خلاصة: شتلات الخضروات هي الخطوة الأولى في الإنتاج النباتي، وجودة الشتلات مهمة جداً لمحصول وجودة الخضروات بعد الزراعة. مع التحسين المستمر لتقسيم العمل في صناعة الخضروات، شكلت شتلات الخضروات تدريجيا سلسلة صناعية مستقلة وخدمت إنتاج الخضروات. تتأثر طرق الشتلات التقليدية بسوء الأحوال الجوية، وتواجه حتماً العديد من التحديات مثل بطء نمو الشتلات، ونمو الأرجل، والآفات والأمراض. للتعامل مع الشتلات ذات الأرجل الطويلة، يستخدم العديد من المزارعين التجاريين منظمات النمو. ومع ذلك، هناك مخاطر تتعلق بصلابة الشتلات وسلامة الأغذية والتلوث البيئي مع استخدام منظمات النمو. بالإضافة إلى طرق المكافحة الكيميائية، على الرغم من أن التحفيز الميكانيكي والتحكم في درجة الحرارة والمياه يمكن أن يلعب أيضًا دورًا في منع نمو الشتلات، إلا أنها أقل ملاءمة وفعالية قليلاً. تحت تأثير وباء كوفيد-19 العالمي الجديد، أصبحت مشاكل صعوبات إدارة الإنتاج الناجمة عن نقص العمالة وارتفاع تكاليف العمالة في صناعة الشتلات أكثر بروزًا.

مع تطور تكنولوجيا الإضاءة، فإن استخدام الضوء الاصطناعي لتربية شتلات الخضروات له مزايا كفاءة الشتلات العالية، وتقليل الآفات والأمراض، وسهولة التوحيد. بالمقارنة مع مصادر الإضاءة التقليدية، فإن الجيل الجديد من مصادر الإضاءة LED يتميز بخصائص توفير الطاقة، والكفاءة العالية، والعمر الطويل، وحماية البيئة والمتانة، وصغر الحجم، والإشعاع الحراري المنخفض، وسعة الطول الموجي الصغيرة. يمكنها صياغة الطيف المناسب وفقًا لاحتياجات النمو والتطور للشتلات في بيئة المصانع النباتية، والتحكم بدقة في العملية الفسيولوجية والتمثيل الغذائي للشتلات، وفي الوقت نفسه، المساهمة في إنتاج شتلات الخضروات الخالية من التلوث والموحدة والسريعة. ، ويختصر دورة الشتلة. في جنوب الصين، تستغرق زراعة شتلات الفلفل والطماطم (3-4 أوراق حقيقية) في البيوت البلاستيكية حوالي 60 يومًا، وحوالي 35 يومًا لشتلات الخيار (3-5 أوراق حقيقية). في ظل ظروف المصنع النباتي، تستغرق زراعة شتلات الطماطم 17 يومًا فقط و25 يومًا لشتلات الفلفل تحت ظروف فترة ضوئية تبلغ 20 ساعة وPPF تبلغ 200-300 ميكرومول/(م2•ثانية). بالمقارنة مع طريقة زراعة الشتلات التقليدية في الدفيئة، فإن استخدام طريقة زراعة شتلات مصنع LED أدى إلى تقصير دورة نمو الخيار بشكل كبير بمقدار 15-30 يومًا، كما زاد عدد الزهور الأنثوية والفاكهة لكل نبات بنسبة 33.8% و37.3%. على التوالي، وارتفع أعلى عائد بنسبة 71.44%.

ومن حيث كفاءة استخدام الطاقة، فإن كفاءة استخدام الطاقة في مصانع النباتات أعلى من تلك الموجودة في الدفيئات الزراعية من نوع فينلو الموجودة على نفس خط العرض. على سبيل المثال، في مصنع نباتات سويدي، يلزم 1411 ميجا جول لإنتاج 1 كجم من المادة الجافة من الخس، بينما يلزم 1699 ميجا جول في الدفيئة. ومع ذلك، إذا تم حساب الكهرباء المطلوبة لكل كيلوغرام من المادة الجافة للخس، فإن مصنع المصنع يحتاج إلى 247 كيلوواط في الساعة لإنتاج 1 كيلوغرام من الوزن الجاف من الخس، وتحتاج الدفيئات الزراعية في السويد وهولندا والإمارات العربية المتحدة إلى 182 كيلوواط· ح، 70 كيلووات · ساعة، و 111 كيلووات · ساعة، على التوالي.

