บทคัดย่อ: ต้นกล้าผักเป็นขั้นตอนแรกในการผลิตผัก และคุณภาพของต้นกล้ามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อผลผลิตและคุณภาพของผักหลังการปลูก ด้วยการปรับปรุงการแบ่งงานในอุตสาหกรรมผักอย่างต่อเนื่อง ต้นกล้าผักจึงค่อยๆ พัฒนาเป็นห่วงโซ่อุตสาหกรรมอิสระและสนับสนุนการผลิตผัก วิธีการเพาะต้นกล้าแบบดั้งเดิมย่อมเผชิญกับความท้าทายมากมาย เช่น ต้นกล้าเจริญเติบโตช้า ยืดสูง และศัตรูพืชและโรคต่างๆ เนื่องจากสภาพอากาศที่ไม่เอื้ออำนวย เพื่อแก้ปัญหาต้นกล้ายืดสูง ผู้ปลูกเชิงพาณิชย์หลายรายจึงใช้สารควบคุมการเจริญเติบโต อย่างไรก็ตาม การใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตมีความเสี่ยงต่อความแข็งของต้นกล้า ความปลอดภัยของอาหาร และการปนเปื้อนสิ่งแวดล้อม นอกจากวิธีการควบคุมทางเคมีแล้ว แม้ว่าการกระตุ้นทางกล การควบคุมอุณหภูมิ และการควบคุมน้ำจะสามารถช่วยป้องกันการเจริญเติบโตยืดสูงของต้นกล้าได้ แต่ก็มีความสะดวกและมีประสิทธิภาพน้อยกว่า ภายใต้ผลกระทบของการระบาดของโรคโควิด-19 ทั่วโลก ปัญหาความยากลำบากในการจัดการการผลิตที่เกิดจากการขาดแคลนแรงงานและต้นทุนแรงงานที่สูงขึ้นในอุตสาหกรรมต้นกล้าจึงมีความเด่นชัดมากขึ้น

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีด้านแสงสว่าง การใช้แสงประดิษฐ์ในการเพาะต้นกล้าผักมีข้อดีคือ ประสิทธิภาพการเพาะต้นกล้าสูง ศัตรูพืชและโรคน้อยลง และควบคุมมาตรฐานได้ง่าย เมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงแบบดั้งเดิม แหล่งกำเนิดแสง LED รุ่นใหม่มีคุณสมบัติประหยัดพลังงาน ประสิทธิภาพสูง อายุการใช้งานยาวนาน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ทนทาน ขนาดเล็ก ความร้อนต่ำ และช่วงความยาวคลื่นแคบ สามารถปรับสเปกตรัมให้เหมาะสมกับความต้องการในการเจริญเติบโตของต้นกล้าในสภาพแวดล้อมของโรงเรือนเพาะปลูก และควบคุมกระบวนการทางสรีรวิทยาและเมตาบอลิซึมของต้นกล้าได้อย่างแม่นยำ ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้การผลิตต้นกล้าผักเป็นไปอย่างปลอดมลพิษ ได้มาตรฐาน และรวดเร็ว อีกทั้งยังช่วยลดระยะเวลาการเพาะต้นกล้าลง ในภาคใต้ของจีน ใช้เวลาประมาณ 60 วันในการเพาะต้นกล้าพริกและมะเขือเทศ (3-4 ใบจริง) ในโรงเรือนพลาสติก และประมาณ 35 วันสำหรับต้นกล้าแตงกวา (3-5 ใบจริง) ภายใต้สภาวะโรงเพาะชำพืช การเพาะต้นกล้ามะเขือเทศใช้เวลาเพียง 17 วัน และต้นกล้าพริกใช้เวลา 25 วัน ภายใต้สภาวะช่วงเวลาแสง 20 ชั่วโมง และค่า PPF 200-300 μmol/(m2•s) เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการเพาะต้นกล้าแบบดั้งเดิมในเรือนกระจก การใช้วิธีการเพาะต้นกล้าในโรงเพาะชำพืชด้วย LED ช่วยลดระยะเวลาการเจริญเติบโตของแตงกวาลงอย่างมีนัยสำคัญ 15-30 วัน และจำนวนดอกตัวเมียและผลต่อต้นเพิ่มขึ้น 33.8% และ 37.3% ตามลำดับ และผลผลิตสูงสุดเพิ่มขึ้น 71.44%

