Апстракт: Расад поврћа је први корак у повртарској производњи, а квалитет расада је веома важан за принос и квалитет поврћа након садње.Уз континуирано усавршавање поделе рада у повртарској индустрији, саднице поврћа су постепено формирале самосталан индустријски ланац и служиле повртарској производњи.Под утицајем лоших временских услова, традиционалне методе садње се неизбежно суочавају са многим изазовима као што су спор раст садница, раст ногу и штеточине и болести.Да би се носили са дугоногим садницама, многи комерцијални култиватори користе регулаторе раста.Међутим, постоје ризици од крутости садница, безбедности хране и загађења животне средине употребом регулатора раста.Поред хемијских метода контроле, иако механичка стимулација, контрола температуре и воде такође могу играти улогу у спречавању дугоног раста садница, оне су нешто мање згодне и ефикасне.Под утицајем глобалне нове епидемије Цовид-19, проблеми у управљању производњом узроковани недостатком радне снаге и растућим трошковима рада у индустрији садница постали су израженији.

Са развојем технологије осветљења, употреба вештачког светла за подизање расада поврћа има предности високе ефикасности расада, мање штеточина и болести и лаке стандардизације.У поређењу са традиционалним изворима светлости, нова генерација ЛЕД извора светлости има карактеристике уштеде енергије, високе ефикасности, дугог века трајања, заштите животне средине и издржљивости, мале величине, ниског топлотног зрачења и мале амплитуде таласне дужине.Може да формулише одговарајући спектар према потребама раста и развоја садница у окружењу фабрика биљака, и прецизно контролише физиолошки и метаболички процес садница, истовремено доприносећи стандардизованој и брзој производњи расада поврћа без загађења. , и скраћује циклус садње.У Јужној Кини је потребно око 60 дана за узгој расада паприке и парадајза (3-4 права листа) у пластичним пластеницима, а око 35 дана за саднице краставца (3-5 правих листова).У фабричким условима за узгој расада парадајза потребно је само 17 дана, а за расада паприке 25 дана у условима фотопериода од 20 х и ППФ од 200-300 μмол/(м2•с).У поређењу са конвенционалним начином узгоја расада у стакленику, применом ЛЕД методе узгоја садница фабрике биљака значајно је скраћен циклус раста краставца за 15-30 дана, а број женских цветова и плодова по биљци је повећан за 33,8% и 37,3% , респективно, а највећи принос је повећан за 71,44%.

У погледу ефикасности коришћења енергије, ефикасност коришћења енергије у фабрикама биљака је већа од оне код стакленика типа Венло на истој географској ширини.На пример, у шведској фабрици биљака потребно је 1411 МЈ за производњу 1 кг суве материје зелене салате, док је у стакленику потребно 1699 МЈ.Међутим, ако се израчуна електрична енергија потребна по килограму суве материје зелене салате, фабрици је потребно 247 кВ·х за производњу 1 кг суве масе салате, а пластеницима у Шведској, Холандији и Уједињеним Арапским Емиратима потребно је 182 кВ· х, 70 кВ·х и 111 кВ·х, респективно.

Истовремено, у фабрици биљака, коришћење рачунара, аутоматске опреме, вештачке интелигенције и других технологија може прецизно контролисати услове животне средине погодне за узгој садница, ослободити се ограничења природног окружења и остварити интелигентно, механизована и годишња стабилна производња производње расада.Последњих година фабричке саднице се користе у комерцијалној производњи лиснатог поврћа, воћног поврћа и других економских усева у Јапану, Јужној Кореји, Европи и Сједињеним Државама и другим земљама.Висока почетна улагања фабрика биљака, високи оперативни трошкови и огромна потрошња енергије система су и даље уска грла која ограничавају промоцију технологије узгоја расада у кинеским фабрикама биљака.Због тога је неопходно узети у обзир захтеве високог приноса и уштеде енергије у смислу стратегије управљања светлошћу, успостављања модела раста поврћа и опреме за аутоматизацију како би се побољшале економске користи.

У овом чланку се разматра утицај ЛЕД светлосног окружења на раст и развој расада поврћа у фабрикама биљака у последњих неколико година, са освртом на смер истраживања регулације светлости расада поврћа у фабрикама биљака.

