Анотація: Розсада овочів є першим кроком у виробництві овочів, і якість розсади дуже важлива для врожайності та якості овочів після посадки.З безперервним удосконаленням розподілу праці в овочевій промисловості розсада овочів поступово сформувалася в самостійний промисловий ланцюг і обслуговувала овочівництво.Під впливом поганої погоди традиційні методи розсади неминуче стикаються з багатьма проблемами, такими як повільний ріст розсади, ріст ніг, а також шкідники та хвороби.Для боротьби з розсадами проводу, багато комерційних культиваторів використовують регулятори зростання.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 нової глобальної епідемії Covid-19 проблеми управління виробництвом, спричинені нестачею робочої сили та зростанням вартості робочої сили в розсадницькій галузі, стали більш помітними.

It can formulate appropriate spectrum according to the growth and development needs of seedlings in the environment of plant factories, and accurately control the physiological and metabolic process of seedlings, at the same time, contributing to pollution-free, standardized and rapid production of vegetable seedlings , і скорочує цикл розсади.

However, if the electricity required per kilogram of lettuce dry matter is calculated, the plant factory needs 247 kW·h to produce 1 kg dry weight of lettuce, and the greenhouses in Sweden, the Netherlands, and the United Arab Emirates require 182 kW· H, 70 кВт · год і 111 кВт · год відповідно.

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

Рослини сприймають напрямок, енергію та якість світла через систему світлових сигналів, регулюють власний ріст і розвиток і реагують на наявність або відсутність, довжину хвилі, інтенсивність і тривалість світла.Наразі відомі рослинні фоторецептори включають принаймні три класи: фітохроми (PHYA~PHYE), які сприймають червоне та дальнє червоне світло (FR), криптохроми (CRY1 та CRY2), які сприймають синій та ультрафіолет А, та елементи (Phot1 та Phot2), УФ-В-рецептор UVR8, який відчуває уль-B.Ці фоторецептори беруть участь і регулюють експресію споріднених генів, а потім регулюють життєві процеси, такі як проростання насіння рослин, фотоморфогенез, час цвітіння, синтез і накопичення вторинних метаболітів, а також стійкість до біотичних і абіотичних стресів.

2.1 Вплив різної якості світла на фотоморфогенез саджанців овочів

Однак тривалий вплив чистого червоного світла на листя огірків пошкоджує фотосистему, що призведе до феномену «синдрому червоного світла», такого як затримка продихової реакції, зниження фотосинтетичної здатності та ефективності використання азоту, а також уповільнення 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 відновлюються після заміни чистого червоного світла. до червоного та синього світла (r: b = 7: 3).Навпаки, коли рослини огірка перейшли з середовища червоно-синього світла на середовище чистого червоного світла, ефективність фотосинтезу суттєво не знизилася, що свідчить про адаптацію до середовища червоного світла.Завдяки електронному мікроскопу досліджуючи структуру листя розсади огірків із «синдромом червоного світла», експериментатори виявили, що кількість хлоропластів, розмір гранул крохмалю та товщина зерен у листках під чистим червоним світлом були значно нижчими, ніж під час освітлення. лікування білим світлом.Втручання синього світла покращує ультраструктуру та фотосинтетичні характеристики хлоропластів огірка та усуває надмірне накопичення поживних речовин.Порівняно з білим світлом, червоним і синім світлом, чисте червоне світло сприяло подовженню гіпокотилю та розширенню сім’ядолей розсади томатів, значно збільшувало висоту рослини та площу листя, але значно знижувало фотосинтетичну здатність, знижувало вміст Rubisco та фотохімічну ефективність, а також значно збільшувало розсіювання тепла.Можна побачити, що різні типи рослин по-різному реагують на однакову якість світла, але порівняно з монохроматичним світлом рослини мають вищу ефективність фотосинтезу та більш інтенсивний ріст у середовищі змішаного світла.