ในแง่ของประสิทธิภาพการใช้พลังงาน โรงงานผลิตพืชมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงกว่าเรือนกระจกแบบเวนโลในละติจูดเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ในโรงงานผลิตพืชของสวีเดน ต้องใช้พลังงาน 1411 เมกะจูล (MJ) ในการผลิตผักกาดหอมแห้ง 1 กิโลกรัม ในขณะที่เรือนกระจกต้องใช้พลังงาน 1699 เมกะจูล (MJ) อย่างไรก็ตาม หากคำนวณปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ต่อกิโลกรัมของผักกาดหอมแห้ง โรงงานผลิตพืชต้องใช้พลังงาน 247 กิโลวัตต์ชั่วโมง (kW·h) ในการผลิตผักกาดหอมแห้ง 1 กิโลกรัม ในขณะที่เรือนกระจกในสวีเดน เนเธอร์แลนด์ และสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ต้องใช้พลังงาน 182 กิโลวัตต์ชั่วโมง 70 กิโลวัตต์ชั่วโมง และ 111 กิโลวัตต์ชั่วโมง ตามลำดับ

ในขณะเดียวกัน ในโรงงานเพาะต้นกล้า การใช้คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์อัตโนมัติ ปัญญาประดิษฐ์ และเทคโนโลยีอื่นๆ สามารถควบคุมสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับการเพาะต้นกล้าได้อย่างแม่นยำ ขจัดข้อจำกัดของสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ และทำให้การผลิตต้นกล้าเป็นไปอย่างชาญฉลาด เป็นระบบ และมีความเสถียรตลอดทั้งปี ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ต้นกล้าจากโรงงานเพาะต้นกล้าถูกนำไปใช้ในการผลิตผักใบเขียว ผักผลไม้ และพืชเศรษฐกิจอื่นๆ ในเชิงพาณิชย์ในญี่ปุ่น เกาหลีใต้ ยุโรป สหรัฐอเมริกา และประเทศอื่นๆ อย่างไรก็ตาม การลงทุนเริ่มต้นที่สูง ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานสูง และการใช้พลังงานของระบบจำนวนมาก ยังคงเป็นอุปสรรคที่จำกัดการพัฒนาเทคโนโลยีการเพาะต้นกล้าในโรงงานเพาะต้นกล้าของจีน ดังนั้น จึงจำเป็นต้องคำนึงถึงความต้องการผลผลิตสูงและการประหยัดพลังงานในแง่ของกลยุทธ์การจัดการแสง การสร้างแบบจำลองการเจริญเติบโตของผัก และอุปกรณ์อัตโนมัติ เพื่อเพิ่มผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ

บทความนี้จะทบทวนอิทธิพลของสภาพแวดล้อมแสง LED ต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการของต้นกล้าผักในโรงงานเพาะปลูกในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา พร้อมทั้งเสนอแนวทางการวิจัยในอนาคตเกี่ยวกับการควบคุมแสงสำหรับต้นกล้าผักในโรงงานเพาะปลูก

1. ผลกระทบของสภาพแวดล้อมแสงต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการของต้นกล้าผัก

แสงเป็นปัจจัยสำคัญอย่างหนึ่งในสิ่งแวดล้อมที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช นอกจากจะเป็นแหล่งพลังงานสำหรับพืชในการสังเคราะห์แสงแล้ว ยังเป็นสัญญาณสำคัญที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของพืชด้วย พืชรับรู้ทิศทาง พลังงาน และคุณภาพของแสงผ่านระบบส่งสัญญาณแสง ควบคุมการเจริญเติบโตและพัฒนาการของตนเอง และตอบสนองต่อการมีอยู่หรือไม่มีอยู่ ความยาวคลื่น ความเข้ม และระยะเวลาของแสง ปัจจุบัน ตัวรับแสงของพืชที่รู้จักกันมีอย่างน้อยสามกลุ่ม ได้แก่ ไฟโตโครม (PHYA~PHYE) ที่รับรู้แสงสีแดงและแสงสีแดงไกล (FR) คริปโตโครม (CRY1 และ CRY2) ที่รับรู้แสงสีน้ำเงินและรังสีอัลตราไวโอเลตเอ และเอเลเมนต์ (Phot1 และ Phot2) รวมถึงตัวรับรังสี UV-B UVR8 ที่รับรู้รังสี UV-B ตัวรับแสงเหล่านี้มีส่วนร่วมและควบคุมการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้อง จากนั้นจึงควบคุมกิจกรรมต่างๆ ในชีวิตของพืช เช่น การงอกของเมล็ด การเปลี่ยนแปลงรูปร่าง การออกดอก การสังเคราะห์และการสะสมของสารเมตาบอไลต์รอง และความทนทานต่อความเครียดจากสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิต

2. อิทธิพลของสภาพแวดล้อมแสง LED ต่อการเจริญเติบโตทางสัณฐานวิทยาของต้นกล้าผัก

2.1 ผลกระทบของคุณภาพแสงที่แตกต่างกันต่อการเจริญเติบโตของต้นกล้าผัก

ช่วงแสงสีแดงและสีน้ำเงินมีประสิทธิภาพควอนตัมสูงสำหรับการสังเคราะห์แสงของใบพืช อย่างไรก็ตาม การที่ใบแตงกวาได้รับแสงสีแดงบริสุทธิ์เป็นเวลานานจะทำลายระบบสังเคราะห์แสง ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์ “กลุ่มอาการแสงสีแดง” เช่น การตอบสนองของปากใบชะงักงัน ความสามารถในการสังเคราะห์แสงลดลง ประสิทธิภาพการใช้ไนโตรเจนลดลง และการเจริญเติบโตช้าลง ภายใต้สภาวะความเข้มแสงต่ำ (100±5 μmol/(m2•s)) แสงสีแดงบริสุทธิ์สามารถทำลายคลอโรพลาสต์ของทั้งใบอ่อนและใบแก่ของแตงกวาได้ แต่คลอโรพลาสต์ที่เสียหายจะฟื้นตัวได้หลังจากเปลี่ยนจากแสงสีแดงบริสุทธิ์เป็นแสงสีแดงและสีน้ำเงิน (R:B= 7:3) ในทางตรงกันข้าม เมื่อต้นแตงกวาเปลี่ยนจากสภาพแวดล้อมแสงสีแดงและสีน้ำเงินไปเป็นสภาพแวดล้อมแสงสีแดงบริสุทธิ์ ประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงไม่ได้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมแสงสีแดง จากการวิเคราะห์โครงสร้างใบของต้นกล้าแตงกวาที่มีอาการ “กลุ่มอาการแสงสีแดง” ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน นักวิจัยพบว่าจำนวนคลอโรพลาสต์ ขนาดของเม็ดแป้ง และความหนาของกรานาในใบที่ได้รับแสงสีแดงบริสุทธิ์นั้นต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับใบที่ได้รับแสงสีขาว การใช้แสงสีฟ้าช่วยปรับปรุงโครงสร้างระดับจุลภาคและลักษณะการสังเคราะห์แสงของคลอโรพลาสต์ในแตงกวา และกำจัดภาวะการสะสมสารอาหารมากเกินไป เมื่อเปรียบเทียบกับแสงสีขาวและแสงสีแดงและสีฟ้า แสงสีแดงบริสุทธิ์ช่วยกระตุ้นการยืดตัวของไฮโปโคทิลและการขยายตัวของใบเลี้ยงในต้นกล้ามะเขือเทศ เพิ่มความสูงของต้นและพื้นที่ใบอย่างมีนัยสำคัญ แต่ลดความสามารถในการสังเคราะห์แสง ลดปริมาณ Rubisco และประสิทธิภาพทางเคมีแสงอย่างมีนัยสำคัญ และเพิ่มการระบายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ จะเห็นได้ว่าพืชต่างชนิดกันตอบสนองต่อคุณภาพแสงเดียวกันแตกต่างกัน แต่เมื่อเปรียบเทียบกับแสงสีเดียว พืชจะมีประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงสูงกว่าและเจริญเติบโตแข็งแรงกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีแสงผสม

นักวิจัยได้ทำการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการปรับปรุงคุณภาพของแสงที่ใช้ในการเพาะต้นกล้าผัก ภายใต้ความเข้มแสงเท่ากัน การเพิ่มอัตราส่วนของแสงสีแดงส่งผลให้ความสูงและน้ำหนักสดของต้นกล้ามะเขือเทศและแตงกวาดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด โดยการใช้แสงสีแดงต่อแสงสีน้ำเงินในอัตราส่วน 3:1 ให้ผลดีที่สุด ในทางตรงกันข้าม อัตราส่วนของแสงสีน้ำเงินที่สูงเกินไปจะยับยั้งการเจริญเติบโตของต้นกล้ามะเขือเทศและแตงกวา ทำให้ต้นกล้าเตี้ยและกะทัดรัด แต่จะเพิ่มปริมาณสารแห้งและคลอโรฟิลล์ในส่วนยอดของต้นกล้า พบรูปแบบที่คล้ายกันในพืชชนิดอื่น เช่น พริกและแตงโม นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับแสงสีขาว แสงสีแดงและสีน้ำเงิน (R:B=3:1) ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความหนาของใบ ปริมาณคลอโรฟิลล์ ประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสง และประสิทธิภาพการถ่ายโอนอิเล็กตรอนของต้นกล้ามะเขือเทศอย่างมีนัยสำคัญเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มระดับการแสดงออกของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับวัฏจักรแคลวิน ปริมาณสารอาหาร และการสะสมคาร์โบไฮเดรตอย่างมีนัยสำคัญอีกด้วย เมื่อเปรียบเทียบอัตราส่วนแสงสีแดงและสีน้ำเงิน (R:B=2:1, 4:1) พบว่าอัตราส่วนแสงสีน้ำเงินที่สูงกว่านั้นเอื้อต่อการกระตุ้นการสร้างดอกตัวเมียในต้นกล้าแตงกวาและเร่งระยะเวลาการออกดอกของดอกตัวเมียได้ดีกว่า แม้ว่าอัตราส่วนแสงสีแดงและสีน้ำเงินที่แตกต่างกันจะไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อผลผลิตน้ำหนักสดของต้นกล้าคะน้า อารูกูลา และมัสตาร์ด แต่อัตราส่วนแสงสีน้ำเงินที่สูง (แสงสีน้ำเงิน 30%) ช่วยลดความยาวของไฮโปโคทิลและพื้นที่ใบเลี้ยงของต้นกล้าคะน้าและมัสตาร์ดได้อย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่สีของใบเลี้ยงเข้มขึ้น ดังนั้น ในการผลิตต้นกล้า การเพิ่มสัดส่วนของแสงสีน้ำเงินอย่างเหมาะสมสามารถช่วยลดระยะห่างระหว่างข้อและพื้นที่ใบของต้นกล้าผักได้อย่างมีนัยสำคัญ ส่งเสริมการยืดตัวด้านข้างของต้นกล้า และปรับปรุงดัชนีความแข็งแรงของต้นกล้า ซึ่งเอื้อต่อการเพาะปลูกต้นกล้าที่แข็งแรง ภายใต้เงื่อนไขที่ความเข้มแสงคงที่ การเพิ่มแสงสีเขียวในแสงสีแดงและสีน้ำเงินช่วยเพิ่มน้ำหนักสด พื้นที่ใบ และความสูงของต้นกล้าพริกหวานอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเปรียบเทียบกับหลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวแบบดั้งเดิม ภายใต้สภาพแสงสีแดง-เขียว-น้ำเงิน (R3:G2:B5) ค่า Y[II], qP และ ETR ของต้นกล้ามะเขือเทศพันธุ์ 'Okagi No. 1' ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ การเสริมแสง UV (แสงสีน้ำเงิน 100 μmol/(m2•s) + UV-A 7%) ลงในแสงสีน้ำเงินบริสุทธิ์ช่วยลดความเร็วในการยืดลำต้นของผักร็อกเก็ตและผักกาดอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่การเสริมแสง FR มีผลตรงกันข้าม สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่านอกเหนือจากแสงสีแดงและสีน้ำเงินแล้ว คุณภาพของแสงอื่นๆ ก็มีบทบาทสำคัญในกระบวนการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืชเช่นกัน แม้ว่าทั้งแสงอัลตราไวโอเลตและแสง FR จะไม่ใช่แหล่งพลังงานของการสังเคราะห์แสง แต่ทั้งสองก็มีส่วนเกี่ยวข้องในกระบวนการสร้างรูปร่างของพืชด้วยแสง แสงยูวีที่มีความเข้มสูงเป็นอันตรายต่อดีเอ็นเอและโปรตีนของพืช เป็นต้น อย่างไรก็ตาม แสงยูวีจะกระตุ้นการตอบสนองต่อความเครียดของเซลล์ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเจริญเติบโต รูปร่าง และพัฒนาการของพืชเพื่อปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม การศึกษาพบว่าอัตราส่วน R/FR ที่ต่ำลงจะกระตุ้นการหลีกเลี่ยงร่มเงาในพืช ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาของพืช เช่น ลำต้นยาวขึ้น ใบบางลง และผลผลิตน้ำหนักแห้งลดลง ลำต้นที่เรียวบางไม่ใช่ลักษณะการเจริญเติบโตที่ดีสำหรับการปลูกต้นกล้าให้แข็งแรง สำหรับต้นกล้าผักใบและผักผลไม้ทั่วไป ต้นกล้าที่แข็งแรง กระชับ และยืดหยุ่น จะไม่ค่อยมีปัญหาในระหว่างการขนส่งและการปลูก