1. Утицај светлосног окружења на раст и развој расада поврћа

Као један од суштинских фактора животне средине за раст и развој биљака, светлост није само извор енергије за биљке за спровођење фотосинтезе, већ и кључни сигнал који утиче на фотоморфогенезу биљака.Биљке кроз систем светлосних сигнала осећају правац, енергију и квалитет светлости сигнала, регулишу сопствени раст и развој и реагују на присуство или одсуство, таласну дужину, интензитет и трајање светлости.Тренутно познати биљни фоторецептори укључују најмање три класе: фитохроме (ПХИА~ПХИЕ) који осећају црвену и далеко црвену светлост (ФР), криптохроме (ЦРИ1 и ЦРИ2) који осећају плаво и ултраљубичасто А, и елементе (Пхот1 и Пхот2), УВ-Б рецептор УВР8 који осећа УВ-Б.Ови фоторецептори учествују и регулишу експресију сродних гена, а затим регулишу животне активности као што су клијање семена биљака, фотоморфогенеза, време цветања, синтеза и акумулација секундарних метаболита и толеранција на биотичке и абиотичке стресове.

2. Утицај ЛЕД светлосног окружења на фотоморфолошко успостављање расада поврћа

2.1 Ефекти различитог квалитета светлости на фотоморфогенезу садница поврћа

Црвени и плави региони спектра имају високу квантну ефикасност за фотосинтезу листова биљака.Међутим, дуготрајно излагање листова краставца чистој црвеној светлости ће оштетити фотосистем, што ће резултирати феноменом „синдрома црвеног светла“ као што је заостајање стоматалног одговора, смањени фотосинтетски капацитет и ефикасност коришћења азота и успоравање раста.У условима слабог интензитета светлости (100±5 μмол/(м2•с)), чисто црвено светло може оштетити хлоропласте и младих и зрелих листова краставца, али оштећени хлоропласти су опорављени након што се промени са чисто црвене светлости. на црвено и плаво светло (Р:Б= 7:3).Напротив, када су биљке краставца прешле из окружења црвено-плавог светла у окружење чистог црвеног светла, фотосинтетичка ефикасност се није значајно смањила, показујући прилагодљивост окружењу црвеног светла.Анализом структуре листова садница краставца са „синдромом црвеног светла” електронским микроскопом, експериментатори су открили да су број хлоропласта, величина гранула скроба и дебљина зрна у листовима под чистим црвеним светлом знатно мањи од оних под третман беле светлости.Интервенција плаве светлости побољшава ултраструктуру и фотосинтетичке карактеристике хлоропласта краставца и елиминише прекомерну акумулацију хранљивих материја.У поређењу са белим светлом и црвеним и плавим светлом, чисто црвено светло је подстакло издуживање хипокотила и ширење котиледона садница парадајза, значајно повећало висину биљке и површину листова, али значајно смањило фотосинтетички капацитет, смањио садржај Рубисцо и фотохемијску ефикасност и значајно повећао расипање топлоте.Може се видети да различите врсте биљака различито реагују на исти квалитет светлости, али у поређењу са монохроматским светлом, биљке имају већу ефикасност фотосинтезе и снажнији раст у окружењу мешовите светлости.

