTAT], 2003, Legumicultură specială, [NUME_REDACTAT], Timișoara.

[NUME_REDACTAT], 2006, Andivele, editura Elisavaros, București.

Hoza, Gheorghița, 2001, Legumicultură, [NUME_REDACTAT], București.

Hoza, Gheorghița, 2001, Legumicultură, [NUME_REDACTAT], București.

http://www.robotics.ucv.ro ro.wikipedia.org/wiki/Electroluminiscență;

Indrea, D., Apahidean S., 1995, Ghid practic pentru cultura legumelor, [NUME_REDACTAT], București.

Indrea, D., Apahidean S., 1995, Ghid practic pentru cultura legumelor, [NUME_REDACTAT], București.

Janick, J.,J. 1986, [NUME_REDACTAT], 4th edn W.H. Freeman & Co., [NUME_REDACTAT].

[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], 2010

Knijff și Belnninga, 2003, Climate change, elevational range shifts, and bird extinctions. [NUME_REDACTAT], 22, 140–150.

Koc, E. C., & Spremulli, L. L. (2002). Identification of mammalian mitochondrial translational initiation factor 3 and examination of its role in initiation complex formation with natural mRNAs. Journal of [NUME_REDACTAT], 277(38), 35541-35549.

Koc, E. C., Ranasinghe, A., Burkhart, W., Blackburn, K., Koc, H., Moseley, A., & Spremulli, L. L. (2001). A new face on apoptosis: death-associated protein 3 and PDCD9 are mitochondrial ribosomal proteins. FEBS letters,492(1), 166-170.

Lăcătuș, V., [NUME_REDACTAT], 2005, Fertilizarea legumelor cultivate în câmp, [NUME_REDACTAT]-redacția rev. Agricole.

[NUME_REDACTAT] Viorica, Legumicultură specială, 2007, editura Elisavaros, București.

[NUME_REDACTAT] Viorica, Legumicultură specială, 2007, editura Elisavaros, București.

Lavrijisen, 2003, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], College of [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] University.

Lee, J. C., Laydon, J. T., McDonnell, P. C., Gallagher, T. F., Kumar, S., Green, D., … & Keys, J. R. (1994). A protein kinase involved in the regulation of inflammatory cytokine biosynthesis.

Lichtenthaler, H.K., Welburn, A. R.,1983, Determinations of total carotenoids and clorophils a and b of leaf extracts in diferent solvents. [NUME_REDACTAT] transactions,11,pag 591-592.

Maaswinkel,1999, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], College of [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] University.

Maier, I., 1969, Cultura legumelor, [NUME_REDACTAT], București.

Mansour, N.,S., și colab., 1998, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], College of [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] University.

Marcelis et all., 2002, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Lighting [in Russian], Leningrad.

[NUME_REDACTAT] Tapia, José [NUME_REDACTAT], 2009, Production of lettuce seedlings (Lactuca sativa) in granular rockwool and expanded perlite for use in hydroponics, Facultad de Ciencias Agronómicas, Universidad de Chile, [NUME_REDACTAT] 11315, [NUME_REDACTAT], Casilla 1004, Santiago, [NUME_REDACTAT]. Inv. Agr. 36(3):401-410. www.rcia.puc.cl

[NUME_REDACTAT] Tapia, José [NUME_REDACTAT], 2009, Production of lettuce seedlings (Lactuca sativa) in granular rockwool and expanded perlite for use in hydroponics, Facultad de Ciencias Agronómicas, Universidad de Chile, [NUME_REDACTAT] 11315, [NUME_REDACTAT], Casilla 1004, Santiago, [NUME_REDACTAT]. Inv. Agr. 36(3):401-410. www.rcia.puc.cl.

[NUME_REDACTAT]-Maria, 2012, Studiul influenței luminii produse de led-uri (light-emitting diodes) asupra germinației și creșterii plantulelor, Teză de doctorat

[NUME_REDACTAT]-Maria, 2012, Studiul influenței luminii produse de led-uri (light-emitting diodes) asupra germinației și creșterii plantulelor, Teză de doctorat

MOHR, H., and P. SCHOPFER. ". [NUME_REDACTAT], Berlin (1995)." [NUME_REDACTAT].

MOHR, H., and P. SCHOPFER. ". [NUME_REDACTAT], Berlin (1995)." [NUME_REDACTAT].

[NUME_REDACTAT] Chita, Unele aspecte privind interactia radiatiei lasser cu mediul biologic –http//snet.elth.pub.ro;

[NUME_REDACTAT], 2009, realizarea experimentelor de iradiere a plantelor in primele stadii de dezvoltare cu campuri modulate de radiatie laser si acustice” [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Pn I, [NUME_REDACTAT]. 52-136 Aad. Nr. 1./2008.

O.A. Matkin, [NUME_REDACTAT] and [NUME_REDACTAT], Inc. Perlite vs. Polystyrene in [NUME_REDACTAT],Santa, Ana, [NUME_REDACTAT], I., 1996, Tratat de Agricultură, Ed. Ceres.

OELMÜLLER, RALF. PHOTOOXIDATIVE DESTRUCTION OF CHLOROPLASTS AND ITS EFFECT ON NUCLEAR GENE EXPRESSION AND EXTRAPLASTIDIC ENZYME LEVELS*. Photochemistry and Photobiology, 1989, 49.2: 229-239.

