Luận án tiến sĩ sinh học: Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canh

Luận án tiến sĩ sinh học: Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canhLuận án tiến sĩ sinh học: Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canhLuận án tiến sĩ sinh học: Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canhLuận án tiến sĩ sinh học: Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canh

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG DUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG ĐÈN LED ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU SINH LÝ, NĂNG SUẤT

VÀ PHẨM CHẤT CỦA CÂY CẢI BÓ XÔI (Spinacia

oleracea L.) TRỒNG THỦY CANH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

HÀ NỘI – 2021

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG DUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG ĐÈN LED ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU SINH LÝ, NĂNG SUẤT VÀ PHẨM CHẤT CỦA CÂY CẢI BÓ XÔI

(Spinacia oleracea L.) TRỒNG THỦY CANH

Chuyên ngành: Sinh lí học thực vật

Mã số: 9420112

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

1 GS TS Nguyễn Quang Thạch

2 PGS.TS.Trần Thị Thanh Huyền

HÀ NỘI – 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đèn

LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canh” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các

số liệu và tài liệu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ côngtrình nghiên cứu nào Số liệu công bố có sự cộng tác nghiên cứu, đã được đồng ý củacác cộng sự Tất cả những tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếuđầy đủ

Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2021

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thị Phương Dung

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận án tiến sĩ, Tôi đã nhận được sự hướng dẫn về chuyênmôn, sự giúp đỡ rất tận tình của các đơn vị, các thầy, cô và bạn bè cùng gia đình.Nhân dịp này Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng cảm ơn: GS.TS.Nguyễn Quang Thạch, PGS TS Trần Thị Thanh Huyền, người Thày, người Cô đãtận tâm hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận

án khoa học này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn: Viện Sinh học Nông nghiệp – Học việnNông Nghiệp Việt Nam; Bộ môn Sinh lý học thực vật và Ứng dụng – Khoa Sinhhọc - Trường đại học Sư phạm Hà Nội; Bộ môn Sinh lý thực vật, Bộ môn Thực vật,Trung tâm nghiên cứu giống cây trồng Việt Nam – Nhật Bản, Phòng thí nghiệmtrọng điểm Công nghệ sinh học thú y, Phòng thí nghiệm trung tâm KH&CNTP –Học viện Nông Nghiệp Việt Nam; Bộ môn KNCL Rau quả – Viện Nghiên cứu Rauquả, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất, trang thiết bị, nhân lực giúp tôithực hiện tốt nhất các nghiên cứu khoa học liên quan tới nội dung của luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Sinh học, Phòng sau đại học, Ban Giámhiệu Trường Đại học Sư phạm Hà Nội; Ban chủ nhiệm Khoa Nông học, Ban Giámđốc Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiêncứu và hoàn thành luận án

Tôi xin được cảm ơn sự giúp đỡ của: PGS.TS Mai Văn Chung – Trường Đạihọc Vinh, TS Vũ Ngọc Thắng, ThS Nguyễn Thị Thủy – Học viện Nông nghiệpViệt Nam đã chia sẻ kinh nghiệm, kỹ thuật, hỗ trợ tôi trong quá trình nghiên cứu

Cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn đồng hành, chia sẻ và tạo mọi điều kiệntốt nhất để tôi hoàn thành luận án này

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2021

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thị Phương Dung

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 5

1.1 Cây cải bó xôi và giá trị dinh dưỡng 5

1.1.1 Đặc điểm sinh học 5

1.1.1.1 Nguồn gốc 5

1.1.1.2 Phân loại 5

1.1.1.3.Hình thái, sinh lý sinh trưởng 5

1.1.2 Giá trị dinh dưỡng và giá trị trong nghiên cứu khoa học 6

1.2 Ánh sáng đèn LED đối với sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng 9

1.2.1 Các thông số ánh sáng và mức độ ảnh hưởng đến cây trồng 9

1.2.2 Tính ưu việt của việc sử dụng đèn LED (light-emitting diode) cho cây trồng 12

1.2.2.1 Đặc điểm và tính ưu việt của đèn LED so với các nguồn sáng khác khi sử dụng cho cây trồng 12

1.2.2.2 Đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng đèn LED cho cây trồng 14

1.2.3 Những nghiên cứu về sử dụng đèn LED cho cây trồng trên thế giới 16

1.2.3.1 Những nghiên cứu về ánh sáng đèn LED đối với sự nảy mầm của hạt giống cây trồng 16

1.2.3.2 Những nghiên cứu về ánh sáng đèn LED đối với sinh trưởng, năng suất và chất lượng cây trồng 17

1.2.3.3 Những nghiên cứu về ánh sáng đèn LED đối với điều khiển ra hoa ở cây trồng 24

1.2.4 Một số nghiên cứu sử dụng đèn LED cho cây trồng ở Việt Nam 26

1.3 Trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh 28

1.3.1 Hệ thống thủy canh 28

1.3.1.1 Hệ thống thủy canh tĩnh 29

1.3.1.2 Hệ thống thủy canh động 30

1.3.2 Ứng dụng kỹ thuật thủy canh trong trồng rau trên thế giới và Việt Nam 32

1.4 Những nghiên cứu về cây cải bó xôi trồng thủy canh và ảnh hưởng của ánh sáng đến cây cải bó xôi 35

1.5 Một số kết luận rút ra sau tổng quan 39

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41

2.1 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu 41

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 41

2.1.2 Vật liệu 41 2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 42

2.2.1 Địa điểm nghiên cứu 42

2.2.2 Thời gian nghiên cứu 42

2.3 Phương pháp nghiên cứu 42

2.3.1 Bố trí thí nghiệm 42

2.3.1.1 Nội dung 1 43

2.3.1.2 Nội dung 2 44

2.3.2 Các chỉ tiêu theo dõi 45

2.3.2.1 Chỉ tiêu sinh trưởng 45

2.3.2.2 Chỉ tiêu về khả năng quang hợp 46

2.3.2.3 Chỉ tiêu về giải phẫu 47

2.3.2.4 Chỉ tiêu về cấu trúc bộ rễ 48

2.3.2.5 Chỉ tiêu về chất lượng dinh dưỡng 48

2.3.2.6 Chỉ tiêu về các hợp chống oxi hóa 48

2.3.2.7 Các chỉ số vệ sinh an toàn thực phẩm 49

2.3.3 Xử lý số liệu 49

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50

3.1 Xác định các thông số kỹ thuật tối ưu trồng cải bó xôi bằng phương pháp thủy canh hồi lưu 50

3.1.1 Giống 51 3.1.2 Dung dịch dinh dưỡng 54

3.1.3 EC dung dịch 56

3.1.4 pH dung dịch 59

3.1.5 Khoảng cách trồng 61

3.1.6 Các chỉ số vệ sinh an toàn thực phẩm 63

3.1.6.1 Hàm lượng NO3 63

3.1.6.2 Hàm lượng một số kim loại nặng (As, Hg, Cd, Pb) 65

3.2 Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng khác nhau đến sinh trưởng, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu66 3.2.1 Sinh trưởng, sinh lý 66

3.2.1.1 Thông số tăng trưởng 66

3.2.1.2 Sắc tố quang hợp 68

3.2.1.3 Khả năng quang hợp 70

3.2.2 Đặc điểm cấu trúc bộ rễ 74

3.2.3 Đặc điểm cấu trúc lá 76

3.2.3.1 Giải phẫu lát cắt ngang lá 76

3.2.3.2 Đặc điểm của khí khổng 79

3.2.4 Các yếu tố tạo nên năng suất và năng suất 83

3.2.5 Chất lượng và hàm lượng dinh dưỡng 86

3.2.5.1 Hàm lượng các nguyên tố khoáng 86

3.2.5.2 Hàm lượng các chất dinh dưỡng và các chất chống oxi hóa 87

3.2.6 Các thông số vệ sinh an toàn thực phẩm 96

3.3 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến sinh trưởng, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu 97

3.3.1 Sinh trưởng 97

3.3.2 Sắc tố quang hợp và thông số quang hợp 99

3.3.3 Đặc điểm giải phẫu lá 103

3.3.4 Đặc điểm của khí khổng 105

3.3.5 Đặc điểm cấu trúc bộ rễ 110

3.3.6 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất 111

3.3.7 Chất lượng dinh dưỡng 114

3.3.7.1 Hàm lượng nguyên tố khoáng 114

3.3.7.2 Hàm lượng chất dinh dưỡng 116

3.3.7.3 Hàm lượng chất chống oxi hóa 119

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 122

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 124

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Environment Agriculture)

radiation )

photon flux density)

năng suất và năng suất của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên

hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) 55Bảng 3.6 Ảnh hưởng của EC tới sự sinh trưởng của cây cải bó xôi giống

PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) 57Bảng 3.7 Ảnh hưởng của EC tới yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của

cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu(42 NST) 57Bảng 3.8 Ảnh hưởng của pH tới sinh trưởng của cây cải bó xôi giống PD512

trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) 60Bảng 3.9 Ảnh hưởng của pH tới yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của

cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu(42 NST) 60Bảng 3.10 Ảnh hưởng của khoảng cách trồng tới sự sinh trưởng của cây cải

bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42NST) 62

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của khoảng cách trồng tới yếu tố cấu thành năng suất

và năng suất của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống

thủy canh hồi lưu (42 NST) 63Bảng 3.12 Kết quả phân tích hàm lượng NO3- tích lũy trong cây cải bó xôi

giống PD512 trồng thủy canh hồi lưu thu hoạch sau thời gian ngừng cung cấp dinh dưỡng khác nhau 64Bảng 3.13 Kết quả phân tích hàm lượng một số kim loại nặng trong cây cải bó

xôi giống PD512 trồng thủy canh hồi lưu (42 NST) 65Bảng 3.14 Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng

cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) đến sinh trưởng của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) 68Bảng 3.15 Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng

cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) đến hàm lượng sắc tố quang hợp của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) 70Bảng 3.16 Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng

cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) đến khả năng quang hợp của cảibó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) 71Bảng 3.17 Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng

cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) đến đặc điểm cấu trúc bộ rễ củacải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) 75Bảng 3.18 Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng

cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) đến cấu trúc giải phẫu của lá cảibó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) 77Bảng 3.19 Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng

(PPFD = 190 µmol/m2/s) đến các yếu tố tạo nên năng suất và năng suất cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) 84Bảng 3.20 Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng

khoáng có trong cải bó xôi giống PD512 trồng canh trong nhà (30 NST) 87Bảng 3.21 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đèn LED khác nhau đến thông

số sinh trưởng của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sựkết hợp của đèn LED màu đỏ - xanh trong nhà (21 NST) 98Bảng 3.22 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến hàm lượng sắc

tố quang hợp của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sựkết hợp của ánh sáng đèn LED màu đỏ-xanh (21 NST) 100Bảng 3.23 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến khả năng quang

hợp của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp

của đèn LED màu đỏ - xanh trong nhà (21 NST) 102Bảng 3.24 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến cấu trúc giải

phẫu của lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của đèn LED màu đỏ - xanh lam (21 NST) 104Bảng 3.25 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến các tế bào biểu

bì lá của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợpcủa ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST) 107Bảng 3.26 Ảnh hưởng của các cường độ ánh sáng khác nhau đến cấu trúc bộ

rễ của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp củaánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST) 110Bảng 3.27 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến năng suất của cải

bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của ánh sángđèn LED đỏ - xanh (21 NST) 112Bảng 3.28 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đèn LED khác đến hàm lượng

các nguyên tố khoáng có trong cải bó xôi giống PD512 trồng thủycanh dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST) 115

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Hình thái của cây cải bó xôi 5

Hình 1.2 Phổ hấp thu của chlorophyll và carotenoid 10

Hình 1.3 Các phổ bước sóng ánh sáng 11

Hình 1.4 Những khoảng ánh sáng được hấp thụ bởi thực vật 11

Hình 1.5 Hệ thống thủy canh tĩnh 30

Hình 1.6 Hệ thống thủy canh hồi lưu 31

Hình 3.1 Các giống cải bó xôi trồng thủy canh trong thí nghiệm (42 NST) 53

Hình 3.2 Giống cải bó xôi PD512 trồng ở các dung dịch dinh dưỡng khác nhau (42 NST) 56

Hình 3.3 Giống cải bó xôi PD512 trồng ở các mức EC dung dịch khác nhau (42NST) 58

Hình 3.4 Giống cải bó xôi PD512 trồng ở các mức pH dung dịch khác nhau

(42 NST) 61

Hình 3.5 Giống cải bó xôi PD512 trồng ở các khoảng trồng cách khác nhau (42 NST) 63

Hình 3.6 Động thái tăng trưởng chiều cao cây (A), số lá (B) của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng PPFD = 190 µmol/m2/s) 67

Hình 3.7 Đặc điểm cấu trúc bộ rễ của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (cùng PPFD = 190 µmol/m2/s) (30 NST) 75

Hình 3.8 Cấu trúc giải phẫu lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) (30NST) 78

Hình 3.9 Hình ảnh lớp biểu bì trên và dưới của lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh (ánh sáng vàng, cường độ 190 µmol/m2/s) (30NST) 79

Hình 3.10 Biểu bì trên của lá cải bó xôi giống PD512 ở các phổ ánh sáng khác

nhau (ở cùng 190 µmol/m2/s) (30NST) 80Hình 3.11 Biểu đồ so sánh ảnh hưởng của các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng

cường độ PPDF=190 µmol/m2/s) đến các thông số khí khổng ở lớp biểu bì trên của lá cải bó xôi giống PD512 (30NST) 81Hình 3.12 Biểu bì dưới của lá cải bó xôi giống PD512 ở các phổ ánh sáng khác

nhau (ở cùng cường độ 190 µmol/m2/s) (30NST) 82Hình 3.13 Biểu đồ so sánh ảnh hưởng của các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng

cường độ PPDF=190 µmol/m2/s) đến các thông số khí khổng ở lớp biểu bì dưới của lá cải bó xôi giống PD512 (30NST) 83Hình 3.14 Cây cải bó xôi giống PD512 ở các công thức xử lý ánh sáng khác

nhau (ở cùng PPFD =190 µmol/m2/s) (30NST) 85Hình 3.15 Hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong cải bó xôi giống PD512

trồng thủy canh ở các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng PPFD = 190µmol/m2/s) (30 NST) 88Hình 3.16 Hàm lượng các chất chống oxi hóa có trong cải bó xôi giống PD512

trồng thủy canh ở các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng PPFD = 190µmol/m2/s) (30 NST) 89Hình 3.17 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến cấu trúc giải phẫu

lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của đènLED màu đỏ - xanh lam (21 NST) 103Hình 3.18 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến đặc điểm lớp tế

bào biểu bì trên ở lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới

sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST) 108Hình 3.19 Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến đặc điểm lớp tế

bào biểu bì dưới ở lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới

sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST) 109

Hình 3.20 Cấu trúc bộ rễ ở các cường độ ánh sáng khác nhau của cải bó xôi

giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST) 111Hình 3.21 Hình ảnh cây cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở các cường

độ ánh sáng khác nhau dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ xanh (21 NST) 114Hình 3.22 Biểu đồ hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong cải bó xôi giống

-PD512 trồng thủy canh ở các cường độ ánh sáng khác nhau dưới sựkết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST) 117Hình 3.23 Biểu đồ hàm lượng các chất chống oxi hóa có trong cải bó xôi giống

PD512 trồng thủy canh ở các cường độ ánh sáng khác nhau dưới sựkết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST) 120

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Nền nông nghiệp với môi trường được kiểm soát hiện đang phát triển mộtcách nhanh chóng với mục đích giải quyết vấn đề cung cấp thực phẩm không ổnđịnh, sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên và giảm tác động của các hoạt động nông

nghiệp đến môi trường (Miyagi & et al., 2017; Kozai, 2018) [78], [96] Khả năng

quản lý chính xác các thông số vật lý và hóa học trong các hệ thống trồng cây trongnhà kính (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, chất dinh dưỡng, v.v.) sẽ giúp kiểm soát năng

suất và nâng cao chất lượng thực vật (Graamans et al., 2018) [55].

Bên cạnh đó, rau xanh là nguồn thực phẩm quan trọng trong việc bổ sung dinhdưỡng thiết yếu cho con người mỗi ngày Một số loại rau còn được xem như loạithực phẩm chức năng, được sử dụng như dược liệu quý giúp tăng cường sức khoẻ

và ngăn ngừa bệnh tật Rau cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) là loại cây được lựa

chọn trồng trong nhà kính và cả trong các hệ thống trồng cây thương mại (plantfactories) vì có chiều cao tương đối nhỏ lại cho phép sản xuất nhiều chu kỳ ngắnhạn trong năm, lợi nhuận kinh tế nhanh hơn nhiều so với một số loại rau ăn lá khác(Lu & Shimamura, 2018) [89] Đây cũng là loại rau cung cấp giá trị dinh dưỡng cao

do có chứa một loại hoạt chất steroid (tên khoa học là phutoecdy) có tác dụng thúcđẩy sự sản xuất protein trong cơ thể lên tới 20%, nhiều vitamin thiết yếu đối với cơthể như: A, K, D, E, khoáng chất Fe, P, Ca… và nguồn axit béo thực vật omega 3

dồi dào (Ko et al., 2014) [75] Cây cải bó xôi hứa hẹn sẽ mang lại nhiều tiềm năng

trong phát triển sản xuất rau tại Việt Nam

Từ nhu cầu thực tế đó, việc trồng rau theo hướng mới như: trồng rau khôngdùng đất, không cần tưới, không cần sử dụng ánh sáng mặt trời và xây dựng môhình sản xuất quy mô khép kín là yêu cầu cấp thiết hiện nay Trồng rau thủy canh làmột trong những kỹ thuật sản xuất rau sạch phù hợp vì có khả năng tạo ra nhữngsản phẩm đồng nhất, chất lượng, sản phẩm sạch, số lượng cây trồng lớn hơn trênmột đơn vị diện tích nên năng suất cao, thu hoạch dễ dàng, tối ưu hóa phân bón,

lượng nước sử dụng, cây ít bị sâu bệnh và góp phần giải quyết tốt nhu cầu trồng rau

sạch tại nhà ở thành thị (Tomasi et al., 2015) [149].

