Research Article
Vol. 13, No. 2, 2023, p. 213-226
Evaluation of the Effects of Artificial Light on Some Plant Characteristics in the Design and Construction of a Small-scale Plant Factory
P. Shamsi Roodbarsar1, S. R. Mousavi Seyedi 2*, D. Kalantari2, K. Ghasemi3
1- MSc. Graduated, Mechanics of Biosystem Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
2- Associate Professor, Mechanics of Biosystem Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
3- Assistant Professor, Horticultural Sciences Department, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
(*- Corresponding Author Email: [email protected]) https://doi.org/10.22067/jam.2022.73522.1070
How to cite this article:
Shamsi Roodbarsar, P., Mousavi Seyedi, S. R., Kalantari, D., & Ghasemi, K. (2023).
Evaluation of the Effects of Artificial Light on Some Plant Characteristics in the Design and Construction of a Small-scale Plant Factory. Journal of Agricultural Machinery, 13(2), 213-226. (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22067/jam.2022.73522.1070 Received: 12 November 2021
Revised: 11 February 2022 Accepted: 19 February 2022 Available Online: 19 February 2022
Introduction
It is predicted that the world population will grow to 9.3 billion by 2050 and the urban population will increase by 73%, growing from 3.6 billion to 6.3 billion. This huge population requires abundant food production. A plant factory with artificial light (PFAL) is a closed growing system that is insulated against heat and air. The plants grow on shelves under horizontal artificial lighting. The main goal of PFAL is commercial plant production, but mini PFALs do not have commercial goals and are used to produce plants in small domestic sizes. Plants that are less than 30 cm tall, and grow well in relatively low light conditions and at high planting densities, are suitable for the plant factory. Therefore, plants such as rice, wheat, and potatoes are not suitable for cultivation in a plant factory.
The main purpose of this research is to study the proper light quality for growing radish plants. All light treatments had a significant effect on biomass, sugar, and photosynthetic pigments of radish. The results showed that the highest amount of chlorophyll a was 0.964 mg g-1 fresh leaf weight and the lowest amount was 0.318 mg g-1 fresh leaf weight. For chlorophyll b, the highest value was 0.666 mg g-1 wet weight and the lowest value was 0.229 mg g-1 wet weight. The highest and lowest carotenoid contents were 74.75 mg g-1 and 30.6 mg g-1 wet weight, respectively. The highest sugar content was 0.717 μg g-1 dry weight and the lowest was 0.02 μg g-1 dry weight. The highest fresh and dry weights of the plant were 0.27 g and 0.014 g, respectively, while the lowest values recorded were 0.155 g and 0.007 g, respectively. In this study, plant length was also examined, but no significant difference was observed between different light treatments. Based on these findings, it can be concluded that the light composition (R2, G0, B1) was the most suitable light regime for use in the designed system.
Materials and Methods
The plant studied in this investigation was radish. The place of growth was a vertically built system consisting of four floors, each divided into two sections. A controller was required in each section to regulate parameters such as light time, temperature, and moisture. The controllers were designed using Fritzing software and built with parts and sensors like DHT 11, Arduino UNO based on ATMEGA328P, Relay module Arduino, data logging shield, and driver module RC. A programming platform like Arduino was used to write codes for controlling the remaining parameters. This study tested seven different light treatments, plus sunlight as a control, to investigate their effects on radish growth. The light treatments were developed by adjusting the number of three different lights: red, green, and blue. LEDs were installed after designing and constructing the m-PFAL system. Based on previous research conducted in this field, all LED lights were positioned above the shelves to ensure that the plants received an appropriate amount of light in a vertical orientation. Additionally, light reflectors were installed beside the plants to provide proper lighting for the lower leaves. The experimental design involved a completely randomized design with eight treatments and three replications, and all data
Journal of Agricultural Machinery Homepage: https://jame.um.ac.ir
analysis was conducted through SAS software. The average comparison was performed using the Duncan method at a probability of 1% and 5%.
Results and Discussion
The results indicate that the light regime (R2, G0, B1) resulted in the highest amount of chlorophyll "a", which was significantly different from both the control and other treatments. The treatment with the lowest amount of chlorophyll "a" was (R1, G0, B0), which did not differ significantly from the control or (R1, G1, B1).
The treatment with the highest amount of chlorophyll "b" was (R2, G0, B1), which differed significantly from the control but not from (R2, G1, B0) or (R1, G0, B2). Using a mixed light treatment of blue and red resulted in higher amounts of photosynthesis pigments, especially when the red light was more prevalent. The treatment with the highest wet weight was (R2, G0, B1), which did not differ significantly from natural light. The treatment with the lowest wet weight was the just red light treatment, which was much lower than the other treatments. The dry weight of the radish was 4-6 percent of its wet weight, and the treatment with the highest dry weight was (R2, G0, B1), which did not differ significantly from (R0, G1, B2) or (R1, G0, B0). The treatment with the highest amount of sugar was (R2, G0, B1), which was significantly higher than other optical regimes used and natural light. Because the production of carbohydrates and sugar is directly related to photosynthesis, it can be concluded that the state of photosynthesis was most proper in the (R2, G0, B1) treatment.
