Báo cáo định hướng sản phẩm chiếu sáng

BÁO CÁO ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ
SẢN PHẨM PHỤC VỤ SẢN XUẤT THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG

I. Tình hình nghiên cứu chiếu sáng nhân tạo trong trồng trọt CNC trên
thế giới và Việt Nam
Trên thế giới, ở các nước tiên tiến - nhất là vùng ôn đới – ánh sáng tự nhiên từ
mặt trời không dồi dào như các nước nhiệt đới, nhất là mùa đông, mưa, tuyết… có
nhu cầu phát triển chiếu sáng nhân tạo trong trồng trọt.
Mặt khác, nhu cầu giống cây sạch, nhu cầu rau hoa quả sạch, nhu cầu nâng
cao chất lượng, sản lượng, hiệu quả ngành trồng trọt trong các cơ sở sản xuất
giống, nhà kính, nhà lưới và các khu cung cấp thực phẩm cho các đô thị lớn, rau
sạch gia đình các hộ gia đình đô thị….có nhu cầu phát triển chiếu sáng nhân tạo
trong trồng trọt.
Vì vậy chiếu sáng nhân tạo trong nông nghiệp đã và đang được nghiên cứu và
áp dụng tương đối phổ biến ở nhiều nước tiên tiến trên thế giới.
Việc bổ sung ánh sáng rất cần thiết để thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển
của cây trồng vào vụ đông ( S.O.Grimstad et al., 1987). Chính các ống huỳnh
quang là nguồn bổ sung ánh sáng chủ yếu trong nhiều năm (Kristoffersen, 1952;
1965). Nối tiếp là các công trình nghiên cứu sử dụng các đèn Natri với áp suất cao
và áp suất thấp đề điều khiển sự sinh trưởng phát triển của cây trồng. Kết quả cho
thấy cả mức sáng và chất lượng ánh sáng đều có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và
phát triển của cây trồng. Ở phạm vi rộng trong điều kiện nghèo ánh sáng tự nhiên
vào mùa đông, nguồn ánh sáng với phổ chiếu sáng hẹp hoặc phân bố năng lượng
không đồng đều thì sẽ có hiệu quả thấp hơn so với nguồn ánh sáng có phổ rộng
hoặc có sự phân bố năng lượng đồng đều nhau (Grimstad, 1981; 1982). Grimstad
(1987) đã sử dụng nguồn sáng bổ sung từ đèn huỳnh quang, đèn natri với áp suất
cao và thấp để điều khiển thành công sự ra sinh trưởng và ra hoa của Sinningia.
T.R.Marks & S.E. Simpson (1999) đã nghiên cứu ảnh hưởng của các bức xạ tới
sự sinh phát triển của các chồi in vitro của các giống Disanthus cercidifolius và
Rhođoendron. Với cùng một loại môi trường, cùng điều kiện sinh truởng cây in
vitro thì cần phổ chiếu sáng khác nhau và mức sáng khác nhau. Khi phổ sáng trắng

của các đèn huỳnh quang Phiplip được nhuộm màu bằng màng lọc cellulose
acetate, ánh sáng đỏ thúc đẩy sự kéo dài chồi và hình thành chồi nách, trong khi
ánh sáng xanh lại kìm hãm sự sinh trưởng chồi và giảm hàm lượng chlorophyll ở
lá. Bằng cách sử dụng các màng lọc đơn lớp hoặc đa lớp với mật độ ánh sáng trung
bình, hoặc bằng cách nuôi cấy chuyển động gần hơn tới nguồn chiếu sáng, các tia
bức xạ từ ánh sáng trắng bị biến đổi. Tất cả các phép nuôi cấy đều sinh trưởng tốt ở
mức chiếu sáng thấp (c. 11 µmol m-2 s-1 ) nhưng sự sinh trưởng và hàm lượng diệp
lục của các giống Disanthus cercidifolius và Rhođoendron nuôi cấy đều bị giảm
khi bức xạ tăng. Trong 3 giống thuộc họ Rhododendron, khi bức xạ tăng đã thúc
đẩy sự phát triển của các chồi ngẫu nhiên.Chồi của Crataegus chịu được dải rộng
1


của các tia bức xạ, sự kéo dài chồi cũng bị kìm hãm tại mức bức xạ cao nhất, hàm
luợng diệp lục ở lá không bị ảnh hưởng.
Tại Việt nam, bước đầu đã có những nghiên cứu về ánh sáng đơn sắc trong
nhân giống vô tính thực vật đã được nghiên cứu thực nghiệm. Theo kết quả nghiên
cứu của Viện nghiên cứu sinh học Đà Lạt: sử dụng ánh sáng LED đơn sắc, với tỉ lệ
70% LED đỏ, 30% LED xanh có tác dụng tăng số lá của cây dâu tây, cường độ
chiếu sáng 60µmol.m-2.s-1 giúp cây sinh trưởng tốt hơn các cường độ chiếu sáng
khác. Tính phổ biến và mở rộng chưa cao trong điều kiện và cây trồng tại Việt
Nam.
Chất lượng ánh sáng là một trong những nhân tố quan trọng ảnh hưởng tới sự
sinh trưởng, phát triển và hình thái của thực vật. Ánh sáng đỏ-cam với bước sóng
610-720nm và ánh sáng xanh tím với bước sóng 400-510 nm là phổ ánh sáng chủ
yếu để kích thích sự sinh trưởng thực vật (Pepper et al., 2001). Nguồn sáng LED có
thể phát ra một cách có hiệu quả trong dải hẹp và được sử dụng một cách có hiệu
quả trong nhân giống một số loài cây thân gỗ hoặc thân thảo (Di et al., 2008,
Huang et al., 2008)
Qua các tài liệu nước ngoài thu thập được, chiếu sáng nhân tạo sử dụng trong

cây trồng ở các nước tiên tiến phổ biến dùng các loại sau:
- Ánh sáng của nguồn sáng huỳnh quang (FL, CFL) phóng điện áp suất thấp
có phổ phát xạ phù hợp với sinh trưởng thực vật.
- Ánh sáng của các nguồn sáng phóng điện cao áp (Natri và Metal Halide)
dùng phối hợp hai loại với nhau, hoặc bổ sung thêm phổ phát xạ của loại nguồn
khác.
- Ánh sáng đơn sắc LED. Tuy nhiên vì còn nhiều vấn đề khoa học chưa thống
nhất và giá cao hơn nhiều ba loại trên nên mới sử dụng ở các trung tâm nghiên cứu,
chưa phổ biến đại trà rộng rãi.
- Vấn đề phổ ánh sáng, cường độ chiếu sáng, quang hình thái, quang chu kỳ
đối với từng loại cây, từng giai đoạn các tài liệu đều nêu có vai trò quan trọng,
song không cụ thể. Với các loại cây trồng phổ biến ở vùng nhiệt đới, ở Việt Nam
lại càng ít tài liệu. Hơn nữa với nhiều giác độ khác nhau, các tài liệu cũng còn
nhiều ý kiến khác nhau, cần có thử nghiệm thực tế.
Tiếp thu những thành tựu chiếu sáng nhân tạo trong ngành trồng trọt của thế
giới, nghiên cứu làm chủ khoa học-công nghệ trong việc thiết kế, công nghệ chế
tạo vật liệu và sản phẩm hệ thống chiếu sáng chuyên dụng phù hợp với thực tiễn
Việt Nam cho ngành sản xuất một số loại giống cây trồng, hoa cúc, cây thanh long
với qui mô công nghiệp, cung cấp thương phẩm tạo điều kiện áp dụng phổ biến hệ
thống chiếu sáng chuyên dụng trong nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao ở Việt
Nam là mục tiêu nhiệm vụ.
2/ Tình hình sử dụng chiếu sáng nhân tạo trong trồng trọt ở Việt Nam hiện
nay:

