Реализация биоресурсного потенциала базилика обыкновенного, Ocimum basilicum L. сорта Стелла в условиях вертикальных ферм методами агробиофотоники

Растения реагируют на спектральное соотношение интенсивности фотонных потоков, и это позволяет влиять на биомассу, морфогенез, содержание питательных веществ и вторичных метаболитов. Видовые и сортовые особенности растений, а также способы их культивирования определяют требования к типу освещения, и его выбор можно сделать экспериментальным путем. Цель работы: оценить влияние спектрального состава освещения коммерческих вертикальных ферм светодиодами Miniferner 1.3 Quantum board 180 х 390 Samsung lm301b 3500K+660nm Osram SSL + UV380+FR740 +IR850 на морфогенез, накопление биомассы и эфирного масла базилика обыкновенного, Ocimum basilicum L. сорта Стелла. Спектральный состав изученного освещения отличается большей долей красной (600–700 нм) и дальней красной (700–800 нм) частей спектра, но с меньшим количеством зеленого (500–600 нм) света (172,96 и 155,19; 25,06 и 16,19; 117,92 и 139,01 µмоль/м² ·c для варианта и контроля соответственно), присутствует ультрафиолет (380 нм) и инфракрасное излучение (850 нм). Соотношение красного к дальнему красному составляет 6,90 и 9,59 в варианте и контроле соответственно. Интенсивность освещения не оказала влияния на сырую массу растений: 30,7±4,2 и 31,0±3,7 г (150–200 µмоль/м² ·c), и 27,7±1,5 и 27,7±1,5 г (>300 µмоль/м² ·c) в варианте и контроле соответственно. Изменение спектра освещения привело к увеличению средней высоты растений на 14-, 20-, 22-й 28-й день после посева. На момент срезки (37 дн.) увеличилась доля растений с 3-, 4-, 5- и 6-й парами листьев, с боковыми побегами и наступлением фазы бутонизации. Возросла сухая масса урожая с 3,43 до 5,17 %, повысился выход эфирного масла в 1,7 раза (с 3,81 до 4,03 мг/кг). По компонентному составу эфирного масла сорт Стелла может быть отнесен к линалоолово-эвгенольному хемотипу. Реализация биологического потенциала базилика обыкновенного сорта Стелла путем применения ламп с большей долей красного и дальнего красного спектра по сравнению с применяемыми на коммерческих вертикальных фермах лампами с присутствием ультрафиолета и инфракрасного излучения ускоряет прохождение фенофаз вегетативной стадии, способствует увеличению выхода сухой массы растений, что обеспечивает рост количества получаемого эфирного масла с повышенным содержанием линалоола, эвгенола и 1,8-цинеола.

1. «Светодиодная революция» и новые возможности повышения эффективности светокультуры растений / Г.В. Боос, Л.Б. Прикупец, В.И. Трухачев [и др.] // Вестник Российской сельскохозяйственной науки. – 2022. – № 5. – С. 36–41.

2. Филатов Д.А., Авдеева Е.А., Опонин И.Ю. Оптимальные параметры и режимы работы системы освещения вертикальных ферм: обзор мировых исследований // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. – 2023. – Т. 70, № 2 (51). – С. 10–18.

3. Фотоника: Словарь терминов / Т.Е. Ковалевская [и др.]. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. – 342 с.

4. Соснин Э.А., Кульчин Ю.Н., Астафурова Т.П. Становление агробиофотоники как закономерное развитие научных направлений / ВКВО-2019 Агробиофотоника. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/stanovlenie-agrobiofotoniki-kak-zakonomernoe-razvitie-nauchnyh-napravleniy (дата обращения: 29.05.2025).

5. Applications of photonics in agriculture sector: A review / J.Y. Tan, P.J. Ker, K.Y. Lau [et al.] // Molecules. – 2019. – Vol. 24, № 10. – P. 2025.

6. Прикупец Л.Б. Светодиоды в тепличном освещении: возможности и реальность // Светотехника. Спец. вып. Международная научно-техническая конференция по применению светодиодных фитооблучателей. – 2019. – С. 8–12.

