Summarium: Plantulae olerum primum gradum in productione olerum constituunt, et qualitas plantularum magni momenti est ad proventum et qualitatem olerum post plantationem. Cum continua divisione laboris in industria olerum refinatio fiat, plantulae olerum paulatim catenam industrialem independentem formaverunt et productioni olerum inservierunt. Adversa tempestate affectae, modi traditionales plantationis necessario multis difficultatibus, ut tarditate plantularum crescentia, incremento chronico, et pestibus ac morbis, obviam eunt. Ad plantulas chronicas tractandas, multi cultores commerciales regulatores crescentiae utuntur. Attamen pericula rigiditatis plantularum, salutis cibi et contaminationis ambitus cum usu regulatorum crescentiae existunt. Praeter modos chemicos moderationis, quamquam stimulatio mechanica, temperatura et moderatio aquae etiam partes agere possunt in prohibendo incremento chronico plantularum, paulo minus commodae et efficaces sunt. Sub impulsu novae epidemiae globalis Covid-19, problemata difficultatum administrationis productionis, quae a penuria operariorum et crescentibus sumptibus operariorum in industria plantularum oriuntur, magis prominentia facta sunt.

Cum progressu technologiae illuminationis, usus lucis artificialis ad plantas olerum colendas commoda praebet magnae efficaciae plantarum, pauciores pestes et morbos, et facilis standardizationis. Comparata cum fontibus lucis traditis, nova generatio fontium lucis LED proprietates habet conservationis energiae, altae efficaciae, longae vitae, tutelae et durabilitatis ambitus, magnitudinis parvae, radiationis thermalis humilis, et amplitudinis longitudinis undae parvae. Spectrum aptum secundum necessitates incrementi et evolutionis plantarum in ambitu officinarum plantarum formare potest, et accurate processum physiologicum et metabolicum plantarum moderari, simul ad productionem plantarum olerum sine pollutione, standardizatam et celerem conferens, et cyclum plantarum abbrevians. In Sinis meridionalibus, circiter 60 dies requiruntur ad plantas piperis et lycopersici (3-4 folia vera) in tepidariis plasticis colendas, et circiter 35 dies ad plantas cucumeris (3-5 folia vera). Sub condicionibus officinarum plantarum, tantum 17 dies requiruntur ad plantas lycopersici et 25 dies ad plantas piperis colendas sub condicionibus photoperiodii 20 horarum et PPF 200-300 μmol/(m2•s). Comparata cum methodo consueta plantarum culturae in tepidario, usus methodi plantarum cultivandarum in officina plantarum LED cyclum incrementi cucumeris significanter 15-30 diebus breviavit, et numerus florum femininorum et fructuum per plantam 33.8% et 37.3% respective auctus est, et maximus proventus 71.44% auctus est.

Quod ad efficaciam usus energiae attinet, efficacia usus energiae officinarum plantarum altior est quam tepidariorum generis Venlo in eadem latitudine. Exempli gratia, in officina plantarum Suecica, 1411 MJ requiruntur ad 1 kg materiae siccae lactucae producendum, dum 1699 MJ in tepidario requiruntur. Attamen, si electricitas requisita per kilogramma materiae siccae lactucae computatur, officina plantarum 247 kW·h requirit ad 1 kg ponderis sicci lactucae producendum, et tepidaria in Suecia, Nederlandia, et Emiratibus Arabicis Unitis 182 kW·h, 70 kW·h, et 111 kW·h respective requirunt.

Simul, in officina plantarum, usus computatrorum, instrumentorum automaticorum, intelligentiae artificialis aliarumque technologiarum potest accurate condiciones ambientales culturae plantularum aptas moderari, limitationes condicionum naturalis ambitus removere, et productionem plantarum intelligentem, mechanizatam et quotannis stabilem perficere. Recentibus annis, plantae plantarum in productione commerciali olerum foliorum, olerum fructiferorum aliarumque frugum oeconomicarum in Iaponia, Corea Meridionali, Europa, Civitatibus Foederatis Americae aliisque terris adhibitae sunt. Magna pecunia initialis officinarum plantarum collocata, sumptus operandi alti, et ingens systematis energiae consumptio adhuc impedimenta sunt quae promotionem technologiae culturae plantularum in officinis plantarum Sinensibus limitant. Ideo necesse est rationem habere requisitorum magni proventus et energiae conservandae in rationibus moderationis luminis, institutione exemplorum crescentiae olerum, et instrumentorum automationis ad utilitates oeconomicas augendas.