Conclusion
This study investigated the optimal light quality for the healthy and rapid growth of radish plants in a plant factory. LED lights can be an excellent alternative to natural light when there are limitations, such as in greenhouses or multi-floor plantings. The results show that the best light mixture was red and blue lights, with more red light than blue light, while the worst light regime was just red color, which had a negative effect on all parameters.
Keywords: Artificial light, Chlorophyll, Light regime, Plant factory, Urban agriculture
یسمش ارسرابدور ،ناراکمه و زرا
ی با ی عونصم رون تارثا ی
خرب رب ی صخاش اه ي گ ي ها حارط رد ی و ...
412
یشهوژپ هلاقم
دلج 31 هرامش ، 2 ناتسبات ، 3042 ص ، 222 - 231
زرا ی با ی عونصم رون تارثا ی
خرب رب ی صخاش اه
ی گ ی ها حارط رد ی
تخاس و ی
ک گ هناخراک ی
ها ی
قم ی سا کچوک
ارسرابدور یسمش ایروپ یدیس یوسوم اضردیس ،3
2
یرتنلاک دوواد ،*
یمساق نارماک ،2 1
:تفایرد خیرات 12
/ 80 / 2088
:شریذپ خیرات 08
/ 22 / 2088
هدیکچ
ییاذغ داوم دیلوت رد
یرهش طیحم یارب یبسانم راکهار
هب یریگراک هدافتسالاب یاهاضف یم
دشاب یی ت ایس و ییحارط شهوژپ نیا یلصا فده .
یرهش قطانم رد هدافتسا تهج یعونصم رون هب زهجم یهایگ هنا راک یم
دشاب زا . آ ن اج مهم زا بسانم رون نیمات هک یگژیو نیرت
ییاراک رب راذگریثات یاه
ییم بوسحم یهایگ هنا راک ی دادیدت دویش
0 رایمیت یروین B=1 G=0 )R=2 R=2, G=1, B=0 )
R=1, G=0, B=2 )
R=0, G=1,
)B=2 R=1, G=1, B=1 )
R=0, G=0, B=1 )
R=1, G=0, B=0 شرو رون و )
ی د هب هاش ناونع و د .تیفرگ راریق شیامزآ دروم رارکت هس رد
هایگ هدافتسا دروم هچبرت
یملع مان اب Raphanus sativus
زا سپ هک دوب 5
هتفه تشادرب دش و ریت نزو لییفورلک لییبق زا ییفلتتم یایهرتماراپ و
هزادنا هایگ لوط و دنق ش لیفورلک نازیم نیرتشیب .دیدرگ یریگ
460a / 8 نیرتمک و نآ رادقم 020 / 8 یلیم هیک دیش تیبث ریب رت نزو مرگ رب مرگ
هب یاهرامیت یارب بیترت (
B1 G0 )R2 و (R1, G0, B0) هب
نیرتمک و نیرتشیب .دمآ تسد لیفورلک رادقم
هب زینb رایمیت هیب ویبرم بیترت R2,
G0, B1 رادقم اب ) 666 / 8 رامیت و R1, G0, B0 رادقم اب )
114 / 8 یلیم هب زین دیئونتراک رادقم نیرتمک و نیرتشیب .دوب رت نزو مرگ رب مرگ وبرم بیترت
رامیت هب R2, G1, B0 رادقم اب )
55 / 50 یلیم ت و رب رت نزو مرگ رب مرگ رامی
R1, G0, B0 رادقم اب )
6 / 08 یلیم .دویب ریب ریت نزو مریگ ریب مرگ
دنق نازیم نیرتشیب 525
/ 8 نآ رادقم نیرتمک و 81
/ 8 هب هک دش تبث رب ش نزو مرگ رب مرگورکیم یاهرامیت یارب بیترت
B1 G0 و )R2 R1,
G0, B0 هب ) یت هب وبرم هایگ ش و رت نزو نیرتلااب نینچمه .دمآ تسد رایم
(R2, G0, B1) ریدایقم ایب
15 / 8 و مریگ 820 / 8 مریگ نآ نیریتمک و
رامیت هب وبرم (R1, G0, B0)
هب هک دوب ترت بی 255 / 8 و 885 / 8 مرگ یندم فلات ا و دنتشادن ریثات هایگ لوط رب اهرامیت اما .دندش تبث هدهایشم یراد
یرون بیکرت هک داد ناشن جیاتن .دشن (R2, G0, B1)
بسانم نیرت دوب هدش یحارط هناماس رد رامیت .