รังสี UV-A สามารถทำให้ต้นกล้าแตงกวาเตี้ยและกะทัดรัดขึ้น และผลผลิตหลังการย้ายปลูกไม่แตกต่างจากกลุ่มควบคุมอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่รังสี UV-B มีผลยับยั้งมากกว่า และผลลดผลผลิตหลังการย้ายปลูกนั้นไม่มากนัก งานวิจัยก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นว่ารังสี UV-A ยับยั้งการเจริญเติบโตของพืชและทำให้พืชแคระแกร็น แต่มีหลักฐานเพิ่มมากขึ้นว่าการมีอยู่ของรังสี UV-A แทนที่จะยับยั้งชีวมวลของพืช กลับส่งเสริมการเจริญเติบโตเสียด้วยซ้ำ เมื่อเปรียบเทียบกับแสงสีแดงและสีขาวพื้นฐาน (R:W=2:3, PPFD คือ 250 μmol/(m2·s)) ความเข้มของแสงสีแดงและสีขาวเสริมที่ 10 W/m2 (ประมาณ 10 μmol/(m2·s)) รังสี UV-A ที่ฉายลงบนต้นคะน้าช่วยเพิ่มชีวมวล ความยาวปล้อง เส้นผ่านศูนย์กลางลำต้น และความกว้างของทรงพุ่มต้นกล้าคะน้าอย่างมีนัยสำคัญ แต่ผลการส่งเสริมจะลดลงเมื่อความเข้มของรังสี UV เกิน 10 W/m2 การฉายรังสี UV-A วันละ 2 ชั่วโมง (0.45 J/(m2•s)) สามารถเพิ่มความสูงของต้น พื้นที่ใบเลี้ยง และน้ำหนักสดของต้นกล้ามะเขือเทศพันธุ์ 'Oxheart' ได้อย่างมีนัยสำคัญ ในขณะเดียวกันก็ลดปริมาณ H2O2 ในต้นกล้ามะเขือเทศลงได้ จะเห็นได้ว่าพืชแต่ละชนิดตอบสนองต่อแสง UV แตกต่างกัน ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับความไวของพืชต่อแสง UV

สำหรับการเพาะปลูกต้นกล้าที่ต่อกิ่ง ควรเพิ่มความยาวของลำต้นให้เหมาะสมเพื่ออำนวยความสะดวกในการต่อกิ่งราก ความเข้มของแสงฟลูออเรสเซนต์ (FR) ที่แตกต่างกันมีผลต่อการเจริญเติบโตของต้นกล้ามะเขือเทศ พริก แตงกวา บวบ และแตงโมแตกต่างกัน การเสริมแสง FR ที่ 18.9 μmol/(m2•s) ในแสงสีขาวเย็นทำให้ความยาวของไฮโปโคทิลและเส้นผ่านศูนย์กลางลำต้นของต้นกล้ามะเขือเทศและพริกเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แสง FR ที่ 34.1 μmol/(m2•s) มีผลดีที่สุดในการส่งเสริมความยาวของไฮโปโคทิลและเส้นผ่านศูนย์กลางลำต้นของต้นกล้าแตงกวา บวบ และแตงโม แสง FR ความเข้มสูง (53.4 μmol/(m2•s)) มีผลดีที่สุดต่อผักทั้งห้าชนิดนี้ ความยาวของไฮโปโคทิลและเส้นผ่านศูนย์กลางลำต้นของต้นกล้าไม่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญอีกต่อไป และเริ่มแสดงแนวโน้มลดลง น้ำหนักสดของต้นกล้าพริกลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งบ่งชี้ว่าค่าความอิ่มตัวของ FR ของต้นกล้าผักทั้งห้าชนิดต่ำกว่า 53.4 μmol/(m2•s) และค่า FR นั้นต่ำกว่าค่า FR อย่างมีนัยสำคัญ ผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของต้นกล้าผักแต่ละชนิดก็แตกต่างกันด้วย

2.2 ผลกระทบของปริมาณแสงแดดรวมที่แตกต่างกันต่อการเจริญเติบโตของต้นกล้าผักภายใต้แสง

