Luận án Tiến sĩ Sinh học: Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:164

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Sinh học "Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canh" trình bày: Xác định được các thông số kỹ thuật tối ưu cho cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (giống, dinh dưỡng, EC, pH, mật độ, thời gian thu hoạch phù hợp); Xác định ảnh hưởng của ánh sáng nhân tạo chiếu bằng đèn LED gồm phổ phát quang và cường độ bức xạ hoạt tính quang hợp (PAR - Photosynthetically Active Radiation) (sau đây được gọi là cường độ ánh sáng) đến sinh trưởng, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Sinh học: Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ PHƯƠNG DUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG ĐÈN LED ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU SINH LÝ, NĂNG SUẤT VÀ PHẨM CHẤT CỦA CÂY CẢI BÓ XÔI (Spinacia oleracea L.) TRỒNG THỦY CANH LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC HÀ NỘI – 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ PHƯƠNG DUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁNH SÁNG ĐÈN LED ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU SINH LÝ, NĂNG SUẤT VÀ PHẨM CHẤT CỦA CÂY CẢI BÓ XÔI (Spinacia oleracea L.) TRỒNG THỦY CANH Chuyên ngành: Sinh lí học thực vật Mã số: 9420112 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: 1. GS. TS. Nguyễn Quang Thạch 2. PGS.TS.Trần Thị Thanh Huyền HÀ NỘI – 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canh” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và tài liệu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Số liệu công bố có sự cộng tác nghiên cứu, đã được đồng ý của các cộng sự. Tất cả những tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ. Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2021 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Phương Dung
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án tiến sĩ, Tôi đã nhận được sự hướng dẫn về chuyên môn, sự giúp đỡ rất tận tình của các đơn vị, các thầy, cô và bạn bè cùng gia đình. Nhân dịp này Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng cảm ơn: GS.TS. Nguyễn Quang Thạch, PGS. TS. Trần Thị Thanh Huyền, người Thày, người Cô đã tận tâm hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án khoa học này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn: Viện Sinh học Nông nghiệp – Học viện Nông Nghiệp Việt Nam; Bộ môn Sinh lý học thực vật và Ứng dụng – Khoa Sinh học - Trường đại học Sư phạm Hà Nội; Bộ môn Sinh lý thực vật, Bộ môn Thực vật, Trung tâm nghiên cứu giống cây trồng Việt Nam – Nhật Bản, Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ sinh học thú y, Phòng thí nghiệm trung tâm KH&CNTP – Học viện Nông Nghiệp Việt Nam; Bộ môn KNCL Rau quả – Viện Nghiên cứu Rau quả, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất, trang thiết bị, nhân lực giúp tôi thực hiện tốt nhất các nghiên cứu khoa học liên quan tới nội dung của luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Sinh học, Phòng sau đại học, Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Hà Nội; Ban chủ nhiệm Khoa Nông học, Ban Giám đốc Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin được cảm ơn sự giúp đỡ của: PGS.TS. Mai Văn Chung – Trường Đại học Vinh, TS. Vũ Ngọc Thắng, ThS. Nguyễn Thị Thủy – Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã chia sẻ kinh nghiệm, kỹ thuật, hỗ trợ tôi trong quá trình nghiên cứu. Cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn đồng hành, chia sẻ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận án này. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 01 năm 2021 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Phương Dung
iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................vii DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... viii DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... xi MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ..................................................................................... 5 1.1. Cây cải bó xôi và giá trị dinh dưỡng ................................................................ 5 1.1.1. Đặc điểm sinh học ............................................................................................. 5 1.1.1.1. Nguồn gốc ...................................................................................................... 5 1.1.1.2. Phân loại ......................................................................................................... 5 1.1.1.3. Hình thái, sinh lý sinh trưởng ......................................................................... 5 1.1.2. Giá trị dinh dưỡng và giá trị trong nghiên cứu khoa học .................................. 6 1.2. Ánh sáng đèn LED đối với sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng ..... 9 1.2.1. Các thông số ánh sáng và mức độ ảnh hưởng đến cây trồng ............................ 