מחבר: יאמין לי והוצ'נג ליו, ואחרים, מהמכללה לגננות, אוניברסיטת החקלאות של דרום סין

מקור המאמר: גננות חממה

סוגי מתקני הגננות במתקנים כוללים בעיקר חממות פלסטיק, חממות סולאריות, חממות רב-ממדיות ומפעלי צמחים. מכיוון שמבני המתקנים חוסמים מקורות אור טבעיים במידה מסוימת, אין מספיק אור פנימי, מה שמפחית בתורו את תנובת היבול ואת איכותו. לכן, תאורה משלימה ממלאת תפקיד חיוני בגידולים איכותיים ובעלי תפוקה גבוהה במתקן, אך היא גם הפכה לגורם מרכזי בעלייה בצריכת האנרגיה ובעלויות התפעול במתקן.

במשך זמן רב, מקורות אור מלאכותיים המשמשים בתחום גינון המתקנים כוללים בעיקר מנורת נתרן בלחץ גבוה, מנורת פלורסנט, מנורת הלוגן מתכתית, מנורת ליבון וכו'. החסרונות הבולטים הם ייצור חום גבוה, צריכת אנרגיה גבוהה ועלות תפעול גבוהה. פיתוח דיודה פולטת אור (LED) מהדור החדש מאפשר שימוש במקור אור מלאכותי בעל אנרגיה נמוכה בתחום גינון המתקנים. ל-LED יתרונות של יעילות המרה פוטואלקטרית גבוהה, הספק DC, נפח קטן, אורך חיים ארוך, צריכת אנרגיה נמוכה, אורך גל קבוע, קרינה תרמית נמוכה והגנה על הסביבה. בהשוואה למנורת נתרן בלחץ גבוה ולמנורת פלורסנט הנפוצות כיום, LED לא רק יכולה להתאים את כמות האור ואיכותו (יחס האור בפסים שונים) בהתאם לצורכי צמיחת הצמחים, אלא גם יכולה להקרין צמחים ממרחק קצר בזכות האור הקר שלה. בכך ניתן לשפר את מספר שכבות הגידול ואת שיעור ניצול השטח, ולממש את הפונקציות של חיסכון באנרגיה, הגנה על הסביבה וניצול יעיל של השטח, שאינן ניתנות להחלפה על ידי מקור אור מסורתי.

בהתבסס על יתרונות אלה, תאורת LED שימשה בהצלחה בתאורת גננות במתקני גידול, במחקר בסיסי של סביבה נשלטת, בתרבית רקמות צמחים, בשתילים במפעלי צמחים ובמערכת אקולוגית בחלל. בשנים האחרונות, ביצועי תאורת הגידול של LED משתפרים, המחיר יורד, וכל מיני מוצרים עם אורכי גל ספציפיים מפותחים בהדרגה, כך שיישומה בתחום החקלאות והביולוגיה יהיה רחב יותר.

מאמר זה מסכם את מצב המחקר של תאורת LED בתחום גינון מתקני, מתמקד ביישום תאורת LED משלימה ביסודות הביולוגיה של האור, נורות גידול LED על היווצרות אור צמחי, איכות תזונתית והשפעת עיכוב ההזדקנות, בנייה ויישום של נוסחת האור, ומנתח ותחזית של הבעיות והסיכויים הנוכחיים של טכנולוגיית תאורת LED משלימה.

השפעת תאורת LED משלימה על גידול גידולים גנניים

ההשפעות הרגולטוריות של אור על גדילת והתפתחות הצמחים כוללות נביטת זרעים, התארכות גבעול, התפתחות עלים ושורשים, פוטוטרופיזם, סינתזה ופירוק כלורופיל, והשראת פרחים. אלמנטים של סביבת התאורה במתקן כוללים עוצמת אור, מחזור אור ופיזור ספקטרלי. ניתן לכוונן את האלמנטים באמצעות תוספת אור מלאכותי ללא הגבלת תנאי מזג האוויר.

