Ý tưởng khoa học và đổi mới

Ánh sáng là yếu tố quyết định đến sự sống, sinh trưởng, phát triển hình thành năng suất và phẩm chất của cây trồng. Nếu không có ánh sáng thì không thể có sự sống trên trái đất bởi vì toàn bộ các sản phẩm mà con người sử dụng: lương thực, thực phẩm, nhiên liệu, vải vóc… tất cả đều là sản phẩm bắt nguồn từ quang hợp của cây xanh. Qua quá trình quang hợp, cây đã biến đổi năng lượng của mặt trời thành năng lượng hóa năng cho con người sử dụng. Xét cho đến cùng, ngành nông nghiệp nói chung và trồng trọt nói riêng thực chất là ngành “kinh doanh năng lượng mặt trời” – con người làm thế nào để có thể lấy được hiều năng lượng nhất từ mặt trời! Thông qua sự thay đổi chế độ chiếu sáng cho cây trồng chúng ta có thể làm thay đổi sự sinh trưởng, phát triển của cây, điều khiển sự phát sinh hình thái, sự ra hoa, năng suất và phẩm chất của cây. Trong nông nghiệp công nghệ cao đối với cây rau và hoa hầu như cây giống được nhân trong điều kiện nhân tạo (nhân giống bằng kỹ thuật nuôi cấy mô), được trồng trọt trong các nhà có mái che (nhà lưới, nhà kính). Trong môi trường ấy việc chiếu sáng cho phòng thí nghiệm nuôi cấy mô, cho cây sinh trưởng trong nhà kính, nhà lưới là yêu cầu bắt buộc. Mặt khác, trong thực tiến sản xuất một số sản phẩm hoa quả đòi hỏi có sự điều khiển tạo sản phẩm trái vụ trên cơ sở đó nâng cao giá trị hàng hóa, đặc biệt ở các sản phẩm xuất khẩu. Điều thú vị là sự điều khiển tạo sản phẩm trái vụ này lại được thực hiện bởi ánh sáng đặc hiệu.

Sự cải tiến thiết bị chiếu sáng cho phòng nuôi cấy mô

Sự cải tiến thiết bị chiếu sáng cho phòng nuôi cấy mô

Hiện nay ở Việt Nam có hàng trăm phòng thí nghiệm nuôi cấy mô để sản xuất cây giống bao gồm cây hoa cảnh, cây lâm nghiệp, cây nông nghiệp. Nhiều lĩnh vực sản xuất ở Việt Nam bắt buộc phải sử dụng cây nuôi cấy mô như sản xuất hoa lan, sản xuất cây lâm nghiệp. Riêng tại tỉnh Lâm Đồng đã có tới gần 60 phòng nuôi cấy mô hàng năm cung cấp hàng triệu cây giống cho sản xuất và xuất khẩu. Riêng công ty Công nghệ Sinh học Rừng Hoa Đà Lạt có 2 nhà nuôi cấy mô lớn, hiện đại với trên 500 giá nuôi cây (2500 tầng) mỗi năm cung cấp 20-24 triệu cây giống (hầu hết xuất khẩu sang châu Âu) . Vấn đề rất bức xúc của lĩnh vực nhân giống bằng nuôi cấy mô là chi phí về năng lượng. Chi phí cho năng lượng thắp sáng và làm mát phòng nuôi cây chiếm đến 70% tổng chi phí của một chu trình nhân giống. Việc chế tạo được các thiết bị chiếu sáng có chi phí điện năng thấp, ít tỏa nhiệt, cho chất lượng cây và hệ số nhân giống cao là mục tiêu của các nhà nghiên cứu.

Cơ sở khoa học cốt lõi của ý tưởng cải tiến và đổi mới của Công ty Rạng đông là nắm chắc bản chất của tia sáng tới và khả năng hấp thụ chọn lọc ánh sáng của cây. Như ta đã biết, ánh sáng là bức xạ điện từ của năng lượng mặt trời có bước sóng từ khoảng 390-750 nm bao gồm các loại ánh sáng đơn sắc: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím hợp lại. Trong khi đó cây chỉ hấp thụ được ánh sáng dùng cho quang hợp qua sắc tố diệp lục. Diệp lục chỉ hập thụ ánh sáng ở hai vùng chủ yếu là vùng ánh sáng xanh lơ (blue có bước sóng ~ 430nm) và vùng ánh sáng đỏ (red có bước sóng ~ 660nm). Việc chế tạo đèn phát ra những tia sáng phù hợp với phổ hấp phụ của diệp lục sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng ánh sáng của cây và làm giảm năng lượng lãng phí phát ra ngoài bước sóng mà cây cần. Các nhà nghiên cứu khoa học của trung tâm R&D công ty Rạng Đông đã nghiên cứu các phổ chiếu sáng của nhiều loại đèn khác nhau để tìm ra những hạn chế của từng loại đèn mà đề xuất phương pháp khắc phục. Các tác giả đã phát hiện đèn huỳnh quang thường sử dụng trong các phòng nuôi cấy mô chỉ phù hợp cho mục đích chiếu sáng thông thường (theo mắt người có bước sóng tập trung trong khoảng 500-600nm), trong khi vùng ánh sáng đỏ (~660nm) là vùng diệp lục hấp phụ dùng cho quang hợp thì hầu như bị thiếu (ánh sáng đỏ có hiệu quả quang hợp rất cao. Ở cùng một cường độ chiếu sáng, nếu là ánh sáng đỏ thì hiệu quả quang hợp có thể tăng gấp đôi so với ánh sáng xanh (blue).

