Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В климатических камерах, теплицах и полевых условиях изучали феноменологию и особенности физиолого-биохимических реакций растений в действии и последействии: а) на удлиненные свето-темновые циклы (24/12, 24/24, 48/24, 48/48, 200/0, 350/0 ч) и б) на укороченные свето-темновые циклы (8/4, 4/4, 4/2, 6/6, 3/3 ч). В качестве контрольного варианта в разных опытах в зависимости от задач использован фотопериод 12/12 ч или 16/8 ч. Объектами исследования служили: микрозелень амаранта Amaranthus hypochondriacus L., подсолнечника Helianthus annuus L., брокколи Brassica oleracea var. italica Plenck, горчицы сарептская Brassica juncea (L.) Czern., капусты красной Brassica oleracea var. capitata f. rubra L., кольраби Brassica oleracea var. gongylodes L., мизуны Brassica rapa ssp. nipposinica (L.H.Bailey) Hanelt, рапини Brassica rapa L. subsp. sylvestris L. Janch. var. esculenta Hort., редиса Raphanus sativus var. radicula Pers., руколы Eruca sativa Mill.; молодые побеги (baby leaf) гороха посевного Pisum sativum L.; овощные культуры закрытого грунта - баклажан Solanum melongena L., огурец Cucumis sativus L., сладкий перец Capsicum annuum L, томат Solanum lycopersicum L.; культуры открытого грунта - капуста цветная Brassica oleraceae L. botrytis L., табак Nicotiana tabacum L.; микропобеги (в культуре in vitro) карельской березы Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti., березы далекарлийской B. pendula Roth f. dalecarlica (L. f.) Schneid и березы пушистой B. pendula Ehrh. Реакцию растений на аномальные свето-темновые циклы оценивали по ростовым показателям (линейные размеры, сырой и сухой вес побегов и корней, количество и площадь листьев), параметрам, характеризующим фотосинтетический аппарат и его активность (интенсивность фотосинтеза, содержание фотосинтетических пигментов, параметры флуоресценции хлорофилла) и урожайности. Качество микрозелени оценивали по индексу робастности, степени пигментации, содержанию питательных (растворимые углеводы и белки) и функциональных (антоцианов и флавоноидов, пролина) веществ, редокс-статусу и биобезопасности (содержание нитратов). Степень стрессирующего воздействия свето-темновых циклов оценивали по уровню перекисного окисления липидов (по содержанию малонового диальдегида, МДА), проницаемости мембран (по относительному выходу электролитов, ОВЭ) и содержанию перекиси водорода. В разных опытах в зависимости от задач и объекта исследования растения подвергали действию аномальных свето-темновых циклов в течение 8-15 сут (микрозелень и baby leaf), 30-40 сут в начальный рассадный период (школка) и/или 15 сут в конце прегенеративного периода, перед высадкой рассады овощных культур и табака в теплицу или в поле. В течение второго года работ по проекту накоплен значительный объем данных, касающихся феноменологии и физиолого-биохимических особенностей реакции растений (более 10 видов сельскохозяйственных культур, широко используемых для выращивания в закрытых системах в качестве микрозелени) на удлиненные и укороченные свето-темновые циклы, которые вошли в зарегистрированную базу данных «Продуктивность и пищевая ценность микрозелени семейства Brassicaceae в условиях аномальных свето-темновых циклов». Для конкретных видов выявлены свето-темновые циклы, повышающие продуктивность, пищевую ценность и биобезопасность растений по сравнению с контрольным фотопериодом, обеспечивающим растения таким же интегралом дневного освещения (ИДО). Проведенные исследования показали, что как удлиненные, так и укороченные свето-темновые циклы могут уменьшать энергозатраты на единицу продукции, преимущественно за счет использования энергии в «непиковые часы». Также установлено, что с помощью определенных аномальных свето-темновых циклов можно вызывать изменения в содержании определенных групп пигментов и вторичных метаболитов. При этом увеличение ИДО не является обязательным условием для запуска у растений фотозащитных реакций, приводящих к выработке определенных веществ, которые могут являться ценными метаболитами, повышающими пищевую ценность растений. Опыты с использованием аномальных свето-темновых циклов в течение двух недель в конце пререпродуктивного периода, показали, как и в