2


15.2.1/ Nhu cầu sử dụng chiếu sáng nhân tạo trong ngành trồng trọt ở Việt Nam
đang phát triển rất lớn và nhanh.
a/ Trong các cơ sở sản xuất cây giống bằng phương pháp nuôi cấy mô, chiếu

sáng nhân tạo không thể thiếu, phải liên tục 18 giờ thắp đèn trong 1 ngày.
Cả nước có 50 cơ sở nghiên cứu khoa học nông nghiệp, mỗi cơ sở nghiên cứu
đã được đầu tư từ 1 đến 10 phòng nuôi cấy mô.
Tại 60 tỉnh thành phố tại Việt Nam, mỗi tỉnh đều có ít nhất một cơ sở nuôi cấy
mô.
Riêng tại tỉnh Lâm Đồng đã có tới 59 phòng nuôi cấy mô, mỗi năm cung cấp 2
tỷ cây giống cho trong nước và xuất khẩu. Chỉ riêng tại một doanh nghiệp tại Đà
Lạt – Công ty Công nghệ Sinh học Rừng Hoa Đà Lạt có 2 phòng nuôi cấy mô với
500 giá (2.500 tầng) mỗi đợt cung cấp 20-30 triệu cây giống. Chi phí điện năng
dùng chiếu sáng và điều hoà nhiệt độ (để bảo đảm nhiệt độ yêu cầu) chiếm tới 55%
chi phí sản xuất cây giống.
Chiếu sáng trong các phòng nuôi cấy mô (In-vitro) chưa được chú ý nghiên
cứu nghiêm túc, trên thị trường lại không có sản phẩm chiếu sáng chuyên dụng cho
trồng trọt, tất cả các cơ sở phải sử dụng các đèn dùng cho mục đích chiếu sáng
phục vụ hoạt động thị giác để nhìn rõ, vì vậy lãng phí lớn điện năng, chất lượng
cây giống không cao, năng suất và hiệu quả thấp.

Hiện nay đa số các phòng nuôi cấy mô ở Việt Nam đang sử dụng đèn huỳnh quang
T10, công suất ống đèn 40W, sử dụng các đèn dùng cho mục đích chiếu sáng thông
thường có sẵn trên thị trường mà quang phổ có đỉnh ở bước sóng 555nm, chỉ phù
hợp với vùng phổ nhạy của mắt người và hoạt động thị giác để nhìn cho rõ. Hiệu
suất sáng của đèn huỳnh quang T10 vốn đã thấp, quang phổ lại ít phổ bước sóng
màu blue vùng (400nm – 500nm) và Red (600nm – 700nm) là các đỉnh của phổ
hấp thụ các chất diệp lục trong cây, vì vậy hiệu suất quang hợp khi sử dụng các
loại đèn này rất thấp.
3


Để thắp sáng các ống đèn này phần lớn cơ sở nuôi cấy mô ở Việt nam đang sử
dụng balast sắt từ tổn hao trên balast cao (tới 10W – 12W), tổn hao này làm cho

nhiệt độ trong phòng này tăng cao, phải bố trí điều hòa hoạt động liên tục để bảo
đảm nhiệt độ yêu cầu 22 ÷ 25 0C.
Tại các phòng này, lại không sử dụng
chao chụp. Ánh sáng do đèn phát ra hướng
ra mọi phía, không có chao chụp tập trung
ánh sáng vào bề mặt đặt các giống cây (bề
mặt cần chiếu sáng) vì vậy hiệu suất chiếu
sáng của đèn càng thấp.
Một số ít cơ sở nuôi cấy mô đã sử
dụng đèn Double Wing, ống đèn T5
(Φ17,5 mm) sử dụng ballast điện tử hiệu
suất cao, tổn hao trên ballast ít hơn nhưng vẫn là đèn huỳnh quang thông thường
dùng cho mục đích chiếu sáng, không có hiệu quả cao với quang hợp của cây giống.
Nhược điểm lớn của đèn này là phân bố ánh sáng không đều, độ đồng đều ánh
sáng chiếu lên bình nuôi cấy mô không đạt yêu cầu (Chỉ đạt hệ số đồng đều 0,4,
trong khi yêu cầu tối thiểu phải đạt trên 0,65), vì vậy cây giống không đạt độ đồng
đều.
Quá trình vận hành hệ thống chiếu sáng nhân tạo trong phòng nuôi cấy mô,
ngoài việc lựa chọn nguồn sáng chuyên dụng có phổ thích hợp với quang hợp cây
giống và thiết kế bố trí đèn tạo sự đồng đều phân bố ánh sáng, còn chưa được
nghiên cứu phù hợp về cường độ chiếu sáng với các loại cây (ưa sáng, ưa bóng,
cây trung tính), bình hoặc túi dị dưỡng hay tự dưỡng và các giai đoạn khác nhau
trong nhân giống. Phân bổ phổ bức xạ của nguồn sáng và quang hình thái của cây
giống chưa được quan tâm.
Việc nghiên cứu quá trình chiếu sáng thích hợp để huấn luyện cây nuôi cấy mô
trước khi chuyển ra vườn ươm chưa được chú ý.
Hiện nay các phòng nuôi cấy mô đang sử dụng đèn huỳnh quang T10 40W và
đèn Double Wing để thúc đẩy quang hợp.
Phổ phát xạ của đèn huỳnh quang thường

Chỉ tiêu

Giá trị

Công suất điện đầu vào (Pin)

47,3W

Công suất quang bức xạ trong vùng 400 ÷ 800 nm (Poptic)

8,36 W

4

Hiệu suất
17,7 %


Công suất quang vùng 400 ÷ 500nm (PBlue)

3,53 W

7,47 %

Công suất quang vùng 600 ÷ 700 nm (Pr)

1,10 W

2,33 %

Công suất bức xạ hấp thụ hấp thụ bởi Chlorophyll

3,09 W

6,53%

Như vậy, công suất tiêu thụ của đèn là 47,3W mà chỉ có 3,09W được Chlorophyll hấp thụ (6,53%).
Phổ phát xạ đèn Double Wing

Chỉ tiêu

Giá trị

Hiệu suất

Công suất điện đầu vào (Pin)

69 W

Công suất quang bức xạ trong vùng 400 ÷ 800 nm (Poptic)

15,2 W

21,9 %

Công suất quang vùng 400 ÷ 500nm (PBlue)

6,09 W

8,82 %

Công suất quang vùng 600 ÷ 700 nm (Pr)

3,10 W

4,49 %

Công suất bức xạ hấp thụ hấp thụ bởi Chlorophyll

5,26 W

7,63 %

Như vậy, công suất tiêu thụ của đèn là 69W mà chỉ có 5,26W được chlorophyll hấp thụ (7,63%).
Chiếu sáng cho nông nghiệp không có chao chụp, hiệu suất chiếu sáng hữu ích thấp :

Hình 1: Trong 1 tầng của tủ nuôi cấy mô lắp bộ đèn HQ T10 – 40W, không có
chao chụp, ánh sáng bị phân tán về mọi phía, chiếu sáng hữu ích chỉ đạt 30% 35%.
Hình 2: Trong 1 tầng của tủ nuôi cấy mô lắp đèn được thiết kế có chao chụp tập
trung ánh sáng lên bình nuôi cấy mô, chiếu sáng hữu ích đạt 70% - 75%.
5


