Tóm tắt 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:27

Thêm vào BST

Báo xấu

44
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận án nhằm xác định các thông số kỹ thuật như giống, dinh dưỡng, EC, pH, mật độ, thời gian thu hoạch phù hợp cho sinh trưởng, chất lượng của cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu. Từ đó, đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng ánh sáng nhân tạo (phổ phát quang và cường độ ánh sáng) đến sinh trưởng, năng suất và chất lượng của cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh trong nhà. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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 Chuyên ngành: Sinh lí học thực vật Mã số: 9.42.01.12 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC HÀ NỘI - 2021
Công trình được hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: 1. GS. TS. Nguyễn Quang Thạch 2. PGS.TS.Trần Thị Thanh Huyền Phản biện 1: PGS.TS. Mai Văn Chung Trường Đại học Vinh Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Văn Đính Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Quang Huy Trường Đại học KHTN-ĐHQG Hà Nội Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội vào hồi …..giờ … ngày … tháng… năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài 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 cây trồng có giá trị dinh dưỡng cao, chứa nhiều vitamin (A, K, D, E), khoáng chất (Fe, P, Ca…) và nguồn axit béo thực vật omega 3 dồi dào (Ko et al., 2014). Đây cũng là loại cây được lựa chọn trồng trong nhà kính và cả trong các plant factories vì cho phép sản xuất nhiều chu kỳ ngắn hạn trong năm, lợi nhuận kinh tế cao hơn một số loại rau ăn lá khác (Lu and Shimamura, 2018). Bên cạnh đó, việc kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất phẩm chất của cây rau, 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 cao… góp phần giải quyết tốt nhu cầu trồng rau sạch tại nhà ở thành thị (Tomasi et al., 2015). 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... 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 Xác định các thông số kỹ thuật như giống, dinh dưỡng, EC, pH, mật độ, thời gian thu hoạch phù hợp cho sinh trưởng, chất lượng của cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu. Từ đó, đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng ánh sáng nhân tạo (phổ phát quang và cường độ ánh sáng) đến sinh trưởng, năng suất và chất lượng của cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh trong nhà. 3. Nội dung nghiên cứu chính Đề tài nghiên cứu 2 nội dung chính 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. 1
4. Kết quả đã đạt được 4.1. Trong 3 giống cải bó xôi thí nghiệm, giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 PD512- Phú Điền thích hợp nhất trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu. Trồng giống cải bó xôi trên với khoảng cách 15 cm x 12 cm (190 cây/m2) và sử dụng dung dịch dinh dưỡng SH3 với mức EC = 1.200 µS/cm, pH từ 6 - 6,5 là phù hợp trong suốt thời gian sinh trưởng của cây. Thu hoạch rau cải bó xôi sau 4 ngày ngừng cung cấp dinh dưỡng sẽ đảm bảo rau an toàn về hàm lượng NO 3- và hàm lượng kim loại nặng. 4.2. Với 3 cách xử lý các phổ ánh sáng khác nhau, ánh sáng đèn LED đỏ xanh (4R:1B) cho các chỉ tiêu sinh trưởng (chiều cao, số lá, khả năng tích lũy chất khô, năng suất), quang hợp (hàm lượng các sắc tố quang hợp, chỉ số huỳnh quang hữu hiệu của diệp lục), cấu tạo giải phẫu (độ dày lá, chiều dài mô dậu, mô khuyết, mật độ, kích thước khí khổng) và đa phần các chỉ tiêu chất lượng (hàm lượng các chất chống oxi hóa: vitamin C, polyphenol, hàm lượng dinh dưỡng: chất xơ, đường, axit hữu cơ...) cao hơn so với 2 công thức còn lại là ánh sáng trắng (1R:1B:1G) và vàng (5R:2B:3G). Trong cả 3 phương pháp xử lý phổ ánh sáng khác nhau không phát hiện Salmonella, E.coli. Ánh sáng đỏ- xanh lam là ánh sáng thích hợp cho sự phát triển của rau cải bó xôi. 4.3. Cây cải bó xôi trồng thủy canh sinh trưởng tốt hơn khi cường độ ánh sáng tăng từ 90 đến 190 µmol/m2/s, thể hiện qua các chỉ tiêu sinh trưởng (chiều cao cây, số lá, diện tích lá, khả năng tích lũy chất khô), cấu trúc rễ cũng như năng suất. Khi cung cấp đủ ánh sáng hàm lượng các chất không có lợi cho sức khỏe như axit oxalic, nitrate có xu hướng giảm, ngược lại hàm lượng chất dinh dưỡng (đường, chất xơ, axit hữu cơ) và các chất chống oxi hóa (vitamin C, polyphenol) có xu hướng tăng. Tuy nhiên, ở cường độ 190 µmol/m2/s cho năng suất cá thể, phẩm chất cây cải bó xôi tốt hơn so với 240 µmol/m2/s. Trong nghiên cứu này, cường độ ánh sáng 190 µmol/m2/s cho hiệu quả hơn cường độ ánh sáng 240 µmol/m2/s ở cùng một điều kiện thí nghiệm. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5.1. Ý nghĩa 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. 5.2. Ý nghĩa 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 2
