Zusammenfassung: Gemüsesämlinge sind der erste Schritt in der Gemüseproduktion, und die Qualität der Sämlinge ist sehr wichtig für den Ertrag und die Qualität des Gemüses nach dem Pflanzen. Mit der kontinuierlichen Verfeinerung der Arbeitsteilung in der Gemüseindustrie haben Gemüsesetzlinge nach und nach eine eigenständige Industriekette gebildet und dienten der Gemüseproduktion. Durch schlechtes Wetter sind traditionelle Setzlingsmethoden unweigerlich mit vielen Herausforderungen konfrontiert, wie z. B. langsamem Wachstum der Setzlinge, langbeinigem Wachstum sowie Schädlingen und Krankheiten. Um mit langbeinigen Sämlingen umzugehen, verwenden viele kommerzielle Züchter Wachstumsregulatoren. Bei der Verwendung von Wachstumsregulatoren besteht jedoch das Risiko einer Versteifung der Sämlinge, der Lebensmittelsicherheit und einer Umweltverschmutzung. Zusätzlich zu chemischen Kontrollmethoden können mechanische Stimulation sowie Temperatur- und Wasserkontrolle zwar ebenfalls eine Rolle dabei spielen, das langbeinige Wachstum von Sämlingen zu verhindern, sie sind jedoch etwas weniger praktisch und effektiv. Unter den Auswirkungen der weltweiten neuen Covid-19-Epidemie sind die Probleme der Produktionsmanagementschwierigkeiten, die durch Arbeitskräftemangel und steigende Arbeitskosten in der Setzlingsindustrie verursacht werden, stärker in den Vordergrund gerückt.

Mit der Entwicklung der Beleuchtungstechnologie bietet der Einsatz von künstlichem Licht für die Aufzucht von Gemüsesämlingen die Vorteile einer hohen Sämlingseffizienz, weniger Schädlinge und Krankheiten und einer einfachen Standardisierung. Im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen zeichnet sich die neue Generation von LED-Lichtquellen durch Energieeinsparung, hohe Effizienz, lange Lebensdauer, Umweltschutz und Haltbarkeit, geringe Größe, geringe Wärmestrahlung und kleine Wellenlängenamplitude aus. Es kann ein geeignetes Spektrum entsprechend den Wachstums- und Entwicklungsbedürfnissen von Sämlingen in der Umgebung von Pflanzenfabriken formulieren und den physiologischen und metabolischen Prozess der Sämlinge genau steuern und gleichzeitig zu einer schadstofffreien, standardisierten und schnellen Produktion von Gemüsesämlingen beitragen und verkürzt den Sämlingszyklus. In Südchina dauert die Kultivierung von Paprika- und Tomatensetzlingen (3–4 echte Blätter) in Plastikgewächshäusern etwa 60 Tage und für Gurkensämlinge (3–5 echte Blätter) etwa 35 Tage. Unter Pflanzenfabrikbedingungen dauert die Kultivierung von Tomatensämlingen nur 17 Tage und von Paprikasämlingen 25 Tage unter den Bedingungen einer Photoperiode von 20 Stunden und einem PPF von 200–300 μmol/(m2·s). Im Vergleich zur herkömmlichen Setzlingsanbaumethode im Gewächshaus verkürzte der Einsatz der Sämlingsanbaumethode der LED-Pflanzenfabrik den Gurkenwachstumszyklus deutlich um 15–30 Tage und die Anzahl der weiblichen Blüten und Früchte pro Pflanze stieg um 33,8 % bzw. 37,3 %. , und die höchste Rendite wurde um 71,44 % gesteigert.