Nghiên cứu một hệ thống chiếu sáng chuyên dụng cho các phòng nuôi cấy mô
nâng cao hiệu suất sử dụng điện năng, nâng cao hiệu suất quang hợp, nâng cao
chất lượng cây giống, hạ thấp chi phí điện năng đang là yêu cầu bức xúc.
b/ Hiện trạng đối với sản xuất hoa cúc.
Hoa cúc là loại hoa được trồng phổ biến tại Việt Nam, hiện nay tổng diện tích
có khoảng 11000 hecta, ở nhiều địa phương đã phát triển với quy mô công nghiệp.
Trong đó theo thống kê đến tháng 5/2012, riêng tỉnh Lâm Đồng đã có tới 7.000

hecta trồng hoa cúc cũng như
sản xuất hoa cúc thương phẩm, Hà Nội có
2.000 hecta, các Tỉnh khác có khoảng 2.000 hecta. Do yêu cầu khống chế thời kỳ
ra hoa đúng thời vụ, các vùng trồng hoa cúc đều sử dụng đèn thắp sáng đêm. Việc
sử dụng các loại đèn thắp sáng hoa cúc không hợp lý như đèn dây tóc 100W, 75W,
đèn compact dùng cho mục đích chiếu sáng thông thường bán trên thị trường, cộng
với chu kỳ thắp sáng không hợp lý nên lượng điện năng sử dụng lãng phí.
Chỉ đơn cử điện năng thắp sáng 7000 hecta hoa cúc ở Lâm Đồng:
Mặc dù gần đây Đà Lạt đã thay thế bóng đèn sợi đốt 60W, 75W, 100W bằng
bóng đèn HQ compact 20W ở một số trang trại, nếu tính toàn bộ đều dùng đèn
compact 20W:
Cây được chiếu sáng ngay sau khi trồng với thời gian từ 4-8 giờ/đêm (tùy
thuộc vào mùa và giống cây), mật độ đèn chiếu sáng là 1.900 đèn/hecta. Mỗi đợt
chiếu kéo dài từ 20-30 ngày tùy thuộc vào giống hoa hoa cúc ưa sáng hay ít nhạy
sáng hơn. Như vậy, với 3-4 vụ thu hoạch một năm số đêm chiếu sáng cho 1 hecta
hoa cúc có thể kéo dài từ 60-80 ngày/năm và yêu cầu một lượng điện năng là 1.900
đèn x 4 giờ x 60 ngày x 20W = 9.120 kWh/năm. Vậy tính đến 5/2012, tổng lượng
điện cần thiết cho chiếu sáng 7.000 hecta hoa cúc tại Lâm Đồng là ~50.400
MWh/năm. Với tốc độ mở rộng diện tích trồng hoa cúc hiện nay, chắc chắn trong
một thời gian ngắn nữa, việc thiếu điện cho chiếu sáng hoa cúc sẽ trở thành hiện
thực. Hơn nữa, với giá điện ngày càng tăng trong những năm gần đây, chi phí cho
điện chiếu sáng dần trở nên chiếm một tỷ lệ lớn trong tổng chi phí cho trồng cây
cúc.
Trong nhân giống ngắt ngọn, cây giống mẹ cần phải phát triển dinh dưỡng tới
mức độ sinh nhiều ngọn, ngọn phải xanh tốt để ngắt được nhiều ngọn làm nhiều
cây giống tốt. Quá trình đó phải khống chế không được ra hoa.
Trong trồng hoa thương phẩm, giai đoạn phát triển dinh dưỡng phải tạo được
cành đủ cao, độ mập, số lá… mới chuyển sang giai đoạn phát triển sinh sản, ra hoa
để bảo đảm chất lượng và độ đồng đều cành hoa cúc thương phẩm. Ngoài ra người
trồng hoa phải khống chế thời gian ra hoa vào các ngày lễ, tết, 8-3, 20-10…Các

yêu cầu đó đòi hỏi phải điều khiển sự ra hoa của cây cúc.
Hoa cúc là loại cây ngày ngắn (SDP), ra hoa khi đêm đủ dài từ 8-10 giờ/ chu
kỳ 24 giờ. Muốn khống chế cây cúc không ra hoa, phải dùng chiếu sáng vào đêm,
ngắt quãng đêm. Các cánh đồng trồng cúc ở Việt Nam thường dùng đèn sợi đốt,
đèn compact dùng cho mục đích chiếu sáng thông thường để điều khiển sự ra hoa.

6


Tác động của nhân tố ngoại cảnh có liên quan đến nhịp sinh học, nhịp điệu
ngày đêm điều khiển nở ra hoa, các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm không có nhiều ý nghĩa,
mà ánh sáng là nhân tố ngoại cảnh quan trọng nhất.
Để tiếp nhận tín hiệu tác động ánh sáng, chấp nhận tín hiệu tác động trong tế
bào thực vật quan trọng nhất là Phytochrome. Chất này có đỉnh phổ hấp thụ ở bước
sóng đỏ (660 nm) và đỏ xa (730 nm) rất nhạy cảm với tín hiệu ngoại cảnh ngay ở
mức độ yếu.
Điều khiển ra hoa cây cúc chỉ cần một bước sóng thích hợp với cường độ
không lớn và ngắt quãng đêm trong một quãng thời gian ngắn.
Việc sử dụng nguồn sáng dùng chiếu sáng thông thường không thích hợp,
quang duy trì không hợp lý, gây lãng phí năng lượng lớn. Chưa kể thiếu chao chụp
nên ánh sáng không được tập trung vào đối tượng cây cúc.
Đui và đèn thắp sáng ngoài trời mưa có độ ẩm cao, lại không an toàn cho
người trồng trọt.
Hiện nay đang dùng đèn dây tóc, đèn CFL chiếu sáng cây hoa cúc và cây
thanh long, hiệu quả thấp, tiêu tốn nhiều điện năng.
Phổ phát xạ đèn dây tóc

Chỉ tiêu

Giá trị

Công suất điện đầu vào (Pin)

76,2W

Công suất quang bức xạ trong vùng 400 ÷ 800 nm (Poptic)

7,72 W

10,1 %

Công suất quang vùng 600 ÷ 700 nm (Pr)

2,26 W

2,96 %

Công suất bức xạ hấp thụ hấp thụ bởi Phytochrome(Pr)

1,32 W

1,73 %

7

Hiệu suất


Như vậy, công suất tiêu thụ của đèn là 76,2W mà chỉ có 2,26W trong dải bước
sóng (600 ÷ 700nm) và sắc tố phytocrome Pr chỉ hấp thụ 1,32W (1,73%).

Phổ phát xạ đèn CFL

Chỉ tiêu

Giá trị

Hiệu suất

Công suất điện đầu vào (Pin)

17,6

Công suất quang bức xạ trong vùng 400 ÷ 800 nm (Poptic)

3,65W

20,7%

Công suất quang vùng 600 ÷ 700 nm (Pr)

0,68 W

3,84%

Công suất bức xạ hấp thụ hấp thụ bởi Phytochrome(Pr)

0,37W

2,13%

Như vậy, công suất tiêu thụ của đèn là 17,6W mà chỉ có 0,68W trong dải bước
sóng 600 ÷ 700nm và sắc tố phytocrome Pr chỉ hấp thụ 0,37W (2,13%).
Nghiên cứu hệ thống thiết bị chiếu sáng nhân tạo chuyên dụng cho trồng cây
cúc để tiết kiệm năng lượng, an toàn thiết bị và người sử dụng là yêu cầu búc xúc.
c/ Bài toán cấp thiết đối với cây thanh long:
Thanh long là loại cây mang lại hiệu quả kinh tế cao (240 – 320 triệu VNĐ/ha,
năm
Từ là cây xóa đói giảm nghèo nay trở thành cây làm giàu cho nông dân Bình
Thuận.
thanh long trở thành ngành trồng trọt mũi nhọn và sản phẩm xuất khẩu
chủ yếu của Tỉnh Bình Thuận.
Thống kê tháng 5/2012, tổng cộng hiện nay cả nước diện tích trồng thanh long
đã tới 25.000 hecta (Bình Thuận 18.000hecta, Tây Ninh 2.000 hecta, Tiền Giang
2.500 hecta).

