Фотоконверсионные материалы имеют большой потенциал для применения в сельском хозяйстве [1], так как они преобразуют малоиспользуемый или даже вредный для растений свет, в фотосинтетически активное излучение (ФАИ) [2,3]. Люминесценция в области ФАИ достигается за счёт даунконверсии фотонов ультрафиолетового излучения. Подобными свойствами обладают некоторые редкоземельные металлы, в частности наночастицы на основе Eu.

Были получены, два вида наночастиц на основе Eu: Eu2O3, полученные с помощью лазерной фрагментации Eu2O3, и Eu3+:LaF3, полученные методом гидротермально-микроволновой обработки. Были протестированы их физические и люминесцентные свойства. После этого наночастицы наносились на поверхность стекла и проводилось изучение влияния изменённого света на морфометрические, физиологические и фотохимические параметры культуры томатов Solanum lycopersicum.

В результате исследований было установлено, что размер обоих видов наночастиц составил 200 нм. Наночастицы Eu2O3 немного уменьшают интенсивность света в ФАИ. Полученные частицы флуоресцируют в красной области: Eu2O3 на длине волны 612 нм и 626 нм, а Eu3+: LaF3 592 нм и 620 нм. Выращивание растений под таким покрытиями приводило к изменениям их морфометрических параметров, в частности, у растений, растущих под покрытиями с наночастицами Eu2O3, увеличилась площадь листовой поверхности на 37%, длина стебля на 25% по сравнению контрольными растениями растениями, растущих под Eu3+: LaF3 наночастицами, а количество листьев не изменялось ни в одном эксперименте. При этом количество хлорофилла упала в обоих экспериментах, по сравнению с контролем.

Статистически значимые отличия в фотохимических экспериментах появляются на 43 день после появления всходов. Было обнаружено, что развитие показателя эффективного квантового выхода фотосистемы II (Y(II)) происходит быстрее у растений, растущих под покрытием с наночастицами Eu2O3, а показатели квантового выхода регулируемого (Y(NO)) и нерегулируемого (Y(NPQ)) рассеяния тепла были меньше и выходили на плато быстрее, чем у остальных образцов. Аналогичные результаты были получены для фотохимического (qL) и нефотохимического (qN) тушения. Кроме того, скорость переноса электронов фотосистемы II (ETR(II)) также быстро увеличивалась у образцов, растущих под Eu2O3 покрытием. Полученные результаты могут говорить о более высокой скорости адаптации растений к свету, что приводит к более быстрому росту и развитию растений, на что указывают измеренные показатели.



1. Paskhin, M. O., Yanykin, D. V., & Gudkov, S. V. Current Approaches to Light Conversion for Controlled Environment Agricultural Applications: A Review. Horticulturae 8(10), 885 (2022).

2. Q. Xia, M. Batentschuk, A. Osvet, P. Richter, D.P. Häder, J. Schneider, C.J. Brabec, L. Wondraczek, A. Winnacker. Enhanced photosynthetic activity in Spinacia oleracea by spectral modification with a photoluminescent light converting material. Opt. Express 21, 909–916 (2013).

3. Z. Zhang, Q. Han, S. Liu, Z. Wang, M. Hu, S.M.W. Domnic, R. Lau, B. Xing. Recomposition and storage of sunlight with intelligent phosphors for enhanced photosynthesis. Dalton Trans. 50, 11025–11029 (2021).

Photoconversion materials have great potential for agricultural applications [1], as they convert light that is little used or even harmful to plants into photosynthetically active radiation (PAR) [2,3]. Luminescence in the PAR region is reached due to the downconversion of photons of ultraviolet radiation. Some rare-earth metals, in particular Eu-based nanoparticles, have similar properties.

Two types of nanoparticles were obtained: Eu: Eu2O3 obtained by laser fragmentation of Eu2O3 and Eu3+:LaF3 by hydrothermal-microwave treatment. Their physical and luminescent properties were tested. After that, the nanoparticles were deposited on the glass surface, and the effect of converteded light on the morphometric, physiological, and photochemical parameters of the Solanum lycopersicum tomato culture was studied.

As a result of the research, it was found that the size of both nanoparticles types was 200 nm. Eu2O3 nanoparticles slightly reduce the light intensity in PAR. The obtaining particles have fluorescence in the red region: Eu2O3 at 612 nm and 626 nm, and Eu3+:LaF3 at 592 nm and 620 nm. Growing plants under such coatings led to changes in their morphometric parameters, in particular, the leaf surface area increased by 37%, the stem length increased by 25% in plants growing under coatings with Eu2O3 nanoparticles, than in control plants and plants growing under Eu3+:LaF3 nanoparticles, and the number of leaves did not change in any experiment. At the same time, the amount of chlorophyll fell in both experiments, compared with the control.

Statistically significant differences in photochemical experiments appear on the 43-rd day after germination. It was found that the development of the effective quantum yield of photosystem II (Y(II)) develops faster in plants growing under a coating with Eu2O3 nanoparticles, and the quantum yields of controlled (Y(NO)) and uncontrolled (Y(NPQ)) heat dissipation were smaller and plateaued faster than other samples. Similar results were obtained for photochemical (qL) and non-photochemical (qN) quenching. In addition, the electron transfer rate of photosystem II (ETR(II)) also rapidly increased in the samples growing under the Eu2O3 coating. The obtained results may indicate a higher rate of plant adaptation to light, which leads to faster growth and development of plants, as indicated by morphometric indicators.



1. Paskhin, M. O., Yanykin, D. V., & Gudkov, S. V. Current Approaches to Light Conversion for Controlled Environment Agricultural Applications: A Review. Horticulturae 8(10), 885 (2022).

2. Q. Xia, M. Batentschuk, A. Osvet, P. Richter, D.P. Häder, J. Schneider, C.J. Brabec, L. Wondraczek, A. Winnacker. Enhanced photosynthetic activity in Spinacia oleracea by spectral modification with a photoluminescent light converting material. Opt. Express 21, 909–916 (2013).

3. Z. Zhang, Q. Han, S. Liu, Z. Wang, M. Hu, S.M.W. Domnic, R. Lau, B. Xing. Recomposition and storage of sunlight with intelligent phosphors for enhanced photosynthesis. Dalton Trans. 50, 11025–11029 (2021).