هژاو :یدیلک یاه یعونصم رون لیفورلک یرهش یزرواشک یهایگ هنا راک یرون میژر
همدقم
1
شیپ لایس رد نایهج تییدمج هک تسا هدش ینیب 1858
هیب 0 / 4
زا زیین یرهیش تییدمج و تفای دهاو شیازفا رفن درایلیم 00
دیصرد
هیب یلدف 50 هیب زایین تییدمج شیازیفا نییا .دییسر دیهاو دیصرد
ییاذغ تلاوصحم هب ار
لباق تروص هظحلام
زا .داد دیهاو شیازفا یا
2 - شناد ییدیبط باینم و یزرواشک مولع هاگشناد دشرا یسانشراک هت ومآ یرایس
ناریا یراس 1 - یراس یدیبط بانم و یزرواشک مولع هاگشناد متسیسویب یناکم هورگ رایشناد
ناریا یراس 0 - ییدیبط بانم و یزرواشک مولع هاگشناد ینابغاب یسدنهم و مولع هورگ رایداتسا
ناریا یراس یراس
* - :لوئسم هدنسیون Email: [email protected]
)
https://doi.org/10.22067/jam.2022.73522.1070
و نییمز و بآ دننام یدیبط بانم ندوب دودحم هب هجوت اب رگید یوس شلایا ایب یزرواشک تلاوصحم دیلوت یمیلقا تارییغت نینچمه یایه
هبور یفلتتم طبتریم مه اب یمیلقا تارییغت و تیدمج شیازفا .تسا ور
ایسا رب هک تسا یرورض و هدوب شور
هیب و بیسانم یایه ترویص
مه شلاا نامز نآ زا یشان یاه
دویش تیریدم اه
Kozai, 2012
) ایب .
بآ اذییغ دییننام بایینم زا یدایییز ریداییقم یرهییش تیییدمج شیازییفا ت وس یم هدروآ یرهش قطانم هب زین هریغ و یلیسف یاه نیا هک دوش
دایز ریداقم دیلوت بجوم رما طییحم ندیش هدویلآ و هیلابز زا ی
تیسیز
یم هب .ددرگ لاثم ناونع ییاذیغ داویم و یزروایشک تلاویصحم لاقتنا
هب نویمایک هلیسو رایشتنا بیجوم یرهیش قطاینم هیب یلویمدم یایه
ید نییب نآ رایشتنا تدیش هک هدش لقن و لمح زا یشان نبرک دیسکا
رادقم 0 / 8 و 4 / 2 ید مرگولیک رتمویلیک رد نتریه یازا هب نبرک دیسکا
تیسا هدیش دروآرب
Ohyama, Takagaki, & Kurasaka, 2008
) .
نيشام هیرشن يزرواشک ياه
https://jame.um.ac.ir
یم تشک دازآ عرازم رد ناهایگ هک یماگنه دریکلمع و تییفیک دنوش
یم هقطنم ییاوه و بآ طیارش ریثات تحت ییاذغ داوم نیارباینب .دیشاب
نآ تیفک م رد هشیمه اه نیا هب هجوت اب .تسا رط ضرد
رون تدش هک
دییلوت تیسا توافتم فلتتم لوصف نینچمه و زور لوط رد دیشرو یمن دمآراک یژرنا فرصم ظاحل زا زین هناتلگ رد هایگ تدیش اریز دشاب
هب نآ رون یی یهایگ هنا راک اما .تسین ندش میظنت لباق قیقد روط
طیحم نآ رد هک تسا هتفرشیپ دیلوت متسیس هیب دیشر
هینیهب ترویص
یم لرتنک دوش
Kozai, Niu, & Takagaki, 2019
.)
یعونصم رون اب یهایگ هنا راک
PFAL2
) دییلوت هنا راک ی هب
یم هتفگ هنوگرابنا یرات اس اب هایگ تراریح هیب تبسن هک دوش
قیایع
هب ذوفن لباقریغ ابیرقت و هدوب یم اوه هلیسو
ب هسفق نآ نورد و دشا یاه
پملا اب تشک دددتم هب یکیرتکلا یاه
راریق میه یور یدومع تروص
هتفرگ ییم رارق هدافتسا دروم ناهایگ یراجت دیلوت روظنم هب و دنا درییگ
Kozai, 2013
) ینیم اما .
1PFAL
و هدویبن یرایجت فادیها یاراد اه
یزرواییشک هیینیمز رد رتییشیب یییم رارییق هدافتییسا دروییم یگنایی
دریییگ
Takagaki, Hara, & Kozai, 2014
) نییا یهاییگ هینا راک رد .