Истраживачи су урадили многа истраживања о оптимизацији комбинације квалитета светлости садница поврћа.Под истим интензитетом светлости, са повећањем односа црвеног светла, висина биљке и свежа маса расада парадајза и краставца су значајно побољшане, а најбољи ефекат је имао третман са односом црвене према плавој од 3:1;напротив, висок однос плаве светлости Инхибирао је раст расада парадајза и краставца, које су биле кратке и збијене, али је повећавао садржај суве материје и хлорофила у избојцима расада.Слични обрасци се примећују и код других усева, као што су паприке и лубенице.Поред тога, у поређењу са белим светлом, црвено и плаво светло (Р:Б=3:1) не само да су значајно побољшале дебљину листова, садржај хлорофила, фотосинтетичку ефикасност и ефикасност преноса електрона садница парадајза, већ и нивое експресије повезаних ензима. Калвиновом циклусу, вегетаријански садржај раста и акумулација угљених хидрата су такође значајно побољшани.Упоређујући два односа црвеног и плавог светла (Р:Б=2:1, 4:1), већи однос плаве светлости је био погоднији за изазивање формирања женских цветова у садницама краставца и убрзао време цветања женских цветова. .Иако различити односи црвене и плаве светлости нису имали значајан утицај на принос свеже масе садница кеља, руколе и сенфа, висок однос плаве светлости (30% плаве светлости) значајно је смањио дужину хипокотила и површину котиледона кеља. и саднице горушице, док се боја котиледона продубила.Дакле, у производњи расада, одговарајућим повећањем удела плаве светлости може се значајно скратити размак чворова и површина листова садница поврћа, подстаћи бочно проширење расада и побољшати индекс снаге садница, што је погодно за гајење чврстих садница.Под условом да је интензитет светлости остао непромењен, повећање зелене светлости у црвеној и плавој светлости значајно је побољшало свежу масу, лисну површину и висину садница слатке паприке.У поређењу са традиционалном белом флуоресцентном лампом, под условима црвено-зелено-плаве (Р3:Г2:Б5) осветљења, И[ИИ], кП и ЕТР садница 'Окаги бр. 1 парадајза' су значајно побољшане.Додавање УВ светлости (100 μмол/(м2•с) плаве светлости + 7% УВ-А) чистој плавој светлости значајно је смањило брзину издужења стабљике руколе и сенфа, док је суплементација ФР била супротна.Ово такође показује да поред црвене и плаве светлости, у процесу раста и развоја биљака важну улогу имају и други квалитети светлости.Иако ни ултраљубичасто светло ни ФР нису извор енергије фотосинтезе, оба су укључена у фотоморфогенезу биљака.УВ светлост високог интензитета је штетна за биљну ДНК и протеине, итд. Међутим, УВ светлост активира ћелијске стресне реакције, изазивајући промене у расту, морфологији и развоју биљака да се прилагоде променама животне средине.Студије су показале да нижи Р/ФР индукује реакције избегавања сенке код биљака, што доводи до морфолошких промена у биљкама, као што су издуживање стабљике, стањивање листова и смањени принос суве материје.Витка стабљика није добра особина раста за узгој јаких садница.За опште лиснатог и воћног расада, чврсте, компактне и еластичне саднице нису склоне проблемима током транспорта и садње.

УВ-А може учинити саднице краставца краћим и компактнијим, а принос након пресађивања није значајно другачији од приноса контроле;док УВ-Б има значајнији инхибиторни ефекат, а ефекат смањења приноса након пресађивања није значајан.Претходне студије су сугерисале да УВ-А инхибира раст биљака и чини биљке патуљастим.Али све је више доказа да присуство УВ-А, уместо да потискује биомасу усева, заправо то промовише.У поређењу са основном црвеном и белом светлошћу (Р:В=2:3, ППФД је 250 μмол/(м2·с)), додатни интензитет у црвено-белој светлости је 10 В/м2 (око 10 μмол/(м2· с)) УВ-А кеља је значајно повећао биомасу, дужину интернодија, пречник стабљике и ширину крошње биљке, али је ефекат промоције био ослабљен када је УВ интензитет прешао 10 В/м2.Дневна 2 х УВ-А суплементација (0,45 Ј/(м2•с)) могла би значајно повећати висину биљке, површину котиледона и свежу масу 'Окхеарт' садница парадајза, док би смањила садржај Х2О2 у садницама парадајза.Може се видети да различити усеви различито реагују на УВ светлост, што може бити повезано са осетљивошћу усева на УВ светлост.

За култивацију калемљених садница, дужину стабљике треба на одговарајући начин повећати како би се олакшало калемљење подлога.Различити интензитети ФР различито су утицали на раст расада парадајза, паприке, краставца, тикве и лубенице.Додатак 18,9 μмол/(м2•с) ФР у хладном белом светлу значајно је повећао дужину хипокотила и пречник стабљике садница парадајза и паприке;ФР од 34,1 μмол/(м2•с) имао је најбољи ефекат на промовисање дужине хипокотила и пречника стабљике садница краставца, тиквице и лубенице;ФР високог интензитета (53,4 μмол/(м2•с)) имао је најбољи ефекат на ових пет поврћа.Дужина хипокотила и пречник стабљике садница се више нису значајно повећавали и почели су да показују опадајући тренд.Свежа тежина садница паприке се значајно смањила, што указује да су вредности засићености ФР свих пет садница поврћа биле ниже од 53,4 μмол/(м2•с), а вредност ФР је била значајно нижа од вредности ФР.Различити су и ефекти на раст различитих расада поврћа.