первом сезоне, что некоторые из них способны оказывать положительное влияние на качество рассады и урожайность растений в последействии. Определено, что причины различной чувствительности конкретных видов сельскохозяйственных растений к аномальным свето-темновым циклам не связаны с их принадлежностью к разным группам по отношению к длине дня или по уровню светового насыщения и пока остаются предметом изучения, предполагая проведение дальнейших исследований. Выявлено, что в условиях аномальных свето-темновых циклов не сохраняется обычная (для определенного диапазона) зависимость продуктивности растений от интеграла дневного освещения (в случае укороченных циклов) или интеграла освещения (в случае удлиненных циклов). Данный факт не только интересен сам по себе, но и важен, поскольку модели роста и развития растений, предлагаемые для управления продукционным процессом обычно строятся на основе зависимости ростовых процессов от ИДО, а в случае с аномальными свето-темновыми циклами даная зависимость нарушается. Однако, с практической точки зрения это означает расширение возможностей для манипулирования световым фактором с целью получения продукции заданного качества при меньших затратах на освещение. В целом, накопленные за два года работ по проекту данные послужат основой для подбора (с учетом видовой специфики) аномальных свето-темновых циклов, с помощью которых можно получать в искусственных условиях в бóльшем количестве и/или лучшую по своим потребительским качествам растительную продукцию с одновременным повышением энергоэффективности производства.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В соответствии с планом заявленных на третий год работ и с учетом результатов, полученных в предыдущие два года, проведено большое количество разноплановых экспериментов, которые можно разделить на две группы: а) изучение реакции растений на удлиненные свето-темновые циклы (СТЦ) (24/12 ч, 48/24 ч, 336/0 ч); б) изучение реакции растений на укороченные СТЦ (8/4 ч, 7/4/9/4 ч, 6/6 ч, 3/3 ч). Объектами исследования являлись: листовые культуры – микрозелень брокколи Brassica oleracea var. italica Plenck, руколы Eruca sativa Mill., капусты Brassica oleracea var. capitatа L., мизуны Brassica rapa ssp. nipposinica (L.H.Bailey) Hanelt, редиса Raphanus sativus var. radicula Pers, подсолнечника Helianthus annuus L.; молодые побеги («baby leaf») гороха посевного Pisum sativum L., бораго Borago officinalis L., пажитника Trigonella foenum-graecum L., салата Lactuca sativa L., щавеля Rumex acetoza L.; овощные культуры закрытого грунта  баклажан Solanum melongena L., огурец Cucumis sativus L., сладкий перец Capsicum annuum L, томат Solanum lycopersicum L.; культуры открытого грунта  капуста цветная Brassica oleraceae L. botrytis L., табак Nicotiana tabacum L.; микропобеги (в культуре in vitro) карельской березы Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti. (три клона из коллекции in vitro (Коллекция…http://www.ckp-rf.ru/usu/465691/). Реакцию растений оценивали по показателям фотосинтетической активности, продуктивности и урожайности, содержанию питательных (растворимые углеводы и белки) и функциональных (содержание хлорофилла, каротиноидов, антоцианов, флавоноидов, пролина, аскорбиновой кислоты) веществ, редокс-статусу (содержание пероксида водорода, МДА, активность ряда антиоксидантных ферментов) и содержанию нитратов. На основании результатов, полученных в предыдущие годы исследований и анализа литературы, была сформулирована рабочая гипотеза, суть которой сводится к следующему. Защитные реакции растений на аномальные СТЦ должны быть связаны исключительно с неспецифическими адаптационными механизмами, поскольку в процессе эволюции растения никогда не сталкивались в природных условиях со СТЦ, отличными от природного 24-часового, и соответственно не могли «приобрести» (выработать) специализированные адаптационные механизмы. Поэтому, подвергая растения фотопериодическому стрессу, обусловленному аномальными СТЦ, мы запускаем механизмы неспецифической защиты, которые в первую очередь направлены на противодействие возникающему окислительному стрессу, который, в свою очередь, обусловлен циркадной асинхронией. И если фотопериодический стресс является для растений