Περίληψη: Τα σπορόφυτα λαχανικών είναι το πρώτο βήμα στην παραγωγή λαχανικών και η ποιότητα των δενδρυλλίων είναι πολύ σημαντική για την απόδοση και την ποιότητα των λαχανικών μετά τη φύτευση. Με τη συνεχή βελτίωση του καταμερισμού της εργασίας στη βιομηχανία λαχανικών, τα σπορόφυτα λαχανικών έχουν σταδιακά σχηματίσει μια ανεξάρτητη βιομηχανική αλυσίδα και εξυπηρετούν την παραγωγή λαχανικών. Επηρεαζόμενες από τις κακές καιρικές συνθήκες, οι παραδοσιακές μέθοδοι δενδρυλλίων αντιμετωπίζουν αναπόφευκτα πολλές προκλήσεις, όπως η αργή ανάπτυξη των δενδρυλλίων, η ανάπτυξη των ποδιών και τα παράσιτα και οι ασθένειες. Για την αντιμετώπιση των ποδαρικών σπορόφυτων, πολλοί εμπορικοί καλλιεργητές χρησιμοποιούν ρυθμιστές ανάπτυξης. Ωστόσο, υπάρχουν κίνδυνοι ακαμψίας των φυταρίων, ασφάλειας των τροφίμων και μόλυνσης του περιβάλλοντος με τη χρήση ρυθμιστών ανάπτυξης. Εκτός από τις μεθόδους χημικού ελέγχου, παρόλο που η μηχανική διέγερση, ο έλεγχος της θερμοκρασίας και του νερού μπορούν επίσης να διαδραματίσουν ρόλο στην πρόληψη της ανάπτυξης των ποδιών των φυταρίων, είναι ελαφρώς λιγότερο βολικές και αποτελεσματικές. Υπό τον αντίκτυπο της παγκόσμιας νέας επιδημίας Covid-19, τα προβλήματα των δυσκολιών διαχείρισης της παραγωγής που προκαλούνται από την έλλειψη εργατικού δυναμικού και το αυξανόμενο κόστος εργασίας στη βιομηχανία δενδρυλλίων έχουν γίνει πιο εμφανή.

Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας φωτισμού, η χρήση τεχνητού φωτός για την εκτροφή δενδρυλλίων λαχανικών έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής απόδοσης δενδρυλλίων, των λιγότερων παρασίτων και ασθενειών και της εύκολης τυποποίησης. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές πηγές φωτός, η νέα γενιά πηγών φωτός LED έχει τα χαρακτηριστικά εξοικονόμησης ενέργειας, υψηλής απόδοσης, μεγάλης διάρκειας ζωής, περιβαλλοντικής προστασίας και ανθεκτικότητας, μικρού μεγέθους, χαμηλής θερμικής ακτινοβολίας και μικρού μήκους κύματος. Μπορεί να διαμορφώσει το κατάλληλο φάσμα σύμφωνα με τις ανάγκες ανάπτυξης και ανάπτυξης των δενδρυλλίων στο περιβάλλον των εργοστασίων φυτών και να ελέγχει με ακρίβεια τη φυσιολογική και μεταβολική διαδικασία των δενδρυλλίων, ταυτόχρονα, συμβάλλοντας στην απαλλαγμένη από ρύπανση, τυποποιημένη και ταχεία παραγωγή φυταρίων λαχανικών και συντομεύει τον κύκλο του δενδρυλλίου. Στη Νότια Κίνα, χρειάζονται περίπου 60 ημέρες για την καλλιέργεια δενδρυλλίων πιπεριάς και ντομάτας (3-4 αληθινά φύλλα) σε πλαστικά θερμοκήπια και περίπου 35 ημέρες για σπορόφυτα αγγουριού (3-5 αληθινά φύλλα). Υπό συνθήκες εργοστασίου, χρειάζονται μόνο 17 ημέρες για την καλλιέργεια δενδρυλλίων τομάτας και 25 ημέρες για δενδρύλλια πιπεριάς υπό συνθήκες φωτοπεριόδου 20 ωρών και PPF 200-300 μmol/(m2•s). Σε σύγκριση με τη συμβατική μέθοδο καλλιέργειας δενδρυλλίων στο θερμοκήπιο, η χρήση της μεθόδου καλλιέργειας δενδρυλλίων εργοστασιακών φυτών LED μείωσε σημαντικά τον κύκλο ανάπτυξης του αγγουριού κατά 15-30 ημέρες και ο αριθμός των θηλυκών λουλουδιών και καρπών ανά φυτό αυξήθηκε κατά 33,8% και 37,3%. , αντίστοιχα, και η υψηλότερη απόδοση ήταν αυξημένη κατά 71,44%.

