Lietuvos agrarinių ir miškų mokslų centro Sodininkystės ir daržininkystės instituto (LAMMC SDI) Augalų fiziologijos laboratorijoje vykdomi šviesos spektro poveikio daržo augalams tyrimai. Šios laboratorijos vyresnioji mokslo darbuotoja dr. Viktorija Vaštakaitė-Kairienė beveik vienerius metus JAV vykdė tyrimą, kurio metu siekė nustatyti šviesą emituojančių diodų (LED) apšvietimo spektrinę sudėtį produktyviam ir energetiškai efektyviam lapinių žalumynų (salotų, špinatų ir kt.) auginimui uždarose patalpose.
JAV ir pasaulyje vertinamo Mičigano valstijos universiteto Žemės ūkio ir gamtos išteklių koledžo Sodininkystės ir daržininkystės katedroje LAMMC mokslininkė eksperimentų metu įvertino augalų biometrinius rodiklius, analizavo jų cheminę sudėtį ir stebėjo kokybės išsilaikymą sandėliavimo metu. Atlikti tyrimai atskleidė, kad nuo šviesos spektro priklauso įvairių amžiaus tarpsnių raudonlapių salotų augimas, nusispalvinimas, maistinės vertės kokybė sandėliavimo metu. Išsiaiškinta, kad šviesos spektras lemia mineralinių elementų, ypač geležies kiekius špinatuose.
Pagal gautus tyrimų rezultatus stažuotės JAV laikotarpiu, dr. Viktorija Vaštakaitė-Kairienė kartu su Mičigano valstijos universiteto mokslininkais ruošia bendras publikacijas ir knygos skyrių.
Kodėl pasirinkote būtent LED apšvietimo poveikio lapinėms daržovėms tyrimų temą?
Lapinės daržovės yra labai mėgstamos žmonių ir plačiai auginamos visame pasaulyje. Tai švieži, lengvai paruošiami maisto produktai, išsiskiriantys žmogaus sveikatai naudingų medžiagų – skaidulų, mineralinių elementų ir antioksidantų gausa. Tačiau dėl kintančių oro sąlygų (staigių karščio bangų, liūčių ir pan.), sunku prognozuoti daržovių produkcijos kiekį ir kokybę, patiriami ekonominiai nuostoliai, auginant jas lauko sąlygomis. Dėl to vis dažniau renkamasi lapines daržoves auginti kontroliuojamos aplinkos sąlygomis – šiltnamiuose ar vertikalios daržininkystės sistemose (angl. plant factory, vertical farming), kur aplinkos veiksnius galima iš dalies ar visiškai suvaldyti. LED technologija, pažangumu ir energetiniu efektyvumu išsiskirianti iš kitų dirbtinės šviesos šaltinių, yra plačiai taikoma augalų apšvietimui uždarose patalpose. Pasaulio, taip pat ir Lietuvos, mokslininkų tyrimų rezultatai neleidžia abejoti LED apšvietimo taikymo augalams naudingumu, siekiant maksimalios ir kokybiškos daržovių produkcijos nepriklausomai nuo sezono.
LED apšvietimo parametrų poveikį daiginių (angl. microgreens) auginimui ir maistinei vertei tyriau doktorantūros studijų metu LAMMC SDI, todėl galima sakyti, kad nauji tyrimai su lapinėmis daržovėmis yra anksčiau atliktų tyrimų tęsinys.
Dr. Viktorijos Vaštakaitės-Kairienės atliekami tyrimai Mičigano valstijos universiteto Žemės ūkio ir gamtos išteklių koledže (JAV)
Kaip paaiškintumėte LED apšvietimo poveikį daržovių augimui?
Kaip ir visi gyvi organizmai, augalai reaguoja į aplinkos sąlygas. Šviesa yra pagrindinis veiksnys, užtikrinantis normalius fiziologinius procesus augaluose, lemiančius jų vystymąsi, augimą ir kokybę. Augalai šviesą jaučia pigmentų ir fotoreceptorių pagalba, todėl svarbu, kad jų veikla būtų nuolat tinkamai stimuliuojama. Parinkus optimalaus apšvietimo sąlygas (šviesos spektrą, intensyvumą, fotoperiodą, šviesos kryptį), galima patenkinti augalo poreikį šviesai ir užtikrinti gausios aukštos vertės produkcijos gavimą, ir netgi jos kokybės išlaikymą po derliaus nuėmimo iki vartojimo.
