Ánh sáng là yếu tố quyết định đến sự tồn tại của sự sống trên trái đất, bởi toàn bộ các sản phẩm mà con người đang sử dụng như lương thực, thực phẩm, nhiên liệu, …tất cả đều bắt nguồn từ quang hợp của cây xanh. Tuy nhiên, cây không hấp thụ tất cả bước sóng của ánh sáng mặt trời mà chỉ hấp thụ các bước sóng thích hợp theo yêu cầu. Phần quan trọng nhất của quang phổ ánh sáng trong khoảng 400-700nm chính là bức xạ hoạt động của quang hợp (Photosynthetically Active Radiation - PAR), phạm vi quang phổ tương ứng với khoảng quang phổ nhìn thấy của mắt người (Hình 1). Thành phần quang phổ được kiểm soát sẽ mang lại nhiều lợi ích hơn cho cây trồng so với ánh sáng trắng của mặt trời vì kiểm soát tốt hơn quá trình phát triển của cây như thời gian ra hoa, hiệu suất quang hợp cao... Do đó đã có nhiều nghiên cứu, thử nghiệm trong và ngoài nước với phổ ánh sáng khác nhau để tối ưu hóa sự phát triển của cây trồng.
 
del
Hình 1. Phổ ánh sáng với các màu sắc và khoảng bước sóng ánh sáng tương ứng  (A) Phổ ánh sáng được hấp thụ bởi thực vật (B) Nguồn: Gawande & cs., 2023 

Để sử dụng nguồn ánh sáng nhân tạo một cách hiệu quả và tối ưu nhất cho cây trồng với các mục đích khác nhau cần nắm rõ nguyên tắc: sử dụng đúng bước sóng (phổ ánh sáng), đúng cường độ (µmol.m-2.s-1) và đúng thời điểm chiếu sáng. 

Trong ngành nông nghiệp công nghệ cao không thể không kể đến kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật. Ở đó các điều kiện tiến hành là yếu tố hoàn toàn nhân tạo, ánh sáng đóng vai trò hết sức quan trọng góp phần tạo nên thành công của kỹ thuật này. Chiếu sáng đèn LED nhân tạo in vitro giúp tái sinh cây cà phê, tăng sinh trưởng chồi và rễ cây sâm dây, phát triển chồi cây hồng, cây sâm Ngọc Linh,  cây cúc (Nguyễn Thị Mai & cs., 2016; Nguyễn Khắc Hưng & cs., 2016; Nguyễn Đức Minh Hùng & cs, 2016; Ngô Thanh Tài & cs., 2015; Hoàng Thanh Tùng & cs., 2016).

Nguồn sáng nhân tạo cũng đóng vai trò thúc đẩy sinh trưởng, năng suất và chất lượng cây trồng trong các plant factory, trong nhà lưới, trên đồng ruộng... như làm tăng năng suất cải bó xôi, xà lách sồi xanh gấp 2-3 lần (Hình 2), đồng thời tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng, vitamin, khoáng chất (Nguyen Thi Phuong Dung & cs., 2021; Nguyen Thi Phuong Dung & cs., 2022, Nguyễn Thị Phương Dung & cs., 2024), tăng năng suất của nhiều giống xà lách trồng thủy canh (Trần Thị Anh Thoa & cs., 2022; Phan Ngọc Nhí & cs., 2016; Nguyễn Thị Thủy & cs. 2019), tăng năng suất cây rau tía tô xanh (Nguyễn Quang Thạch & cs., 2017).
Hình 2. Sinh trưởng của cây xà lách Green Oakleaf ở các phổ và cường độ ánh sáng khác nhau Nguồn: Nguyễn Thị Phương Dung & cs., 2024 

Việc sử dụng ánh sáng điều khiển quá trình ra hoa cho cây trồng cũng đã đạt được những thành tựu hết sức to lớn trong lĩnh vực nông nghiệp nước nhà như sử dụng đèn chuyên dụng trong điều khiển ra hoa của cây hoa cúc, cây thanh long. Cây hoa cúc là cây ngày ngắn nên dễ dàng ra hoa khi trồng trong vụ đông, gây khó khăn cho nhân giống và sản xuất hoa cúc thương phẩm, vì cành hoa không đủ tiêu chuẩn thương mại. Để khắc phục phải chiếu đèn cho cả cây dùng để lấy ngọn nhân giống cũng như cây trồng để lấy hoa thương phẩm. Sử dụng đèn LED PTP để ngắt đêm với thời lượng 3 giờ có hiệu quả cao hơn so với việc ngắt đêm 8-10 giờ bằng đèn LED Rạng Đông và LED Roman, tiết kiệm được 75% lượng điện tiêu thụ cho cây hoa cúc là kết quả đã được ghi nhận trong nghiên cứu cây hoa cúc trồng trong vụ đông tại Tây Tựu Sóc Sơn, Hà Nội (trên đồng ruộng) (Hình 3) và tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam (trong nhà lưới) (Đặng Xuân Thu & cs., 2021).

Hình 3. Quang gián đoạn ứng chế ra hoa của cây hoa cúc
(Chrysanthemum indicum L.) giống Kim Cương, tại Sóc Sơn, Hà Nội

Nguồn ảnh: Đặng Xuân Thu 

Ngược lại với cây hoa cúc, cây thanh long là cây ngày dài. Việt Nam là một trong những nước xuất khẩu thanh long (pitaya) lớn trên thế giới và tỉnh Bình Thuận là vùng có diện tích trồng thanh long lớn nhất với 23.200 ha. Việc kích thích ra hoa trái vụ cho thanh long là rất có ý nghĩa và đặc biệt quan trọng đối với người nông dân vì Tết Nguyên đán là ngày lễ quan trọng nhất trong văn hóa Việt Nam và có nhu cầu sử dụng thanh long tăng cao. Đây lại chính là thời kỳ trái vụ. Do đó, việc thu hoạch thanh long trái vụ trở thành nguồn thu nhập chính của nông dân và đòi hỏi phải sử dụng chiếu đèn bổ sung. Gần đây, đã có những kết quả đáng ghi nhận trong việc chế tạo đèn chuyên dụng để điều khiển ra hoa cho cây thanh long như đèn CFL-20WNNR. Đây là đèn compact đỏ (đèn huỳnh quang compact chuyên dụng), dùng để xử lý ra hoa trái vụ cho cây thanh long ruột trắng trồng tại Bình Thuận và thanh long ruột đỏ trồng tại Tây Ninh và Tiền Giang (Nguyen Quang Thach & cs., 2021; Ngô Minh Dũng, 2020).

Như vậy, định hướng nghiên cứu nhằm tối ưu hóa việc sử dụng ánh sáng nhân tạo để nâng cao năng suất, chất lượng cây trồng trong thời gian tới là việc làm rất quan trọng và đồng thời cũng là một hướng đi mới mẻ đầy triển vọng, cần tập trung phát triển như một giải pháp quan trọng trong canh tác nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao.

Nguyễn Thị Phương Dung - Bộ môn Sinh lý thực vật - khoa Nông học