Trong khi đó, công nghệ chiếu sáng bằng đèn LED được xem như nguồnchiếu sáng mới cho kỹ thuật trồng cây trong nhà với những ưu điểm vượt trội nhưtuổi thọ cao, kích thước nhỏ, có thể tạo ra các phổ ánh sáng đơn sắc phù hợp chocây trồng v.v Mặt khác, khoảng 90% ánh sáng hấp thụ bởi lá cây thuộc vùng ánhsáng màu xanh lam hoặc đỏ (Terashima et al, 2009) [147], vì đây là hai vùng ánhsáng được diệp lục hấp thụ mạnh nhất Do đó, sự sinh trưởng phát triển của cây bịảnh hưởng đáng kể bởi hai vùng ánh sáng này Các nghiên cứu trước đây cũng chỉ

ra rằng, sự kết hợp giữa ánh sáng đèn LED màu đỏ và màu xanh theo tỷ lệ 1:1 cóthể làm tăng khối lượng tươi và khô ở nhiều loài thực vật như Lilium và cà chua(Chen et al., 2014) [40] Không những thế, đèn LED rất phù hợp với các ứng dụngnghiên cứu (như trong buồng sinh trưởng, cho các ứng dụng nuôi cấy mô) Do đènLED là một thiết bị trạng thái rắn nên có thể dễ dàng tích hợp vào các hệ thống điềukhiển kỹ thuật số Sử dụng đèn LED như một nguồn ánh sáng nhân tạo cho câytrồng không chỉ để tối ưu hóa chất lượng quang phổ cho các loại cây trồng khácnhau, các quá trình sinh lý khác nhau mà còn có thể tạo ra một hệ thống chiếu sángđược điều khiển kỹ thuật số và tiết kiệm năng lượng

Chính vì những lý do trên, chúng tôi đã tiến hành đề tài “Nghiên cứu ảnh

hưởng của ánh sáng đèn LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canh”.

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tổng quát

Xác định ảnh hưởng của chiếu sáng nhân tạo bằng đèn LED đến sinhtrưởng, năng suất và chất lượng của cây cải bó xôi được trồng trên hệ thống thủycanh hồi lưu

2.2 Mục tiêu cụ thể

Xác định được các thông số kỹ thuật tối ưu cho cây cải bó xôi trồng trên hệthống thủy canh hồi lưu (giống, dinh dưỡng, EC, pH, mật độ, thời gian thu hoạchphù hợp)

Xác định ảnh hưởng của ánh sáng nhân tạo chiếu bằng đèn LED gồm phổ phátquang và cường độ bức xạ hoạt tính quang hợp (PAR - Photosynthetically Active

Radiation) (sau đây được gọi là cường độ ánh sáng) đến sinh trưởng, năng suất và

phẩm chất của cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu

3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận án như sau:

3.1 Nghiên cứu các thông số cơ bản cho kỹ thuật trồng cải bó xôi bằng phươngpháp thủy canh hồi lưu

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng nhân tạo chiếu bằng đèn LED (phổ phátquang và cường độ ánh sáng) đến sinh trưởng, năng suất và phẩm chất của cây cảibó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

5 Những đóng góp mới của luận án

5.1 Đã xác định được các thông số tối ưu cho quy trình trồng rau cải bó xôi trên hệthống thủy canh hồi lưu về giống, mật độ, dung dịch dinh dưỡng, pH, EC và thờigian ngừng cung cấp dinh dưỡng trước khi thu hoạch

5.2 Tìm được phổ ánh sáng nhân tạo của đèn LED phù hợp cho sinh trưởng của câycải bó xôi trồng thủy canh cho năng suất cao và chất lượng tốt là ánh sáng đỏ-xanhlam với tỉ lệ 4R:1B và cường độ bức xạ hoạt tính quang hợp là 190 µmol/m2/s

6 Cấu trúc luận án

Luận án được cấu trúc làm 6 phần: mở đầu, nội dung, kết luận, danh mục cáccông trình khoa học đã công bố, tài liệu tham khảo và phụ lục Phần nội dung củaluận án được triển khai thành ba chương như sau:

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu (35 trang)

Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu (9 trang)

Chương 3: Kết quả và thảo luận (70 trang) với 28 bảng và 23 hình.

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Cây cải bó xôi và giá trị dinh dưỡng

1.1.1 Đặc điểm sinh học

1.1.1.1 Nguồn gốc

Rau cải bó xôi có tên khác là rau chân vịt, rau pố xôi, bố xôi, rau nhà chùa,

bắp xôi, rau bina Tên khoa học là Spinacia oleracea L Đây là một loài thực vật có

hoa thuộc họ Dền (Amaranthaceae), thuộc lớp Hai lá mầm, có nguồn gốc ở miềnTrung và Tây Nam Á

1.1.1.2 Phân loại

Phân loại khoa học (USDA, NRCS, 2010)

1.1.1.3.Hình thái, sinh lý sinh trưởng

* Hình thái, sinh lý sinh trưởng

Hình 1.1 Hình thái của cây cải bó xôi (A: Cây, B: Hoa ,C: Hạt)

(http://www.botany.hawaii.edu/faculty/carr/chenopodi.htm) [174]

Cải bó xôi là cây trồng 1 năm, chiều cao khoảng 30 cm, lá hình oval, màuxanh đậm, cuống nhỏ, các lá chụm lại tại gốc rất nhỏ, cả lá và thân đều giòn, dễ dậpgãy, hoa có màu vàng xanh Đặc điểm cải này có vị ngọt, tính mát (theo Báo Y dượcViệt Nam 15/5/2017: http://ydvn.net/contents/view/20838.cay-cai-bo-xoi- spinacia-oleracea.html) [170].

Cải bó xôi là cây rau ở xứ lạnh, ưa khí hậu mát lạnh, chịu được rét, không chịunóng Cây sinh trưởng tốt ở nhiệt độ 18-200C, sinh trưởng chậm khi nhiệt độ là

100C, cây có thể chịu nhiệt độ thấp -100C

Cây cần ánh sáng nhẹ trong quá trình phát triển thân lá, ánh sáng quá mạnhkhông có lợi cho cây Cải bó xôi có khả năng chịu bóng râm, vì vậy có thể trồngxen lẫn với các cây cao khác Rau cải bó xôi là cây trồng mùa đông thích nghi vớiánh sáng hạn chế là một thuộc tính có giá trị trong điều kiện sử dụng nguồn ánhsáng nhân tạo với chi phí cao Hơn nữa, do có lá tương đối phẳng lớn (một đặc tínhhữu ích cho nghiên cứu sinh lý và hóa sinh), cũng như sinh trưởng mạnh, nên đáp

ứng với những thay đổi của điều kiện môi trường (Proietti et al., 2009) [118].

1.1.2 Giá trị dinh dưỡng và giá trị trong nghiên cứu khoa học

Đây là loại rau tốt cho sức khỏe, đồng thời cũng là một vị thuốc Các khoángchất trong rau cải bó xôi giúp kiềm hóa, cân bằng chế độ ăn uống axit cao, nguyênnhân của bệnh béo phì và các chứng bệnh khác Các carotenoid được tìm thấy trongcải bó xôi có tác dụng bảo vệ mắt khỏi các bệnh như đục thủy tinh thể và thoái hóađiểm vàng… Vitamin K cùng với canxi và magiê có trong cải bó xôi giúp hệ xươngchắc khỏe Hàm lượng viamin A giúp da khỏe mạnh, duy trì độ ẩm thích hợp.Vitamin C có trong cải bó xôi hoạt động như một chất chống oxi hóa có thể hòa tantrong nước, giúp làm giảm nguy cơ gây ra rất nhiều bệnh tật Do đó, ăn cải bó xôicó thể giúp chống lại nhiễm trùng và giữ cho hệ thống miễn dịch luôn khỏe mạnh.Đây cũng là món uống có giá trị dinh dưỡng Trong rau cải bó xôi có một loại hóachất steroid tên khoa học là phutoecdy có tác dụng thúc đẩy sự sản xuất protein tựnhiên trong cơ thể lên tới 20% [172]

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong 100g rau cải bó xôi

(USDA, Food Composition Databases)

Giá trị dinh dưỡng 100g khối lượng tươi

bó xôi chứa hầu hết sulfoquinovosyl diacylglycerol (SQDG) và monogalactosyldiacylglycerol (MGDG) trong thành phần của glycoglycerolipid Glycoglycerolipidtrong rau cải bó xôi khi dùng đường uống có thể ức chế sự phát triển tế bào ung thư

của con người và ức chế sự tăng sinh khối u rắn in vivo Do đó, cải bó xôi là một

loại thực phẩm chức năng có khả năng chống ung thư Nếu như rau mùi tàu có tổnglượng glycoglycerolipid lớn nhất (793,3mg/100g khối lượng tươi), ớt ngọt có lượngglycoglycerolipid nhỏ nhất (61,3 mg/100g khối lượng tươi) (trong số các 11 loại rauđược thử nghiệm) và rau mùi tàu có lượng digalactosyl diacylglycerol (DGDG) lớnnhất (305,3mg/100g khối lượng tươi) thì trong khi rau cải bó xôi có nhiều MGDG

và SQDG nhất (lần lượt là 480,6 và 52,7 mg/100g khối lượng tươi) Rau cải bóxôi cũng chứa lượng glycoglycerolipid lớn thứ hai (642,6 mg/100g khối lượng

tươi) Những kết quả này cho thấy, rau cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) có thể là một thực phẩm chức năng có khả năng chống ung thư khá mạnh (Maeda et al.,

2010) [92]