Όσον αφορά την αποδοτικότητα της ενεργειακής χρήσης, η ενεργειακή απόδοση των εργοστασίων παραγωγής είναι υψηλότερη από εκείνη των θερμοκηπίων τύπου Venlo στο ίδιο γεωγραφικό πλάτος. Για παράδειγμα, σε ένα σουηδικό εργοστάσιο φυτών, απαιτούνται 1411 MJ για την παραγωγή 1 kg ξηρής ύλης μαρουλιού, ενώ απαιτούνται 1699 MJ σε ένα θερμοκήπιο. Ωστόσο, εάν υπολογιστεί η ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται ανά κιλό ξηρής ύλης μαρουλιού, το εργοστάσιο χρειάζεται 247 kW·h για την παραγωγή 1 kg ξηρού βάρους μαρουλιού και τα θερμοκήπια στη Σουηδία, τις Κάτω Χώρες και τα Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα απαιτούν 182 kW· h, 70 kW·h και 111 kW·h, αντίστοιχα.

Ταυτόχρονα, στο εργοστάσιο των φυτών, η χρήση υπολογιστών, αυτόματου εξοπλισμού, τεχνητής νοημοσύνης και άλλων τεχνολογιών μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια τις κατάλληλες περιβαλλοντικές συνθήκες για την καλλιέργεια δενδρυλλίων, να απαλλαγεί από τους περιορισμούς των συνθηκών του φυσικού περιβάλλοντος και να πραγματοποιήσει την έξυπνη, μηχανοποιημένη και ετήσια σταθερή παραγωγή φυταροπαραγωγής. Τα τελευταία χρόνια, τα σπορόφυτα εργοστασίων φυτών έχουν χρησιμοποιηθεί στην εμπορική παραγωγή φυλλωδών λαχανικών, οπωροκηπευτικών και άλλων οικονομικών καλλιεργειών στην Ιαπωνία, τη Νότια Κορέα, την Ευρώπη και τις Ηνωμένες Πολιτείες και άλλες χώρες. Η υψηλή αρχική επένδυση των εργοστασίων φυτών, το υψηλό κόστος λειτουργίας και η τεράστια κατανάλωση ενέργειας του συστήματος εξακολουθούν να είναι τα σημεία συμφόρησης που περιορίζουν την προώθηση της τεχνολογίας καλλιέργειας δενδρυλλίων στα κινεζικά εργοστάσια φυτών. Επομένως, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι απαιτήσεις υψηλής απόδοσης και εξοικονόμησης ενέργειας όσον αφορά τις στρατηγικές διαχείρισης του φωτός, τη δημιουργία μοντέλων ανάπτυξης λαχανικών και τον εξοπλισμό αυτοματισμού για τη βελτίωση των οικονομικών οφελών.

Σε αυτό το άρθρο, γίνεται ανασκόπηση της επίδρασης του περιβάλλοντος φωτός LED στην ανάπτυξη και ανάπτυξη φυταρίων λαχανικών σε εργοστάσια φυτών τα τελευταία χρόνια, με την προοπτική της ερευνητικής κατεύθυνσης ρύθμισης φωτός των φυταρίων λαχανικών σε εργοστάσια φυτών.

1. Επιδράσεις του Φωτεινού Περιβάλλοντος στην Ανάπτυξη και Ανάπτυξη Φυτών Φυτών

Ως ένας από τους βασικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες για την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών, το φως δεν είναι μόνο πηγή ενέργειας για τη φωτοσύνθεση των φυτών, αλλά και βασικό σήμα που επηρεάζει τη φωτομορφογένεση των φυτών. Τα φυτά αντιλαμβάνονται την κατεύθυνση, την ενέργεια και την ποιότητα του φωτός του σήματος μέσω του συστήματος φωτεινών σημάτων, ρυθμίζουν τη δική τους ανάπτυξη και ανάπτυξη και ανταποκρίνονται στην παρουσία ή την απουσία, το μήκος κύματος, την ένταση και τη διάρκεια του φωτός. Οι επί του παρόντος γνωστοί φυτικοί φωτοϋποδοχείς περιλαμβάνουν τουλάχιστον τρεις κατηγορίες: φυτοχρώματα (PHYA~PHYE) που ανιχνεύουν το κόκκινο και το μακρινό κόκκινο φως (FR), κρυπτόχρωμα (CRY1 και CRY2) που ανιχνεύουν το μπλε και το υπεριώδες Α και τα στοιχεία (Phot1 και Phot2). Υποδοχέας UV-B UVR8 που ανιχνεύει την UV-B. Αυτοί οι φωτοϋποδοχείς συμμετέχουν και ρυθμίζουν την έκφραση των σχετικών γονιδίων και στη συνέχεια ρυθμίζουν τις δραστηριότητες της ζωής όπως η βλάστηση των σπόρων των φυτών, η φωτομορφογένεση, ο χρόνος ανθοφορίας, η σύνθεση και η συσσώρευση δευτερογενών μεταβολιτών και η ανοχή σε βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις.