относительно мягким или умеренным, то в процессе адаптации к нему в растениях будут вырабатываться и накапливаться вещества с антиоксидантными свойствами, часть из которых (аскорбиновая кислота, каротиноиды, флавоноиды и др.) повышают пищевую ценность растительной продукции, придавая ей характеристики «функционального продукта» (functional food) для здорового питания людей. Учитывая наличие видоспецифичности в реакции растений на фотопериодический стресс, проверка данной гипотезы предполагала изучение реакции разных видов растений (которые наиболее широко используются или считаются перспективными для практического растениеводства в закрытых системах) различные варианты удлиненных и укороченных СТЦ. В результате проведенных исследований накоплен большой массив данных о влиянии укороченных и удлиненных СТЦ на продуктивность, пищевую ценность и биобезопасность более 15 видов важных сельскохозяйственных культур, относящихся к 8 семействам. Данные вошли дополнением в зарегистрированную в 2024 г базу данных. Для конкретных видов выявлены СТЦ, повышающие продуктивность, пищевую ценность и биобезопасность растений (снижение содержания нитратов) по сравнению с контрольными СТЦ (стандартными фотопериодами), обеспечивающими растения таким же интегралом дневного освещения. В целом реакция растений на аномальные СТЦ, по мнению авторов, определяется их устойчивостью/чувствительностью к циркадной асинхронии, возникающей под влиянием аномальных СТЦ. При этом существует не только видовая, но и сортовая специфичность, поэтому, например, красные сорта крестоцветных (микрозелень редиса, мизуны, капусты) более устойчивы к укороченным СТЦ по сравнению с зелеными. Определено также, что существует возрастная изменчивость в чувствительности растений к аномальным СТЦ. Поэтому при выращивании рассады таких чувствительных к циркадной асинхронии культур как томат и баклажан не рекомендуется применение аномальных СТЦ в фазе школки. Установлено, что реакция изученных видов растений на укороченные и удлиненные СТЦ при освещении растений светодиодными светильниками (RGB 50:21:18 %) в целом схожа на их реакцию при освещении флуоресцентными лампами. Изучение влияния укороченных и удлиненных СТЦ на геммогенез и ризогенез микропобегов карельской березы Betula pendula var. carelica (обладающей высокоценной древесиной) при культивировании в условиях in vitro, а также в дальнейшем при ее адаптации к условиям ex vitro показало, что использование определенных укороченных и удлиненных СТЦ позволяет успешнее решать некоторые важные задачи, связанные с культивированием in vitro (стимулирование появления пазушных почек, сокращение частоты субкультивирования, торможение образования каллуса), а также применять при этом более экономные режимы энергопотребления, снижая тем самым общие затраты на проведение подобных работ. На основе расчетов сделан вывод, что при выращивании растений в закрытых системах при полном искусственном освещении применение аномальных СТЦ с учетом тарифов на электроэнергию в периоды пиковых, полупиковых нагрузок и ночной зоны может снижать затраты на электроэнергию, а также увеличивать энергоэффективность за счет повышения урожайности и качества растительной продукции при условии устойчивости конкретной культуры к циркадной асинхронии. Поскольку растения обычно быстрее реагируют на изменения факторов внешней среды (включая световой режим) на клеточном уровне, чем на уровне целого организма, аномальные СТЦ, оказывая влияние на обмен веществ, могут быть более эффективны в отношении содержания отдельных метаболитов по сравнению с общим выходом биомассы. В частности, в проведенных исследованиях отмечено повышение эффективности использования электроэнергии в плане увеличения количества определенных метаболитов, полученных на единицу потребленной электроэнергии. Так, установлено более высокое содержание антиоксидантов, растворимых углеводов и белков в растениях, выращенных в условиях определенных аномальных СТЦ, что, к примеру, существенно повышает пищевую ценность микрозелени. При этом у более устойчивых к аномальным СТЦ видов/сортов в случае увеличения урожайности при выращивании их в условиях аномальных СТЦ эффективность использования энергии дополнительно увеличивается.