Hơn nữa, rau cải bó xôi là một trong những cây trồng ALS (Advanced LifeSupport) của NASA, được chọn để tăng cường sự đa dạng trong chế độ ăn uống chocác phi hành gia trên Trạm vũ trụ quốc tế, Mặt trăng và các căn cứ sao Hỏa NASAquan tâm đến rau cải bó xôi như một loại cây trồng ALS bởi: 1) sản xuất thành phầnchống độc (liên kết canxi), axit oxalic, 2) khả năng sinh sắt khả dụng cao (trong khi

các phi hành đoàn chuyến bay có thể bị giảm số lượng hồng cầu) (Johnson et al.,

1999) [68] Với đặc tính tăng trưởng thấp và chu kỳ sinh trưởng ngắn (30 ngày),rau cải bó xôi là một lựa chọn thích hợp trong số các loại rau ăn lá ALS để cungcấp cho chế độ ăn của phi hành gia như một nguồn rau tươi linh hoạt Trên quanđiểm thương mại, rau cải bó xôi đang ngày càng có tầm quan trọng kinh tế ởnhiều nơi trên thế giới, trong đó có Mỹ, nhất là khi rau cải bó xôi thủy canh đangtrở nên phổ biến rộng rãi Chuyển giao công nghệ ALS và CEA (ControlledEnvironment Agriculture) sang sản xuất thủy canh thương mại loại cây trồng cóthu nhập cao này đang làm cho việc sản xuất rau cải bó xôi quanh năm trở thànhhiện thực khả thi ở Mỹ

Đây cũng là một loại cây rau được sử dụng rộng rãi cho nhu cầu rau xanh củacon người và nó được coi là cây trồng điển hình trong một số nghiên cứu Rau cảibó xôi cũng là loại cây trồng có khả năng thích nghi ở điều kiện nhiệt độ thấp do sựđiều chỉnh sâu sắc của quá trình trao đổi chất ở lá Sự trao đổi chất này bao gồm cả

sự gia tăng các enzyme quang hợp (phụ thuộc ít nhiều vào trạng thái carbohydrate

và đặc điểm của lá) cũng như tăng khả năng thu dọn các dạng oxi hoạt hóa Bêncạnh đó là sự liên quan đặc biệt đến việc tăng hàm lượng axit ascorbic trong lụclạp và rõ rệt hơn ở phiến lá (Schöner & Krause, 1990) [133] Rau cải bó xôi cũngđã được dùng làm cây mẫu (the model plant) để nghiên cứu sự thay đổi sinh lý

và chất lượng trong các điều kiện nhiệt độ và ánh sáng khác nhau Kết quả đãcho thấy hàm lượng axit ascorbic, nitrate và axit oxalic, có thể bị ảnh hưởng độclập bởi các thông số môi trường, chẳng hạn như nhiệt độ không khí hoặc cường

độ ánh sáng (Proietti et al., 2009) [118].

1.2 Ánh sáng đèn LED đối với sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng 1.2.1 Các thông số ánh sáng và mức độ ảnh hưởng đến cây trồng

Cây cần ánh sáng trong suốt cuộc đời của nó từ nảy mầm đến ra hoa và tạo hạtgiống Ba thông số của ánh sáng nuôi cây được sử dụng trong ngành công nghiệpnhà kính là: số lượng, chất lượng và thời gian Tất cả ba thông số có hiệu quả khác

nhau đến cây trồng (Singh et al., 2015) [136]:

- Số lượng ánh sáng (cường độ): Số lượng hoặc cường độ ánh sáng là thông số

chính ảnh hưởng đến quang hợp, phản ứng quang hóa trong lục lạp của tế bào thựcvật Trong đó, năng lượng ánh sáng được sử dụng để chuyển đổi CO2 trong khíquyển thành các hợp chất carbohydrate

- Chất lượng ánh sáng (phân phối quang phổ): Chất lượng ánh sáng dùng để

chỉ sự phân bố quang phổ của bức xạ, chẳng hạn phần bức xạ ở các vùng bước sóngmàu xanh lam, màu xanh lá cây, đỏ hoặc các vùng ánh sáng khác nhìn thấy hoặckhông nhìn thấy Đối với quang hợp, thực vật phản ứng mạnh với ánh sáng đỏ vàxanh lam Phân phối quang phổ ánh sáng cũng có ảnh hưởng đến quang phát sinhhình thái ở thực vật, sinh trưởng phát triển và ra hoa

- Thời gian chiếu sáng-tối (quang chu kỳ): Quang chu kỳ chủ yếu ảnh hưởng

đến ra hoa Thời gian ra hoa ở thực vật có thể được kiểm soát bằng cách điều khiểnthời gian chiếu sáng

Cây không hấp thụ tất cả các bước sóng của ánh sáng (bức xạ mặt trời), chúngchỉ hấp thụ các bước sóng thích hợp theo yêu cầu của nó Phần quan trọng nhất củaquang phổ ánh sáng trong khoảng 400-700 nm được gọi là bức xạ hoạt động củaquang hợp (PAR-photosynthetically active radiation), phạm vi quang phổ này tương

ứng với khoảng quang phổ nhìn thấy của mắt người (Chen et al., 2014) [40].

Chlorophyll (chlorophyll a và b) đóng một vai trò quan trọng trong quang hợp,nhưng chúng không chỉ là chromophore Cây còn có sắc tố quang hợp khác, đượcgọi là sắc tố vệ tinh hay sắc tố kèm (ví dụ như carotenoid: β-carotene, zeaxanthin,lycopene và lutein v.v), chúng tham gia vào sự hấp thụ ánh sáng và đóng một vai tròquan trọng trong quang hợp tạo nên năng suất cây trồng (Hình 1.2)

Hình 1.2 Phổ hấp thu của chlorophyll và carotenoid

(Nguồn: Chen et al , 2014) [40]

Phổ bức xạ mặt trời chủ yếu bao gồm ba phần: tia cực tím (UV), ánh sáng nhìnthấy và tia hồng ngoại (Hình 1.3 và Hình 1.4):

Hình 1.3 Các phổ bước sóng ánh sáng

(Nguồn:

http://dennangluongmattroigivasolar.blogspot.com/2019/01/nhung-phep-do-can-biet-khi-su-dung-den-led-nong-nghiep.html) [175]

Hình 1.4 Những khoảng ánh sáng được hấp thụ bởi thực vật

(Phạm vi của các bước sóng được cảm nhận bởi các tế bào cảm quang thựcvật chính: phytochromes, cryptochromes, phototropins và UVR8, cho phép thực vậtthích nghi phát triển dựa vào ánh sáng

(Nguồn: http://www.biologie.ens.fr/smdgs/spip.php?article57) [176].

- 200-280 nm (tia cực tím C): Đây là phần quang phổ có hại cho cây vì cóđộc tính cao UVC bị chặn bởi tầng ozone trên mặt đất, vì vậy nó không chiếu tớiđược bề mặt trái đất

- 280-315 nm (tia cực tím B): Phần này không phải là rất có hại nhưng khảnăng gây mất mầu ở lá cây

- 315-380 nm (tia cực tím A): Phần ánh sáng này không có bất kỳ ảnh hưởngtích cực hoặc tiêu cực nào đến sinh trưởng ở thực vật

- 380-400 nm (tia cực tím A/ánh sáng nhìn thấy): Bắt đầu quang phổ của ánhsáng nhìn thấy, bắt đầu quá trình hấp thụ ánh sáng bởi sắc tố thực vật (chlorophyll

và carotenoid)

- 400-520 nm (ánh sáng nhìn thấy): Chứa tia tím, xanh lam và dải màu xanh

lá cây Đỉnh hấp thụ của chlorophyll xảy ra trong phạm vi này Nó có ảnh hưởng rấtlớn đến quang hợp và tăng trưởng ở thực vật

- 520-610 nm (ánh sáng nhìn thấy): Vùng ánh sáng này có chứa dải màuxanh lá cây, màu vàng và màu da cam Phạm vi này là ít hấp thụ bởi các sắc tố thựcvật Nó ít ảnh hưởng đến quang hợp và tăng trưởng thực vật

- 610-720 nm (ánh sáng nhìn thấy): Chứa dải màu đỏ Sự hấp thụ phần lớnxảy ra ở phạm vi này Dải ánh sáng này ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự sinh trưởngsinh dưỡng, quang hợp, ra hoa và nở hoa ở thực vật

- 720-1000 nm (màu đỏ xa/hồng ngoại): Nảy mầm và ra hoa bị ảnh hưởngbởi phạm vi này mặc dù hấp thụ ít xảy ra ở dải ánh sáng này

- > 1000 nm (hồng ngoại): Tất cả hấp thụ ở vùng ánh sáng này được chuyểnthành nhiệt

1.2.2 Tính ưu việt của việc sử dụng đèn LED (light-emitting diode) cho cây trồng 1.2.2.1 Đặc điểm và tính ưu việt của đèn LED so với các nguồn sáng khác khi

sử dụng cho cây trồng

LED là ánh sáng trạng thái rắn, phát ra từ một loại chất bán dẫn, cho phépkiểm soát thành phần quang phổ và cường độ ánh sáng thích hợp để liên kết với cácbộ phận cảm biến và tiếp nhận ánh sáng của cây Chính sự hoạt động của các bộphận cảm biến này sẽ ảnh hưởng đến hình thái thực vật, các quá trình sinh lý khácnhau cũng như khả năng ra hoa và hiệu quả của quang hợp, do đó giúp cây tăngtrưởng tốt hơn LED có khả năng sinh ra các dòng sáng phát quang cao nhưng nhiệtbức xạ thấp và duy trì hiệu quả của ánh sáng trong nhiều năm, bên cạnh đó đènLED có khối lượng nhỏ, độ bền, tuổi thọ dài, thân thiện với môi trường và lượngphoton sản sinh ra tỉ lệ tuyến tính với dòng điện đầu vào (Xu, 2019) [162] Cácnguồn ánh sáng truyền thống như đèn natri cao áp (pressure sodium lamps-HPS) và

