HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ KHANH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐÈN LED ĐẾN SINH TRƯỞNG, NĂNG SUẤT, PHẨM CHẤT CỦA MỘT SỐ GIỐNG RAU XÀ LÁCH Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60.42.02.01 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS NGND Nguyễn Quang Thạch NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực, khách quan chưa dùng để bảo vệ lấy học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cám ơn, thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Khanh i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn, tơi nhận hướng dẫn, bảo tận tình thầy cô giáo, giúp đỡ, động viên bạn bè, đồng nghiệp gia đình Nhân dịp hồn thành luận văn, cho phép tơi bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới GS.TS.NGND.Nguyễn Quang Thạch – Chủ Tịch Hội Đồng Khoa học Viện Sinh Học Nông Nghiệp - giảng viên khoa Công nghệ Sinh học – Học viện Nông nghiệp Việt Nam tận tình hướng dẫn, dành nhiều cơng sức, thời gian tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập thực đề tài Cảm ơn thầy – người cho tri thức bổ ích tiếp thêm cho nhiều sức mạnh! Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn công nghệ Sinh học Thực Vật, Khoa công nghệ Sinh học - Học viện Nơng nghiệp Việt Nam tận tình giúp đỡ tơi q trình học tập, thực đề tài hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới KS.Nguyễn Văn Trinh – cán tập đồn Rạng Đơng giúp đỡ hỗ trợ thiết bị cho tơi q trình thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán viên chức anh chị, bạn sinh viên làm việc, nghiên cứu học tập Viện sinh học Nông nghiệp – học viện Nông nghiệp Việt Nam không quản ngày đêm giúp lắp ráp trang thiết bị, hệ thống thí nghiệmthực đề tài bảo giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi suốt q trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ mặt, động viên khuyến khích tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Khanh ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vii Danh mục đồ thị viii Trích yếu luận văn ix Phần Mở đầu 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.1.2 Ý nghĩa thực tiễn .2 Phần Tổng quan tài liệu 2.1 Giới thiệu chung rau xà lách 2.1.1 Nguồn gốc, phân bố, phân loại giá trị 2.2 Phương pháp thủy canh 2.2.1 Khái niệm kỹ thuật thủy canh 2.2.2 Cơ sở khoa học kỹ thuỷ canh .7 2.2.3 Sơ lược lịch sử phát triển kỹ thuật thủy canh 2.2.4 Các hệ thống thủy canh .9 2.3 Ánh sáng trồng 10 2.3.1 Ảnh hưởng ánh sáng tới trồng 10 2.4 Đèn led tình hình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ đèn LED nông nghiệp 14 2.4.1 Khái niệm đèn LED 14 2.4.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ đèn led nông nghiệp giới 17 2.4.3 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ đèn led nông nghiệp Việt Nam 21 Phần Vật liệu phương pháp nghiên cứu 24 3.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu 24 3.2 Đối tượng vật liệu nghiên cứu 24 iii 3.2.1 Đèn Light – emitting dioes (LED) 24 3.2.2 Cây trồng 24 3.1.2 Dung dịch dinh dưỡng 25 3.1.3 Hệ thống thí nghiệm 25 3.1.4 Một số vật liệu, thiết bị khác 25 3.2 Nội dung nghiên cứu 26 3.3 Phương pháp nghiên cứu 28 3.3.1 Bố trí thí nghiệm 28 3.3.2 Chỉ tiêu theo dõi 29 3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 30 Phần Kết nghiên cứu thảo luận 31 4.1 Kết 31 4.1.1 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng phát triển số giống rau xà lách trồng phương pháp thủy canh tĩnh 31 4.1.2 Thăm dò ảnh hưởng cường độ ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng phát triển suất số giống xà lách trồng phương pháp thủy canh tuần hoàn .45 4.1.3 Thăm dò ảnh hưởng đèn LED đến hàm lượng vitamin C Caroten số giống xà lách trồng phương pháp thủy canh tuần hoàn 53 4.2 Thảo luận 54 4.2.1 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng phát triển suất số giống xà lách trồng thủy canh tĩnh 54 4.2.2 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng phát triển suất số giống rau xà lách trồng thủy canh tuần hồn 56 4.2.3 Thăm dị ảnh hưởng đèn LED đến hàm lượng vitamin C caroten số giống xà lách trồng thủy canh tuần hoàn 58 4.2.4 Đánh giá độ an toàn rau xà lách trồng thủy canh kết hợp đèn LED 59 Phần Kết luận kiến nghị 62 5.1 Kết luận 62 5.2 Kiến nghị 62 Tài liệu tham khảo 63 Phụ lục 68 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt AS Nghĩa tiếng việt Asen AST Ánh sáng trắng ASTN Ánh sáng tự nhiên ASV Ánh sáng vàng AVRDC Trung tâm nghiên cứu phát triển rau Châu Á B450 Ánh sáng xanh dương bước sóng 450 nm Cd Cadimi CO2 Carbon dioxide CT Công thức CV% Sai số thí nghiệm ĐC Đối chứng DLI Ánh sáng hàng ngày cần thiết cho quang hợp Fls Đèn huỳnh quang G550 Ánh sáng xanh bước sóng 550 nm Hg Thủy ngân HPS Đèn cao áp LED Light – emitting dioes LSD0.05 Độ lệch tiêu chuẩn mức ý nghĩa 5% NNCNC Nông nghiệp công nghệ cao PAR Dải sóng xạ hoạt động quang phổ PFAL Hệ thống trồng với ánh sáng nhân tạo PFR Phytochrome FR PPFD Mật độ quang hợp photon flux (cường độ ánh sáng) PR Phytochrome R R/B Đỏ/xanh dương R/B/G Đỏ/xanh dương/xanh R660 Ánh sáng đỏ bước sóng 660nm TNHH Trách nhiệm hữu hạn UV Tia cực tím v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1.Thành phần dinh dưỡng rau xà lách số nước Việt Nam (trong 100g phần ăn được) Bảng 2.2 Mức giới hạn tối đa cho phép số vi sinh vật hoá chất gây hại rau xà lách Bảng 3.1 Thành phần dung dịch dinh dưỡng SH1 25 Bảng 4.1 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến số SPAD diện tích xà lách xoăn (sau 30 ngày trồng) 33 Bảng 4.2 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến suất xà lách xoăn (sau 30 ngày trồng) 35 Bảng 4.3 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến số SPAD diện tích xà lách cuộn (sau 30 ngày trồng) 38 Bảng 4.4 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến suất xà lách cuộn (sau 30 ngày trồng) 39 Bảng 4.5 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến số SPAD diện tích xà lách tím (sau 30 ngày trồng) 43 Bảng 4.6 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến suất xà lách tím (sau 30 ngày trồng) 44 Bảng 4.7 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng đèn LED đến số SPAD diện tích xà lách xoăn (sau 30 ngày trồng) 47 Bảng 4.8 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng LED đến suất xà lách xoăn (sau 30 ngày trồng) 48 Bảng 4.9 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng đèn LED đến số SPAD diện tích xà lách tím (sau 30 ngày trồng) 50 Bảng 4.10 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng LED đến suất xà lách tím (sau 30 ngày trồng) 52 Bảng 4.11 Kết phân tích hàm lượng caroten vitamin C xà lách xoăn (sau 30 ngày trồng) 53 Bảng 4.12 Kết phân tích hàm lượng NO3-, số kim loại nặng vi sinh vật rau xà lách trồng thủy canh kết hợp đèn LED 60 vi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Mơ hình thủy canh tĩnh 10 Hình 2.2 Mơ hình thủy canh tuần hồn 10 Hình 2.3 Quang phổ hấp thụ diệp lục 12 Hình 2.4 Sự phát photon/ánh sáng đèn LED từ đường giao chất bán dẫn loại p n điện cung cấp 14 Hình 2.5 Bốn loại cấu hình đèn LED 15 Hình 2.6 Ảnh hưởng loại đèn đến màu sắc xà lách 20 Hình 4.1 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến hình thái xà lách xoăn trồng phương pháp thủy canh tĩnh (sau 15 ngày trồng) 34 Hình 4.2 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến suất xà lách xoăn trồng phương pháp thủy canh tĩnh (sau 30 ngày trồng) 35 Hình 4.3 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến hình thái xà lách cuộn trồng phương pháp thủy canh tĩnh (sau 25 ngày trồng) 38 Hình 4.4 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến suất xà lách cuộn trồng phương pháp thủy canh tĩnh (sau 30 ngày trồng) 40 Hình 4.5 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến hình thái xà lách tím trồng phương pháp thủy canh tĩnh (sau 30 ngày trồng) 42 Hình 4.6 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến suất xà lách tím trồng phương pháp thủy canh tĩnh (sau 30 ngày trồng) 45 Hình 4.7 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng phát triển xà lách xoăn (sau 30 ngày trồng) 48 Hình 4.9 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng phát triển xà lách tím trồng phương pháp thủy canh tuần hồn (sau 30 ngày trồng) 51 vii DANH MỤC ĐỒ THỊ Biểu đồ 4.1 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến chiều cao xà lách xoăn trồng phương pháp thủy canh tĩnh 32 Biểu đồ 4.2 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến số lá/cây xà lách xoăn trồng phương pháp thủy canh tĩnh 32 Biểu đồ 4.3 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến chiều cao xà lách cuộn trồng phương pháp thủy canh tĩnh 36 Biểu đồ 4.4 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến số lá/cây xà lách cuộn trồng phương pháp thủy canh tĩnh 37 Biểu đồ 4.5 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến chiều cao xà lách tím trồng phương pháp thủy canh tĩnh 41 Biểu đồ 4.6 Ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến số lá/cây xà lách tím trồng phương pháp thủy canh tĩnh 42 Biểu đồ 4.7 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng đèn LED đến chiều cao xà lách xoăn trồng phương pháp thủy canh tuần hoàn 46 Biểu đồ 4.8 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng đèn LED đến số lá/cây xà lách xoăn trồng phương pháp thủy canh tuần hoàn 47 Biểu đồ 4.9 Ảnh hưởng cường độ đèn LED đến chiều cao xà lách tím trồng phương pháp thủy canh tuần hoàn 49 Biểu đồ 9.10 Ảnh hưởng cường độ đèn LED đến số lá/cây xà lách tím trồng phương pháp thủy canh tuần hoàn 50 viii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Nguyễn Thị Khanh Tên Luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng đèn LED đến sinh trưởng, suất, phẩm chất số giống rau xà lách Ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60.42.02.01 Tên sở đào tạo: Học viện Nơng nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Xác định loại đèn LED có phổ ánh sáng cường độ thích hợp đến sinh trưởng phát triển, suất số giống rau xà lách trồng thủy canh Xác định ảnh hưởng loại đèn LED có phổ ánh sáng cường độ thích hợp đến phẩm chất số giống rau xà lách trồng thủy canh Phương pháp nghiên cứu Hạt giống ngâm nước ấm pha với tỷ lệ sôi : lạnh (~ 54oC) Gieo hạt vào khay nhựa có trấu hun ẩm chọn đồng kích thước trồng vào rọ nhựa mút bắt đầu có thật Sau có nguồn vật liệu nảy mầm từ hạt giống ba loại xà lách (xoăn, cuộn, tím) chúng tơi tiến hành thí nghiệm giống xà lách Các giống xà lách lựa chọn thí nghiệm kích thước số Trong nội dung ảnh hưởng chất lượng ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng phát triển suất số giống rau xà lách trồng phương pháp thủy canh tĩnh Trừ công thức đối chứng sử dụng ánh sáng tự nhiên nhà lưới, bố trí vào thùng nhựa, thùng 10 đặt dàn thủy canh tĩnh tầng đặt phòng, nhiệt độ phòng 22oC Các tầng lắp đặt đèn LED có tỉ lệ ánh sáng đỏ bước sóng 660 nm (R660), ánh sáng xanh dương bước sóng 450 nm (B450) ánh sáng xanh bước sóng 550 nm (G550) khác Trong đó, ánh sáng xanh khơng có tác dụng quang hợp cho cây, thường trộn tỉ lệ nhỏ với ánh sáng xanh dương đỏ để tạo ánh sáng tổng hợp cho mắt người dễ quan sát nên tập chung vào tỉ lệ R660 B450 Các đèn LED điều chỉnh cường độ 135 μM/m2/s Trong nội dung thăm dò ảnh hưởng cường độ ánh sáng đèn LED đến sinh trưởng phát triển xuất số giống xà lách trồng phương pháp thủy canh tuần hồn Các bố trí hệ thống dàn thủy canh tuần hoàn tầng ix Source DF rep trt Type I SS 0.6573500 226.9724917 Source DF rep trt Mean Square 0.3286750 75.6574972 Type III SS F Value Pr > F 1.60 0.2778 367.75 F 0.6573500 0.3286750 1.60 0.2778 226.9724917 75.6574972 367.75 F 308.12 F 9880.90 1.44 0.3081 3513120.01 512.58 F 19761.80 9880.90 1.44 0.3081 10539360.04 3513120.01 512.58 F 664.33 F 0.732158 1.06 0.4045 766.953000 1106.51 F 1.464317 0.732158 1.06 0.4045 2300.859000 766.953000 1106.51 F 661.04 F 950.430 1.05 0.4056 993953.960 1101.03 F 1900.860 950.430 1.05 0.4056 2981861.880 993953.960 1101.03 F 13.58 0.0032 296.2247000 Root MSE DF F Value 4.0098083 Coeff Var Source rep trt 54.4331700 R-Square Source rep trt Mean Square 272.1658500 Corrected Total Sum of Squares CCC Mean 17.23500 Mean Square 0.0637750 90.6794333 Type III SS F Value Pr > F 0.02 0.9843 22.61 0.0011 Mean Square F Value Pr > F 0.1275500 0.0637750 0.02 0.9843 272.0383000 90.6794333 22.61 0.0011 ND2 chieu cao cay xl tim 10:41 Thursday, April 22, 2017 The GLM Procedure t Tests (LSD) for CCC NOTE: This test controls the Type I comparisonwise error rate, not the experimentwise error rate Alpha 0.05 97 Error Degrees of Freedom Error Mean Square 4.009808 Critical Value of t 2.44691 Least Significant Difference 4.0007 Means with the same letter are not significantly different t Grouping Mean N trt A A A 22.177 20.740 3 B 16.037 C 9.987 ND2 So la xl tim 11:24 Thursday, April 22, 2017 The GLM Procedure Class Level Information Class rep trt Levels Values 123 1234 Number of Observations Read 12 Number of Observations Used 12 ND2 So la xl tim 11:24 Thursday, April 22, 2017 The GLM Procedure Dependent Variable: SL Source DF Model Error Source rep trt rep trt 0.98868333 11 2.91580167 Coeff Var Root MSE 0.936491 6.231522 0.405932 DF Pr > F 17.70 0.0016 0.16478056 R-Square DF F Value 15.56769167 Type I SS 1.13511667 13.44389167 Source Mean Square 14.57900833 Corrected Total Sum of Squares 1.13511667 13.44389167 6.514167 Mean Square 0.56755833 4.48129722 Type III SS SL Mean Pr > F 3.44 0.1009 27.20 0.0007 Mean Square 0.56755833 4.48129722 F Value F Value 3.44 0.1009 27.20 0.0007 98 Pr > F ND2 So la xl tim 11:24 Thursday, April 22, 2017 The GLM Procedure t Tests (LSD) for SL NOTE: This test controls the Type I comparisonwise error rate, not the experimentwise error rate Alpha 0.05 Error Degrees of Freedom Error Mean Square 0.164781 Critical Value of t 2.44691 Least Significant Difference 0.811 Means with the same letter are not significantly different t Grouping Mean N trt A 8.1667 B 6.6667 3 C C C 5.8333 5.3900 ND2 Chi so spad xl tim 10:56 Thursday, April 22, 2017 The GLM Procedure Class Level Information Class rep trt Levels Values 123 1234 Number of Observations Read Number of Observations Used ND2 Chi so spad xl tim 12 12 10:56 Thursday, April 22, 2017 The GLM Procedure Dependent Variable: Spad Source DF Model Error Corrected Total Sum of Squares Mean Square 39.51395000 0.83561667 11 7.90279000 F Value 56.74 F Source DF rep trt Type I SS 0.74351667 38.77043333 Source DF rep trt Mean Square 0.37175833 12.92347778 Type III SS F Value Pr > F 2.67 0.1482 92.79 F 0.74351667 0.37175833 2.67 0.1482 38.77043333 12.92347778 92.79 F 268.40 F 4152.103 1.44 0.3081 1285624.587 446.37 F 8304.205 4152.103 1.44 0.3081 3856873.762 1285624.587 446.37 F 312.88 F 0.225433 0.29 0.7605 409.961022 521.28 F 0.450867 0.225433 0.29 0.7605 1229.883067 409.961022 521.28 F 312.05 F 291.690 0.29 0.7614 531516.720 519.89 F 583.380 291.690 0.29 0.7614 1594550.160 531516.720 519.89