In hoc articulo, influxus lucis LED in incrementum et evolutionem plantarum olerum in officinis plantarum annis proximis recensetur, cum prospectu directionis investigationis regulationis lucis plantarum olerum in officinis plantarum.

1. Effectus Ambitus Luminis in Incrementum et Evolutionem Plantularum Olerum

Lux, ut unus ex factoribus ambientalibus essentialibus ad incrementum et progressionem plantarum, non solum fons energiae est plantis ad photosynthesis perficiendam, sed etiam signum clavis photomorphogenesin plantarum afficiens. Plantae directionem, energiam et qualitatem lucis signi per systema signorum lucis sentiunt, suum incrementum et progressionem regulant, et praesentiae vel absentiae, longitudinis undae, intensitati et durationi lucis respondent. Photoreceptores plantarum hodie noti saltem tres classes includunt: phytochromata (PHYA~PHYE) quae lucem rubram et rubram remotam (FR) sentiunt, cryptochromata (CRY1 et CRY2) quae caeruleam et ultravioletam A sentiunt, et Elementa (Phot1 et Phot2), receptorem UV-B UVR8 qui UV-B sentit. Hi photoreceptores in expressionem genorum affinium participant et eam regulant, deinde actiones vitae ut germinationem seminum plantarum, photomorphogenesin, tempus florendi, synthesin et accumulationem metabolitorum secundariorum, et tolerantiam ad accentus bioticos et abioticos regulant.

2. Influentia ambitus lucis LED in stabilimentum photomorphologicum plantularum olerum

2.1 Effectus Qualitatis Lucis Diversae in Photomorphogenesin Plantularum Vegetabilium

Regiones rubrae caeruleaeque spectri altas efficacitates quanticas ad photosynthesim foliorum plantarum habent. Attamen, diuturna expositio foliorum cucumeris luci rubrae purae photosystema laedet, quod phaenomenon "syndromae lucis rubrae" efficit, ut responsio stomatalis impedita, capacitas photosynthetica et efficacia usus nitrogenii imminuta, et retardatio incrementi. Sub condicione intensitatis lucis humilis (100±5 μmol/(m2•s)), lux rubra pura chloroplasta tam foliorum iuvenum quam maturorum cucumeris laedere potest, sed chloroplasta laesa recuperata sunt postquam a luce rubra pura ad lucem rubram et caeruleam mutata est (R:B= 7:3). Contra, cum plantae cucumeris ab ambiente lucis rubrae-caeruleae ad ambitum lucis rubrae purae transierunt, efficacia photosynthetica significanter non decrevit, adaptabilitatem ad ambitum lucis rubrae ostendens. Per analysin microscopii electronici structurae foliorum plantularum cucumeris cum "syndroma lucis rubrae", experimentatores invenerunt numerum chloroplastorum, magnitudinem granulorum amyli, et crassitudinem granulorum in foliis sub luce rubra pura significanter inferiores esse quam sub curatione lucis albae. Interventio lucis caeruleae ultrastructuram et proprietates photosyntheticas chloroplastorum cucumeris emendat et accumulationem nimiam nutrimentorum eliminat. Comparata cum luce alba et luce rubra ac caerulea, lux rubra pura elongationem hypocotyli et expansionem cotyledonum plantularum lycopersici promovit, altitudinem plantae et aream foliorum significanter auxit, sed capacitatem photosyntheticam significanter minuit, contentum Rubisco et efficaciam photochemicam minuit, et dissipationem caloris significanter auxit. Videtur genera plantarum diversa aliter respondere eidem qualitati lucis, sed comparata cum luce monochromatica, plantae maiorem efficaciam photosyntheticam et incrementum vehementius in ambitu lucis mixtae habent.