đèn halogen kim loại (metal halide lamps-MH)được sử dụng cho trồng trọt khônghiệu quả lắm Đèn HPS phát ra nhiệt độ cao, lớn hơn hoặc bằng 200oC, dẫn đến tỏa

nhiệt bức xạ đáng kể trực tiếp vào môi trường (Opdam et al., 2004) [106] Nhiệt

bức xạ sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển của cây nếu đèn được đặt gần cây.Đó là lý do tại sao những bóng đèn này luôn được đặt ở một chiều cao nhất định(lớn hơn 2m) Mặc dù những nguồn này được sử dụng để tăng lượng photon quanghợp nhưng có bước sóng không cần thiết nằm ngoài quang phổ bức xạ hoạt độngquang hợp và có chất lượng thấp để thúc đẩy tăng trưởng của cây, không những thếlại tạo ra nhiệt bức xạ cao Đặc tính sinh nhiệt bức xạ này hạn chế khả năng sử dụng

đèn HPS ở hệ thống nhà kính trong tương lai (Pattison et al., 2018; Nicole et al.,

2019) [103], [115] Các bóng đèn huỳnh quang phát sáng phải được định kỳ thaythế và tiêu tốn rất nhiều điện năng, đồng thời tỏa nhiệt ra môi trường bên ngoài

(Tennessen et al., 1994) [146] Bên cạnh đó, các bóng đèn huỳnh quang có tuổi thọ

khoảng 20.000 giờ trong khi bóng đèn sợi đốt tối đa đạt khoảng 1000 giờ Nhữngloại đèn này có vỏ mỏng manh và dễ vỡ, trong khí đó đèn LED không có lớp vỏnhư vậy nên không dễ hỏng và cháy như bóng đèn huỳnh quang Thông thường, cácđèn LED được biết đến có tuổi thọ khoảng từ 30.000 đến 50.000 giờ và thậm chícòn hơn thế nữa Do nhiệt bức xạ sinh ra thấp, đèn LED có thể được đặt gần các cây

và được thiết kế để phát ra lượng ánh sáng lớn, thậm chí với cường độ cao (Xu,2019) [162]

Thực tế, năng lượng là một yếu tố quan trọng đóng góp khoảng 20-30% tổngchi phí sản xuất trong ngành công nghiệp nhà kính (Brumfield, 2007) [35] Tấtnhiên, tỏa nhiệt là một yếu tố làm tăng chi phí đáng kể trong ngành công nghiệp nhàkính, nhưng nhiệt được tạo ra bởi đèn HPS lại không góp phần đáng kể để giữ ấmnhà kính cũng như cho sự phát triển tối ưu cây trồng Do đó, một công nghệ mớilàm giảm đáng kể điện năng tiêu thụ và tạo ra nhiệt bức xạ thấp cho cây trồng, đồngthời có khả năng duy trì, thậm chí cải thiện giá trị cây trồng (sinh khối và dinhdưỡng) là mối quan tâm lớn đối với ngành công nghiệp nhà kính Chính vì vậy, đèn

LED ra đời và góp phần đáng kể vào việc giải quyết những hạn chế nêu trên (Bantis

et al., 2016) [29].

Bên cạnh đó, đèn LED cũng phù hợp với các ứng dụng nghiên cứu (ví dụ nhưtrong buồng sinh trưởng, cho các ứng dụng nuôi cấy mô) Do đèn LED là một thiết

bị trạng thái rắn nên có thể dễ dàng tích hợp vào các hệ thống điều khiển kỹ thuật

số Trên cơ sở đó, có thể xây dựng các chương trình chiếu sáng phức tạp như cườngđộ hoặc thành phần quang phổ khác nhau trong suốt quá trình phát triển của cây

trồng (Nicole et al , 2019) [103].

Ở Việt Nam có một số lĩnh vực đôi khi bắt buộc phải sử dụng cây nuôi cấy

mô, chẳng hạn như sản xuất cây giống hoa, cây lâm nghiệp Vấn đề đặt ra là cầnphải có các nguồn sáng chuyên dụng vừa tiết kiệm năng lượng vừa cho kết quảnhân giống tốt Song, đèn huỳnh quang sử dụng trong các phòng nuôi cấy mô hiệnnay chỉ phù hợp cho mục đích chiếu sáng thông thường (phổ ánh sáng thích hợptheo mắt người có bước sóng tập trung trong khoảng 500-600nm), trong khi vùng ánhsáng đỏ là vùng diệp lục hấp phụ quan trọng nhất cho quang hợp thì rất thiếu Các đèncompact cũng thiếu vùng ánh sáng đỏ cho cây Đèn thủy ngân có tỷ lệ ánh sáng đỏ caonhưng hiệu suất thấp Đèn natri lại thiếu vùng ánh sáng xanh lam, vùng mà diệp lục sửdụng mạnh Vì thế, việc chế tạo đèn chỉ phát những tia sáng phù hợp với phổ hấp phụcủa diệp lục sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng ánh sáng của cây và làm giảm năng lượngchi phí do phát ra ngoài bước sóng mà cây cần [160]

1.2.2.2 Đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng đèn LED cho cây trồng

Đánh giá về hiệu quả kinh tế khi so sánh giữa ánh sáng truyền thống với ánhsáng LED đã cho thấy, việc sử dụng đèn LED cho phép giảm chi phí sản xuất raudài ngày (vài năm), do hiệu quả sử dụng năng lượng cao, chi phí bảo trì thấp và tuổithọ cao Do đó, đèn LED rất có tiềm năng để thay thế cho các nguồn chiếu sánghiện tại

Về hiệu suất, một bóng đèn sợi đốt sẽ chuyển ít hơn 5% năng lượng điện đầuvào thành ánh sáng, trong khi đèn LED thương mại có hiệu suất được biết đến lớn

hơn 50% Điều này cho thấy tiềm năng hiệu quả sử dụng năng lượng của đèn LED

trong chiếu sáng (Singh et al , 2015) [136].

Mặc dù, có thể cho rằng đèn LED có những đặc điểm phù hợp cho việc trồngcây trong nhà kính như: Giảm tiêu thụ năng lượng lên đến 70% so với đèn chiếusáng truyền thống, khởi động nhanh chóng và hoạt động ở trạng thái ổn định, cácchức năng điện tử đơn giản, hiệu suất lượng tử tương đối cao; Nhiệt độ ổn định bêntrong buồng tăng trưởng và nhà kính; Cho phép kiểm soát thành phần quang phổcủa các bước sóng màu xanh lam, màu xanh lá cây, đỏ và bước sóng đỏ xa; Giảmstress nhiệt trên cây trồng; Giảm tưới nước và duy trì độ thông gió; Thời gian sống,độ an toàn và kích thước nhỏ gọn… Tuy nhiên, chi phí vốn cao của hệ thống chiếusáng LED là một khía cạnh quan trọng liên quan đến những hạn chế khi hình thànhcông nghệ LED cho hệ thống ánh sáng nhà kính Song, phát triển công nghệ và sảnxuất hàng loạt dựa trên nhu cầu cao nói chung và trong ngành công nghiệp nhà kínhnói riêng trong tương lai, dự kiến sẽ làm giảm đáng kể chi phí vốn đầu tư Một hệthống đèn LED được thiết kế đúng cách sẽ mang lại hiệu suất cao và tuổi thọ vượt

xa so với nguồn ánh sáng truyền thống Nghiên cứu về ánh sáng đèn LED cho sựphát triển của cây trồng đã được tiến hành trong nhiều năm trở lại đây Ánh sángLED áp dụng với nhiều loại rau đã cho kết quả tốt về năng suất tối đa, chất lượngdinh dưỡng tối ưu và sẽ là tiền đề cho việc chấp nhận rộng rãi hơn của công nghệ

ánh sáng LED ở hệ thống nhà kính trong tương lai (Singh et al , 2015) [136].

Một số nghiên cứu đã được tiến hành đánh giá vai trò của đèn LED trong việctạo ra các sản phẩm thương mại trong hệ thống nhà kính Các nhà khoa học tại Đạihọc Purdue (Mỹ) đã thử nghiệm việc bổ sung chiếu sáng bằng đèn LED đỏ và xanhcường độ cao để sản xuất cà chua quanh năm so với bổ sung ánh sáng bằng đènHPS truyền thống Các kết quả cho thấy, những người trồng cà chua trong nhà kínhcó thể đạt được cùng một lượng cà chua khi sử dụng đèn LED chỉ tiêu thụ 25%năng lượng so với đèn truyền thống Các kết quả tương tự đã được báo cáo cho cácloại cây trồng khác như dưa chuột và rau diếp Đèn truyền thống (HPS) chỉ chuyển30% năng lượng thành ánh sáng có thể sử dụng được và 30% bị mất dưới dạng

nhiệt, trong khi đèn LED có thể chuyển đổi đến 50% và có thể được tối ưu hóa chocác bước sóng khác nhau (Kacira, 2011) [69].