في الوقت نفسه، في مصنع النبات، يمكن استخدام أجهزة الكمبيوتر والمعدات الأوتوماتيكية والذكاء الاصطناعي وغيرها من التقنيات التحكم بدقة في الظروف البيئية المناسبة لزراعة الشتلات، والتخلص من قيود ظروف البيئة الطبيعية، وتحقيق الذكاء، الإنتاج الآلي والسنوي المستقر لإنتاج الشتلات. وفي السنوات الأخيرة، تم استخدام شتلات النباتات النباتية في الإنتاج التجاري للخضروات الورقية وخضروات الفاكهة وغيرها من المحاصيل الاقتصادية في اليابان وكوريا الجنوبية وأوروبا والولايات المتحدة ودول أخرى. لا يزال الاستثمار الأولي المرتفع لمصانع النباتات، وتكاليف التشغيل المرتفعة، والاستهلاك الضخم للطاقة في النظام، يمثل الاختناقات التي تحد من تعزيز تكنولوجيا زراعة الشتلات في مصانع النباتات الصينية. لذلك، من الضروري مراعاة متطلبات الإنتاجية العالية وتوفير الطاقة من حيث استراتيجيات إدارة الضوء، وإنشاء نماذج نمو الخضروات، ومعدات التشغيل الآلي لتحسين الفوائد الاقتصادية.

في هذه المقالة، يتم استعراض تأثير بيئة ضوء LED على نمو وتطور شتلات الخضروات في مصانع النباتات في السنوات الأخيرة، مع النظرة المستقبلية للاتجاه البحثي لتنظيم الإضاءة لشتلات الخضروات في مصانع النباتات.

1. تأثير البيئة الضوئية على نمو وتطور شتلات الخضروات

باعتباره أحد العوامل البيئية الأساسية لنمو النبات وتطوره، فإن الضوء ليس فقط مصدر طاقة للنباتات للقيام بعملية التمثيل الضوئي، ولكنه أيضًا إشارة رئيسية تؤثر على التشكل الضوئي للنبات. تستشعر النباتات اتجاه الإشارة وطاقتها ونوعية الضوء من خلال نظام الإشارة الضوئية، وتنظم نموها وتطورها، وتستجيب لوجود أو عدم وجود الضوء، وطول الموجة، وكثافته، ومدته. تشتمل المستقبلات الضوئية النباتية المعروفة حاليًا على ثلاث فئات على الأقل: الكروم النباتية (PHYA~PHYE) التي تستشعر الضوء الأحمر والأحمر البعيد (FR)، والكريبتوكروم (CRY1 وCRY2) التي تستشعر اللون الأزرق والأشعة فوق البنفسجية A، والعناصر (Phot1 وPhot2)، مستقبل الأشعة فوق البنفسجية – باء UVR8 الذي يستشعر الأشعة فوق البنفسجية – باء. تشارك هذه المستقبلات الضوئية في التعبير عن الجينات ذات الصلة وتنظمها ثم تنظم أنشطة الحياة مثل إنبات بذور النباتات، والتشكل الضوئي، ووقت الإزهار، وتوليف وتراكم المستقلبات الثانوية، والتسامح مع الضغوط الحيوية وغير الحيوية.