Investigatores multas investigationes de optima combinatione qualitatis lucis in plantulis olerum perfecerunt. Sub eadem intensitate lucis, cum proportione lucis rubrae aucta, altitudo plantarum et pondus recens plantularum lycopersicorum et cucumerum significanter emendatae sunt, et tractatio proportione rubri ad caeruleum 3:1 optimum effectum habuit; contra, alta proportio lucis caeruleae incrementum plantularum lycopersicorum et cucumerum, quae breves et compactae erant, inhibuit, sed contentum materiae siccae et chlorophylli in surculis plantularum auxit. Similia exempla in aliis culturis, ut capsicis et peponis, observantur. Praeterea, comparata cum luce alba, lux rubra et caerulea (R:B=3:1) non solum crassitudinem foliorum, contentum chlorophylli, efficaciam photosyntheticam et efficaciam translationis electronum plantularum lycopersicorum significanter auxit, sed etiam gradus expressionis enzymorum ad cyclum Calvinianum pertinentium, contentum vegetarium crescentium et accumulationem carbohydratorum significanter emendati sunt. Comparatis duabus proportionibus lucis rubrae et caeruleae (R:B=2:1, 4:1), maior proportio lucis caeruleae magis apta erat ad inducendam formationem florum femininorum in plantulis cucumeris et tempus florendi florum femininorum accelerabat. Quamquam diversae proportiones lucis rubrae et caeruleae nullum effectum significantem in proventu ponderis recentis plantularum brassicae viridis, erucae, et sinapis habuerunt, alta proportio lucis caeruleae (30% lucis caeruleae) longitudinem hypocotyli et aream cotyledonum plantularum brassicae viridis et sinapis significanter minuit, dum color cotyledonum intensior factus est. Ergo, in productione plantularum, augmentum aptum proportionis lucis caeruleae spatium nodorum et aream foliorum plantularum olerum significanter contrahere, extensionem lateralem plantularum promovere, et indicem roboris plantularum emendare potest, quod ad colendas plantulas robustas aptum est. Sub condicione quo intensitas lucis immutata maneret, augmentum lucis viridis in luce rubra et caerulea pondus recens, aream foliorum et altitudinem plantarum plantularum piperis dulcis significanter auxit. Comparata cum lampade fluorescenti alba traditionali, sub condicionibus lucis rubri-viridis-caeruleae (R3:G2:B5), Y[II], qP et ETR plantularum 'Okagi No. 1 tomato' significanter emendatae sunt. Supplementatio lucis UV (100 μmol/(m2•s) lucis caeruleae + 7% UV-A) ad lucem caeruleam puram celeritatem elongationis caulis erucae et sinapis significanter minuit, dum supplementatio FR contrarium evenit. Hoc etiam demonstrat, praeter lucem rubram et caeruleam, alias qualitates lucis etiam partes magnas agere in processu crescentiae et evolutionis plantae. Quamquam neque lux ultravioleta neque FR fons energiae photosyntheseos est, ambae in photomorphogenesi plantarum implicantur. Lux UV altae intensitatis nocet DNA et proteinis plantarum, etc. Attamen, lux UV responsa ad stress cellulare activat, mutationes in crescentia, morphologia et evolutione plantarum ad adaptationem mutationibus environmentalibus causans. Studia demonstraverunt R/FR inferiorem responsa ad vitandam umbram in plantis inducere, quod mutationes morphologicas in plantis efficit, ut elongationem caulis, raritatem foliorum, et reductionem proventus materiae siccae. Caulis gracilis non est bona proprietas crescendi ad plantas validas crescendas. Pro plantis foliosis et fructiferis generalibus, plantulae firmae, compactae et elasticae non sunt obnoxiae difficultatibus in transportatione et plantatione.