In Bezug auf die Energienutzungseffizienz ist die Energienutzungseffizienz von Pflanzenfabriken höher als die von Gewächshäusern vom Typ Venlo auf demselben Breitengrad. Beispielsweise werden in einer schwedischen Pflanzenfabrik 1411 MJ benötigt, um 1 kg Trockenmasse Salat zu produzieren, während in einem Gewächshaus 1699 MJ benötigt werden. Berechnet man jedoch den Strombedarf pro Kilogramm Salattrockenmasse, benötigt die Pflanzenfabrik 247 kW·h, um 1 kg Trockengewicht Salat zu produzieren, und die Gewächshäuser in Schweden, den Niederlanden und den Vereinigten Arabischen Emiraten benötigen 182 kW·h. h, 70 kWh bzw. 111 kWh.

Gleichzeitig können in der Pflanzenfabrik durch den Einsatz von Computern, automatischen Geräten, künstlicher Intelligenz und anderen Technologien die für den Sämlingsanbau geeigneten Umgebungsbedingungen genau gesteuert, die Einschränkungen natürlicher Umgebungsbedingungen beseitigt und intelligente, mechanisierte und jährliche stabile Produktion der Sämlingsproduktion. In den letzten Jahren wurden Pflanzenfabriksetzlinge in der kommerziellen Produktion von Blattgemüse, Obstgemüse und anderen Nutzpflanzen in Japan, Südkorea, Europa, den Vereinigten Staaten und anderen Ländern eingesetzt. Die hohen Anfangsinvestitionen von Pflanzenfabriken, die hohen Betriebskosten und der enorme Systemenergieverbrauch sind immer noch die Engpässe, die die Förderung der Setzlingsanbautechnologie in chinesischen Pflanzenfabriken einschränken. Daher ist es notwendig, die Anforderungen an hohe Erträge und Energieeinsparungen im Hinblick auf Lichtmanagementstrategien, die Einrichtung von Gemüsewachstumsmodellen und Automatisierungsgeräten zu berücksichtigen, um den wirtschaftlichen Nutzen zu verbessern.

In diesem Artikel wird der Einfluss der LED-Lichtumgebung auf das Wachstum und die Entwicklung von Gemüsesämlingen in Pflanzenfabriken in den letzten Jahren untersucht, mit einem Ausblick auf die Forschungsrichtung der Lichtregulierung von Gemüsesämlingen in Pflanzenfabriken.

1. Auswirkungen der Lichtumgebung auf Wachstum und Entwicklung von Gemüsesämlingen

Als einer der wesentlichen Umweltfaktoren für Pflanzenwachstum und -entwicklung ist Licht nicht nur eine Energiequelle für Pflanzen zur Durchführung der Photosynthese, sondern auch ein Schlüsselsignal für die Photomorphogenese von Pflanzen. Pflanzen spüren die Richtung, Energie und Lichtqualität des Signals über das Lichtsignalsystem, regulieren ihr eigenes Wachstum und ihre Entwicklung und reagieren auf die Anwesenheit oder Abwesenheit, Wellenlänge, Intensität und Dauer des Lichts. Derzeit bekannte pflanzliche Photorezeptoren umfassen mindestens drei Klassen: Phytochrome (PHYA~PHYE), die rotes und fernrotes Licht (FR) wahrnehmen, Kryptochrome (CRY1 und CRY2), die blaues und ultraviolettes A wahrnehmen, und Elemente (Phot1 und Phot2), die UV-B-Rezeptor UVR8, der UV-B wahrnimmt. Diese Photorezeptoren sind an der Expression verwandter Gene beteiligt und regulieren diese. Anschließend regulieren sie Lebensaktivitäten wie die Keimung von Pflanzensamen, die Photomorphogenese, die Blütezeit, die Synthese und Akkumulation von Sekundärmetaboliten sowie die Toleranz gegenüber biotischem und abiotischem Stress.