2.2 Ефекти различитих интеграла дневне светлости на фотоморфогенезу садница поврћа

Интеграл дневног светла (ДЛИ) представља укупну количину фотосинтетских фотона примљених на површину биљке у току дана, што је повезано са интензитетом светлости и временом светлости.Формула за прорачун је ДЛИ (мол/м2/дан) = интензитет светлости [μмол/(м2•с)] × Дневно светлосно време (х) × 3600 × 10-6.У окружењу са ниским интензитетом светлости, биљке реагују на окружење слабог осветљења издужујући дужину стабљике и интернодија, повећавајући висину биљке, дужину петељки и површину листа и смањујући дебљину листова и нето брзину фотосинтезе.Са повећањем интензитета светлости, осим сенфа, дужина хипокотила и издужење стабљике садница руколе, купуса и кеља под истим квалитетом светлости су значајно смањени.Види се да је утицај светлости на раст и морфогенезу биљака повезан са интензитетом светлости и биљним врстама.Са повећањем ДЛИ (8,64~28,8 мол/м2/дан), биљни тип садница краставца је постао кратак, јак и компактан, а специфична маса листа и садржај хлорофила постепено су опадали.6~16 дана након сетве садница краставца, листови и корени су се осушили.Тежина се постепено повећавала, а стопа раста постепено убрзавала, али је 16 до 21 дан након сетве стопа раста листова и корена садница краставца значајно опала.Побољшани ДЛИ је промовисао нето стопу фотосинтезе садница краставца, али након одређене вредности, нето стопа фотосинтезе је почела да опада.Стога, одабир одговарајућег ДЛИ и усвајање различитих стратегија додатне светлости у различитим фазама раста садница може смањити потрошњу енергије.Садржај растворљивог шећера и СОД ензима у расадима краставца и парадајза се повећавао са повећањем интензитета ДЛИ.Са повећањем интензитета ДЛИ са 7,47 мол/м2/дан на 11,26 мол/м2/дан, садржај растворљивог шећера и СОД ензима у расадима краставца повећан је за 81,03%, односно 55,5%.У истим условима ДЛИ, са повећањем интензитета светлости и скраћењем светлосног времена, активност ПСИИ код садница парадајза и краставца је инхибирана, а избор додатне светлосне стратегије ниског интензитета светлости и дугог трајања био је погоднији за култивацију високих садница. индекс и фотохемијска ефикасност расада краставца и парадајза.

У производњи калемљених расада, слабо осветљено окружење може довести до смањења квалитета калемљених садница и повећања времена зарастања.Одговарајући интензитет светлости не само да може побољшати способност везивања калемљеног места зарастања и побољшати индекс јаких садница, већ и смањити положај чворова женских цветова и повећати број женских цветова.У фабрикама биљака, ДЛИ од 2,5-7,5 мол/м2/дан је био довољан да задовољи потребе зарастања калемљених расада парадајза.Компактност и дебљина листа калемљених расада парадајза значајно су се повећавале са повећањем интензитета ДЛИ.Ово показује да калемљене саднице не захтевају висок интензитет светлости за зарастање.Стога, узимајући у обзир потрошњу енергије и окружење за садњу, одабир одговарајућег интензитета светлости помоћи ће побољшању економске користи.

3. Утицај ЛЕД светлосног окружења на отпорност расада поврћа на стрес

Биљке примају спољашње светлосне сигнале преко фоторецептора, изазивајући синтезу и акумулацију сигналних молекула у биљци, мењајући тако раст и функцију биљних органа и на крају побољшавајући отпорност биљке на стрес.Различити квалитет светлости има одређени промотивни ефекат на побољшање отпорности на хладноћу и отпорност на сол садница.На пример, када су саднице парадајза биле допуњене светлом током 4 сата ноћу, у поређењу са третманом без додатног светла, бело светло, црвено светло, плаво светло и црвено и плаво светло могло би да смањи пропустљивост електролита и садржај МДА у садницама парадајза, и побољшати отпорност на хладноћу.Активности СОД, ПОД и ЦАТ у расадима парадајза под третманом црвено-плавог односа 8:2 биле су значајно веће у односу на друге третмане, а имале су већи антиоксидативни капацитет и отпорност на хладноћу.

Ефекат УВ-Б на раст корена соје је углавном у побољшању отпорности биљака на стрес повећањем садржаја НО и РОС у корену, укључујући хормонске сигналне молекуле као што су АБА, СА и ЈА, и инхибирање развоја корена смањењем садржаја ИАА , ЦТК и ГА.Фоторецептор УВ-Б, УВР8, не само да је укључен у регулисање фотоморфогенезе, већ такође игра кључну улогу у УВ-Б стресу.У расадима парадајза, УВР8 посредује у синтези и акумулацији антоцијанина, а расад дивљег парадајза аклиматизованог на УВ зрачење побољшава њихову способност да се носи са УВ-Б стресом високог интензитета.Међутим, адаптација УВ-Б на стрес од суше изазван Арабидопсисом не зависи од пута УВР8, што указује да УВ-Б делује као унакрсни одговор одбрамбених механизама биљака изазван сигналом, тако да су различити хормони заједнички укључен у отпор стресу од суше, повећавајући способност уклањања РОС-а.

