Картофель (Solanum tuberosum L.) это значимая культура для экономики многих стран, в том числе для России. Ключевым моментом в успешном получении высокого урожая картофеля является качество посадочного материала. Для получения оздоровленного посадочного материала картофеля проводится размножение в культуре in vitro, где очень важны условия освещения [1]. На продуктивность картофеля в светокультуре оказывают влияние такие характеристики освещения как интенсивность, продолжительность фотопериода, импульсное/непрерывное излучение, спектральный состав [2,3]. Разные сорта картофеля имеют специфичный ответ на освещение с разными спектральными характеристиками [4,5], поэтому в работе с картофелем на стадии микроклонального размножения важно подобрать оптимальное освещение с учетом сортовых особенностей.

Целью работы является конструирование экспериментального гроубокса для выявления освещения с оптимальными характеристиками спектра для разных сортов картофеля.

Сотрудниками лаборатории агробиофотоники Пермского НИИСХ ПФИЦ УрО РАН сконструирован гроубокс. Для формирования достаточного количества экспериментальных секторов полки гроубокса разделялись отражающими экранами. Микроклимат в гроубоксе поддерживается при помощи вентиляционных отверстий и за счет установленных систем климат-контроля в лабораторных помещениях. Для измерения температуры внутри секторов гроубокса установлены термопары ТП-А-2488-10-4-ХА. Сбор и хранение данных с термодатчиков реализованы при помощи микрокомпьютера Orange Pi Zero 2 V1.3.

Необходимый 16-часовой фотопериод внутри гроубокса реализован при помощи механического таймера Systec. В качестве основного освещения использованы люминесцентные фитолампы OSRAM L 30W/77 T8 Fluora. Для внесения дополнительной спектральной составляющей к основному спектру реализованы светодиодные линейки. Использованы 3W SMD диоды, которые устанавливались на радиаторы в линейку. Светодиодные линейки закреплены рядом с основными лампами. Питание светодиодных линеек реализовано от блока питания “PM(P4) 350W” выходом 12V к 7 линейкам, параллельно соединенных в рамках одной полки и последовательно между полками. В исследовании влияния источника освещения были использованы следующие добавочные спектры к фитолампе OSRAM L 30W/77 T8 Fluora: в видимой области - 420-430 нм, 660 нм,730 нм; ИК - 850 нм, 940 нм; УФ- 365нм, 395-400 нм; контроль - без добавочного спектра.

Проведя анализ спектров, можно заметить, что линейки светодиодов 365 нм, 395-400 нм, 420 - 430 нм не внесли значительного вклада в общий фотосинтетический фотопоток. Линейки 660 и 730 нм дали значительную прибавку в общий фотопоток. Линейки 850 и 940 нм соразмерны основному спектру фитолампы по интенсивности.

Таким образом, в Пермском НИИСХ ПФИЦ УрО РАН сконструирован гроубокс для экспериментального определения оптимального спектрального состава освещения для микроклонального культивирования картофеля in vitro. Спектральные характеристики освещения в секторах гроубокса подобраны с учетом опубликованных результатов экспериментальных работ по изучению влияния освещения на растения картофеля.



1. Seabrook J.E.A. Light effects on the growth and morphogenesis of potato (Solanum tuberosum L.) in vitro: a review. Am. J. Potato Res., 2005, 82: 353-367 doi: 10.1007/BF02871966.

2. PLANT MORPHOGENESIS UNDER DIFFERENT LIGHT INTENSITY Kulchin Yu.N., Nakonechnaya O.V., Gafitskaya I.V., Grishchenko O.V., Epifanova T.Yu., Orlovskaya I.Yu., Zhuravlev Yu.N., Subbotin E.P. Diffusion and Defect Data. Pt A Defect and Diffusion Forum. 2018. Т. 386 DDF. С. 201-206.

3. Мартиросян Ю.Ц., Диловарова Т.А., Мартиросян В.В., Креславский В.Д., Кособрюхов А.А. Действие светодиодного облучения различного спектрального состава на фотосинтетический аппарат растений картофеля в культуре in vitro. Сельскохозяйственная биология, 2016, 51(5): 680-687 doi: 10.15389/agrobiology.2016.5.680rus.

4. Е. П. Субботин, И. В. Гафицкая, О. В. Наконечная, Ю. Н. Журавлев, Ю. Н. Кульчин. Влияние искусственного солнечного света на рост и развитие растений-регенерантов Solanum tuberosum / Turczaninowia 21 (2): 32–39 (2018).