8


Thanh long là loại cây ngày dài (LDP), ở Nam Trung Bộ và Nam Bộ nước ta
mùa hè (từ tháng 4 đến tháng 8) cây ra hoa và đậu trái tốt, thu hoạch sản lượng cao
nên giá rẻ và hiệu quả kinh tế thấp. Mùa Đông từ tháng 9 đến tháng 3 năm sau,
ngày ngắn, cần điều khiển ra hoa, kết trái để có quả trái vụ vào dịp tết, cần lượng
điện lớn để chong đèn kích thích ra hoa, kết trái.
Cũng như các nơi trồng hoa cúc, việc sử dụng chiếu sáng nhân tạo bằng các
nguồn sáng thông thường và quy trình chưa tối ưu đòi hỏi lượng điện năng sử dụng
lớn, lại không an toàn cho người và thiết bị.
Trong điều kiện tốc độ phát triển diện tích trồng thanh long rất cao, điện cung
cấp năm 2012 lại bị cắt giảm 50% (theo thông báo của Phó GĐ Sở NN & PTNT
Bình Thuận tháng 8/2012). Vấn đề thiếu điện trong phát triển diện tích thanh long
đang rất trầm trọng.

Cụ thể sử dụng điện và chiếu sáng hiện nay:
Để chiếu sáng cho cây thanh long hiện nay người nông dân sử dụng chủ yếu là
đèn dây tóc công suất 60W (đèn tròn) với mật độ 1.000-1.300 đèn/hecta (tính trung
bình 1.200 đèn/hecta) và dần đang chuyển đổi dùng xen kẽ đèn dây tóc và đèn
huỳnh quang compact (20W) theo tỉ lệ
4 đèn dây tóc/1 đèn huỳnh quang
compact. Để kích thích cây thanh long ra hoa, hiện tại tùy vào giống và tùy vào
tuổi của cây thanh long, thời gian chiếu sáng cho cây có thể kéo dài từ 15 đến 21
ngày mỗi đợt và trung bình là 3 đợt / năm. Thời gian chiếu sang mỗi đêm là 7-8
tiếng bắt đầu từ 9-10 giờ tối và kết thúc vào 5-6 giờ sáng hôm sau.
Với 18.000 hecta tại Bình Tthuận nói riêng, để tránh ra quả ồ ạt vào đúng vụ
bà con tiến hành chiếu sáng luân phiên khoảng 30% diện tích mỗi đợt tương ứng
với khoảng 6.000 hecta hiện nay, thì lượng điện năng tiêu thụ thực tế cho 1 héc ta
cây Thanh Long (nếu dùng đèn
dây tóc) trong một đợt chiếu sáng là: 1.200
bóng x 60W x 8 giờ x 15 đêm = 8.640 KWh/đợt, tương ứng với 26.000 KWh/ năm
(3 đợt). Tổng lượng điện năng tiêu thụ cho chiếu sáng cây Thanh Long nói riêng tại
Tỉnh Bình Thuận cho mỗi đợt chiếu sáng là 6.000 hecta x 8.640 KWh =
51.840.000 KWh (51.840 MWh) và ~ 155.000 MWh một năm. Đây là con số đã
vượt qua khả năng cung ứng của ngành điện lực Bình Thuận, và hiện nay đã dẫn
tới việc cắt điện luân phiên tại các cánh đồng trồng thanh long tại đây làm giảm
đáng kể năng suất, chất lượng của sản phẩm quả thanh long thu hoạch, cũng như
làm giảm khả năng xuất khẩu và thu nhập của bà con nông dân.
Đồng chí Bí thư Tỉnh Ủy Bình Thuận ông Huỳnh Văn Tý và Sở Nông nghiệp
& Phát triển Nông thôn Bình Thuận đang đặt ra vấn đề bức xúc phải giải quyết.
15.3/ Các vấn đề đặt ra cần giải quyết trong nhiệm vụ nghiên cứu khoa học và phát
triển công nghệ..
15.3.1/ Đối với các đối tượng sản xuất giống và sản xuất hoa cúc, thanh long
hiện đã có qui mô lớn, diện tích trồng trọt đang phát triển nhanh cần tập trung
nghiên cứu về mặt sinh học, về vật liệu mới, về qui trình sản xuất qui mô công

nghiệp các hệ thống chiếu sáng chuyên dụng và cung cấp thương phẩm cho các cơ
sở sản xuất nông nghiệp Việt Nam.
9


Đó là các hệ thống chiếu sáng chuyên dụng sử dụng đèn phóng điện áp suất
thấp (đèn huỳnh quang, đèn CFL) có phổ bức xạ phù hợp với các phòng nuôi cấy
mô, điều khiển ra hoa cây cúc và cây thanh long theo ý muốn. Chi phí đầu tư các
hệ thống này không quá lớn, phù hợp với sức mua của nhà nông để có khả năng
ứng dụng phổ biến ở Việt Nam.
Hệ thống bao gồm:
● Đèn huỳnh quang, huỳnh quang compact tráng lớp bột phát quang chuyên
dụng.
● Chấn lưu điện tử hiệu suất cao tổn hao thấp.
● Đèn compact có bầu nhựa kín, keo gắn chịu nước, chấn lưu điện tử chịu độ
ẩm cao, đui đèn kín phù hợp với điều kiện chiếu sáng ngoài trời, chịu mưa, chịu
nước tưới ẩm.
● Chao chụp đèn kèm theo nâng cao hiệu suất chiếu sáng hữu ích.
Nội dung bao gồm:
● Nghiên cứu chế tạo chất phát quang chuyên dụng trên cơ sở kết quả thử
nghiệm mẫu các công thức thí nghiệm sinh học khác nhau.
● Nghiên cứu thiết kế, qui trình công nghệ chế tạo hệ thống chiếu sáng
chuyên dụng trên.
● Thực nghiệm ứng dụng hệ thống chiếu sáng trên với qui mô nhỏ, qui mô đại
trà ở một số cơ sở sản xuất nông nghiệp, xây dựng qui trình chiếu sáng nhân tạo
trong nông nghiệp công nghệ cao.
● Thiết kế bố trí hệ thống chiếu sáng trong các phòng nuôi cấy mô, các vườn
hoa cúc và thanh long
15.3.2/ Tiến hành nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm hệ thống thiết bị chiếu
sáng chuyên dụng sử dụng nguồn sáng HID (cao áp Natri và Metal halide) có cải

tiến phổ bức xạ, phối hợp hai loại với nhau hoặc bổ xung thêm nguồn sáng khác để
tạo phổ phát xạ thích hợp cho kích thích sinh trưởng và điều khiển ra hoa cây trồng
trong nhà kính, nhà lưới.
Tiến hành thử nghiệm với qui mô nhỏ.

