SỬ DỤNG ÁNH SÁNG NHÂN tạo TRONG TRỒNG TRỌT và NUÔI cấy mô

Ưu điểm của việc sử dụng bóng đèn compact huỳnh quang 3 phổ cho chiếu sáng nông nghiệp: • Kết cấu đặc biệt của bóng đèn được phủ một lớp huỳnh quang bên ngoài thành ống, cho phổ ánh sáng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CNSH & KTMT

Đề tài tiểu luận:

SỬ DỤNG ÁNH SÁNG NHÂN TẠO TRONG TRỒNG

TRỌT VÀ NUÔI CẤY MÔ

Lớp : 02DHSH1

Nhóm : 01

TP.HCM, Ngày 11 tháng 5 năm 2013

STT HỌ VÀ TÊN PHÂN CÔNG MSSV

1 Nguyễn T.Thúy Anh Sử dụng ánh sáng nhân

tạo trong trồng trọt

2008110017

ánh sáng nhân tạo trong nuôi cấy mô

2008110022

3 Phan Vũ Ngọc Diễm Tổng hợp bài, tìm tài liệu 2004110034

5 Nguyễn Thị Hằng Sử dụng ánh sáng nhân

tạo trong trồng trọt

2008110070

7 Huỳnh Minh Thuận Sử dụng ánh sáng nhân

tạo trong trồng trọt

2008110298

DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM 01

LỜI MỞ ĐẦU

Ánh sáng là từ phổ thông dùng dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (khoảng từ 400nm đến 700nm) Ánh sáng có rất nhiều ứng dụng trong trồng trọt, vì những tác dụng ấy, và cũng như để kéo dài thời gian tác dụng của ánh sáng, con người

để tự tạo ra ánh sáng để phục vụ cho chính công việc sản xuất, trồng trọt của mình Ánh sáng đó được gọi là ánh sáng nhân tạo

Như chúng ta đã biết, ánh sáng có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển và sinh trưởng của thực vật Dựa vào những ảnh hưởng đó, chúng ta đã biết ứng dụng ánh sáng trong trồng trọt và nuôi cấy mô

MỤC LỤC

I. Các loại ánh sáng nhân tạo

Hiện nay, ở nước ta, ánh sáng nhân tạo được sử dụng chủ yếu là ánh sáng được cung cấp bởi bóng đèn dây tóc, đèn LED, đèn compact,… Tuy nhiên, bong đèn tròn có rất nhiều hạn chế so với các loại bong khác Bóng đèn tròn

có cường độ sáng mạnh, nhưng đồng thời lượng nhiệt tỏa ra rất lớn, có tuổi thọ thấp và hao tốn nhiều điện năng so với các loại bóng khác Vì vậy, ứng dụng trong trồng trọt, ngày nay, đã có sự chuyển dần sang dử dụng các loại đèn khác thay thế, để tiết kiệm chi phí Đèn tròn vẫn là loại đèn truyền thống

sử dụng trồng trọt

Ưu điểm của đèn LED so với bong đèn truyền thống:

• Kích thước nhỏ gọn hơn

• Lượng điện năng tiêu thụ trên một đơn vị phát sáng thấp hơn, ít tỏa nhiệt lượng không cần thiết

• Cho phép người sử dụng chọn lựa cách thiết kế linh động tùy theo nhu cầu về không gian cũng như đòi hỏi cụ thể về kỹ thuật

• Quang phổ ánh sáng có thể được thay đổi bằng cách lựa chọn những màu sắc cụ thể nhằm đáp ứng một cách chuyên biệt theo yêu cầu mỗi loài cây cụ thể

• Có tuổi thọ & độ bền cao, hiệu suất lượng tử cao

• Sử dụng điện thế thấp, giảm gây nguy hiểm hay tại nạn khi sử dụng

Hình 1: hệ thống đèn LED trong trồng trọt

Ưu điểm của việc sử dụng bóng đèn compact huỳnh quang 3 phổ cho chiếu sáng nông nghiệp:

• Kết cấu đặc biệt của bóng đèn được phủ một lớp huỳnh quang bên ngoài thành ống, cho phổ ánh sáng tập trung vào ánh sáng xanh và đỏ, giúp kích thích cây trồng thực hiện phản ứng quang học, từ đó kích thích tăng trưởng Cho nên vào ban đêm, cây vẫn thực hiện tốt quá trình quang hợp