2. Einfluss der LED-Lichtumgebung auf die photomorphologische Etablierung von Gemüsesämlingen

2.1 Auswirkungen unterschiedlicher Lichtqualität auf die Photomorphogenese von Gemüsesämlingen

Die roten und blauen Bereiche des Spektrums weisen hohe Quanteneffizienzen für die Photosynthese von Pflanzenblättern auf. Wenn Gurkenblätter jedoch über einen längeren Zeitraum reinem Rotlicht ausgesetzt werden, wird das Photosystem geschädigt, was zum Phänomen des „Rotlichtsyndroms“ führt, wie z. B. einer verkümmerten Stomata-Reaktion, einer verringerten Photosynthesekapazität und Stickstoffnutzungseffizienz sowie einer Wachstumsverzögerung. Bei geringer Lichtintensität (100 ± 5 μmol/(m2·s)) kann reines rotes Licht die Chloroplasten sowohl junger als auch reifer Gurkenblätter schädigen. Die beschädigten Chloroplasten wurden jedoch wiederhergestellt, nachdem von reinem rotem Licht abgewichen wurde zu rotem und blauem Licht (R:B= 7:3). Im Gegensatz dazu nahm die photosynthetische Effizienz nicht wesentlich ab, als die Gurkenpflanzen von der rot-blauen Lichtumgebung zur reinen Rotlichtumgebung wechselten, was die Anpassungsfähigkeit an die Rotlichtumgebung zeigt. Durch elektronenmikroskopische Analyse der Blattstruktur von Gurkensämlingen mit „Rotlichtsyndrom“ stellten die Experimentatoren fest, dass die Anzahl der Chloroplasten, die Größe der Stärkekörner und die Dicke der Grana in den Blättern unter reinem Rotlicht deutlich geringer waren als unter denen unter Weißlichtbehandlung. Der Einsatz von blauem Licht verbessert die Ultrastruktur und die photosynthetischen Eigenschaften der Chloroplasten der Gurke und verhindert die übermäßige Anreicherung von Nährstoffen. Im Vergleich zu weißem Licht sowie rotem und blauem Licht förderte reines rotes Licht die Hypokotylverlängerung und Keimblattausdehnung von Tomatensämlingen, erhöhte die Pflanzenhöhe und Blattfläche deutlich, verringerte jedoch die Photosynthesekapazität deutlich, verringerte den Rubisco-Gehalt und die photochemische Effizienz und erhöhte die Wärmeableitung deutlich. Es ist ersichtlich, dass verschiedene Pflanzenarten unterschiedlich auf die gleiche Lichtqualität reagieren. Im Vergleich zu monochromatischem Licht weisen Pflanzen jedoch in der Umgebung gemischten Lichts eine höhere Photosyntheseeffizienz und ein kräftigeres Wachstum auf.