هب هایگ دشر طیحم هک دراد دوجو ناکما لریتنک قیقد و هاوتلد تروص
زا لیصاح بآ هک دراد دوجو ناکما نیا هدشرکذ دراوم رب هولاع .دوش مج هایگ قردت یروآ
درییگ رارق هدافتسا دروم هایگ دو یرایبآ یارب و
Kozai et al., 2019
) نیا هب هجوت اب ریبارب رد یهاییگ هینا راک هیک
نیارباینب تیسا ذوفن لباقریغ ابیرقت اوه نینچمه و هدوب قیاع ترارح هیب و اویه و بآ ریثایت تیحت یهاییگ هینا راک رد تشک طیحم هژییو
ون یمن رارق دیشرو یشبات تاناس یم لیلد نیمه هب .دریگ
طییحم ناوت
هیب ار یهاییگ هنا راک تشک ایما دریک لریتنک هاویتلد و قییقد رویط
هناتلگ هب و اه یم رارق هدش رکذ دراوم ریثات تحت زاب عرازم هژیو دینریگ
Li et al., 2012
).
یناهایگ دیننام بییس و مدینگ جنریب هیک یینیمز
هب لاومدم هدافتسا دروم یرلاک بنم ناونع ناسنا
یم رارق ماد و ریگ
ن و د
یدیسو قطانم هب زاین هک یناهایگ شرورپ تهج
بیسانم دنراد دییلوت
رد یهایییگ هینا راک دنتییسین
یاهروییشک و نییپاژ رد یهایییگ هیینا راک .
ارق هدافتسا دروم اشن و ییوراد ناهایگ تاجیزبس دیلوت تهج ییایسآ ر
تسا هتفرگ
Kozai, 2013
. ) نیا هب هجوت اب هک
کی ی ره تلاکشم زا
هدماج لاغتشا عوضوم یا ییاز
تسا یاریب یدودیح ات یهایگ هنا راک
لح نیا بسانم لکشم تسا
. هئارا اب هک تروص نیدب شزومآ ی
ییاه
هدماج دارفا هب هداس یهایگ هنا راک
یم دناوت تصرف داجیا بجوم یاه
و نادنملاس یارب یلغش ریذیپلد و نما یراک طیحم اب نیلولدم
و دویش
لاایب تییفیک ایب و هزایت ینایهایگ دیلوت ببس ددریگ
Kozai et al.,
)2019
. یقیقحت رد
( Ikeda et al., 1991
زا هدافتیسا ایب وهایک دیلوت هب)
1- Plant factory with artificial lighting 2- Mini-PFAL
پملا تحت و تنسرولف یاه ی
دینت ادرپ هنلاایس تیشک همانرب .
رد
نیا شیامزآ زا 26 دندرک هدافتسا ییانشور تعاس هب
یروط هیک تدیش
رد رویین رد ییانییشور ناییمز ییحم
μE.m-2.s-1هدود 008
- 568 اییمد
5 / 15 8 یتناس هجرد داریگ
ییشوما هرود رد و زیین
1 / 18 8 هیجرد
یتناس دارگ اب ربارب تبوطر نینچمه .دش میظنت 58
5 دصرد تیظلغ
ید نبرک دیسکا 488ppm
58 تعرس اوه نایرج 5
/ 8 هیناث رب رتم
یکیرتکلا تیاده 0ms
/ 2 و ایب ریبارب ییاذغ لولحمpH
5 / 5 مییطنت
تیفای شیازیفا وهایک دیشر قویف طیاریش رد هک داد ناشن جیاتن .دش هب یروط ات نزو هک یط رد هایگ هز 14
هب زور 55 مرگ دیسر نیینچمه .