2. Επίδραση του περιβάλλοντος φωτός LED στη φωτομορφολογική εγκατάσταση δενδρυλλίων λαχανικών

2.1 Επιδράσεις διαφορετικής ποιότητας φωτός στη φωτομορφογένεση φυταρίων λαχανικών

Οι κόκκινες και μπλε περιοχές του φάσματος έχουν υψηλές κβαντικές αποδόσεις για τη φωτοσύνθεση των φύλλων των φυτών. Ωστόσο, η μακροχρόνια έκθεση των φύλλων του αγγουριού σε καθαρό κόκκινο φως θα βλάψει το φωτοσύστημα, με αποτέλεσμα το φαινόμενο του «συνδρόμου του κόκκινου φωτός», όπως η καθυστέρηση στοματικής απόκρισης, η μειωμένη φωτοσυνθετική ικανότητα και η αποδοτικότητα χρήσης αζώτου και η καθυστέρηση της ανάπτυξης. Υπό την προϋπόθεση της χαμηλής έντασης φωτός (100±5 μmol/(m2•s)), το καθαρό κόκκινο φως μπορεί να βλάψει τους χλωροπλάστες τόσο των νεαρών όσο και των ώριμων φύλλων του αγγουριού, αλλά οι κατεστραμμένοι χλωροπλάστες ανακτήθηκαν μετά την αλλαγή από το καθαρό κόκκινο φως σε κόκκινο και μπλε φως (R:B= 7:3). Αντίθετα, όταν τα φυτά αγγουριού πέρασαν από το περιβάλλον κόκκινου-μπλε φωτός στο περιβάλλον καθαρού κόκκινου φωτός, η φωτοσυνθετική απόδοση δεν μειώθηκε σημαντικά, δείχνοντας την προσαρμοστικότητα στο περιβάλλον του κόκκινου φωτός. Μέσω της ανάλυσης με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο της δομής των φύλλων των δενδρυλλίων αγγουριού με «σύνδρομο κόκκινου φωτός», οι πειραματιστές διαπίστωσαν ότι ο αριθμός των χλωροπλαστών, το μέγεθος των κόκκων αμύλου και το πάχος της grana στα φύλλα κάτω από καθαρό κόκκινο φως ήταν σημαντικά χαμηλότερα από εκείνα κάτω από θεραπεία λευκού φωτός. Η παρέμβαση του μπλε φωτός βελτιώνει την υπερδομή και τα φωτοσυνθετικά χαρακτηριστικά των χλωροπλαστών του αγγουριού και εξαλείφει την υπερβολική συσσώρευση θρεπτικών συστατικών. Σε σύγκριση με το λευκό φως και το κόκκινο και το μπλε φως, το καθαρό κόκκινο φως προώθησε την επιμήκυνση των υποκοτυλήνων και την επέκταση της κοτυληδόνας των δενδρυλλίων τομάτας, αύξησε σημαντικά το ύψος και την επιφάνεια των φύλλων, αλλά μείωσε σημαντικά τη φωτοσυνθετική ικανότητα, μείωσε την περιεκτικότητα σε Rubisco και τη φωτοχημική απόδοση και αύξησε σημαντικά τη διάχυση θερμότητας. Μπορεί να φανεί ότι διαφορετικοί τύποι φυτών ανταποκρίνονται διαφορετικά στην ίδια ποιότητα φωτός, αλλά σε σύγκριση με το μονοχρωματικό φως, τα φυτά έχουν υψηλότερη απόδοση φωτοσύνθεσης και πιο έντονη ανάπτυξη στο περιβάλλον μικτού φωτός.