Nhu cầu của thị trường đối với việc trồng cây trong nhà kính đã tăng rất nhanhchóng nhằm đáp ứng các yêu cầu về rau và hoa (đặc biệt là rau, hoa trái vụ) Trênphạm vi toàn cầu, Trung Quốc có hệ thống trồng cây trong nhà kính cao nhất cònTây Ban Nha là nhà sản xuất rau xanh chính ở Châu Âu Kết quả khảo sát về nghềlàm vườn do Bộ Nông nghiệp Hà Lan đưa ra cho thấy cà chua, dưa chuột, rau xàlách và rau diếp là những cây trồng quan trọng được sản xuất bởi công nghệ trồngcây trong nhà kính ở châu Âu Tại Đức, trong tất cả các ngành công nghiệp nhàkính đang phát triển, thì cà chua được xem như là cây trồng chính của họ Các điềutra kinh tế đã báo cáo rằng 25-35% chi phí sản xuất cho trồng cà chua dành cho chếđộ nhiệt và chiếu sáng Công nghệ trồng cây trong nhà kính đang tìm kiếm cách tiếpcận hiệu quả năng lượng mới để giảm chi phí sản xuất và đèn LED có thể cung cấp

giải pháp ánh sáng nhà kính với hiệu quả năng lượng và tuổi thọ cao (Gómez et al.,

2013) [54]

1.2.3 Những nghiên cứu về sử dụng đèn LED cho cây trồng trên thế giới

1.2.3.1 Những nghiên cứu về ánh sáng đèn LED đối với sự nảy mầm của hạt giống cây trồng

Ánh sáng đèn LED đã được nghiên cứu ứng dụng cho cây trồng ngay cả ở giaiđoạn nảy mầm của hạt giống Tehrani et al (2016) đã nghiên cứu ảnh hưởng củaánh sáng đỏ và xanh lên sự nảy mầm, các đặc điểm giải phẫu và siêu cấu trúc của

lục lạp trong hạt cải dầu (Brassica napus 'Modena') Hạt cải dầu đã nảy mầm ở 2, 4

và 8h dưới ánh sáng LED khác nhau: ánh sáng trắng (đối chứng), ánh sáng đỏ (638nm) và ánh sáng xanh (450 nm) Tỷ lệ nảy mầm của hạt dưới ánh sáng đỏ tăng đáng

kể so với đối chứng; tuy nhiên ánh sáng xanh làm giảm đáng kể tỷ lệ nảy mầm củahạt Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy chiều dài chồi mầm, sinh khối, đường kínhthân được tăng lên đáng kể khi xử lý ánh sáng xanh lam Có thể việc xử lý ánh sángxanh thúc đẩy quang hợp trong lá và tạo ra sinh khối cây cao hơn so với đối chứng

hoặc xử lý ánh sáng đỏ (Tehrani et al., 2016) [145].

Ánh sáng và nhiệt độ là yếu tố quan trọng cho sự nảy mầm và sinh trưởng củathực vật Để cải thiện sinh lý của rau diếp dưới nhiệt độ cao, nghiên cứu của Pardo

et al (2016) đã đánh giá ảnh hưởng của ánh sáng LED lên sự nảy mầm, chiều dàithân mầm, khối lượng tươi, khối lượng khô và sắc tố quang hợp (chlorophyll a, b vàcarotenoid) của cây rau diếp [100] Tám cách xử lý ánh sáng kết hợp từ 4 bước sóngánh sáng (đỏ, xanh lam, xanh lá cây, trắng) ở 2 tần số (25, 50 Hz) và một công thứcđối chứng đã được nghiên cứu Sự nảy mầm và sự phát triển của cây con được thựchiện với thời gian chiếu sáng 12 giờ, nhiệt độ trung bình là 37°C mỗi ngày Kết quảcho thấy sự khác biệt có ý nghĩa thống kê cao (p <0,01) ở các công thức xử lý ánhsáng khác nhau Ánh sáng đỏ ở tần số 50 Hz có tỉ lệ nảy mầm và chiều dài thânmầm cao nhất, tăng 8 và 35% tương ứng so với đối chứng; khối lượng khô lớn nhấtthu được với ánh sáng màu xanh và đỏ ở 50 Hz và tăng hơn đối chứng tương ứng là

45 và 28% Đối với sắc tố quang hợp, công thức xử lý có giá trị cao nhất tương ứngvới ánh sáng màu xanh lam ở 25 và 50 Hz Kết quả tốt nhất cho các công thức là xử

lý với ánh sáng đỏ với tần số 50 Hz, ngoại trừ các sắc tố quang hợp ở công thức

được kết hợp với ánh sáng màu xanh (Pardo et al., 2016) [110]

Những nghiên cứu kể trên cho thấy, ánh sáng đèn LED có ảnh hưởng đến giaiđoạn nảy mầm của hạt Trong đó, ánh sáng đỏ có tác động thúc đẩy tỉ lệ nảy mầmcòn ánh sáng xanh thúc đẩy sinh trưởng của cây mầm

1.2.3.2 Những nghiên cứu về ánh sáng đèn LED đối với sinh trưởng, năng suất và chất lượng cây trồng

Không chỉ sử dụng ở ánh sáng đèn LED để tăng cường khả năng nảy mầm củahạt Cường độ ánh sáng, phổ phát quang và chu kỳ chiếu sáng rất cần thiết cho sựphát triển, hình thái học, quá trình trao đổi chất và các phản ứng sinh lý khác nhau

của thực vật (Mitchell et al., 2015; Viršilė et al., 2017; Zhang et al., 2018) [95],

[154], [169]

* Nghiên cứu về phổ ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng, năng suất và chất lượng cây trồng:

- Đèn LED ánh sáng đỏ và xanh lam: Các hệ thống đèn LED chiếu sáng bổ

sung của thực vật thường có ba loại: kết hợp màu đỏ và màu xanh lam, tất cả màuxanh lam, tất cả màu đỏ nên có thể cung cấp các bước sóng ánh sáng đỏ và xanhlam mà bao trùm phạm vi bước sóng cần thiết cho quá trình quang hợp của cây Cóhai đỉnh năng lượng trong quang phổ của đèn LED trắng hay được sử dụng là vùngmàu xanh lam có bước sóng 445nm và vùng màu vàng lục 550 nm Tuy nhiên, dảisóng 610 ~ 720nm mà thực vật cần tăng trưởng thiếu, khiến hiệu quả bổ sung ánhsáng rất thấp Vì tỷ lệ ánh sáng đỏ và ánh sáng xanh của ánh sáng mặt trời là khoảng6,8: 1 hoặc hơn, trong khi đó để phù hợp đối với rau ăn lá, tỷ lệ này dưới 6,8: 1 (đỏ:xanh <6,8: 1) và đối với hoa trang trí đặc biệt đối với cây ăn quả, tỷ lệ được phân bổ

lớn hơn 6,8: 1 (Johkan et al., 2012) [67] Để giải quyết vấn đề này, sự đổi mới tỷ lệ

đỏ và xanh cần được nghiên cứu, tỷ lệ đỏ và xanh có thể được chuyển đổi giữa 4: 1

và 9: 1 nhằm cải thiện hơn nữa hiệu quả của hệ thống chiếu sáng bổ sung bằng đèn

LED (Xu et al., 2016) [163].

Sự thay đổi của quang phổ ánh sáng đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến các chỉ sốgiải phẫu, sinh lý và hình thái của lá Người ta đã chỉ ra rằng, phổ màu xanh tăng độdày của lớp biểu bì và các tế bào mô mềm lá, trong khi đó phổ đỏ giảm độ dày của

lớp biểu bì trên và mô xốp (Macedo et al., 2011) [91] Mặc dù, ánh sáng đỏ

(610-720 nm) là cần thiết cho sự phát triển bộ máy quang hợp cũng như quá trình quanghợp, nhưng ánh sáng màu xanh (400-500nm) cũng rất quan trọng cho sự tổng hợpchlorophyll, lục lạp, sự đóng mở của khí khổng và quá trình quang phát sinh hìnhthái Tuy nhiên, các bước sóng khác nhau của ánh sáng màu đỏ (660, 670, 680 và

690 nm) và màu xanh (430, 440, 460 và 475 nm) có thể có ảnh hưởng không giống

nhau trên cây trồng phụ thuộc vào các loài thực vật (Li et al., 2017) [86].

Không những thế, sự kết hợp ánh sáng LED màu xanh lam và đỏ trong phổánh sáng nhìn thấy đã được chứng minh là hiệu quả cho quang hợp và sự tăng

trưởng bình thường của các loại cây trồng khác nhau (Wang et al., 2016; Viršilė et

al , 2017; Bian et al., 2018) [31], [154], [156] Li et al (2017) cũng đã chỉ ra rằng

so với đèn LED trắng, chiều cao và đường kính thân của cây cà chua được tăngcường đáng kể nhờ sự kết hợp giữa đèn LED đỏ và xanh lam Ngoài ra, ánh sáng đỏđơn sắc làm tăng hàm lượng fructose, glucose Sự kết hợp của đèn đỏ và xanh lamtăng cường đáng kể sự tích lũy carbohydrate, tinh bột và sucrose, đặc biệt là côngthức xử lý ánh sáng đỏ xanh với tỉ lệ 3:1 Đây đồng thời cũng là công thức có lượngsucrose synthase (SS) đạt giá trị cao nhất, theo đó hàm lượng tinh bột cao hơn đáng

kể nên đã cải thiện năng suất và chất lượng của quả cà chua (Li et al., 2017) [86].

Tương tự, ảnh hưởng của đèn LED đơn sắc đỏ, xanh lam và sự kết hợp của chúng

với tỉ lệ 1: 1, 1: 2 và 2: 1 trên cây rau diếp (Lactuca sativa cv) đã được thực hiện (Ngilah et al., 2018) [102] Cây con được trồng ở dung dịch Hoagland, EC dao

động từ 1100 đến 1300 µS/cm và pH 6-7 Kết quả thu được cho thấy ánh sáng đơnsắc đỏ không thích hợp để trồng loại rau này, trong khi phân tích phương sai chỉ rarằng cây được trồng dưới ánh sáng xanh có chiều cao cây lớn nhất sau năm tuần thuhoạch, nhưng những cây này có số lượng lá thấp nhất Khối lượng tươi cao nhất thuđược với 18 giờ chiếu sáng Khi kết hợp 18h chiếu sáng với BR hoặc 2BR là tốt

nhất để trồng L sativa cv (Ngilah et al , 2018) [102] Jishi et al (2016) cũng thu

được kết quả tương tự trên đối tượng cây trồng này khi chuyển đổi các giờ bức xạ

của đèn LED xanh và đỏ (Jishi et al., 2016) [66].