Ozer, H., Armitage, J. O., Bennett, C. L., Crawford, J., Demetri, G. D., Pizzo, P. A., … & Somerfield, M. R. (2000). 2000 update of recommendations for the use of hematopoietic colony-stimulating factors: evidence-based, clinical practice guidelines. Journal of [NUME_REDACTAT], 18(20), 3558-3585.

Pârvu C-tin, 1997, [NUME_REDACTAT], editura Enciclopedică, București.

Pop et al., Journal of [NUME_REDACTAT]

Popescu V., 1996, Legumicultură, vol. I, Ed. Ceres, București.

Popescu V., Atanasiu N., 2001, Legumicultură, vol. 3, Ed. Ceres, București.

Popescu V., Atanasiu N., 2001, Legumicultură, vol. 3, Ed. Ceres, București.

[NUME_REDACTAT], Jr, 2009, [NUME_REDACTAT] with Perlite and Perlite/[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT]

ro.wikipedia.org/wiki/radiatia electromagnetic;

[NUME_REDACTAT], 1997, Fűszernövények termesytése, begyűjtése, felbasználása, editura, Holló és Társa, Ungaria.

[NUME_REDACTAT], 2010, Alternatives to vermiculite & perlite, http://www.ehow.com/list, alternatives-vermiculite-perlite

Stan, N., 1999, Legumicultură, vol. I, editura „[NUME_REDACTAT] de la Brad”, Iași.

Stan, N., 2001, Legumicultură, vol. II, editura „[NUME_REDACTAT] de la Brad”, Iași.

Ștefănescu, Elena, 1999, Particularități ale înfloririi și fructificării la soiul de salată Dena, Anale ICLF – Vidra, vol XIV.

T. Karu, Photochemistry and Photobiology, 1990, Volume 52, Issue 6, pages 1089–1098, December 1990, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/php.1990.52.issue-6/issuetoc;

Tikhomirov. A.A.și Prikupets, L.B.,1994. Optimization of lamp spectrum for vegetable growth, p 31-38. In: T.W.Tibbitts (ed.). [NUME_REDACTAT] in [NUME_REDACTAT] Workshop, NASA-CP-95-3309. 

Tuppen, H. A., Blakely, E. L., Turnbull, D. M., & Taylor, R. W. (2010). Mitochondrial DNA mutations and human disease. Biochimica et [NUME_REDACTAT] (BBA)-Bioenergetics, 1797(2), 113-128.

[NUME_REDACTAT]., Cultura legumelor mai puțin răspândite, 1982, editura Ceres, București.

Vassey, T. L., Quick, W. P., Sharkey, T. D., & Stitt, M. (1991). Water stress, carbon dioxide, and light effects on sucrosephosphate synthase activity in Phaseolus vulgaris. [NUME_REDACTAT], 81(1), 37-44.

Villarias, 2000 Fűszernövények termesytése, begyűjtése, felbasználása, editura, Holló és Társa, Ungaria.

Voinea M., Gherman N., Cultura legumelor pentru frunze, 1974, editura Ceres, București.

Volume 16, Issue 2, April 1966, Pages 523–543, IN29;Physicochemical basis of the recognition process in nucleic acid interactions: I. Interactions of polyuridylic acid and nucleosides; Paul O.P. Ts'o, Department of [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], Baltimore, Marlyand, U.S.A.

Weges, R., Karssen, CM., 2003, The influence of desiccation following prtreatment on germination of lettuce seeds, ISHS [NUME_REDACTAT] 215, [NUME_REDACTAT] in Horticulture.

Withers et al.,Article:E. C. DAVIES, W. S. CHOW, J. M. LE FAY, and B. R. JORDAN; Acclimation of [NUME_REDACTAT] to Changes in [NUME_REDACTAT]; Effects on the Function of the Thylakoid MembraneJ. Exp. Bot. (1986) 37 (2): 211-220 doi:10.1093/jxb/37.2.211

www. http://en.wikipedia.org/wiki/Compact_fluorescent_lamp, 2013;

www. LEDs: Valoya adds bumble bee friendliness on top of growth improvement and energy savings [NUME_REDACTAT], 2013;

www.FAO database, 2011.

www.led-vtac.ro/ [NUME_REDACTAT], 2008 ) [NUME_REDACTAT], 2009, [NUME_REDACTAT] de Iradiere a Plantelor în [NUME_REDACTAT] de Dezvoltare cu [NUME_REDACTAT] de [NUME_REDACTAT] si Acustice” [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Pn I, [NUME_REDACTAT]. 52-136 Aad. Nr. 1./2008.

www.led-vtac.ro/ [NUME_REDACTAT], 2008 ).

Yanagi și Okamoto, 1997, Alternatives to vermiculite & perlite, http://www.ehow.com/list, alternatives-vermiculite-perlite;

Yeh și Chung,2009, [NUME_REDACTAT] and [NUME_REDACTAT], Inc. Perlite vs. Polystyrene in [NUME_REDACTAT],Santa, Ana, [NUME_REDACTAT] și colab., 2001, The influence of desiccation following prtreatment on germination of lettuce seeds, ISHS [NUME_REDACTAT] 215, [NUME_REDACTAT] in Horticulture;