ผู้แต่ง: Yamin Li และ Houcheng Liu ฯลฯ จากวิทยาลัยพืชสวน มหาวิทยาลัยเกษตรกรรมเซาท์ไชน่า

ที่มาบทความ: พืชสวนเรือนกระจก

ประเภทของสิ่งอำนวยความสะดวกด้านพืชสวนส่วนใหญ่ได้แก่ โรงเรือนพลาสติก โรงเรือนพลังงานแสงอาทิตย์ โรงเรือนหลายช่วง และโรงงานโรงงาน เนื่องจากอาคารสิ่งอำนวยความสะดวกปิดกั้นแหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติในระดับหนึ่ง แสงภายในอาคารจึงไม่เพียงพอ ซึ่งจะทำให้ผลผลิตและคุณภาพของพืชผลลดลง ดังนั้น แสงเสริมจึงมีบทบาทที่ขาดไม่ได้ในพืชผลคุณภาพสูงและให้ผลผลิตสูงของโรงงาน แต่ยังกลายเป็นปัจจัยสำคัญในการเพิ่มการใช้พลังงานและต้นทุนการดำเนินงานในโรงงานอีกด้วย

เป็นเวลานานแล้วที่แหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์ที่ใช้ในสาขาพืชสวนในโรงงานส่วนใหญ่ได้แก่ หลอดโซเดียมความดันสูง หลอดฟลูออเรสเซนต์ หลอดฮาโลเจนโลหะ หลอดไส้ ฯลฯ ข้อเสียที่สำคัญคือการผลิตความร้อนสูง การใช้พลังงานสูง และต้นทุนการดำเนินงานสูง การพัฒนาไดโอดเปล่งแสง (LED) รุ่นใหม่ทำให้สามารถใช้แหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์พลังงานต่ำในด้านการปลูกพืชสวนในโรงงานได้ LED มีข้อดีคือประสิทธิภาพการแปลงตาแมวสูง ไฟ DC ปริมาณน้อย อายุการใช้งานยาวนาน การใช้พลังงานต่ำ ความยาวคลื่นคงที่ การแผ่รังสีความร้อนต่ำ และการปกป้องสิ่งแวดล้อม เมื่อเปรียบเทียบกับหลอดโซเดียมความดันสูงและหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน LED ไม่เพียงแต่สามารถปรับปริมาณและคุณภาพแสง (สัดส่วนของแสงแถบต่างๆ) ตามความต้องการการเจริญเติบโตของพืชเท่านั้น แต่ยังฉายรังสีพืชในระยะใกล้ได้อีกด้วย ด้วยแสงเย็น ดังนั้นจึงสามารถปรับปรุงจำนวนชั้นการเพาะปลูกและอัตราการใช้พื้นที่ได้ และฟังก์ชั่นของการประหยัดพลังงาน การปกป้องสิ่งแวดล้อม และการใช้พื้นที่อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งไม่สามารถแทนที่ด้วยแหล่งกำเนิดแสงแบบเดิมได้

จากข้อดีเหล่านี้ LED จึงประสบความสำเร็จในการนำไปใช้ในระบบแสงสว่างสำหรับพืชสวน การวิจัยขั้นพื้นฐานเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช ต้นกล้าโรงงาน และระบบนิเวศการบินและอวกาศ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ประสิทธิภาพของไฟ LED เติบโตมีการปรับปรุง ราคาลดลง และผลิตภัณฑ์ทุกชนิดที่มีความยาวคลื่นเฉพาะกำลังได้รับการพัฒนาอย่างค่อยเป็นค่อยไป ดังนั้นการประยุกต์ใช้ในด้านการเกษตรและชีววิทยาจะกว้างขึ้น

บทความนี้สรุปสถานะการวิจัยของ LED ในด้านการปลูกพืชสวนในโรงงาน โดยมุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้แสงเสริม LED ในรากฐานทางชีววิทยาด้านแสง ไฟ LED เติบโตต่อการเกิดแสงของพืช คุณภาพทางโภชนาการ และผลของการชะลอความชรา การสร้างและการใช้งาน ของสูตรแสง และการวิเคราะห์และแนวโน้มของปัญหาในปัจจุบันและแนวโน้มของเทคโนโลยีไฟเสริม LED

ผลของแสงเสริม LED ต่อการเจริญเติบโตของพืชสวน

ผลกระทบด้านกฎระเบียบของแสงต่อการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช ได้แก่ การงอกของเมล็ด การยืดลำต้น การพัฒนาของใบและราก โฟโตโทรปิซึม การสังเคราะห์คลอโรฟิลล์และการสลายตัว และการชักนำให้เกิดดอก องค์ประกอบของสภาพแวดล้อมแสงสว่างในโรงงาน ได้แก่ ความเข้มของแสง วงจรแสง และการกระจายสเปกตรัม องค์ประกอบสามารถปรับได้ด้วยการเสริมแสงเทียมโดยไม่มีข้อจำกัดของสภาพอากาศ

