Анотація: Овочеві саджанці - це перший крок у виробництві овочів, а якість розсади дуже важлива для врожаю та якості овочів після посадки. Завдяки постійному вдосконаленню розподілу праці в овочевій промисловості, овочеві саджанці поступово формували незалежну промислову ланцюг і подавали виробництво овочів. Постраждалих від негоди, традиційні методи розсади неминуче стикаються з багатьма проблемами, такими як повільне ріст розсади, ріст законодавства, шкідники та захворювання. Для боротьби з розсадами проводу, багато комерційних культиваторів використовують регулятори зростання. Однак існують ризики жорсткості розсади, безпеки харчових продуктів та забруднення навколишнього середовища із застосуванням регуляторів росту. Окрім методів хімічного контролю, хоча механічна стимуляція, температура та контроль води також можуть відігравати роль у запобіганні росту розсади, вони дещо менш зручні та ефективні. Під впливом глобальної нової епідемії Covid-19, проблеми труднощів з виробництва виробництва, спричинених дефіцитом праці та зростанням витрат на робочу силу в промисловості розсади, стали більш помітними.

З розвитком технології освітлення використання штучного світла для вирощування овочевих саджань має переваги високої ефективності розсади, менше шкідників та захворювань та легкої стандартизації. Порівняно з традиційними джерелами світла, нове покоління світлодіодних джерел світла має характеристики енергозбереження, високої ефективності, тривалого життя, захисту навколишнього середовища та довговічності, невеликих розмірів, низького теплового випромінювання та амплітуди невеликої довжини хвилі. Він може сформулювати відповідний спектр відповідно до потреб росту та розвитку розсади в умовах рослинних заводів та точно контролювати фізіологічний та метаболічний процес розсади, водночас, сприяючи забрудненню, стандартизованому та швидкому виробництві рослинних саджанців , і скорочує цикл розсади. У Південному Китаї потрібно близько 60 днів, щоб вирощувати саджанці для перцю та томатів (3-4 справжні листя) у пластикових теплицях, і близько 35 днів для саджанців огірків (3-5 справжніх листків). У заводських умовах рослинних заводів потрібно лише 17 днів для виховання розсади томатів та 25 днів для розсади перцю в умовах фотоперіоду 20 год та ППФ 200-300 мкмоль/(m2 • s). Порівняно із звичайним методом вирощування розсади в теплиці, застосування методу вирощування саджанців світлодіодних рослин значно скоротило цикл росту огірків на 15-30 днів, а кількість жіночих квітів та плодів на рослину збільшилася на 33,8% та 37,3% відповідно, і найвищий врожай збільшувався на 71,44%.

З точки зору ефективності використання енергії, ефективність використання енергії рослинних фабрик вища, ніж у зелених тварин венло на одній широті. Наприклад, на шведській заводській фабриці 1411 МДж необхідний для отримання 1 кг сухої речовини салату, тоді як 1699 МДж у теплиці. Однак, якщо електроенергія, необхідна на кілограм сухої речовини салату H, 70 кВт · год і 111 кВт · год відповідно.

У той же час, на заводі на заводі, використання комп'ютерів, автоматичного обладнання, штучного інтелекту та інших технологій може точно контролювати умови навколишнього середовища, придатні для вирощування розсади, позбутися обмежень природних умов навколишнього середовища та реалізувати розумну,, Механізоване та щорічне стабільне виробництво виробництва розсади. Останніми роками саджанці рослинних заводів використовувались у комерційному виробництві листяних овочів, фруктових овочів та інших економічних культур у Японії, Південній Кореї, Європі та США та інших країнах. Високі початкові інвестиції заводів заводу, високі експлуатаційні витрати та величезне споживання енергії системи все ще є вузькими місцями, які обмежують сприяння технології вирощування розсади на китайських заводів. Тому необхідно враховувати вимоги високої врожайності та енергозбереження з точки зору стратегій управління легкими, встановлення моделей росту овочів та обладнання для автоматизації для покращення економічних вигод.

У цій статті переглянуто вплив світлодіодного світла на ріст та розвиток рослинних саджанців на рослинних фабриках за останні роки з світоглядом напрямку досліджень регуляції світла рослинних саджанців на рослинних фабриках.