2. تأثير بيئة الإضاءة LED على التكوين الضوئي لشتلات الخضروات

2.1 تأثير اختلاف جودة الضوء على التشكل الضوئي لشتلات الخضروات

تتمتع المناطق الحمراء والزرقاء من الطيف بكفاءة كمية عالية في عملية التمثيل الضوئي لأوراق النبات. ومع ذلك، فإن تعرض أوراق الخيار على المدى الطويل للضوء الأحمر النقي سيضر بالنظام الضوئي، مما يؤدي إلى ظاهرة "متلازمة الضوء الأحمر" مثل توقف استجابة الثغور، وانخفاض القدرة على التمثيل الضوئي وكفاءة استخدام النيتروجين، وتأخر النمو. في حالة شدة الإضاءة المنخفضة (100±5 ميكرومول/(م2•ث))، يمكن أن يؤدي الضوء الأحمر النقي إلى إتلاف البلاستيدات الخضراء لكل من أوراق الخيار الصغيرة والناضجة، ولكن يتم استعادة البلاستيدات الخضراء التالفة بعد تغييرها من الضوء الأحمر النقي للضوء الأحمر والأزرق (R:B= 7:3). على العكس من ذلك، عندما تحولت نباتات الخيار من بيئة الضوء الأحمر والأزرق إلى بيئة الضوء الأحمر النقي، لم تنخفض كفاءة التمثيل الضوئي بشكل كبير، مما يدل على القدرة على التكيف مع بيئة الضوء الأحمر. من خلال تحليل المجهر الإلكتروني لبنية أوراق شتلات الخيار المصابة بـ "متلازمة الضوء الأحمر"، وجد المجربون أن عدد البلاستيدات الخضراء وحجم حبيبات النشا وسمك الجران في الأوراق تحت الضوء الأحمر النقي كانت أقل بكثير من تلك الموجودة تحت الضوء الأحمر النقي. علاج الضوء الأبيض. يعمل تدخل الضوء الأزرق على تحسين البنية التحتية وخصائص التمثيل الضوئي للبلاستيدات الخضراء الخيار ويزيل التراكم المفرط للعناصر الغذائية. بالمقارنة مع الضوء الأبيض والضوء الأحمر والأزرق، عزز الضوء الأحمر النقي استطالة النبتة وتوسع الفلقة لشتلات الطماطم، مما أدى إلى زيادة كبيرة في ارتفاع النبات ومساحة الورقة، لكنه انخفض بشكل كبير من قدرة التمثيل الضوئي، وقلل محتوى الروبيسكو والكفاءة الكيميائية الضوئية، وزاد بشكل كبير من تبديد الحرارة. يمكن ملاحظة أن الأنواع المختلفة من النباتات تستجيب بشكل مختلف لنفس جودة الضوء، ولكن بالمقارنة مع الضوء أحادي اللون، تتمتع النباتات بكفاءة أعلى في عملية التمثيل الضوئي ونمو أكثر قوة في بيئة الضوء المختلط.