Thông qua việc giải mã các loại đèn chuyên dụng trong nuôi cấy mô của các nước tiên tiến, thông qua việc nghiên cứu chế tạo thành công các lớp bột phủ bên trong ống đèn cho phát huỳnh quang ra các tia có bước sóng mong muốn của Viện Tiên Tiến Khoa học Công Nghệ Đại học Bách khoa, Trung tâm R&D Rạng Đông đã chế tạo thành công đèn huỳnh quang có nguồn sáng với phổ thích hợp cho cây nuôi cấy mô. Đèn đã được Viện sinh học Nông nghiệp (HVNNVN) đánh giá thử nghiệm trên hàng loạt đối tượng: cây khoai tây, lan hồ điệp, lan Mokara, cây Trầu bà, cây hoa chuông, cây hoa cẩm chướng, cây hoa cúc, chuối tiêu hồng, keo lai, bạch đàn, …. tại nhiều phòng thí nghiệm nuôi cấy mô của Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam (VNUA), của một số cơ sở nghiên cứu khác tại Quảng ninh, Đà lạt, TPHCM… Kết quả thử nghiệm đã khẳng định: sử dụng loại đèn mới chế tạo đã cho sinh trưởng phát triển của cây nuôi cấy mô tốt hơn nhưng giảm được 40%. năng lượng điện tiêu tốn. Công ty Rừng hoa vốn rất nghiêm ngặt trong việc thay đổi thiết bị chiếu sáng cho nuôi cấy mô (vì sợ ảnh hưởng tới chất lượng cây giống xuất khẩu), đã thừa nhận kết quả và đề nghị trang bị bóng mới cho toàn bộ xí nghiệp.

Đèn chiếu sáng nuôi cấy mô của Rạng Đông được ứng dụng hiệu quả trong phòng nuôi cấy mô tại Viện sinh học Nông nghiệp Việt Nam

Nghiên cứu đáp ứng nhu cầu thực tế

Các loại đèn trên là kết quả từ đề tài cấp nhà nước về Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống chiếu sáng chuyên dụng (mã số ĐM.06.DN/13) thuộc Chương trình Đổi mới công nghệ Quốc gia đến năm 2020. Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao Công ty cổ phần bóng đèn, phích nước Rạng Đông chủ trì phối hợp với các viện nghiên cứu thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội, Học viện Nông nghiệp Việt Nam thực hiện.

Cán bộ kỹ thuật của Rạng Đông theo dõi các chỉ số phát triển của cây sử dụng đèn chiếu sáng chuyên dụng

Đề tài được giao thiết lập quy trình sử dụng các hệ thống chiếu sáng phù hợp nhân giống in-vitro (loại ưa sáng, ưa bóng, trung tính), điều khiển ra hoa của hoa cúc (cây ngày ngắn-SDP) và cây thanh long (cây ngày dài-LDP) ở các vùng sinh thái khác nhau, nhằm tiết kiệm tối đa năng lượng.

Kết quả nghiên cứu đã được đưa ngay vào ứng dụng trong thực tiễn sản xuất cho hiệu quả kinh tế cao, giảm chi phí điện năng rõ rệt (giảm 60-80% điện năng cho sản xuất hoa cúc và 60% cho sản xuất thanh long trái vụ). Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu nông sinh học trong lĩnh vực trồng trọt đã đề xuất và thực hiện thành công các sản phẩm khoa học cho một doanh nghiệp công nghiệp. Những kết quả nghiên cứu này phải đảm bảo độ chính xác, độ lặp lại cao để xí nghiệp có thể yên tâm thiết kế dây chuyền sản xuất hàng loạt. Đây là một áp lực và thách thức rất lớn cho các nhà nghiên cứu nông sinh học vốn làm quen với các đối tượng sinh vật sống có các phản ứng rất linh động phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh chứ không chuẩn xác như những quy luật nghiêm ngặt trong vật lý của lĩnh vực công nghiệp.

Cũng có thể nói đây là kết quả của một sự liên kết hài hòa, đặc biệt, hiếm có mang tính chất đa ngành. Nhà nghiên cứu nông sinh học có trách nhiệm đề xuất những yêu cầu bức xúc của thực tiễn sản xuất, nêu được những giả thuyết có cơ sở khoa học chặt chẽ như những đề bài cho các nhà nghiên cứu chế tạo. Sau đó chính các nhà nghiên cứu nông sinh học phải tiến hành đánh giá tác động của các loại sản phẩm mới được chế tạo theo đề xuất, làm cơ sở cho việc định hướng nghiên cứu và ứng dụng tiếp tục.