فرصم هتیسیرتکلا لویط رد ییانیشور یارب
هرود هیناوج و هاییگ یینز
فرصم هتیسیرتکلا هب لک
ایب ربارب بیترت 2
/ 2 و 5 / 1 تاوویلیک تعایس
دودح هک دش شرازگ 58
و 18 ایب فرایدتم تازییهجت زا ریتمک دصرد
پملا زا هدافتسا لاایب رایشف میدیس یاه
ویب .د ییشهوژپ رد
Kozai,
)2007
رد ی گ هنا راک ی ها ی هدرون شور زا ی
زا هدافتسا اب لااب هب ور
اهLED
یی ور هک ی لناپ یاه راریق تیشک تیفرگ
ژرینا ایت ی ناروین ی
بی رتش ی ارب ی رب یاه اپ یی ن ی ا ی داج هینا راک رد .دندرک هدافتسا دوش
گ ی ها ی رب طسوت هک لااب هب ور رون یایه
ایپ یی ن ی یج بذ یمن ی دویش
رب طسوت یاه
م بذج لااب ی
دوش و یا روین هدنباتزاب طسوت ی
رد هیک
لااب ی ششوپ جات ی گ ی ها م رارق ی یگ در گ هدماج تمس هب یی
ها ی بایتزاب
م ی دوش هدرون زا هک ی
ب ی ن فم تلاوصحم یی
رتد یم ی ییقیقحت رد دیشاب
( Shimizu, Saito, Nakashima, Miyasaka, & Ohdoi, 2011 )
اب هدش هنیهب دیدج هاگتسد ی هدسوت هب تاجیزبس دیلوت یاربLED
دنت ادرپ یهایگ هنا راک ی رد نآ رد هک
تیفیک یسررب یلصا فده
یرس و ملاس دشر یارب رثوم رون ناهایگ رت
دوب ریثات . تیفیک طسوت رون
زا یبیکرت وهایک دیشر و زتنسوتف نازیم رب )زمرق و زبس یبآ اهLED
ایب ولتم رون رد وهاک زتنسوتف نازیم هک داد ناشن جیاتن .دش یسررب ییبآ و زیمرق روین رد هقایس لویط .تسا رتشیب یبآ و زمرق یاهLED
روین رد وهایک رت نزو نینچمه .تفای شهاک یبیکرت رون رد و شیازفا .تفای شیازفا تنسرولف و زمرق ییشهوژپ رد
Graamans, Baeza,
Dobbelsteen, Tsafaras, & Stanghellini, 2018
) زا هدافتیسا اب
ایب ار یهاییگ هینا راک یی درکلمع وهاک دیلوت دروم رد دوجوم بانم .دیندرک هسیاقم فلتتم ییایفارغج هقطنم هس یارب یتنس هناتلگ ی لاعا جیاتن هب هجوت اب هرهب ظاحل زا هدش م
یهاییگ هنا راک یژرنا یرو
MJkg-1
2022 هناتلگ نیرتدمآراک زا یتح ) ایه
MJkg-1
2644 زیین )
.درییک لییمع رییتهب و بآ دییننام یفرییصم بایینم ظاییحل زا نییینچمه
نبرک ید داد نایشن دوی زا یریتهب درکلمع زین دیسکا فدیه .
زا نییا
یهایگ هنا راک ی ت اس و یحارط شهوژپ زرا و
میژر رثا یبای یایه
فلتتم یرون یگژیو زا ی رب رب
هب نآ رد یدیلوت لوصحم یاه روظنم
ییاذغ داوم دیلوت رد
.دوب یرهش طیحم هیچبرت هاییگ زا قیقحت نیا رد
.دش هدافتسا
یسمش ارسرابدور ،ناراکمه و زرا
ی با ی عونصم رون تارثا ی
خرب رب ی صخاش اه ي گ ي ها حارط رد ی و ...
412
شور و داوم اه
مریین زا هدافتییسا اییب یهایییگ هیینا راک ت اییس و یییحارط رازییفا
Solidworks
مرین دشر هظفحم یحارط یارب رازیفا
Fritzing
یاریب
یباییزرا ییکینورتکلا رادیم یحارط تاریثا
روین یعونیصم ریب
یی رب
ص اش یاه هار یارب وینیدرآ رد یسیوندک هایگ لوژایم رلرتنک یزادنا
لوژایم هیلر لوژایم امد و تبوطر روییارد
ریلرتنک I2C
و ایهLED
.دش هدافتسا یحارط تخاس و فحم
ظ ه دشر هظفحم
دشر ب ه رد یدومع تروص 0
هقبط دش هت اس و
هب رویظنم
هظفحم مجح شهاک ود هیب هقبط ره
شیتب مییسقت دییدرگ . یاریب
یحارط مرن زا تشک یاضف رازفا
Solidworks
لکیش رد .دش هدافتسا
2 هس یامن لکش رد و یددب
1 رد هیک دیشر هیظفحم یددبود یامن
شییتب
Drawing
دییحاو .تییسا هدییش هداد ناییشن دیییدرگ یییحارط
هزادنا یلیم بسح رب هظفحم دادبا همه یریگ یم رتم
لکیش رد هک دشاب