ค่าปริมาณแสงสะสมต่อวัน (Daylight Integral หรือ DLI) แสดงถึงปริมาณโฟตอนสังเคราะห์แสงทั้งหมดที่พื้นผิวพืชได้รับในหนึ่งวัน ซึ่งมีความสัมพันธ์กับความเข้มของแสงและระยะเวลาที่ได้รับแสง สูตรการคำนวณคือ DLI (mol/m²/วัน) = ความเข้มของแสง [μmol/(m²•s)] × ระยะเวลาที่ได้รับแสงต่อวัน (ชั่วโมง) × 3600 × 10⁻⁶ ในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มของแสงต่ำ พืชจะตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อยโดยการยืดลำต้นและความยาวของปล้อง เพิ่มความสูงของพืช ความยาวก้านใบ และพื้นที่ใบ และลดความหนาของใบและอัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิ เมื่อความเข้มของแสงเพิ่มขึ้น ยกเว้นมัสตาร์ด ความยาวของไฮโปโคทิลและการยืดตัวของลำต้นของต้นกล้าอารูกูลา กะหล่ำปลี และคะน้า ภายใต้คุณภาพแสงเดียวกันลดลงอย่างมีนัยสำคัญ จะเห็นได้ว่าผลของแสงต่อการเจริญเติบโตและการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของพืชมีความสัมพันธ์กับความเข้มของแสงและชนิดของพืช เมื่อค่า DLI เพิ่มขึ้น (8.64~28.8 โมล/ตร.ม./วัน) ต้นกล้าแตงกวาจะมีลักษณะเตี้ย แข็งแรง และกะทัดรัด ในขณะที่น้ำหนักจำเพาะของใบและปริมาณคลอโรฟิลล์จะค่อยๆ ลดลง 6-16 วันหลังปลูกต้นกล้าแตงกวา ใบและรากจะแห้ง น้ำหนักจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น และอัตราการเจริญเติบโตจะค่อยๆ เร่งขึ้น แต่ 16-21 วันหลังปลูก อัตราการเจริญเติบโตของใบและรากต้นกล้าแตงกวาจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด การเพิ่มค่า DLI ช่วยส่งเสริมอัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิของต้นกล้าแตงกวา แต่หลังจากค่าหนึ่งแล้ว อัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิจะเริ่มลดลง ดังนั้น การเลือกค่า DLI ที่เหมาะสมและการใช้กลยุทธ์แสงเสริมที่แตกต่างกันในแต่ละช่วงการเจริญเติบโตของต้นกล้าสามารถลดการใช้พลังงานได้ ปริมาณน้ำตาลที่ละลายได้และเอนไซม์ SOD ในต้นกล้าแตงกวาและมะเขือเทศเพิ่มขึ้นตามความเข้มของ DLI ที่เพิ่มขึ้น เมื่อความเข้มแสงต่อวัน (DLI) เพิ่มขึ้นจาก 7.47 โมล/ตร.ม./วัน เป็น 11.26 โมล/ตร.ม./วัน ปริมาณน้ำตาลที่ละลายได้และเอนไซม์ SOD ในต้นกล้าแตงกวาเพิ่มขึ้น 81.03% และ 55.5% ตามลำดับ ภายใต้สภาวะ DLI เดียวกัน การเพิ่มความเข้มแสงและการลดระยะเวลาการฉายแสงส่งผลให้กิจกรรมของ PSII ในต้นกล้าแตงกวาและมะเขือเทศถูกยับยั้ง และการเลือกใช้กลยุทธ์แสงเสริมที่มีความเข้มแสงต่ำและระยะเวลานานจะเอื้อต่อการเพาะปลูกต้นกล้าแตงกวาและมะเขือเทศให้ได้ดัชนีต้นกล้าสูงและประสิทธิภาพทางเคมีแสงที่ดีกว่า

ในการผลิตต้นกล้าแบบเสียบยอด สภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อยอาจทำให้คุณภาพของต้นกล้าที่เสียบยอดลดลงและทำให้ระยะเวลาในการสมานแผลนานขึ้น ความเข้มของแสงที่เหมาะสมไม่เพียงแต่จะช่วยเพิ่มความสามารถในการยึดเกาะของบริเวณที่เสียบยอดและปรับปรุงดัชนีความแข็งแรงของต้นกล้าเท่านั้น แต่ยังช่วยลดตำแหน่งของข้อที่เกิดดอกตัวเมียและเพิ่มจำนวนดอกตัวเมียอีกด้วย ในโรงงานเพาะปลูก ความเข้มของแสงต่อวัน (DLI) ที่ 2.5-7.5 โมล/ตร.ม./วัน เพียงพอต่อความต้องการในการสมานแผลของต้นกล้ามะเขือเทศที่เสียบยอด ความหนาแน่นและความหนาของใบของต้นกล้ามะเขือเทศที่เสียบยอดเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อความเข้มของแสงต่อวัน (DLI) เพิ่มขึ้น แสดงให้เห็นว่าต้นกล้าที่เสียบยอดไม่ต้องการความเข้มของแสงสูงในการสมานแผล ดังนั้น การเลือกความเข้มของแสงที่เหมาะสมโดยคำนึงถึงการใช้พลังงานและสภาพแวดล้อมในการปลูกจะช่วยเพิ่มผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจได้

3. ผลกระทบของสภาพแวดล้อมแสง LED ต่อความต้านทานต่อความเครียดของต้นกล้าผัก

พืชรับสัญญาณแสงจากภายนอกผ่านตัวรับแสง ทำให้เกิดการสังเคราะห์และการสะสมของโมเลกุลสัญญาณในพืช ส่งผลให้การเจริญเติบโตและหน้าที่ของอวัยวะพืชเปลี่ยนแปลงไป และในที่สุดก็ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อความเครียดของพืช คุณภาพแสงที่แตกต่างกันมีผลส่งเสริมในการเพิ่มความทนทานต่อความหนาวเย็นและความทนทานต่อเกลือของต้นกล้า ตัวอย่างเช่น เมื่อต้นกล้ามะเขือเทศได้รับแสงเสริมเป็นเวลา 4 ชั่วโมงในเวลากลางคืน เมื่อเปรียบเทียบกับการทดลองที่ไม่ได้รับแสงเสริม แสงสีขาว แสงสีแดง แสงสีน้ำเงิน และแสงสีแดงและสีน้ำเงินร่วมกัน สามารถลดการซึมผ่านของอิเล็กโทรไลต์และปริมาณ MDA ในต้นกล้ามะเขือเทศ และเพิ่มความทนทานต่อความหนาวเย็นได้ กิจกรรมของ SOD, POD และ CAT ในต้นกล้ามะเขือเทศภายใต้การทดลองด้วยอัตราส่วนแสงสีแดงต่อสีน้ำเงิน 8:2 สูงกว่าการทดลองอื่นๆ อย่างมีนัยสำคัญ และมีศักยภาพในการต้านอนุมูลอิสระและความทนทานต่อความหนาวเย็นสูงกว่า