Các nghiên cứu trước đây cũng chỉ ra rằng ánh sáng LED có hiệu quả trongviệc điều chỉnh hàm lượng phenylpropanoids, glucosinolates, polyphenol, flavonoid

và một số chất chống oxi hóa trong bắp cải Trung Quốc (Brassica rapa ssp Tekinensis) (Kim et al., 2015; Zhang et al., 2015; Lee et al., 2016) [73], [81], [168].

Trong nghiên cứu sử dụng phổ ánh sáng khác nhau (đỏ, xanh và trắng) chiếu bởiđèn LED để tăng cường hàm lượng AsA (axit L-ascuricic) trong cây bắp cải Trung

lượng AsA lên 40% so với công thức đèn LED ánh sáng trắng Trong khi đó, ánhsáng LED màu xanh gây ra biểu hiện của các gen liên quan đến sinh tổng hợp AsA

nhưng làm giảm hàm lượng các gốc oxi hoạt hóa (ROS) (Kang et al., 2019) [70].

Trong nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng LED màu đỏ (80%) và xanh lam (20%)đối với hàm lượng rutin trong lá cà chua Kết quả cho thấy, rằng đèn LED bổ sunggây ra sự tích tụ các chất chuyển hóa thứ cấp trong lá cà chua được trồng trong nhàkính như nồng độ rutin, flavonoids cao hơn ở lá non và một phần ở lá trưởng thành

(Groher et al., 2019) [56] Trước đó, Jiang et al (2017) đã quan sát thấy năng suất

quả, hàm lượng chất rắn hòa tan và axit ascobic đều tăng khi ánh sáng LED bổ sung

từ bên dưới và bên trong tán cây cà chua (Jiang et al., 2017) [64].

Sinh trưởng của cây rau là yếu tố quyết định năng suất, chịu tác động mạnh

mẽ bởi ánh sáng, đồng thời hàm lượng các chất dinh dưỡng cũng thay đổi dưới cácchế độ chiếu sáng khác nhau Nồng độ nitrate trong các bộ phận ăn được của thựcvật là yếu tố rất quan trọng Nitrate chuyển hóa ở đa số các loài thực vật chịu tácđộng của ánh sáng Wojciechowska et al (2016) [159] đã nghiên cứu ảnh hưởng củaviệc bổ sung ánh sáng đèn LED và HPS cũng như bức xạ mặt trời đến nồng độ

nitrate và sự trao đổi chất ở cây rau xà lách bắp Valerianella locusta

'Nordhollandse' trong 30 và 60 ngày chiếu sáng Hàm lượng nitrate giảm đáng kể ởcây rau xà lách bắp được trồng dưới 90% ánh sáng đỏ + 10% ánh sáng LED xanh sovới các cây được trồng dưới ánh sáng HPS Mức giảm lớn nhất (khoảng 1600 mg

NO3-/kg khối lượng tươi) được quan sát thấy ở ngày chiếu sáng thứ 60 Hoạt độngcủa enzyme nitrate reductase (NRA) đã bị ảnh hưởng ở mức độ lớn hơn theo sựtăng trưởng của thực vật khi xử lý ánh sáng Trung bình, sau 30 ngày chiếu sáng,

mức độ hoạt động NRA và nitrate trong lá V locusta cao hơn (khoảng 25% và 40%) so với 60 ngày sau xử lý (Wojciechowska et al., 2016) [159].

- Đèn LED ánh sáng xanh lá cây: Nếu như bước sóng đèn LED màu đỏ và

xanh lam được đặc trưng bởi hiệu quả photon cao nhất thì các bước sóng đèn LEDkhác như xanh lá cây, đỏ xa và UV-A có hiệu quả photon thấp hơn đáng kể (Park &Runkle, 2018) [113] Ánh sáng xanh lá cây cũng được biết đến là kích thích quang

hợp sâu hơn trong tán cây (Bantis et al., 2018) [30], cải thiện khả năng quang hợp

và sinh trưởng của cây như kéo dài chiều cao thân, tạo chồi nách, tạo những thay

đổi về hình thái, giải phẫu lá (Bantis et al , 2016; Bian et al , 2018) [29], [31] tăng

cường hoạt động chống oxi hóa, hàm lượng các chất chống oxi hóa (Bian et al , 2018; De Keyser et al., 2019) [31], [46] và các hợp chất thơm trong lá (Carvalho et al., 2016) [36] Ánh sáng xanh lá cây cũng góp phần thúc đẩy sự sinh trưởng và

phát triển của cây trồng Novičkovas et al (2010) đã phát hiện ra rằng đèn LEDxanh lá cây (505 và 530 nm) kết hợp với đèn HPS (high pressure sodium) giúp câydưa chuột tăng trưởng tốt hơn Tuy nhiên, chỉ riêng ánh sáng xanh lá cây không đủ

để hỗ trợ sự phát triển của thực vật bởi vì nó được cây hấp thụ ít nhất, nhưng khi sửdụng kết hợp với ánh sáng đỏ, xanh lam và đỏ xa chắc chắn sẽ cho thấy một số phảnứng sinh lý quan trọng Các thí nghiệm với bước sóng khác nhau của đèn LED xanhlam, đỏ và xanh lá cây cho phép xác định bước sóng tối ưu đặc hiệu đối với sự pháttriển của cây trồng Các kết quả nghiên cứu quang phổ ánh sáng có thể được sửdụng để thiết kế một quang phổ đáp ứng việc sử dụng ánh sáng một cách có hiệu

quả ở các loài thực vật cụ thể (Novičkovas et al., 2010) [104].

- Đèn LED ánh sáng vàng, cam, UV, đỏ xa: Bên cạnh những nghiên cứu kể

trên, ảnh hưởng của ánh sáng màu vàng và màu cam ít được nghiên cứu Ánh sángđèn LED màu vàng bổ sung làm tăng hàm lượng caroten trong cây rau diếp, trongkhi ánh sáng màu cam bổ sung làm tăng hàm lượng các hợp chất phenol (Brazaitytė

et al., 2015) [34] Một lượng nhỏ ánh sáng UV-A cũng có lợi cho thực vật bởi vì nó

kích thích tăng trưởng và tích lũy anthocyanin và tạo màu sắc ở lá (Wargent, 2016;Neugart & Schreiner, 2018) [101], [158]

Ánh sáng đèn LED màu xanh lam 455nm, màu đỏ 627 và 660nm và đỏ xa735nm được bổ sung ánh sáng đèn LED UV-A 380nm, xanh lá cây 510nm, màu

dụng để nghiên cứu trên cây rau diếp Kết quả cho thấy, ánh sáng bổ sung khôngảnh hưởng đến sự sinh trưởng của rau diếp ở cùng một cường độ; tuy nhiên có tácđộng rõ rệt đến hàm lượng nitrit, axit amin, axit hữu cơ và hàm lượng đường hòatan Ánh sáng màu cam, xanh lá cây và UV-A có tác dụng khác biệt đối với quátrình chuyển hóa ở rau diếp lá đỏ, lá xanh và tương tác với giá trị dinh dưỡng, mức

an toàn trong sản xuất rau diếp Trong đó, ánh sáng xanh có tác động tích cực đến

hàm lượng các chất chuyển hóa sơ cấp trong rau diếp lá đỏ và lá xanh (Viršilė et al.,

2019) [153]

Mặt khác theo định nghĩa, bức xạ hoạt động quang hợp (PAR) bao gồm bướcsóng từ 400 đến 700 nm và do đó, ánh sáng hồng ngoại (FR, 700-800 nm) được loạitrừ khi đo và đánh giá mật độ dòng lượng tử quang hợp (PPFD-photosyntheticphoton flux density) Tuy nhiên, tỉ lệ ánh sáng đỏ/đỏ xa điều chỉnh phản ứng hìnhthái và phát triển của cây qua trung gian là các phytochrome, thúc đẩy quá trình hấpthụ bức xạ và quyết định sự sống còn của các cây ưa bóng Các tác giả cho rằng, FRtrong quang phổ bức xạ sẽ ít có ảnh hưởng đến quá trình quang hợp nhưng sẽ làmtăng khả năng hấp thụ bức xạ và sự phát triển của cây trồng, đẩy nhanh sự ra hoacủa các loài cây ưa sáng Ánh sáng FR làm tăng sự phát triển của cây trồng gián tiếpthông qua việc mở rộng phiến lá và trực tiếp thông qua việc tăng cường mạng lướiđồng hóa của toàn cây và có thể thúc đẩy sự hình thành hoa ở một số ít loài (Park &Runkle, 2017) [112] Điều này cũng tương tự với những nghiên cứu đã chỉ ra trướcđó khi bổ sung ánh sáng màu đỏ (730 nm) với ánh sáng màu đỏ (640 nm) làm tăng

chiều dài lá và tổng sinh khối của rau diếp lá đỏ (Lactua sativa), trong khi khả năng chống oxi hoá và anthocyanin lại giảm (Stutte et al., 2009) [141].