10


Nội dung bao gồm:
● Nghiên cứu sản xuất nguồn sáng cao áp HID có điều chỉnh phổ thích hợp
hơn cho mục đích chuyên dụng trồng trọt.
● Thí nghiệm phối hợp các loại nguồn tạo ra phổ bức xạ và cường độ chiếu
sáng phù hợp.
● Thiết kế chấn lưu, bộ kích, chao chụp phù hợp đối tượng sử dụng.
● Thử nghiệm và xây dựng qui trình sinh học sử dụng hệ thống chiếu sáng
HID trong nông nghiệp.
● Thiết kế bố trí hệ thống chiếu sáng HID trong các nhà kính, nhà lưới.
● Thông qua tác động tới sinh trưởng thực vật của các nguồn sáng này, bổ
xung cho việc tối ưu hoá phổ phát quang của chất phát quang (điểm 15.3.1).
15.3.3/ Để có cơ sở thực nghiệm tìm ra phổ phát quang thích hợp cho tăng
cường quá trình quang hợp, điều khiển sự ra hoa nhằm chế tạo chất phát quang
chuyên dụng trong các đèn phóng điện áp suất thấp (điểm 15.3.1) cần thiết phải
nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống chiếu sáng chuyên dụng LED có thể thay đổi
tỷ lệ ánh sáng Blue, ánh sáng đỏ hoặc tìm ra bước sóng kích thích có hiệu quả cao
trong điều khiển sự ra hoa của cây cúc, cây thanh long. Đồng thời so sánh tác động
của phổ liên tục với phổ đơn sắc trong sinh trưởng thực vật.
Với nguồn sáng LED chuyên dụng điều khiển sự ra hoa cây cúc, cây thanh
long, có thể tiến hành thăm dò sử dụng Pin năng lượng mặt trời đặt tại các cánh
đồng hoa cúc, thanh long ở Nam Trung Bộ và Nam Bộ nhiều ánh nắng mặt trời
cung cấp cho đèn LED, chuẩn bị cho giai đoạn phát triển tiếp theo.

Trong thời gian 5 – 10 năm tới chất lượng nguồn sáng LED tiếp tục được
nâng cao, giá thành sản phẩm hạ thấp, cần nâng cấp cơ sở nghiên cứu, thử nghiệm,
kiểm tra quá trình
sản xuất và kiểm định chất lượng sản phẩm LED của Trung
tâm R&D Rạng Đông nhằm
phát triển việc sử dụng ánh sáng đơn sắc trong
nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao nói riêng và phát triển sản phẩm chiếu sáng
LED ở Việt Nam nói chung.
Tiến hành với qui mô nhỏ phục vụ cho việc nghiên cứu phổ phát xạ của chất
phát quang (điểm 15.3.1) và thử nghiệm qui mô nhỏ ở nhà kính, nhà lưới.
Nội dung bao gồm:
● Nghiên cứu thiết kế, qui trình công nghệ sản xuất, phương pháp kiểm tra vật
liệu linh kiện đầu vào, kiểm tra quá trình lắp ráp, kiểm tra đánh giá chất lượng sản
phẩm các loại LED BOX, LED Tuýp (sử dụng trong nuôi cấy mô), LED Bulb,
LED High Bay (sử dụng trong nhà kính, nhà lưới).
Thông qua đó nâng cao chất lượng sản phẩm chiếu sáng LED của Việt Nam
nói chung.

11


● Tiến hành thử nghiệm sử dụng hệ thống chiếu sáng chuyên dụng LED trong
một vài cơ sở sản xuất nông nghiệp, LED sử dụng năng lượng mặt trời ở cánh đồng
trồng hoa cúc hoặc thanh long qui mô thí nghiệm thăm dò.
15.4/ Cơ sở khoa học sử dụng chiếu sáng nâng cao hiệu quả quang hợp
15.4.1. Điều khiển quá trình quang hợp để khai thác cây xanh:
Quang hợp là quá trình cơ bản quyết định năng suất cây trồng, tổng số chất khô do
quang hợp tạo ra chiếm 90 - 95% chất khô của thực vật, 5 – 10% chất khô còn lại tạo ra
do khoáng chất.
Ông Tirimiazep (nhà thực vật học nổi tiếng người Nga) đã nói: "Bằng cách

điều khiển chức năng quang hợp, con người có thể khai thác cây xanh vô hạn”
Điều khiển quá trình quang hợp bằng:
+ Phổ ánh sáng kích thích
+ Thời gian chiếu sáng
+ Cường độ chiếu sáng
Ông Tirimiazep cũng đã có công trình nghiên cứu về mối quan hệ quang hợp
và năng suất, biểu diễn bằng công thức sau:
Nkt = ((FCO2 . L . Kf . Kkt)n)/10 000 (tấn/ha)
- Trong đó: Nkt : năng suất kinh tế
FCO2 : cường độ quang hợp gCO2/dm2/h
Kf : hệ số hiệu suất quang hợp
L : diện tích lá
n : thời gian quang hợp của lá
Kkt : hệ số năng suất lá
Kết luận rằng: năng suất tỷ lệ thuận với các chỉ số quang hợp (cường độ quang
hợp, hệ số hiệu suất quang hợp, thế năng quang hợp) và hệ số kinh tế.
Quá trình quang hợp và hô hấp của cây trồng là hai mặt gắn bó trong
sinh trưởng thực vật:
Phương trình tổng quát phản ứng quang hợp:
Ánh sáng

12


6CO2 + 6H2O

C6H12O6 +

Growth

6O2

Respiration

Storege

Ra cành, ra lá, trưởng
thành, ra hoa

Tích lũy

Sự hô hấp

Phương trình tổng quát của sự hô hấp:
C6H12O6 + 6O2

6CO2 + 6H2O + 689Kcal
Màng ngoài

Màng lục lạp:
Cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp
ở cây chủ yếu là lá, bên trong lá
có chứa rất nhiều các hạt lục lạp,
đây là nơi trực tiếp tiến hành quá
trình quang hợp nhờ các chất sắc
tố, mà chủ yếu là sắc tố xanh
(diệp lục tố, clorophin)

Hạt lục
lạp giữa

Màng trong

Hạt
lục
lạp

Hạt
lục
lạp

Màng ngoài

Chất hấp thụ

Chất mềm

Hô hấp là quá trình phân giải hoàn toàn các chất hữu cơ thành các sản phẩm vô cơ đồng thời
Quang
là quá
trìnhlượng
tổng hợp
glucôzơ)
từ các
chất
(CO2 và H2O)
13
giảihợp
phóng
ra năng

cungchất
cấphữu
chocơ
các(đường
phản ứng
hóa học
trong
cơ vô
thểcơ
cây.
nhờ năngSự
lượng
ánhcủa
sáng
thụ ban
bởi hệ
sắc tố ở thực vật.
hô hấp
câyđược
diễnhấp
ra vào
đêm