Radiationes ultravioletae (UV-A) plantas cucumeris breviores et compactiores reddere possunt, neque proventus post transplantationem a proventu testium significanter differt; dum UV-B effectum inhibitorium maiorem habet, et effectus reductionis proventus post transplantationem non est significans. Studia priora suggesserunt UV-A incrementum plantarum inhibere et plantas nanas facere. Sed crescunt indicia praesentiam UV-A, loco suppressionis biomassae plantae, eam re vera promovere. Comparata cum luce rubra et alba basica (R:W=2:3, PPFD est 250 μmol/(m2·s)), intensitas supplementaria in luce rubra et alba est 10 W/m2 (circiter 10 μmol/(m2·s)). Radiationes ultravioletae (UV-A) brassicae viridis significanter biomassam, longitudinem internodii, diametrum caulis et latitudinem coronae plantarum plantularum brassicae viridis auxerunt, sed effectus promotionis debilitatus est cum intensitas UV 10 W/m2 excessit. Supplementatio UV-A quotidiana duarum horarum (0.45 J/(m2•s)) altitudinem plantae, aream cotyledonum, et pondus recens plantularum lycopersici 'Oxheart' significanter augere potest, dum contentum H2O2 plantularum lycopersici minuit. Patet diversas segetes diverse ad lucem UV respondere, quod fortasse cum sensibilitate segetum ad lucem UV coniunctum est.

Ad plantas insitivas colendas, longitudo caulis rite augenda est ut insitio radicum facilior fiat. Intensitates FR diversae effectus in incrementum plantularum lycopersici, piperis, cucumeris, cucurbitae et anguriae habuerunt. Supplementatio 18.9 μmol/(m2•s) FR in luce alba frigida longitudinem hypocotyli et diametrum caulis plantularum lycopersici et piperis significanter auxit; FR 34.1 μmol/(m2•s) optimum effectum in promovenda longitudine hypocotyli et diametro caulis plantularum cucumeris, cucurbitae et anguriae habuit; FR altae intensitatis (53.4 μmol/(m2•s)) optimum effectum in his quinque oleribus habuit. Longitudo hypocotyli et diameter caulis plantularum non iam significanter auctae sunt, et deorsum inclinare coeperunt. Pondus recens plantularum piperis significanter decrevit, quod indicat valores saturationis FR quinque plantularum olerum omnes inferiores quam 53.4 μmol/(m2•s) fuisse, et valorem FR significanter inferiorem quam FR fuisse. Effectus in incrementum plantularum olerum diversarum etiam diversi sunt.

2.2 Effectus Integralis Lucis Diurnae Diversae in Photomorphogenesin Plantularum Vegetabilium

Integrale Lucis Diurnae (IDD) quantitatem totalem photonum photosyntheticorum a superficie plantae per diem receptorum repraesentat, quae cum intensitate lucis et tempore lucis coniuncta est. Formula calculi est IDD (mol/m2/die) = intensitas lucis [μmol/(m2•s)] × Tempus lucis diurnum (h) × 3600 × 10-6. In ambitu cum intensitate lucis humili, plantae ad ambitum lucis humilis respondent elongando longitudinem caulis et internodii, augendo altitudinem plantae, longitudinem petioli et aream foliorum, et diminuendo crassitudinem foliorum et ratem photosyntheticam nettam. Cum incremento intensitatis lucis, excepto sinapi, longitudo hypocotyli et elongatio caulis plantularum erucae, brassicae et brassicae crispae sub eadem qualitate lucis significanter decreverunt. Videtur effectum lucis in incrementum plantae et morphogenesin cum intensitate lucis et speciebus plantarum coniunctum esse. Cum incremento DLI (8.64~28.8 mol/m2/die), genus plantarum cucumerum breve, robustum et compactum factum est, et pondus specificum foliorum et contentum chlorophylli gradatim decreverunt. Post dies 6~16 a seminatione plantuum cucumerum, folia et radices exaruerunt. Pondus gradatim auctum est, et celeritas incrementi gradatim accelerata est, sed post dies 16 ad 21 a seminatione, celeritas incrementi foliorum et radicum plantuum cucumerum significanter decrevit. DLI amplificatum celeritatem photosyntheticam nettam plantuum cucumerum promovit, sed post certum valorem, celeritas photosynthetica netta declinare coepit. Ergo, selectio DLI idonea et adoptio variarum strategiarum lucis supplementariae in diversis stadiis incrementi plantuum consumptionem energiae reducere potest. Contentum sacchari solubilis et enzymi SOD in plantubus cucumerum et lycopersiconorum cum incremento intensitatis DLI auctum est. Cum intensitas DLI ab 7.47 mol/m2/die ad 11.26 mol/m2/die aucta est, contentum sacchari solubilis et enzymi SOD in plantubus cucumerum 81.03% et 55.5% respective auctum est. Sub iisdem condicionibus DLI, cum incremento intensitatis lucis et breviore tempore lucis, activitas PSII plantularum lycopersici et cucumeris inhibita est, et electio consilii lucis supplementaris parvae intensitatis lucis et longae durationis magis conducit ad colendum indicem plantularum altum et efficaciam photochemicam plantularum cucumeris et lycopersici.

