Tóm tắt: Cây giống rau là bước đầu tiên trong sản xuất rau, và chất lượng cây giống rất quan trọng đối với năng suất và chất lượng rau sau khi trồng. Với sự hoàn thiện liên tục của phân công lao động trong ngành rau, cây giống rau đã dần hình thành một chuỗi công nghiệp độc lập và phục vụ sản xuất rau. Bị ảnh hưởng bởi thời tiết xấu, các phương pháp ươm giống truyền thống chắc chắn phải đối mặt với nhiều thách thức như cây con sinh trưởng chậm, thân vươn dài, và sâu bệnh. Để giải quyết vấn đề cây con thân vươn dài, nhiều nhà sản xuất thương mại sử dụng chất điều hòa sinh trưởng. Tuy nhiên, việc sử dụng chất điều hòa sinh trưởng tiềm ẩn rủi ro về độ cứng của cây con, an toàn thực phẩm và ô nhiễm môi trường. Bên cạnh các phương pháp kiểm soát hóa học, mặc dù kích thích cơ học, kiểm soát nhiệt độ và nước cũng có thể đóng vai trò trong việc ngăn ngừa sự phát triển vươn dài của cây con, nhưng chúng kém hiệu quả và thuận tiện hơn một chút. Dưới tác động của đại dịch Covid-19 toàn cầu, các vấn đề khó khăn trong quản lý sản xuất do thiếu lao động và chi phí lao động tăng cao trong ngành cây giống ngày càng trở nên nổi bật.

Với sự phát triển của công nghệ chiếu sáng, việc sử dụng ánh sáng nhân tạo để ươm cây rau có ưu điểm là hiệu quả ươm cây cao, ít sâu bệnh và dễ dàng chuẩn hóa. So với các nguồn sáng truyền thống, nguồn sáng LED thế hệ mới có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, hiệu suất cao, tuổi thọ dài, thân thiện với môi trường và bền bỉ, kích thước nhỏ, bức xạ nhiệt thấp và biên độ bước sóng nhỏ. Nó có thể tạo ra quang phổ phù hợp theo nhu cầu sinh trưởng và phát triển của cây con trong môi trường nhà kính, đồng thời kiểm soát chính xác quá trình sinh lý và trao đổi chất của cây con, góp phần vào sản xuất cây rau không ô nhiễm, chuẩn hóa và nhanh chóng, rút ​​ngắn chu kỳ sinh trưởng của cây con. Ở miền Nam Trung Quốc, cần khoảng 60 ngày để ươm cây con ớt và cà chua (3-4 lá thật) trong nhà kính nhựa, và khoảng 35 ngày đối với cây con dưa chuột (3-5 lá thật). Trong điều kiện nhà kính, chỉ cần 17 ngày để ươm cây con cà chua và 25 ngày đối với cây con ớt trong điều kiện quang chu kỳ 20 giờ và PPF 200-300 μmol/(m2•s). So với phương pháp trồng cây con truyền thống trong nhà kính, phương pháp trồng cây con bằng đèn LED trong nhà máy đã rút ngắn đáng kể chu kỳ sinh trưởng của dưa chuột từ 15-30 ngày, số lượng hoa cái và quả trên mỗi cây tăng lần lượt 33,8% và 37,3%, và năng suất cao nhất tăng 71,44%.

Về hiệu quả sử dụng năng lượng, hiệu quả sử dụng năng lượng của các nhà máy trồng cây cao hơn so với nhà kính kiểu Venlo ở cùng vĩ độ. Ví dụ, trong một nhà máy trồng cây ở Thụy Điển, cần 1411 MJ để sản xuất 1 kg rau diếp khô, trong khi nhà kính cần 1699 MJ. Tuy nhiên, nếu tính toán lượng điện cần thiết cho mỗi kg rau diếp khô, nhà máy trồng cây cần 247 kW·h để sản xuất 1 kg rau diếp khô, còn nhà kính ở Thụy Điển, Hà Lan và Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất cần lần lượt 182 kW·h, 70 kW·h và 111 kW·h.