1. Вплив світлого середовища на ріст та розвиток овочевих саджанців

Як один із найважливіших факторів навколишнього середовища для росту та розвитку рослин, світло - це не лише джерело енергії для рослин для здійснення фотосинтезу, але й ключовим сигналом, що впливає на фотоморфогенез рослин. Рослини відчувають напрямок, енергію та якість світла сигналу через систему світлового сигналу, регулюють власний ріст та розвиток та реагують на наявність чи відсутність, довжину хвилі, інтенсивність та тривалість світла. В даний час відомі рослинні фоторецептори включають щонайменше три класи: фітохроми (phya ~ phye), що відчувають червоне і далеке світло (FR), криптохроми (Cry1 і Cry2), що сенс синього та ультрафіолетового А та елементів (Phot1 та Phot2), УФ-В-рецептор UVR8, який відчуває уль-B. Ці фоторецептори беруть участь у експресії споріднених генів, а потім регулюють життєву діяльність, такі як проростання насіння рослин, фотоморфогенез, час цвітіння, синтез та накопичення вторинних метаболітів та толерантність до біотичних та абіотичних стресів.

2. Вплив світлодіодного світла на фотоморфологічне встановлення саджанців овочів

2.1 Вплив різної якості світла на фотоморфогенез саджанців овочів

Червоні та сині області спектру мають високу квантову ефективність для фотосинтезу листя рослин. Однак тривале опромінення листя огірків на чисте червоне світло пошкодить фотосистему, внаслідок чого явище "синдрому червоного світла", такого як затримка стоматової реакції, зниження фотосинтетичної здатності та ефективність використання азоту та відсталості росту. За умови низької інтенсивності світла (100 ± 5 мкмоль/(м2 • с)) чисте червоне світло може пошкодити хлоропласти як молодих, так і зрілих листків огірка, але пошкоджені хлоропласти були відновлені після його зміни з чистого червоного світла до червоного та синього світла (r: b = 7: 3). Навпаки, коли огіркові рослини перемикалися від червоно-синього світла на середовище чистого червоного світла, фотосинтетична ефективність не суттєво зменшувалася, показуючи пристосованість до середовища червоного світла. За допомогою електронного мікроскопа аналізу листяної структури саджанців огірків із «синдромом червоного світла» експериментатори виявили, що кількість хлоропластів, розмір гранул крохмалю та товщина Grana в листках під чистим червоним світлом були значно нижчими, ніж унизу Обробка білого світла. Втручання синього світла покращує ультраструктуру та фотосинтетичні характеристики хлоропластів огірків та виключає надмірне накопичення поживних речовин. Порівняно з білим світлом та червоним та синім світлом, чисте червоне світло сприяло подовженню гіпокотилу та розширенням котайлівонів томатних саджанців, значно підвищеної висоти рослини та площі листя, але значно зменшило фотосинтетичну здатність, зниження вмісту рубіско та фотохімічну ефективність та значно збільшення дисипації тепла. Видно, що різні типи рослин по -різному реагують на однакову якість світла, але порівняно з монохроматичним світлом, рослини мають більш високу ефективність фотосинтезу та більш енергійне зростання навколишнього середовища змішаного світла.