µmol/m2/s để trồng rau cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu trong nhà. 6. Những đóng góp mới của luận án 6.1. 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. 6.2. 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. 7. 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, nội dung và phương pháp nghiên cứu (9 trang) Chương 3: Kết quả và thảo luận (70 trang) Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Cây cải bó xôi, giá trị dinh dưỡng và giá trị trong nghiên cứu khoa học 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.Chenopodiaceae, 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. Đây là loại rau có giá trị dinh dưỡng, vitamin, khoáng chất... Ngoài ra, nghiên cứu ứng dụng của rau cải bó xôi trong điều trị chống ung thư cũng bước đầu có kết quả nhất định. Hơn thế nữa, rau cải bó xôi có chứa các chất chống oxy hóa chính của nhóm carotenoid và polyphenol. Rau cải bó xôi chứa hầu hết sulfoquinovosyl diacylglycerol (SQDG) và monogalactosyl diacylglycerol (MGDG) trong thành phần của glycoglycerolipid. Glycoglycerolipid trong rau cải bó xôi khi dùng đường uống có thể ức chế sự phát triển tế bào ung thư của con người và ức chế sự tăng sinh khối u rắn in vivo (Maeda et al., 2010). Cải bó xôi cũng là một loại cây rau được sử dụng rộng rãi cho nhu cầu rau xanh của con người và nó được coi là cây trồng điển hình trong một số nghiên cứu (Hanford, 2004). Rau cải bó xôi cũng đã được dùng làm cây mẫu để nghiên cứu sự thay đổi sinh lý và chất lượng trong các điều kiện nhiệt độ và ánh sáng khác nhau (Proietti et al., 2009). 1.2. Đặc điểm và tính ưu việt của đèn LED khi sử dụng cho cây trồng LED là ánh sáng trạng thái rắn, phát ra từ một loại chất bán dẫn, cho phép kiểm soát thành phần quang phổ và cường độ ánh sáng thích hợp để liên kết với các bộ phận cảm biến và tiếp nhận ánh sáng của cây, ảnh hưởng đến hình thái thực vật, các quá trình sinh lý khác nhau cũng như khả năng ra hoa, hiệu quả của quang hợp. Do đó giúp cây tăng trưởng tốt hơn. Đèn LED có khả năng sinh ra các dòng sáng phát quang cao nhưng nhiệt bức xạ thấp và duy trì hiệu quả của 3
ánh sáng trong nhiều năm. Bên cạnh đó đèn LED có khối lượng nhỏ, độ bền, tuổi thọ dài, thân thiện với môi trường và lượng photon sản sinh ra tỉ lệ tuyến tính với dòng điện đầu vào. Thông thường, các đèn LED được biết đến có tuổi thọ khoảng từ 30.000 đến 50.000 giờ và thậm chí còn hơn thế nữa. Do nhiệt bức xạ sinh ra thấp, đèn LED có thể được đặt gần các cây và được thiết kế để phát ra lượng ánh sáng lớn, thậm chí với cường độ cao (Xu, 2019). LED được coi một công nghệ mới làm giảm đáng kể điện năng tiêu thụ, do đó nó mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp nhà kính (Bantis et al., 2016). Hơn nữa đây là một thiết bị trạng thái rắn nên có thể dễ dàng tích hợp vào các hệ thống điều khiển kỹ thuật số, để xây dựng các chương trình chiếu sáng phức tạp như cường độ hoặc thành phần quang phổ khác nhau trong suốt quá trình phát triển của cây trồng (Nicole et al., 2019). 1.3. Những nghiên cứu trong và ngoài nước về cây cải bó xôi trồng thủy canh và ảnh hưởng của ánh sáng đến cây cải bó xôi Proietti et al. (2016) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng kết hợp của hai cường độ ánh sáng (200 và 800 μmol/m2/s) và hai nồng độ CO2 (360 và 800 ppm) đến năng suất và chất lượng dinh dưỡng của rau cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) trong điều kiện hoàn toàn kiểm soát các yếu tố môi trường. Sau 6 tuần, không có sự tương tác có ý nghĩa thống kê giữa ảnh hưởng của ánh sáng và CO2 đối với tất cả các chỉ tiêu được nghiên cứu, ngoại trừ hàm lượng nitrat và axit oxalic của lá. Ánh sáng cao và CO2 cao độc lập với nhau thúc đẩy tăng năng suất rau cải bó xôi và sự tích lũy axit ascorbic, trong khi tác động tương tác của chúng hạn chế sự tích lũy nitrate và axit oxalic trong lá rau cải bó xôi. Điều này cũng có nghĩa tăng chất lượng dinh dưỡng rau cải bó xôi. Dữ liệu cũng xác nhận rằng cường độ ánh sáng tăng làm giảm tỷ lệ thân/rễ và tăng khối lượng khô của lá (Proietti et al. , 2016). Mặt khác, cải bó xôi là cây ngày dài. Karege et al. (1979) đã nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đỏ và đỏ xa đến cây cải bó xôi. Peroxidase cơ bản có trong lá rau cải bó xôi đã được chứng minh là biến động rất nhanh sau khi chiếu ánh sáng màu đỏ (R-red) hoặc đỏ xa (FR-far red). Trong lá rau cải bó xôi, hoạt động của peroxidase cơ bản được điều chỉnh bằng ánh sáng có thể là thông qua phytochrom - một yếu tố quan trọng để kiểm soát sự ra hoa của cây ngày dài. Peroxidase cơ bản đáp ứng nhanh với quá trình quang hóa phytochrom và hữu ích để có được thông tin về sắc tố trong quá trình cảm ứng ra hoa trên cây cải bó xôi (Karege et al., 1979). Nghiên cứu khác về ảnh hưởng của việc chiếu sáng quá mức (một dòng photon 1300 mmol/m2s trong 24 giờ) đến các sắc tố quang hợp và hoạt động violaxanthin deepoxidase trong chu kỳ xanthophyll của lá rau cải bó xôi. Kết quả cho thấy bức xạ ánh sáng cao gây ra sự chuyển đổi hoạt động các sắc tố quang hợp và tỷ lệ zeaxanthin/tổng hàm lượng diệp lục cao hơn đã được ghi nhận. Lutein đã được coi là một tiêu chuẩn nội bộ trong số các xanthophyll vì nó không đổi (Pandey et al., 2005). Nghiên cứu của Öztekin et al. (2018) đối với rau cải bó xôi trồng trên hệ thống bè nổi trong nhà kính cũng đã được tiến hành. Kết quả cho thấy, không có sự khác biệt thống kê giữa việc sử dụng dung dịch dinh dưỡng đầy đủ và giảm hàm lượng đa lượng đi một nửa đối với 4
