cвет – движущая сила для роста водных растений

Рисунок 1. Относительная абсорбция как функция длины волны для разных пигментов растений.

Качество света.
В природе растения получают световую энергию от Солнца. Солнечный свет который считается белым на самом деле состоит из всех возможных цветов (Рис. 1). Если солнечный свет разложить на основные цвета, что происходит при прохождении света через капли воды в радуге или призму, мы увидим разные цвета. Существует плавный переход от более коротких волн, фиолетовой и голубой части спектра, и через зеленую и желтую к красной, с большей длиной волны. Вне видимого человеческим глазом спектра находится Ультрафиолетовый свет с очень короткой длиной волны и большой энергией, а также инфракрасный свет который имеет большую длину волны и в основном представляет собой тепловое излучение.

Рисунок 2. Pogostemon stellata – пример растения которое требует большого количества света для получения красивой красной окраски. Фото - Christel Kasselmann.

Наше визуальное восприятие цветов растений определяется отраженным от них светом. Большинство аквариумных растений зеленого цвета так как они отражают свет который для фотосинтеза не используют. Однако, некоторые растения имеют впечатляющую окраску (желтый, оранжевый и красный), и таким растениям требуется больше света потому что они отражают большую часть света который мог бы использоваться для фотосинтеза (Рис. 2). Зная что растения преимущественно используют голубой и красный свет, может возникнуть желание использовать источник света где зеленый свет уменьшен до предела (например флуоресцентные лампы Sylvania GroLux), но такие источники света радикально изменят цвета растений. Без зеленого света листья будут тусклыми.

Факты
Свет это источник энергии для фотосинтеза когда неорганический углерод трансформируется в богатые энергией сахара и кислород: 6 H2O + 6 CO2 + СВЕТ ->> 6 C6H12O6 + 6 O2.
В ходе этого процесса световая энергия преобразуется и фиксируется в химическую энергию, которая позднее используется в разных метаболических процессах жизнедеятельности растении. Следовательно, сахар преимущественно используется непосредственно в целлюлозу и крахмал – важные элементы роста растения.

Хлоропласты содержат мембраны которые называются тилакоидными.
Эти мембраны у водных растений обычно уменьшены чтобы получить лучшую эффективность поглощения света при низких уровнях освещенности. В тилакоидах свет захватывается пигментами (преимущественно хлорофиллом), которые размещаются как антенны в центрах энергии называемых центрами реакции света.
Антенна и центр реакции света обобщенно называются комплексом сбора света.
Количество антенн содержащих хлорофилл может варьироваться от 300 до 1000 единиц и измерения показали что сбор света усиливается линейно вплоть до количества антенн в 1000 единиц.
Когда пигмент захватил фотон (частица света), энергия направляется в центр реакции, и когда накоплено достаточно энергии отсоединяется электрон который передается через ряд аккумулирующих энергию соединений (Z на рисунке).
Энергия используется для разделения воды на водород и кислород, и преобразования 6 молекул оксида углерода [CO2] в одну молекулу сахара. Z-блок, антенна и центр реакции света называется фотосинтетической единицей.

Рисунок 3. Простая иллюстрация показывающая важность использования отражателя для оптимизации интенсивности освещения аквариума и как он работает.

Так как большинство аквариумов имеют недостаточную освещенность по сравнению с солнечным светом, многие аквариумисты получат положительный опыт если улучшат освещение. Многие красные растения при недостатке освещения не растут в полную силу. При низкой интенсивности освещения они или менее ярко окрашены, или полностью теряют свою яркую окраску. Например у Echinodorus barthii могут развиться много больших, темно-красных листьей при интенсивном освещении, а при низкой освещенности он напоминает Echinodorus osiris.
Для аквариума с растениями можно использовать различные источники освещения. Это отдельная наука, и анализировать все возможные варианты вне тематики данной статьи. Мы сфокусируемся на флуоресцентных лампах (см. T5) потому что они наиболее экономичны и эффективны в смысле получения света на каждый Ватт потребляемой мощности.

Рисунок 4. Влияние длины светового дня – фото из Bonito (Бразилия) демонстрирует то же место при равных условиях кроме длины светового дня. Фото Claus Christensen.

И наконец, нужно всегда учитывать расположение растений относительно источника света. Светильник с флуоресцентными трубками на весь аквариум дает в углах освещенность только 25% света по сравнению с центром аквариума. Следовательно, растения которым нужно больше света никогда не следует размещать по углам, где интенсивность освещения намного ниже чем в центре.(см. руководство adaeuro.com)

Время освещения.
Большинство аквариумных растений произрастают в тропиках, где длина светового дня 12-14 часов. Растения следуют этому ритму что можно наблюдать например на Cabomba которая складывает листья перед самым выключением света.

Рисунок 5.
Морфологическая адаптация подводных листьев Zostera marina демонстрирует уменьшенные кольца, уменьшенное количество слоев клеток, и хлоропласты выстроенные во внешних слоях клетки. Фото Ole Pedersen.

Акклиматизация растений к низкой интенсивности освещения.
Водные растения хорошо морфологически и физиологически приспособились к жизни под водой (Рисунок 5). Подводные листья часто сравнивают с теневыми листьями наземных растений. Эти листья тоньше чем нормальные, и содержат меньшее количество слоев клеток (в экстремальных случаях только два слоя клеток). Кутикула, - защитный слой предотвращающий испарение влаги, у водных растений почти полностью исчез.

Синергетика между разными ресурсами.
Часто свет считается самым важным источником энергии для фотосинтеза и роста растений, что подчеркивает идею что свет является главным ресурсом. Однако, в этом процессе нельзя пренебрегать другими, что особенно важно когда свет является лимитирующим фактором роста, что часто имеет место в аквариуме.