Дослідники провели багато досліджень щодо оптимізації комбінації якості світла овочевих саджанців. При однаковій інтенсивності світла, зі збільшенням співвідношення червоного світла, висота рослини та свіжа вага помідорів та саджанців огірків значно покращилися, а обробка співвідношенням червоного до синього 3: 1 мала найкращий ефект; Навпаки, високе співвідношення блакитного світла він гальмував ріст розсади томатів та огірків, які були короткими та компактними, але збільшували вміст сухої речовини та хлорофілу у пагонах саджанців. Подібні закономірності спостерігаються в інших культурах, таких як перець та кавуни. Крім того, порівняно з білим світлом, червоним та синім світлом (r: b = 3: 1) не тільки значно покращило товщину листя, вміст хлорофілу, фотосинтетичну ефективність та ефективність перенесення електронів томатних саджанців, а й рівні експресії, пов'язаних До циклу Кальвіна також були значно покращені вегетаріанський вміст та накопичення вуглеводів. Порівнюючи два співвідношення червоного та синього світла (R: B = 2: 1, 4: 1), більш високе співвідношення синього світла було сприятливішим для індукції утворення жіночих квітів у саджанці огірків та прискорення часу цвітіння жіночих квітів . Хоча різні співвідношення червоного та синього світла не мали суттєвого впливу на свіжу вагу виходу капусти, руколої та гірчиці, високе співвідношення синього світла (30% синього світла) значно зменшило довжину гіпокотилу та ділянки котидони капу і гірчичний саджанці, в той час як колір котайлівонів поглибився. Отже, у виробництві розсади відповідне збільшення частки синього світла може значно скоротити відстань між вузлом та площа листя овочевих саджанців, сприяти бічному розширенню розсади та покращити індекс міцності розсади, що сприяє культивуючи надійні саджанці. За умови, що інтенсивність світла залишалася незмінною, збільшення зеленого світла червоного та синього світла значно покращило свіжу вагу, площу листя та висоту рослини саджанців солодкого перцю. Порівняно з традиційною білою флуоресцентною лампою, при червоно-зелених (R3: G2: B5) умови світла, y [II], QP та ETR «Окагі № 1» розсади помідорів були значно вдосконалені. Доповнення ультрафіолетового світла (100 мкмоль/(м2 • с) синього світла + 7% УФ-А) до чистого синього світла значно знизило швидкість подовження стебла руколої та гірчиці, тоді як добавка ФР була протилежною. Це також показує, що крім червоного та синього світла, інші якості світла також відіграють важливу роль у процесі росту та розвитку рослин. Хоча ні ультрафіолетове світло, ні ФР не є джерелом енергії фотосинтезу, вони обидва беруть участь у фотоморфогенезі рослин. УФ-світло високої інтенсивності шкідливо для рослинної ДНК та білків тощо. Однак ультрафіолетове світло активізує реакції клітинного стресу, викликаючи зміни росту рослин, морфології та розвитку для адаптації до змін навколишнього середовища. Дослідження показали, що менший R/FR викликає реакції уникнення тіні у рослин, що призводить до морфологічних змін рослин, таких як подовження стебла, витончення листя та зменшення виходу сухої речовини. Стоксна стебло - це не хороша риса росту для вирощування сильних саджанців. Для загальних саджанців з листяних та фруктових овочів тверді, компактні та еластичні саджанці не схильні до проблем під час транспортування та посадки.

УФ-А може зробити рослини розсади огірків коротшими та компактними, а вихід після трансплантації суттєво не відрізняється від контролю; Незважаючи на те, що УФ-В має більш значний інгібуючий ефект, а ефект зменшення врожаю після пересадки не є суттєвим. Попередні дослідження свідчать про те, що УФ-А гальмує ріст рослин і робить рослини карликовими. Але зростає доказ того, що наявність УФ-А, замість того, щоб придушити біомасу врожаю, насправді сприяє цьому. Порівняно з основним червоним та білим світлом (R: W = 2: 3, PPFD - 250 мкмоль/(м2 · с)), додаткова інтенсивність червоного та білого світла становить 10 Вт/м2 (приблизно 10 мкмоль/(M2 · s)) УФ-А капусти значно збільшив біомасу, довжину міжнароджених, діаметр стебла та ширину навісу рослини саджанців капусти, але ефект просування був ослаблений, коли Інтенсивність УФ перевищувала 10 Вт/м2. Щодня 2-го УФ-А доповнення (0,45 Дж/(M2 • S)) може значно збільшити висоту рослини, область сім'ядону та свіжу вагу саджанців томатів "Oxheart", зменшуючи вміст H2O2 в томатних саджанцях. Видно, що різні культури по -різному реагують на УФ -світло, що може бути пов'язане з чутливістю до ультрафіолетового світла.

Для вирощування прищеплених саджанців довжина стебла повинна бути належним чином збільшена для полегшення прищеплення підщепи. Різна інтенсивність ФР мала різний вплив на ріст помідорів, перцю, огірку, гарбуза та кавунові саджанці. Доповнення 18,9 мкмоль/(м2 • с) ФР при холодному білому світлі значно збільшило довжину гіпокотилу та діаметр стебла саду томатів та перцю; FR 34,1 мкмоль/(м2 • с) мав найкращий вплив на сприяння довжині гіпокотилу та діаметра стебла огірків, гарбузів та кавунів; Високоінтенсивність FR (53,4 мкмоль/(M2 • S)) мав найкращий вплив на ці п’ять овочів. Довжина гіпокотилу та діаметр стебла саджанців більше не значно збільшувались і почали проявляти тенденцію вниз. Свіжа маса розсади перцю значно зменшилася, що свідчить про те, що значення насичення FR п'яти рослинних саджанців були нижчими за 53,4 мкмоль/(m2 • s), а значення FR було значно нижчим, ніж у ФР. Вплив на ріст різних овочевих саджанців також різні.