Дослідники провели багато досліджень щодо оптимізації поєднання якості світла розсади овочів.За тієї самої інтенсивності освітлення зі збільшенням співвідношення червоного світла висота рослин і свіжа маса розсади помідорів і огірків значно покращувалися, а найкращий ефект мала обробка із співвідношенням червоного до синього 3:1;Навпаки, високий коефіцієнт синього світла пригнічував ріст розсади томатів та огірків, які були низькорослими та компактними, але підвищував вміст сухої речовини та хлорофілу в пагонах розсади.Подібні закономірності спостерігаються в інших культурах, таких як перець та кавуни.Крім того, порівняно з білим світлом, червоне та синє світло (R:B=3:1) не тільки значно покращили товщину листя, вміст хлорофілу, ефективність фотосинтезу та ефективність перенесення електронів розсади томатів, а й рівні експресії пов’язаних із цим ферментів. до циклу Кальвіна, вегетаріанський вміст росту та накопичення вуглеводів також значно покращилися.Порівнюючи два співвідношення червоного та синього світла (R:B=2:1, 4:1), більш високе співвідношення синього світла було більш сприятливим для індукції утворення жіночих квіток у розсади огірка та прискорило час цвітіння жіночих квіток. .Хоча різне співвідношення червоного та синього світла не мало суттєвого впливу на врожай свіжої ваги проростків листової капусти, руколи та гірчиці, високе співвідношення синього світла (30% синього світла) значно зменшувало довжину гіпокотилю та площу сім’ядолей листової капусти. і сходів гірчиці, при цьому забарвлення сім'ядолей поглибилася.Таким чином, у виробництві розсади відповідне збільшення частки синього світла може значно скоротити відстань між вузлами та площу листя розсади овочів, сприяти бічному витягуванню розсади та покращити індекс міцності розсади, що сприяє культивуючи надійні саджанці.За умови незмінної інтенсивності освітлення збільшення зеленого світла в червоному та синьому світлі значно покращувало свіжу масу, площу листка та висоту рослин розсади перцю солодкого.Порівняно з традиційною білою люмінесцентною лампою, в умовах червоно-зелено-синього (R3:G2:B5) освітлення Y[II], qP та ETR розсади помідорів 'Okagi No. 1' були значно покращені.Додавання УФ-світла (100 мкмоль/(м2•с) синього світла + 7% УФ-А) до чистого синього світла значно зменшувало швидкість подовження стебла руколи та гірчиці, тоді як додавання FR було навпаки.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 FR не є джерелом енергії фотосинтезу, обидва вони беруть участь у фотоморфогенезі рослин.УФ-світло високої інтенсивності шкідливе для ДНК рослин, білків тощо. Однак УФ-світло активує клітинні реакції на стрес, спричиняючи зміни у рості, морфології та розвитку рослин для адаптації до змін навколишнього середовища.Дослідження показали, що нижчий R/FR викликає реакції уникнення тіні у рослин, що призводить до морфологічних змін у рослинах, таких як подовження стебла, витончення листя та зниження врожаю сухої речовини.Тонкий стебло не є хорошою ознакою зростання для вирощування сильної розсади.Для загальної розсади листяних і плодових овочів тверда, компактна і пружна розсада не схильна до проблем під час транспортування і посадки.

Але зростає доказ того, що наявність УФ-А, замість того, щоб придушити біомасу врожаю, насправді сприяє цьому.У порівнянні з основним червоно-білим світлом (R:W=2:3, PPFD становить 250 мкмоль/(м2·с)), додаткова інтенсивність червоно-білого світла становить 10 Вт/м2 (приблизно 10 мкмоль/(м2·с) s)) УФ-А капусти кале значно збільшило біомасу, довжину міжвузля, діаметр стебла та ширину рослинного покрову проростків капусти кале, але ефект просування був послаблений, коли інтенсивність УФ перевищувала 10 Вт/м2.Щоденне 2-годинне додавання УФ-А (0,45 Дж/(м2•с)) може значно збільшити висоту рослини, площу сім’ядолей і свіжу вагу розсади томатів «Волове серце», одночасно зменшуючи вміст H2O2 у розсаді томатів.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.Додавання 18,9 мкмоль/(м2•с) FR у холодному білому світлі значно збільшило довжину гіпокотилю та діаметр стебла розсади томатів і 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 вага проростків перцю значно зменшилася, що свідчить про те, що значення насичення FR п’яти проростків овочів були нижчими за 53,4 мкмоль/(м2•с), а значення FR було значно нижчим, ніж значення FR.Вплив на ріст різних овочевих саджанців також різні.