أجرى الباحثون الكثير من الأبحاث حول تحسين مزيج جودة الضوء لشتلات الخضروات. تحت نفس شدة الضوء، مع زيادة نسبة الضوء الأحمر، تم تحسين ارتفاع النبات والوزن الطازج لشتلات الطماطم والخيار بشكل ملحوظ، وكان للمعاملة بنسبة الأحمر إلى الأزرق 3:1 أفضل تأثير؛ على العكس من ذلك، فإن ارتفاع نسبة الضوء الأزرق أعاق نمو شتلات الطماطم والخيار التي كانت قصيرة ومتماسكة، ولكنها زادت من محتوى المادة الجافة والكلوروفيل في براعم الشتلات. ولوحظت أنماط مماثلة في محاصيل أخرى، مثل الفلفل والبطيخ. بالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع الضوء الأبيض والضوء الأحمر والأزرق (R:B=3:1) لم يحسن سمك الورقة ومحتوى الكلوروفيل وكفاءة التمثيل الضوئي وكفاءة نقل الإلكترون لشتلات الطماطم بشكل ملحوظ فحسب، بل أدى أيضًا إلى تحسين مستويات التعبير عن الإنزيمات ذات الصلة. بالنسبة لدورة كالفين، تم أيضًا تحسين المحتوى النباتي للنمو وتراكم الكربوهيدرات بشكل ملحوظ. بمقارنة نسبتي الضوء الأحمر والأزرق (R:B=2:1، 4:1)، كانت النسبة الأعلى من الضوء الأزرق أكثر ملاءمة لتحفيز تكوين الزهور الأنثوية في شتلات الخيار وتسريع وقت ازدهار الزهور الأنثوية. . على الرغم من أن النسب المختلفة للضوء الأحمر والأزرق لم يكن لها تأثير كبير على محصول الوزن الطازج لشتلات اللفت والجرجير والخردل، إلا أن نسبة عالية من الضوء الأزرق (30٪ ضوء أزرق) قللت بشكل كبير من طول تحت الفلقة ومساحة الفلقة في الكرنب وشتلات الخردل، في حين تعمق لون النبتة. لذلك، في إنتاج الشتلات، يمكن أن تؤدي الزيادة المناسبة في نسبة الضوء الأزرق إلى تقصير كبير في تباعد العقد ومساحة أوراق شتلات الخضروات، وتعزيز الامتداد الجانبي للشتلات، وتحسين مؤشر قوة الشتلات، وهو ما يفضي إلى زراعة شتلات قوية. بشرط أن تظل شدة الضوء دون تغيير، فإن زيادة الضوء الأخضر في الضوء الأحمر والأزرق أدت إلى تحسين كبير في الوزن الطازج ومساحة الورقة وارتفاع النبات لشتلات الفلفل الحلو. بالمقارنة مع مصباح الفلورسنت الأبيض التقليدي، في ظل ظروف الإضاءة الأحمر والأخضر والأزرق (R3:G2:B5)، تم تحسين Y[II] وqP وETR لشتلات طماطم "Okagi رقم 1" بشكل ملحوظ. مكملات ضوء الأشعة فوق البنفسجية (100 ميكرومول/(م2•ث) ضوء أزرق + 7% UV-A) إلى ضوء أزرق نقي قلل بشكل كبير من سرعة استطالة ساق الجرجير والخردل، في حين أن مكملات FR كانت عكس ذلك. وهذا يوضح أيضًا أنه بالإضافة إلى الضوء الأحمر والأزرق، تلعب صفات الضوء الأخرى أيضًا دورًا مهمًا في عملية نمو النبات وتطوره. على الرغم من أن الضوء فوق البنفسجي أو FR ليسا مصدر الطاقة لعملية التمثيل الضوئي، إلا أن كلاهما يشارك في التشكل الضوئي للنبات. يعد ضوء الأشعة فوق البنفسجية عالي الكثافة ضارًا بالحمض النووي والبروتينات النباتية، وما إلى ذلك. ومع ذلك، ينشط ضوء الأشعة فوق البنفسجية استجابات الإجهاد الخلوي، مما يسبب تغييرات في نمو النبات وشكله وتطوره للتكيف مع التغيرات البيئية. أظهرت الدراسات أن انخفاض R/FR يؤدي إلى استجابات تجنب الظل في النباتات، مما يؤدي إلى تغيرات شكلية في النباتات، مثل استطالة الساق، وترقق الأوراق، وانخفاض إنتاجية المادة الجافة. الساق النحيلة ليست سمة نمو جيدة لزراعة شتلات قوية. بالنسبة لشتلات الخضروات الورقية والفاكهة العامة، فإن الشتلات الصلبة والمدمجة والمرنة ليست عرضة للمشاكل أثناء النقل والزراعة.