כיום, ישנם לפחות שלושה סוגים של קולטני אור בצמחים: פיטוכרום (סופג אור אדום ואור אדום רחוק), קריפטוכרום (סופג אור כחול ואור אולטרה סגול קרוב) ו-UV-A ו-UV-B. השימוש במקור אור באורך גל ספציפי להקרנת גידולים יכול לשפר את יעילות הפוטוסינתזה של צמחים, להאיץ את מורפוגנזה של האור ולקדם את הצמיחה וההתפתחות של צמחים. אור אדום כתום (610 ~ 720 ננומטר) ואור כחול סגול (400 ~ 510 ננומטר) שימשו בפוטוסינתזה של צמחים. באמצעות טכנולוגיית LED, אור מונוכרומטי (כגון אור אדום עם שיא של 660 ננומטר, אור כחול עם שיא של 450 ננומטר וכו') יכול להיות מקרין בקו הספיגה החזק ביותר של כלורופיל, ורוחב התחום הספקטרלי הוא רק ± 20 ננומטר.

כיום מאמינים כי אור אדום-כתום יאיץ משמעותית את התפתחות הצמחים, יקדם את הצטברות החומר היבש, את היווצרות הבצלים, פקעות הבצלים, הבצלים עלים ואיברי צמח אחרים, יגרום לצמחים לפרוח ולהניב פירות מוקדם יותר, ולמלא תפקיד מוביל בשיפור צבע הצמח; אור כחול וסגול יכולים לשלוט בפוטוטרופיזם של עלי הצמח, לקדם פתיחת הפיוניות ותנועת הכלורופלסט, לעכב את התארכות הגבעול, למנוע התארכות הצמח, לעכב את פריחת הצמח ולקדם את צמיחת איברי הצמח; השילוב של נוריות LED אדומות וכחולות יכול לפצות על אור לא מספק של צבע יחיד של השניים וליצור שיא ספיגה ספקטרלי התואם בעיקרו את הפוטוסינתזה והמורפולוגיה של הגידולים. שיעור ניצול אנרגיית האור יכול להגיע ל-80% עד 90%, ואפקט חיסכון האנרגיה משמעותי.

מצויד בתאורת LED משלימה בגננות מתקני גידול יכול להשיג עלייה משמעותית בייצור. מחקרים הראו כי מספר הפירות, התפוקה הכוללת ומשקל כל עגבניית שרי תחת תאורה משלימה של פסי LED וצינורות LED של 300 מיקרומול/(מ"ר·שנייה) למשך 12 שעות (8:00-20:00) גדלים משמעותית. האור המשלים של פס ה-LED גדל ב-42.67%, 66.89% ו-16.97% בהתאמה, והאור המשלים של צינור ה-LED גדל ב-48.91%, 94.86% ו-30.86% בהתאמה. תאורת LED משלימה של גוף תאורת LED לגידול לאורך כל תקופת הגידול [יחס האור האדום והכחול הוא 3:2, ועוצמת האור היא 300 מיקרומול/(מ"ר·שנייה)] יכולה להגדיל משמעותית את איכות הפרי הבודד ואת התפוקה ליחידת שטח של עגבניות שרי וחצילים. צ'יקוקואן גדל ב-5.3% ו-15.6%, וחצילים גדלו ב-7.6% ו-7.8%. באמצעות איכות תאורת ה-LED, עוצמתה ומשכה לאורך כל תקופת הגידול, ניתן לקצר את מחזור גידול הצמחים, לשפר את התשואה המסחרית, את האיכות התזונתית ואת הערך המורפולוגי של תוצרת חקלאית, ולהגשים ייצור יעיל, חסכוני באנרגיה וחכם של גידולי גינון במתקן.