1 .تیسا هدش هداد ناشن زا ناینیمطا و دیشر هیظفحم یباییزرا یاریب
یلا یهایگ هنا راک تبوطر و امد نازیم تادطق ریاس حیحص درکراک تدم هب هقیقد هد ره هایگ زا 00
دنا تعاس هزا .دش هری ذ و یریگ
لکش 1 - حرط هس یددب دشر هظفحم
Fig.1. Three-dimensional design of the growth chamber
لکش -2 دشر هظفحم یددبود حرط
Fig.2. Two-dimensional design of the growth chamber
هزادنا یامد شیامزآ نیا رد یور یرییگ
15 یتنایس هیجرد و داریگ
یور تبوطر 68
یارب تبوطر و امد فلات ا رثکادح .دش میظنت دصرد
هب تدم نیا یط رد اهروسنس یتناس هجرد ود بیترت
دصرد راها و دارگ
هب .دمآ تسد هزادنا لوژام تبوطر و امد یریگ
DHT-11
هزادنا یارب روسنس نیا یم تبوطر و امد یریگ
فرصم یاراد .دشاب
زا شیب تفاسم هب لانگیس لاقتنا مک یژرنا 18
هزادنا یاراد و رتم ی
هزادنا تقد .تسا اوک ایمد یریگ
1 دیصرد و تیقد هزادینا یرییگ
تبوطر
5 نآ ییجور و یدورو ژایتلو .تیسا دصرد 0
ییلا 5 تیلو
یم یب یامد .دشاب ن
18 - یلا 68 یتناس هجرد نیب تبوطر و دارگ
5 یلا
45 یم ار دصرد هزادنا دناوت
.دنک یریگ
هلر لوژام ییم لرتنک ار یشوما و ییانشور نامز لوژام نیا هیلر زا دینک
5
هنوگ هب لوژام نیا .دش هدافتسا هلاناک تشه تلو نیپ هک تسا یا
یاه
لرتنک یدورو هب امیقتسم ونیدرآ درب لاتیجید یم لصو هلر
.دوش
رویارد لوژام I2C
روییارد لوژام ی زا یحارط نیا رد یرتکارایکLCD
1
* 26 ایب
ابترا هار رویارد نیا مک هب .دش هدافتسا I2C
یزادینا راییسبLCD
یم ناسآ نیپ داددت زا و دوش هدافتیسا یریتمک وینیودرآ لایتیجید یاه
یم .دوش رگلااتید دلیش
هب هداد هری ذ روظنم و ییشوما یارب تعاس میظنت نینچمه و اه
نییا زا هدافتیسا ایب .دش هدافتسا ونیدرآ رگلااتید دلیش ی زا ییانشور یم دلیش لیاف ناوت هظفاح ی یور رب ار اه رگلاایتید .درک هری ذSD
هداد هری ذ یارب هیب ییاه
ییم رایک قریب ندیش یطق زا دیدب هیک دور
.دورن نیب زا نآ تاعلاطا و یحارط تخاس
رلرتنک یهایگ هناخراک یارب
دننام اهرتماراپ زا ی رب لرتنک یارب و تبوطر امد
نامز و نیشور
پملا ندش شوما یعونصم رون دیلوت تهج هدافتسا دروم یاه
زایین
یم رلرتنک ی هب .دشاب
مرین زا هدافتسا اب ادتبا رازیفا
Fritzing
ریلرتنک
لکش دش یحارط رظن دروم 0
هیمادا رد و ) ا
یاهرویسنس و تایدطق ز
DHT-11
هزادنا یارب امد و تبوطر یریگ
ونیودرآ درب هییاپ ربUNO
ATMEGA328P
روییارد لوژایم و رگلااتید دلیش هلر لوژام
I2C
یایهرتماراپ لریتنک تیهج اهدیک نتشون یارب نینچمه .دش هدافتسا همانرب طیحم زا زاین دروم مرن یسیون
کش .دش هدافتسا ونیودرآ رازفا ل
0
ناشن ار شهوژپ نیا رد هدش هدافتسا رلرتنک تسا هداد
.
یگنر یاهرامیت زا هاییگ رب فلتتم یاهرون ریثات یسررب یارب 5
زا و ییگنر رایمیت
هب دیشرو رون ناونع
رامیت قییرط زا ایهرامیت نییا .دش هدافتسا دهاش
گنر هس داددت رد رییغت زیمرق
668 - 628 زبیس )رتموناین 558
- 588
یبآ و )رتمونان 588
- 058 )رتمونان هب دیندمآ دویجو لودیج
2 .) لویط
همه ی دروم یاهLED
هدافتسا 28 یتناس نآ ششوپ هدودحم و رتم اه
دودح 08 یتناس لکش دوب رتم 5
.)
لکش 3 - یحارط رادم مرن رد هدش
رازفا
Fritzing
Fig.3. Circuit designed in Fritzing software
یسمش ارسرابدور ،ناراکمه و زرا
ی با ی عونصم رون تارثا ی
خرب رب ی صخاش اه ي گ ي ها حارط رد ی و ...