Οι ερευνητές έχουν κάνει πολλή έρευνα για τη βελτιστοποίηση του συνδυασμού ποιότητας φωτός των φυταρίων λαχανικών. Κάτω από την ίδια ένταση φωτός, με την αύξηση της αναλογίας του κόκκινου φωτός, το ύψος και το φρέσκο ​​βάρος των δενδρυλλίων ντομάτας και αγγουριού βελτιώθηκαν σημαντικά και η επεξεργασία με αναλογία κόκκινου προς μπλε 3:1 είχε το καλύτερο αποτέλεσμα. Αντίθετα, υψηλή αναλογία μπλε φωτός Ανέστειλε την ανάπτυξη των δενδρυλλίων τομάτας και αγγουριού, τα οποία ήταν κοντά και συμπαγή, αλλά αύξησαν την περιεκτικότητα σε ξηρή ουσία και χλωροφύλλη στους βλαστούς των δενδρυλλίων. Παρόμοια μοτίβα παρατηρούνται και σε άλλες καλλιέργειες, όπως οι πιπεριές και τα καρπούζια. Επιπλέον, σε σύγκριση με το λευκό φως, το κόκκινο και το μπλε φως (R:B=3:1) όχι μόνο βελτίωσαν σημαντικά το πάχος των φύλλων, την περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη, τη φωτοσυνθετική απόδοση και την αποτελεσματικότητα μεταφοράς ηλεκτρονίων των δενδρυλλίων τομάτας, αλλά και τα επίπεδα έκφρασης των ενζύμων που σχετίζονται με Στον κύκλο του Calvin, η περιεκτικότητα σε χορτοφάγους ανάπτυξης και η συσσώρευση υδατανθράκων βελτιώθηκαν επίσης σημαντικά. Συγκρίνοντας τις δύο αναλογίες κόκκινου και μπλε φωτός (R:B=2:1, 4:1), μια υψηλότερη αναλογία μπλε φωτός ήταν πιο ευνοϊκή για την πρόκληση σχηματισμού θηλυκών λουλουδιών στα σπορόφυτα αγγουριού και επιτάχυνε τον χρόνο ανθοφορίας των θηλυκών λουλουδιών . Παρόλο που οι διαφορετικές αναλογίες κόκκινου και μπλε φωτός δεν είχαν σημαντική επίδραση στην απόδοση φρέσκου βάρους στα δενδρύλλια λάχανου λάχανου, ρόκας και μουστάρδας, μια υψηλή αναλογία μπλε φωτός (30% μπλε φως) μείωσε σημαντικά το μήκος του υποκοτυλίδιου και την περιοχή της κοτυληδόνας του λάχανου και δενδρύλλια μουστάρδας, ενώ το χρώμα της κοτυληδόνας βάθυνε. Ως εκ τούτου, κατά την παραγωγή δενδρυλλίων, μια κατάλληλη αύξηση της αναλογίας μπλε φωτός μπορεί να μειώσει σημαντικά την απόσταση των κόμβων και την περιοχή των φύλλων των φυταρίων, να προωθήσει την πλευρική επέκταση των φυταρίων και να βελτιώσει τον δείκτη αντοχής του σπορόφυτου, που ευνοεί καλλιέργεια γερών σπορόφυτων. Υπό την προϋπόθεση ότι η ένταση του φωτός παρέμενε αμετάβλητη, η αύξηση του πράσινου φωτός σε κόκκινο και μπλε φως βελτίωσε σημαντικά το φρέσκο ​​βάρος, την επιφάνεια των φύλλων και το ύψος του φυτού των δενδρυλλίων γλυκοπιπεριάς. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή λευκή λάμπα φθορισμού, υπό τις συνθήκες κόκκινου-πράσινου-μπλε (R3:G2:B5) φωτός, τα σπορόφυτα Y[II], qP και ETR των δενδρυλλίων «Okagi No. 1 tomato» βελτιώθηκαν σημαντικά. Η συμπλήρωση υπεριώδους φωτός (100 μmol/(m2•s) μπλε φως + 7% UV-A) σε καθαρό μπλε φως μείωσε σημαντικά την ταχύτητα επιμήκυνσης του στελέχους της ρόκας και της μουστάρδας, ενώ η συμπλήρωση FR ήταν το αντίθετο. Αυτό δείχνει επίσης ότι εκτός από το κόκκινο και το μπλε φως, άλλες ιδιότητες φωτός παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στη διαδικασία ανάπτυξης και ανάπτυξης των φυτών. Αν και ούτε το υπεριώδες φως ούτε το FR είναι η πηγή ενέργειας της φωτοσύνθεσης, και τα δύο εμπλέκονται στη φωτομορφογένεση των φυτών. Η υπεριώδης ακτινοβολία υψηλής έντασης είναι επιβλαβής για το DNA και τις πρωτεΐνες των φυτών, κ.λπ. Ωστόσο, η υπεριώδης ακτινοβολία ενεργοποιεί τις αντιδράσεις του κυτταρικού στρες, προκαλώντας αλλαγές στην ανάπτυξη, τη μορφολογία και την ανάπτυξη των φυτών ώστε να προσαρμοστούν στις περιβαλλοντικές αλλαγές. Μελέτες έχουν δείξει ότι το χαμηλότερο R/FR προκαλεί αποκρίσεις αποφυγής σκιάς στα φυτά, με αποτέλεσμα μορφολογικές αλλαγές στα φυτά, όπως επιμήκυνση στελέχους, αραίωση των φύλλων και μειωμένη απόδοση ξηρής ουσίας. Ένα λεπτό κοτσάνι δεν είναι καλό χαρακτηριστικό ανάπτυξης για την ανάπτυξη ισχυρών φυταρίων. Για γενικά δενδρύλλια φυλλώδη και οπωροφόρων λαχανικών, τα σφιχτά, συμπαγή και ελαστικά σπορόφυτα δεν είναι επιρρεπή σε προβλήματα κατά τη μεταφορά και τη φύτευση.