- Thực vật thượng đẳng có hai nhóm sắc tố tham gia quang hợp là diệp lục và
carotenoit. Trong đó diệp lục là sắc tố chính đóng vai trò quan trọng nhất trong
quang hợp.
- Diệp lục có vai trò hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời, chuyển thành dạng
năng lượng kích thích điện tử của phân tử diệp lục.
- Diệp lục có vai trò vận chuyển năng lượng vào trung tâm phản ứng. Từ phân

tử diệp lục hấp thu ánh sáng đầu tiên cho đến trung tâm phản ứng của quang hợp là
phải qua một hệ thống cấu trúc trong màng thilacoit gồm rất nhiều phân tử diệp lục
khác nhau. Năng lượng ánh sáng phải truyền qua các phân tử diệp lục để đến được
trung tâm phản ứng (P700).
- Tham gia biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tại trung
tâm phản ứng P700 nhờ quá trình quang phosphoryl hóa để hình thành nên ATP và
NADPH.
Diệp lục có khả năng hấp thu ánh sáng chọn lọc, một số vùng ánh sáng được diệp
lục hấp thu mạnh nhất, một số vùng bị hấp thu ít hơn, và có vùng thì hầu như
không bị hấp thu. Điều này đã tạo nên quang phổ hấp thu của diệp lục. Trong
quang phổ hấp thu của diệp lục, có hai vùng ánh sáng mà diệp lục hấp thu mạnh
nhất tạo nên hai đỉnh hấp thu cực đại. Đó là vùng ánh sáng đỏ với cực đại là 662
nm và vùng ánh sáng xanh tím với cực đại là 430 nm. Ánh sáng xanh lá cây không
được diệp lục hấp thu mà phản xạ toàn bộ nên ta thấy cây có màu xanh. Như vậy,
trong ánh sáng mặt trời chiếu đến lá cây thì chỉ có ánh sáng đỏ và ánh sáng xanh
tím mới có khả năng biến đổi thành năng lượng hóa học trong quang hợp. Nhóm
sắc tố carotenoit là nhóm sắc tố có màu vàng, - da cam. Chúng là các sắc tố vệ tinh
của diệp lục. Quang phổ hấp thụ của nhóm sắc tố này là ở vùng ánh sáng xanh có
bước sóng 451 – 481 nm. Khả năng hấp thụ ánh sáng của carotenoit là do hệ thống
liên kết đơn, đôi quyết định.
15.4.2. Cơ sở khoa học của việc sử dụng ánh sáng trong nuôi cấy mô (in-vitro):
Bên cạnh những yếu tố nồng độ CO 2, nước, nhiệt độ, dinh dưỡng khoáng chất
thì ánh sáng là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình quang hợp của cây trong invitro:
14


a. Cường độ ánh sáng:
Khi cường độ ánh sáng tăng thì cường độ quang hợp cũng tăng.
Điểm bù và điểm bão hòa ánh sáng là 2 chỉ tiêu quan trọng của cường độ ánh
sáng ảnh hưởng đến quang hợp. Điểm bù ánh sáng là điểm mà tại đó có cường độ

quang hợp bằng cường độ hô hấp. Khi cường độ ánh sáng lớn hơn điểm bù thì I qh >
Ihh và cây có tích lũy và ngược lại.
Điểm bão hòa ánh sáng là điểm mà tại đó có cường độ quang hợp đạt cực đại
và không thay đổi.
Sau điểm bão hòa ánh sáng, nếu cường độ ánh sáng tiếp tục tăng thì cường độ
quang hợp vẫn đạt điểm bão hòa một giới hạn nữa. Khi cường độ ánh sáng quá mạnh
thì quang hợp bị ức chế.
Mỗi loài thực vật có điểm bù và điểm bão hòa ánh sáng khác nhau. Cây ưa
bóng cũng có điểm bão hòa ánh sáng thấp hơn cây cây ưa sáng.
b. Phổ ánh sáng tác động quang hợp:
Phổ hấp thụ diệp lục của cây chủ yếu tập chung ở 2 vùng ánh sáng màu đỏ có
phổ (600nm – 700nm) và vùng ánh sáng màu xanh có phổ (400nm – 500nm), trái
với độ nhạy phổ hấp thụ ánh
sáng của mắt người.

Hình a: Phổ hấp thụ diệp lục của cây
Hình b: Phổ nhạy cảm của mắt người
Việc dùng các loại đèn dùng trong chiếu sáng dân dụng thông thường để chiếu
sáng cho cây trồng, là không phù hợp bởi phổ ánh sáng của các loại đèn chiếu sáng
thông thường được thiết kế cho phổ ảnh sáng tập trung trong vùng phổ độ nhạy nhất
của mắt người (500 - 600 nm), trong khi đó phổ hấp thụ diệp lục của cây trồng tập
chung chính trong khoảng ánh sáng xanh (400 - 500 nm), ánh sáng đỏ (600 700nm) hoặc ánh sáng đỏ xa (700 - 800 nm), đối với một số cây dẫn đến hiệu quả
kích và hấp thụ phổ ánh sáng của các loại đèn chiếu sáng thông thường của cây
trồng là khá thấp (hiệu suất quang hợp thấp từ 30% - 60%).
- Quang hợp chỉ xảy ra ở những vùng có ánh sáng mà diệp lục hấp thu. Do vậy,
cây chỉ có khả năng quang hợp ở vùng ánh sáng đỏ và xanh tím.
- Nếu cùng cường độ ánh sáng của ánh sáng đỏ (600 – 700 nm) và ánh sáng xanh
(420 – 470 nm) chiếu đến lá thì tia đỏ có lợi cho quang hợp hơn ánh sáng xanh.

15

- Nếu cùng số lượng tử ánh sáng thì ánh sáng xanh có tác dụng hoạt hóa quang
hợp mạnh hơn ánh sáng đỏ vì ánh sáng xanh làm tăng quang khử NADP lên 2 lần
so với ánh sáng đỏ, kích thích enzyme RDP – cacboxylaza và kích thích sự hình
thành lục lạp…
Cấu trúc quang phổ của ánh sáng cụ thể là ánh sáng màu đỏ (R) và màu xanh
(B) có tác động mạnh mẽ đến phát triển sinh trưởng cũng như hình thái của cây
trồng, Ví dụ:

Cây dưới ánh sáng 100% màu đỏ:
Phổ ánh sáng màu đỏ giúp thúc đẩy quá
trình tăng trưởng chồi, lá, kéo dài thân,
mở rộng lá.

Cây dưới ánh sáng 70% đỏ, 30% xanh:
- Phổ ánh sáng màu xanh giúp thúc đẩy quá trình
tổng hợp chlorophyll, trọng lượng tươi của cây

Ánh sáng ở bước sóng từ 400 – 700 nm sẽ kích thích các mô cấy có chứa diệp
lục tố thu nhận năng lượng ánh sáng biến đổi thành năng lượng hóa học kết hợp
với CO2 thực hiện phản ứng quang hợp tạo C 6H12O6. Vì vậy, nồng độ CO2 tỷ lệ
thuận với cường độ ánh sáng để tạo C 6H12O6. Cường độ ánh sáng cao kết hợp với
nồng độ khí CO2 tương ứng sẽ thúc đẩy tốc độ quang hợp và cải tiến khả năng sinh
trưởng cây cấy mô in-vitro. Ánh sáng tác động lên cây cấy mô in-vitro ở nhiều khía
cạnh khác nhau như dòng photon, phổ ánh sáng (400 -700 nm),
chu kỳ chiếu
sáng (chu kỳ sáng/chu kỳ tối), hướng chiếu sáng. Sự hấp thụ ánh sáng của cây cấy
mô phụ thuộc vào đặc tính của nguồn chiếu sáng, hình dạng bình và chất liệu bình
nuôi cấy.