• Bóng đèn huỳnh quang còn cho ánh sáng đều khắp nên cây trồng tăng trưởng đều đặn

• Do chủ yếu được sử dụng để treo lắp ngoài trời nên bóng đèn có kết cấu bầu nhựa, kín nhằm chống nước, chống ẩm, đảm bảo độ bền và đảm bảo

an toàn cho người sử dụng

II. Sử dụng ánh sáng nhân tạo trong trồng trọt

1. Cơ sở lý thuyết

Ánh sáng là yếu tố vô cùng quan trọng cho sự sinh trưởng của cây vì nó ảnh hưởng đến quá trình quang hợp Nhờ có quá trình quang hợp, mà cây tổng hợp được các chất hữu cơ cần thiết để cấu tạo nên cơ thể và tích lũy trong cây

để tiến hành sinh trưởng Để kéo dài thời gian quang hợp trong ngày, cũng như khả năng tổng hợp các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng, ta đã sử dụng ánh sáng của bong đèn (đèn tròn, đèn LED, đèn compact) Có thể gọi là

“mặt trời nhân tạo”

Các “mặt trời nhân tạo” giúp cho cấy trồng có thể thực hiện quá trình quang hợp vào ban đêm hoặc trong điều kiện không có ánh sáng hoặc thiếu sáng Bên cạnh đó, nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa, có độ ẩm không khí cao, giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, nhưng cũng là điều kiện thuận lợi

để sâu bệnh phát triển Do đó, những “mặt trời nhân tạo” giúp hạn chế sâu bệnh, từ đó cắt giảm bớt lượng thuôc trừ sâu

2. Ứng dụng và thực trạng

• Kích thích sự phát triển của cây trồng

Ánh áng có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình quang hợp Theo các nghiên cứu của các nhà khoa học, quang hợp tiến hành tốt nhất khi chiếu ánh sáng đỏ và xanh Người ta sử dụng hai chùm sáng màu đỏ và màu xanh có đỉnh cực đại ở độ dài sóng 662nm và 430nm Ở những bước sóng này, quang phổ của đèn LED tạo ra gần trùng với quang phổ hấp thụ của diệp lục tố trong cây trồng Sẽ giúp quá trình quang hợp diễn ra mạnh mẽ, khả năng tổng hợp các chất sẽ đạt hiệu quả cao

• Việc dùng đèn LED trong công nghiệp còn giúp cải thiện chất lượng nông sản, giúp tăng gía trị dinh dưỡng giảm nồng độ nitrat của rau quả, tạo ra các sản phẩm sạch, trái vụ, có giá trị kinh tế cao

• Những phát triển gần đây trong công nghệ đèn LED đang tạo ra những cơ hội mới trong việc điều khiển ánh sáng nhân tạo cung cấp cho sản xuất cây trồng trong điều kiện có kiểm soát

II.2. Thực tiễn

Mặc dù dùng đèn led chiếu sáng cho nông nghiệp vẫn đang ở giai đoạn khởi đầu, nhưng hàng trăm bằng phát minh về áp dụng đèn led chiếu sáng trong nông nghiệp đã được trao cho các nước như Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản

và Mỹ

Ở nước ta, các nghiên cứu đưa đèn led vào ứng dụng trong nông nghiệp cũng

đã được triển khai Một số nghiên cứu trên cây hoa cúc, khoai tây cho thấy, khi sử dụng các bóng đèn led cây phát triển nhanh hơn, chiều cao và số lá của cây tăng nhanh so với sử dụng các loại bóng đèn truyền thống Với cây hoa cúc, mầm cây mập hơn, dài hơn và tươi hơn

Về mặt tiêu thụ điện, các thí nghiệm trên cây hoa cúc cũng cho thấy thời gian chiếu sáng chỉ bằng một nửa đèn khác (4 tiếng thay vì 8 tiếng) nhưng tốc độ sinh trưởng vẫn đuổi kịp các cây cúc chiếu sáng bằng các loại đèn khác Tương tự, những nghiên cứu trên cây khoai tây nuôi cấy mô cũng cho thấy, sử dụng các loại bóng đèn led cho cây trồng đã tiết kiệm được khoảng 30% điện năng tiêu thụ so với các đèn truyền thống

Tuy nhiên cần lưu ý, đèn led ứng dụng cho các loại có thể khác nhau về phổ ánh sáng của đèn, tỷ lệ ánh sáng xanh/đỏ, về cường độ và thời gian chiếu sáng