Forscher haben viel zur Optimierung der Lichtqualitätskombination von Gemüsesämlingen geforscht. Bei gleicher Lichtintensität und Erhöhung des Verhältnisses von rotem Licht wurden die Pflanzenhöhe und das Frischgewicht der Tomaten- und Gurkensämlinge deutlich verbessert, und die Behandlung mit einem Verhältnis von Rot zu Blau von 3:1 hatte die beste Wirkung; Im Gegenteil, ein hoher Anteil an blauem Licht hemmte das Wachstum von Tomaten- und Gurkensämlingen, die kurz und kompakt waren, erhöhte jedoch den Gehalt an Trockenmasse und Chlorophyll in den Trieben der Sämlinge. Ähnliche Muster sind bei anderen Nutzpflanzen zu beobachten, beispielsweise bei Paprika und Wassermelonen. Darüber hinaus verbesserten rotes und blaues Licht (R:B=3:1) im Vergleich zu weißem Licht nicht nur die Blattdicke, den Chlorophyllgehalt, die Photosyntheseeffizienz und die Elektronentransfereffizienz von Tomatensämlingen deutlich, sondern auch die Expressionsniveaus der damit verbundenen Enzyme Durch den Calvin-Zyklus wurden auch der vegetarische Wachstumsanteil und die Kohlenhydratakkumulation deutlich verbessert. Beim Vergleich der beiden Verhältnisse von rotem und blauem Licht (R:B=2:1, 4:1) war ein höheres Verhältnis von blauem Licht förderlicher für die Bildung weiblicher Blüten in Gurkensämlingen und beschleunigte die Blütezeit weiblicher Blüten . Obwohl unterschiedliche Verhältnisse von rotem und blauem Licht keinen signifikanten Einfluss auf die Frischgewichtsausbeute von Grünkohl-, Rucola- und Senfsämlingen hatten, verringerte ein hohes Verhältnis von blauem Licht (30 % blaues Licht) die Hypokotyllänge und die Keimblattfläche von Grünkohl erheblich und Senfkeimlinge, während sich die Keimblattfarbe vertiefte. Daher kann bei der Produktion von Sämlingen eine entsprechende Erhöhung des Blaulichtanteils den Knotenabstand und die Blattfläche von Gemüsesämlingen erheblich verkürzen, die seitliche Ausdehnung von Sämlingen fördern und den Sämlingsstärkeindex verbessern, was förderlich ist Züchtung robuster Setzlinge. Unter der Bedingung, dass die Lichtintensität unverändert blieb, verbesserte die Erhöhung des grünen Lichts im roten und blauen Licht das Frischgewicht, die Blattfläche und die Pflanzenhöhe der Paprikasämlinge deutlich. Im Vergleich zur herkömmlichen weißen Leuchtstofflampe wurden unter den Lichtbedingungen Rot-Grün-Blau (R3:G2:B5) Y[II], qP und ETR der „Okagi No. 1-Tomaten“-Sämlinge deutlich verbessert. Die Ergänzung von UV-Licht (100 μmol/(m2·s) blaues Licht + 7 % UV-A) zu reinem blauem Licht reduzierte die Stängelverlängerungsgeschwindigkeit von Rucola und Senf deutlich, während die Ergänzung von FR das Gegenteil bewirkte. Dies zeigt auch, dass neben rotem und blauem Licht auch andere Lichtqualitäten eine wichtige Rolle im Prozess des Pflanzenwachstums und der Pflanzenentwicklung spielen. Obwohl weder ultraviolettes Licht noch FR die Energiequelle der Photosynthese sind, sind beide an der Photomorphogenese von Pflanzen beteiligt. Hochintensives UV-Licht ist schädlich für pflanzliche DNA und Proteine ​​usw. UV-Licht aktiviert jedoch zelluläre Stressreaktionen und führt zu Veränderungen im Pflanzenwachstum, in der Morphologie und in der Entwicklung, um sich an Umweltveränderungen anzupassen. Studien haben gezeigt, dass ein niedrigerer R/FR-Wert bei Pflanzen Schattenvermeidungsreaktionen auslöst, was zu morphologischen Veränderungen bei Pflanzen führt, wie z. B. Stängelverlängerung, Blattverdünnung und verringertem Trockenmasseertrag. Ein schlanker Stängel ist kein gutes Wachstumsmerkmal für den Anbau kräftiger Sämlinge. Bei allgemeinen Blatt- und Fruchtgemüsesämlingen sind feste, kompakte und elastische Sämlinge beim Transport und Pflanzen nicht anfällig für Probleme.

UV-A kann Gurkensetzlinge kürzer und kompakter machen, und der Ertrag nach dem Umpflanzen unterscheidet sich nicht wesentlich von dem der Kontrolle; Während UV-B eine stärkere Hemmwirkung hat und der Ertragsminderungseffekt nach dem Umpflanzen nicht signifikant ist. Frühere Studien haben gezeigt, dass UV-A das Pflanzenwachstum hemmt und Pflanzen klein werden lässt. Es gibt jedoch immer mehr Hinweise darauf, dass das Vorhandensein von UV-A die Pflanzenbiomasse nicht unterdrückt, sondern tatsächlich fördert. Verglichen mit dem grundlegenden roten und weißen Licht (R:W=2:3, PPFD beträgt 250 μmol/(m2·s)) beträgt die zusätzliche Intensität bei rotem und weißem Licht 10 W/m2 (ca. 10 μmol/(m2·s) s)) Die UV-A-Strahlung des Grünkohls erhöhte die Biomasse, die Internodienlänge, den Stammdurchmesser und die Breite des Pflanzendachs der Grünkohlsämlinge erheblich, der Fördereffekt wurde jedoch abgeschwächt, wenn die UV-Intensität 10 W/m2 überstieg. Eine tägliche 2-stündige UV-A-Supplementierung (0,45 J/(m2·s)) könnte die Pflanzenhöhe, die Keimblattfläche und das Frischgewicht von „Ochsenherz“-Tomatenkeimlingen deutlich erhöhen und gleichzeitig den H2O2-Gehalt der Tomatenkeimlinge verringern. Es zeigt sich, dass verschiedene Nutzpflanzen unterschiedlich auf UV-Licht reagieren, was möglicherweise mit der Empfindlichkeit der Nutzpflanzen gegenüber UV-Licht zusammenhängt.

Für die Kultivierung veredelter Sämlinge sollte die Länge des Stammes entsprechend erhöht werden, um die Wurzelstockveredelung zu erleichtern. Unterschiedliche FR-Intensitäten hatten unterschiedliche Auswirkungen auf das Wachstum von Tomaten-, Paprika-, Gurken-, Kürbis- und Wassermelonensämlingen. Die Ergänzung von 18,9 μmol/(m2·s) FR in kaltem weißem Licht erhöhte die Hypokotyllänge und den Stammdurchmesser von Tomaten- und Paprikasämlingen signifikant; FR von 34,1 μmol/(m2·s) hatte die beste Wirkung auf die Förderung der Hypokotyllänge und des Stammdurchmessers von Gurken-, Kürbis- und Wassermelonensämlingen; Hochintensives FR (53,4 μmol/(m2·s)) hatte die beste Wirkung auf diese fünf Gemüsesorten. Die Hypokotyllänge und der Stammdurchmesser der Sämlinge nahmen nicht mehr signifikant zu, sondern zeigten einen Abwärtstrend. Das Frischgewicht der Paprikasämlinge nahm deutlich ab, was darauf hindeutet, dass die FR-Sättigungswerte der fünf Gemüsesämlinge alle unter 53,4 μmol/(m2·s) lagen und der FR-Wert deutlich niedriger war als der von FR. Auch die Auswirkungen auf das Wachstum verschiedener Gemüsesämlinge sind unterschiedlich.

2.2 Auswirkungen unterschiedlicher Tageslichtintegrale auf die Photomorphogenese von Gemüsesämlingen

Das Tageslichtintegral (DLI) stellt die Gesamtmenge der photosynthetischen Photonen dar, die an einem Tag von der Pflanzenoberfläche empfangen werden, und hängt von der Lichtintensität und der Lichtdauer ab. Die Berechnungsformel lautet DLI (mol/m2/Tag) = Lichtintensität [μmol/(m2·s)] × Tägliche Lichtzeit (h) × 3600 × 10-6. In einer Umgebung mit geringer Lichtintensität reagieren Pflanzen auf eine Umgebung mit geringer Lichtintensität, indem sie die Länge des Stängels und der Internodien verlängern, die Pflanzenhöhe, Blattstiellänge und Blattfläche erhöhen und die Blattdicke und die Netto-Photosyntheserate verringern. Mit zunehmender Lichtintensität, mit Ausnahme von Senf, verringerten sich die Hypokotyllänge und die Stängelverlängerung von Rucola-, Kohl- und Grünkohlsämlingen bei gleicher Lichtqualität deutlich. Es ist ersichtlich, dass die Wirkung von Licht auf Pflanzenwachstum und Morphogenese mit der Lichtintensität und der Pflanzenart zusammenhängt. Mit der Erhöhung des DLI (8,64–28,8 mol/m2/Tag) wurde der Pflanzentyp der Gurkensämlinge kurz, stark und kompakt, und das spezifische Blattgewicht und der Chlorophyllgehalt nahmen allmählich ab. 6–16 Tage nach der Aussaat der Gurkensämlinge vertrockneten die Blätter und Wurzeln. Das Gewicht nahm allmählich zu und die Wachstumsrate beschleunigte sich allmählich, aber 16 bis 21 Tage nach der Aussaat nahm die Wachstumsrate der Blätter und Wurzeln der Gurkensämlinge deutlich ab. Ein erhöhter DLI förderte die Netto-Photosyntheserate von Gurkensämlingen, aber ab einem bestimmten Wert begann die Netto-Photosyntheserate zu sinken. Daher kann die Auswahl des geeigneten DLI und die Anwendung unterschiedlicher Zusatzlichtstrategien in verschiedenen Wachstumsstadien der Sämlinge den Stromverbrauch senken. Der Gehalt an löslichem Zucker und SOD-Enzym in Gurken- und Tomatensämlingen stieg mit zunehmender DLI-Intensität. Als die DLI-Intensität von 7,47 mol/m2/Tag auf 11,26 mol/m2/Tag anstieg, stieg der Gehalt an löslichem Zucker und SOD-Enzym in Gurkensämlingen um 81,03 % bzw. 55,5 %. Unter den gleichen DLI-Bedingungen wurde mit der Erhöhung der Lichtintensität und der Verkürzung der Lichtdauer die PSII-Aktivität von Tomaten- und Gurkensämlingen gehemmt, und die Wahl einer zusätzlichen Lichtstrategie mit geringer Lichtintensität und langer Dauer war für die Kultivierung hoher Sämlinge förderlicher Index und photochemische Effizienz von Gurken- und Tomatensämlingen.

Bei der Produktion von gepfropften Setzlingen kann die Umgebung mit wenig Licht zu einer Verschlechterung der Qualität der gepfropften Setzlinge und einer Verlängerung der Heilungszeit führen. Eine angemessene Lichtintensität kann nicht nur die Bindungsfähigkeit der gepfropften Heilungsstelle verbessern und den Index starker Sämlinge verbessern, sondern auch die Knotenposition weiblicher Blüten verringern und die Anzahl weiblicher Blüten erhöhen. In Pflanzenfabriken reichte ein DLI von 2,5–7,5 mol/m2/Tag aus, um den Heilungsbedarf von veredelten Tomatensämlingen zu decken. Die Kompaktheit und Blattdicke der gepfropften Tomatensämlinge nahm mit zunehmender DLI-Intensität signifikant zu. Dies zeigt, dass gepfropfte Sämlinge zur Heilung keine hohe Lichtintensität benötigen. Unter Berücksichtigung des Stromverbrauchs und der Pflanzumgebung trägt die Wahl einer geeigneten Lichtintensität daher dazu bei, den wirtschaftlichen Nutzen zu verbessern.

3. Auswirkungen der LED-Lichtumgebung auf die Stressresistenz von Gemüsesämlingen

Pflanzen empfangen externe Lichtsignale über Photorezeptoren, was zur Synthese und Anreicherung von Signalmolekülen in der Pflanze führt, wodurch sich das Wachstum und die Funktion der Pflanzenorgane verändern und letztendlich die Stressresistenz der Pflanze verbessert wird. Unterschiedliche Lichtqualität hat einen gewissen fördernden Effekt auf die Verbesserung der Kältetoleranz und Salztoleranz von Sämlingen. Wenn beispielsweise Tomatensämlinge nachts 4 Stunden lang mit Licht ergänzt wurden, konnten im Vergleich zur Behandlung ohne zusätzliches Licht weißes Licht, rotes Licht, blaues Licht sowie rotes und blaues Licht die Elektrolytdurchlässigkeit und den MDA-Gehalt von Tomatensämlingen verringern. und verbessern die Kältetoleranz. Die Aktivitäten von SOD, POD und CAT in den Tomatensämlingen waren bei der Behandlung mit einem Rot-Blau-Verhältnis von 8:2 deutlich höher als bei anderen Behandlungen und sie hatten eine höhere antioxidative Kapazität und Kältetoleranz.

Die Wirkung von UV-B auf das Wurzelwachstum von Sojabohnen besteht hauptsächlich darin, die Stressresistenz der Pflanze zu verbessern, indem der Gehalt an Wurzel-NO und ROS, einschließlich Hormonsignalmolekülen wie ABA, SA und JA, erhöht wird, und die Wurzelentwicklung durch Verringerung des IAA-Gehalts zu hemmen , CTK und GA. Der Photorezeptor von UV-B, UVR8, ist nicht nur an der Regulierung der Photomorphogenese beteiligt, sondern spielt auch eine Schlüsselrolle bei UV-B-Stress. In Tomatensämlingen vermittelt UVR8 die Synthese und Akkumulation von Anthocyanen, und UV-akklimatisierte Wildtomatensämlinge verbessern ihre Fähigkeit, mit hochintensivem UV-B-Stress umzugehen. Die Anpassung von UV-B an den durch Arabidopsis induzierten Trockenstress hängt jedoch nicht vom UVR8-Signalweg ab, was darauf hindeutet, dass UV-B als signalinduzierte Kreuzreaktion pflanzlicher Abwehrmechanismen fungiert, sodass eine Vielzahl von Hormonen zusammenwirken Es ist an der Widerstandsfähigkeit gegen Dürrestress beteiligt und erhöht die Fähigkeit zum Auffangen von ROS.

Sowohl die durch FR verursachte Verlängerung des Pflanzenhypokotyls oder -stamms als auch die Anpassung der Pflanzen an Kältestress werden durch Pflanzenhormone reguliert. Daher hängt der durch FR verursachte „Schattenvermeidungseffekt“ mit der Kälteanpassung von Pflanzen zusammen. Die Experimentatoren ergänzten die Gerstensämlinge 18 Tage nach der Keimung 10 Tage lang bei 15 °C, kühlten sie auf 5 °C ab und ergänzten sie 7 Tage lang mit FR und stellten fest, dass FR im Vergleich zur Behandlung mit weißem Licht die Frostbeständigkeit der Gerstensämlinge erhöhte. Dieser Prozess geht mit einem erhöhten ABA- und IAA-Gehalt in Gerstenkeimlingen einher. Die anschließende Übertragung von mit 15 °C FR behandelten Gerstensämlingen auf 5 °C und die fortgesetzte FR-Supplementierung über 7 Tage führten zu ähnlichen Ergebnissen wie die beiden oben genannten Behandlungen, jedoch mit einer verringerten ABA-Reaktion. Pflanzen mit unterschiedlichen R:FR-Werten steuern die Biosynthese von Phytohormonen (GA, IAA, CTK und ABA), die auch an der Salztoleranz der Pflanzen beteiligt sind. Unter Salzstress kann die Lichtumgebung mit niedrigem R:FR-Verhältnis die antioxidative und photosynthetische Kapazität von Tomatensämlingen verbessern, die Produktion von ROS und MDA in den Sämlingen reduzieren und die Salztoleranz verbessern. Sowohl Salzstress als auch ein niedriger R:FR-Wert (R:FR=0,8) hemmten die Biosynthese von Chlorophyll, was möglicherweise mit der blockierten Umwandlung von PBG zu UroIII im Chlorophyllsyntheseweg zusammenhängt, während die Umgebung mit niedrigem R:FR wirksam Abhilfe schaffen kann der Salzgehalt Stressbedingte Beeinträchtigung der Chlorophyllsynthese. Diese Ergebnisse weisen auf einen signifikanten Zusammenhang zwischen Phytochromen und Salztoleranz hin.