Η UV-A μπορεί να κάνει τα φυτά αγγουριού πιο κοντά και πιο συμπαγή και η απόδοση μετά τη μεταφύτευση δεν διαφέρει σημαντικά από αυτή του μάρτυρα. ενώ το UV-B έχει πιο σημαντική ανασταλτική δράση και το αποτέλεσμα μείωσης της απόδοσης μετά τη μεταφύτευση δεν είναι σημαντικό. Προηγούμενες μελέτες έχουν προτείνει ότι η UV-A αναστέλλει την ανάπτυξη των φυτών και κάνει τα φυτά νανωμένα. Αλλά υπάρχουν αυξανόμενες ενδείξεις ότι η παρουσία της υπεριώδους ακτινοβολίας, αντί να καταστέλλει τη βιομάζα των καλλιεργειών, την προάγει στην πραγματικότητα. Σε σύγκριση με το βασικό κόκκινο και λευκό φως (R:W=2:3, το PPFD είναι 250 μmol/(m2·s)), η συμπληρωματική ένταση στο κόκκινο και λευκό φως είναι 10 W/m2 (περίπου 10 μmol/(m2· ιθ)) Η υπεριώδης ακτινοβολία του λάχανου αύξησε σημαντικά τη βιομάζα, το μήκος μεσογονάτου, τη διάμετρο του στελέχους και το πλάτος του θόλου των δενδρυλλίων λάχανου, αλλά το αποτέλεσμα προώθησης εξασθενούσε όταν η ένταση υπεριωδών ακτίνων ξεπέρασε τα 10 W/m2. Η ημερήσια συμπλήρωση 2 ωρών UV-A (0,45 J/(m2•s)) θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά το ύψος του φυτού, την επιφάνεια της κοτυληδόνας και το φρέσκο ​​βάρος των δενδρυλλίων ντομάτας «Oxheart», μειώνοντας παράλληλα την περιεκτικότητα σε H2O2 των δενδρυλλίων τομάτας. Μπορεί να φανεί ότι διαφορετικές καλλιέργειες ανταποκρίνονται διαφορετικά στο υπεριώδες φως, το οποίο μπορεί να σχετίζεται με την ευαισθησία των καλλιεργειών στο υπεριώδες φως.

Για την καλλιέργεια εμβολιασμένων δενδρυλλίων, το μήκος του στελέχους θα πρέπει να αυξηθεί κατάλληλα για να διευκολυνθεί ο εμβολιασμός του υποκείμενου. Διαφορετικές εντάσεις FR είχαν διαφορετικά αποτελέσματα στην ανάπτυξη δενδρυλλίων ντομάτας, πιπεριάς, αγγουριού, κολοκύθας και καρπουζιού. Η συμπλήρωση 18,9 μmol/(m2•s) FR σε ψυχρό λευκό φως αύξησε σημαντικά το μήκος υποκοτυλίων και τη διάμετρο του στελέχους των δενδρυλλίων ντομάτας και πιπεριάς. Το FR 34,1 μmol/(m2•s) είχε την καλύτερη επίδραση στην προώθηση του μήκους και της διαμέτρου του στελέχους των φυτών αγγουριού, κολοκύθας και καρπουζιού. Το FR υψηλής έντασης (53,4 μmol/(m2•s)) είχε την καλύτερη επίδραση σε αυτά τα πέντε λαχανικά. Το μήκος υποκοτυλίων και η διάμετρος του στελέχους των δενδρυλλίων δεν αυξήθηκαν πλέον σημαντικά και άρχισαν να παρουσιάζουν πτωτική τάση. Το φρέσκο ​​βάρος των δενδρυλλίων πιπεριάς μειώθηκε σημαντικά, υποδεικνύοντας ότι οι τιμές κορεσμού FR των πέντε δενδρυλλίων λαχανικών ήταν όλα χαμηλότερα από 53,4 μmol/(m2•s) και η τιμή FR ήταν σημαντικά χαμηλότερη από αυτή του FR. Οι επιπτώσεις στην ανάπτυξη διαφορετικών φυταρίων λαχανικών είναι επίσης διαφορετικές.

2.2 Επιδράσεις διαφορετικού ολοκληρώματος φωτός της ημέρας στη φωτομορφογένεση φυταρίων λαχανικών