יישום של אור LED משלים בגידול שתילי ירקות

ויסות מורפולוגיה, צמיחה והתפתחות של צמחים באמצעות מקור אור LED היא טכנולוגיה חשובה בתחום גידול החממות. צמחים גבוהים יכולים לחוש ולקלוט אותות אור דרך מערכות קולטני אור כמו פיטוכרום, קריפטוכרום וקולטן אור, ולבצע שינויים מורפולוגיים באמצעות שליחים תוך תאיים כדי לווסת את רקמות ואיברי הצמח. פוטומורפוגנזה פירושה שצמחים מסתמכים על אור כדי לשלוט בהתמיינות תאים, שינויים מבניים ותפקודיים, כמו גם היווצרות רקמות ואיברים, כולל השפעה על נביטת זרעים מסוימים, קידום דומיננטיות אפיקלית, עיכוב צמיחת ניצנים רוחביים, התארכות גבעול וטרופיזם.

גידול שתילי ירקות הוא חלק חשוב בחקלאות המפעל. מזג אוויר גשום מתמשך יגרום לחוסר אור במתקן, והשתילים נוטים להתארך, דבר שישפיע על צמיחת הירקות, התמיינות ניצני הפרחים והתפתחות הפרי, ובסופו של דבר ישפיע על יבולם ואיכותם. בייצור, משתמשים בכמה מווסתי צמיחת צמחים, כגון ג'יברלין, אוקסין, פקלובוטרזול וכלורמקוואט, לוויסות צמיחת השתילים. עם זאת, שימוש לא סביר בווסתים של צמיחת צמחים עלול בקלות לזהם את סביבת הירקות והמתקנים, דבר שיפגע בבריאות האדם.

לתאורת LED משלימה יתרונות ייחודיים רבים, וזוהי דרך אפשרית להשתמש בתאורת LED משלימה לגידול שתילים. בניסוי תאורת LED משלימה [25±5 מיקרומול/(מ"ר·שנייה)] שנערך בתנאי תאורה חלשה [0~35 מיקרומול/(מ"ר·שנייה)], נמצא שאור ירוק מקדם את התארכות וצמיחה של שתילי מלפפונים. אור אדום ואור כחול מעכבים את צמיחת השתילים. בהשוואה לאור טבעי חלש, מדד השתילים החזקים של שתילים בתוספת אור אדום וכחול עלה ב-151.26% ו-237.98% בהתאמה. בהשוואה לאיכות האור המונוכרומטי, מדד השתילים החזקים המכילים רכיבים אדומים וכחולים תחת טיפול באור מורכב משלים עלה ב-304.46%.

הוספת אור אדום לשתילי מלפפון יכולה להגדיל את מספר העלים האמיתיים, שטח העלים, גובה הצמח, קוטר הגבעול, איכות היובש והטריות, מדד השתיל החזק, חיוניות השורשים, פעילות SOD ותכולת החלבון המסיס של שתילי המלפפון. תוספת UV-B יכולה להגדיל את תכולת הכלורופיל a, הכלורופיל b והקרוטנואידים בעלי שתילי המלפפון. בהשוואה לאור טבעי, תוספת של אור LED אדום וכחול יכולה להגדיל משמעותית את שטח העלים, איכות החומר היבש ומדד השתיל החזק של שתילי עגבניות. תוספת של אור LED אדום ואור ירוק מגדילה משמעותית את גובה ועובי הגבעול של שתילי העגבניות. טיפול בתוסף אור LED ירוק יכול להגדיל משמעותית את הביומסה של שתילי המלפפון והעגבניות, ומשקל השתיל הטרי והיבש עולה עם העלייה בעוצמת האור של תוסף האור הירוק, בעוד שהגבעול העבה ומדד השתיל החזק של שתילי העגבניות עוקבים אחר אור האור הירוק. העלייה בעוצמה עולה. השילוב של אור LED אדום וכחול יכול להגדיל את עובי הגבעול, שטח העלים, משקל היבש של הצמח כולו, יחס שורש לנצר ומדד השתיל החזק של חציל. בהשוואה לאור לבן, אור אדום LED יכול להגדיל את הביומסה של שתילי כרוב ולקדם את צמיחת הארכה והתפשטות העלים של שתילי הכרוב. אור כחול LED מקדם את הצמיחה העבה, הצטברות החומר היבש ומדד השתילים החזק של שתילי הכרוב, וגורם לשתילי הכרוב להתגמד. התוצאות לעיל מראות כי היתרונות של שתילי ירקות המגודלים בטכנולוגיית ויסות אור ברורים מאוד.