nhiều thông số khác. Vì thế giảm hàm lượng đa lượng đi một nửa để trồng rau cải bó xôi thủy canh có thể được ưu tiên để cho năng suất cao, chất lượng tốt và giảm lượng tiêu hao nguyên liệu (Öztekin et al., 2018). Maneejantra et al. (2016) đã tiến hành nghiên cứu xác định các yêu cầu dinh dưỡng đa lượng tối thiểu cho rau cải bó xôi mà vẫn đạt kích thước cây mong muốn với mục đích tối ưu hóa hiệu quả sử dụng phân bón. Kết quả cho thấy, vào ngày thứ 15 của thí nghiệm hàm lượng dinh dưỡng cần thiết ở mỗi cây đã được xác định trong 90 gram khối lượng tươi: 191 mg N, 31 mg P, 345 mg K, 34 mg Ca, 38 mg Mg, và 13 mg S (Maneejantra et al., 2016). Nồng độ nitrat, nitrite và axit ascorbic ở rau cải bó xôi đã được xác định trong khoảng chu kỳ 24 giờ nhằm tìm hiểu xem cường độ ánh sáng tại thời điểm thu hoạch có ảnh hưởng đến nồng độ các chất trong rau ăn sống hay không. Kết quả chỉ rằng rau cải bó xôi được trồng ở cường độ ánh sáng thấp hơn có nồng độ nitrat cao hơn và nồng độ axit ascorbic thấp hơn so với rau cải bó xôi được trồng ở cường độ ánh sáng cao hơn (Chang et al., 2013). Trước đó, nghiên cứu của Johnson et al. (1999) cũng đã từng khẳng định nồng độ nitrat trong rau cải bó xôi chịu hưởng bởi phổ ánh sáng. Gần đây, Agarwal & Gupta (2018) đã trồng rau cải bó dưới đèn LED màu xanh lam (470nm) và đỏ (630nm) với các tổ hợp công thức (xanh/đỏ là: 1/3, 1/1, 3/1) và đèn huỳnh quang làm đối chứng. Cây con được trồng dưới đèn LED xanh + đỏ sau 28 ngày cho thấy sự tăng trưởng tốt hơn và hàm lượng diệp lục cao hơn so với các công thức đèn LED đơn sắc. Tuy nhiên, tổng hàm lượng carotenoid nhiều hơn theo tỷ lệ cao của đèn LED màu đỏ. Tổng hàm lượng phenolic đã tăng đáng kể dưới ánh sáng đèn LED so với đèn huỳnh quang. Các hoạt động superoxide cũng cho thấy sự gia tăng đáng kể trong cây giống được xử lý bằng đèn LED. Stress oxy hóa thấp hơn ở những cây con được trồng dưới sự kết hợp của đèn LED màu xanh và đỏ (Agarwal & Gupta, 2018). Ngoài ra, những nghiên cứu về sử dụng ánh sáng đèn LED cho cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu còn khá hạn chế và chưa tìm thấy nghiên cứu về lĩnh vực này ở Việt Nam. Vì thế nghiên cứu việc bổ sung nguồn ánh sáng một cách hợp lý nhằm nâng cao năng suất cũng như chất lượng của cây cải bó xôi không những sẽ làm phong phú thêm sự hiểu biết về loại cây trồng này, mà còn là cơ sở để nâng cao giá trị dinh dưỡng của rau cải bó xôi. CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu 3 giống cải bó xôi: G1 - giống cải bó xôi F1 chịu nhiệt PD512 (Phú Điền), G2 - giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 (Lucky Seeds), G3 - giống cải bó xôi F1 (VA.DASH) (Việt Á). 2.2. Địa điểm nghiên cứu Hệ thống thủy canh hồi lưu trong nhà lưới có mái che và hệ thống thủy canh hồi lưu trong nhà điều hòa kết với hệ thống đèn LED, tại Viện Sinh học Nông nghiệp - Học viện Nông nghiệp Việt Nam 5
2.3. Thời gian nghiên cứu Đề tài được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 12/2017 đến tháng 10/2020. 2.4. Bố trí thí nghiệm Hạt giống gieo hạt vào giá thể Klasmann TS-2 (Đức) trong các khay nhựa (128 lỗ), chọn các cây đồng đều về kích thước đã ra lá thật, sau đó đưa cây vào hệ thống thủy canh tuần hoàn. * Các thí nghiệm để xác định các thông số kỹ thuật trồng cải bó xôi trên hệ thống thủy canh tuần hoàn gồm 6 thí nghiệm: Thí nghiệm 1: Giống (3 công thức giống: G1, G2, G3); Thí nghiệm 2: Dung dịch dinh dưỡng (3 công thức dung dịch: SH1, SH3, SH5); Thí nghiệm 3: EC dung dịch (4 công thức EC: 800, 1000, 1200, 1400 µs/cm); Thí nghiệm 4: pH dung dịch (3 công thức pH: 5 - 5,5; 6 - 6,5; 7 - 7,5); Thí nghiệm 5: Khoảng cách trồng (3 công thức khoảng cách: 10 cm; 15 cm; 20 cm); Thí nghiệm 6: Thời gian ngừng cung cấp dinh dưỡng trước khi thu hoạch (4 công thức thời gian: 0 ngày, 1 ngày, 2 ngày và 4 ngày). * Các thí nghiệm để xác định ảnh hưởng của ánh sáng chiếu bằng đèn LED đến cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh tuần hoàn gồm 2 thí nghiệm: Thí nghiệm 7: Ảnh hưởng của phổ ánh sáng đèn LED (3 công thức phổ ánh sáng đèn LED: CT1: R660:B450 = 4:1 (Đ/C - Ánh sáng đỏ - xanh), CT2: R660:B450:G550 = 5:2:3 (Ánh sáng vàng) CT3: R660:B450:G550 = 1:1:1 (Ánh sáng trắng)); Thí nghiệm 8: Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đèn LED khác nhau (4 công thức cường độ ánh sáng: 90, 140, 190, 240 µmol/m2/s). Hệ thống thủy canh trong nhà được lắp đặt hệ thống đèn LED gồm 6 giá đỡ hệ thống thủy canh với 4 giàn trên mỗi giá. Cây được trồng dưới ánh sáng 12 giờ/12 giờ tối. Kiểm tra độ pH và EC định kì 3 ngày một lần, pH và EC với giá trị tối ưu theo kết quả thí nghiệm. Bổ sung hoặc thay dung dịch dinh dưỡng khi hàm lượng pH và EC vượt khỏi ngưỡng. Mỗi thí nghiệm được tiến hành lặp lại 3 lần. 2.5. Các chỉ tiêu theo dõi * Chỉ tiêu sinh trưởng: Chiều cao cây (cm); Số lá/cây (lá); Diện tích lá (cm2/cây); Chỉ số diện tích lá (LAI); Tốc độ sinh trưởng tương đối; Tốc độ đồng hóa chất khô; Khối lượng tươi (g/cây); Khối lượng chất khô (g/cây); Năng suất cá thể (g/cây); Năng suất lý thuyết (NSLT) (g lá/m2); Năng suất thực thu (NSTT) (kg//m2) * Chỉ tiêu về khả năng quang hợp: Chỉ số SPAD; Sắc tố quang hợp; Cường độ quang hợp (Iqh); Chỉ số huỳnh quang hữu hiệu của diệp lục (Fv/Fm). * Chỉ tiêu về giải phẫu: Kích thước, mật độ khí khổng, độ dày lá, kích thước mô giậu và mô khuyết. * Chỉ tiêu cấu trúc bộ rễ: Tổng chiều dài, thể tích, diện tích bề mặt và đường kính trung bình * Chỉ tiêu về chất lượng dinh dưỡng: axit oxalic, các nguyên tố khoáng (Ca, K, Fe), axit hữu cơ tổng số, hàm lượng chất xơ, độ Brix * Chỉ tiêu về các hợp chống oxi hóa: Hàm lượng Vitamin C, phenol tổng số * Các chỉ số vệ sinh an toàn thực phẩm: Hàm lượng NO3-, hàm lượng một số kim loại nặng (As, Hg, Cd, Pb), vi khuẩn E. coli và Salmonella. 6