Đồng thời, trong các nhà máy trồng cây, việc sử dụng máy tính, thiết bị tự động, trí tuệ nhân tạo và các công nghệ khác có thể kiểm soát chính xác các điều kiện môi trường phù hợp cho việc trồng cây con, khắc phục những hạn chế của điều kiện môi trường tự nhiên và hiện thực hóa sản xuất cây con thông minh, cơ giới hóa và ổn định hàng năm. Trong những năm gần đây, cây con từ nhà máy trồng cây đã được sử dụng trong sản xuất thương mại rau lá, rau quả và các loại cây trồng kinh tế khác ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Châu Âu, Hoa Kỳ và các nước khác. Chi phí đầu tư ban đầu cao của các nhà máy trồng cây, chi phí vận hành cao và mức tiêu thụ năng lượng hệ thống lớn vẫn là những trở ngại hạn chế việc phổ biến công nghệ trồng cây con trong các nhà máy trồng cây ở Trung Quốc. Do đó, cần phải tính đến yêu cầu năng suất cao và tiết kiệm năng lượng về chiến lược quản lý ánh sáng, thiết lập mô hình sinh trưởng rau và thiết bị tự động hóa để nâng cao lợi ích kinh tế.

Bài viết này tổng quan về ảnh hưởng của môi trường ánh sáng LED đến sự sinh trưởng và phát triển của cây con rau trong các nhà máy trồng cây trong những năm gần đây, đồng thời đưa ra triển vọng về hướng nghiên cứu điều chỉnh ánh sáng cho cây con rau trong các nhà máy trồng cây.

1. Ảnh hưởng của môi trường ánh sáng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây con rau

Ánh sáng là một trong những yếu tố môi trường thiết yếu cho sự sinh trưởng và phát triển của thực vật, không chỉ là nguồn năng lượng cho cây thực hiện quá trình quang hợp mà còn là tín hiệu quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hình thái quang hợp của cây. Cây cảm nhận hướng, năng lượng và chất lượng ánh sáng thông qua hệ thống tín hiệu ánh sáng, điều chỉnh sự sinh trưởng và phát triển của chính chúng, và phản ứng với sự hiện diện hoặc vắng mặt, bước sóng, cường độ và thời gian chiếu sáng. Các thụ thể quang học của thực vật hiện nay được biết đến bao gồm ít nhất ba lớp: phytochromes (PHYA~PHYE) cảm nhận ánh sáng đỏ và ánh sáng đỏ xa (FR), cryptochromes (CRY1 và CRY2) cảm nhận ánh sáng xanh lam và tia cực tím A, và Elements (Phot1 và Phot2), thụ thể UV-B UVR8 cảm nhận tia cực tím B. Các thụ thể quang học này tham gia và điều chỉnh sự biểu hiện của các gen liên quan và sau đó điều chỉnh các hoạt động sống như nảy mầm hạt giống, hình thái quang hợp, thời gian ra hoa, tổng hợp và tích lũy các chất chuyển hóa thứ cấp, và khả năng chịu đựng các tác động sinh học và phi sinh học.

2. Ảnh hưởng của môi trường ánh sáng LED đến sự hình thành quang hình thái của cây mầm rau

2.1 Ảnh hưởng của chất lượng ánh sáng khác nhau đến quá trình hình thái quang hợp của cây con rau