2.2 Вплив різного денного світла на фотоморфогенез саджанців овочів

Інтеграл денного світла (DLI) представляє загальну кількість фотосинтетичних фотонів, отриманих поверхнею рослини за день, яка пов’язана 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 з низьким рівнем освітлення, подовжуючи стебло та довжину міжнароджених, збільшуючи висоту рослини, довжину черешка та площу листя та зменшення товщини листя та чисту фотосинтетичну швидкість.Зі збільшенням інтенсивності освітлення, за винятком гірчиці, довжина гіпокотилю та подовження стебла проростків руколи, капусти та листової капусти за однакової якості освітлення значно зменшувалися.Можна побачити, що вплив світла на ріст і морфогенез рослин пов’язаний з інтенсивністю освітлення та видом рослин.Зі збільшенням DLI (8,64~28,8 моль/м2/добу) рослинний тип сходів огірків ставав низькорослим, міцним і компактним, а питома маса листка та вміст хлорофілу поступово знижувалися.Через 6-16 днів після посіву огірків на розсаду листя і коріння підсихали.Маса поступово збільшувалася, темпи росту поступово прискорювалися, але через 16-21 день після посіву швидкість росту листя і коренів розсади огірків значно зменшувалася.Покращений DLI підвищив чисту швидкість фотосинтезу розсади огірків, але після певного значення чиста швидкість фотосинтезу почала знижуватися.Тому вибір відповідного DLI та застосування різних стратегій додаткового освітлення на різних стадіях росту розсади може зменшити споживання електроенергії.Вміст розчинного цукру та ферменту СОД у проростках огірків і томатів зростав зі збільшенням інтенсивності ДЛІ.При збільшенні інтенсивності ДЛІ від 7,47 моль/м2/добу до 11,26 моль/м2/добу вміст розчинного цукру та ферменту СОД у проростках огірка збільшився на 81,03 % та 55,5 % відповідно.За тих самих умов DLI, зі збільшенням інтенсивності освітлення та скороченням часу освітлення, активність PSII у розсади томатів і огірків пригнічувалася, а вибір додаткової стратегії освітлення з низькою інтенсивністю та довгою тривалістю був більш сприятливим для вирощування високої розсади. Індекс та фотохімічна ефективність саджанців огірків та томатів.

При виробництві щеплених саджанців низька освітленість може призвести до зниження якості щеплених саджанців і збільшення часу загоєння.Відповідна інтенсивність освітлення може не тільки посилити зв’язувальну здатність щепленого місця загоєння та покращити індекс сильних саджанців, але також зменшити положення вузла жіночих квіток і збільшити кількість жіночих квіток.Компактність та товщина листя прищеплених томатних саджанців значно зросли зі збільшенням інтенсивності DLI.Це свідчить про те, що щеплені саджанці не потребують високої інтенсивності освітлення для загоєння.Тому, беручи до уваги споживання електроенергії та середовище посадки, вибір відповідної інтенсивності освітлення допоможе збільшити економічні вигоди.

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.Наприклад, коли розсада томатів була доповнена освітленням протягом 4 годин вночі, порівняно з обробкою без додаткового освітлення, біле світло, червоне світло, синє світло, а також червоне та синє світло могли знизити проникність електроліту та вміст MDA у розсаді томатів, і покращити холодну толерантність.Активність SOD, POD і CAT у розсаді томатів при обробці червоно-синього співвідношення 8:2 була значно вищою, ніж при інших обробках, і вони мали вищу антиоксидантну здатність і холодостійкість.

Вплив УФ-В на ріст коренів сої головним чином полягає в покращенні стресостійкості рослин шляхом збільшення вмісту кореневих NO та АФК, включаючи сигнальні молекули гормонів, таких як ABA, SA та JA, та пригнічення розвитку коренів шляхом зменшення вмісту IAA , CTK і GA.У розсаді томатів UVR8 бере участь у синтезі та накопиченні антоціанів, а акліматизована до УФ-променів розсада диких томатів покращує свою здатність справлятися зі стресом високої інтенсивності УФ-В.Однак адаптація УФ-В до посухового стресу, спричиненого арабідопсисом, не залежить від шляху UVR8, що вказує на те, що УФ-В діє як індукована сигналом перехресна відповідь захисних механізмів рослин, так що різноманітні гормони спільно діють involved in resisting drought stress, increasing the ROS scavenging ability.