يمكن للأشعة فوق البنفسجية (أ) أن تجعل نباتات شتلات الخيار أقصر وأكثر إحكاما، ولا يختلف العائد بعد الزرع بشكل كبير عن إنتاج التحكم؛ في حين أن الأشعة فوق البنفسجية – باء لها تأثير مثبط أكثر أهمية، كما أن تأثير تقليل الإنتاج بعد الزرع ليس كبيرًا. وقد أشارت الدراسات السابقة إلى أن الأشعة فوق البنفسجية (أ) تمنع نمو النباتات وتجعل النباتات تتضاءل. ولكن هناك أدلة متزايدة على أن وجود الأشعة فوق البنفسجية - أ، بدلا من قمع الكتلة الحيوية للمحاصيل، يعمل في الواقع على تعزيزها. بالمقارنة مع الضوء الأحمر والأبيض الأساسي (R:W=2:3، PPFD هو 250 ميكرومول/(م2·ث))، فإن الكثافة الإضافية في الضوء الأحمر والأبيض هي 10 وات/م2 (حوالي 10 ميكرومول/(م2· s)) أدت الأشعة فوق البنفسجية - أ للكرنب إلى زيادة كبيرة في الكتلة الحيوية وطول العقد الداخلية وقطر الساق وعرض مظلة النبات لشتلات الكرنب، ولكن تأثير الترويج ضعف عندما تجاوزت شدة الأشعة فوق البنفسجية 10 واط / م2. يمكن أن تؤدي مكملات الأشعة فوق البنفسجية - أ لمدة ساعتين يوميًا (0.45 جول/(م2•ث)) إلى زيادة كبيرة في ارتفاع النبات ومساحة الفلقة والوزن الطازج لشتلات الطماطم "Oxheart"، مع تقليل محتوى H2O2 في شتلات الطماطم. ويمكن ملاحظة أن المحاصيل المختلفة تستجيب بشكل مختلف للأشعة فوق البنفسجية، والتي قد تكون مرتبطة بحساسية المحاصيل للأشعة فوق البنفسجية.

لزراعة الشتلات المطعمة، ينبغي زيادة طول الساق بشكل مناسب لتسهيل تطعيم الجذر. كان لاختلاف شدة FR تأثيرات مختلفة على نمو شتلات الطماطم والفلفل والخيار والقرع والبطيخ. أدت إضافة 18.9 ميكرومول/(م2•ث) من FR في الضوء الأبيض البارد إلى زيادة كبيرة في طول الهايبوكوتيل وقطر ساق شتلات الطماطم والفلفل؛ كان لـ FR البالغ 34.1 ميكرومول/(م2•ث) أفضل تأثير في تعزيز طول تحت الفلقة وقطر الساق لشتلات الخيار والقرع والبطيخ؛ كان لـ FR عالي الكثافة (53.4 ميكرومول / (م 2 • ث)) أفضل تأثير على هذه الخضروات الخمسة. لم يعد طول تحت الفلقة وقطر ساق الشتلات يزداد بشكل ملحوظ، وبدأ يظهر اتجاهًا تنازليًا. انخفض الوزن الطازج لشتلات الفلفل بشكل ملحوظ، مما يشير إلى أن قيم تشبع FR لشتلات الخضروات الخمس كانت جميعها أقل من 53.4 ميكرومول/(م2•ث)، وكانت قيمة FR أقل بكثير من قيمة FR. تختلف أيضًا التأثيرات على نمو شتلات الخضروات المختلفة.