2.6. Xử lý số liệu Số liệu thu thập được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel và phần mềm R. Sự sai khác giữa các giá trị trung bình của các thông số được đánh giá theo phân tích ANOVA ở mức P < 5%. CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Xác định các thông số kỹ thuật tối ưu trồng cải bó xôi bằng phương pháp thủy canh hồi lưu 3.1.1. Giống Giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 PD512 có chiều cao cây, số lá, diện tích lá, chỉ số SPAD là cao nhất, sau đó đến giống cải bó xôi F1(VA.DASH) (Việt Á) và thấp nhất là giống cải bó xôi chịu nhiệt F1(Lucky Seeds). Sự khác biệt ở đây có ý nghĩa về mặt thống kê. Mức độ lớn hơn về các chỉ tiêu trên ở giống F1 PD512 lần lượt tương ứng gấp 1,17; 1,33; 1,82; 1,18 lần so với giống cải bó xôi F1(VA.DASH) (Việt Á) và 1,36; 1,71; 2,31; 1,07 lần so với giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 (Lucky Seeds) (Bảng 3.1). Giống F1 Phú Điền cho năng suất gấp 1,17 lần giống F1(VA.DASH) (Việt Á) và gấp 1,31 lần giống cải bó xôi chịu nhiệt F1(Lucky Seeds). Đồng thời, giống cải bó xôi F1 Phú Điền có lá to, dày và đều hơn, còn cải bó xôi chịu nhiệt F1 (Lucky Seeds) phần thịt lá hẹp và mỏng hơn. Vì thế, giống cải bó xôi F1 chịu nhiệt Phú Điền đã được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo. Bảng 3.1. Ảnh hưởng của giống tới sự sinh trưởng và năng suất của cải bó xôi (42 NST) CCC SL LA KLC KLTL KLR NSLT NSTT Giống SPAD (cm) (lá/cây) (cm2/cây) (gam) (g/cây) (g/cây) (kg/m2) (kg/m2) G1 36,33a 13,70a 528,43a 34,38a 35,91a 31,62a 4,29 3,16 2,23a G2 26,62c 8,00c 229,20c 32,13b 28,01b 24,53b 3,48 2,45 1,70c G3 31,12b 10,30b 290,51b 29,08c 31,22b 27,41b 3,81 2,74 1,90b CV (%) 1,92 2,35 2,21 4,09 2,17 2,72 - - 3,43 LSD0,05 3,89 1,51 5,62 0,05 3,41 3,92 - - 0,21 Ghi chú: G1: Cải bó xôi F1 chịu nhiệt PD512 (Phú Điền); G2: Cải bó xôi chịu nhiệt F1 (Lucky Seeds); G3: Cải bó xôi F1(VA.DASH-Việt Á); NST: Ngày sau trồng; CCC: Chiều cao cây; SL: Số lá; LA: Diện tích lá; KLC: Khối lượng toàn cây; KLR: Khối lượng rễ; NSLT: Năng suất lý thuyết; NSTT: Năng suất thực thu. Những trị số trong cùng 1 cột có cùng 1 chữ cái là không có sự sai khác ở mức ý nghĩa P < 5% theo phần mềm R. Tương tự cho các bảng còn lại. 3.1.2. Dung dịch dinh dưỡng Kết quả cho thấy, ở tất cả các chỉ tiêu theo dõi (trừ số lá/cây) đều đạt giá trị cao nhất ở công thức sử dụng dung dịch SH3. Khối lượng cây, năng suất khi dùng dung dịch SH3 đều cao tương ứng 1,23 đến 1,5 lần so với dung dịch SH1 và SH5. Sự sai khác này có ý nghĩa thống kê so với 2 công thức còn lại. Chiều cao cây và chỉ số SPAD không có sự sai khác về mặt thống kê giữa dung dịch SH1 và SH5, nhưng giữa 2 công thức dung dịch dinh dưỡng này khác biệt nhau về tất cả các chỉ tiêu còn lại (Bảng 3.2). 7
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của các loại dung dịch dinh dưỡng tới sự sinh trưởng và năng suất của cải bó xôi (42 NST) DD dinh CCC SL LA KLC KLTL KLR NSLT NSTT SPAD dưỡng (cm) (lá/cây) (cm2/cây) (gam) (gam) (gam/cây) (kg/m2) (kg/m2) SH1 33,60b 13,70a 428,25b 31,50b 32,56b 27,71b 4,85 2,77 2,30b SH3 37,41a 12,31a 513,08a 34,70a 38,57a 34,32a 4,25 3,43 2,83a SH5 32,92b 10,00b 320,17c 29,13b 28,16c 22,35c 5,81 2,23 1,90c CV (%) 1,42 2,43 3,98 3,99 4,30 4,75 - - 3,87 LSD0,05 1,62 2,17 22,37 3,16 1,74 1,52 - - 0,12 3.1.3. EC dung dịch Mặc dù không có sự khác biệt về chiều cao cây và số lá ở công thức EC = 800 µS/cm và EC = 1.000 µS/cm, nhưng có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở công thức EC = 1.200 µS/cm so với 2 công thức này. Diện tích lá ở công thức EC = 1.200 µS/cm cao hơn hẳn EC = 800 µS/cm. Chỉ số SPAD không sai khác giữa 2 công thức EC = 1.000 µS/cm và EC = 1.200 µS/cm. Tất cả các chỉ tiêu còn lại khác như diện tích lá trên cây, khối lượng cây, khối lượng thân lá, và năng suất lý thực thu ở cả 3 công thức đều có sự sai khác có ý nghĩa thống kê ở mức độ tin cây 95%. Cụ thể với EC = 1.200 µS/cm thì có số lá, diện tích lá, khối lượng cây, khối lượng thân lá và năng suất thực thu đều cao hơn 2 công thức mức EC = 800 µS/cm và EC = 1.000 µS/cm lần lượt là: 1,67; 1,97; 1,46; 1,59; 1,59 lần và 1,37; 1,21; 1,11; 1,16, 1,15 lần (Bảng 3.3). Bảng 3.3. Ảnh hưởng của EC tới sự sinh trưởng và năng suất của cải bó xôi (42 NST) CCC SL LA SPAD KLC KLTL KLR NSLT NSTT EC (cm) (lá/cây) (cm2/cây) (gam) (gam) (gam/cây) (kg/m2) (kg/m2) 800µS/cm 35,45b 8,63b 252,08c 31,51b 26,95c 21,93c 5,02 2,77 1,83c 1.000µS/cm 35,60b 10,53b 412,96b 34,48a 35,46b 30,19b 5,27 3,43 2,52b 1.200µS/cm 39,56a 14,43a 497,56a 34,53a 39,33a 34,89a 4,44 2,23 2,90a CV (%) 2,72 2,45 4,25 3,72 4,11 3,24 - - 2,71 LSD0,05 2,19 3,00 10,01 2,75 1,95 1,46 - - 0,11 3.1.4. pH dung dịch Kết quả cho thấy, chiều cao cây không có sự sai khác có ý nghĩa thống kê ở công thức pH 6 - 6,5 và 7 - 7,5, nhưng số lá, diện tích lá trên cây, khối lượng cây có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở cả 3 công thức nghiên cứu. Tuy nhiên, khối lượng thân lá và năng suất lý thuyết chỉ sai khác có ý nghĩa thống kê ở công thức pH 6 - 6,5 so với 2 công thức còn lại là pH 5 - 5,5 và pH 7 - 7,5 (giữa chúng không có sự khác biệt). Như vậy số lá, diện tích lá và khối lượng cây ở pH 7 - 7,5 cao hơn pH 5 - 5,5 nhưng khối lượng phần rễ của công thức này cũng lớn hơn nên khối lượng phần ăn được là thân lá và năng suất thực thu không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (Bảng 3.4). Trong kết quả nghiên cứu này, ngưỡng pH và EC phù hợp cho sinh trưởng của cây cải bó xôi lần lượt là 6 - 6,5 và 1.200 µS/cm. 8
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của pH tới sự sinh trưởng và năng suất của cải bó xôi (42 NST) CCC SL LA KLC KLTL KLR NSLT NSTT pH SPAD (cm) (lá/cây) (cm2/cây) (gam) (gam) (gam/cây) (kg/m2) (kg/m2) 5-5,5 26,78c 8,90c 297,88c 30,83b 29,50c 25,08b 4,42 2,01 2,09b 6-6,5 36,38a 14,00a 503,73a 35,35a 39,27a 34,42a 4,85 2,75 2,87a a b 7-7,5 34,76 12,00 421,84b 31,83b b 33,13 27,22 b 5,91 2,18 2,27b CV (%) 2,41 3,24 4,78 3,35 2,17 2,93 - - 3,49 LSD0,05 1,71 0,88 9,17 3,31 2,66 3,86 - - 0,32 3.1.5. Khoảng cách trồng Sự khác biệt về chiều cao cây giữa các khoảng cách khác nhau là không có ý nghĩa thống kê ở mức độ tin cậy 95%. Tuy nhiên với cả 3 khoảng cách được nghiên cứu đều cho sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở tất cả các thông số còn lại như: số lá, diện tích lá, chỉ số SPAD, khối lượng cây, khối lượng thân lá và năng suất thực thu, trong đó khoảng cách trồng 15cmx12cm cho các thông số trên cao nhất tương ứng lần lượt gấp 1,57; 1,14; 1,1; 1,34; 1,37; 1,38 so với cây trồng ở khoảng cách 10 cm x 12 cm và 1,17; 1,1; 1,22; 1,45; 1,16; 1,16 lần so với cây trồng ở khoảng cách 20 cm x 12 cm (Bảng 3.5). Bảng 3.5. Ảnh hưởng của khoảng cách trồng tới sinh trưởng và năng suất của cây cải bó xôi (42 NST) Khoảng cách CCC SL LA(cm2/ KLC KLTL KLR NSLT NSTT SPAD (cm) (cm) (lá/cây) cây) (g) (g) (g/cây) (kg/m ) (kg/m2) 2 10cmx12cm 35,07a 8,90c 426,95c 32,05b 29,84c 24,92c 4,92 2,00 2,08c 15cmx12cm 35,91a 14,00a 485,16a 35,34a 39,95a 34,54a 5,41 1,67 2,88a 20cmx12cm 35,86a 12,00b 447,42b 29,02c 34,89b 29,74b 5,15 1,20 2,48b CV (%) 2,47 3,42 4,27 3,24 3,27 4,25 - - 2,98 LSD0,05 1,45 0,88 11,20 1,97 2,05 1,34 - - 0,12 3.1.6. Các chỉ số an toàn thực phẩm của cây rau cải bó xôi trồng thủy canh 3.1.6.1. Hàm lượng NO3- Bảng 3.6. Hàm lượng NO3- tích lũy trong rau cải bó xôi sau thời gian ngừng cung cấp dinh dưỡng khác nhau (42 NST) Thời gian ngừng cung cấp Hàm lượng NO3- Quyết định số Mức giới hạn tối dinh dưỡng trước khi thu trong thân lá 99/2008/QĐ- đa cho phép hoạch (ngày) (mg/kg) BNN (mg/kg KLT) 0 ngày 1.171 1 ngày 974 TCVN 1500 2 ngày 627 8742:2011 4 ngày 226 CV 14,98 LSD% 221,39 Kết quả bảng 3.6 cho thấy, hàm lượng NO3- trong rau cải bó xôi thu hoạch luôn mà không có thời gian ngừng cấp dinh dưỡng vẫn ở mức giới hạn cho phép theo Quyết định số 99/2008/QĐ-BNN. Thậm chí, kết quả về hàm lượng NO3- này còn thấp hơn rất nhiều so với quy định của Ủy ban châu Âu số: 1258/2001 (theo đó giá trị ngưỡng tối đa về hàm lượng NO3- 9
là 3.500 mg/kg cho rau cải bó xôi và xà lách), do đó không gây ra bất kỳ rủi ro nào đối với sức khỏe con người. Hàm lượng NO3- có trong rau cải bó xôi tỷ lệ nghịch với thời gian ngừng cấp dinh dưỡng nên khi tăng thời gian ngừng cấp dinh dưỡng thì hàm lượng NO3- giảm (giảm 5,18 lần sau 4 ngày ngừng cung cấp dinh dưỡng so với thu hoạch luôn). Tuy nhiên, nếu tăng thời gian ngừng cung cấp dinh dưỡng thêm nữa, cây có biểu hiện thay đổi màu sắc lá. Vì thế, có khả năng thời gian thu hoạch sau khi ngừng cung cấp dinh dưỡng 4 ngày là phù hợp. 3.1.6.2. Hàm lượng một số kim loại nặng (As, Hg, Cd, Pb) Bảng 3.7. Một số kim loại nặng trong rau cải bó xôi trồng thủy canh (42 NST) Hàm lượng kim loại Mức giới hạn tối Chỉ tiêu đánh giá Tiêu chuẩn nặng trong thân lá đa cho phép As (mg/kg) 0,0181 1,00 TCVN 7770:2007 Cd (mg/kg) 0,0092 0,10 TCVN 7929:2008 Hg (mg/kg) 0,0060 0,05 TCVN 7604:2007 Pb (mg/kg) 0,164 0,30 TCVN 7929:2008 Ghi chú: Hàm lượng các chất tính theo khối lượng tươi của phần ăn được. Kết quả phân tích về hàm lượng kim loại nặng trong rau cải bó xôi trồng thủy canh cho thấy đều dưới ngưỡng rất xa so với mức giới hạn tối đa cho phép theo Quyết định số 99/2008/QĐ-BNN của Bộ Nông nghiệp (Bảng 3.7). Điều này một lần nữa khẳng định rau cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu là hoàn toàn an toàn cho người sử dụng. 3.2. Ảnh hưởng của phổ ánh sáng khác nhau đến sinh trưởng, phẩm chất của cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu 3.2.1. Sinh trưởng Bảng 3.8 . Ảnh hưởng của phổ ánh sáng đèn LED khác nhau ở cùng cường độ (PPFD = 190 µmol/m2/s) đến sinh trưởng của rau cải bó xôi trồng thủy canh trong nhà (30 NST) Số lá LA RGR NAR Công thức CCC (cm) (lá/cây) (dm2/cây) (g/ngày) (g/m2/ngày) 1R:1B:1G (AST) 28,72b 24,55c 6,82c 0,121c 5,22c 5R:2B:3G (ASV) 31,53a 29,27b 8,43b 0,132b 5,35b 4R:1B (ASĐX-Đ/C) 31,04 a 30,55 a 10,69 a 0,140 a 5,56a CV% 1,5 1,1 1,1 2,71 1,14 LSD5% 1,0 0,73 0,37 0,007 0,122 CCC: Chiều cao cây; LA: Diện tích lá. RGR: Tốc độ tăng trưởng tương đối, NAR: hiệu suất quang hợp thuần. Công thức: AST: Ánh sáng trắng, ASV: Ánh sáng vàng, ASĐX: Ánh sáng đỏ xanh, Đ/C: Đối chứng. Tương tự cho các bảng còn lại. Sự khác biệt giữa chiều cao cây ở công thức ánh sáng đèn LED vàng và ánh sáng xanh đỏ không có ý nghĩa thống kê. Sự sai khác về số lá giữa 2 công thức này là có ý nghĩa thống kê. Tốc độ tăng trưởng tương đối (RGR) và hiệu suất quang hợp thuần (NAR) giữa 3 phổ ánh sáng có sự khác biệt có ý nghĩa, cụ thể: RGR ở công thức xử lý ánh sáng đỏ xanh cao gấp 1,06 và 1,07 lần công thức ánh sáng vàng và trắng; NAR ở công thức đỏ xanh tương ứng cao 10
gấp 1,04 và 1,07 lần 2 công thức còn lại. Diện tích lá cao nhất là ở công thức xử lý ánh sáng đỏ-xanh, cao hơn 1,27 lần công thức ánh sáng vàng và 1,57 lần công thức xử lý ánh sáng trắng (Bảng 3.8). 3.2.2. Sắc tố quang hợp và khả năng quang hợp Các giá trị về hàm lượng sắc tố quang hợp cao nhất ở công thức ánh sáng đỏ xanh, sau đó là công thức ánh sáng vàng và cuối cùng là ánh sáng trắng. Tuy nhiên, không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về hàm lượng Chla giữa công thức xử lý ánh sáng vàng và công thức xử lý ánh sáng trắng và cũng không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về hàm lượng Chlb giữa công thức xử lý vàng và ánh sáng đỏ-xanh. Nhưng có sự sai khác có ý nghĩa thống kê về tổng hàm lượng chla và chlb, hàm lượng carotenoid ở công thức xử lý ánh sáng trắng so với 2 công thức còn lại. Do đó, giá trị SPAD là cao nhất trong công thức xử lý ánh sáng đỏ - xanh và các giá trị này cao hơn tương ứng 1,05 đến 1,06 lần so với ánh sáng vàng và trắng. Tuy nhiên tỉ lệ chla/chlb chỉ có sự sai khác có ý nghĩa giữa công thức ánh sáng trắng với công thức xử lý ánh sáng đỏ xanh, nhưng không khác biệt giữa công thức ánh sáng vàng và ánh sáng đỏ-xanh (Bảng 3.9). Bảng 3.9. Ảnh hưởng của phổ ánh sáng khác nhau ở cùng cường độ (PPFD = 190 µmol/m2/s) đến sắc tố quang hợp của rau cải bó xôi trồng thủy canh (30 NST) Chla Chlb Chl(a+b) Chla/ Carotenoid Pn Fv/Fm Công thức (mg/g) (mg/g) (mg/g) Chlb (mg/g) (µmolCO2 SPAD /m2lá/s) 1R:1B:1G 0,268b 0,498b 0,766b 0,538b 0,169b 0,819b 39,60b 36,34b (AST) 5R:2B:3G 0,274b 0,515a 0,789a 0,532ab 0,181a 0,806b 39,99b 36,71b (ASV) 4R:1B 0,290a 0,522a 0,812a 0,555a 0,183a 0,912a 44,26a 38,37a (ASĐX-Đ/C) CV% 1,68 1,51 1,38 1,6 2,34 2,3 3,7 0,7 LSD 0,009 0,015 0,022 0,017 0,008 0,04 3,06 0,77 Chỉ số Fv/Fm chlorophyll a là huỳnh quang thông số cảm ứng đặc trưng cho hiệu suất lượng tử tối đa của hệ thống quang hóa II (PS II). Các giá trị Pn và Fv/Fm là cao nhất trong công thức xử lý ánh sáng đỏ-xanh và các giá trị này cao hơn tương ứng 1,11 đến 1,12 lần và 1,11 - 1,13 lần so với hai cách xử lý ánh sáng còn lại. 3.2.3. Đặc điểm cấu trúc bộ rễ Ở tất cả các thông số về đặc điểm rễ: chiều dài rễ, diện tích, tổng diện tích bề mặt, đường kính trung bình và thể tích trung bình là cao nhất trong xử lý ánh sáng đỏ xanh. Sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5% giữa 3 công thức xử lý về chiều dài rễ, tổng diện tích bề mặt và đường kính trung bình. Trong đó, tương ứng chiều dài rễ cao hơn 1,5; 2,3 lần, tổng diện tích bề mặt cao hơn 1,9; 3,5 lần, đường kính trung bình cao hơn 1,5; 2,8 lần so với công thức xử lý ánh sáng vàng và ánh sáng trắng (Bảng 3.10, Hình 3.1). Ánh sáng hỗn hợp của màu đỏ và màu 11
xanh đã có ưu thế hơn giúp tăng cường sự phát triển rễ của cây cải bó xôi. Tỷ lệ ánh sáng hỗn hợp R/B tốt nhất với cải bó xôi có khả năng là tỉ lệ 4/1. Hình 3.1. Ảnh hưởng của phổ ánh sáng khác nhau đến cấu trúc rễ cải bó xôi trồng thủy canh. AST: Ánh sáng trắng, ASV: Ánh sáng vàng, ASĐX: Ánh sáng đỏ xanh Bảng 3.10. Ảnh hưởng của phổ ánh sáng đèn LED khác nhau ở cùng cường độ (PPFD = 190 µmol/m2/s) đến đặc điểm cấu trúc bộ rễ rau cải bó xôi trồng thủy canh trong nhà (30 NST) Tổng Tổng diện Công thức Diện tích Đường kính Thể tích chiều dài tích bề mặt (cm2) trung bình (mm) (cm3) rễ (cm) (cm2) 1R:1B:1G (AST) 915,75c 16,00b 50,46c 0,105c 0,466b 5R:2B:3G (ASV) 1373,33b 29,20b 91,98b 0,191b 0,492b 4R:1B (ASĐX-Đ/C) 2071,43a 52,51a 174,97a 0,289a 2,385a CV% 13,47 13,97 9,65 9,00 13,04 LSD5% 391,22 15,6 41,54 0,035 0,29 3.2.4. Đặc điểm cấu trúc lá 3.2.4.1. Giải phẫu lát cắt ngang lá Bảng 3.11. Ảnh hưởng của các phổ ánh sáng đèn LED khác nhau (cùng PPFD = 190 µmol/m2/s) đến cấu trúc giải phẫu của lá rau cải bó xôi trồng thủy canh (30 NST) Chiều dày Chiều dày CD mô Công thức Độ dày mô dậu mô xốp dậu/CD mô Độ chặt lá lá (µm) (µm) (µm) xốp 1R:1B:1G (AST) 46,906c 163,479c 251,884c 0,287c 0,186b 5R:2B:3G (ASV) 64,996b 218,589b 320,924b 0,297b 0,203a 4R:1B (ASĐX-Đ/C) 78,307a 252,992a 382,425a 0,310a 0,205a CV% 2,34 0,71 0,59 2,51 2,15 LSD5% 1,36 1,38 1,74 0,0068 0,0039 12
AST ASV ASĐX Hình 3.2. Ảnh hưởng của phổ ánh sáng khác nhau đến giải phẫu lá cải bó xôi trồng thủy canh. Thước đo: 50 µm. Độ phóng đại 400 lần. Công thức xử lý ánh sáng đỏ xanh cho độ dày lá lớn nhất, đồng thời chiều dày mô dậu, mô xốp cũng như tỷ lệ độ dày lớp tế bào mô dậu/ độ dày lớp tế bào mô xốp cũng lớn nhất. Sự khác biệt ở đây là có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy 95%. Trong đó, công thức xử lý ánh sáng đỏ xanh có mức độ lớn hơn ở các thông số chiều dày mô dậu gấp1,2; 1,7 lần, chiều dày mô xốp gấp1,2;1,6, độ dày lá gấp 1,2;1,5 và tỉ lệ tỷ lệ độ dày lớp tế bào mô dậu/ độ dày lớp tế bào mô xốp gấp 1,04;1,08 lần so với công thức ánh sáng vàng và ánh sáng trắng. Công thức xử lý ánh sáng vàng và ánh sáng đỏ xanh có độ chặt lá sai khác có ý nghĩa so với công thức ánh sáng trắng, nhưng không có sự sai khác có ý nghĩa giữa chúng (Bảng 3.11, Hình 3.2). 3.2.4.2. Đặc điểm của khí khổng Hình 3.3. Biểu bì trên của lá cải bó xôi (A, B, C lần lượt là biểu bì trên ở các công thức ánh sáng trắng, ánh sáng vàng và ánh sáng đỏ xanh) và biểu đồ thông số khí khổng ở các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng 190 µmol/m2/s). 13
Hình 3.4. Biểu bì dưới của lá cải bó xôi (A, B, C lần lượt là biểu bì dưới ở các công thức ánh sáng trắng, ánh sáng vàng và ánh sáng đỏ xanh) và biểu đồ thông số khí khổng ở các phổ ánh sáng khác nhau (ở cùng 190 µmol/m2/s). Biểu bì trên của lá: ở các chất lượng ánh sáng khác nhau, chiều dài khí khổng (TBKK), chiều rộng TBKK, tỉ lệ chiều dài/chiều rộng TBKK, mật độ cũng thay đổi khác nhau, sự khác biệt ở đây là có ý nghĩa thống kê ở mức độ tin cậy 95%. Chiều rộng và mật độ TBKK cao nhất ở công thức xử lý ánh sáng đỏ xanh và thấp nhất ở công thức ánh sáng trắng. Trong khi đó, chiều dài khí khổng, tỉ lệ chiều dài/chiều rộng TBKK cao nhất cũng ở công thức xử lý ánh sáng đỏ xanh nhưng thấp nhất lại ở công thức ánh sáng vàng. Chiều dài TBKK, chiều rộng TBKK ở công thức ánh sáng đỏ xanh cao hơn khoảng 1,2-1,3 lần so với công thức ánh sáng trắng, còn mật độ khí khổng cao hơn gấp 2 lần (Hình 3.3). Tuy nhiên ở biểu bì dưới lá, chiều rộng TBKK cao nhất ở công thức xử lý ánh sáng vàng, còn lại chiều dài TBKK, tỉ lệ chiều dài/chiều rộng và mật độ TBKK vẫn cao nhất ở công thức xử lý ánh sáng đỏ xanh. Công thức xử lý ánh sáng trắng cho tất cả các thông số biểu bì ở trên là thấp nhất. Sự sai khác ở đây là có ý nghĩa thống kê ở mức ý nghĩa 95%, trừ tỉ lệ chiều dài/chiều rộng không có sự khác biệt giữa công thức xử lý ánh sáng trắng và ánh sáng vàng. 3.2.5. Các yếu tố tạo nên năng suất và năng suất Bảng 3.12. Ảnh hưởng của 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 cây cải bó xôi thủy canh (30 NST) Công thức KLT (g/cây) KLK (g/cây) NSLT NSTT thân lá rễ thân lá rễ (kg/m )2 (kg/m2) 1R:1B:1G (AST) 31,85c 4,455c 1,91b 0,27c 2,31 2,27c 5R:2B:3G (ASV) 48,11b 5,46b 2,065b 0,38b 3,49 3,39b 4R:1B (ASĐX-Đ/C) 65,46a 9,23a 3,58a 0,62a 4,75 4,69a CV% 1,8 3,25 8,26 8,29 - 1,80 LSD5% 2,0 0,41 0,42 0,07 - 0,71 KLT: Khối lượng tươi; KLK: Khối lượng khô, NSLT: Năng suất lý thuyết, NSTT: Năng suất thực thu 14
KLT của thân lá, KLT của rễ, KLK của rễ ở 3 chất lượng ánh sáng khác nhau là khác nhau đáng kể và sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. Trong công thức xử lý ánh sáng đỏ-xanh, năng suất cá thể tươi là cao nhất (65,46 g/cây), cao hơn 2,05 lần so với ánh sáng trắng và 1,36 lần so với xử lý ánh sáng vàng. KLT của rễ cũng cao nhất công thức xử lý ánh sáng đỏ- xanh, cao hơn khoảng 1,69 và 2,07 so với xử lý ánh sáng trắng và ánh sáng vàng tương ứng. Do đó, năng suất thực thu trong ba phổ ánh sáng giảm theo thứ tự: ánh sáng đỏ-xanh > ánh sáng vàng > ánh sáng trắng (Bảng 3.12). 3.2.6. Chất lượng và hàm lượng dinh dưỡng 3.2.6.1. Hàm lượng các nguyên tố khoáng Hàm lượng Ca2+ và Fe2+ là cao nhất trong công thức ánh sáng đỏ-xanh, tiếp theo là xử lý ánh sáng vàng và ánh sáng trắng (với mức cao hơn khoảng 1,64-10,74 và 1,38-2,58 lần, tương ứng). Sự khác biệt giữa ba cách xử lý ánh sáng có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. Ngược lại, hàm lượng K+ cao nhất được quan sát thấy ở công thức xử lý ánh sáng trắng và có sự khác biệt so với các công thức xử lý ánh sáng đỏ-xanh và ánh sáng vàng. Tuy nhiên không có sự khác biệt giữa hai công thức này về hàm lượng K+ nói trên (Bảng 3.13). Bảng 3.13. Ảnh hưởng của phổ ánh sáng đèn LED khác nhau ở cùng cường độ (PPFD = 190 µmol/m2/s) đến hàm lượng các nguyên tố khoáng có trong cây cải bó xôi thủy canh (30 NST) Công thức Ca K Fe (mg/100g KLT) (mg/100g KLT) (mg/100g KLT) 1R:1B:1G (AST) 10,26c 647,34a 2,86c 5R:2B:3G (ASV) 67,29b 608,14b 5,40b 4R:1B (ASĐX-Đ/C) 110,19a 604,93b 7,46a CV% 4,77 1,51 4,89 LSD5% 5,54 18,78 1,56 3.2.6.2. Hàm lượng các chất dinh dưỡng và các chất chống oxi hóa Hàm lượng axit oxalic, nitrat được tìm thấy là cao nhất công thức xử lý ánh sáng trắng, trong khi đó hàm lượng Brix và hàm lượng chất xơ lại cho kết quả cao nhất trong công thức xử lý ánh sáng đỏ-xanh, còn hàm lượng axit hữu cơ cao nhất ở công thức xử lý ánh sáng vàng. Tuy nhiên ánh sáng đỏ xanh cho kết quả về hàm lượng axit oxalic là không khác biệt với ánh sáng vàng và trắng, nhưng giữa 2 công thức này lại sai khác có ý nghĩa thống kê. Bên cạnh đó, axit hữu cơ không khác biệt giữa ánh sáng trắng với ánh sáng đỏ xanh và vàng, nhưng lại sai khác có ý nghĩa thống kê giữa vàng và đỏ xanh với nhau. Sự khác biệt về hàm lượng NO3 ở công thức ánh sáng vàng và ánh sáng đỏ xanh là không có ý nghĩa thống kê và đều thấp hơn công thức ánh sáng trắng. Tương tự độ Brix, hàm lượng chất xơ lại sai khác không có ý nghĩa thống kê giữa các công thức xử lý ánh sáng vàng và ánh sáng trắng. Trong khi đó, hàm lượng vitamin C khác nhau có nghĩa thống kê giữa ba công thức xử lý ánh sáng kể trên, lần lượt theo thứ tự: ánh sáng đỏ xanh > ánh sáng vàng > ánh sáng trắng. 15
Kết quả phân tích cũng chỉ ra rằng, hàm lượng chất xơ và hàm lượng polyphenol cao nhất ở công thức xử lý ánh sáng đỏ xanh và thấp nhất ở công thức xử lý ánh sáng trắng. Mức cao hơn này ở hàm lượng chất xơ là khoảng 0,3g/100g và ở làm lượng polyphenol là 0,15g/100g tương ứng cho công thức xử lý ánh sáng đỏ xanh so với ánh sáng trắng. Tuy nhiên chỉ có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa công thức xử lý ánh đỏ xanh so với ánh sáng trắng và ánh sáng vàng còn giữa công thức sáng vàng và ánh sáng trắng không có sự khác biệt có ý nghĩa (Hình 3.5). Kết quả của nghiên cứu này cho thấy rằng khi tăng tỷ lệ bổ sung ánh sáng xanh (550nm) có thể làm giảm hàm lượng NO3 và axit oxalic trong trường hợp tỷ lệ thích hợp, ở đây khi tỷ lệ R:B:G là 5:2:1. Tuy nhiên, không có sự cải thiện đáng kể về hàm lượng axit ascobic khi ánh sáng đèn LED sử dụng ở tỷ lệ này. Điều này cho thấy, rõ ràng, công thức xử lý tỷ lệ ánh sáng đỏ cao hơn cho hàm lượng axit ascobic cao hơn, NO3 thấp hơn và hàm lượng axit oxalic thấp hơn. Hình 3.5. Hàm lượng các chất dinh dưỡng và các chất chống oxi hóa ở các chất có trong rau cải bó xôi trồng thủy canh ở các chất lượng lượng ánh sáng khác nhau (ở cùng PPFD = 190 µmol/m2/s) (30 NST). 3.2.6. Các chỉ số vệ sinh an toàn thực phẩm Trong cả 3 phổ ánh sáng khác nhau được nghiên cứu, kết quả kiểm tra (30 NST) theo phương pháp phân lập vi khuẩn cho thấy không được phát hiện Salmonella, E.coli. Rau cải bó xôi có thể ăn sống, vì vậy vấn đề an toàn thực phẩm là rất quan trọng. 16