Το ολοκλήρωμα φωτός ημέρας (DLI) αντιπροσωπεύει τη συνολική ποσότητα φωτοσυνθετικών φωτονίων που λαμβάνει η επιφάνεια του φυτού σε μια ημέρα, η οποία σχετίζεται με την ένταση του φωτός και το χρόνο φωτός. Ο τύπος υπολογισμού είναι DLI (mol/m2/ημέρα) = ένταση φωτός [μmol/(m2•s)] × Ημερήσιος χρόνος φωτός (h) × 3600 × 10-6. Σε ένα περιβάλλον με χαμηλή ένταση φωτός, τα φυτά ανταποκρίνονται σε περιβάλλον χαμηλού φωτισμού επιμηκύνοντας το μήκος του στελέχους και του μεσογονάτου, αυξάνοντας το ύψος του φυτού, το μήκος του μίσχου και την επιφάνεια των φύλλων και μειώνοντας το πάχος των φύλλων και τον καθαρό ρυθμό φωτοσύνθεσης. Με την αύξηση της έντασης φωτός, εκτός από τη μουστάρδα, το μήκος υποκοτυλίων και η επιμήκυνση του στελέχους των δενδρυλλίων ρόκας, λάχανου και λάχανου με την ίδια ποιότητα φωτός μειώθηκαν σημαντικά. Μπορεί να φανεί ότι η επίδραση του φωτός στην ανάπτυξη και τη μορφογένεση των φυτών σχετίζεται με την ένταση του φωτός και τα φυτικά είδη. Με την αύξηση του DLI (8,64~28,8 mol/m2/ημέρα), ο φυτικός τύπος δενδρυλλίων αγγουριού έγινε βραχύς, δυνατός και συμπαγής και το ειδικό βάρος των φύλλων και η περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη σταδιακά μειώθηκαν. 6~16 ημέρες μετά τη σπορά των δενδρυλλίων αγγουριού, τα φύλλα και οι ρίζες στέγνωσαν. Το βάρος σταδιακά αυξήθηκε και ο ρυθμός ανάπτυξης σταδιακά επιταχύνθηκε, αλλά 16 έως 21 ημέρες μετά τη σπορά, ο ρυθμός ανάπτυξης των φύλλων και των ριζών των δενδρυλλίων αγγουριού μειώθηκε σημαντικά. Το ενισχυμένο DLI προώθησε τον καθαρό φωτοσυνθετικό ρυθμό των δενδρυλλίων αγγουριού, αλλά μετά από μια ορισμένη τιμή, ο καθαρός ρυθμός φωτοσύνθεσης άρχισε να μειώνεται. Ως εκ τούτου, η επιλογή του κατάλληλου DLI και η υιοθέτηση διαφορετικών συμπληρωματικών στρατηγικών φωτός σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης δενδρυλλίων μπορεί να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας. Η περιεκτικότητα σε διαλυτή ζάχαρη και ένζυμο SOD στα σπορόφυτα αγγουριού και ντομάτας αυξήθηκε με την αύξηση της έντασης DLI. Όταν η ένταση DLI αυξήθηκε από 7,47 mol/m2/ημέρα σε 11,26 mol/m2/ημέρα, η περιεκτικότητα σε διαλυτή ζάχαρη και ένζυμο SOD στα σπορόφυτα αγγουριού αυξήθηκε κατά 81,03% και 55,5% αντίστοιχα. Κάτω από τις ίδιες συνθήκες DLI, με την αύξηση της έντασης φωτός και τη μείωση του χρόνου φωτός, η δραστηριότητα PSII των δενδρυλλίων ντομάτας και αγγουριού αναστέλλεται και η επιλογή μιας συμπληρωματικής στρατηγικής φωτός χαμηλής έντασης φωτός και μεγάλης διάρκειας ήταν πιο ευνοϊκή για την καλλιέργεια υψηλού δενδρυλλίου δείκτη και φωτοχημική απόδοση δενδρυλλίων αγγουριού και ντομάτας.

Στην παραγωγή εμβολιασμένων δενδρυλλίων, το περιβάλλον χαμηλού φωτισμού μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της ποιότητας των εμβολιασμένων δενδρυλλίων και σε αύξηση του χρόνου επούλωσης. Η κατάλληλη ένταση φωτός όχι μόνο μπορεί να ενισχύσει τη συνδετική ικανότητα της εμβολιασμένης περιοχής επούλωσης και να βελτιώσει τον δείκτη ισχυρών φυταρίων, αλλά και να μειώσει τη θέση του κόμβου των θηλυκών λουλουδιών και να αυξήσει τον αριθμό των θηλυκών λουλουδιών. Στα εργοστάσια φυτών, DLI 2,5-7,5 mol/m2/ημέρα ήταν επαρκής για να καλύψει τις θεραπευτικές ανάγκες των εμβολιασμένων δενδρυλλίων τομάτας. Η πυκνότητα και το πάχος των φύλλων των εμβολιασμένων δενδρυλλίων ντομάτας αυξήθηκαν σημαντικά με την αύξηση της έντασης DLI. Αυτό δείχνει ότι τα εμβολιασμένα σπορόφυτα δεν απαιτούν υψηλή ένταση φωτός για επούλωση. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη την κατανάλωση ενέργειας και το περιβάλλον φύτευσης, η επιλογή της κατάλληλης έντασης φωτός θα συμβάλει στη βελτίωση των οικονομικών οφελών.

3. Επιδράσεις του περιβάλλοντος φωτός LED στην αντοχή στην καταπόνηση των φυταρίων λαχανικών

Τα φυτά λαμβάνουν εξωτερικά σήματα φωτός μέσω φωτοϋποδοχέων, προκαλώντας τη σύνθεση και τη συσσώρευση μορίων σήματος στο φυτό, αλλάζοντας έτσι την ανάπτυξη και τη λειτουργία των φυτικών οργάνων και τελικά βελτιώνοντας την αντίσταση του φυτού στο στρες. Η διαφορετική ποιότητα φωτός έχει μια ορισμένη επίδραση προώθησης στη βελτίωση της ανοχής στο κρύο και της ανοχής στο αλάτι των φυταρίων. Για παράδειγμα, όταν τα σπορόφυτα τομάτας συμπληρώνονταν με φως για 4 ώρες τη νύχτα, σε σύγκριση με τη θεραπεία χωρίς συμπληρωματικό φως, το λευκό φως, το κόκκινο φως, το μπλε φως και το κόκκινο και μπλε φως θα μπορούσαν να μειώσουν τη διαπερατότητα των ηλεκτρολυτών και την περιεκτικότητα σε MDA των δενδρυλλίων τομάτας. και βελτιώνουν την αντοχή στο κρύο. Οι δραστηριότητες των SOD, POD και CAT στα σπορόφυτα τομάτας υπό την επεξεργασία της αναλογίας κόκκινου-μπλε 8:2 ήταν σημαντικά υψηλότερες από εκείνες άλλων θεραπειών και είχαν υψηλότερη αντιοξειδωτική ικανότητα και αντοχή στο κρύο.