ปัจจุบันมีเซลล์รับแสงในพืชอย่างน้อยสามประเภท ได้แก่ ไฟโตโครม (ดูดซับแสงสีแดงและแสงสีแดงไกล) คริปโตโครม (ดูดซับแสงสีน้ำเงินและใกล้แสงอัลตราไวโอเลต) และ UV-A และ UV-B การใช้แหล่งกำเนิดแสงที่มีความยาวคลื่นจำเพาะเพื่อฉายรังสีพืชสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงของพืช เร่งการสร้างสัณฐานวิทยาของแสง และส่งเสริมการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช แสงสีส้มสีแดง (610 ~ 720 นาโนเมตร) และแสงสีม่วงสีน้ำเงิน (400 ~ 510 นาโนเมตร) ถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช การใช้เทคโนโลยี LED ทำให้แสงสีเดียว (เช่น แสงสีแดงที่มีจุดสูงสุด 660 นาโนเมตร แสงสีน้ำเงินที่มีจุดสูงสุดที่ 450 นาโนเมตร ฯลฯ) สามารถแผ่ออกไปในแนวเดียวกับแถบการดูดซับที่แข็งแกร่งที่สุดของคลอโรฟิลล์ และความกว้างของโดเมนสเปกตรัมอยู่ที่ ± 20 นาโนเมตรเท่านั้น

ปัจจุบันเชื่อกันว่าแสงสีแดงส้มจะช่วยเร่งการเจริญเติบโตของพืชได้อย่างมีนัยสำคัญ ส่งเสริมการสะสมของวัตถุแห้ง การก่อตัวของหัว หัว หลอดใบ และอวัยวะอื่น ๆ ของพืช ทำให้พืชบานและออกผลเร็วขึ้นและเล่นได้ บทบาทนำในการเพิ่มสีสันของพืช แสงสีน้ำเงินและสีม่วงสามารถควบคุมโฟโตโทรฟิสซึมของใบพืช ส่งเสริมการเปิดปากใบและการเคลื่อนไหวของคลอโรพลาสต์ ยับยั้งการยืดตัวของลำต้น ป้องกันไม่ให้พืชยาวขึ้น ชะลอการออกดอกของพืช และส่งเสริมการเจริญเติบโตของอวัยวะพืช การรวมกันของไฟ LED สีแดงและสีน้ำเงินสามารถชดเชยแสงที่ไม่เพียงพอของสีเดียวของทั้งสอง และสร้างจุดสูงสุดของการดูดกลืนสเปกตรัม ซึ่งโดยทั่วไปสอดคล้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชและสัณฐานวิทยา อัตราการใช้พลังงานแสงสามารถเข้าถึง 80% ถึง 90% และผลการประหยัดพลังงานมีความสำคัญ

การติดตั้งไฟเสริม LED ในการปลูกพืชสวนในโรงงานสามารถช่วยเพิ่มการผลิตได้อย่างมาก การศึกษาพบว่าจำนวนผลไม้ ผลผลิตรวม และน้ำหนักของมะเขือเทศเชอรี่แต่ละลูกภายใต้แสงเสริม 300 μmol/(m²·s) แถบ LED และหลอด LED เป็นเวลา 12 ชั่วโมง (8:00-20:00 น.) มีความสำคัญอย่างมีนัยสำคัญ เพิ่มขึ้น. ค่าไฟเสริมของแถบ LED เพิ่มขึ้น 42.67%, 66.89% และ 16.97% ตามลำดับ และค่าไฟเสริมของหลอด LED เพิ่มขึ้น 48.91%, 94.86% และ 30.86% ตามลำดับ ไฟเสริม LED ของหลอดไฟ LED เติบโตตลอดระยะเวลาการเจริญเติบโต [อัตราส่วนของแสงสีแดงและสีน้ำเงินคือ 3:2 และความเข้มของแสงคือ 300 μmol/(m²·s)] สามารถเพิ่มคุณภาพและผลผลิตผลไม้เดี่ยวได้อย่างมาก ต่อหน่วยพื้นที่ของชิฮวาและมะเขือยาว Chikuquan เพิ่มขึ้น 5.3% และ 15.6% และมะเขือยาวเพิ่มขึ้น 7.6% และ 7.8% ด้วยคุณภาพแสง LED และความเข้มและระยะเวลาของช่วงการเจริญเติบโตทั้งหมด วงจรการเจริญเติบโตของพืชสามารถสั้นลง ผลผลิตเชิงพาณิชย์ คุณภาพทางโภชนาการ และมูลค่าทางสัณฐานวิทยาของผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรสามารถปรับปรุงได้ และประสิทธิภาพสูง ประหยัดพลังงานและ การผลิตพืชสวนอย่างชาญฉลาดสามารถเกิดขึ้นได้