2.2 Вплив різного денного світла на фотоморфогенез саджанців овочів

Інтеграл денного світла (DLI) являє собою загальну кількість фотосинтетичних фотонів, отриманих поверхнею рослини за день, що пов'язане з інтенсивністю світла та часом світла. Формула обчислення-DLI (моль/м2/добу) = інтенсивність світла [мкмоль/(m2 • s)] × добовий час світла (h) × 3600 × 10-6. У середовищі з низькою інтенсивністю освітлення рослини реагують на середовище низького освітлення, подовжуючи стебло та довжину міжнароджених, збільшуючи висоту рослини, довжину черешка та площу листя, а також зменшення товщини листя та чисту ставку фотосинтетики. З збільшенням інтенсивності світла, за винятком гірчиці, довжини гіпокотилу та подовження стебла руколою, капустової та капустової розсади під однаковою якістю світла значно знижуються. Видно, що вплив світла на ріст рослин та морфогенез пов'язаний з інтенсивністю світла та видами рослин. Зі збільшенням DLI (8,64 ~ 28,8 моль/м2/добу) тип рослинних саджанців огірків став коротким, сильним і компактним, а специфічний вміст листя та хлорофілу поступово зменшувався. 6 ~ 16 днів після посіву саджанців огірків, листя та коріння висушені. Вага поступово збільшувалася, а швидкість росту поступово прискорюється, але через 16 - 21 день після посіву темпи росту листя та коріння саджанців огірків значно зменшилися. Підвищена DLI сприяла чистому фотосинтетичному швидкості саджанців огірків, але після певної цінності чиста фотосинтетична швидкість почала знижуватися. Тому вибір відповідного DLI та прийняття різних додаткових стратегій світла на різних етапах росту саджанців може зменшити споживання електроенергії. Вміст розчинного цукру та дернового ферменту в саджанцях огірків та томатів збільшувався зі збільшенням інтенсивності DLI. Коли інтенсивність DLI зросла з 7,47 моль/м2/добу до 11,26 моль/м2/добу, вміст розчинного цукру та ферменту SOD у саджанцях огірків збільшився на 81,03% та 55,5% відповідно. В тих же умовах DLI, зі збільшенням інтенсивності світла та скороченням часу світла, інгібували активність PSII томатів та огіркових саджань, а вибір додаткової стратегії світла низької інтенсивності світла та тривалої тривалості була більш сприятливою для вирощування високого розсади Індекс та фотохімічна ефективність саджанців огірків та томатів.

У виробництві прищеплених саджанців середовище низького освітлення може призвести до зниження якості прищеплених саджанців та збільшення часу загоєння. Відповідна інтенсивність світла може не тільки підвищити здатність зв'язувати прищеплене місцевості та покращити індекс сильних саджанців, але й зменшити положення вузла жіночих квітів та збільшити кількість жіночих квітів. На рослинних фабриках DLI 2,5-7,5 моль/м2/добу було достатнім для задоволення потреб лікувальних саджанців. Компактність та товщина листя прищеплених томатних саджанців значно зросли зі збільшенням інтенсивності DLI. Це свідчить про те, що прищеплені розсади не потребують високої інтенсивності світла для загоєння. Тому, з урахуванням середовища споживання електроенергії та посадки, вибір відповідної інтенсивності світла допоможе покращити економічні вигоди.

3. Вплив світлодіодного світла на стрес стійкість овочів

Рослини отримують зовнішні світлові сигнали за допомогою фоторецепторів, викликаючи синтез та накопичення молекул сигналу на рослині, тим самим змінюючи ріст та функцію рослинних органів і в кінцевому рахунку покращуючи стійкість рослини до стресу. Різна якість світла має певний сприяння на поліпшення холодної толерантності та сольовій толерантності до розсади. Наприклад, коли саду томатів були доповнені світлом протягом 4 годин вночі, порівняно з обробкою без додаткового світла, білого світла, червоного світла, синього світла та червоного та синього світла можуть зменшити проникність електроліту та вміст MDA в томатних саджанцях, і покращити холодну толерантність. Активність дернового, стручка та кота в розсаді томатів під час лікування 8: 2 червоно-блакитного співвідношення була значно вищою, ніж у інших методах лікування, і вони мали більш високу антиоксидантну здатність та толерантність до холоду.

Вплив УФ-В на ріст кореня сої в основному полягає , CTK та GA. Фоторецептор UV-B, UVR8, не тільки бере участь у регулюванні фотоморфогенезу, але й відіграє ключову роль у стресі УФ-В. У розсадах томатів UVR8 опосередковує синтез та накопичення антоціанів, а ультрафіолетовані ультрафіолетовими сіями томатів покращують їх здатність впоратися з високоінтенсивним ультрафіолетовим стресом. Однак адаптація УФ-В до стресу посухи, спричиненого арабідопсисом Беруть участь у протистоянні стресу посухи, підвищення здатності до очищення ROS.