Cường độ ánh sáng cao kết hợp với sự gia tăng khí CO 2 trong bình nuôi cấy
mô quang tự dưỡng đã thúc đẩy khả năng quang hợp của cây dâu tây, làm gia tăng
khối lượng cây, diện tích lá,
số lượng lá mới hình thành và hàm lượng diệp lục tố trong lá cây. Cường độ ánh
sáng cao và nồng độ CO2 thích hợp cũng đã cải tiến số lượng lá xòe to của cây
chuối. Cường độ ánh sáng có thể được gia tăng trong nuôi cấy mô quang tự dưỡng
bằng cách dùng tấm phản chiếu ánh sáng đặt trên bóng đèn.
Nồng độ khí CO2 trong bình nuôi cấy mô là một trong hai nhân tố rất quan
trọng trong quá trình nuôi cấy mô quang tự dưỡng. Nuôi cấy mô quang tự dưỡng
không sử dụng đường và các chất hữu cơ nên khí CO 2 là nguồn cơ chất thiết yếu để
cây thực hiện phản ứng quang hợp. Trong nuôi cấy mô quang dị dưỡng, bình nuôi
16


cấy thường được thiết kế kín và miệng bình nhỏ nhằm hạn chế nguồn tạp nhiễm từ
bên ngoài, điều này đồng nghĩa với sự hạn chế trao đổi khí bên trong và bên ngoài
bình. Ở các loại bình nuôi cấy này, thường nồng độ CO 2 trong bình giảm rất nhanh
khi cây được chiếu sáng, sau vài giờ lượng CO 2 giảm xuống gần điểm bù. Khi
nồng độ khí CO2 thấp, tốc độ quang hợp giảm xuống và có thể bị ngưng ở điểm bù
CO2. Khí CO2 là rất cần thiết cho sự quang hợp của cây. Vì vậy, sự gia tăng hệ số
trao đổi khí của bình nuôi cấy là điều cần thiết cho cây nuôi cấy mô. Phương pháp
trao đổi khí tự nhiên hay bơm khí trực tiếp giúp cho cây cấy mô sinh trưởng mạnh,
phát triển cân đối và có tỷ lệ sống sót cao khi chuyển ra giai đoạn vườn ươm.
5/ Cơ sở khoa học sử dụng chiếu sáng kích thích điều khiển sự ra hoa cây cúc
và cây thanh long
a. Thực vật trải qua những thay đổi về phát triển (giai đoạn phát triển sinh
dưỡng) dẫn tới sự thành thục về mặt sinh sản (giai đoạn phát triển sinh sản).
Sự thay đổi phát triển bên trong cho phép cây thu được khả năng phản ứng với tín
hiệu ra hoa.
Trong các đường hướng điều khiển sự ra hoa về mặt di truyền có tác động

nhân tố ngoại cảnh về nhiệt độ (một số loài phải trải qua một thời kì lạnh (xuân hoá
– vernalization) có thể liên quan đến hooc-môn gibberellins; có thể do đường
hướng tự dưỡng (autonomous), sự ra hoa không phụ thuộc vào các điều kiện ngoại
cảnh trừ điều kiện sinh dưỡng cơ bản, ở một thời điểm nhất định trong quá trình
phát triển, chồi ngọn trở nên “xác định” để trở thành chồi hoa. Rễ có thể ức chế
sự ra hoa.
Ở đây, đi sâu phân tích đường hướng phụ thuộc ánh sáng (quang chu kỳ).
Để các nhân tố ngoại cảnh có thể tác động tới cây, các tế bào thực vật phải có
chất nhận tín hiệu tác động (nhận biết được tín hiệu tới) cũng như hệ thống dẫn
truyền tín hiệu. Quá trình phản ứng có ba bước: Nhận tín hiệu, dẫn truyền tín hiệu,
phản ứng trả lời.

b. Chất nhận tín hiệu cho phản ứng lục hoá (greening)
17


Chất nhận tín hiệu trong phản ứng này là phytochrome (PC), là một sắc tố gắn
với một protein đặc hiệu, hấp thụ ánh sáng. Chất này định vị trong tế bào chất, rất
mẫn cảm với các tín hiệu ngoại cảnh ngay ở mức độ yếu, tín hiệu được khuyếch
đại bởi chất truyền thứ cấp.
Chất truyền tín hiệu thứ cấp được tạo ra do tác động giữa phytochrome và Gprotein.
G-protein hoạt hoá enzyme để tạo nên GMP dạng vòng. Cyclic GMP (Chất
truyền tín hiệu thứ cấp).
Ca2+ - calmodulin cũng là một chất truyền tín hiệu thứ cấp.
Phản ứng trả lời: Sự dẫn truyền tín hiệu của cyclic GMP và Ca 2+ - calmodulin
sẽ hoạt hoá gen, gây ra sự biểu hiện của gen tổng hợp nên protein, hoạt hoá phản
ứng lục hoá. Phản ứng trả lời được kết thúc khi protein có vai trò đóng phản ứng
được hoạt hoá (protein phophatases).
c. Các phytochrome hoạt động như chất nhận tín hiệu ánh sáng trong nhiều
phản ứng trả lời của cây với ánh sáng.

Cơ chế hoạt động của chất tiếp nhận ánh sáng Phytochrome (PC) trong điều
khiển ra hoa:

Sự biến đổi thuận nghịch của Phytochrome
.

Hoạt động của Phytochrome dưới tác dụng của ánh sáng đỏ (R) và đỏ xa (FR):

18


Cơ chế hoạt động của Phytochrome là cơ sở giải thích sự ra hoa đúng mùa của
cây ngày dài (LDP) và cây ngày ngắn (SDP):
● Thực vật phát triển lá đợi kỳ ra hoa.
● Cây LDP chờ ngày dài đêm ngắn.
Cây SDP chờ ngày ngắn đêm dài.
● Sau đó mới ra hoa.

Cũng từ cơ chế hoạt động của Phytochrome và sự biến đổi thuận nghịch của
nó, người ta có thể dùng chiếu sáng nhân tạo để kéo dài ngày, ngắt quãng đêm để
điều khiển sự ra hoa của cây. Chiếu sáng ngắt quãng đêm tốt nhất vào thời điểm
giữa của đêm, có thể chiếu sáng liên
tục một số giờ giữa đêm (như hiện nay đang thực hiện) hoặc ngắt chu kỳ đêm dài
thành hai chu kỳ đêm ngắn (Nigh – Interruption Lighting) hoặc có thể bật tắt liên
tục trong vài giờ của đêm (Cyclic Lighting).
Lựa chon đúng bước sóng điều khiển Phytochrome, cường độ và chu kỳ tắt bật
hợp lý có thể mang lại hiệu quả điều khiển sự ra hoa tốt nhất với chi phí chiếu sáng
thấp nhất, nâng cao hiệu quả cho nhà nông.

19

Long days

Short days

ĐỀ XUẤT
1. Định hướng khoa học và công nghệ
Tập trung nghiên cứu khoa học cơ bản nhằm tạo ra các sản phẩm khoa học có giá
trị khoa học cao và phạm vi ảnh hưởng lớn. Các lĩnh vực ưu tiên nghiên cứu bao gồm vật
liệu nano chức năng và thông minh, vật liệu mới cho năng lượng, vật liệu nano và linh
kiện cho quang điện tử và quang tử, vật liệu nano và linh kiện cho các cảm biến có độ
nhạy cao (cảm biến sinh học). Mục tiêu có công trình công bố trên các tạp chí hàng đầu
(Nature, Science, NanoLetters, Physical Review Letters…) trong giai đoạn 2015-2020.
Phát triển, triển khai nghiên cứu ứng dụng nhằm tạo ra các sản phẩm quốc gia
trong lĩnh vực:
i.

Chiếu sắng hiệu suất cao (bao gồm chiếu sáng dùng đèn huỳnh quang compact
tiết kiệm điện và chiếu sáng rắn dùng điốt bán dẫn).

ii.

Cảm biến sinh học có độ nhạy cao (cảm biến DNA)
20


iii.

Vật liệu phủ nano nhằm gia tăng tính chất quang học, điện và tính chất cơ học

của các sản phẩm gốm sứ và thủy tinh trong nước.

iv.

Vật liệu mới ứng dụng trong sản xuất năng lượng sạch và bảo vệ môi trường.