Vùng ánh sáng đỏ và xanh lam trong phổ có hiệu suất lượng tử cao đối với quá trình quang hợp của lá cây. Tuy nhiên, việc tiếp xúc lâu dài với ánh sáng đỏ thuần túy sẽ làm tổn thương hệ thống quang hợp của lá dưa chuột, dẫn đến hiện tượng “hội chứng ánh sáng đỏ” như phản ứng khí khổng bị suy giảm, khả năng quang hợp và hiệu quả sử dụng nitơ giảm, và chậm phát triển. Trong điều kiện cường độ ánh sáng thấp (100±5 μmol/(m2•s)), ánh sáng đỏ thuần túy có thể làm tổn thương lục lạp của cả lá non và lá trưởng thành của cây dưa chuột, nhưng các lục lạp bị tổn thương đã được phục hồi sau khi chuyển từ ánh sáng đỏ thuần túy sang ánh sáng đỏ và xanh lam (R:B= 7:3). Ngược lại, khi cây dưa chuột chuyển từ môi trường ánh sáng đỏ-xanh lam sang môi trường ánh sáng đỏ thuần túy, hiệu suất quang hợp không giảm đáng kể, cho thấy khả năng thích nghi với môi trường ánh sáng đỏ. Thông qua phân tích cấu trúc lá của cây con dưa chuột bằng kính hiển vi điện tử với “hội chứng ánh sáng đỏ”, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng số lượng lục lạp, kích thước hạt tinh bột và độ dày của grana trong lá dưới ánh sáng đỏ thuần túy thấp hơn đáng kể so với khi được chiếu sáng bằng ánh sáng trắng. Sự can thiệp của ánh sáng xanh lam cải thiện cấu trúc siêu hiển vi và đặc tính quang hợp của lục lạp dưa chuột và loại bỏ sự tích tụ quá mức các chất dinh dưỡng. So với ánh sáng trắng, ánh sáng đỏ và ánh sáng xanh lam, ánh sáng đỏ thuần túy thúc đẩy sự kéo dài thân mầm và sự mở rộng lá mầm của cây con cà chua, làm tăng đáng kể chiều cao cây và diện tích lá, nhưng làm giảm đáng kể khả năng quang hợp, giảm hàm lượng Rubisco và hiệu quả quang hóa, đồng thời làm tăng đáng kể sự tản nhiệt. Có thể thấy rằng các loại cây khác nhau phản ứng khác nhau với cùng một chất lượng ánh sáng, nhưng so với ánh sáng đơn sắc, cây có hiệu quả quang hợp cao hơn và sinh trưởng mạnh mẽ hơn trong môi trường ánh sáng hỗn hợp.

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện nhiều nghiên cứu về việc tối ưu hóa sự kết hợp chất lượng ánh sáng cho cây con rau. Dưới cùng cường độ ánh sáng, khi tăng tỷ lệ ánh sáng đỏ, chiều cao và trọng lượng tươi của cây con cà chua và dưa chuột được cải thiện đáng kể, và phương pháp xử lý với tỷ lệ đỏ/xanh lam là 3:1 cho hiệu quả tốt nhất; ngược lại, tỷ lệ ánh sáng xanh lam cao lại ức chế sự sinh trưởng của cây con cà chua và dưa chuột, khiến chúng thấp và nhỏ gọn, nhưng lại làm tăng hàm lượng chất khô và chất diệp lục trong thân cây. Các mô hình tương tự cũng được quan sát thấy ở các loại cây trồng khác, chẳng hạn như ớt và dưa hấu. Ngoài ra, so với ánh sáng trắng, ánh sáng đỏ và xanh lam (R:B=3:1) không chỉ cải thiện đáng kể độ dày lá, hàm lượng chất diệp lục, hiệu suất quang hợp và hiệu suất truyền electron của cây con cà chua, mà còn cải thiện đáng kể mức độ biểu hiện của các enzyme liên quan đến chu trình Calvin, sự sinh trưởng hàm lượng chất thực vật và sự tích lũy carbohydrate. So sánh hai tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh lam (R:B=2:1, 4:1), tỷ lệ ánh sáng xanh lam cao hơn có lợi hơn cho việc kích thích hình thành hoa cái ở cây con dưa chuột và đẩy nhanh thời gian ra hoa của hoa cái. Mặc dù các tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh lam khác nhau không ảnh hưởng đáng kể đến năng suất trọng lượng tươi của cây con cải xoăn, cải arugula và cải mù tạt, nhưng tỷ lệ ánh sáng xanh lam cao (30% ánh sáng xanh lam) làm giảm đáng kể chiều dài thân mầm và diện tích lá mầm của cây con cải xoăn và cải mù tạt, đồng thời màu lá mầm đậm hơn. Do đó, trong sản xuất cây con, việc tăng tỷ lệ ánh sáng xanh lam một cách thích hợp có thể rút ngắn đáng kể khoảng cách giữa các đốt và diện tích lá của cây con rau, thúc đẩy sự phát triển theo chiều ngang của cây con và cải thiện chỉ số sức sống của cây con, có lợi cho việc nuôi trồng cây con khỏe mạnh. Trong điều kiện cường độ ánh sáng không đổi, việc tăng ánh sáng xanh lục trong ánh sáng đỏ và xanh lam đã cải thiện đáng kể trọng lượng tươi, diện tích lá và chiều cao cây của cây con ớt ngọt. So với đèn huỳnh quang trắng truyền thống, dưới điều kiện ánh sáng đỏ-xanh lá-xanh dương (R3:G2:B5), Y[II], qP và ETR của cây cà chua 'Okagi số 1' được cải thiện đáng kể. Bổ sung tia cực tím (100 μmol/(m2•s) ánh sáng xanh dương + 7% UV-A) vào ánh sáng xanh dương thuần túy làm giảm đáng kể tốc độ kéo dài thân của rau arugula và cải mù tạt, trong khi bổ sung tia hồng ngoại thì ngược lại. Điều này cũng cho thấy rằng ngoài ánh sáng đỏ và xanh dương, các loại ánh sáng khác cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Mặc dù cả tia cực tím và tia hồng ngoại đều không phải là nguồn năng lượng của quá trình quang hợp, nhưng cả hai đều tham gia vào quá trình hình thái quang hợp của cây. Tia cực tím cường độ cao có hại cho DNA và protein của cây, v.v. Tuy nhiên, tia cực tím kích hoạt các phản ứng căng thẳng tế bào, gây ra những thay đổi trong sự sinh trưởng, hình thái và phát triển của cây để thích nghi với những thay đổi của môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tỷ lệ R/FR thấp hơn gây ra phản ứng tránh bóng râm ở thực vật, dẫn đến những thay đổi về hình thái như thân dài ra, lá thưa đi và năng suất chất khô giảm. Thân mảnh không phải là đặc điểm sinh trưởng tốt để phát triển cây con khỏe mạnh. Đối với cây con rau ăn lá và rau ăn quả nói chung, cây con chắc khỏe, nhỏ gọn và đàn hồi tốt sẽ ít gặp vấn đề trong quá trình vận chuyển và trồng trọt.

Tia UV-A có thể làm cho cây con dưa chuột ngắn hơn và nhỏ gọn hơn, và năng suất sau khi cấy ghép không khác biệt đáng kể so với đối chứng; trong khi tia UV-B có tác dụng ức chế mạnh hơn, và hiệu quả giảm năng suất sau khi cấy ghép không đáng kể. Các nghiên cứu trước đây cho rằng tia UV-A ức chế sự phát triển của cây và làm cho cây còi cọc. Nhưng ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy sự hiện diện của tia UV-A, thay vì kìm hãm sinh khối cây trồng, lại thực sự thúc đẩy nó. So với ánh sáng đỏ và trắng cơ bản (R:W=2:3, PPFD là 250 μmol/(m2·s)), cường độ bổ sung trong ánh sáng đỏ và trắng là 10 W/m2 (khoảng 10 μmol/(m2·s)), tia UV-A chiếu vào cây cải xoăn làm tăng đáng kể sinh khối, chiều dài lóng, đường kính thân và chiều rộng tán cây của cây con cải xoăn, nhưng hiệu quả thúc đẩy bị suy yếu khi cường độ tia UV vượt quá 10 W/m2. Bổ sung tia UV-A 2 giờ mỗi ngày (0,45 J/(m2•s)) có thể làm tăng đáng kể chiều cao cây, diện tích lá mầm và trọng lượng tươi của cây cà chua giống 'Oxheart', đồng thời giảm hàm lượng H2O2 trong cây cà chua con. Có thể thấy rằng các loại cây trồng khác nhau phản ứng khác nhau với tia UV, điều này có thể liên quan đến độ nhạy cảm của cây trồng đối với tia UV.

Để trồng cây ghép, chiều dài thân cây cần được tăng lên một cách thích hợp để tạo điều kiện thuận lợi cho việc ghép gốc. Cường độ ánh sáng đỏ xa (FR) khác nhau có tác động khác nhau đến sự sinh trưởng của cây con cà chua, ớt, dưa chuột, bầu và dưa hấu. Bổ sung 18,9 μmol/(m2•s) FR trong ánh sáng trắng lạnh làm tăng đáng kể chiều dài trụ mầm và đường kính thân cây con cà chua và ớt; FR 34,1 μmol/(m2•s) có tác dụng tốt nhất trong việc thúc đẩy chiều dài trụ mầm và đường kính thân cây con dưa chuột, bầu và dưa hấu; FR cường độ cao (53,4 μmol/(m2•s)) có tác dụng tốt nhất đối với cả năm loại rau này. Chiều dài trụ mầm và đường kính thân cây con không còn tăng đáng kể nữa và bắt đầu có xu hướng giảm. Khối lượng tươi của cây con ớt giảm đáng kể, cho thấy giá trị bão hòa FR của cả năm loại cây con rau đều thấp hơn 53,4 μmol/(m2•s), và giá trị FR thấp hơn đáng kể so với FR. Tác động lên sự sinh trưởng của các loại cây con rau khác nhau cũng khác nhau.

2.2 Ảnh hưởng của các mức độ chiếu sáng ban ngày khác nhau đến quá trình hình thái quang hợp của cây mầm rau

Chỉ số tích phân ánh sáng ban ngày (DLI) biểu thị tổng lượng photon quang hợp mà bề mặt thực vật nhận được trong một ngày, có liên quan đến cường độ ánh sáng và thời gian chiếu sáng. Công thức tính toán là DLI (mol/m2/ngày) = cường độ ánh sáng [μmol/(m2•s)] × thời gian chiếu sáng hàng ngày (giờ) × 3600 × 10-6. Trong môi trường có cường độ ánh sáng thấp, thực vật phản ứng bằng cách kéo dài thân và lóng, tăng chiều cao cây, chiều dài cuống lá và diện tích lá, đồng thời giảm độ dày lá và tốc độ quang hợp ròng. Khi cường độ ánh sáng tăng lên, ngoại trừ cây cải mù tạt, chiều dài trụ mầm và sự kéo dài thân của cây con rau arugula, bắp cải và cải xoăn dưới cùng chất lượng ánh sáng giảm đáng kể. Có thể thấy rằng tác động của ánh sáng đến sự sinh trưởng và hình thái của thực vật có liên quan đến cường độ ánh sáng và loài thực vật. Khi cường độ chiếu sáng hàng ngày (DLI) tăng lên (8,64~28,8 mol/m2/ngày), cây con dưa chuột trở nên ngắn, khỏe và nhỏ gọn, đồng thời trọng lượng lá và hàm lượng diệp lục giảm dần. Từ 6 đến 16 ngày sau khi gieo hạt, lá và rễ cây dưa chuột khô héo. Trọng lượng tăng dần và tốc độ sinh trưởng tăng nhanh, nhưng từ 16 đến 21 ngày sau khi gieo, tốc độ sinh trưởng của lá và rễ cây dưa chuột giảm đáng kể. Tăng cường DLI thúc đẩy tỷ lệ quang hợp ròng của cây dưa chuột, nhưng sau một giá trị nhất định, tỷ lệ quang hợp ròng bắt đầu giảm. Do đó, việc lựa chọn DLI thích hợp và áp dụng các chiến lược chiếu sáng bổ sung khác nhau ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây con có thể giảm tiêu thụ năng lượng. Hàm lượng đường hòa tan và enzyme SOD trong cây con dưa chuột và cà chua tăng lên khi cường độ DLI tăng. Khi cường độ chiếu sáng hàng ngày (DLI) tăng từ 7,47 mol/m2/ngày lên 11,26 mol/m2/ngày, hàm lượng đường hòa tan và enzyme SOD trong cây con dưa chuột tăng lần lượt 81,03% và 55,5%. Trong cùng điều kiện DLI, khi cường độ ánh sáng tăng và thời gian chiếu sáng giảm, hoạt động PSII của cây con cà chua và dưa chuột bị ức chế, và việc lựa chọn chiến lược chiếu sáng bổ sung với cường độ ánh sáng thấp và thời gian dài sẽ có lợi hơn cho việc nuôi trồng cây con có chỉ số sinh trưởng cao và hiệu quả quang hóa tốt ở cây con dưa chuột và cà chua.

Trong sản xuất cây ghép, môi trường ánh sáng yếu có thể dẫn đến giảm chất lượng cây ghép và tăng thời gian liền rễ. Cường độ ánh sáng thích hợp không chỉ tăng cường khả năng liên kết của vị trí ghép và cải thiện chỉ số cây con khỏe mạnh, mà còn giảm vị trí đốt của hoa cái và tăng số lượng hoa cái. Trong các nhà máy trồng cây, DLI từ 2,5-7,5 mol/m2/ngày là đủ để đáp ứng nhu cầu liền rễ của cây cà chua ghép. Độ chắc rễ và độ dày lá của cây cà chua ghép tăng lên đáng kể khi cường độ DLI tăng. Điều này cho thấy cây ghép không cần cường độ ánh sáng cao để liền rễ. Do đó, cân nhắc đến mức tiêu thụ điện năng và môi trường trồng trọt, việc lựa chọn cường độ ánh sáng thích hợp sẽ giúp nâng cao lợi ích kinh tế.

3. Ảnh hưởng của môi trường ánh sáng LED đến khả năng chống chịu stress của cây mầm rau

Thực vật tiếp nhận tín hiệu ánh sáng từ bên ngoài thông qua các thụ thể ánh sáng, gây ra sự tổng hợp và tích lũy các phân tử tín hiệu trong cây, từ đó làm thay đổi sự sinh trưởng và chức năng của các cơ quan thực vật, và cuối cùng cải thiện khả năng chống chịu stress của cây. Chất lượng ánh sáng khác nhau có tác dụng thúc đẩy nhất định đối với việc cải thiện khả năng chịu lạnh và chịu mặn của cây con. Ví dụ, khi cây cà chua con được bổ sung ánh sáng trong 4 giờ vào ban đêm, so với nghiệm thức không bổ sung ánh sáng, ánh sáng trắng, ánh sáng đỏ, ánh sáng xanh lam, và ánh sáng đỏ-xanh lam có thể làm giảm tính thấm điện giải và hàm lượng MDA của cây cà chua con, và cải thiện khả năng chịu lạnh. Hoạt tính của SOD, POD và CAT trong cây cà chua con được xử lý với tỷ lệ đỏ-xanh lam 8:2 cao hơn đáng kể so với các nghiệm thức khác, và chúng có khả năng chống oxy hóa và chịu lạnh cao hơn.

Tác động của tia UV-B lên sự phát triển rễ đậu nành chủ yếu là cải thiện khả năng chống chịu stress của cây bằng cách tăng hàm lượng NO và ROS trong rễ, bao gồm các phân tử tín hiệu hormone như ABA, SA và JA, và ức chế sự phát triển của rễ bằng cách giảm hàm lượng IAA, CTK và GA. Thụ thể quang học của tia UV-B, UVR8, không chỉ tham gia vào việc điều chỉnh quá trình hình thái quang hợp mà còn đóng vai trò quan trọng trong stress do tia UV-B. Ở cây cà chua con, UVR8 điều hòa quá trình tổng hợp và tích lũy anthocyanin, và cây cà chua dại con thích nghi với tia UV sẽ cải thiện khả năng chống chịu stress tia UV-B cường độ cao. Tuy nhiên, sự thích nghi của cây Arabidopsis với stress hạn hán do tia UV-B gây ra không phụ thuộc vào con đường UVR8, điều này cho thấy tia UV-B hoạt động như một phản ứng chéo do tín hiệu gây ra của các cơ chế phòng vệ thực vật, do đó nhiều loại hormone cùng tham gia vào việc chống chịu stress hạn hán, tăng khả năng loại bỏ ROS.

Cả sự kéo dài thân hoặc trụ mầm của cây do ánh sáng đỏ xa (FR) gây ra và sự thích nghi của cây với stress lạnh đều được điều chỉnh bởi hormone thực vật. Do đó, “hiệu ứng tránh bóng râm” do FR gây ra có liên quan đến sự thích nghi với lạnh của cây. Các nhà nghiên cứu đã bổ sung FR cho cây mầm lúa mạch 18 ngày sau khi nảy mầm ở 15°C trong 10 ngày, sau đó làm lạnh xuống 5°C và bổ sung FR trong 7 ngày, và nhận thấy rằng so với xử lý bằng ánh sáng trắng, FR đã tăng cường khả năng chống chịu sương giá của cây mầm lúa mạch. Quá trình này đi kèm với sự gia tăng hàm lượng ABA và IAA trong cây mầm lúa mạch. Việc chuyển cây mầm lúa mạch đã được xử lý trước bằng FR ở 15°C sang 5°C và tiếp tục bổ sung FR trong 7 ngày sau đó cho kết quả tương tự như hai phương pháp xử lý trên, nhưng phản ứng ABA giảm đi. Cây có tỷ lệ R:FR khác nhau kiểm soát quá trình sinh tổng hợp các phytohormone (GA, IAA, CTK và ABA), những hormone này cũng tham gia vào khả năng chịu mặn của cây. Dưới tác động của stress mặn, môi trường ánh sáng có tỷ lệ R:FR thấp có thể cải thiện khả năng chống oxy hóa và quang hợp của cây cà chua con, giảm sản sinh ROS và MDA trong cây con, và cải thiện khả năng chịu mặn. Cả stress mặn và giá trị R:FR thấp (R:FR=0,8) đều ức chế quá trình sinh tổng hợp diệp lục, điều này có thể liên quan đến sự chuyển đổi PBG thành UroIII bị tắc nghẽn trong con đường tổng hợp diệp lục, trong khi môi trường R:FR thấp có thể làm giảm hiệu quả sự suy giảm tổng hợp diệp lục do stress mặn gây ra. Những kết quả này cho thấy mối tương quan đáng kể giữa phytochromes và khả năng chịu mặn.