І подовження рослинного гіпокотилу або стебла, спричиненого ФР, так і адаптація рослин до холодного стресу регулюються гормонами рослин. Тому "ефект уникнення відтінку", спричинений ФР, пов'язаний з адаптацією рослин. Експериментатори доповнювали саджанці ячменю через 18 днів після проростання при 15 ° С протягом 10 днів, охолоджуючи до 5 ° C + доповнюючи ФР протягом 7 днів, і виявив, що порівняно з обробкою білого світла, FR підвищив стійкість до саду ячменю. Цей процес супроводжується збільшенням вмісту ABA та IAA у саджанцях ячменю. Подальший перенесення 15 ° C FR, попередньо оброблених ячмінних саджанців до 5 ° С, і продовження добавки ФР протягом 7 днів призвело до аналогічних результатів до двох вищевикладених методів лікування, але зі зниженою реакцією ABA. Рослини з різними значеннями R: FR контролюють біосинтез фітогормонів (GA, IAA, CTK та ABA), які також беруть участь у рослинній сольовій толерантності. При сольовій напрузі середовище низького співвідношення: FR Light може покращити антиоксидант та фотосинтетичну здатність до розсади томатів, зменшити вироблення ROS та MDA у розсаді та покращити толерантність до солі. І стрес солоності, і низьке значення R: FR (R: FR = 0,8) гальмують біосинтез хлорофілу, який може бути пов'язаний із заблокованою конверсією PBG в uroiii в шляху синтезу хлорофілу, тоді Індуковане стресовим стресом порушення синтезу хлорофілу. Ці результати свідчать про значну кореляцію між фітохромами та соляною толерантністю.

Окрім світлого середовища, інші фактори навколишнього середовища також впливають на ріст та якість саджанців овочів. Наприклад, збільшення концентрації СО2 збільшить максимальне значення насичення світла PN (PNMAX), зменшить точку компенсації світла та покращить ефективність використання світла. Збільшення інтенсивності світла та концентрації СО2 допомагає поліпшити вміст фотосинтетичних пігментів, ефективність використання води та активність ферментів, пов'язаних з циклом кальвіна, і, нарешті, досягти більш високої ефективності фотосинтетики та накопичення біомаси томатних саджанців. Суха вага та компактність розсади томатів та перцю позитивно корелювали з DLI, а зміна температури також вплинула на ріст при одній і тому ж обробці DLI. Навколишнє середовище 23 ~ 25 ℃ було більш придатним для росту саддриляторів томатів. За температурою та умовами світла, дослідники розробили метод прогнозування відносної швидкості росту перцю на основі моделі розподілу BATE, яка може забезпечити наукове керівництво щодо регуляції екологічного реппера виготовлення саджанців, що прищеплюють.

Тому при розробці схеми регулювання світла у виробництві слід враховувати не лише фактори світла та види рослин, але й вирощування та фактори управління, такі як харчування для розсади та управління водою, газового середовища, температура та стадія росту розсади.

4. Проблеми та світогляди

По -перше, легке регулювання рослинних саджанців є складним процесом, і вплив різних умов світла на різні види саджанців рослин у заводському середовищі рослин потрібно детально проаналізувати. Це означає, що для досягнення мети високоефективності та високоякісного виробництва розсади необхідне постійне дослідження для встановлення зрілої технічної системи.

По -друге, хоча швидкість використання потужності світлодіодного джерела світла порівняно висока, споживання потужності для освітлення рослин є основним споживанням енергії для вирощування саджанців за допомогою штучного світла. Величезне споживання енергії рослинних заводів все ще є вузьким місцем, що обмежує розвиток заводів рослин.

Нарешті, із широким застосуванням освітлення рослин у сільському господарстві вартість світлодіодних ліхтарів рослин, як очікується, значно зменшиться в майбутньому; Навпаки, збільшення витрат на оплату праці, особливо в епідемічну епоху, відсутність праці неодмінно сприяє процесу механізації та автоматизації виробництва. Надалі, моделі управління на основі штучного інтелекту та інтелектуальне виробниче обладнання стане однією з основних технологій виробництва рослинних саджань і продовжуватиме сприяти розвитку технології розсади рослинних заводів.

Автори: Jiehui Tan, Houcheng Liu
Джерело статті: Вехат з питань сільськогосподарської інженерної технології (парникове садівництво)