7. ФГБУН Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук. – URL: https://www.iacp.dvo.ru/structure/collective/2614/2621/2625 (дата обращения: 29.05.2025).

8. НПЛ «Агробиофотоника» ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет». – URL: https://abiofotonica.ru/# (дата обращения: 29.05.2025).

9. Park Y., Runkle E.S. Spectral effects of light-emitting diodes on plant growth, visual color quality, and photosynthetic photone efficacy: White versus blue plus red radiation // PloS ONE. – 2018. – Vol. 13 (8): e0202386. – DOI: 10.1371/journal.pone.0202386.

10. Кульчин Ю.Н. Агробиофотоника – влияние света на развитие растений // Фотон-экспресс. – 2019. – № 6 (158). – С. 64.

11. Продуктивность базилика сладкого (Ocimum basilicum L.) при выращивании в оранжереях с использованием светодиодного освещения / В.В. Кондратьева, Т.В. Воронкова, М.В. Семонова [и др.] // Вестник КрасГАУ. – 2022. – № 9. – С. 3–10. – DOI: 10.36718/1819-4036-2022-9-3-10.

12. Hammock H.A., Kopsell D.A., Sams C.E. Application timing and duration of LED and HPS supplements differentially influence yield, nutrient bioaccumulation, and light use efficiency of greenhouse basil across seasons // Frontiers in plant science. – 2023. – Vol. 14. – P. 1174823. – DOI: 10.3389/fpls.2023.1174823.

13. Влияние спектрального состава светодиодных источников искусственного освещения на функциональную активность фотосинтетического аппарата листьев базилика / Е.М. Кабачевская, С.В. Суховеева, Ю.В. Трофимов [и др.] // Журнал прикладной спектроскопии. – 2023. – Т. 90, № 6. – С. 910–916.

14. Фотонная регуляция биосинтеза вторичных метаболитов в салате Eruca sativa / Ю.Н. Кульчин, В.П. Булгаков, Е.П. Субботин [и др.] // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. – 2021. – № 4. – С. 87–98. – DOI: 10.37102/0869-7698_2021_218_04_10.

15. Исследование влияния излучения в различных диапазонах области ФАР на продуктивность и биохимический состав биомассы салатно-зеленных культур / Л.Б. Прикупец, Г.В. Боос, В.Г. Терехов [и др.] // Светотехника. – 2018. – № 5. – С. 6–2.

16. Иваницких А.С., Тараканов И.Г. Действие спектрального состава света на накопление эфирных масел растениями базилика в условиях светокультуры // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. – 2022. – Т. 25, № 11. – С. 3–9.

17. Шайдуллин А.Х. Продуктивность и питательная ценность зеленных культур (Ocimum basilicum L., Eruca sativa Mill.) в условиях светокультуры // Агробиоинженерия 2021: сб. ст. Всерос. конф.-конкурса молодых исследователей, Москва, 1 февраля – 30 апреля 2021 г. – М., 2021. – С. 269–273.

18. Effect of Light Intensity and Light Spectrum of LED Light Sources on Photosynthesis and Secondary Metabolite Synthesis in Ocimum basilicum / L. Jokic, I. Pappert, T.Q. Khanh [et al.] // Plants (Basel, Switzerland). – 2025. – Vol. 14 (9). – P. 1334. – DOI: 10.3390/plants14091334.

19. Treasures Induced by Narrow-Spectrum: Volatile Phenylpropanoid and Terpene Compounds in Leaves of Lemon Basil (Ocimum × citriodorum Vis.), Sweet Basil (O. basilicum L.) and Bush Basil (O. minimum L.) Under Artificial Light City Farm Conditions / S.L. Belopukhov, V.L. Dmitrieva, V.E. Luneva [et al.] // Plants (Basel, Switzerland). – 2025. – Vol. 14 (9). – P. 403. – DOI: 10.3390/plants14030403.

20. Effect of light emitting diodes (LEDs) irradiation on the functional quality and shelf life of basil microgreens / Z. Narouei, S.A.H. Goil, M.R. Sabzalian [et al.] // J. Essential Oil Research. – 2024. – Vol. 36 (4). – P. 367–379.