412
لکش 4 - هدافتسا دروم رلرتنک
Fig.4. The controller used
لکش 5 - اهLED
یعونصم رون دیلوت یارب
Fig.5. LEDs to produce artificial light
لدم هایگ اب تست و شیامزآ یارجا اوک یهایگ هنا راک ت اس و یحارط زا سپ بیصن ایهLED
شهوژپ هب هجوت اب .دندش همه هدش ماجنا یاه
ی تمیسق رد اهLED
میقتیسم روین شبایت ضریدم رد هاییگ و تیفرگ رارق هسفق ره ییلااب پملا هب یشوما و ییانشور نامز تدم .دوب هدافتسا دروم یاه بیترت
رب 26 و 0 ین تدیش و دیش میظنت تعاس ریب رو
288 0888 سکویل
سکول هاگتسد طسوت رادقم نیا هک دش میظنت هزادینا ریتم
.دیش یرییگ
رب هب رون ندیسر یارب نینچمه هدینباتزاب زا هاییگ نیرییز یایه
ایه
لکییش .دییش هدافتییسا هایییگ فارییطا رد )یموییینیمولآ لیییوف 6
لییحم
یریگرارق مایجنا لویط رد تیبوطر و امد .تسا هداد ناشن ار اهLED
مزآ نآ میظنت یارب و دوب تباث شیا ن متسیس زا اه
هاگشیامزآ هدننک
هزادنا یارب نینچمه .دش هدافتسا رویسنس ود زا تیبوطر و ایمد یرییگ
هسفق رد هک دش هدافتسا یلاایب رد و موس و لوا یاه
بیصن ایهLED
لکش .دندش 5
رارق لحم هداد نایشن ار تیبوطر و ایمد رویسنس یریگ
هروسنس بصن زا سپ .تسا یهایگ هنا راک هب وبرم تادطق ریاس و ا
نورد هچبرت هایگ رذب هایگ دشر یارب رظن دروم یامد میظنت و اوک ناویل .تیفرگ راریق هاگتیسد لی اد و دیش هتیشاک فریصمرابکی یاه
هب تیلرپ و تیپوکوک زا نینچمه رد .دیش هدافتیسا تیشک رتسب ناونع
رق ناهایگ رایت ا رد زاین دروم بآ اهنت ادتبا هیتفه ود زا سپ و تفرگ را
رب دشر و قیقر ییاذغ لولحم یقیقح یاه
هب زین هدش هییذغت روظنم
تیشادرب هیب مادیقا هیتفه جنیپ تیشذگ زا سیپ .دش هدافتسا ناهایگ هچبرت و دش اه امد اب نوآ رد ی
08 تنایس هیجرد ی
داریگ تدیم هیب 10
تعاس هیس رد )ییشیور مادینا لویط هایگ لوط نینچمه .تفرگ رارق رم
هزدنا ینامز هلح .دش یریگ
و رت نزو دننام فلتتم یاهرتماراپ سپس
دنق ش هزیگنر نینچمه و
لیفورلک یزتنسوتف یاه لیفورلک a
b
هزادنا )دیئونتراک و .دیدرگ یریگ
لودج -1 پملا تبسن یاه
هبLED
شیامزآ نیا رد هتفر راک
Table 1- The ratio of LED lamps used in this experiment یبآ Blue زبس
Green زمرق
Red اهرامیت
Treatments
1 0
رامیت 2 2 Treatment 1
0 1
رامیت 2 1 Treatment 2
2 0
رامیت 1 0 Treatment 3
2 1
رامیت 0 0 Treatment 4
1 1
رامیت 1 5
5 Treatment
1 0
رامیت 0 6 Treatment 6
0 0
رامیت 1 5 Treatment 7
)طیحم یدیبط رون دهاش Control (natural ambient light) رامیت
0 Treatment 8
لکش 6 - گرارق لحم ی
ر ی اهLED
ی یعونصم رون هدننکدیلوت
Fig.6. Location of LEDs producing artificial light
یسمش ارسرابدور ،ناراکمه و زرا
ی با ی عونصم رون تارثا ی
خرب رب ی صخاش اه ي گ ي ها حارط رد ی و ...
441
لکش 7 - گرارق لحم ی
ر ی تبوطر و امد روسنس
Fig.7. Location of temperature and humidity sensor
هزادنا هایگ دنق یریگ هنومن هچبرت هایگ ندرک ش زا سپ اب اه
5 یلیم لوناتا رتیل 08
تدم هب و دش ولتم دصرد 28
یایمد رد مرگ بآ مامح نورد هقیقد
58 هت اس لولحم سپس .تفرگ رارق هجرد رد هدش
ژویفیرتنایس هاگتسد
ش را اب 2888
تدم هب و هقیقد رب رود 28
نییا .دش هداد رارق هقیقد
رادیقم و دیش هت ایس نوریتنآ لولحم همادا رد و رارکت راب راها دنیآرف 258 یلیم رد نورتنآ مرگ 288
یلیم لیح قییقر یروفلویس دیسا رتیل
تهج سپس .دش هزادنا
ینق یریگ د لویلحم رادیقم 288 یتیلورکیم زا ر
هراصع هچبرت هایگ هتتیر شیامزآ هلول رد
دش و 0 ییلیم لویلحم ریتیل
آ نورتن نآ هب هفاضا دیدرگ ب ولتم . ه تدم هب هدمآ تسد 18
رد هقیقد
ترارح هجرد 288
یتناس هجرد .تفرگ رارق شوج بآ مامح رد دارگ
رد
جوم لوط رد هراصع بذج تیاهن 618
رتموتفوتکپیسا طیسوت رتموناین
هطبار زا هدافتسا اب و دش هدناو 2
ریب مریگورکیم بسحرب دنق رادقم )
هییب هایییگ ییش نزو مرییگ دییمآ تییسد
McCready, Guggolz,
1950 Silviera, & Owens,
.) )
=
دنق رادقم بذج نازیم × ش نزو
)2
هزادنا هزیگنر یریگ یزتنسوتف یاه
هراصع تهج هزیگنر یریگ
دش هدافتسا لوناتم للاح زا اه و
بذج
هب یلوناتم هراصع هدمآ تسد
جوم لوط رد یاه
1 / 665 0 / 651 و 058
دش هدناو رتمونان مزلا تابیساحم و
طیباور زا هدافتیسا ایب
1 ایت ) 0 )
تیفرگ مایجنا
Lichtenthaler & Buschmann, 2001
نییا رد .)
