Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.5. Ứng dụng chiếu sáng nhân tạo trong điều khiển sự ra hoa, kết trái của
RA HOA, KẾT TRÁI CỦA CÂY NGÀY NGẮN VÀ CÂY NGÀY DÀI
Trong cây trồng, hai hệ sắc tố cảm quang tác động đến quang chu kỳ và quang hình thái của thực vật trong các tài liệu của nước ngoài thu thập được đều thống nhất gồm hai hệ chính sau đây:
- Hệ sắc tố Cryptochrome (nhóm dị sắc tố) hấp thụ ánh sáng xanh lam và tử ngoại gần. Nhóm này gồm các tế bào Cry 1, Cry 2, Phot 1, Phot 2 và Zeaxanthin, mà bản chất sinh hoá của các dị sắc tố này còn nhiều vấn đề chưa được nghiên cứu sáng tỏ.
- Hệ sắc tố Phytochrome hấp thụ ánh sáng đỏ và đỏ xa. Đây là loại sắc tố cảm quang thực vật được các nhà nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam nghiên cứu chuyên sâu nhất. Cơ chế điều khiển ra hoa của hệ sắc tố này đã được giải thích rõ ràng, được thống nhất thừa nhận.
- Học thuyết Phytochrome (PC) của Hendrick và Borthwick giải thích bản chất quang chu kỳ của sự ra hoa, PC có khả năng điều chỉnh q trình ra hoa của thực vật dưới tác dụng của quang chu kỳ.
Ánh sáng đỏ có bước sóng 660nm kìm hãm sự ra hoa của cây ngày ngắn (SDP) và kích thích sự ra hoa của cây ngày dài (LDP). Ngược lại, ánh sáng đỏ xa có bước sóng 730nm lại kìm hãm sự ra hoa của cây ngày dài (LDP) và kích thích sự ra hoa của cây ngày ngắn (SDP). Điều đó chứng tỏ tồn tại trong cây một hệ thống sắc tố hấp thụ ánh sáng đỏ và đỏ xa. Các sắc tố này có khả năng điều chỉnh sự ra hoa của cây SDP và LDP. Sắc tố đó là PC, nó tồn tại dưới hai dạng có khả năng biến đổi thuận nghịch. Một dạng có cực đại hấp thụ ánh sáng có bước ssóng 660nm (P660), dạng khác hấp thụ ánh sáng 730nm(P730). Dạng P730 là dạng hoạt động sinh lý.
Hình 2.1. Điều khiển sự ra hoa của cây trồng bằng tác động của chiếu sáng nhân tạo (đỏ và đỏ xa) lên chất cảm quang Phytochrome
Quá trình nhân tố ngoại cảnh (ở đây là ánh sáng) tác động tới cây trồng cần ba bước: Nhận tín hiệu, dẫn truyền tín hiệu và phản ứng trả lời.
Trong trường hợp này chất nhận tín hiệu là PC, rất mẫn cảm với tín hiệu ngoại cảnh ngay ở mức độ yếu. Tín hiệu được khuyếch đại bởi chất truyền thứ cấp. Vì vậy tín hiệu ánh sáng chỉ u cầu có thơng lượng cực thấp.
Đối với các loại cây SDP hoặc LDP, quan trọng là chu kỳ đêm so với độ dài của đêm tới hạn quyết định điều khiển ra hoa. Để thay đổi độ dài của đêm, người ta có 3 cách chiếu sáng:
- Chiếu sáng kéo dài ngày (Day-extension lighting). Có thể chiếu đèn lúc sáng sớm đến khi mặt trời mọc hoặc chiếu đèn khi trời tối đến đêm.
- Ngắt quãng đêm vào giữa đêm (Nigh-Interrupting lighting). - Hoặc tắt bật liên tục một số giờ (Cyclic lighting).
Tác động bằng ngắt quãng đêm chỉ trong vài phút, đã có thể có tác dụng cản trở một số cây SDP ra hoa, nhưng cần tác động với thời gian ngắt quãng dài hơn nếu muốn kích thích LDP ra hoa.
Lựa chọn đúng bước sóng điều khiển Phytochrome, cường độ và chu kỳ tắt bật hợp lý có thể mang lại hiệu quả điều khiển sự ra hoa tốt nhất với chi phí chiếu sáng thấp nhất, nâng cao hiệu quả cho nhà nông. Một số ví dụ về các loại
cây phản ứng quang chu kỳ: cây ngày ngắn (SDP) như cây hoa cúc, cây thuốc lá… cây ngày dài (LDP) như cây Thanh long, cây Chinese cabbage…
Thuốc lá là cây ngày ngắn và trong sản xuất nếu để cây ra hoa sớm sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng thuốc lá nguyên liệu. Người ta sử dụng quang chu kỳ và phytochrom để ức chế ra hoa sớm của cây thuốc lá. Nguyễn Văn Vân và Hoàng Minh Tấn (2013) đã xử lý quang chu kỳ ngày dài ảnh hưởng rõ đến sự ra hoa cây thuốc lá giống K.326, chiếu 18 giờ sáng/6 giờ tối ức chế ra hoa mạnh nhất: bắt đầu ra hoa (10%) chậm ra hoa 24 ngày, ra hoa 50% chậm 30,7 ngày và kết thúc ra hoa (90%) chậm hơn 34,4 ngày so với quang chu kỳ tự nhiên (12 giờ sáng/12 giờ tối). Thực hiện quang gián đoạn bằng chiếu ánh sáng ngắt quãng vào nửa đêm 1 giờ bằng ánh sáng trắng và ánh sáng đỏ cũng kìm hãm sự ra hoa của cây thuốc lá K.326: ánh sáng trắng làm chậm thời gian bắt đầu ra hoa 20 ngày, ánh sáng đỏ 22 ngày. Khi cây ra hoa 50% và 90% thì cả 2 loại ánh sáng trắng và đỏ làm chậm thời gian ra hoa tương ứng là 28 ngày và 29 -30 ngày.