Ngoài ra, đèn led ứng dụng cho các thời kỳ sinh trưởng (nẩy mầm, ra hoa, kết trái ) của cùng một loại cây cũng khác nhau (về tỷ lệ ánh sáng xanh/đỏ, về cường độ, chu kỳ chiếu sáng/tối )

Nước ta có dự án sử dụng đèn huỳnh quang trong chiếu sáng nông nghiệp được triển khai tại nhiều địa phương như: Tiền Giang, Bình Thuận, Ninh Thuận, Phú Yên…, dự án sử dụng bóng đèn huỳnh quang trong chiếu sáng nông nghiệp thay thế cho đèn sợi đốt đã và đang mang lại những hiệu quả rõ nét

Hình 2: trồng thanh long

Từ nhiều năm nay, ở một số địa phương trên cả nước, bóng đèn sợi đốt được sử dụng để chiếu sáng cho cây trồng nhằm kích thích cây tăng trưởng Tuy nhiên, đèn sợi đốt cho ánh sáng mạnh mà không đều nên khi sử dụng để chiếu sáng, khu vực cây trồng gần bóng đèn sẽ sinh trưởng mạnh hơn khu vực ở xa bóng đèn Thêm đó, đèn sợi đốt lại tiêu tốn rất nhiều điện năng trong sử dụng

Từ thực tế đó, bắt đầu từ năm 2005, Công ty CP bóng đèn phích nước Rạng Đông bắt đầu liên kết với Trung tâm Đèn tiết kiệm điện năng triển khai thực hiện dự án sử dụng bóng đèn huỳnh quang trong chiếu sáng nông nghiệp

Kết quả là không chỉ mang lại hiệu quả cao trong kích thích cây trồng tăng trưởng, còn có hiệu quả cao trong tiết kiệm điện (bóng đèn huỳnh quang có khả năng tiết kiệm khoảng 80% điện năng so với đèn sợi đốt)

Ví dụ: Trồng hoa cúc, sau khi xuống giống được 3 ngày, bà con sẽ thắp điện mỗi

đêm khoảng 5-6h liên tục trong 25-30 ngày đê tránh cho cúc “ngủ đêm”, dễ

“đóng nụ” sớm

Tương tự như hoa cúc, để cây thanh long sinh trưởng và phát triển tốt, ánh sáng

là điều không thể thiếu Cung cấp đủ ánh sáng sẽ giúp độ đường tăng, chất lượng thanh long tăng lên Thanh long phù hợp với nhiệt độ từ 15-35°C, nếu dưới nhiệt

độ đó cây sẽ phát triển chậm hoặc không sinh trưởng được Ánh sáng còn giúp cho thanh long ra hoa trái vụ, tăng lợi nhuận cho nông dân Cây muốn sinh trưởng tốt cần được thắp sáng 9-10 giờ/ngày trong thời gian từ 10-15 đêm, cả đầu

vụ và cuối vụ

Hình 2: sử dụng ánh sáng nhân tạo trong trồng trọt thăng long

III. Sử dụng ánh sáng nhân tạo trong nuôi cấy mô.

1. Khái niệm

Nuôi cấy mô, tế bào thực vật là phạm trù khái niệm chung cho tất cả các loại nuôi cấy nguyên liệu thực vât hoàn toàn sạch các vi sinh vật, trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo, trong điều kiện vô trùng

Nuôi cấy mô tế bào là phương sử dụng các điều kiện nhân tạo để duy trì

sự sống của tế bào trong ống nghiệm (trong điều kiện in vitro) Nuôi cấy mô tế bào sử dụng các điều kiện như nhiệt độ, ánh sáng, thành phần dinh dưỡng, phytohoomon… để điều khiển quá trình sinh trưởng và phát triển của tế bào,

mô nuôi cấy theo mục tiêu và yêu cầu đặt ra

Hình 4: nuôi cấy mô tế bào thực vật

Ánh sáng nhân tạo dược sử dụng trong phòng nuôi cấy (phòng nuôi cấy sáng) Ánh sáng ảnh hưởng mạnh tới quá trính phát sinh hình thái của mô nuôi cấy, cường độ , chu kỳ, thành phần quang phổ ánh sáng quang phổ ánh sáng được nhiều tác giả nghiên cứu như: Pierik (1987), Reutes(1988) kết luận sự thu nhận ánh sáng của chòi In vitro phụ thuộc vào bước sống ánh sáng.