9 1.2.2. Tính ưu việt của việc sử dụng đèn LED (light-emitting diode) cho cây trồng ...... 12 1.2.2.1. Đặc điểm và tính ưu việt của đèn LED so với các nguồn sáng khác khi sử dụng cho cây trồng .................................................................................................... 12 1.2.2.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng đèn LED cho cây trồng .................. 14 1.2.3. Những nghiên cứu về sử dụng đèn LED cho cây trồng trên thế giới ............. 16 1.2.3.1. Những nghiên cứu về ánh sáng đèn LED đối với sự nảy mầm của hạt giống cây trồng .................................................................................................................... 16 1.2.3.2. Những nghiên cứu về ánh sáng đèn LED đối với sinh trưởng, năng suất và chất lượng cây trồng .................................................................................................. 17 1.2.3.3. Những nghiên cứu về ánh sáng đèn LED đối với điều khiển ra hoa ở cây trồng ................................................................................................................... 24
iv 1.2.4. Một số nghiên cứu sử dụng đèn LED cho cây trồng ở Việt Nam ................... 26 1.3. Trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh ............................................................... 28 1.3.1. Hệ thống thủy canh ......................................................................................... 28 1.3.1.1. Hệ thống thủy canh tĩnh ............................................................................... 29 1.3.1.2. Hệ thống thủy canh động ............................................................................. 30 1.3.2. Ứng dụng kỹ thuật thủy canh trong trồng rau trên thế giới và Việt Nam ....... 32 1.4. Những nghiên cứu về cây cải bó xôi trồng thủy canh và ảnh hưởng của ánh sáng đến cây cải bó xôi ............................................................................................ 35 1.5. Một số kết luận rút ra sau tổng quan ............................................................. 39 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 41 2.1. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu .................................................................... 41 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................... 41 2.1.2. Vật liệu ............................................................................................................ 41 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................... 42 2.2.1. Địa điểm nghiên cứu ....................................................................................... 42 2.2.2. Thời gian nghiên cứu ...................................................................................... 42 2.3. Phương pháp nghiên cứu................................................................................. 42 2.3.1. Bố trí thí nghiệm ............................................................................................. 42 2.3.1.1. Nội dung 1 .................................................................................................... 43 2.3.1.2. Nội dung 2 .................................................................................................... 44 2.3.2. Các chỉ tiêu theo dõi ........................................................................................ 45 2.3.2.1. Chỉ tiêu sinh trưởng...................................................................................... 45 2.3.2.2. Chỉ tiêu về khả năng quang hợp ................................................................... 46 2.3.2.3. Chỉ tiêu về giải phẫu .................................................................................... 47 2.3.2.4. Chỉ tiêu về cấu trúc bộ rễ ............................................................................. 48 2.3.2.5. Chỉ tiêu về chất lượng dinh dưỡng ............................................................... 48 2.3.2.6. Chỉ tiêu về các hợp chống oxi hóa ............................................................... 48 2.3.2.7. Các chỉ số vệ sinh an toàn thực phẩm .......................................................... 49 2.3.3. Xử lý số liệu .................................................................................................... 49
v CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 50 3.1. Xác định các thông số kỹ thuật tối ưu trồng cải bó xôi bằng phương pháp thủy canh hồi lưu ..................................................................................................... 50 3.1.1. Giống ............................................................................................................... 51 3.1.2. Dung dịch dinh dưỡng..................................................................................... 54 3.1.3. EC dung dịch ................................................................................................... 56 3.1.4. pH dung dịch ................................................................................................... 59 3.1.5. Khoảng cách trồng .......................................................................................... 61 3.1.6. Các chỉ số vệ sinh an toàn thực phẩm ............................................................. 63 3.1.6.1. Hàm lượng NO3-........................................................................................... 63 3.1.6.2. Hàm lượng một số kim loại nặng (As, Hg, Cd, Pb) ..................................... 65 3.2. Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng khác nhau đến sinh trưởng, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu66 3.2.1. Sinh trưởng, sinh lý ......................................................................................... 66 3.2.1.1. Thông số tăng trưởng ................................................................................... 66 3.2.1.2. Sắc tố quang hợp .......................................................................................... 68 3.2.1.3. Khả năng quang hợp .................................................................................... 70 3.2.2. Đặc điểm cấu trúc bộ rễ .................................................................................. 74 3.2.3. Đặc điểm cấu trúc lá ........................................................................................ 76 3.2.3.1. Giải phẫu lát cắt ngang lá ............................................................................. 76 3.2.3.2. Đặc điểm của khí khổng ............................................................................... 79 3.2.4. Các yếu tố tạo nên năng suất và năng suất ...................................................... 83 3.2.5. Chất lượng và hàm lượng dinh dưỡng ............................................................ 86 3.2.5.1. Hàm lượng các nguyên tố khoáng................................................................ 86 3.2.5.2. Hàm lượng các chất dinh dưỡng và các chất chống oxi hóa........................ 87 3.2.6. Các thông số vệ sinh an toàn thực phẩm ......................................................... 96 3.3. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến sinh trưởng, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu ....................................................................................................................... 97
vi 3.3.1. Sinh trưởng ...................................................................................................... 97 3.3.2. Sắc tố quang hợp và thông số quang hợp........................................................ 99 3.3.3. Đặc điểm giải phẫu lá .................................................................................... 103 3.3.4. Đặc điểm của khí khổng ................................................................................ 105 3.3.5. Đặc điểm cấu trúc bộ rễ ................................................................................ 110 3.3.6. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất ................................................ 111 3.3.7. Chất lượng dinh dưỡng ................................................................................. 114 3.3.7.1. Hàm lượng nguyên tố khoáng .................................................................... 114 3.3.7.2. Hàm lượng chất dinh dưỡng ...................................................................... 116 3.3.7.3. Hàm lượng chất chống oxi hóa .................................................................. 119 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................... 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.................... 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 124 PHỤ LỤC .....................................................................................................................
vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Tên đầy đủ 1 ALS Hỗ trợ nâng cao chất lượng cuộc sống (Advanced Life Support) 2 B Màu xanh lam (Blue) CEA Môi trường nông nghiệp được kiểm soát (Controlled 3 Environment Agriculture) 4 CT Công thức 5 Đ/C Đối chứng 6 EC Độ dẫn điện (Electical Conductivity) 7 FL Đèn huỳnh quang (Fluorescent Lamps) 8 FR Đỏ xa (Far Red) 9 G Xanh lá cây (Green) 10 HL Đèn halogen (Halogen Lamps) 11 HPS Đèn natri cao áp (Pressure Sodium Lamps) 12 LED Diode phát sáng (Light Emiting Diode) 13 MGDG Monogalactosyl diacylglycerol 14 MH Đèn halogen kim loại (Metal Halide Lamps) 15 NAR Tốc độ đồng hóa chất khô (Net Assimilation Rate) 16 NST Ngày sau trồng PAR Bức xạ hoạt tính quang hợp (Photosynthetically active 17 radiation ) PPFD Mật độ dòng photon hữu hiệu cho quang hợp (Photosynthetic 18 photon flux density) 18 R Đỏ (Red) 19 RGR Tốc độ sinh trưởng tương đối (Relative Growth Rate) 20 SD Cây ngày ngắn (Short Day Plant) 21 SQDG Sulfoquinovosyl diacylglycerol