Ngoài môi trường ánh sáng, các yếu tố môi trường khác cũng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và chất lượng của cây con rau. Ví dụ, việc tăng nồng độ CO2 sẽ làm tăng giá trị cực đại bão hòa ánh sáng Pn (Pnmax), giảm điểm bù ánh sáng và cải thiện hiệu quả sử dụng ánh sáng. Việc tăng cường độ ánh sáng và nồng độ CO2 giúp cải thiện hàm lượng sắc tố quang hợp, hiệu quả sử dụng nước và hoạt động của các enzyme liên quan đến chu trình Calvin, cuối cùng đạt được hiệu quả quang hợp cao hơn và tích lũy sinh khối nhiều hơn ở cây cà chua con. Trọng lượng khô và độ chắc của cây cà chua và ớt con có tương quan thuận với DLI, và sự thay đổi nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng dưới cùng một điều kiện DLI. Môi trường 23~25℃ thích hợp hơn cho sự sinh trưởng của cây cà chua con. Dựa trên điều kiện nhiệt độ và ánh sáng, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp dự đoán tốc độ sinh trưởng tương đối của ớt dựa trên mô hình phân bố beta, có thể cung cấp hướng dẫn khoa học cho việc điều chỉnh môi trường trong sản xuất cây giống ghép ớt.

Do đó, khi thiết kế sơ đồ điều tiết ánh sáng trong sản xuất, không chỉ cần xem xét các yếu tố môi trường ánh sáng và loài cây trồng, mà còn cả các yếu tố canh tác và quản lý như dinh dưỡng cây con và quản lý nước, môi trường khí, nhiệt độ và giai đoạn sinh trưởng của cây con.

4. Các vấn đề và triển vọng

Thứ nhất, việc điều chỉnh ánh sáng cho cây con rau là một quá trình phức tạp, và cần phân tích chi tiết ảnh hưởng của các điều kiện ánh sáng khác nhau lên các loại cây con rau khác nhau trong môi trường nhà máy trồng cây. Điều này có nghĩa là để đạt được mục tiêu sản xuất cây giống hiệu quả cao và chất lượng cao, cần liên tục nghiên cứu để thiết lập một hệ thống kỹ thuật hoàn thiện.

Thứ hai, mặc dù hiệu suất sử dụng năng lượng của nguồn sáng LED tương đối cao, nhưng điện năng tiêu thụ cho chiếu sáng cây trồng vẫn là nguồn năng lượng tiêu thụ chính trong việc nuôi trồng cây con bằng ánh sáng nhân tạo. Lượng điện năng tiêu thụ khổng lồ của các nhà máy trồng cây vẫn là nút thắt cổ chai hạn chế sự phát triển của các nhà máy này.

Cuối cùng, với việc ứng dụng rộng rãi đèn chiếu sáng cho cây trồng trong nông nghiệp, chi phí đèn LED trồng cây dự kiến ​​sẽ giảm đáng kể trong tương lai; ngược lại, sự gia tăng chi phí nhân công, đặc biệt là trong thời kỳ hậu dịch bệnh, tình trạng thiếu lao động chắc chắn sẽ thúc đẩy quá trình cơ giới hóa và tự động hóa sản xuất. Trong tương lai, các mô hình điều khiển dựa trên trí tuệ nhân tạo và thiết bị sản xuất thông minh sẽ trở thành một trong những công nghệ cốt lõi cho sản xuất cây giống rau, và sẽ tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của công nghệ nhà máy sản xuất cây giống.

Tác giả: Jiehui Tan, Houchen Liu
Nguồn bài viết: Tài khoản Wechat của Khoa Công nghệ Kỹ thuật Nông nghiệp (trồng trọt trong nhà kính)