การใช้ไฟเสริม LED ในการปลูกต้นกล้าผัก

การควบคุมสัณฐานวิทยาของพืชและการเจริญเติบโตและการพัฒนาด้วยแหล่งกำเนิดแสง LED ถือเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญในด้านการเพาะปลูกเรือนกระจก พืชที่อยู่สูงขึ้นสามารถรับรู้และรับสัญญาณแสงผ่านระบบรับแสง เช่น ไฟโตโครม คริปโตโครม และเซลล์รับแสง และดำเนินการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาผ่านตัวส่งสารภายในเซลล์เพื่อควบคุมเนื้อเยื่อและอวัยวะของพืช โฟโตมอร์โฟเจเนซิสหมายความว่าพืชอาศัยแสงเพื่อควบคุมความแตกต่างของเซลล์ การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและหน้าที่ ตลอดจนการก่อตัวของเนื้อเยื่อและอวัยวะ รวมถึงอิทธิพลต่อการงอกของเมล็ดพืชบางชนิด การส่งเสริมการเจริญของยอด การยับยั้งการเจริญเติบโตของหน่อด้านข้าง การยืดตัวของลำต้น และเขตร้อน

การปลูกต้นกล้าผักเป็นส่วนสำคัญของการทำเกษตรกรรมในโรงงาน สภาพอากาศที่มีฝนตกอย่างต่อเนื่องจะทำให้สถานที่มีแสงสว่างไม่เพียงพอ และต้นกล้ามีแนวโน้มที่จะยาวขึ้น ซึ่งจะส่งผลต่อการเจริญเติบโตของผัก การแยกหน่อของดอกและการพัฒนาของผลไม้ และท้ายที่สุดจะส่งผลต่อผลผลิตและคุณภาพของต้นกล้า ในการผลิต สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชบางชนิด เช่น จิบเบอเรลลิน, ออกซิน, พาโคลบิวทราโซล และคลอร์มีควอต ถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมการเจริญเติบโตของต้นกล้า อย่างไรก็ตาม การใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชอย่างไม่สมเหตุสมผลสามารถก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมของผักและสิ่งอำนวยความสะดวกต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย ส่งผลให้สุขภาพของมนุษย์ไม่เอื้ออำนวย

ไฟเสริม LED มีข้อดีเฉพาะตัวหลายประการของไฟเสริม และเป็นวิธีที่เป็นไปได้ในการใช้ไฟเสริม LED เพื่อเลี้ยงต้นกล้า ในการทดลองไฟเสริม LED [25±5 μmol/(m²·s)] ที่ดำเนินการภายใต้สภาวะแสงน้อย [0~35 μmol/(m²·s)] พบว่าแสงสีเขียวส่งเสริมการยืดตัวและการเจริญเติบโตของ ต้นกล้าแตงกวา แสงสีแดงและแสงสีน้ำเงินยับยั้งการเจริญเติบโตของต้นกล้า เมื่อเปรียบเทียบกับแสงธรรมชาติที่อ่อนแอ ดัชนีต้นกล้าที่แข็งแรงของต้นกล้าเสริมด้วยแสงสีแดงและสีน้ำเงินเพิ่มขึ้น 151.26% และ 237.98% ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับคุณภาพแสงแบบเอกรงค์ ดัชนีของต้นกล้าที่แข็งแรงซึ่งมีส่วนประกอบสีแดงและสีน้ำเงินภายใต้การบำบัดด้วยแสงเสริมแสงผสมเพิ่มขึ้น 304.46%

การเพิ่มแสงสีแดงให้กับต้นกล้าแตงกวาจะช่วยเพิ่มจำนวนใบจริง พื้นที่ใบ ความสูงของต้น เส้นผ่านศูนย์กลางลำต้น คุณภาพที่แห้งและสด ดัชนีต้นกล้าที่แข็งแรง พลังชีวิตของราก กิจกรรม SOD และปริมาณโปรตีนที่ละลายน้ำได้ของต้นกล้าแตงกวา การเสริม UV-B สามารถเพิ่มปริมาณคลอโรฟิลล์ เอ คลอโรฟิลล์ บี และแคโรทีนอยด์ในใบต้นกล้าแตงกวา เมื่อเปรียบเทียบกับแสงธรรมชาติ การเสริมไฟ LED สีแดงและสีน้ำเงินจะช่วยเพิ่มพื้นที่ใบ คุณภาพของวัตถุแห้ง และดัชนีต้นกล้าที่แข็งแกร่งของต้นกล้ามะเขือเทศได้อย่างมาก การเสริมไฟ LED สีแดงและไฟสีเขียวช่วยเพิ่มความสูงและความหนาของลำต้นของต้นกล้ามะเขือเทศได้อย่างมาก การบำบัดด้วยแสงเสริมแสงสีเขียว LED สามารถเพิ่มมวลชีวภาพของต้นกล้าแตงกวาและมะเขือเทศได้อย่างมีนัยสำคัญ และน้ำหนักสดและแห้งของต้นกล้าจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของความเข้มของแสงเสริมแสงสีเขียว ในขณะที่ลำต้นหนาและดัชนีต้นกล้าแข็งแรงของมะเขือเทศ ต้นกล้าทั้งหมดเดินตามแสงเสริมสีเขียว ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น การรวมกันของแสง LED สีแดงและสีน้ำเงินสามารถเพิ่มความหนาของลำต้น พื้นที่ใบ น้ำหนักแห้งของต้นทั้งต้น อัตราส่วนรากต่อยอด และดัชนีต้นกล้าที่แข็งแกร่งของมะเขือยาว เมื่อเปรียบเทียบกับแสงสีขาว ไฟ LED สีแดงสามารถเพิ่มมวลชีวมวลของต้นกล้ากะหล่ำปลี และส่งเสริมการเจริญเติบโตการยืดตัวและการขยายตัวของใบของต้นกล้ากะหล่ำปลี ไฟ LED สีฟ้าส่งเสริมการเจริญเติบโตหนา การสะสมของแห้ง และดัชนีต้นกล้าที่แข็งแกร่งของต้นกล้ากะหล่ำปลี และทำให้ต้นกล้ากะหล่ำปลีแคระ ผลลัพธ์ข้างต้นแสดงให้เห็นว่าข้อดีของต้นกล้าผักที่ปลูกด้วยเทคโนโลยีควบคุมแสงมีความชัดเจนมาก