2.2 تأثيرات تكامل ضوء النهار المختلف على التشكل الضوئي لشتلات الخضروات

يمثل تكامل ضوء النهار (DLI) إجمالي كمية فوتونات التمثيل الضوئي التي يتلقاها سطح النبات في اليوم، والتي ترتبط بكثافة الضوء ووقت الضوء. صيغة الحساب هي DLI (mol/m2/day) = شدة الضوء [μmol/(m2•s)] × وقت الضوء اليومي (h) × 3600 × 10-6. في بيئة ذات كثافة إضاءة منخفضة، تستجيب النباتات لبيئة الإضاءة المنخفضة عن طريق إطالة طول الجذع والداخلية، وزيادة ارتفاع النبات، وطول سويقات ومساحة الورقة، وتقليل سماكة الورقة ومعدل التمثيل الضوئي الصافي. مع زيادة شدة الضوء، باستثناء الخردل، انخفض طول الفوطة السفلية واستطالة الساق لشتلات الجرجير والملفوف واللفت تحت نفس جودة الإضاءة بشكل ملحوظ. يمكن ملاحظة أن تأثير الضوء على نمو النبات وتشكله يرتبط بكثافة الضوء وأنواع النباتات. مع زيادة DLI (8.64 ~ 28.8 مول / م 2 / يوم)، أصبح نوع نبات شتلات الخيار قصيرًا وقويًا ومضغوطًا، وانخفض وزن الورقة النوعي ومحتوى الكلوروفيل تدريجيًا. بعد 6 إلى 16 يومًا من زرع شتلات الخيار، تجف الأوراق والجذور. زاد الوزن تدريجياً، وتسارع معدل النمو تدريجياً، لكن بعد 16 إلى 21 يوماً من الزراعة، انخفض معدل نمو أوراق وجذور شتلات الخيار بشكل ملحوظ. أدى المؤشر المرتبط بالصرف (DLI) المحسن إلى تعزيز معدل التمثيل الضوئي الصافي لشتلات الخيار، ولكن بعد قيمة معينة، بدأ معدل التمثيل الضوئي الصافي في الانخفاض. ولذلك، فإن اختيار المؤشر المرتبط بالصرف (DLI) المناسب واعتماد استراتيجيات إضاءة تكميلية مختلفة في مراحل نمو مختلفة للشتلات يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة. زاد محتوى السكر القابل للذوبان وأنزيم SOD في شتلات الخيار والطماطم مع زيادة شدة DLI. عندما زادت كثافة DLI من 7.47 مول/م2/يوم إلى 11.26 مول/م2/يوم، زاد محتوى السكر القابل للذوبان وأنزيم SOD في شتلات الخيار بنسبة 81.03% و55.5% على التوالي. في ظل نفس ظروف DLI، مع زيادة شدة الضوء وتقصير وقت الضوء، تم تثبيط نشاط PSII لشتلات الطماطم والخيار، وكان اختيار استراتيجية إضاءة تكميلية ذات شدة إضاءة منخفضة ومدة طويلة أكثر ملاءمة لزراعة شتلات عالية معامل الكفاءة الكيمياوية الضوئية لشتلات الخيار والطماطم.

في إنتاج الشتلات المطعمة، قد تؤدي بيئة الإضاءة المنخفضة إلى انخفاض جودة الشتلات المطعمة وزيادة وقت الشفاء. لا يمكن لشدة الضوء المناسبة أن تعزز فقط القدرة الملزمة لموقع الشفاء المطعمة وتحسن مؤشر الشتلات القوية، ولكنها أيضًا تقلل من موضع العقدة للزهور الأنثوية وتزيد من عدد الزهور الأنثوية. في مصانع النباتات، كان المؤشر المرتبط بالصرف البالغ 2.5-7.5 مول/م2/يوم كافيًا لتلبية الاحتياجات العلاجية لشتلات الطماطم المطعمة. زاد ضغط وسمك أوراق شتلات الطماطم المطعمة بشكل ملحوظ مع زيادة كثافة DLI. وهذا يدل على أن الشتلات المطعمة لا تحتاج إلى شدة ضوء عالية للشفاء. ولذلك، مع الأخذ بعين الاعتبار استهلاك الطاقة وبيئة الزراعة، فإن اختيار شدة الإضاءة المناسبة سيساعد على تحسين الفوائد الاقتصادية.

3. تأثير بيئة الإضاءة LED على مقاومة الإجهاد لشتلات الخضروات

تتلقى النباتات إشارات ضوئية خارجية من خلال مستقبلات ضوئية، مما يتسبب في تركيب وتراكم جزيئات الإشارة في النبات، وبالتالي تغيير نمو ووظيفة أعضاء النبات، وفي النهاية تحسين مقاومة النبات للإجهاد. نوعية الضوء المختلفة لها تأثير تعزيز معين على تحسين تحمل البرد وتحمل الملح للشتلات. على سبيل المثال، عندما تم تزويد شتلات الطماطم بالضوء لمدة 4 ساعات في الليل، مقارنة بالمعالجة بدون ضوء إضافي، فإن الضوء الأبيض والضوء الأحمر والضوء الأزرق والضوء الأحمر والأزرق يمكن أن يقلل من نفاذية الإلكتروليت ومحتوى MDA لشتلات الطماطم، وتحسين القدرة على تحمل البرد. كانت أنشطة SOD وPOD وCAT في شتلات الطماطم تحت معاملة نسبة الأحمر إلى الأزرق 8:2 أعلى بكثير من تلك الخاصة بالمعاملات الأخرى، وكانت لديها قدرة أعلى على مضادات الأكسدة وتحمل البرد.