Η επίδραση της UV-B στην ανάπτυξη των ριζών της σόγιας είναι κυρίως η βελτίωση της αντοχής των φυτών στο στρες αυξάνοντας την περιεκτικότητα σε ρίζα NO και ROS, συμπεριλαμβανομένων μορίων σηματοδότησης ορμονών όπως ABA, SA και JA, και αναστέλλει την ανάπτυξη των ριζών μειώνοντας την περιεκτικότητα σε ΙΑΑ. , CTK και GA. Ο φωτοϋποδοχέας της UV-B, UVR8, δεν εμπλέκεται μόνο στη ρύθμιση της φωτομορφογένεσης, αλλά παίζει επίσης βασικό ρόλο στο στρες UV-B. Στα σπορόφυτα ντομάτας, το UVR8 μεσολαβεί στη σύνθεση και τη συσσώρευση ανθοκυανινών και τα φυτά άγριας ντομάτας που έχουν εγκλιματιστεί στην υπεριώδη ακτινοβολία βελτιώνουν την ικανότητά τους να αντιμετωπίζουν το στρες υψηλής έντασης UV-B. Ωστόσο, η προσαρμογή της UV-B στο στρες ξηρασίας που προκαλείται από το Arabidopsis δεν εξαρτάται από το μονοπάτι UVR8, το οποίο δείχνει ότι η UV-B δρα ως διασταυρούμενη απόκριση των μηχανισμών άμυνας των φυτών που προκαλείται από το σήμα, έτσι ώστε μια ποικιλία ορμονών να είναι από κοινού εμπλέκονται στην αντίσταση στο στρες της ξηρασίας, αυξάνοντας την ικανότητα σάρωσης των ROS.

Τόσο η επιμήκυνση του υποκοτυλίου ή του στελέχους του φυτού που προκαλείται από το FR όσο και η προσαρμογή των φυτών στο ψυχρό στρες ρυθμίζονται από τις φυτικές ορμόνες. Επομένως, το «φαινόμενο αποφυγής σκιάς» που προκαλείται από το FR σχετίζεται με την προσαρμογή των φυτών στο κρύο. Οι πειραματιστές συμπλήρωσαν τα σπορόφυτα κριθαριού 18 ημέρες μετά τη βλάστηση στους 15°C για 10 ημέρες, ψύχοντας στους 5°C + συμπληρώνοντας FR για 7 ημέρες, και βρήκαν ότι σε σύγκριση με την επεξεργασία λευκού φωτός, το FR ενίσχυσε την αντοχή στον παγετό των δενδρυλλίων κριθαριού. Η διαδικασία αυτή συνοδεύεται από Αυξημένη περιεκτικότητα σε ΑΒΑ και ΙΑΑ στα σπορόφυτα κριθαριού. Η μετέπειτα μεταφορά φυταρίων κριθαριού που είχαν υποστεί προεπεξεργασία 15°C στους 5°C και συνεχίστηκε η συμπλήρωση FR για 7 ημέρες είχε ως αποτέλεσμα παρόμοια αποτελέσματα με τις δύο παραπάνω θεραπείες, αλλά με μειωμένη απόκριση ΑΒΑ. Φυτά με διαφορετικές τιμές R:FR ελέγχουν τη βιοσύνθεση φυτοορμονών (GA, IAA, CTK και ABA), οι οποίες εμπλέκονται επίσης στην ανοχή των φυτών στο αλάτι. Σε συνθήκες πίεσης αλατιού, το περιβάλλον φωτός χαμηλής αναλογίας R:FR μπορεί να βελτιώσει την αντιοξειδωτική και φωτοσυνθετική ικανότητα των δενδρυλλίων τομάτας, να μειώσει την παραγωγή ROS και MDA στα σπορόφυτα και να βελτιώσει την ανοχή στο αλάτι. Τόσο το στρες αλατότητας όσο και η χαμηλή τιμή R:FR (R:FR=0,8) ανέστειλαν τη βιοσύνθεση της χλωροφύλλης, η οποία μπορεί να σχετίζεται με την αποκλεισμένη μετατροπή της PBG σε UroIII στο μονοπάτι σύνθεσης χλωροφύλλης, ενώ το περιβάλλον με χαμηλό R:FR μπορεί να ανακουφίσει αποτελεσματικά η αλατότητα Βλάβη της σύνθεσης χλωροφύλλης που προκαλείται από το στρες. Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν μια σημαντική συσχέτιση μεταξύ φυτοχρωμάτων και ανοχής σε αλάτι.