ผลของแสงเสริม LED ต่อคุณภาพทางโภชนาการของผักและผลไม้

โปรตีน น้ำตาล กรดอินทรีย์ และวิตามินที่มีอยู่ในผักและผลไม้เป็นสารอาหารที่มีประโยชน์ต่อสุขภาพของมนุษย์ คุณภาพแสงอาจส่งผลต่อปริมาณ VC ในพืชโดยควบคุมกิจกรรมการสังเคราะห์ VC และเอนไซม์สลายตัว และสามารถควบคุมการเผาผลาญโปรตีนและการสะสมคาร์โบไฮเดรตในพืชสวนได้ แสงสีแดงส่งเสริมการสะสมคาร์โบไฮเดรต แสงสีฟ้ามีประโยชน์ต่อการสร้างโปรตีน ในขณะที่แสงสีแดงและสีน้ำเงินรวมกันสามารถปรับปรุงคุณภาพทางโภชนาการของพืชให้สูงกว่าแสงสีเดียวอย่างเห็นได้ชัด

การเพิ่มไฟ LED สีแดงหรือสีน้ำเงินสามารถลดปริมาณไนเตรตในผักกาดหอม การเพิ่มไฟ LED สีน้ำเงินหรือสีเขียวสามารถส่งเสริมการสะสมของน้ำตาลที่ละลายน้ำได้ในผักกาดหอม และการเพิ่มไฟ LED อินฟราเรดจะเอื้อต่อการสะสมของ VC ในผักกาดหอม ผลการวิจัยพบว่าการเสริมแสงสีฟ้าสามารถปรับปรุงปริมาณ VC และปริมาณโปรตีนที่ละลายน้ำได้ของมะเขือเทศ แสงสีแดงและแสงสีแดงสีน้ำเงินรวมกันสามารถส่งเสริมปริมาณน้ำตาลและกรดในผลมะเขือเทศ และอัตราส่วนของน้ำตาลต่อกรดสูงที่สุดภายใต้แสงรวมสีแดงสีน้ำเงิน แสงสีแดงสีน้ำเงินรวมกันสามารถปรับปรุงปริมาณ VC ของผลแตงกวาได้

ฟีนอล ฟลาโวนอยด์ แอนโทไซยานิน และสารอื่นๆ ในผักและผลไม้ไม่เพียงแต่มีอิทธิพลสำคัญต่อสี รส และมูลค่าสินค้าโภคภัณฑ์ของผักและผลไม้เท่านั้น แต่ยังมีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระตามธรรมชาติ และสามารถยับยั้งหรือกำจัดอนุมูลอิสระในร่างกายมนุษย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การใช้แสง LED สีฟ้าเพื่อเสริมแสงจะช่วยเพิ่มปริมาณแอนโทไซยานินในเปลือกมะเขือยาวได้อย่างมีนัยสำคัญถึง 73.6% ในขณะที่การใช้ไฟ LED สีแดงและแสงสีแดงและสีน้ำเงินผสมกันก็สามารถเพิ่มปริมาณฟลาโวนอยด์และฟีนอลทั้งหมดได้ แสงสีฟ้าสามารถส่งเสริมการสะสมของไลโคปีน ฟลาโวนอยด์ และแอนโทไซยานินในผลมะเขือเทศ การรวมกันของแสงสีแดงและสีน้ำเงินช่วยส่งเสริมการผลิตแอนโทไซยานินในระดับหนึ่ง แต่ยับยั้งการสังเคราะห์ฟลาโวนอยด์ เมื่อเปรียบเทียบกับการรักษาด้วยแสงสีขาว การรักษาด้วยแสงสีแดงสามารถเพิ่มปริมาณแอนโทไซยานินในหน่อผักกาดได้อย่างมาก แต่การรักษาด้วยแสงสีฟ้ามีปริมาณแอนโทไซยานินต่ำที่สุด ปริมาณฟีนอลทั้งหมดของผักกาดหอมใบสีเขียว ใบสีม่วง และใบสีแดงจะสูงกว่าภายใต้แสงสีขาว แสงรวมสีแดง-น้ำเงิน และแสงสีน้ำเงิน แต่จะมีค่าต่ำสุดภายใต้การบำบัดด้วยแสงสีแดง การเสริมแสงอัลตราไวโอเลต LED หรือแสงสีส้มสามารถเพิ่มปริมาณสารประกอบฟีนอลในใบผักกาดหอมได้ ในขณะที่การเสริมแสงสีเขียวสามารถเพิ่มปริมาณแอนโทไซยานินได้ ดังนั้น การใช้ไฟ LED เติบโตจึงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการควบคุมคุณภาพทางโภชนาการของผักและผลไม้ในการเพาะปลูกพืชสวนในโรงงาน