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng có trong 100g rau cải bó xôi ............................7 Bảng 3.1. Thời gian từng giai đoạn sinh trưởng của các giống cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu ....................................................................51 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của giống tới sự sinh trưởng của cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) ........................................................52 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của giống tới yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) .....................53 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của các loại dung dịch dinh dưỡng tới sự sinh trưởng của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) .........................................................................................54 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của các loại dung dịch dinh dưỡng tới yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) ...................................................55 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của EC tới sự sinh trưởng của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST).......................57 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của EC tới yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST)................................................................................................57 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH tới sinh trưởng của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) ...................................60 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của pH tới yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST)................................................................................................60 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của khoảng cách trồng tới sự sinh trưởng của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) ......................................................................................................62
ix Bảng 3.11. Ảnh hưởng của khoảng cách trồng tới yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cây cải bó xôi giống PD512 trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) ..................................................................63 Bảng 3.12. Kết quả phân tích hàm lượng NO3- tích lũy trong cây cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh hồi lưu thu hoạch sau thời gian ngừng cung cấp dinh dưỡng khác nhau ................................................64 Bảng 3.13. Kết quả phân tích hàm lượng một số kim loại nặng trong cây cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh hồi lưu (42 NST) ............................65 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) đến sinh trưởng của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) ...............................68 Bảng 3.15. Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) đến hàm lượng sắc tố quang hợp của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) ......................................................................................................70 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) đến khả năng quang hợp của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) ....................71 Bảng 3.17. Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) đến đặc điểm cấu trúc bộ rễ của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) ..............75 Bảng 3.18. Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) đến cấu trúc giải phẫu của lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) ....................77 Bảng 3.19. Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng (PPFD = 190 µmol/m2/s) đến các yếu tố tạo nên năng suất và năng suất cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh trong nhà (30 NST) ......84 Bảng 3.20. Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) đến hàm lượng các nguyên tố
x khoáng có trong cải bó xôi giống PD512 trồng canh trong nhà (30 NST) ......................................................................................................87 Bảng 3.21. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đèn LED khác nhau đến thông số sinh trưởng của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của đèn LED màu đỏ - xanh trong nhà (21 NST) ....................98 Bảng 3.22. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến hàm lượng sắc tố quang hợp của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED màu đỏ-xanh (21 NST) .....................100 Bảng 3.23. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến khả năng quang hợp của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của đèn LED màu đỏ - xanh trong nhà (21 NST) ...............................102 Bảng 3.24. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến cấu trúc giải phẫu của lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của đèn LED màu đỏ - xanh lam (21 NST) .................................104 Bảng 3.25. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến các tế bào biểu bì lá của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST) ........................................107 Bảng 3.26. Ảnh hưởng của các cường độ ánh sáng khác nhau đến cấu trúc bộ rễ của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST). ..............................................110 Bảng 3.27. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến năng suất của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST)...............................................................112 Bảng 3.28. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đèn LED khác đến hàm lượng các nguyên tố khoáng có trong cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST). .....115
xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Hình thái của cây cải bó xôi ....................................................................5 Hình 1.2. Phổ hấp thu của chlorophyll và carotenoid............................................10 Hình 1.3. Các phổ bước sóng ánh sáng .................................................................11 Hình 1.4. Những khoảng ánh sáng được hấp thụ bởi thực vật ..............................11 Hình 1.5. Hệ thống thủy canh tĩnh .........................................................................30 Hình 1.6. Hệ thống thủy canh hồi lưu...................................................................31 Hình 3.1. Các giống cải bó xôi trồng thủy canh trong thí nghiệm (42 NST) ........53 Hình 3.2. Giống cải bó xôi PD512 trồng ở các dung dịch dinh dưỡng khác nhau (42 NST) .......................................................................................56 Hình 3.3. Giống cải bó xôi PD512 trồng ở các mức EC dung dịch khác nhau (42NST) .................................................................................................58 Hình 3.4. Giống cải bó xôi PD512 trồng ở các mức pH dung dịch khác nhau (42 NST) ................................................................................................61 Hình 3.5. Giống cải bó xôi PD512 trồng ở các khoảng trồng cách khác nhau (42 NST) ................................................................................................63 Hình 3.6. Động thái tăng trưởng chiều cao cây (A), số lá (B) của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng PPFD = 190 µmol/m2/s) ..................................................67 Hình 3.7. Đặc điểm cấu trúc bộ rễ của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (cùng PPFD = 190 µmol/m2/s) (30 NST). ............................................................................75 Hình 3.8. Cấu trúc giải phẫu lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (ở cùng cường độ PPFD = 190 µmol/m2/s) (30NST). ............................................................................78 Hình 3.9. Hình ảnh lớp biểu bì trên và dưới của lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh (ánh sáng vàng, cường độ 190 µmol/m2/s) (30NST). ................................................................................................79
xii Hình 3.10. Biểu bì trên của lá cải bó xôi giống PD512 ở các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng 190 µmol/m2/s) (30NST). ................................................80 Hình 3.11. Biểu đồ so sánh ảnh hưởng của các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng cường độ PPDF=190 µmol/m2/s) đến các thông số khí khổng ở lớp biểu bì trên của lá cải bó xôi giống PD512 (30NST). ...........................81 Hình 3.12. Biểu bì dưới của lá cải bó xôi giống PD512 ở các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng cường độ 190 µmol/m2/s) (30NST). ................................82 Hình 3.13. Biểu đồ so sánh ảnh hưởng của các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng cường độ PPDF=190 µmol/m2/s) đến các thông số khí khổng ở lớp biểu bì dưới của lá cải bó xôi giống PD512 (30NST). ..........................83 Hình 3.14. Cây cải bó xôi giống PD512 ở các công thức xử lý ánh sáng khác nhau (ở cùng PPFD =190 µmol/m2/s) (30NST) ....................................85 Hình 3.15. Hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng PPFD = 190 µmol/m2/s) (30 NST). ............................................................................88 Hình 3.16. Hàm lượng các chất chống oxi hóa có trong cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng PPFD = 190 µmol/m2/s) (30 NST). ............................................................................89 Hình 3.17. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến cấu trúc giải phẫu lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của đèn LED màu đỏ - xanh lam (21 NST). .....................................................103 Hình 3.18. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến đặc điểm lớp tế bào biểu bì trên ở lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST). ......................108 Hình 3.19. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến đặc điểm lớp tế bào biểu bì dưới ở lá cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST). ......................109
xiii Hình 3.20. Cấu trúc bộ rễ ở các cường độ ánh sáng khác nhau của cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST). ....................................................................111 Hình 3.21. Hình ảnh cây cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở các cường độ ánh sáng khác nhau dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST). ....................................................................................114 Hình 3.22. Biểu đồ hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở các cường độ ánh sáng khác nhau dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST). ...........................117 Hình 3.23. Biểu đồ hàm lượng các chất chống oxi hóa có trong cải bó xôi giống PD512 trồng thủy canh ở các cường độ ánh sáng khác nhau dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED đỏ - xanh (21 NST). ...........................120
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài Nền nông nghiệp với môi trường được kiểm soát hiện đang phát triển một cách nhanh chóng với mục đích giải quyết vấn đề cung cấp thực phẩm không ổn định, sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên và giảm tác động của các hoạt động nông nghiệp đến môi trường (Miyagi & et al., 2017; Kozai, 2018) [78], [96]. Khả năng quản lý chính xác các thông số vật lý và hóa học trong các hệ thống trồng cây trong nhà kính (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, chất dinh dưỡng, v.v.) sẽ giúp kiểm soát năng suất và nâng cao chất lượng thực vật (Graamans et al., 2018) [55]. Bên cạnh đó, rau xanh là nguồn thực phẩm quan trọng trong việc bổ sung dinh dưỡng thiết yếu cho con người mỗi ngày. Một số loại rau còn được xem như loại thực phẩm chức năng, được sử dụng như dược liệu quý giúp tăng cường sức khoẻ và ngăn ngừa bệnh tật. Rau cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) là loại cây được lựa chọn trồng trong nhà kính và cả trong các hệ thống trồng cây thương mại (plant factories) vì có chiều cao tương đối nhỏ lại cho phép sản xuất nhiều chu kỳ ngắn hạn trong năm, lợi nhuận kinh tế nhanh hơn nhiều so với một số loại rau ăn lá khác (Lu & Shimamura, 2018) [89]. Đây cũng là loại rau cung cấp giá trị dinh dưỡng cao do có chứa một loại hoạt chất steroid (tên khoa học là phutoecdy) có tác dụng thúc đẩy sự sản xuất protein trong cơ thể lên tới 20%, nhiều vitamin thiết yếu đối với cơ thể như: A, K, D, E, khoáng chất Fe, P, Ca… và nguồn axit béo thực vật omega 3 dồi dào (Ko et al., 2014) [75]. Cây cải bó xôi hứa hẹn sẽ mang lại nhiều tiềm năng trong phát triển sản xuất rau tại Việt Nam. Từ nhu cầu thực tế đó, việc trồng rau theo hướng mới như: trồng rau không dùng đất, không cần tưới, không cần sử dụng ánh sáng mặt trời và xây dựng mô hình sản xuất quy mô khép kín là yêu cầu cấp thiết hiện nay. Trồng rau thủy canh là một trong những kỹ thuật sản xuất rau sạch phù hợp vì có khả năng tạo ra những sản phẩm đồng nhất, chất lượng, sản phẩm sạch, số lượng cây trồng lớn hơn trên một đơn vị diện tích nên năng suất cao, thu hoạch dễ dàng, tối ưu hóa phân bón,
2 lượng nước sử dụng, cây ít bị sâu bệnh và góp phần giải quyết tốt nhu cầu trồng rau sạch tại nhà ở thành thị (Tomasi et al., 2015) [149]. Trong khi đó, công nghệ chiếu sáng bằng đèn LED được xem như nguồn chiếu sáng mới cho kỹ thuật trồng cây trong nhà với những ưu điểm vượt trội như tuổi thọ cao, kích thước nhỏ, có thể tạo ra các phổ ánh sáng đơn sắc phù hợp cho cây trồng v.v... Mặt khác, khoảng 90% ánh sáng hấp thụ bởi lá cây thuộc vùng ánh sáng màu xanh lam hoặc đỏ (Terashima et al, 2009) [147], vì đây là hai vùng ánh sáng được diệp lục hấp thụ mạnh nhất. Do đó, sự sinh trưởng phát triển của cây bị ảnh hưởng đáng kể bởi hai vùng ánh sáng này. Các nghiên cứu trước đây cũng chỉ ra rằng, sự kết hợp giữa ánh sáng đèn LED màu đỏ và màu xanh theo tỷ lệ 1:1 có thể làm tăng khối lượng tươi và khô ở nhiều loài thực vật như Lilium và cà chua (Chen et al., 2014) [40]. Không những thế, đèn LED rất phù hợp với các ứng dụng nghiên cứu (như trong buồng sinh trưởng, cho các ứng dụng nuôi cấy mô). Do đèn LED là một thiết bị trạng thái rắn nên có thể dễ dàng tích hợp vào các hệ thống điều khiển kỹ thuật số. Sử dụng đèn LED như một nguồn ánh sáng nhân tạo cho cây trồng không chỉ để tối ưu hóa chất lượng quang phổ cho các loại cây trồng khác nhau, các quá trình sinh lý khác nhau mà còn có thể tạo ra một hệ thống chiếu sáng được điều khiển kỹ thuật số và tiết kiệm năng lượng. Chính vì những lý do trên, chúng tôi đã tiến hành đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đèn LED đến một số chỉ tiêu sinh lý, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trồng thủy canh”. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu tổng quát Xác định ảnh hưởng của chiếu sáng nhân tạo bằng đèn LED đến sinh trưởng, năng suất và chất lượng của cây cải bó xôi được trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu.
3 2.2. Mục tiêu cụ thể Xác định được các thông số kỹ thuật tối ưu cho cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (giống, dinh dưỡng, EC, pH, mật độ, thời gian thu hoạch phù hợp). Xác định ảnh hưởng của ánh sáng nhân tạo chiếu bằng đèn LED gồm phổ phát quang và cường độ bức xạ hoạt tính quang hợp (PAR - Photosynthetically Active Radiation) (sau đây được gọi là cường độ ánh sáng) đến sinh trưởng, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu. 3. Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu của luận án như sau: 3.1. Nghiên cứu các thông số cơ bản cho kỹ thuật trồng cải bó xôi bằng phương pháp thủy canh hồi lưu. 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng nhân tạo chiếu bằng đèn LED (phổ phát quang và cường độ ánh sáng) đến sinh trưởng, năng suất và phẩm chất của cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4.1. Về mặt khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp các dẫn liệu khoa học có giá trị về đặc điểm sinh lý học thực vật, năng suất và chất lượng của cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu được chiếu sáng nhân tạo bằng ánh sáng đèn LED. Luận án là một công trình nghiên cứu khoa học có giá trị làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và giảng dạy về lĩnh vực sinh lý thực vật nói riêng và ngành nông nghiệp công nghệ cao nói chung. 4.2. Về mặt thực tiễn Khuyến cáo sử dụng các thông số kỹ thuật tối ưu trồng cây cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu (giống F1 PD512, dung dịch dinh dưỡng SH3, pH 6-6,5, EC = 1200 µS/cm, khoảng cách trồng 15 cm x 12 cm, thời gian thu hoạch sau khi ngừng cung cấp dinh dưỡng 4 ngày) đạt hiệu quả cao nhất. Đề xuất được loại đèn LED phù hợp với ánh sáng đỏ - xanh (4R:1B) và cường độ 190 µmol/m2/s để trồng rau cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu trong nhà.
4 5. Những đóng góp mới của luận án 5.1. Đã xác định được các thông số tối ưu cho quy trình trồng rau cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu về giống, mật độ, dung dịch dinh dưỡng, pH, EC và thời gian ngừng cung cấp dinh dưỡng trước khi thu hoạch. 5.2. Tìm được phổ ánh sáng nhân tạo của đèn LED phù hợp cho sinh trưởng của cây cải bó xôi trồng thủy canh cho năng suất cao và chất lượng tốt là ánh sáng đỏ-xanh lam với tỉ lệ 4R:1B và cường độ bức xạ hoạt tính quang hợp là 190 µmol/m2/s. 6. Cấu trúc luận án Luận án được cấu trúc làm 6 phần: mở đầu, nội dung, kết luận, danh mục các công trình khoa học đã công bố, tài liệu tham khảo và phụ lục. Phần nội dung của luận án được triển khai thành ba chương như sau: Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu (35 trang) Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu (9 trang) Chương 3: Kết quả và thảo luận (70 trang) với 28 bảng và 23 hình.
5 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. Cây cải bó xôi và giá trị dinh dưỡng 1.1.1. Đặc điểm sinh học 1.1.1.1. Nguồn gốc Rau cải bó xôi có tên khác là rau chân vịt, rau pố xôi, bố xôi, rau nhà chùa, bắp xôi, rau bina. Tên khoa học là Spinacia oleracea L.. Đây là một loài thực vật có hoa thuộc họ Dền (Amaranthaceae), thuộc lớp Hai lá mầm, có nguồn gốc ở miền Trung và Tây Nam Á. 1.1.1.2. Phân loại Phân loại khoa học (USDA, NRCS, 2010) Giới (Regnum) Plantae Lớp (Class) Magnoliopsida Bộ (Ordo) Caryophyllales Họ (Familia) Amarathanceae Chi ( Genus) Spinacia Loài ( Species) Oleracea 1.1.1.3. Hình thái, sinh lý sinh trưởng * Hình thái, sinh lý sinh trưởng (A) (B) (C) Hình 1.1. Hình thái của cây cải bó xôi (A: Cây, B: Hoa ,C: Hạt) (http://www.botany.hawaii.edu/faculty/carr/chenopodi.htm) [174]