2.3.1. Ảnh hưởng của ánh sáng tới cây trồng
Ánh sáng là yếu tố quan trọng quyết định sự sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của rau củ quả. Ánh sáng ảnh hưởng đến cây trồng bằng 3 thành tố quan trọng của nó, đó là: cường độ bức xạ (cường độ ánh sáng), độ dài ngày hay quang chu kỳ (cây dài ngày hay cây ngắn ngày), độ dài sóng hay bước
sóng của ánh sáng (chất lượng ánh sáng) (Kozai et al., 2016).
2.3.1.1. Cường độ bức xạ (cường độ ánh sáng)
Cường độ bức xạ là năng lượng bức xạ chiếu xuống trên một đơn vị diện tích đất vuông góc với tia tới trong một đơn vị thời gian. Đơn vị thông dụng đo cường độ bức xạ mặt trời là: Cal/cm2.phút, Cal/cm2.giờ hoặc Kcal/cm2.năm.
Để đo cường độ ánh sáng kích thích quang hợp (PAR) phải sử dụng máy đo cường độ ánh sáng quang hợp (PPF), đo sóng kích thích quang hợp(PAR) trong dải 400 – 700nm. Đơn vị đo là àM/m2/s1 (số lượng tử àmol rơi xuống 1 một vuông trong thời gian 1 giây) (Trương Thị Miên, 2013).
2.3.1.2. Độ dài ngày hay quang chu kỳ (cây dài ngày hay cây ngắn ngày)
Quang kỳ là thời gian có ánh sáng chiếu trên cây trồng tính từ thời điểm mặt trời mọc đến khi mặt trời lặn. Đơn vị được tính bằng số giờ trong ngày.
Quang kỳ có ảnh hưởng quan trọng đến giai đoạn cây chuyển trạng thái từ tăng trưởng (sinh trưởng dinh dưỡng) sang sinh sản (sinh trưởng sinh thực) hay còn gọi là giai đoạn ra hoa vì vậy chúng có tác dụng rõ rệt đến quá trình phân hóa đòng và trỗ bông. Nếu không có điều kiện chiếu sáng phù hợp thì cây không thể ra hoa tạo quả được.
2.3.1.3. Độ dài sóng hay bước sóng của ánh sáng(chất lượng ánh sáng)
Trung bình một lá cây ngoài đồng phản xạ 10% các tia sáng, hấp thu 70%
và truyền lan qua các tế bào lá xuống dưới 20%. Trong số 70% ánh sáng hấp thụ, quang hợp chỉ sử dụng 1% (chủ yếu là các tia ánh sáng xanh và đỏ, 49% năng lượng dùng để thoát hơi nước và lá sẽ bức xạ lại 20%. Vì vậy có thể nhận thấy bước sóng hữu ích cho quang hợp của cây là ánh sáng màu xanh dương có bước sóng từ 430 – 460nm và ánh sáng màu đỏ có bước sóng từ 630 – 720nm.
Thực vật thượng đẳng có hai sắc tố tham gia quang hợp là diệp lục (Chlorophyl) và Carotenoid.
a. Diệp lục (Chlorophyl)
Diệp lục là sắc tố chính đóng vai trò quan trọng nhất trong quang hợp. Diệp lục có vai trò hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời, chuyển thành dạng năng lượng kích thích điện tử của phân tử diệp lục. Diệp lục có vai trò vận chuyển năng lượng vào trung tâm phản ứng. Từ phân tử diệp lục hấp thu ánh sáng đầu tiên cho đến trung tâm phản ứng của quang hợp qua một hệ thống cấu trúc trong màng Thilacoit gồm rất nhiều phân tử diệp lục khác nhau.
Năng lượng ánh sáng phải truyền qua các phân tử diệp lục để đến được trung tâm phản ứng (P700). Tham gia biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tại trung tâm phản ứng P700 nhờ quá trình quang Phosphoryl hóa để hình thành nên ATP và NADPH.
Diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng một cách có chọn lọc, một số vùng ánh sáng được diệp lục hấp thụ mạnh nhất, một số vùng bị hấp thụ ít hơn, và có vùng thì hầu như không bị hấp thụ, điều này đã tạo nên quang phổ hấp thụ của diệp lục. Trong quang phổ hấp thụ của diệp lục, có hai vùng ánh sáng mà diệp lục hấp thụ mạnh nhất tạo nên hai đỉnh hấp thu cực đại. Đó là vùng ánh sáng đỏ với cực đại là 662nm và vùng ánh sáng xanh dương với cực đại là 430nm. Ánh sáng xanh lá cây không được diệp lục hấp thụ mà phản xạ toàn bộ nên ta thường quan sát thấy lá cây có màu xanh.