השפעת תאורת LED משלימה על האיכות התזונתית של פירות וירקות

החלבון, הסוכר, החומצה האורגנית והוויטמינים הכלולים בפירות וירקות הם חומרי התזונה המועילים לבריאות האדם. איכות האור יכולה להשפיע על תכולת הוונטוליד הקרניאלי בצמחים על ידי ויסות פעילות הסינתזה והפירוק של הוונטוליד הקרניאלי, והיא יכולה לווסת את חילוף החומרים של החלבונים ואת הצטברות הפחמימות בצמחי גינון. אור אדום מקדם הצטברות פחמימות, טיפול באור כחול מועיל ליצירת חלבונים, בעוד ששילוב של אור אדום וכחול יכול לשפר את איכות התזונה של צמחים באופן משמעותי יותר מאשר אור מונוכרומטי.

הוספת אור LED אדום או כחול יכולה להפחית את תכולת הניטרט בחסה, הוספת אור LED כחול או ירוק יכולה לקדם את הצטברות הסוכר המסיס בחסה, והוספת אור LED אינפרא אדום תורמת להצטברות של VC בחסה. התוצאות הראו שתוספת של אור כחול יכולה לשפר את תכולת VC ואת תכולת החלבון המסיס בעגבנייה; אור אדום ואור כחול אדום משולב יכולים לקדם את תכולת הסוכר והחומצה בפרי העגבנייה, והיחס בין סוכר לחומצה היה הגבוה ביותר תחת אור כחול אדום משולב; אור כחול אדום משולב יכול לשפר את תכולת VC בפרי מלפפון.

לפנולים, פלבנואידים, אנתוציאנינים וחומרים אחרים בפירות וירקות יש לא רק השפעה חשובה על הצבע, הטעם וערך הסחורות של פירות וירקות, אלא גם פעילות נוגדת חמצון טבעית, ויכולים לעכב או להסיר ביעילות רדיקלים חופשיים בגוף האדם.

שימוש באור כחול LED כתוספת לאור יכול להגדיל משמעותית את תכולת האנתוציאנינים בקליפת החציל ב-73.6%, בעוד ששימוש באור אדום LED ושילוב של אור אדום וכחול יכול להגדיל את תכולת הפלבנואידים והפנולים הכוללים. אור כחול יכול לקדם את הצטברות הליקופן, הפלבנואידים והאנתוציאנינים בפירות העגבניות. השילוב של אור אדום וכחול מקדם במידה מסוימת את ייצור האנתוציאנינים, אך מעכב את הסינתזה של הפלבנואידים. בהשוואה לטיפול באור לבן, טיפול באור אדום יכול להגדיל משמעותית את תכולת האנתוציאנינים בנבטי החסה, אך לטיפול באור כחול יש את תכולת האנתוציאנינים הנמוכה ביותר. תכולת הפנולים הכוללת של עלי חסה ירוקים, עלי חסה סגולים ועלי חסה אדומים הייתה גבוהה יותר תחת טיפול באור לבן, אור משולב אדום-כחול ואור כחול, אך היא הייתה הנמוכה ביותר תחת טיפול באור אדום. תוספת של אור אולטרה סגול LED או אור כתום יכולה להגדיל את תכולת התרכובות הפנוליות בעלי החסה, בעוד שתוספת של אור ירוק יכולה להגדיל את תכולת האנתוציאנינים. לכן, השימוש בתאורת LED לגידול הוא דרך יעילה לוויסות האיכות התזונתית של פירות וירקות בגידול גנני במתקני גינון.