И продужење хипокотила или стабљике биљке узроковано ФР и адаптација биљака на стрес од хладноће регулисани су биљним хормонима.Стога је „ефекат избегавања сенке“ изазван ФР повезан са хладном адаптацијом биљака.Експериментатори су додавали саднице јечма 18 дана након клијања на 15°Ц током 10 дана, хлађење на 5°Ц + допуњавање ФР током 7 дана, и открили да у поређењу са третманом белом светлошћу, ФР повећава отпорност на мраз садница јечма.Овај процес је праћен повећаним садржајем АБА и ИАА у садницама јечма.Накнадно пребацивање садница јечма претходно третираних на 15°Ц ФР на 5°Ц и наставак додавања ФР током 7 дана резултирали су сличним резултатима као у горња два третмана, али са смањеним АБА одговором.Биљке са различитим вредностима Р:ФР контролишу биосинтезу фитохормона (ГА, ИАА, ЦТК и АБА), који су такође укључени у толеранцију соли биљака.Под стресом од соли, светлосно окружење са ниским односом Р:ФР може побољшати антиоксидативни и фотосинтетски капацитет садница парадајза, смањити производњу РОС и МДА у садницама и побољшати толеранцију соли.И стрес салинитета и ниска вредност Р:ФР (Р:ФР=0,8) инхибирају биосинтезу хлорофила, што може бити повезано са блокираном конверзијом ПБГ у УроИИИ на путу синтезе хлорофила, док ниско Р:ФР окружење може ефикасно ублажити салинитет Стресом изазвано оштећење синтезе хлорофила.Ови резултати указују на значајну корелацију између фитохрома и толеранције соли.

Поред светле средине, на раст и квалитет расада поврћа утичу и други фактори средине.На пример, повећање концентрације ЦО2 ће повећати максималну вредност засићења светлости Пн (Пнмак), смањити тачку компензације светлости и побољшати ефикасност коришћења светлости.Повећање интензитета светлости и концентрације ЦО2 доприноси побољшању садржаја фотосинтетичких пигмената, ефикасности коришћења воде и активности ензима везаних за Калвинов циклус и коначно постизању веће фотосинтетске ефикасности и акумулације биомасе у расадама парадајза.Сува тежина и компактност расада парадајза и паприке били су у позитивној корелацији са ДЛИ, а промена температуре је такође утицала на раст под истим ДЛИ третманом.Окружење од 23 ~ 25 ℃ било је погодније за раст расада парадајза.У складу са температурним и светлосним условима, истраживачи су развили метод за предвиђање релативне стопе раста паприке на основу модела дистрибуције бате, који може да пружи научне смернице за еколошку регулацију производње калемљених садница паприке.

Стога, приликом пројектовања шеме регулације светлости у производњи, треба узети у обзир не само факторе светлосне средине и биљне врсте, већ и факторе узгоја и управљања као што су исхрана садница и управљање водом, гасна средина, температура и фаза раста садница.

4. Проблеми и изгледи

Прво, регулација светлости расада поврћа је софистициран процес, а ефекте различитих светлосних услова на различите врсте расада поврћа у окружењу фабрике биљака треба детаљно анализирати.То значи да је за постизање циља високе ефикасности и квалитетне производње расада потребно континуирано истраживање како би се успоставио зрели технички систем.

Друго, иако је стопа искоришћења енергије ЛЕД извора светлости релативно висока, потрошња енергије за осветљење биљака је главна потрошња енергије за узгој садница коришћењем вештачког светла.Огромна потрошња енергије у фабрикама биљака и даље је уско грло које ограничава развој фабрика биљака.

Коначно, са широком применом биљног осветљења у пољопривреди, очекује се да ће трошкови ЛЕД светла за биљке бити знатно смањени у будућности;напротив, повећање трошкова рада, посебно у постепидемијској ери, недостатак радне снаге мора да подстакне процес механизације и аутоматизације производње.У будућности ће модели управљања засновани на вештачкој интелигенцији и интелигентна производна опрема постати једна од основних технологија за производњу расада поврћа, и наставиће да промовишу развој технологије фабричких садница.

Аутори: Јиехуи Тан, Хоуцхенг Лиу
Извор чланка: Вецхат рачун технологије пољопривредног инжењерства (хортикултура стакленика)