Εκτός από το φωτεινό περιβάλλον, άλλοι περιβαλλοντικοί παράγοντες επηρεάζουν επίσης την ανάπτυξη και την ποιότητα των φυταρίων λαχανικών. Για παράδειγμα, η αύξηση της συγκέντρωσης CO2 θα αυξήσει τη μέγιστη τιμή κορεσμού φωτός Pn (Pnmax), θα μειώσει το σημείο αντιστάθμισης φωτός και θα βελτιώσει την απόδοση χρήσης του φωτός. Η αύξηση της έντασης φωτός και της συγκέντρωσης CO2 συμβάλλει στη βελτίωση της περιεκτικότητας σε φωτοσυνθετικές χρωστικές, στην αποδοτικότητα χρήσης νερού και στις δραστηριότητες των ενζύμων που σχετίζονται με τον κύκλο Calvin και τελικά στην επίτευξη υψηλότερης φωτοσυνθετικής απόδοσης και συσσώρευσης βιομάζας των δενδρυλλίων τομάτας. Το ξηρό βάρος και η πυκνότητα των δενδρυλλίων ντομάτας και πιπεριάς συσχετίστηκαν θετικά με το DLI και η αλλαγή της θερμοκρασίας επηρέασε επίσης την ανάπτυξη υπό την ίδια επεξεργασία DLI. Το περιβάλλον των 23~25℃ ήταν πιο κατάλληλο για την ανάπτυξη δενδρυλλίων τομάτας. Σύμφωνα με τις συνθήκες θερμοκρασίας και φωτός, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια μέθοδο για την πρόβλεψη του σχετικού ρυθμού ανάπτυξης της πιπεριάς με βάση το μοντέλο διανομής bate, η οποία μπορεί να παρέχει επιστημονική καθοδήγηση για την περιβαλλοντική ρύθμιση της παραγωγής εμβολιασμένων δενδρυλλίων πιπεριάς.

Επομένως, κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος ρύθμισης του φωτός στην παραγωγή, δεν πρέπει να λαμβάνονται υπόψη μόνο παράγοντες περιβάλλοντος φωτός και φυτικά είδη, αλλά και παράγοντες καλλιέργειας και διαχείρισης όπως η διατροφή των φυταρίων και η διαχείριση του νερού, το περιβάλλον αερίων, η θερμοκρασία και το στάδιο ανάπτυξης δενδρυλλίων.

4. Προβλήματα και προοπτικές

Πρώτον, η ρύθμιση του φωτός των φυταρίων λαχανικών είναι μια περίπλοκη διαδικασία και οι επιπτώσεις διαφορετικών συνθηκών φωτός σε διαφορετικούς τύπους δενδρυλλίων λαχανικών στο περιβάλλον του εργοστασίου των φυτών πρέπει να αναλυθούν λεπτομερώς. Αυτό σημαίνει ότι για να επιτευχθεί ο στόχος της υψηλής απόδοσης και υψηλής ποιότητας παραγωγής δενδρυλλίων, απαιτείται συνεχής εξερεύνηση για τη δημιουργία ενός ώριμου τεχνικού συστήματος.

Δεύτερον, αν και ο ρυθμός χρήσης ισχύος της πηγής φωτός LED είναι σχετικά υψηλός, η κατανάλωση ενέργειας για τον φωτισμό των φυτών είναι η κύρια κατανάλωση ενέργειας για την καλλιέργεια δενδρυλλίων με χρήση τεχνητού φωτός. Η τεράστια κατανάλωση ενέργειας των εργοστασίων φυτών εξακολουθεί να αποτελεί το εμπόδιο που περιορίζει την ανάπτυξη των εργοστασίων φυτών.

Τέλος, με την ευρεία εφαρμογή του φυτικού φωτισμού στη γεωργία, το κόστος των φωτιστικών LED φυτών αναμένεται να μειωθεί σημαντικά στο μέλλον. Αντίθετα, η αύξηση του εργατικού κόστους, ειδικά στη μετα-επιδημική εποχή, η έλλειψη εργατικού δυναμικού είναι βέβαιο ότι θα προωθήσει τη διαδικασία εκμηχάνισης και αυτοματοποίησης της παραγωγής. Στο μέλλον, τα μοντέλα ελέγχου που βασίζονται στην τεχνητή νοημοσύνη και ο ευφυής εξοπλισμός παραγωγής θα γίνουν μια από τις βασικές τεχνολογίες για την παραγωγή φυτωρίων λαχανικών και θα συνεχίσουν να προωθούν την ανάπτυξη της τεχνολογίας φυτών φυτών.

Συγγραφείς: Jiehui Tan, Houcheng Liu
Πηγή άρθρου: Λογαριασμός Wechat της Τεχνολογίας Αγροτικής Μηχανικής (Θερμοκηπιακή κηπουρική)