השפעת תאורת LED משלימה על מניעת הזדקנות צמחים

פירוק כלורופיל, אובדן חלבון מהיר והידרוליזה של RNA במהלך הזדקנות הצמח מתבטאים בעיקר בהזדקנות עלים. כלורופלסטים רגישים מאוד לשינויים בסביבת האור החיצונית, ומושפעים במיוחד מאיכות האור. אור אדום, אור כחול ואור משולב אדום-כחול תורמים למורפוגנזה של הכלורופלסטים, אור כחול תורם להצטברות גרגירי עמילן בכלורופלסטים, ואור אדום ואור אדום-רחוק משפיעים לרעה על התפתחות הכלורופלסטים. השילוב של אור כחול ואור אדום-כחול יכול לקדם את הסינתזה של כלורופיל בעלי שתיל המלפפון, והשילוב של אור אדום וכחול יכול גם לעכב את הדעיכה של תכולת הכלורופיל בעלים בשלב מאוחר יותר. השפעה זו בולטת יותר עם ירידה ביחס האור האדום ועלייה ביחס האור הכחול. תכולת הכלורופיל בעלי שתיל המלפפון תחת טיפול באור משולב אדום וכחול של LED הייתה גבוהה משמעותית מזו תחת בקרת אור פלואורסצנטי וטיפולים באור אדום וכחול מונוכרומטי. אור כחול של LED יכול להגדיל משמעותית את ערך הכלורופיל a/b של שתילי שום ירוק ושום ווטאקאי.

במהלך ההזדקנות, ישנם ציטוקינינים (CTK), אוקסין (IAA), שינויים בתכולת חומצה אבציסית (ABA) ומגוון שינויים בפעילות האנזימים. תכולת הורמוני הצמח מושפעת בקלות מסביבת האור. לאיכויות אור שונות יש השפעות בקרה שונות על הורמוני הצמח, והשלבים הראשוניים של מסלול התמרת אותות האור כוללים ציטוקינינים.

CTK מקדם את התפשטות תאי העלים, משפר את הפוטוסינתזה של העלים, תוך עיכוב פעילותם של ריבונוקלאז, דאוקסיריבונוקלאז ופרוטאז, ומעכב את פירוק חומצות גרעין, חלבונים וכלורופיל, כך שהוא יכול לעכב משמעותית את הזדקנות העלים. קיימת אינטראקציה בין אור לוויסות התפתחותי בתיווך CTK, ואור יכול לעורר את העלייה ברמות הציטוקינין האנדוגניות. כאשר רקמות הצמח נמצאות במצב של הזדקנות, תכולת הציטוקינין האנדוגנית שלהן יורדת.

IAA מרוכז בעיקר באזורים בעלי צמיחה נמרצת, ויש מעט מאוד תכולה ברקמות או איברים מזדקנים. אור סגול יכול להגביר את הפעילות של אינדול חומצה אצטית אוקסידאז, ורמות נמוכות של IAA יכולות לעכב את התארכות וצמיחה של צמחים.

ABA נוצר בעיקר ברקמות עלים מזדקנים, פירות בוגרים, זרעים, גבעולים, שורשים וחלקים אחרים. תכולת ה-ABA במלפפון ובכרוב תחת שילוב של אור אדום וכחול נמוכה מזו של אור לבן ואור כחול.

פרוקסידאז (POD), סופראוקסיד דיסמוטאז (SOD), אסקורבט פרוקסידאז (APX) וקטלאז (CAT) הם אנזימים מגנים חשובים יותר הקשורים לאור בצמחים. אם צמחים מזדקנים, פעילותם של אנזימים אלה תפחת במהירות.