Hình 2.3. Quang phổ hấp thụ của diệp lục
(Nguồn: californialightworks, 2016) b. Carotenoid
Nhóm sắc tố carotenoid là nhóm sắc tố có màu vàng, da cam. Chúng là các sắc tố vệ tinh của diệp lục. Quang phổ hấp thụ của nhóm sắc tố này là ở vùng ánh sáng xanh dương có bước sóng 451nm – 481nm. Khả năng hấp thụ ánh sáng của carotenoid là do hệ thống liên kết đơn, đôi quyết định.
2.3.1.4. Ảnh hưởng của bước sóng ánh sáng tới sự sinh trưởng của cây trồng (đơn vị bước sóng ánh sáng là nm)
Từng bước sóng ánh sáng (sắc tố quang hợp) khác nhau ảnh hưởng lên từng giai đoạn phát triển của cây trồng.
a. Ánh sáng tia cực tím (bước sóng 10nm – 400nm)
Nếu tiếp xúc quá nhiều với tia cực tím (tia UV) sẽ gây nguy hiểm cho hệ thực vật, tuy nhiên với một lượng nhỏ vừa đủ ánh sáng cận cực tím sẽ có lợi.
Trong nhiều trường hợp tia UV có vai trò quan trọng trong việc hình thành màu sắc thực vật, mùi vị và hương liệu. Nghiên cứu cho thấy ánh sáng UV ở bước sóng 385nm thúc đẩy sự tích tụ hợp chất phenolic, tăng cường hoạt động chống oxy hóa của chất chiết xuất từ thực vật (CA Lightworks, 2016).
b. Ánh sáng xanh dương (bước sóng 430 – 450nm)
Phổ ánh sáng 450nm cho phép Cryptochromes và Phototropins phản ứng trong cây trồng. Cryptochromes sẽ làm thay đổi nhịp sinh học (chuyển từ chu trình hô hấp sang chu trình quang hợp). Protein phototropins kích thích cây mở khí khổng, uốn cong về phía ánh sáng giúp phát triển thân cây (CA Lightworks, 2016).
Tuy nhiên cần phải được trộn cẩn thận với ánh sáng trong các phổ khác vì ánh sáng quá phơi sáng trong bước sóng này có thể làm chậm sự phát triển của một số loài thực vật. Ánh sáng trong dải màu xanh dương cũng ảnh hưởng đến hàm lượng chlorophyll trong cây cũng như độ dày của lá (Knowledge Center, 2016).
c. Ánh sáng xanh lá cây (bước sóng 500nm – 550nm)
Ánh sáng xanh lá cây hầu như không có tác dụng quang hợp cho cây, thường được trộn một tỉ lệ nhỏ với ánh sáng xanh dương và đỏ để tạo ánh sáng tổng hợp cho mắt người dễ quan sát. Chức năng của ánh sáng xanh ít được hiểu rõ hơn các phổ khác và chỉ có một số loài thực vật đòi hỏi ánh sáng xanh để tăng trưởng bình thường (CA Lightworks, 2016).
d. Ánh sáng đỏ (bước sóng 640nm – 680nm)
Ánh sáng đỏ ảnh hưởng đến khả năng đảo ngược phytochrome và là điều quan trọng nhất cho ra hoa và điều chế quả. Những bước sóng này khuyến khích sự phát triển của thân, hoa, sản xuất trái cây và sản xuất diệp lục.
Bước sóng 660nm có tác động quang hợp rất mạnh và cũng thể hiện tác động cao nhất đối với phytochrome hấp thụ màu đỏ điều khiển sự nảy mầm, ra hoa và các quá trình khác. Hiệu quả nhất cho việc mở rộng chu kỳ ánh sáng hoặc gián đoạn ban đêm để kích thích sự ra hoa của cây dài ngày hoặc ngăn ngừa sự ra hoa của cây ngắn ngày (CA Lightworks, 2016).
e. Đỏ xa (bước sóng 730nm)
Theo định nghĩa, ánh sáng đỏ xa (700 đến 800nm) ở ngoài dải sóng bức xạ hoạt động quang phổ (PAR, 400-700nm). Tiện ích của ánh sáng đỏ xa chủ yếu liên quan tới sự điều khiển ra hoa và hình thái đối với cây trồng nhà kính.
Sự thiếu hụt ánh sáng đỏ xa có thể làm trì hoãn sự phát triển của hoa hoặc sự phát triển của các cây ngày dài vì vậy nếu thiếu ánh sáng đỏ trong môi trường sản xuất có thể dẫn đến sự chậm trễ trong việc ra hoa một số loài (Runkle and Heins, 2001).