ผลกระทบของรังสียูวีบีต่อการเจริญเติบโตของรากถั่วเหลืองส่วนใหญ่คือการเพิ่มความต้านทานต่อความเครียดของพืชโดยการเพิ่มปริมาณไนตริกออกไซด์ (NO) และสารอนุมูลอิสระ (ROS) ในราก รวมถึงโมเลกุลส่งสัญญาณฮอร์โมน เช่น เอบาเมต (ABA), ซาซิโอเทนซิน (SA) และจัสมิน (JA) และยับยั้งการเจริญเติบโตของรากโดยการลดปริมาณไอโอดีนอะซิเตต (IAA), ไซโตไคนิน (CTK) และกรดแกมมาติก (GA) ตัวรับแสงยูวีบี UVR8 ไม่เพียงแต่มีส่วนร่วมในการควบคุมการเจริญเติบโตของพืชตามแสง แต่ยังมีบทบาทสำคัญในความเครียดจากรังสียูวีบีด้วย ในต้นกล้ามะเขือเทศ UVR8 เป็นตัวกลางในการสังเคราะห์และการสะสมของแอนโทไซยานิน และต้นกล้ามะเขือเทศป่าที่ปรับตัวเข้ากับรังสียูวีจะมีความสามารถในการรับมือกับความเครียดจากรังสียูวีบีที่มีความเข้มสูงได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม การปรับตัวของยูวีบีต่อความเครียดจากภัยแล้งที่เกิดจากอะราบิโดปซิสไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทาง UVR8 ซึ่งบ่งชี้ว่ายูวีบีทำหน้าที่เป็นสัญญาณกระตุ้นการตอบสนองแบบไขว้ของกลไกการป้องกันของพืช ดังนั้นฮอร์โมนหลายชนิดจึงมีส่วนร่วมในการต้านทานความเครียดจากภัยแล้งและเพิ่มความสามารถในการกำจัดสารอนุมูลอิสระ (ROS)

ทั้งการยืดตัวของไฮโปโคทิลหรือลำต้นของพืชที่เกิดจากแสงสีแดง (FR) และการปรับตัวของพืชต่อความเครียดจากความเย็นนั้นถูกควบคุมโดยฮอร์โมนพืช ดังนั้น “ผลการหลีกเลี่ยงร่มเงา” ที่เกิดจากแสงสีแดงจึงเกี่ยวข้องกับการปรับตัวของพืชต่อความเย็น นักวิจัยได้ให้ต้นกล้าข้าวบาร์เลย์ได้รับแสงสีแดงที่อุณหภูมิ 15°C เป็นเวลา 10 วันหลังการงอก 18 วัน จากนั้นลดอุณหภูมิลงเหลือ 5°C และให้แสงสีแดงเสริมเป็นเวลา 7 วัน พบว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการให้แสงสีขาว แสงสีแดงช่วยเพิ่มความต้านทานต่อน้ำค้างแข็งของต้นกล้าข้าวบาร์เลย์ กระบวนการนี้เกิดขึ้นพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของปริมาณ ABA และ IAA ในต้นกล้าข้าวบาร์เลย์ การย้ายต้นกล้าข้าวบาร์เลย์ที่ได้รับแสงสีแดงที่อุณหภูมิ 15°C ไปยังอุณหภูมิ 5°C และให้แสงสีแดงเสริมต่อเนื่องอีก 7 วัน ให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกับสองวิธีข้างต้น แต่มีการตอบสนองของ ABA ลดลง พืชที่มีอัตราส่วน R:FR ที่แตกต่างกันจะควบคุมการสังเคราะห์ทางชีวภาพของฮอร์โมนพืช (GA, IAA, CTK และ ABA) ซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องกับความทนทานต่อเกลือของพืชด้วย ภายใต้สภาวะความเค็มสูง สภาพแวดล้อมแสงที่มีอัตราส่วน R:FR ต่ำ สามารถปรับปรุงความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระและการสังเคราะห์แสงของต้นกล้ามะเขือเทศ ลดการผลิต ROS และ MDA ในต้นกล้า และเพิ่มความทนทานต่อความเค็ม ทั้งความเค็มสูงและค่า R:FR ต่ำ (R:FR=0.8) ยับยั้งการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการปิดกั้นการเปลี่ยน PBG เป็น UroIII ในกระบวนการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ ในขณะที่สภาพแวดล้อมที่มีอัตราส่วน R:FR ต่ำ สามารถบรรเทาความเสียหายของการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ที่เกิดจากความเค็มสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ถึงความสัมพันธ์ที่สำคัญระหว่างไฟโตโครมและความทนทานต่อความเค็ม