Як подовження гіпокотилю рослини або стебла, викликане FR, так і адаптація рослин до холодового стресу регулюються рослинними гормонами.Отже, «ефект уникнення тіні», спричинений FR, пов’язаний із адаптацією рослин до холоду.Експериментатори доповнювали проростки ячменю через 18 днів після проростання при 15°C протягом 10 днів, охолоджуючи до 5°C + додаючи FR протягом 7 днів, і виявили, що порівняно з обробкою білим світлом FR підвищує морозостійкість проростків ячменю.Цей процес супроводжується збільшенням вмісту ABA та IAA у саджанцях ячменю.Подальше перенесення проростків ячменю, попередньо оброблених 15°C FR, до 5°C і продовження додавання FR протягом 7 днів призвело до результатів, подібних до двох описаних вище обробок, але зі зниженою відповіддю ABA.Рослини з різними значеннями R:FR контролюють біосинтез фітогормонів (GA, IAA, CTK і ABA), які також беруть участь у солестійкості рослин.В умовах сольового стресу освітлене середовище з низьким співвідношенням R:FR може покращити антиоксидантну та фотосинтетичну здатність розсади томатів, зменшити виробництво ROS та MDA у розсади та покращити стійкість до солі.І стрес солоності, і низьке значення R:FR (R:FR=0,8) пригнічують біосинтез хлорофілу, що може бути пов’язано з блокуванням перетворення PBG в UroIII на шляху синтезу хлорофілу, тоді як низьке середовище R:FR може ефективно полегшити солоність Стрес-індуковане порушення синтезу хлорофілу.Ці результати вказують на значну кореляцію між фітохромами та стійкістю до солі.

Крім освітленості, на ріст і якість розсади овочів впливають і інші чинники зовнішнього середовища.Наприклад, збільшення концентрації CO2 збільшить максимальне значення світлової насиченості Pn (Pnmax), зменшить точку компенсації світла та покращить ефективність використання світла.Збільшення інтенсивності освітлення та концентрації СО2 сприяє покращенню вмісту фотосинтетичних пігментів, ефективності використання води та активності ферментів, пов’язаних із циклом Кальвіна, і, нарешті, досягненню вищої фотосинтетичної ефективності та накопичення біомаси розсади томатів.Суха вага та компактність розсади томатів і перцю позитивно корелювали з DLI, а зміна температури також вплинула на ріст за такої ж обробки DLI.Середовище 23~25 ℃ було більш придатним для вирощування розсади томатів.Залежно від температури та умов освітлення дослідники розробили метод прогнозування відносної швидкості росту перцю на основі моделі розподілу бат, який може забезпечити наукове керівництво для екологічного регулювання виробництва щепленої розсади перцю.

Тому, розробляючи схему регулювання освітленості у виробництві, слід враховувати не лише фактори освітленості та види рослин, а й фактори вирощування та управління, такі як живлення розсади та управління водою, газове середовище, температура та стадія росту розсади.

4. Проблеми та перспективи

По-перше, регулювання освітленості розсади овочів є складним процесом, і слід детально проаналізувати вплив різних умов освітлення на різні типи розсади овочів у рослинницькому середовищі.Це означає, що для досягнення мети високоефективного та високоякісного виробництва розсади необхідні безперервні дослідження для створення зрілої технічної системи.

По-друге, хоча коефіцієнт використання потужності світлодіодного джерела світла є відносно високим, споживання електроенергії для освітлення рослин є основним споживанням енергії для вирощування розсади з використанням штучного освітлення.Величезне споживання енергії рослинних заводів все ще є вузьким місцем, що обмежує розвиток заводів рослин.

Нарешті, із широким застосуванням освітлення рослин у сільському господарстві, очікується, що вартість світлодіодних світильників для рослин значно зменшиться в майбутньому;навпаки, зростання витрат на робочу силу, особливо в постепідемічний період, нестача робочої сили неминуче сприятиме процесу механізації та автоматизації виробництва.У майбутньому моделі управління на основі штучного інтелекту та інтелектуальне виробниче обладнання стануть одними з основних технологій виробництва розсади овочів і продовжуватимуть сприяти розвитку технології фабричної розсади.

Автори: Jiehui Tan, Houcheng Liu
Джерело статті: обліковий запис Wechat Agricultural Engineering Technology (парникове садівництво)