إن تأثير الأشعة فوق البنفسجية - باء على نمو جذور فول الصويا هو بشكل أساسي تحسين مقاومة إجهاد النبات عن طريق زيادة محتوى الجذر NO وROS، بما في ذلك جزيئات الإشارة الهرمونية مثل ABA وSA وJA، ويمنع نمو الجذر عن طريق تقليل محتوى IAA. وCTK، وGA. لا يشارك المستقبل الضوئي للأشعة فوق البنفسجية – باء، UVR8، في تنظيم التشكل الضوئي فحسب، بل يلعب أيضًا دورًا رئيسيًا في إجهاد الأشعة فوق البنفسجية – باء. في شتلات الطماطم، يتوسط UVR8 في تخليق وتراكم الأنثوسيانين، كما تعمل شتلات الطماطم البرية المتأقلمة مع الأشعة فوق البنفسجية على تحسين قدرتها على التعامل مع إجهاد الأشعة فوق البنفسجية عالي الكثافة. ومع ذلك، فإن تكيف الأشعة فوق البنفسجية – باء مع إجهاد الجفاف الناجم عن نبات الأرابيدوبسيس لا يعتمد على مسار UVR8، مما يشير إلى أن الأشعة فوق البنفسجية – باء تعمل كاستجابة متبادلة مستحثة بالإشارة لآليات الدفاع عن النبات، بحيث يتم تشكيل مجموعة متنوعة من الهرمونات بشكل مشترك. المشاركة في مقاومة إجهاد الجفاف، وزيادة قدرة ROS على الكسح.

يتم تنظيم كل من استطالة Hypocotyl أو الجذع الناتج عن FR وتكيف النباتات مع الإجهاد البارد بواسطة الهرمونات النباتية. ولذلك، فإن "تأثير تجنب الظل" الناجم عن FR يرتبط بالتكيف البارد للنباتات. استكمل المجربون شتلات الشعير بعد 18 يومًا من الإنبات عند درجة حرارة 15 درجة مئوية لمدة 10 أيام، والتبريد إلى 5 درجات مئوية + إضافة FR لمدة 7 أيام، ووجدوا أنه بالمقارنة مع المعالجة بالضوء الأبيض، عززت FR مقاومة الصقيع لشتلات الشعير. ويصاحب هذه العملية زيادة في محتوى ABA وIAA في شتلات الشعير. أدى النقل اللاحق لشتلات الشعير المعالجة بـ 15 درجة مئوية بـ FR إلى 5 درجات مئوية واستمرار مكملات FR لمدة 7 أيام إلى نتائج مماثلة للعلاجين المذكورين أعلاه، ولكن مع انخفاض استجابة ABA. تتحكم النباتات ذات قيم R:FR المختلفة في التخليق الحيوي للهرمونات النباتية (GA، IAA، CTK، وABA)، والتي تشارك أيضًا في تحمل النبات للملوحة. تحت ضغط الملح، يمكن لبيئة الضوء ذات النسبة المنخفضة R:FR تحسين قدرة شتلات الطماطم على مضادات الأكسدة والتمثيل الضوئي، وتقليل إنتاج ROS وMDA في الشتلات، وتحسين تحمل الملح. يمنع كل من إجهاد الملوحة وانخفاض قيمة R: FR (R: FR = 0.8) عملية التخليق الحيوي للكلوروفيل، والذي قد يكون مرتبطًا بالتحويل المحظور لـ PBG إلى UroIII في مسار تخليق الكلوروفيل، في حين أن بيئة R: FR المنخفضة يمكن أن تخفف بشكل فعال الملوحة الناجمة عن الإجهاد في تخليق الكلوروفيل. تشير هذه النتائج إلى وجود علاقة معنوية بين الفيتوكرومات وتحمل الملح.