ผลของแสงเสริม LED ต่อการชะลอวัยของพืช

การย่อยสลายคลอโรฟิลล์ การสูญเสียโปรตีนอย่างรวดเร็ว และการไฮโดรไลซิสของอาร์เอ็นเอในช่วงการชราภาพของพืช ส่วนใหญ่จะแสดงออกเป็นการชราภาพใบ คลอโรพลาสต์ไวมากต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมแสงภายนอก โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลกระทบจากคุณภาพแสง แสงสีแดง แสงสีน้ำเงิน และแสงรวมสีแดง-น้ำเงินเอื้อต่อการเกิดสัณฐานวิทยาของคลอโรพลาสต์ แสงสีน้ำเงินเอื้อต่อการสะสมของเมล็ดแป้งในคลอโรพลาสต์ และแสงสีแดงและแสงสีแดงไกลมีผลเสียต่อการพัฒนาคลอโรพลาสต์ การรวมกันของแสงสีน้ำเงินและแสงสีแดงและสีน้ำเงินสามารถส่งเสริมการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ในใบต้นกล้าแตงกวา และการรวมกันของแสงสีแดงและสีน้ำเงินยังสามารถชะลอการลดทอนของปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบในระยะต่อมา เอฟเฟกต์นี้จะเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่ออัตราส่วนแสงสีแดงลดลงและอัตราส่วนแสงสีน้ำเงินเพิ่มขึ้น ปริมาณคลอโรฟิลล์ของใบต้นกล้าแตงกวาภายใต้การบำบัดด้วยแสง LED สีแดงและสีน้ำเงินรวมกันนั้นสูงกว่าการควบคุมด้วยแสงฟลูออเรสเซนต์และการบำบัดด้วยแสงสีแดงและสีน้ำเงินแบบเอกรงค์อย่างมีนัยสำคัญ แสงสีน้ำเงิน LED สามารถเพิ่มค่าคลอโรฟิลล์ a/b ของต้นกล้าวูตะไคและกระเทียมเขียวได้อย่างมาก

ในช่วงชราภาพ จะมีไซโตไคนิน (CTK), ออกซิน (IAA), การเปลี่ยนแปลงปริมาณกรดแอบไซซิก (ABA) และการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในการทำงานของเอนไซม์ เนื้อหาของฮอร์โมนพืชได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมที่มีแสงได้ง่าย คุณสมบัติของแสงที่แตกต่างกันมีผลตามกฎระเบียบที่แตกต่างกันต่อฮอร์โมนพืช และขั้นตอนเริ่มต้นของวิถีการถ่ายโอนสัญญาณแสงจะเกี่ยวข้องกับไซโตไคนิน

CTK ส่งเสริมการขยายตัวของเซลล์ใบ เพิ่มการสังเคราะห์ด้วยแสงของใบ ในขณะที่ยับยั้งการทำงานของไรโบนิวคลีเอส ดีออกซีไรโบนิวคลีเอส และโปรตีเอส และชะลอการสลายตัวของกรดนิวคลีอิก โปรตีน และคลอโรฟิลล์ ดังนั้นจึงสามารถชะลอการแก่ชราของใบได้อย่างมีนัยสำคัญ มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและการควบคุมพัฒนาการที่อาศัย CTK และแสงสามารถกระตุ้นการเพิ่มขึ้นของระดับไซโตไคนินภายนอก เมื่อเนื้อเยื่อพืชอยู่ในสภาวะชราภาพ ปริมาณไซโตไคนินภายนอกจะลดลง

IAA เน้นไปที่การเจริญเติบโตอย่างแข็งแรงเป็นหลัก และมีเนื้อหาน้อยมากในเนื้อเยื่อหรืออวัยวะที่แก่ชรา แสงสีม่วงสามารถเพิ่มการทำงานของอินโดลอะซิติกแอซิดออกซิเดส และระดับ IAA ต่ำสามารถยับยั้งการยืดตัวและการเจริญเติบโตของพืชได้

ABA ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อใบแก่ ผลไม้สุก เมล็ด ลำต้น ราก และส่วนอื่นๆ ปริมาณ ABA ของแตงกวาและกะหล่ำปลีภายใต้แสงสีแดงและสีน้ำเงินรวมกันจะต่ำกว่าแสงสีขาวและแสงสีน้ำเงิน