Cây cúc là cây ngày ngắn điển hình nên khi trồng cây cúc vào vụ đông ở Việt Nam sẽ nhanh ra hoa (chuyển nhanh giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng sang giai đoạn sinh trưởng sinh sản nên chất lượng hoa kém). Để khống chế sự ra hoa (tăng thời gian sinh trưởng sinh dưỡng) người trồng hoa chiếu sáng bổ sung từ 18 giờ đến 22 giờ để chuyển ngày ngắn (đêm dài) sang ngày dài (đêm ngắn) hoặc để giảm chi phí ta chiếu sáng khoảng từ 25-30 phút vào ban đêm (12 giờ đến 1 giờ đêm) để biến đêm dài thành hai đêm ngắn thì cây cúc khơng ra hoa. Khi muốn cây ra hoa vào thời điểm thích hợp ta khơng chiếu sáng nữa.
Theo Nguyễn Quang Thạch và Đặng Văn Đông (2002); Đặng Văn Đông và Nguyễn Quang Thạch (2005) đã đề xuất biện phát chiếu sáng quang gián đoạn cho những giống cúc đông để ngăn cản sự ra hoa sớm. Biện pháp này có tác dụng rõ rệt trong việc kéo dài thời gian sinh trưởng sinh dưỡng, kìm hãm sự ra hoa sớm, nâng cao năng suất (tỷ lệ nở hoa), chất lượng hoa, đồng thời tiết kiệm năng lượng và an toàn thiết bị cho người dân.
Theo Nguyễn Thị Hân và cs. (2016) đã nghiên cứu thời lượng chiếu sáng khác nhau (10 giờ/đêm, 3 giờ/đêm, 2 giờ/đêm, 1 giờ/đêm) bằng đèn compact CFL-20W NN-R660 có tác động rõ rệt đến các chỉ số về sinh trưởng, phát triển của cây hoa cúc và tốt hơn so với đèn sợi đốt 40W (chiếu sáng 10 giờ/đêm). Sử
dụng đèn compact CFL-20W NN-R660 chiếu sáng 1 giờ/đêm thay cho đèn sợi đốt 40W 4 giờ/đêm tiết kiệm được 87,5% điện năng tiêu thụ.
Khi nghiên cứu bộ phận cảm ứng ánh sáng của một số giống cúc trong những năm gần đây đa số các tác giả trên thế giới cũng đều nhận thấy rằng các lá phía trên là cơ quan cảm thụ chủ yếu, cịn các lá phía dưới ít cảm ứng hơn, thậm chí khơng có cảm ứng. Nếu xử lý che sáng (hoặc chiếu sáng quang gián đoạn) q ít lá thì khơng đủ để cây thay đổi quy luật ra hoa.
Cây thanh long trồng ở miền Nam, bình thường ra hoa vào đầu năm và cho quả chín từ tháng 5 đến tháng 7. Khi phát hiện cây thanh long là cây ngày dài (cảm ứng hình thành hoa là đêm ngắn) thì chúng có thể ứng dụng quang chu kỳ để điều khiển ra hoa theo ý muốn bằng cách xử lý quang gián đoạn vào ban đêm (chiếu sáng vào nửa đêm 30 – 60 phút) để biến đêm dài thành 2 -3 đêm ngắn. Khi nhận được thời gian tối ngắn, cây thanh long cảm ứng hình thành hoa và ra hoa trái vụ. Song thực tế hiện nay người ta trồng thanh long giống ruột trắng ở miền Nam nước ta dung bóng đèn trịn 60W thắp sáng 10 giờ (từ 18 giờ đến 24 giờ) trong một đêm và kéo dài trong 20 ngày để cây ra hoa trái vụ (từ tháng 9 đến tháng 12). Tuy nhiên vào chính vụ - mùa thuận (từ tháng 3 đến tháng 8) cây thanh long ra hoa tự nhiên nhưng không tập trung nên người trồng thanh long vẫn phải thắp sáng từ 12-14 giờ đêm để cây ra hoa tập trung (Ngô Thanh Huy, 2007).
Kết quả nghiên cứu gần đây, Ngô Minh Dũng và cs. (2016) cũng đã xác định được đèn chuyên dụng compac CFL–20WNN R – 3 (R/FR =10) điều khiển sự ra hoa của cây thanh long và giảm được điện năng tiêu thụ để giảm giá thành sản xuất.