بالإضافة إلى البيئة المضيئة، هناك عوامل بيئية أخرى تؤثر أيضًا على نمو وجودة شتلات الخضروات. على سبيل المثال، ستؤدي زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون إلى زيادة القيمة القصوى لتشبع الضوء Pn (Pnmax)، وتقليل نقطة تعويض الضوء، وتحسين كفاءة استخدام الضوء. تساعد زيادة شدة الضوء وتركيز ثاني أكسيد الكربون على تحسين محتوى أصباغ التمثيل الضوئي وكفاءة استخدام المياه وأنشطة الإنزيمات المرتبطة بدورة كالفين، وأخيرًا تحقيق كفاءة أعلى في التمثيل الضوئي وتراكم الكتلة الحيوية لشتلات الطماطم. ارتبط الوزن الجاف وضغط شتلات الطماطم والفلفل بشكل إيجابي مع DLI، كما أثر تغير درجة الحرارة أيضًا على النمو تحت نفس علاج DLI. كانت البيئة من 23 إلى 25 درجة مئوية أكثر ملاءمة لنمو شتلات الطماطم. وفقًا لدرجة الحرارة وظروف الإضاءة، طور الباحثون طريقة للتنبؤ بمعدل النمو النسبي للفلفل بناءً على نموذج توزيع الخفافيش، والذي يمكن أن يوفر إرشادات علمية للتنظيم البيئي لإنتاج شتلات الفلفل المطعمة.

لذلك، عند تصميم مخطط تنظيم الضوء في الإنتاج، لا ينبغي مراعاة عوامل البيئة الخفيفة وأنواع النباتات فحسب، بل يجب أيضًا مراعاة عوامل الزراعة والإدارة مثل تغذية الشتلات وإدارة المياه، وبيئة الغاز، ودرجة الحرارة، ومرحلة نمو الشتلات.

4. المشاكل والتوقعات

أولاً، يعد تنظيم الضوء لشتلات الخضروات عملية معقدة، ويجب تحليل تأثيرات ظروف الإضاءة المختلفة على أنواع مختلفة من شتلات الخضروات في بيئة مصنع النباتات بالتفصيل. وهذا يعني أنه لتحقيق هدف إنتاج شتلات عالية الكفاءة والجودة، يلزم الاستكشاف المستمر لإنشاء نظام تقني ناضج.

ثانيا، على الرغم من أن معدل استخدام الطاقة لمصدر ضوء LED مرتفع نسبيا، فإن استهلاك الطاقة لإضاءة النباتات هو استهلاك الطاقة الرئيسي لزراعة الشتلات باستخدام الضوء الاصطناعي. لا يزال الاستهلاك الضخم للطاقة في المصانع النباتية يمثل عنق الزجاجة الذي يقيد تطوير المصانع النباتية.

أخيرًا، مع التطبيق الواسع لإضاءة النباتات في الزراعة، من المتوقع أن تنخفض تكلفة مصابيح LED للنباتات بشكل كبير في المستقبل؛ بل على العكس من ذلك، فإن الزيادة في تكاليف العمالة، خاصة في حقبة ما بعد الوباء، ونقص العمالة لا بد أن تعزز عملية الميكنة وأتمتة الإنتاج. في المستقبل، ستصبح نماذج التحكم القائمة على الذكاء الاصطناعي ومعدات الإنتاج الذكية واحدة من التقنيات الأساسية لإنتاج شتلات الخضروات، وستستمر في تعزيز تطوير تكنولوجيا شتلات المصانع النباتية.

المؤلفون: جيهوي تان، هوتشنغ ليو
مصدر المقال: حساب Wechat لتكنولوجيا الهندسة الزراعية (البستنة الدفيئة)