לאיכויות אור שונות יש השפעות משמעותיות על פעילות אנזימים נוגדי חמצון בצמחים. לאחר 9 ימים של טיפול באור אדום, פעילות ה-APX של שתילי הלפתית גדלה משמעותית, ופעילות ה-POD ירדה. פעילות ה-POD של עגבנייה לאחר 15 ימים של אור אדום ואור כחול הייתה גבוהה יותר מזו של אור לבן ב-20.9% ו-11.7% בהתאמה. לאחר 20 ימים של טיפול באור ירוק, פעילות ה-POD של עגבנייה הייתה הנמוכה ביותר, רק 55.4% מאור לבן. תוספת של 4 שעות של אור כחול יכולה להגדיל משמעותית את תכולת החלבון המסיס, את פעילות האנזימים POD, SOD, APX ו-CAT בעלי מלפפון בשלב השתיל. בנוסף, פעילות ה-SOD וה-APX יורדת בהדרגה עם הארכת האור. פעילות ה-SOD וה-APX תחת אור כחול ואור אדום יורדת באיטיות אך תמיד גבוהה יותר מזו של אור לבן. קרינת אור אדום הפחיתה משמעותית את פעילות הפראוקסידאז וה-IAA פראוקסידאז של עלי עגבנייה ואת ה-IAA פראוקסידאז של עלי חציל, אך גרמה לפעילות הפראוקסידאז של עלי חציל לעלות משמעותית. לכן, אימוץ אסטרטגיית תאורת LED משלימה סבירה יכולה לעכב ביעילות את ההזדקנות של גידולי גינון במפעל ולשפר את היבול והאיכות.

בנייה ויישום של נוסחת תאורת LED

גדילתם והתפתחותם של צמחים מושפעים באופן משמעותי מאיכות האור ומיחסי הרכבם השונים. נוסחת האור כוללת בעיקר מספר אלמנטים כגון יחס איכות האור, עוצמת האור וזמן האור. מכיוון שלצמחים שונים יש דרישות שונות לאור ושלבי צמיחה והתפתחות שונים, נדרש השילוב הטוב ביותר של איכות האור, עוצמת האור וזמן תוספת האור עבור הגידולים המעובדים.

 ◆יחס ספקטרום האור

בהשוואה לאור לבן ולאור אדום וכחול יחיד, לשילוב של אור LED אדום וכחול יש יתרון מקיף על הצמיחה וההתפתחות של שתילי מלפפון וכרוב.

כאשר היחס בין אור אדום לכחול הוא 8:2, עובי גבעול הצמח, גובה הצמח, משקל היבש של הצמח, משקלו הטרי, מדד השתיל החזק וכו', גדלים משמעותית, וזה גם מועיל להיווצרות מטריצת הכלורופלסט ולמלה הבסיסית ולתפוקת ענייני הטמעה.

השימוש בשילוב של אדום, ירוק וכחול עבור נבטי שעועית אדומים מועיל להצטברות החומר היבש שלהם, ואור ירוק יכול לקדם את הצטברות החומר היבש של נבטי שעועית אדומים. הצמיחה ניכרת ביותר כאשר היחס בין אור אדום, ירוק וכחול הוא 6:2:1. אפקט התארכות ההיפוקוטיל של שתיל נבטי שעועית אדומים היה הטוב ביותר תחת יחס אור אדום וכחול של 8:1, והתארכות ההיפוקוטיל של נבטי שעועית אדומים מעוכבת באופן ברור תחת יחס אור אדום וכחול של 6:3, אך תכולת החלבון המסיס הייתה הגבוהה ביותר.

כאשר יחס האור האדום והכחול הוא 8:1 עבור שתילי לופה, מדד השתיל החזק ותכולת הסוכר המסיס של שתילי הלופה הם הגבוהים ביותר. כאשר משתמשים באיכות אור עם יחס של אור אדום וכחול של 6:3, תכולת הכלורופיל a, יחס הכלורופיל a/b ותכולת החלבון המסיס של שתילי הלופה היו הגבוהים ביותר.

כאשר משתמשים ביחס של 3:1 בין אור אדום וכחול לעלי חסה, ניתן לקדם ביעילות את העלייה בגובה צמח הסלרי, אורך הפטוטרת, מספר העלים, איכות החומר היבש, תכולת ה-VC, תכולת החלבון המסיס ותכולת הסוכר המסיס. בגידול עגבניות, הגדלת שיעור האור הכחול של LED מקדמת את היווצרות הליקופן, חומצות אמינו חופשיות ופלבנואידים, והגדלת שיעור האור האדום מקדמת את היווצרות חומצות ניתנות לטיטרציה. כאשר היחס בין אור אדום וכחול לעלי חסה הוא 8:1, הדבר מועיל להצטברות קרוטנואידים, ומפחית ביעילות את תכולת הניטרט ומגביר את תכולת ה-VC.

 ◆עוצמת האור

צמחים הגדלים תחת אור חלש רגישים יותר לעיכוב פוטוכימי מאשר תחת אור חזק. קצב הפוטוסינתזה נטו של שתילי עגבניות עולה עם העלייה בעוצמת האור [50, 150, 200, 300, 450, 550 מיקרומול/(מ"ר·שנייה)], ומראה מגמה של עלייה תחילה ולאחר מכן ירידה, וב-300 מיקרומול/(מ"ר·שנייה) עד להגעה למקסימום. גובה הצמח, שטח העלים, תכולת המים ותכולת חומצת האמינו החופשית של החסה גדלו משמעותית תחת טיפול בעוצמת אור של 150 מיקרומול/(מ"ר·שנייה). תחת טיפול בעוצמת אור של 200 מיקרומול/(מ"ר·שנייה), המשקל הטרי, המשקל הכולל ותכולת חומצות האמינו החופשיות גדלו משמעותית, ובטיפול בעוצמת אור של 300 מיקרומול/(מ"ר·שנייה), שטח העלים, תכולת המים, הכלורופיל a, הכלורופיל a+b והקרוטנואידים של החסה ירדו כולם. בהשוואה לחושך, עם העלייה בעוצמת אור הגידול של LED [3, 9, 15 מיקרומול/(מ"ר·שנייה)], תכולת הכלורופיל a, הכלורופיל b והכלורופיל a+b בנבטי שעועית שחורה עלתה משמעותית. תכולת ה-VC היא הגבוהה ביותר ועומדת על 3 מיקרומול/(מ"ר·שנייה), ותכולת החלבון המסיס, הסוכר המסיס והסוכרוז היא הגבוהה ביותר ועומדת על 9 מיקרומול/(מ"ר·שנייה). באותם תנאי טמפרטורה, עם העלייה בעוצמת האור [(2~2.5)lx×103 lx, (4~4.5)lx×103 lx, (6~6.5)lx×103 lx], זמן השתילה של שתילי פלפל מתקצר, תכולת הסוכר המסיס עולה, אך תכולת הכלורופיל a והקרוטנואידים ירדה בהדרגה.