Ar panašūs tyrimai jau buvo atlikti Lietuvoje? Jei taip, kokie?
Taip, skirtingų šviesos parametrų poveikis daržo augalams kontroliuojamos aplinkos sąlygomis yra plačiai tirtas LAMMC SDI Augalų fiziologijos laboratorijos mokslininkų. Už šių darbų ciklą akademikas prof. Pavelas Duchovskis, dr. Aušra Brazaitytė, dr. Giedrė Samuolienė ir dr. Akvilė Viršilė buvo apdovanoti Lietuvos mokslo premija. Tačiau dėl kuriamų naujų daržovių veislių, tobulėjant LED apšvietimo technologijai ir analitinei įrangai, darbai tęsiami, siekiant atsakyti į vis iškylančius mokslinius ir praktinius klausimus.
Kodėl savo stažuotei pasirinkote JAV?
Be kolegų iš LAMMC SDI, JAV mokslininkų darbai buvo vieni pirmųjų, kuriuos nagrinėjau doktorantūros studijų metu. Žinojau jų svarų indėlį į fotofiziologijos mokslą ir patirtį auginti augalus kontroliuojamo klimato sąlygomis. Su prof. Erik Runkle iš Mičigano Valstijos universiteto susipažinau simpoziume Kinijoje. Tąkart pristatytas profesoriaus pranešimas apie atliekamus tyrimus man padarė didelį įspūdį. Simpoziume aptarėme mano galimybę atvykti į JAV. Po metų dar sykį susitikome kongrese Turkijoje, kur jau suderinome būsimos stažuotės detales. Tuomet jau buvau baigusi doktorantūros studijas ir apgynusi disertaciją, todėl planavome ilgalaikę stažuotę. Be to, planuodami stažuotės laiką, atsižvelgėme į tai, kiek truks užauginti žalumynus ir pakartoti eksperimentus. Praėjus keliems mėnesiams parengėme mūsų bendro projekto aprašą Baltijos-Amerikos laisvės fondui, ir praėjus dar pusmečiui, Fondui skyrus finansavimą, išvykau į JAV. Dalyvavimas tarptautiniuose moksliniuose renginiuose, užsimezgusi pažintis su profesoriumi iš JAV ir Fondo parama lėmė mano metų laiko trukmės stažuotę JAV.
Dr. Viktorija Vaštakaitė-Kairienė stažuotės metu dalyvavo mokslinėse konferencijose, seminaruose, lankė įdomias JAV vietas
Kokius reikalavimus reikėjo įgyvendinti, kad Jūsų projektas laimėtų Baltijos-Amerikos laisvės fondo finansavimą?
Kaip minėjau, viskas prasidėjo nuo pažinties su profesoriumi iš JAV, kadangi Baltijos-Amerikos laisvės fondas remia stažuotes pasirinktame JAV universitete. Taigi, prieš pradedant rengti projekto aprašą, reikalinga žinoti, kur tyrimas bus vykdomas ir gauti universiteto sutikimą. Projekto apraše paaiškinau tyrimo idėją ir abipusę naudą abejoms šalims – JAV ir Lietuvai. Tai labai svarbu, kadangi Fondo misija – gilinti ryšius tarp Baltijos šalių ir JAV, pasitelkiant švietimo ir mainų programas, orientuotas į ekonomikos augimą ir demokratines vertybes.
Kuo Jūsų tyrimai reikšmingi mokslui ir visuomenei?
Kadangi uždarų patalpų daržininkystė sparčiai populiarėja visame pasaulyje, manau, kad mano kartu su prof. Erik Runkle atlikti tyrimai turės didelės reikšmės, kuriant apšvietimo receptus lapinių daržovių produkcijai būtent visiškai uždarose kontroliuojamo klimato auginimo sistemose. Šiandien tokių sistemų kūrimas yra aktualus šalims, kurios neturi gausių derlingos žemės ar vandens išteklių, arba dėl didelio gyventojų skaičiaus plečiantis miestams mažėja daržovių auginimo plotai. Be to, steigiant tokias auginimo sistemas greta miestų, mažėja transportavimo kaštai, dėl to atpinga produkcija ir ji tampa prieinama kiekvienam vartotojui. Vienas iš mano stažuotės metu nagrinėtų klausimų buvo LED apšvietimo įtaka lapinių daržovių maistinės kokybės išlaikymui po derliaus nuėmimo. Šiandien JAV parduotuvėse jau galima pamatyti specialias lentynas su LED apšvietimu, kas patvirtina, kad tokie tyrimai yra aktualūs, siekiant kad vartotojas įsigytų tik aukščiausios kokybės produktus.
