แสงประดิษฐ์ในการเกษตร
เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าพืชไม่สามารถเติบโตได้หากปราศจากแสง อย่างไรก็ตาม ในช่วงหนึ่งร้อยปีที่ผ่านมา ต้องขอบคุณความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่มีการค้นพบผลกระทบที่แม่นยำของแสงที่มีต่อพืชอย่างเต็มที่
การใช้แสงประดิษฐ์ในการเกษตรมีวัตถุประสงค์เพื่อให้แหล่งกำเนิดแสงที่คล้ายคลึงกับแสงจากดวงอาทิตย์ เนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ไฟ LED จึงกลายเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการให้แสงสว่างสำหรับพืชสวน โดยเฉพาะอย่างยิ่งไฟที่สามารถปรับสเปกตรัมให้เหมาะกับความต้องการของพืชโดยเฉพาะ เมื่อเทียบกับตัวเลือกการให้แสงสว่างแบบเดิม เช่น โซเดียมความดันสูง (HPS) และหลอดฟลูออเรสเซนต์ ไฟที่ใช้ LED ให้ประโยชน์อย่างมากในแง่ของผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและประสิทธิภาพการผลิต
รายงานเกี่ยวกับการใช้แสงประดิษฐ์ในการเกษตรเขียนโดย Valoya และร่วมเขียนโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Almeria และ Buresinnova รายงานเผยแพร่ในเดือนมกราคม 2018 งานวิจัยนี้นำเสนอการทดสอบที่ใช้สเปกตรัมและแสงประเภทต่างๆ เพื่อระบุผลกระทบที่แสงแต่ละรูปแบบมีต่อพืช โดยขึ้นอยู่กับสถานการณ์ที่แสงเหล่านั้นเติบโต ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างจากการศึกษาที่คุณสามารถอ่านได้
1. แสงกับการสื่อสารระหว่างพืช
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีหน้าที่ส่งพลังงานผ่านชั้นบรรยากาศ ตัวอย่างของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ ไมโครเวฟ คลื่นวิทยุหรือโทรทัศน์ รังสีเอกซ์ รังสีอัลตราไวโอเลต หรือแสงที่มองเห็นได้ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแยกความแตกต่างจากความถี่และความยาวคลื่นที่แตกต่างกันได้ สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยช่วงความถี่และความยาวคลื่นที่หลากหลาย ซึ่งบางช่วงสามารถรับรู้ได้ดีกว่าช่วงอื่นๆ (เช่น ไมโครเวฟ คลื่นวิทยุ แสงที่มองเห็น และอื่นๆ)
รังสีแม่เหล็กไฟฟ้ามีลักษณะสองประการ ในขณะที่เคลื่อนที่ผ่านอวกาศเป็นคลื่น มันยังแลกเปลี่ยนพลังงานในรูปของอนุภาค (โฟตอน) ในปี 1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เป็นคนแรกที่โต้แย้งว่าแสงมีคุณสมบัติของทั้งอนุภาคและคลื่นพร้อมกัน โฟตอนเป็นชื่อของอนุภาคที่อยู่ภายในลำแสง โฟตอนซึ่งมีความยาวคลื่นสอดคล้องกับระยะทางที่ไกลกว่า (ความถี่ต่ำกว่า) มีพลังงานน้อยกว่าโฟตอนซึ่งมีความยาวคลื่นสอดคล้องกับระยะทางที่สั้นกว่า
ตามนุษย์สามารถตรวจจับแสงที่มีความยาวคลื่นระหว่าง 400 ถึง 700 นาโนเมตร (นาโนเมตร) ซึ่งใกล้เคียงกับส่วนของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่พืชใช้ในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังนั้น แสงที่มีความยาวคลื่นระหว่าง 400 ถึง 700 นาโนเมตร จึงเรียกว่ารังสีที่สังเคราะห์แสงได้ (หรือเรียกง่ายๆ ว่า PAR) สเปกตรัมของความยาวคลื่นที่สามารถมองเห็นได้ในแสงแดดนั้นมีความต่อเนื่องและขยายออกไปไกลกว่าช่วงการมองเห็น ดวงตาของมนุษย์มีหน้าที่แปลงความยาวคลื่นต่างๆ ให้เป็นสี ซึ่งจากนั้นจะประมวลผลในสมองของมนุษย์ สีฟ้าเกิดจากแสงที่มีความยาวคลื่นใกล้กับ 400 นาโนเมตร ในขณะที่สีแดงเกิดจากแสงที่มีความยาวคลื่นใกล้กับ 600 นาโนเมตร ช่วงความยาวคลื่นสีเหลืองเขียวเป็นช่วงที่ดวงตาของมนุษย์ตอบสนองได้ไวที่สุด
2. สารสี สารรับแสง และกระบวนการทางเคมีของการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืช
สเปกตรัมแสงจะถูกดูดกลืนโดยพืชในช่วงเกือบจะเท่ากับสายตามนุษย์ อย่างไรก็ตาม ตรงกันข้ามกับคน พืชสามารถรับแสงสีแดงและสีน้ำเงินได้ดีกว่า
คลอโรฟิลล์เป็นหนึ่งในสารเคมีหลักที่ช่วยให้พืชสามารถดูดซับแสงและใช้พลังงานที่มีเพื่อเปลี่ยนน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นออกซิเจนและโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนอื่นๆ กระบวนการนี้เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง คลอโรฟิลล์เป็นรงควัตถุจากพืชที่สามารถพบได้ในคลอโรพลาสต์ภายในเซลล์ โมเลกุลของคลอโรฟิลล์มีสีเขียว และอันที่จริงแล้วพวกมันเป็นสาเหตุของสีเขียวที่พบในลำต้นและใบ คลอโรฟิลล์มีอยู่ 2 รูปแบบหลักที่อาจพบได้ในพืชชั้นสูง เหล่านี้คือคลอโรฟิลล์ a และคลอโรฟิลล์ b และเส้นโค้งการดูดกลืนแสงของพวกมันต่างกันเพียงเล็กน้อย เนื่องจากความแตกต่างที่ค่อนข้างน้อยนี้ พวกมันจึงสามารถจับภาพความยาวคลื่นต่างๆ ได้ ดังนั้นจึงจับภาพสเปกตรัมของแสงแดดได้มากขึ้น เนื่องจากความสามารถของคลอโรฟิลล์ในการดูดซับแสงสีแดงและสีน้ำเงินเป็นหลักในขณะที่สะท้อนความยาวคลื่นสีเขียว พืชจึงดูเหมือนเป็นสีเขียวในสายตาของเรา
อย่างไรก็ตาม คลอโรฟิลล์ไม่ได้เป็นเพียงรงควัตถุที่พบในพืชเท่านั้น ที่เรียกว่าเม็ดสีเสริม (เช่น แคโรทีนอยด์และแซนโทฟิลล์ และอื่นๆ) และสารฟีนอล (เช่น ฟลาโวนอยด์ แอนโธไซยานิน ฟลาโวนอยด์ และฟลาโวนอยด์) จะดูดซับความยาวคลื่นอื่นที่ไม่ใช่เพียงสีแดงและสีน้ำเงิน สีเหลือง สีแดง และสีม่วงเป็นสีที่ประกอบกันเป็นเม็ดสีเสริม นอกจากการล่อนกและแมลงแล้ว การใช้สีเหล่านี้ยังช่วยปกป้องเนื้อเยื่อจากผลเสียหายจากสิ่งกระตุ้นภายนอก เช่น การฉายแสงที่รุนแรง
ตัวรับแสงเป็นอนุภาคอีกประเภทหนึ่งที่สามารถดูดกลืนแสงได้ ตัวรับแสงหลักสามคลาสเรียกว่าไฟโตโครม โฟโตโทรปิน และคริปโตโครม นอกจากนี้ ตัวรับแสง UVR8 ยังเป็นเซลล์รับแสงพิเศษที่ตอบสนองต่อแสงอัลตราไวโอเลตเท่านั้น ตัวรับแสงแต่ละชนิดมีความไวต่อแสงช่วงความยาวคลื่นเฉพาะ และมีหน้าที่รับผิดชอบปฏิกิริยาทางสรีรวิทยาเฉพาะในพืช คำตอบเหล่านี้มีดังนี้:
โฟโตโทรปินมีผลต่อตำแหน่งทางกายภาพของคลอโรพลาสต์และการเปิดปากใบ พวกมันสามารถดูดซับแสงสีน้ำเงินได้
นาฬิกาภายในของพืชถูกควบคุมโดย cryptochromes ซึ่งจะตรวจสอบสภาพแวดล้อมเพื่อหาสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับแสง นอกจากนี้ ยังเกี่ยวข้องกับการตอบสนองทางสัณฐานวิทยา เช่น การยับยั้งการยืดตัวของลำต้น การขยายใบเลี้ยง การพัฒนาของแอนโทไซยานิน และการบานช่วงแสง ความยาวคลื่นของ UVA (รังสีอัลตราไวโอเลต) แสงสีน้ำเงิน และแสงสีเขียวถูกนำเข้าโดย cryptochromes
การออกดอกถูกกระตุ้นโดยไฟโตโครมซึ่งมีส่วนรับผิดชอบในการก่อตัวของเมล็ดด้วย การยืดตัวของลำต้น การขยายใบ และ "กลุ่มอาการหลีกเลี่ยงร่มเงา" ล้วนถูกควบคุมโดยไฟโตโครมในพืช อัตราส่วนของแสงสีแดงและแสงสีแดงไกลที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมมีผลต่อสภาวะที่ไม่อยู่กับที่ของแสงของโมเลกุลไฟโตโครม ซึ่งจะทำหน้าที่ไกล่เกลี่ยปฏิกิริยาที่ควบคุมโดยไฟโตโครม
การออกดอก การพัฒนาของเมล็ด และหน้าที่อื่นๆ เช่น การงอก ระยะเวลาการออกดอก และรูปร่างของพืช ล้วนเป็นกิจกรรมที่ขึ้นอยู่กับแสง การสังเคราะห์ด้วยแสง กระบวนการที่ให้พลังงานสำหรับการก่อตัวของชีวมวล เป็นเพียงหนึ่งในกระบวนการเหล่านี้ พฤติกรรมเหล่านี้เชื่อมโยงอย่างซับซ้อนกับคุณภาพของแสงที่พืชได้รับจากสภาพแวดล้อม ซึ่งเป็นวิธีที่พืชตีความสัญญาณจากสภาพแวดล้อม การตอบสนองเหล่านี้ถูกสื่อกลางโดยความยาวคลื่นทั้งภายในและภายนอกบริเวณ PAR รวมถึงรังสี UV และรังสีฟาร์เรด
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดใส่ใจกับเว็บไซต์ทางการของเบนเว่ย!