เปอร์ออกซิเดส (POD), ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทส (SOD), แอสคอร์เบตเปอร์ออกซิเดส (APX), คาตาเลส (CAT) เป็นเอนไซม์ป้องกันที่สำคัญและเกี่ยวข้องกับแสงในพืช หากพืชมีอายุมากขึ้น กิจกรรมของเอนไซม์เหล่านี้จะลดลงอย่างรวดเร็ว

คุณสมบัติของแสงที่แตกต่างกันมีผลอย่างมากต่อการทำงานของเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระของพืช หลังจากรักษาแสงสีแดงเป็นเวลา 9 วัน กิจกรรม APX ของต้นกล้าข่มขืนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และกิจกรรม POD ลดลง กิจกรรม POD ของมะเขือเทศหลังแสงสีแดงและแสงสีน้ำเงินเป็นเวลา 15 วันสูงกว่าแสงสีขาว 20.9% และ 11.7% ตามลำดับ หลังจากการรักษาด้วยแสงสีเขียวเป็นเวลา 20 วัน กิจกรรม POD ของมะเขือเทศมีค่าต่ำสุดเพียง 55.4% ของแสงสีขาวเท่านั้น การเสริมแสงสีฟ้าเป็นเวลา 4 ชั่วโมงสามารถเพิ่มปริมาณโปรตีนที่ละลายน้ำได้, กิจกรรมของเอนไซม์ POD, SOD, APX และ CAT ในใบแตงกวาในระยะต้นกล้าได้อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้กิจกรรมของ SOD และ APX จะค่อยๆ ลดลงตามการยืดตัวของแสง กิจกรรมของ SOD และ APX ภายใต้แสงสีน้ำเงินและแสงสีแดงจะลดลงอย่างช้าๆ แต่จะสูงกว่าแสงสีขาวเสมอ การฉายรังสีด้วยแสงสีแดงช่วยลดฤทธิ์ของเปอร์ออกซิเดสและ IAA peroxidase ของใบมะเขือเทศและ IAA peroxidase ของใบมะเขือยาวลงอย่างมีนัยสำคัญ แต่ทำให้ฤทธิ์ของเปอร์ออกซิเดสของใบมะเขือยาวเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นการใช้กลยุทธ์ไฟเสริม LED ที่สมเหตุสมผลสามารถชะลอการชราภาพของพืชสวนในโรงงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงผลผลิตและคุณภาพ

การสร้างและการประยุกต์ใช้สูตรไฟ LED

การเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชได้รับผลกระทบอย่างมากจากคุณภาพแสงและอัตราส่วนองค์ประกอบที่แตกต่างกัน สูตรแสงประกอบด้วยองค์ประกอบหลายประการเป็นหลัก เช่น อัตราส่วนคุณภาพแสง ความเข้มของแสง และเวลาแสง เนื่องจากพืชแต่ละชนิดมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับแสงและระยะการเจริญเติบโตและการพัฒนาที่แตกต่างกัน ดังนั้นคุณภาพแสง ความเข้มของแสง และเวลาเสริมแสงที่ดีที่สุดจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับพืชที่ปลูก

 อัตราส่วนสเปกตรัมแสง

เมื่อเทียบกับแสงสีขาวและแสงสีแดงและสีน้ำเงินเดี่ยว การรวมกันของแสง LED สีแดงและสีน้ำเงินมีข้อได้เปรียบที่ครอบคลุมในการเจริญเติบโตและการพัฒนาของต้นกล้าแตงกวาและกะหล่ำปลี

เมื่ออัตราส่วนของแสงสีแดงและสีน้ำเงินเป็น 8:2 ความหนาของลำต้นพืช ความสูงของพืช น้ำหนักแห้งของพืช น้ำหนักสด ดัชนีต้นกล้าที่แข็งแรง ฯลฯ จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และยังเป็นประโยชน์ต่อการก่อตัวของคลอโรพลาสต์เมทริกซ์และ ลาเมลลาฐานและผลลัพธ์ของการดูดซึม

การใช้ส่วนผสมของคุณภาพสีแดง เขียว และน้ำเงินสำหรับถั่วงอกแดงมีประโยชน์ต่อการสะสมวัตถุแห้ง และแสงสีเขียวสามารถส่งเสริมการสะสมวัตถุแห้งของถั่วงอกแดง การเติบโตจะเห็นได้ชัดที่สุดเมื่ออัตราส่วนของแสงสีแดง เขียว และสีน้ำเงินคือ 6:2:1 ผลการยืดตัวของไฮโปโคทิลของต้นกล้าถั่วแดงนั้นดีที่สุดภายใต้อัตราส่วนแสงสีแดงและสีน้ำเงินที่ 8:1 และการยืดตัวของไฮโปโคทิลของต้นกล้าถั่วแดงนั้นถูกยับยั้งอย่างเห็นได้ชัดภายใต้อัตราส่วนแสงสีแดงและสีน้ำเงินที่ 6:3 แต่โปรตีนที่ละลายน้ำได้ เนื้อหาสูงสุด