Neben der Lichtumgebung beeinflussen auch andere Umweltfaktoren das Wachstum und die Qualität von Gemüsesämlingen. Beispielsweise erhöht die Erhöhung der CO2-Konzentration den Maximalwert der Lichtsättigung Pn (Pnmax), verringert den Lichtkompensationspunkt und verbessert die Lichtnutzungseffizienz. Die Erhöhung der Lichtintensität und der CO2-Konzentration trägt dazu bei, den Gehalt an photosynthetischen Pigmenten, die Wassernutzungseffizienz und die Aktivitäten von Enzymen im Zusammenhang mit dem Calvin-Zyklus zu verbessern und schließlich eine höhere photosynthetische Effizienz und Biomasseakkumulation von Tomatensämlingen zu erreichen. Das Trockengewicht und die Kompaktheit von Tomaten- und Paprikasämlingen korrelierten positiv mit dem DLI, und die Temperaturänderung beeinflusste auch das Wachstum unter derselben DLI-Behandlung. Eine Umgebung von 23 bis 25 °C war besser für das Wachstum von Tomatensämlingen geeignet. Abhängig von den Temperatur- und Lichtverhältnissen entwickelten die Forscher eine Methode zur Vorhersage der relativen Wachstumsrate von Pfeffer auf der Grundlage des Bate-Verteilungsmodells, die wissenschaftliche Leitlinien für die Umweltregulierung der Produktion von mit Pfeffer veredelten Sämlingen liefern kann.

Daher sollten bei der Gestaltung eines Lichtregulierungsschemas in der Produktion nicht nur Lichtumgebungsfaktoren und Pflanzenarten berücksichtigt werden, sondern auch Anbau- und Managementfaktoren wie die Ernährung der Sämlinge und das Wassermanagement, die Gasumgebung, die Temperatur und das Wachstumsstadium der Sämlinge.

4. Probleme und Ausblicke

Erstens ist die Lichtregulierung von Gemüsesämlingen ein anspruchsvoller Prozess, und die Auswirkungen unterschiedlicher Lichtbedingungen auf verschiedene Arten von Gemüsesämlingen in der Umgebung der Pflanzenfabrik müssen im Detail analysiert werden. Das bedeutet, dass zur Erreichung des Ziels einer hocheffizienten und qualitativ hochwertigen Setzlingsproduktion eine kontinuierliche Erforschung erforderlich ist, um ein ausgereiftes technisches System zu etablieren.

Zweitens: Obwohl der Stromverbrauch der LED-Lichtquelle relativ hoch ist, ist der Stromverbrauch für die Pflanzenbeleuchtung der Hauptenergieverbrauch für die Kultivierung von Sämlingen mit künstlichem Licht. Der enorme Energieverbrauch von Pflanzenfabriken ist immer noch der Engpass, der die Entwicklung von Pflanzenfabriken behindert.

Schließlich wird mit der breiten Anwendung der Pflanzenbeleuchtung in der Landwirtschaft erwartet, dass die Kosten für LED-Pflanzenbeleuchtung in Zukunft erheblich sinken werden; Im Gegenteil, der Anstieg der Arbeitskosten, insbesondere in der Zeit nach der Epidemie, und der Mangel an Arbeitskräften werden zwangsläufig den Prozess der Mechanisierung und Automatisierung der Produktion fördern. Künftig werden auf künstlicher Intelligenz basierende Steuerungsmodelle und intelligente Produktionsanlagen zu einer der Kerntechnologien für die Produktion von Gemüsesetzlingen werden und die Entwicklung der Technologie für Pflanzenfabriksetzlinge weiter vorantreiben.

Autoren: Jiehui Tan, Houcheng Liu
Quelle des Artikels: Wechat-Konto über Agrartechnik (Gewächshausgartenbau)