21. Pre-harvest supplemental LED treatments led to improved postharvest quality of sweet basil leaves / A.I. Sale, A. Uthairatanakij, N. Laohakunjit [et al.] // J. Photochem Photobiol. – 2023. – 248. – Р. 112788. – DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2023.112788.

22. Hammock H.A., Sams C.E. Variation in supplemental lighting quality influences key aroma volatiles in hydroponically grown ‘Italian Large Leaf’ basil // Frontiers in plant science. – 2023. – Vol. 14. – Р. 11846–11864. – DOI: 10.3389/ fpls.2023.1184664.

23. Light Flux Density and Photoperiod Affect Growth and Secondary Metabolism in Fully Expanded Basil Plants / L. d’Aquino, R. Cozzolino, L. Malorni [et al.] // Foods (Basel, Switzerland). – 2024. – Vol. 13 (14). – P. 2273. – DOI: 10.3390/foods13142273.

24. Фотосинтез и продуктивность у растений базилика (Ocimum bacilicum L.) при облучении различными источниками света / М.Н. Полякова, Ю.Ц. Мартиросян, Т.А. Диловарова [и др.] // Сельскохозяйственная биология. – 2015. – Т. 50, № 1. – С. 124–130.

25. Тимошенко П.В. Продуктивность базилика Ocimum basilicum L., выращенного в условиях светодиодного освещения // Сборник избранных статей научной сессии ТУСУР. – 2020. – № 1–2. – С. 291–293.

26. Light Quality Dependent Changes in Morphology, Antioxidant Capacity, and Volatile Production in Sweet Basil (Ocimum basilicum) / S.D. Carvalho, M.L. Schwieterman, C.E. Abrahan [et al.] // Frontiers in Plant Science. – 2016. – Vol. 7. – URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2016.01328/full (дата обращения: 29.05.2025).

27. Bantis F., Ouzounis T., Radoglou K. Artificial LED lighting enhances growth characteristics and total phenolic content of Ocimum basilicum, but variably affects transplant success // Scientia Horticulturae. – 2016. – Vol. 198. – P. 277–183.

28. Supplementary UV-B irradiation effects on basil (Ocimum basilicum L.) growth and phytochemical properties / J. Sakalauskaitė, P. Viškelis, P. Duchovskis [et al.] // Journal of Food, Agriculture & Environment. – 2012. – Vol. 10 (3, 4) – P. 342–346.

29. Optimization of basil (Ocimum basilicum L.) production in LED light environments – a review / L. Sipos, L. Balazs, G. Szekely [et al.] // Scientia Horticulturae. – 2021. – Vol. 289. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304423821005938?via%3Dihub (дата обращения: 29.05.2025).

30. Влияние спектрального состава освещения на выход биомассы, флуоресценцию хлорофилла фотосистемы 2 и общее содержание эфирных масел у Ocimum basilicum / В.С. Зотов, Ю.В. Болычевская, С.А. Хапчаева [и др.] // Прикладная биохимия и микробиология. – 2020. – Т. 56, № 3. – С. 283–291.

31. Zheljazkov V.D., Callahan A., Cantrell Ch.L. Yield and Oil Composition of 38 Basil (Ocimum basilicum L.) Accessions Grown in Mississippi // J. of Agricultural and Food Chemistry. – 2008. – Vol. 56 (1). – P. 241–245.

32. Анализ морфолого-анатомических признаков и оценка содержания эфирного масла в листьях базилика камфорного (Ocimum basilicum L.) / К.И. Кравчук, Н.В. Нестерова, В.Ю. Ермакова [и др.] // Медицинское образование и вузовская подготовка. – 2018. – № 3(13)–4(14). – С. 133–137.

33. Chang X., Alderson P., Wright C. Enhanced UV-B radiation alters basil (Ocimum basilicum L.) Growth and stimulates the synthesis of volatile oils // Horticulture and Forestry. – 2009 – Vol. 1 – P. 27–31.