เมื่ออัตราส่วนของแสงสีแดงและสีน้ำเงินคือ 8:1 สำหรับต้นกล้าใยบวบ ดัชนีต้นกล้าที่แข็งแกร่งและปริมาณน้ำตาลที่ละลายน้ำได้ของต้นกล้าใยบวบจะสูงที่สุด เมื่อใช้คุณภาพแสงโดยมีอัตราส่วนแสงสีแดงและสีน้ำเงิน 6:3 ปริมาณคลอโรฟิลล์ อัตราส่วนคลอโรฟิลล์เอ/บี และปริมาณโปรตีนที่ละลายน้ำได้ของต้นใยบวบจะมีค่าสูงสุด

เมื่อใช้อัตราส่วนแสงสีแดงและสีน้ำเงินต่อคื่นฉ่ายในอัตราส่วน 3:1 จะสามารถส่งเสริมการเพิ่มขึ้นของความสูงของต้นคื่นฉ่าย ความยาวก้านใบ จำนวนใบ คุณภาพวัตถุแห้ง ปริมาณ VC ปริมาณโปรตีนที่ละลายน้ำได้ และปริมาณน้ำตาลที่ละลายน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในการปลูกมะเขือเทศ การเพิ่มสัดส่วนของแสงสีฟ้า LED จะส่งเสริมการก่อตัวของไลโคปีน กรดอะมิโนอิสระ และฟลาโวนอยด์ และการเพิ่มสัดส่วนของแสงสีแดงจะส่งเสริมการก่อตัวของกรดที่สามารถไตเตรทได้ เมื่อแสงที่มีอัตราส่วนแสงสีแดงและสีน้ำเงินต่อใบผักกาดหอมอยู่ที่ 8:1 จะเป็นประโยชน์ต่อการสะสมของแคโรทีนอยด์ และช่วยลดปริมาณไนเตรตและเพิ่มเนื้อหาของ VC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

 ความเข้มของแสง

พืชที่เติบโตภายใต้แสงน้อยจะไวต่อการยับยั้งแสงได้ง่ายกว่าภายใต้แสงจ้า อัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิของต้นกล้ามะเขือเทศเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของความเข้มของแสง [50, 150, 200, 300, 450, 550μmol/(m²·s)] แสดงแนวโน้มของการเพิ่มขึ้นครั้งแรกแล้วลดลง และที่ 300μmol/(m² ·s) เพื่อให้ถึงจุดสูงสุด ความสูงของพืช พื้นที่ใบ ปริมาณน้ำ และปริมาณ VC ของผักกาดหอมเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญภายใต้การบำบัดความเข้มแสง 150μmol/(m²·s) ภายใต้การบำบัดความเข้มแสง 200μmol/(m²·s) น้ำหนักสด น้ำหนักรวม และปริมาณกรดอะมิโนอิสระเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และภายใต้การบำบัดความเข้มแสง 300μmol/(m²·s) พื้นที่ใบ ปริมาณน้ำ คลอโรฟิลล์เอ คลอโรฟิลล์เอ+บี และแคโรทีนอยด์ของผักกาดหอมลดลงทั้งหมด เมื่อเปรียบเทียบกับความมืด การเพิ่มขึ้นของ LED จะทำให้ความเข้มของแสงเพิ่มขึ้น [3, 9, 15 μmol/(m²·s)] ปริมาณของคลอโรฟิลล์ a, คลอโรฟิลล์ b และคลอโรฟิลล์ a+b ของถั่วงอกดำเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ปริมาณ VC สูงสุดที่ 3μmol/(m²·s) และโปรตีนที่ละลายได้ น้ำตาลที่ละลายน้ำได้ และปริมาณซูโครสจะสูงที่สุดที่ 9μmol/(m²·s) ภายใต้สภาวะอุณหภูมิเดียวกัน โดยเพิ่มความเข้มของแสง [(2~2.5)lx×103 lx, (4~4.5)lx×103 lx, (6~6.5)lx×103 lx] ระยะเวลาการงอกของต้นกล้าพริกไทย สั้นลงปริมาณน้ำตาลที่ละลายน้ำได้เพิ่มขึ้น แต่ปริมาณคลอโรฟิลล์เอและแคโรทีนอยด์ค่อยๆลดลง