In productione plantularum insitorum, ambitus lucis humilis ad detrimentum qualitatis plantularum insitorum et augmentum temporis sanationis ducere potest. Intensitas lucis idonea non solum vim ligationis loci sanationis insitorum augere et indicem plantularum validiorum emendare potest, sed etiam positionem nodorum florum femininorum reducere et numerum florum femininorum augere. In officinis plantarum, DLI 2.5-7.5 mol/m2/die sufficiens erat ad necessitates sanationis plantularum lycopersici insitorum implendas. Compacitas et crassitudo foliorum plantularum lycopersici insitorum significanter auctae sunt cum crescente intensitate DLI. Hoc demonstrat plantulas insitas non requirere magnam intensitatem lucis ad sanationem. Ergo, consideratis consumptione energiae et ambitus plantationis, eligendo intensitatem lucis idoneam adiuvabit ad augendas utilitates oeconomicas.

3. Effectus ambitus lucis LED in resistentiam stressi plantularum olerum

Plantae signa lucis externa per photoreceptores accipiunt, quae synthesis et accumulationem molecularum signorum in planta efficiunt, ita incrementum et functionem organorum plantarum mutantes, et denique resistentiam plantae ad accentus augentes. Qualitas lucis varia quendam effectum promovens in tolerantia frigoris et salis plantarum habet. Exempli gratia, cum plantae lycopersici lumine per quattuor horas noctu addito, comparatione cum curatione sine luce supplemento, lux alba, lux rubra, lux caerulea, et lux rubra et caerulea permeabilitatem electrolytorum et contentum MDA plantarum lycopersici minuere et tolerantiam frigoris augere potuerunt. Actiones SOD, POD et CAT in plantae lycopersici sub curatione proportionis rubri-caerulei 8:2 significanter maiores erant quam aliarum curationum, et maiorem capacitatem antioxidantem et tolerantiam frigoris habebant.

Effectus UV-B in incrementum radicis soiae praecipue est resistentiam plantae contra stress augere per auctum contentum radicis NO et ROS, inter quas moleculae hormonales signalantes ut ABA, SA, et JA, et incrementum radicis inhibere per reductionem contenti IAA, CTK, et GA. Photoreceptor UV-B, UVR8, non solum in regulatione photomorphogenesis implicatur, sed etiam munus clavem agit in stress UV-B. In plantis lycopersici, UVR8 synthesis et accumulationem anthocyaninorum mediatur, et plantis lycopersici silvestris ad UV acclimatatis facultatem suam tolerandi stress UV-B altae intensitatis emendant. Attamen, adaptatio UV-B ad stress siccitatis ab Arabidopsis inductum non pendet a via UVR8, quod indicat UV-B agere ut responsum transversum signali inductum mechanismorum defensionis plantae, ita ut varia hormona simul implicantur in resistendo stress siccitatis, augentes facultatem ROS captandi.