5. Варушкина, А., Луговская, Н., & Максимов, А. (2019). Рост и продуктивность картофеля (Solanum tuberosum L.) в условиях светокультуры. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, (2), 37–46. https://doi.org/10.7242/2658-705X/2019.2.4

Potato (Solanum tuberosum L.) is a significant crop for the economy of many countries, including Russia. The key to obtain a successful high yield of potato is the quality of the planting material. To get healthy potato planting material, reproduction is carried out in vitro culture, where lighting conditions are very important [1]. The potato productivity in light culture is influenced by such characteristics of illumination as intensity, duration of the photoperiod, pulsed/continuous radiation, and spectral composition [2,3]. Different potato varieties have a specific response to illumination with different spectral characteristics [4, 5], therefore, when working with potato at the stage of micropropagation, it is important to choose the optimal illumination, taking into account varietal characteristics. The aim of the work is to design an experimental grow box to identify lighting with optimal spectrum characteristics for different potato varieties.

The employees of Perm Research Institute of Agriculture have designed a grow box. To form a sufficient number of experimental sectors, the growbox shelves were separated by reflective screens. The microclimate in the growbox is maintained with the help of ventilation holes and through the installed climate control systems in the laboratory rooms. Thermocouples TP-A-2488-10-4-XA were installed to measure the temperature inside the growbox sectors. The collection and storage of data from temperature sensors is implemented using an Orange Pi Zero 2 V1.3 microcomputer.

The required 16-hour photoperiod inside the grow box is implemented using a Systec mechanical timer. OSRAM L 30W/77 T8 Fluora fluorescent phytolamps were used as the main lighting. To add an additional spectral component to the main spectrum, LED strips are implemented. 3W SMD diodes were used, which were installed on radiators in a line. LED strips were fixed near the main lamps. The LED strips were powered from the power supply unit “PM(P4) 350W” with 12V output to 7 strips connected in parallel within one shelf and in series between the shelves. LED strips are fixed next to the main lamps. The LED strips are powered from the power supply unit “PM(P4) 350W” with 12V output to 7 strips connected in parallel within one shelf and in series between the shelves. In the study of the influence of light source, the following additional spectra were used for the OSRAM L 30W / 77 T8 Fluora phytolamp: in the visible region - 660 nm, IR - 850 nm, 730 nm, 940 nm, 395-400 nm, 420-430 nm, UV- 365nm, control - without additional spectrum.

After analyzing the spectra, it can be seen that the lines of LEDs 365 nm, 395-400 nm, 420-430 nm did not make a significant contribution to the total photosynthetic photoflux. The 660 and 730 nm rulers gave a significant increase in the total photo flux. The 850 and 940 nm rulers are commensurate with the main spectrum of the phytolamp in terms of intensity.

Thus, in the Perm Research Institute of Agriculture, PFRC, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, a grow box was designed to experimentally determine the optimal spectral composition of illumination for microclonal cultivation of potatoes in vitro. The spectral characteristics of lighting in the sectors of the growbox are selected taking into account the published results of experimental work on the study of lighting effect on potato plants.



1. Seabrook J.E.A. Light effects on the growth and morphogenesis of potato (Solanum tuberosum L.) in vitro: a review. Am. J. Potato Res., 2005, 82: 353-367 doi: 10.1007/BF02871966.

2. PLANT MORPHOGENESIS UNDER DIFFERENT LIGHT INTENSITY Kulchin Yu.N., Nakonechnaya O.V., Gafitskaya I.V., Grishchenko O.V., Epifanova T.Yu., Orlovskaya I.Yu., Zhuravlev Yu.N., Subbotin E.P. Diffusion and Defect Data. Pt A Defect and Diffusion Forum. 2018. Т. 386 DDF. С. 201-206.

3. Martirosyan Yu.Ts., Dilovarova T.A., Martirosyan V.V., Kreslavsky V.D., Kosobryukhov A.A. The effect of LED irradiation of different spectral composition on the photosynthetic apparatus of potato plants in in vitro culture. Agricultural Biology, 2016, 51(5): 680-687 doi: 10.15389/agrobiology.2016.5.680rus.

4. E. P. Subbotin, I. V. Gafitskaya, O. V. Nakonechnaya, Yu. N. Zhuravlev, and Yu. N. Kul’chin. Effect of artificial sunlight on the growth and development of regenerated Solanum tuberosum / Turczaninowia 21 (2): 32–39 (2018).

5. Varushkina, A., Lugovskaya, N., & Maksimov, A. (2019). Growth and productivity of potatoes (Solanum tuberosum L.) under light culture conditions. Bulletin of the Perm Federal Research Center, (2), 37–46. https://doi.org/10.7242/2658-705X/2019.2.4