 เวลาสว่าง

การยืดเวลาแสงอย่างเหมาะสมสามารถบรรเทาความเครียดจากแสงน้อยที่เกิดจากความเข้มของแสงไม่เพียงพอได้ในระดับหนึ่ง ช่วยในการสะสมของผลิตภัณฑ์สังเคราะห์แสงของพืชสวน และบรรลุผลในการเพิ่มผลผลิตและปรับปรุงคุณภาพ ปริมาณ VC ของถั่วงอกมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ โดยมีเวลาแสงนานขึ้น (0, 4, 8, 12, 16, 20 ชม./วัน) ในขณะที่ปริมาณกรดอะมิโนอิสระ กิจกรรม SOD และ CAT มีแนวโน้มลดลงทั้งหมด เมื่อเวลาแสงนานขึ้น (12, 15, 18 ชม.) น้ำหนักสดของกะหล่ำปลีจีนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ปริมาณ VC ในใบและก้านของผักกาดขาวปลีมีค่าสูงสุดที่เวลา 15 และ 12 ชั่วโมง ตามลำดับ ปริมาณโปรตีนที่ละลายน้ำได้ของใบผักกาดขาวปลีลดลงเรื่อยๆ แต่ก้านจะสูงที่สุดหลังจากผ่านไป 15 ชั่วโมง ปริมาณน้ำตาลที่ละลายน้ำได้ของใบกะหล่ำปลีจีนค่อยๆ เพิ่มขึ้น ขณะที่ก้านจะสูงที่สุดที่ 12 ชั่วโมง เมื่ออัตราส่วนของแสงสีแดงและสีน้ำเงินคือ 1:2 เมื่อเทียบกับเวลาแสง 12 ชั่วโมง การบำบัดด้วยแสง 20 ชั่วโมงจะลดปริมาณฟีนอลและฟลาโวนอยด์ทั้งหมดในผักกาดหอมใบเขียว แต่เมื่ออัตราส่วนของแสงสีแดงและสีน้ำเงินคือ 2:1 การบำบัดด้วยแสงเป็นเวลา 20 ชั่วโมงช่วยเพิ่มปริมาณฟีนอลและฟลาโวนอยด์ทั้งหมดในผักกาดเขียวอย่างมีนัยสำคัญ

จากที่กล่าวมาข้างต้น จะเห็นได้ว่าสูตรแสงที่แตกต่างกันมีผลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง การสร้างสัณฐานวิทยา และเมแทบอลิซึมของคาร์บอนและไนโตรเจนของพืชชนิดต่างๆ ที่แตกต่างกัน วิธีเพื่อให้ได้สูตรแสงที่ดีที่สุด การกำหนดค่าแหล่งกำเนิดแสง และการกำหนดกลยุทธ์การควบคุมอัจฉริยะต้องใช้พันธุ์พืชเป็นจุดเริ่มต้น และการปรับเปลี่ยนที่เหมาะสมควรทำตามความต้องการสินค้าโภคภัณฑ์ของพืชสวน เป้าหมายการผลิต ปัจจัยการผลิต ฯลฯ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายของการควบคุมสภาพแวดล้อมที่มีแสงอย่างชาญฉลาดและพืชสวนคุณภาพสูงและให้ผลผลิตสูงภายใต้สภาวะประหยัดพลังงาน

ปัญหาและแนวโน้มที่มีอยู่

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของไฟ LED เติบโตคือสามารถปรับเปลี่ยนการผสมผสานอย่างชาญฉลาดตามความต้องการสเปกตรัมของลักษณะการสังเคราะห์แสง สัณฐานวิทยา คุณภาพ และผลผลิตของพืชต่างๆ พืชผลประเภทต่างๆ และระยะเวลาการเจริญเติบโตที่แตกต่างกันของพืชชนิดเดียวกันล้วนมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันในด้านคุณภาพแสง ความเข้มของแสง และช่วงแสง สิ่งนี้จำเป็นต้องมีการพัฒนาและปรับปรุงการวิจัยสูตรแสงเพิ่มเติมเพื่อสร้างฐานข้อมูลสูตรแสงขนาดใหญ่ เมื่อรวมกับการวิจัยและพัฒนาหลอดไฟแบบมืออาชีพ มูลค่าสูงสุดของไฟเสริม LED ในการใช้งานทางการเกษตรสามารถเกิดขึ้นได้ เพื่อประหยัดพลังงาน ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต และผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจได้ดียิ่งขึ้น การประยุกต์ใช้ไฟ LED เติบโตในพืชสวนในโรงงานได้แสดงให้เห็นถึงพลังที่แข็งแกร่ง แต่ราคาของอุปกรณ์หรืออุปกรณ์ให้แสงสว่าง LED ค่อนข้างสูงและการลงทุนครั้งเดียวมีขนาดใหญ่ ความต้องการแสงเสริมของพืชต่าง ๆ ภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันไม่ชัดเจน สเปกตรัมแสงเสริม ความเข้มและเวลาที่ไม่เหมาะสมของแสงเติบโตย่อมทำให้เกิดปัญหาต่าง ๆ ในการประยุกต์ใช้อุตสาหกรรมแสงสว่างเติบโตอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าและการปรับปรุงเทคโนโลยีและการลดต้นทุนการผลิตของไฟเติบโต LED ไฟเสริม LED จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในการปลูกพืชสวนในโรงงาน ในเวลาเดียวกัน การพัฒนาและความก้าวหน้าของระบบเทคโนโลยีไฟเสริม LED และการผสมผสานของพลังงานใหม่ จะทำให้สามารถพัฒนาอย่างรวดเร็วในด้านการเกษตรกรรมแบบสิ่งอำนวยความสะดวก เกษตรกรรมแบบครอบครัว การเกษตรในเมือง และเกษตรกรรมอวกาศ เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้คนสำหรับพืชสวนในสภาพแวดล้อมพิเศษ