* Nghiên cứu về cường độ ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng, năng suất và chất lượng cây trồng:

Không chỉ phổ ánh sáng mà cường độ ánh sáng, chu kỳ chiếu sáng đều có tácđộng đến sinh trưởng năng suất và chất lượng của cây trồng Cây rau diếp thủy canh

(Lactuca sativa L cv Frill ice) được trồng ở 2 mức cường độ ánh sáng (200 và 250

μmol/m2/s) và hai chu kỳ chiếu sáng (14 và 16 giờ/ngày) dưới ba phổ ánh sáng đènLED với tỉ lệ đỏ/xanh (tỉ lệ R: B) là 1:2; 2:2 và đèn huỳnh quang có tỉ lệ R: B là 1:8(đối chứng) Kết quả cho thấy, khối lượng tươi của lá và rễ của rau diếp cao hơn ởnhững cây được trồng ở mức 200 μmol/m2/s với chu kỳ chiếu sáng 16 giờ/ngày bất

kể phổ ánh sáng nào ở giai đoạn cây con Nói chung, hàm lượng vitamin C của raudiếp trồng dưới đèn LED với tỉ lệ R/B=1/2 là thấp và không có sự khác biệt đáng kểnào về hàm lượng nitrate giữa ba nguồn chiếu sáng Xét về năng suất, chất lượng,

hiệu quả chiếu sáng và mức tiêu thụ điện giữa các nguồn chiếu sáng, cường độ 200μmol/m2/s với chu kỳ chiếu sáng 16 giờ/ngày được cung cấp bởi đèn LED với tỉ lệ

R/B=2/2 phù hợp với sản xuất cây rau diếp thủy canh (Yan et al., 2019) [164] Nghiên cứu khác trên cây cải dầu (Brassica napus L.) dưới ánh sáng đèn LED

đỏ (630 và 660nm) có bổ sung ánh sáng xanh (445nm) ở các cường đường độ khácnhau từ 200µmol/m2s, 300µmol/m2s và 400µmol/m2s đã chỉ ra có ảnh hưởng khácnhau đến sinh trưởng (chiều dài rễ, chiều cao cây, diện tích lá, khối lượng khô) cũngnhư các yếu tố liên quan trực tiếp đến quá trình quang hợp (độ dẫn khí khổng, hàmlượng CO2 trong các khoảng gian bào, cường độ thoát hơi nước) Cường độ ánhsáng 300µmol/m2s được cho là có hiệu quả nhất cho sinh trưởng của cây cải dầu

trong các cường độ được nghiên cứu (Yao et al., 2017) [165].

Ngoài ra, để điều chỉnh theo chế độ ánh sáng khác nhau của môi trường, thựcvật đã phát triển nhiều cơ chế, bao gồm cả thay đổi hình thái và sinh lý ở các mứcđộ khác nhau của lá Mức độ ánh sáng thấp có thể dẫn đến tăng diện tích lá đặctrưng (specific leaf area-SLA) và chiều cao cây Những sự thích ứng này nhằm tối

đa hóa khả năng hấp thụ ánh sáng sẵn có, đáp ứng nhu cầu quang hợp (Macedo et al., 2011) [91] Trong khi, cường độ bức xạ cao có liên quan đến nhiều đặc tính hình

thái sinh lý phù hợp với điều kiện môi trường, như giảm diện diện tích lá đặc trưng(SLA) để bảo vệ cây trồng khỏi bị bức xạ cao; tăng độ dày của lá do tăng số lượngcác lớp tế bào hoặc lớp tế bào mô giậu và mô xốp phát triển mạnh Sự biến đổi nàygiúp ngăn ngừa hoặc giảm nhẹ những tổn thương do sự chiếu sáng quá mức bởi

năng lượng ánh sáng, đảm bảo quá trình quang hợp diễn ra thuận lợi (Fan et al.,

2013) [51]

Những kết quả trên cho thấy, cây có thể hoàn thành chu trình sống của nó dướiánh sáng đèn LED màu đỏ, màu xanh riêng lẻ, nhưng cây sinh trưởng tốt hơn khi sửdụng bổ sung ánh sáng đèn LED đỏ với một tỉ lệ nhất định ánh sáng màu xanh lam

Đa số các phổ ánh sáng được nghiên cứu như xanh lam, đỏ, vàng, cam, xanh lá cây,

đỏ xa, UV-A… đều có tác động đến cây trồng Đồng thời, sự đáp ứng của cây trồng(sự sinh trưởng, hàm lượng các chất dinh dưỡng, các chất chuyển hóa thứ cấp) đối

với phổ ánh sáng của các loài khác nhau là khác nhau Bên cạnh đó, cường độ ánhsáng và thời gian chiếu sáng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định đếnnăng suất và chất lượng cây trồng Trong đó, các cây trồng khác nhau sinh trưởngtối ưu ở một ngưỡng cường độ thích hợp.

1.2.3.3 Những nghiên cứu về ánh sáng đèn LED đối với điều khiển ra hoa ở cây trồng

Những nghiên cứu quốc tế đã chỉ ra rằng, sử dụng quang gián đoạn (nightinterruption - NI) để điều khiển ra hoa của cây trồng có hiệu quả tích cực, như

nghiên cứu của Curry and Ervin (2010) với các loài Kalanchoe Kết quả cho thấy các loài Kalanchoe ra hoa với chu kì chiếu sáng trong ngày từ 9 đến 12

giờ, số lượng hoa giảm khi tăng thời gian chiếu sáng trong ngày từ 12 đến 14giờ và các loài này đã không hình thành hoa khi sinh trưởng trong điều kiện chu

kỳ chiếu sáng 15 giờ (Currey & Erwin, 2010) [45]

Nghiên cứu của Shin et al (2010) cũng cho thấy trên cây hoa tai thỏ ('Sierra

Scarlet' cyclamens) được trồng dưới quang gián đoạn (NI) (4h) bởi đèn LED đỏ, đỏ

xa, xanh lam, đỏ kết hợp với đỏ xa và đèn huỳnh quang trong nhà kính Trong cácthí nghiệm, nhiệt độ ban đêm trung bình được duy trì ở mức trên 16oC Quang chu

kỳ được cài đặt hoàn toàn tự động (9/15h, ngày/đêm) Quang gián đoạn được cungcấp bởi đèn có cường độ bức xạ quang hợp như nhau là 4 ± 1 µmol/m2/s Quanggián đoạn với tất cả các nguồn ánh sáng thúc đẩy sự hình thành hoa và ra hoa so vớiđiều kiện ngắn ngày (SD) không được xử lý NI với đèn LED xanh lam + đỏ pháthuy hiệu quả nhất trong số tất cả các nguồn sáng LED được nghiên cứu Chiều dàicuống lá dài hơn khi cây bị xử lý NI với đèn LED màu đỏ xa, chứng tỏ NI với đènLED màu đỏ xa đã làm giảm sự phát triển sinh dưỡng so với các nguồn ánh sáng

trưởng với cường độ ánh sáng không đổi 180 µmol/m2/s Ánh sáng được cung cấpbởi đèn LED trắng (W) để tạo ra ngày dài (LD, 16h sáng/8h tối), ngày ngắn (SD,10h sáng/14h tối), hoặc SD với 4h quang gián đoạn vào ban đêm Việc thực hiệnquang gián đoạn (NI) cũng được thực hiện bởi các đèn LED màu xanh lá cây (NI-G), xanh lam (NI-B), đỏ (NI-R), màu đỏ xa (NI-Fr) hoặc trắng (NI-W) với cườngđộ giảm đáng kể là 10 µmol/m2/s (chỉ 5,5% cường độ của nguồn sáng chính) Chiềucao cây lớn nhất ở công thức NI-Fr Phần trăm nở hoa không bị ảnh hưởng bởi phổánh sáng trong NI và tất cả các cây đều nở hoa ở mọi công thức xử lý Trong cáccông thức xử lý NI, ngày xuất hiện nụ tăng ở công thức NI-Fr Tất cả các gen mãhóa photoreceptors ngoại trừ phyB và FTL được biểu hiện cao trong điều kiện LDbình thường Khi xử lý NI với những phổ ánh sáng khác nhau, những gen mã hóaphotoreceptors này được biểu hiện ở mức cao hơn, ngoại trừ ở công thức NI-B sovới SD Những kết quả này cho thấy rằng sự phát sinh hình thái, ra hoa và sự biểuhiện của gen mã hóa photoreceptors bị ảnh hưởng bởi phổ ánh sáng khi xử lý NI

(Park et al., 2017) [114].

Bên cạnh đó, Park et al (2016) cũng đã nghiên cứu về ảnh hưởng của nguồnánh sáng nhân tạo với phổ ánh sáng khác nhau đến sinh trưởng và đặc điểm ra hoa

của cây dạ yến thảo “Madness Rose” Các đèn được sử dụng gồm: đèn huỳnh

quang dạng ống và dạng bóng (FL ống và FL bóng đèn), đèn LED dạng ống màutrắng (LED ống), đèn halogen (HL), đèn halogen kim loại (MH) và đèn natri cao áp(HPS) trong 10 tuần Nhiệt độ, quang chu kỳ và mật độ photon quang hợp (PPFD)trong phytotron lần lượt là 22 ± 2oC, 16h và 25 ± 2 µmol/m2/s Các nguồn ánh sángkết hợp với HL thúc đẩy sự kéo dài của thân, chiều cao của cây và chiều dài lónggiảm xuống khi tỉ lệ màu đỏ : đỏ xa (R: FR) tăng lên Ngày nở hoa (từ dài nhất đếnngắn nhất) xảy ra như sau: FL ống + HL> MH> HPS = FL ống + FL bóng đèn > FLống + LED ống> LED ống> FL ống Kết quả đã cho thấy tỉ lệ R: FR của các nguồnánh sáng giảm đã thúc đẩy ra hoa Chỉ có 20% cây được trồng dưới FL dạng ống ra

hoa, trong khi dưới tất cả các công thức xử lý khác 100% cây trồng nở hoa (Park et al., 2016) [111].