Tam elongatio hypocotyli plantae sive caulis a FR effecta quam adaptatio plantarum ad frigus hormonibus plantarum regulantur. Ergo, "effectus vitandi umbram" a FR effectus cum adaptatione plantarum ad frigus coniunctus est. Experimentatores plantulis hordei 18 diebus post germinationem ad 15°C per 10 dies supplementaverunt, refrigerando ad 5°C et supplementando FR per 7 dies, et invenerunt FR, comparatam cum curatione lucis albae, resistentiam pruinae plantularum hordei auxisse. Hic processus cum aucto contento ABA et IAA in plantulis hordei comitatur. Subsequens translatio plantularum hordei praetractatarum FR ad 15°C et continua supplementatione FR per 7 dies similia effecit ac supradictis duabus curationibus, sed cum responsione ABA reducta. Plantae cum diversis valoribus R:FR biosynthesis phytohormonum (GA, IAA, CTK, et ABA) moderantur, quae etiam in tolerantia salis plantarum implicantur. Sub pressione salis, ambitus lucis cum proportione R:FR humilis potest vim antioxidantem et photosyntheticam plantularum lycopersicorum augere, productionem ROS et MDA in plantulis reducere, et tolerantiam salis augere. Tum pressionem salinitatis tum valor R:FR humilis (R:FR = 0.8) biosynthesis chlorophylli inhibuerunt, quod fortasse cum conversione PBG ad UroIII in via synthesis chlorophylli impedita coniunctum est, dum ambitus R:FR humilis efficaciter lenire potest impedimentum synthesis chlorophylli a pressione salinitatis inductum. Haec eventa correlationem significantem inter phytochromata et tolerantiam salis indicant.

Praeter lucem, alii factores ambientales etiam incrementum et qualitatem plantularum olerum afficiunt. Exempli gratia, incrementum concentrationis CO2 valorem maximum saturationis lucis Pn (Pnmax) augebit, punctum compensationis lucis minuet, et efficientiam usus lucis augebit. Incrementum intensitatis lucis et concentrationis CO2 adiuvat ad contentum pigmentorum photosyntheticorum, efficientiam usus aquae, et actiones enzymorum ad cyclum Calvinianum pertinentium emendandas, et denique maiorem efficientiam photosyntheticam et accumulationem biomassae plantularum lycopersici assequendam. Pondus siccum et compactio plantularum lycopersici et piperis positive cum DLI correlata sunt, et mutatio temperaturae etiam incrementum sub eadem curatione DLI affecit. Ambitus 23~25℃ aptior erat incremento plantularum lycopersici. Secundum condiciones temperaturae et lucis, investigatores methodum ad praedicendam relativam ratam incrementi piperis innixam excogitaverunt, quae consilium scientificum ad regulationem ambientalem productionis plantularum piperis insitorum praebere potest.

Quapropter, cum ratio regulationis lucis in productione designatur, non solum factores ambitus lucis et species plantarum considerandi sunt, sed etiam factores culturae et administrationis, ut nutritio plantularum et administratio aquae, ambitus gasorum, temperatura, et stadium crescentiae plantularum.

4. Problemata et Prospecta

Primo, moderatio lucis in plantulis olerum processus subtilis est, et effectus variarum condicionum lucis in varia genera plantularum olerum in ambitu officinae plantarum accurate investigandi sunt. Hoc significat, ad finem productionis plantularum altae efficientiae et altae qualitatis assequendum, explorationem continuam requiri ad systema technicum maturum constituendum.

Deinde, quamquam ratio usus energiae fontis lucis LED relative alta est, consumptio energiae ad illuminationem plantarum praecipua est ad culturam plantularum luce artificiali utens. Ingens consumptio energiae officinarum plantarum adhuc impedimentum est quod progressionem officinarum plantarum restringit.

Denique, cum late applicata illuminationis plantarum in agricultura, sumptus luminarium LED plantarum in futuro magnopere imminui exspectatur; contra, augmentum sumptuum laboris, praesertim aetate post epidemiam, inopia laboris processum mechanizationis et automationis productionis promovebit. In futuro, exempla moderandi in intelligentia artificiali fundata et apparatus productionis intelligens inter technologias principales productionis seminum olerum fient, et progressionem technologiae seminum in fabrica plantarum promovere pergent.

Auctores: Jiehui Tan, Houcheng Liu
Fons articuli: Ratio Wechat Technologiae Ingeniariae Agriculturae (horticultura tepidaria)