 ◆זמן אור

הארכה נכונה של זמן התאורה יכולה להקל במידה מסוימת על עומס האור הנמוך הנגרם מעוצמת אור לא מספקת, לסייע בהצטברות של תוצרים פוטוסינתטיים בגידולים גנניים, ולהשיג את האפקט של הגדלת היבול ושיפור האיכות. תכולת ה-VC של נבטים הראתה מגמת עלייה הדרגתית עם הארכת זמן התאורה (0, 4, 8, 12, 16, 20 שעות ביום), בעוד שתכולת חומצות האמינו החופשיות, פעילות SOD ו-CAT הראו מגמת ירידה. עם הארכת זמן התאורה (12, 15, 18 שעות), משקלם הטרי של צמחי כרוב סיני עלה משמעותית. תכולת ה-VC בעלים ובגבעולי הכרוב הסיני הייתה הגבוהה ביותר לאחר 15 ו-12 שעות, בהתאמה. תכולת החלבון המסיס בעלי הכרוב הסיני ירדה בהדרגה, אך הגבעולים היו הגבוהים ביותר לאחר 15 שעות. תכולת הסוכר המסיס בעלי הכרוב הסיני עלתה בהדרגה, בעוד שהגבעולים היו הגבוהים ביותר לאחר 12 שעות. כאשר היחס בין אור אדום וכחול הוא 1:2, בהשוואה ל-12 שעות אור, טיפול באור של 20 שעות מפחית את התכולה היחסית של סך הפנולים והפלבנואידים בחסה ירוקה, אך כאשר היחס בין אור אדום וכחול הוא 2:1, טיפול באור של 20 שעות הגדיל משמעותית את התכולה היחסית של סך הפנולים והפלבנואידים בחסה ירוקה.

מהאמור לעיל, ניתן לראות כי לנוסחאות אור שונות יש השפעות שונות על פוטוסינתזה, פוטומורפוגנזה ומטבוליזם של פחמן וחנקן בסוגי גידולים שונים. כיצד להשיג את נוסחת האור הטובה ביותר, תצורת מקור האור וניסוח אסטרטגיות בקרה חכמות דורשים מיני צמחים כנקודת מוצא, ויש לבצע התאמות מתאימות בהתאם לצורכי הסחורות של גידולי הגננות, יעדי הייצור, גורמי הייצור וכו', כדי להשיג את המטרה של בקרה חכמה של סביבת האור וגידולי גננות איכותיים ובעלי תפוקה גבוהה בתנאים של חיסכון באנרגיה.

בעיות וסיכויים קיימים

היתרון המשמעותי של תאורת LED לגידול הוא ביכולתה לבצע התאמות שילוב חכמות בהתאם לספקטרום הביקוש של מאפייני הפוטוסינתזה, המורפולוגיה, האיכות והתפוקה של צמחים שונים. לסוגים שונים של גידולים ותקופות גידול שונות של אותו גידול יש דרישות שונות לאיכות האור, עוצמת האור ותקופת הפוטו-אור. זה דורש פיתוח ושיפור נוספים של מחקר נוסחאות האור כדי ליצור מסד נתונים ענק של נוסחאות אור. בשילוב עם מחקר ופיתוח של מנורות מקצועיות, ניתן לממש את הערך המקסימלי של תאורת LED משלימה ביישומים חקלאיים, על מנת לחסוך טוב יותר באנרגיה, לשפר את יעילות הייצור ולשפר את היתרונות הכלכליים. יישום תאורת LED לגידולים בגננות מתקנית הראה חיוניות נמרצת, אך מחיר ציוד או מכשירי תאורת LED גבוה יחסית, וההשקעה החד-פעמית גדולה. דרישות התאורה המשלימה של גידולים שונים בתנאי סביבה שונים אינן ברורות, ספקטרום האור המשלימה, עוצמת וזמן בלתי סבירים של תאורת הגידול יגרמו בהכרח לבעיות שונות ביישום תעשיית תאורת הגידול.

עם זאת, עם התקדמות ושיפור הטכנולוגיה והפחתת עלות הייצור של תאורת LED לגידול, תאורת LED משלימה תהיה בשימוש נרחב יותר בגננות מתקנים. במקביל, הפיתוח וההתקדמות של מערכת טכנולוגיית תאורת LED משלימה ושילוב של אנרגיה חדשה יאפשרו פיתוח מהיר של חקלאות מתקנים, חקלאות משפחתית, חקלאות עירונית וחקלאות חלל כדי לענות על דרישת האנשים לגידולים גנניים בסביבות מיוחדות.