2. Tên chương trình: Nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ chiếu sáng rắn
3. Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Trung tâm Thiết kế, Chế tạo và
Thử nghiệm – Cục Ứng dụng và Phát triển công nghệ
- Đơn vị thử nghiệm sản xuất: Công ty Cổ phần bóng đèn phích nước Rạng Đông
4. Tính cấp thiết:
Hơn bao giờ hết vấn đề năng lượng, tiết kiệm, sử dụng hiệu quả năng lượng và
năng lượng sạch bảo vệ môi trường đang được quan tâm đầu tư nghiên cứu phát triển trên
toàn thế giới. Đối với năng lượng chiếu sáng, theo báo cáo mới nhất của IEA
(Internaltional Energy Agency), chỉ tính riêng chiếu sáng dùng bóng đèn dây tóc đã tiêu
thụ khoảng 7% tổng lượng điện năng tiêu thụ (bằng ½ tổng công suất của tất cả các nhà
máy điện hạt nhân). Chính vì vậy ngoài việc nghiên cứu phát triển và tìm kiếm các nguồn
năng lượng mới thân thiện với môi trường, việc nghiên cứu phát triển các thiết bị chiếu
sáng hiệu suất cao đang là đối tượng được quan tâm nghiên cứu không chỉ ở các nước
phát triển Mỹ, Nhật Bản, Châu Âu mà còn được triển khai ở các nước đang phát triển như
Trung Quốc, Brasil, Ấn độ.
Cùng với việc phát triển công nghệ chiếu sáng rắn dùng điốt phát quang ánh sáng
trắng, trong 10 năm gần đây có một xu hướng nghiên cứu khác tập trung ở ba nước Mỹ,
Nhật Bản và đặc biệt là Trung Quốc (dựa trên số lượng các patent đăng ký và bài báo
công bố), đó là việc ứng dụng công nghệ chiếu sáng rắn trong sản xuất nông nghiệp công
nghệ cao. Các nghiên cứu gần đây cho thấy, việc tăng trưởng của các loại cây nông
nghiệp không chỉ phụ thuộc vào quá trình quang hợp thông thường (dùng ánh sáng
trắng), mà hơn thế tùy thuộc vào từng giai đoạn phát triển của cây, tùy thuộc vào mục
đích thu hoạch (cây ăn lá, củ, quả) việc chiếu sáng với các bước sóng và cường độ thích
hợp dùng điốt phát quang (phát ánh sáng đỏ, da cam, xanh nước biển, xanh da trời) có thể

nâng cao một cách đáng kể hiệu quả của cây trồng.
Là một nước nông nghiệp, đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa,
Việt Nam đang phải đối mặt với nguy cơ thiếu điện trầm trọng do việc đầu tư phát triển
các nguồn cung cấp điện mới không theo kịp tốc độ tăng trưởng GDP và tốc độ phát triển
công nghiệp, cũng như tốc độ đô thị hóa. Trong khi đó, các thiết bị chiếu sáng chủ yếu
vẫn là bóng đèn dây tóc (ở vùng nông thôn) và đèn huỳnh quang hiệu suất thấp (ở các đô
thị). Do đó việc thay thế các thiết bị chiếu sáng hiệu suất thấp bằng các thiết bị chiếu sáng
hiệu suất cao, công suất tiêu thụ thấp là một nhu cầu tất yếu.Vấn đề là ở chỗ, cho đến
nay, công nghệ chiếu sáng rắn vẫn là một vấn đề mới mẻ đối với các nhà sản xuất thiết bị
chiếu sáng trong nước (Rạng đông, Điện Quang…), chưa một nhà sản xuất nào đã có đủ
kinh nghiệm, kiến thức để đầu tư phát triển và đưa vào sản xuất các thiết bị chiếu sáng
thế hệ mới này (mặc dù một số công ty đã thử nghiệm nhập linh kiện và chế tạo các đèn
chiếu sáng dùng điốt phát ánh sáng trắng). Chính vì vậy, ở thời điểm này sự hỗ trợ của
Nhà Nước, của các cơ sở nghiên cứu đối với các cơ sở sản xuất trong công nghệ chiếu
sáng rắn là hết sức cần thiết.
Đối với giáo dục đào tạo, việc xây dựng được một chương trình nghiên cứu tập
trung, dài hạn vừa có định hướng nghiên cứu công nghệ cao (công nghệ gốc), vừa có khả
năng triển khai ứng dụng thực tế phục vụ đời sống sản xuất, sẽ giúp hình thành các
21


hướng, các đề tài nghiên cứu phục vụ không chỉ công tác đào tạo sau đại học (thạc sỹ,
nghiên cứu sinh) mà còn thúc đẩy hoạt động nghiên cứu khoa học của các cán bộ giảng
dạy nói riêng và các trường đại học nói chung.
Nhận thức được vai trò quan trọng của công nghệ chiếu sáng rắn trong tương lai
gần, cũng như khả năng ứng dụng và chuyển giao của công nghệ này vào đời sống, sản
xuất, đề nghị thực hiện“Nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ chiếu sáng”, với
mục tiêu và các nội dung cụ thể được trình bày dưới đây.
Mục tiêu:
Phát triển thành công công nghệ chiếu sáng rắn hiệu suất cao trên cơ sở điốt phát

quang (light emitting diode).
Tạo ra được sản phẩm quốc gia trong lĩnh vực chiếu sáng hiệu suất cao, chiếu sáng
trong phát triển nông nghiệp công nghệ cao, trong dân dụng và công nghiệp.
Tạo ra một định hướng nghiên cứu ứng dụng dài hạn phục vụ hoạt động nghiên
cứu giải mã công nghệ.
Mục tiêu cụ thể
-

Nghiên cứu phát triển được các công nghệ gốc (core technology) trong chiếu sáng rắn
và chế tạo được các điốt phát ánh sáng trắng và điốt phát ánh sáng màu với bước
sóng xác định nằm trong dải bước sóng từ tử ngoại đến hồng ngoại gần nhằm ứng
dụng trong chiếu sáng hiệu suất cao và trong nông nghiệp công nghệ cao.

-

Phát triển được các mô hình và các giải pháp hệ thống chiếu sáng thông minh tích
hợp các công nghệ cảm biến, cảm ứng và điều khiển dùng IC. Thiết kế và chế tạo
được một IC điều khiển chuyên dụng cho các hệ thống chiếu sáng.

-

Phát triển thành công công nghệ chế tạo pin mặt trời dạng màng mỏng và xây dựng
được các mô hình chiếu sáng rắn sử dụng nguồn điện PMT.

-

Xây dựng được mô hình nhà – vườn nông nghiệp công nghệ cao trong đó tích hợp
các công nghệ chiếu sáng rắn dùng điện mặt trời, điều khiển môi trường thông minh
(nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng….), và xử lý nước thải.

Dự kiến kết quả:
-

Phát triển thành công công nghệ chiếu sáng rắn hiệu suất cao trên cở sở UV-BLUELED và bột micro-, nanophosphors.

-

Chế tạo được các điốt phát quang hiệu suất cao có khả năng phát ánh sáng trắng hoặc
phát ánh sáng ở các bước sóng khác nhau phục vụ cho các ứng dụng trong nông
nghiệp

-

Các hệ thống chiếu sáng thông minh hiệu suất cao và điều khiển tự động.

-

Thiết kế và chế tạo được chip (IC) chuyên dụng cho điều khiển tự động các thiết bị
chiếu sáng.

-

Các hệ thống cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.

-

Hệ thống cung cấp điện mặt trời.

-

Xây dựng được mô hình nhà vườn công nghệ cao trong đó sử dụng điốt phát quang
và các hệ thống điều khiển điện tử (độ ẩm, nhiệt độ) và các hệ thống cung cấp điện
(mặt trời) và xử lý tái sử dụng nước thải.
22