2. Cở sở lý thuyết

Hiện nay, ánh sáng nhân tạo được sử dụng để nuôi cấy mô thực vật ở nước ta chủ yếu được cung cấp bởi đèn dây tóc, đèn huỳnh quang, đèn sodium và đèn thủy ngân cao áp Trong đó, nguồn ánh sáng thường dúng là đèn huỳnh quang với balast sắt từ, không có máng phản quang và cách nhiệt, ánh sáng chiếu không tập trung vào bình nuôi nên độ rọi sáng thấp, cây trong bình phát triển chậm, không hao tốn nhiều điện năng

Việc cung cấp ánh sáng thích hợp cho sinh trưởng phát triển của cây sẽ làm tăng chất lượng cây trồng, tăng hệ số nhân, giảm điện năng tiêu phí cho chiếu sáng và giảm điện năng tiêu phí cho điều hòa nhiệt độ (giảm nhiệt độ tỏa ra khi chiếu sáng) Quá trình nuôi cấy mô tế bào diễn ra dưới ánh sáng nhân tạo trong buồng nuôi có nhiệt độ kiểm soát

3. Thực tiễn

Trong nuôi cấy nhân tạo tại việt nam sử dụng rất nhiều nguồn sáng như :ánh sáng tự nhiên, đèn dây tóc , đèn huỳnh quang, đèn LED… Các nguồn sáng nhân tạo đang sử dụng ở nước ta có phổ ánh sáng không phù hợp hoàn toàn với phổ quang hợp của cây trồng Hiện, các nhà khoa học đang nghiên cứu để cho

ra đời những sản phẩm đèn led có phổ ánh sáng phù hợp với từng loại cây trồng giúp tăng năng suất, tiết kiệm điện, đặc biệt là giúp tạo ra những sản phẩm sạch, sản phẩm trái vụ

Chiếu sáng bằng đèn led sẽ mang lại hiệu suất năng lượng sinh học cao từ

đó kích thích sự phát triển của cây trồng hơn so với các loại bóng đèn truyền thống khác Ngoài ra, đèn led còn giúp tiết kiệm điện năng Đèn huỳnh quang

sử dụng trong nuôi cấy mô tiêu tốn khoảng 30 - 40% điện tiêu thụ, trong các xí nghiệp tạo giống cây trồng đến 82% điện tiêu thụ Sử dụng đèn led thay thế đèn huỳnh quang sẽ giảm đáng kể điện tiêu thụ Trong các xí nghiệp trồng cây, 1m2 diện tích cây trồng tiêu thụ 0,5KW điện, nếu dùng đèn led chỉ cần 0,27KW điện

Hình 3: các nhà KH VN đang thăm quan hệ thống đèn LED phục vụ

nuôi cấy nhân giống cây trồng

Đây là một ví dụ về nghiên cứu xác định hệ thống chiếu sáng thích hợp cho nuôi cấy:

Đối tượng, vật liệu, thời gian và địa điểm nghiên cứu

– 02 giống khoai tây trồng được lưu trữ tại Viện SHNN, kí hiệu lần lượt

là :

+ Giống Atlantic

+ Giống PO7

- 02 giống chuối:

+ Phấn vàng (PV): Chuối Phấn Vàng của Phú Thọ

+ Tiêu hồng (TH): Có nguồn gốc từ xã Hòa Hậu, huyện Lý Nhân, tỉnh Hà Nam, được Viện Nghiên cứu rau quả tuyển chọn

Vật liệu

- Tiền chồi chuối in vitro có chiều cao 1cm và chưa có lá được cấy trên môi trường MS

– Đoạn thân mang mắt ngủ cây khoai tây được cấy trên môi trường MS – Hệ thống giàn đèn chiếu sáng của công ty Rạng Đông

* Thời gian tiến hành: Từ ngày 22/02/2012 – 26/03/2012

* Địa điểm tiến hành thí nghiệm: Viện sinh học nông nghiệp

Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên hoàn toàn (RCD) trong phòng nuôi Mỗi công thức thí nghiệm được nhắc lại 3 lần, mỗi lần nhắc lại ba bình tương ứng 5 cây/bình Với quang chu kỳ chiếu sáng 16h/ngày, nhiệt độ phòng nuôi 18 –

22oC Các chỉ tiêu được theo dõi 10 ngày/lần

Thí nghiệm bao gồm 4 công thức thí nghiệm với các thông số kỹ thuật như sau:

Công thức 1 (Thực trạng phòng nuôi hiện nay): Dùng đèn HQ

T10-40W, Balast sắt từ thường, công suất tiêu thụ 148W, công suất bức xạ B = 3.3W, R= 1.04W, công suất toàn phần 235VA, cường độ bức xạ quang hợp 35.8 µmol.m-2.s-1

Công thức 2: Dùng 3 đèn NN-II, công suất tiêu thụ 100W (giảm 33% so

với công thức 1), công suất bức xạ B = 3.3W, R = 2.0W, công suất toàn phần 102VA, cường độ bức xạ quang hợp 60.5 µmol.m-2.s-1 (tăng 67% so với công

thức 1)

Công thức 3: 3 đèn R/B NN-I, công suất tiêu thụ 99W (giảm 33% so với

công thức 1) , công suất bức xạ B = 4.7W, R = 3.3W, công suất toàn phần 101VA, cường độ bức xạ quang hợp 58.8 µmol.m-2.s-1 (tăng 64% so với công

thức 1)

Công thức 4: Đèn Box LED đơn sắc, công suất tiêu thụ 116W (giảm 22% so với công thức 1), công suất bức xạ B = 4.3W, R = 4.9W, công suất toàn

phần 120VA, cường độ bức xạ quang hợp 113.5 µmol.m-2.s-1 (tăng hơn 2 lần)

Các chỉ tiêu theo dõi và phân tích

Tình hình sinh trưởng, phát triển của cây được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu:

+ Chiều cao (thân chính): Đo từ gốc thân chính tới đỉnh sinh trưởng của cây (cm)

+ Số lá : Đếm từ lá gốc tới lá ngọn (lá/cây)

+ Chỉ số SPAD (một chỉ tiêu đánh giá hàm lượng diệp lục) chọn 2 lá trên cùng đã mở hoàn toàn để đo SPAD (đo bằng máy SPAD 502)

+ Hiệu suất quang hợp thuần (NAR ): mg / cm2 lá / ngày đêm

NAR = W1, W2: Khối lượng khô của cây ở 2 thời điểm t1 và t2 L1, L2: Diện tích lá lấy mẫu lần 1 và lần 2

t là thời gian giữa 2 lần lấy mẫu

Phương pháp xử lý số liệu

Các số liệu được xử lý thống kê theo chương trình Excel, IRRISTAT 4.1

Kết quả và thảo luận

Nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ chiếu sáng khác nhau lên khả năng sinh trưởng của một số cây nuôi cấy mô.

1.Cây khoai tây

Thí nghiệm được bố trí trong điều kiện in vitro: Với các yếu tố môi trường

MS, chế độ nhiệt là hoàn toàn giống nhau do đó sức tăng trưởng chiều cao và số

lá của cây tùy thuộc vào chế độ chiếu sáng khác nhau

Động thái tăng trưởng chiều cao và số lá của cây sau khi cấy và bố trí vào các công thức thí nghiệm khác nhau được thể hiện trong bảng 1

Bảng 1: Ảnh hưởng của các chế độ chiếu sáng khác nhau đến sự sinh trưởng của hai giống khoai tây

Số liệu trình bày trong bảng 1 và hai hình 1a và 1b đều cho thấy:

Chiều cao và số lá của hai giống khoai tây nghiên cứu trong suốt thời kỳ sinh trưởng đều tăng dần Đây là các chỉ tiêu quan trọng thể hiện đặc trưng, đặc tính

về giống Chiều cao cây của các giống ở các công thức thí nghiệm dao động từ 5,5 – 7,46 cm ở ngày theo dõi thứ 30 Trong đó cây ở công thức thí nghiệm 2 ở

cả hai giống nghiên cứu đều có sự sinh trưởng về chiều cao và số lá tốt hơn so với các công thức còn lại Cụ thể: giống Atlantic sau 30 ngày nuôi cấy chiều cao đạt trung bình 7,46 cm, số lá trung bình 8,1 lá/ cây; giống PO7 chiều cao trung bình đạt 6 cm, và số lá đạt 7,3 lá/cây

Sau 30 ngày nuôi cấy trên giống khoai tây Atlantic chiều cao tăng 7,6%, số lá tăng 14,8% và trên giống PO7 chiều cao tăng 22,2%, số lá tăng 28,7% so với đối chứng

2 Cây chuối: