Влияние оптического излучения на растения

От условия облучения зависит не только фотосинтез, но и многие другие физиологические процессы растений: рост, развитие листьев и других органов.

Только под действием оптического излучения может протекать одна из распространенных в природе фотобиологических реакций — реакция фотосинтеза, при которой энергия оптического излучения в присутствии молекул воды и углекислого газа трансформируется в химическую энергию органических соединений растений с выделением кислорода — основного фактора формирования земной атмосферы и жизни на Земле, постоянного поддержания кислородного баланса.

Из всего спектра оптического излучения на рост и развитие большинства растений преобладающее действие оказывает излучение с длиной волны от 300 до 1000 нм. В зависимости от роли отдельных участков спектра в процессах жизнедеятельности растений из указанного диапазона можно выделить три условные области: 1000…700 нм — определяющую эффект вытягивания стебля; 700…400 нм — основную для жизнедеятельности;

400…300 нм — ответственную за формативный эффект. Излучение в диапазоне 400…700 нм, играющее важнейшую роль в реакциях фотосинтеза, получило название фотосинтетически активной радиации (ФАР).

Инфракрасное излучение с длиной волны более 1000 нм оказывает на растение только тепловое действие, а ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 300 нм вредно и губительно для растений.

Кроме спектрального состава, к наиболее влияющим параметрам оптического излучения следует отнести облученность, количество облучения (экспозицию) или продолжительность суточного облучения (фотопериодизм), временную и пространственную структуру светового поля в зоне расположения растений.

Воздействие света на животных.

Среди многообразных условий содержания сельскохозяйственных животных большое значение имеет свет — один из важных факторов внешней среды, источник зарождения и развития жизни на Земле. Световая энергия Солнца, аккумулированная растениями, широко используется животными организмами, преобразуясь в белки, жиры, углеводы и другие питательные вещества, составляющие основу жизненных процессов. Еще К. А. Тимирязев отмечал, что пища только потому и является источником силы в нашем организме, что она представляет собой не что иное, как «консерв солнечных лучей». Интенсивность и продолжительность освещения, спектральный состав света, периодическая смена дня и ночи предопределяют ритмичность и интенсивность физиологических процессов в организме и оказывают существенное влияние на воспроизводство, рост и развитие животных.

Эффект воздействия света на продуктивность животных зависит от силы, продолжительности, периодичности, а также спектрального состава освещения. Активизируя функцию центральной нервной системы, свет стимулирует или угнетает процессы жизнедеятельности организма животных.

Свет, воздействуя на светочувствительные элементы сетчатки глаз и рецепторы кожи, прежде всего вызывает функциональную перестройку в нервной системе, что приводит затем к изменению всего организма животных.

Под влиянием повышенной освещенности и продолжительного освещения возрастает тонус нервно-мышечного аппарата, в результате увеличивается двигательная активность, что отмечают у сельскохозяйственных животных почти всех видов, особенно это проявляется у растущего молодняка. Так, например, с увеличением освещенности в помещении от 5 до 100 лк и продолжительности освещения с 6 до 18 ч в сутки телята и поросята находились в движении на 2,5…4 ч больше, чем обычно, меньше спали и лежали, лучше поедали корм; у них интенсивно протекали обменные процессы, что способствовало их ускоренному росту и развитию. У коров, свиноматок, ремонтного молодняка, лошадей, быков и хряков-производителей, пушных зверей и кроликов при интенсивном освещении чаще проявляется половая активность. Исключение составляют овцы, у которых поведенческие реакции, связанные с половой функцией, наблюдают при сокращенном по интенсивности и продолжительности освещении, что определяется видовой особенностью этих животных. Однако содержание маток со второй половины суягности и выращивание ягнят при продолжительном освещении (16… 18 ч) способствуют активизации обмена веществ, лучшему развитию плодов и росту новорожденных ягнят.

Участки спектра оптического излучения оказывают неодинаковое влияние на нервно-мышечный аппарат животных. Максимальная возбудимость проявляется при освещении красным излучением, а минимальная — при синем и фиолетовом свете. Зеленое и оранжевое излучения не оказывают существенного влияния на поведенческие реакции животных.

В настоящее время установлено, что развитие отдельных желез, синтез гормонов и выведение их в кровяное русло можно регулировать световым режимом. Под воздействием света увеличивается масса гипофиза, повышается секреторная деятельность его базофильных клеток. В кровь выделяется большое количество гормонов, которые активизируют функцию коры надпочечников, щитовидной, половых и других желез. Отсутствие или недостаток света в помещении, наоборот, приводит к недоразвитию гипофиза, снижению его массы и гормональной активности, ослаблению функций эндокринной системы в целом.

Оптико-эндокринный механизм осуществляет синхронизацию половой функции организма животных со световыми условиями среды.

Круглосуточное освещение, резко стимулируя функциональную активность гормональной системы желтого тела, может приводить к преждевременной депрессии, степень которой зависит от продолжительности воздействия освещения на животных и физиологического состояния самок. В целом круглосуточная освещенность 100 лк в течение значительного срока избыточна и физиологически неоправдана, поскольку подавляет функции эндокринной системы животных.

Активизация гормональной деятельности эндокринной системы под влиянием светового режима в свою очередь сказывается на обмене веществ и энергии в организме животных. Установлено, что обмен газов в организме животных изменяется в зависимости от интенсивности и продолжительности освещения, а также от его спектрального состава. Так, с повышением искусственной освещенности в помещении от 15…20 до 100…120 лк у коров нарастает потребление кислорода на 11,0…26,0% и выделение углекислоты на 26,2…34,1%, увеличивается образование теплоты на 1 кг массы тела животного на 16,0…22,0%. Еще более активизируется газообмен в организме по мере нарастания продолжительности освещения от 6…8 до 12… 18 ч в сутки. Наоборот, низкий уровень освещенности и короткий световой день снижают обмен кислорода и углекислоты, что ведет к резкому замедлению окислительных процессов в организме животных.

Наиболее сильно стимулируют газообмен фиолетовые излучения. Усиление азотистого обмена в организме сельскохозяйственных животных под влиянием света отмечают многие исследователи. Выяснено, что свет способствует отложению в организме протеина корма, минеральных веществ и, как следствие, усилению роста внутренних органов, мышечной, костной и других азотсодержащих тканей.

По своему спектральному составу свет оказывает неодинаковое влияние на усвоение и отложение в тканях белков. Синий, голубой и зеленый участки спектра стимулируют обмен белков, что сопровождается ростом животных. В то же время красный, оранжевый и желтый — тормозят процессы усвоения протеина корма и отложения белков в организме животных. Белый свет по своему действию на протеиновый обмен занимает промежуточное положение между синей и красной частями спектра.

Особенно большое стимулирующее влияние на белковый обмен оказывает освещенность и продолжительность освещения. Напротив, длительное содержание животных в условиях низкой освещенности и короткого светового дня подавляет синтез белка, в результате нарушается отложение его в тканях и органах, задерживается рост и развитие животных.

Так, содержание свиней в условиях сокращенного светового дня в течение месяца способствовало повышению переваримости органической и минеральной частей рациона, возрастанию интенсивности обменных процессов, усвоению азота, фосфора и кальция. Однако в дальнейшем наступало снижение всех показателей. Это различие в переваримости корма по-своему связано с продолжительностью его прохождения через желудочно-кишечный тракт и с активностью пищеварительных соков. В условиях короткого светового дня эвакуация каловых масс начинается на 4 ч позднее, пища подвергается воздействию ферментов более продолжительное время, усвояемость питательных веществ повышается. Длительное же пребывание откармливаемых свиней в помещении с недостаточной освещенностью приводит к значительному снижению секреции пищеварительных соков, уменьшению их перерабатывающей способности и ухудшению перевариваемости кормов. В результате нарушается обмен энергии, уменьшается отложение протеина и минеральных веществ.

Под воздействием света активизируется обмен жиров. В связи с повышением окислительных процессов в условиях интенсивного освещения происходит расщепление жиров и использование их как энергетического материала. Недостаток света снижает потребность организма в энергии для поддержания окислительных процессов на высоком уровне, вызывает отложение жира в мышцах и на внутренних органах.

Еще в прошлом столетии было замечено, что свет способствует формированию животных с крепкой конституцией и прочным костяком. Считали, что изменение минерального обмена при освещении зависит главным образом от витамина D, который образуется под действием ультрафиолетовых излучений. В настоящее время установлено, что видимое излучение не приводит к образованию витамина D, но усиливает секреторную деятельность паращитовидных желез, гормоны которых оказывают регулирующее влияние на фосфорно-кальциевый обмен. В связи с этим в условиях различной освещенности помещений изменяется насыщение крови минеральными веществами и отложение их в костной ткани. Например, подсвинки, содержавшиеся в светлом помещении, усваивали из рациона кальция на 25% и фосфора на 15% больше, чем в затемненном помещении, в костях откладывалось этих веществ на 3,6% больше.

У коров, молодняка крупного рогатого скота, свиней и других сельскохозяйственных животных, содержащихся при хорошем освещении, количество кальция и фосфора в сыворотке крови выше в среднем на 0,2…0,1 мг%. Темнота и низкий уровень освещенности в помещении, наоборот, тормозят процессы минерализации костяка и снижают концентрацию кальция и фосфора в крови животных. У поросят, например, при этом наблюдается укорочение черепа, увеличение просвета диаметра костей конечностей и

уменьшение толщины их стенок. При низком уровне освещенности в помещении (5…10 мк) и коротком световом дне (2,5…6 ч) насыщенность костяка кальцием и фосфором снижается, нарушаются процессы роста костной ткани и ее минерализации как у молодняка, так и у взрослых животных. Под влиянием различного светового режима изменяется интенсивность обменных процессов, а также функция кроветворных органов, что отражается на морфологических и биохимических показателях крови.

Под действием света усиливается кроветворная функция организма животных. В опытах на кроликах и телятах установлено, что на свету регенерация эритроцитов происходила более интенсивно, чем в темноте. Прямое солнечное освещение на открытой площадке тормозило процессы кроветворения и приводило к снижению количества эритроцитов и гемоглобина крови, а освещенность на уровне 75 лк нормализовала функцию кроветворных органов.

Интенсивность естественного освещения в помещении оказывает существенное влияние на содержание гемоглобина в крови животных. Например, количество его у супоросных свиноматок увеличивается к опоросу. Однако у свиноматок, содержавшихся при недостаточной освещенности, гемоглобина было меньше в среднем на 0,5…0,6% в сравнении с животными, находившимися в лучших условиях освещения (1,2% к.с.о.). Во второй половине супоросности разница составила 0,7…1,1 г%. Особенно наглядно проявлялось влияние различной освещенности помещений на динамику гемоглобина в крови поросят. Наряду с повышением содержания гемоглобина у животных отмечено увеличение количества эритроцитов на 200…700 тыс. клеток.

Под действием света не только происходят количественные изменения, но и меняется размер эритроцитов, их насыщенность гемоглобином. Как показали исследования на свиньях, свет приводил к увеличению гемоглобиновой поверхности эритроцита и тем самым повышал его способность переносить кислород к тканям. В то же время при содержании животных в темноте или недостатке света в помещении количество эритроцитов, гемоглобина и гемоглобиновая поверхность эритроцитов крови снижались, особенно у поросят.

Наряду с увеличением в крови гемоглобина и эритроцитов, особенно у молодняка, это указывало на более интенсивное течение окислительно-восстановительных процессов в организме животных в условиях хорошего освещения помещений.

Под действием света активизируется углеводный обмен, в связи с чем изменяется концентрация общего сахара в крови животных. У коров, молодняка крупного рогатого скота и свиней по мере увеличения интенсивности и продолжительности освещения отмечено повышение общего сахара в крови на 5,0… 15,0 мг%, что указывает на усиление окислительно-восстановительных процессов в организме и расходование запасов гликогена в печени. Особенно наглядно это прослеживалось при откорме свиней в условиях интенсивного освещения в помещении. Подсвинки, содержащиеся при освещенности 5 лк, имели в крови 85,4 мг% общего сахара, тогда как при 120 лк — 104,6 мг%, что соответствовало их лучшему росту. Однако через четыре-пять месяцев откорма в этих условиях наблюдалось резкое снижение общего сахара в крови с последующим падением среднесуточных приростов массы тела животных.

Наряду с этими биохимическими и морфологическими изменениями в крови животных под действием светового режима изменяются также и другие показатели: состав сывороточных белков, клеточные и гуморальные факторы защиты организма, отражающие состояние его естественной резистентности, способность животных противостоять вредным воздействиям среды.

Активизируя функцию эндокринной системы, в частности секрецию пролактина и гормонов щитовидной железы, свет оказывает большое регулирующее влияние на молочную продуктивность коров. Так, поданным ВИЭВ, содержащие коров в условиях недостаточного естественного освещения ведет к снижению надоев молока за стойловый период на 9,5%. Высокий уровень освещенности, напротив, усиливает функцию молочных желез.

Особенно эффективно сказывается на функции молочных желез одновременное увеличение освещенности до 100 лк и ее продолжительности до 16 ч в сутки. Это дает возможность в зимние месяцы повысить удои молока на 20% и снизить затраты кормов на 1 ц продукции.

Знание особенностей воздействия света на организм, здоровье и продуктивность животных, условий формирования светового режима в помещениях, средств оптимального освещения и методов его контроля поможет руководителям хозяйств и специалистам животноводства широко использовать свет для повышения продуктивности и естественной устойчивости организма животных к различным заболеваниям.