Taip pat, šiemet visą pasaulį sukausčiusi pandemija parodė, kaip svarbu yra tobulinti kontroliuojamo klimato sistemas, jų autonomiškumas, valdomas nuotoliniu būdu. Todėl mano stažuotės JAV metu atlikti eksperimentai turi svarų indėlį tolimesniems moksliniams tyrimams ir visuomenei.
Kodėl tapote mokslininke? Kodėl savo mokslininkės karjerą nusprendėte pradėti LAMMC Sodininkystės ir daržininkystės institute?
Pirmaisiais studijų metais universitete, kaip ir turbūt dauguma studentų, didesnį dėmesį kreipiau į studijų baigimą nei mokslininkės karjerą. Tačiau po magistrantūros studijų noras likti moksle buvo toks stiprus, kad dėl tolimesnių doktorantūros studijų neabejojau. Labai džiaugiuosi savo pasirinkimu mokslinį tyrimą vykdyti LAMMC SDI Augalų fiziologijos laboratorijoje. Jau pirmosiomis minutėmis mane sužavėjo daktaro disertacijos vadovės dr. Akvilės Viršilės pristatyta iki tol dar nepažinta augalų fotofiziologijos sritis. Tąkart įspūdį paliko ir laboratorijos turima moderni analitinė įranga, kas man leido manyti, kad tai tinkama vieta įsisavinti šiuolaikinius tyrimų metodus. Šiandien esu labai dėkinga visiems laboratorijos mokslininkams, kurių dėka šis susižavėjimas tęsiasi iki šiol, ir galimybe dirbti kartu.
Kokius tyrimus ketinate atlikti ateityje?
Planuoju tęsti tyrimus, pradėtus JAV, kurių metu toliau nagrinėčiau, kokią įtaką augimo metu turi taikytas LED apšvietimas lapinių daržovių maistinės kokybės išlaikymui sandėliavimo metu. Taip pat man įdomu, koks LED apšvietimo spektras ir intensyvumas būtų naudingas kokybės išlaikymui šviečiant jau po derliaus nuėmimo. Tikiuosi, kad prie šių mano darbų prisijungs doktorantas.
Kiti mano darbai susiję su šviesos-tamsos sąlygomis lapinių daržovių auginimo metu. Kadangi siekiama greitos lapinių daržovių produkcijos. Svarbus yra ir ekonominis LED apšvietimo aspektas, vis dažniau augalams taikomas ilgas šviesos fotoperiodas. Manoma, kad augalams šviečiant ilgiau, jie greičiau užauga ir sutrumpėja augimo dienų skaičius, gaunama greitesnė produkcija, sumažėja energijos išlaidos. Tačiau nėra detaliai žinoma, kaip tai iš tikro veikia augalų kokybę ir biomasę, pagal kurią apskaičiuojama LED apšvietimo ekonominė nauda. Taigi, man įdomus augalų fiziologinis atsakas į įvairias šviesos ir tamsos sąlygas ir kaip tai lemia produkcijos kiekį, kokybę, ekonominį naudingumą, dėl kurio atpigtų produkcijos gavimo kaštai.
Mokslinėje literatūroje impulsinis apšvietimas įvardijamas kaip galimai ekonomiškai naudingas, nors detalūs paskaičiavimai pagal gautą produkcijos biomasę, neatlikti. Be to, yra mažai žinoma apie tokio apšvietimo įtaką augalų fenotipinėms, fotosintezės ir biocheminėms savybėms, lemiančioms produkcijos kiekį ir kokybę. Šiuo metu minėtus klausimus nagrinėju po doktorantūros stažuotėje Gamtos tyrimų centre.
Nuo 2019 m. gegužės 1 d. iki 2020 m. balandžio 30 d. trukusį dr. Viktorijos Vaštakaitės-Kairienės mokslinį tiriamąjį projektą „Lapinių žalumynų auginimo uždarose patalpose po šviesą emituojančių diodų (angl. LED) apšvietimu technologiniai ir fotofiziologiniai aspektai“ (angl. „Photophysiological and technological aspects of producing leafy greens indoors under light-emitting diodes“) JAV finansavo Baltijos-Amerikos laisvės fondas (Baltic-American Freedom Foundation, BAFF).