นอกจากสภาพแวดล้อมด้านแสงแล้ว ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมอื่นๆ ก็ส่งผลต่อการเจริญเติบโตและคุณภาพของต้นกล้าผักด้วยเช่นกัน ตัวอย่างเช่น การเพิ่มความเข้มข้นของ CO2 จะเพิ่มค่าสูงสุดของการอิ่มตัวของแสง (Pnmax) ลดจุดชดเชยแสง และปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้แสง การเพิ่มความเข้มของแสงและความเข้มข้นของ CO2 ช่วยปรับปรุงปริมาณของรงควัตถุสังเคราะห์แสง ประสิทธิภาพการใช้น้ำ และกิจกรรมของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับวัฏจักรแคลวิน และในที่สุดจะทำให้ต้นกล้ามะเขือเทศมีประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงและการสะสมชีวมวลสูงขึ้น น้ำหนักแห้งและความหนาแน่นของต้นกล้ามะเขือเทศและพริกมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับ DLI และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิก็ส่งผลต่อการเจริญเติบโตภายใต้การบำบัด DLI เดียวกัน สภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิ 23-25℃ เหมาะสมกว่าสำหรับการเจริญเติบโตของต้นกล้ามะเขือเทศ จากสภาพอุณหภูมิและแสง นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการทำนายอัตราการเจริญเติบโตสัมพัทธ์ของพริกโดยใช้แบบจำลองการกระจายแบบเบท ซึ่งสามารถให้คำแนะนำทางวิทยาศาสตร์สำหรับการควบคุมสภาพแวดล้อมในการผลิตต้นกล้าพริกแบบเสียบยอดได้

ดังนั้น ในการออกแบบระบบควบคุมแสงในการผลิต ไม่เพียงแต่ต้องพิจารณาปัจจัยด้านสภาพแวดล้อมของแสงและชนิดของพืชเท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาปัจจัยด้านการเพาะปลูกและการจัดการ เช่น โภชนาการและการจัดการน้ำของต้นกล้า สภาพแวดล้อมของก๊าซ อุณหภูมิ และระยะการเจริญเติบโตของต้นกล้าด้วย

4. ปัญหาและแนวโน้มในอนาคต

ประการแรก การควบคุมแสงสำหรับต้นกล้าผักเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน และจำเป็นต้องวิเคราะห์ผลกระทบของสภาพแสงที่แตกต่างกันต่อต้นกล้าผักชนิดต่างๆ ในสภาพแวดล้อมของโรงงานเพาะต้นกล้าอย่างละเอียด ซึ่งหมายความว่า เพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการผลิตต้นกล้าที่มีประสิทธิภาพสูงและคุณภาพสูง จำเป็นต้องมีการค้นคว้าอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างระบบทางเทคนิคที่สมบูรณ์

ประการที่สอง แม้ว่าอัตราการใช้พลังงานของแหล่งกำเนิดแสง LED จะค่อนข้างสูง แต่การใช้พลังงานสำหรับการให้แสงสว่างแก่พืชยังคงเป็นการใช้พลังงานหลักในการเพาะปลูกต้นกล้าโดยใช้แสงประดิษฐ์ การใช้พลังงานจำนวนมหาศาลของโรงงานเพาะปลูกพืชยังคงเป็นอุปสรรคสำคัญที่จำกัดการพัฒนาของโรงงานเพาะปลูกพืช

สุดท้ายนี้ ด้วยการประยุกต์ใช้ไฟส่องสว่างสำหรับพืชในภาคเกษตรกรรมอย่างแพร่หลาย คาดว่าต้นทุนของไฟ LED สำหรับพืชจะลดลงอย่างมากในอนาคต ในทางตรงกันข้าม ต้นทุนแรงงานที่เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยุคหลังการระบาดของโรค การขาดแคลนแรงงานย่อมส่งเสริมกระบวนการใช้เครื่องจักรและระบบอัตโนมัติในการผลิต ในอนาคต โมเดลควบคุมที่ใช้ปัญญาประดิษฐ์และอุปกรณ์การผลิตอัจฉริยะจะกลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีหลักสำหรับการผลิตต้นกล้าผัก และจะส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการเพาะต้นกล้าในโรงงานพืชต่อไป

ผู้เขียน: เจียฮุย ตัน, โหวเฉิง หลิว
ที่มาของบทความ: บัญชี WeChat ของฝ่ายเทคโนโลยีวิศวกรรมเกษตร (การปลูกพืชในเรือนกระจก)