3.3. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến sinh trưởng của cây cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu 3.3.1. Sinh trưởng Bảng 3.14. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến thông số sinh trưởng của rau cải bó xôi trồng thủy canh dưới sự kết hợp của đèn LED màu đỏ - xanh trong nhà (21 NST) Cường độ ánh sáng CCC Số lá LA RGR NAR (cm) (lá/cây) (dm /cây) (g/ngày) (g/m2/ngày) 2 I1 (90 µmol/m2/s) 20,10c 11,22b 3,65d 0,121b 5,249c I2 (140 µmol/m2/s) 24,95b 12,44ab 4,09c 0,123b 5,304b I3 (190 µmol/m2/s) 29,60a 13,33a 5,85a 0,138a 5,465a I4 (240 µmol/m2/s) 30,40a 13,77a 4,89b 0,127b 5,331b CV% 2,6 6,6 4,6 3,8 0,5 LSD5% 1,26 1,57 0,39 0,009 0,053 Kết quả trong bảng 4.14 cho thấy chiều cao cây và số lá của rau cải bó xôi cao hơn ở I3 (190 µmol/m2/s) và I4 (240 µmol/m2/s) so với I1 và I2. Sự khác biệt ở đây là có ý nghĩa thống kê. Cụ thể, chiều cao cây ở công thức I3 cao hơn lần lượt là 1,47; 1,18 lần so với I1 và I2. Chiều cao cây trong I4 cao hơn tương ứng 1,51; 1,21 lần so với I1 và I2. Tuy nhiên, sự khác biệt về chiều cao và số lá giữa I3 và I4 là không có ý nghĩa thống kê. Trong khi đó, chỉ số diện tích lá (LAI) cao nhất ở I3 và giảm theo thứ tự I3> I4> I2> I1. Có sự khác biệt đáng kể giữa 4 công thức xử lý ánh sáng khác nhau ở mức ý nghĩa 5%. Ngoài ra, RGR và NGR cao nhất trong I3, nhưng chúng không có sự khác biệt đáng kể công thức xử lý I2 và I4 (Bảng 3.14). 3.3.2. Sắc tố quang hợp và thông số quang hợp Kết quả cho thấy, không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về hàm lượng Chlb và Chla/Chlb của rau cải bó xôi thủy canh trong các công thức xử lý với cường độ ánh sáng khác nhau, nhưng hàm lượng Chla và Chl(a+b) cao hơn đáng kể ở công thức xử lý ánh sáng với cường độ I3 so với I1 và I2. Hàm lượng Chla, Chl(a+b) và caroten không khác biệt đáng kể ở 2 cường độ xử lý ánh sáng I1 và I2. Tuy nhiên, không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về hàm lượng Chl(a+b) và caroten giữa các công thức xử lý ánh sáng I3 và I4, nhưng chúng khác nhau về hàm lượng Chla. Trong đó, SPAD giữa các công thức xử lý cường độ ánh sáng khác nhau là khác nhau về mặt thống kê (Bảng 3.15). Trong nghiên cứu này, cả hàm lượng Chla và Chlb cũng như chỉ số SPAD và carotenoid trong lá đều tăng trong điều kiện ánh sáng cao hơn và cao nhất trong công thức xử lý I3 (Bảng 3.15). Tuy nhiên, không có sự khác biệt giữa tỉ lệ Chl a/b trong 4 công thức nghiên cứu. Giá trị Fv/Fm và cường độ quang hợp Pn cao nhất ở công thức cường độ ánh sáng I3, khác biệt đáng kể so với các công thức xử lý ánh sáng khác. Cụ thể, giá trị Fv/Fm ở công thức cường độ ánh sáng I3 cao hơn công thức xử lý ánh sáng I1, I2 và I4 lần lượt là 1,14; 1,13 và 1,11 lần. Nhưng giá trị Fv/Fm không khác biệt đáng kể giữa các công thức xử lý ánh sáng ở 17
cường độ I1, I2 và I3. Cũng không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở giá trị cường độ quang hợp ở 2 mức cường độ I2 và I4 (Bảng 3.15). Bảng 3.15. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến sắc tố quang hợp của rau cải bó xôi trồng thủy canh dưới sự kết hợp của ánh sáng đèn LED màu đỏ-xanh (21 NST) Cường độ ánh Chla Chlb Chl(a+b) Chla/ Carotenoids Pn(µmolCO2 SPAD Fv/Fm sáng (mg/g) (mg/g) (mg/g) Chlb (mg/g) /m2leaf/s) I1 (90 µmol/m2/s) c 0,256 0,481 a 0,738 b 0,532 a 0,161 b 0,802 b 32,48c 32,31d I2(140 µmol/m2/s) 0,262bc 0,495a 0,757b 0,528a 0,167b 0,806b 35,77b 34,98c I3(190 µmol/m2/s) a 0,291 0,525 a 0,817 a 0,554 a 0,185 a 0,912 a 44,26a 40,13a I4(240 µmol/m2/s) 0,276b 0,507a 0,783ab 0,544a 0,177ab 0,823b 36,16b 37,22b CV% 4,02 8,04 5,62 7,95 7,78 2,2 2,4 1,7 LSD5% 0,015 0,054 0,058 0,058 0,018 0,03 1,69 1,15 3.3.3. Đặc điểm giải phẫu lá Cải bó xôi sinh trưởng mạnh ở cường độ cao hơn dẫn đến độ dày của lá tăng gấp 1,4 lần; độ dày lá từ 259,10 µm ở công thức xử lý cường độ I1 đến 356,60 µm ở công thức xử lý I3 (Hình 3.6, Bảng 3.16). Điều này là do sự gia tăng gấp 1,3 - 1,4 lần về độ dày trung bình của cả lớp tế bào mô xốp và lớp tế bào mô dậu. Hơn nữa, sự khác biệt về độ dày lá, chiều dày mô dậu và chiều dày mô xốp ở lát cắt ngang của lá cây cải bó xôi có ý nghĩa thống kê giữa 4 cách xử lý cường độ ánh sáng khác nhau. Trong khi đó, tỷ lệ độ dày lớp tế bào mô dậu/ độ dày lớp tế bào mô xốp chỉ khác nhau ở I3 so với I2, I4 và I1, nhưng không có sự khác biệt đáng kể có ý nghĩa thống kê giữa các công thức xử lý ánh sáng ở cường độ I2 và I4. Theo đó, độ chặt của lá không khác biệt giữa 4 công thức xử lý cường độ ánh sáng khác nhau (Bảng 3.16, Hình 3.6). Bảng 3.16. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng khác nhau đến cấu trúc giải phẫu của lá rau cải bó xôi trồng thủy canh dưới sự kết hợp của đèn LED màu đỏ - xanh lam (21 NST) Chiều dày CD mô Cường độ ánh Chiều dày Độ dày mô xốp dậu/CD mô Độ chặt lá sáng mô dậu (µm) lá (µm) (µm) xốp I1 (90 µmol/m2/s) 51,68d 175,71d 259,10d 0,294c 0,199a I2 (140 µmol/m2/s) 60,02c 196,85c 298,45c 0,305b 0,201a I3 (190 µmol/m2/s) 72,25a 220,79a 356,60a 0,327a 0,203a I4 (240 µmol/m2/s) 65,23b 210,04b 324,33b 0,311b 0,201a CV% 2,55 1,84 1,59 3,36 3,04 LSD5% 1,44 3,35 4,57 0,009 0,005 Cải bó xôi sinh trưởng mạnh ở cường độ cao hơn dẫn đến độ dày của lá tăng gấp 1,4 lần; độ dày lá từ 259,10 µm ở công thức xử lý cường độ I1 đến 356,60 µm ở công thức xử lý I3 (Hình 3.6, Bảng 3.16). Điều này là do sự gia tăng gấp 1,3 - 1,4 lần về độ dày trung bình của cả lớp tế bào mô xốp và lớp tế bào mô dậu. Hơn nữa, sự khác biệt về độ dày lá, chiều dày mô dậu và chiều dày mô xốp ở lát cắt ngang của lá cây cải bó xôi có ý nghĩa thống kê giữa 4 cách xử lý cường độ ánh sáng khác nhau. Trong khi đó, tỷ lệ độ dày lớp tế bào mô dậu/ độ dày lớp tế bào mô xốp chỉ khác nhau ở I3 so với I2, I4 và I1, nhưng không có sự khác biệt đáng kể có ý nghĩa 18