طیییباور
Ca
لییییفورلک a
Cb
لییییفورلک وb
C(X+C)
اهدییییئونتراک
)نتوراک+لیفوتنازگ یم
.دشاب
Ca (µg.ml-1) = 16.72 A665.2 – 9.16 A652.4 ) 1
Cb (µg.ml-1) = 34.09 A652.4 – 15.28 A665.2 )0
C(x+c) (µg.ml-1)=(1000 A470 –1.63 Ca–104.96 Cb)/221)0 هدافتسا دروم یرامآ حرط
زا شهوژپ نیا رد زا هدافتیسا اب هدشدیلوت یعونصم رون
ایبLED
یرون فیط بیکرت تفه هب دیشرو رون زا و
ناونع رامیت هدافتسا دهاش
اب یفداصت لاماک حرط هدافتسا دروم حرط .دش 0
و رامیت 0 و دوب رارکت
لیلحت و هیزجت زا هدافتیسا اب یرامآ
مرین رازیفا .تیفرگ ترویصSAS
نیگنایم هسیاقم اه
زین زا لامتحا حطس رد و نکناد شور جنیپ و یی
دصرد .دش ماجنا
ثحب و جیاتن اهرامیت ریثات داد ناشن جیاتن هب ی
درویم تافص یمامت رب هتفر راک
هب یبایزرا ییندم دیصرد یی لایمتحا حطس رد هایگ لوط زج دویب راد
لودج 1 .) هب هجوت اب هب جیاتن
هدمآ تسد رامیت
یرون
(R2, G0, B1)
یاراد
لیفورلک رادقم نیرتشیب و دوبa
یندم فلات ا دهایش ایب یراد
ریایس و
لکش تشاد رگید یاهرامیت 0
رتمک .) لیفورلک رادقم نی وبرم زینa
رامیت هب
(R1, G0, B0)
یندم فلات ا هک دوب رایمیت و دهایش اب یراد
(R1, G1, B1)
لکش تشادن 0
.)
لیفورلک رادقم نیرتشیب رامیت هب قلدتمb
(R2, G0, B1)
هک دوب
یندم فلات ا یاراد دهاش اب یایهرامیت هیب تبیسن یلو دوب راد
(R2,
G1, B0)
و
(R1, G0, B2)
ییندم توایفت لکیش تیشادن یراد
4 .)
نآ هباییشم لیییفورلک روییص رد هییا رادییقم نیرییتمک دییش نایییبa
لیفورلک رایمیت هیب ویبرم زینb
(R1, G0, B0)
فلاتی ا هیک دویب
یندم رامیت و دهاش اب یراد
(R1, G1, B1)
لکش تشادن 4
.)
لودج 2 - ریثات سنایراو زیلانآ یاهرامیت
رب یرون تسیز هزیگنر و دنق هدوت هچبرت یزتنسوتف یاه
Table 2- Analysis of variance of the effect of light diets on biomass, sugar, and photosynthetic pigments of radish تاعبرم نیگنایم
Mean of square هجرد
یدازآ (df) عبانم رییغت Source of
variation لوط
Length دنق
Sugar کشخ نزو
Dry weight رت نزو
Wet weight دیئونتراک
Carotenoid لک لیفورلک
Total chlorophyll لیفورلک
b
Chlorophyll b لیفورلک
a
Chlorophyll a
1.13ns 0.168**
0.000017**
0.0046**
718.27**
0.328**
0.065**
0.106**
رامیت 7 Treatment
0.46 0.006
0.0000015 0.0006
153.31 0.057
0.011 0.019
اط 16 Error
9.13 22.01
10.77 10.61
22.52 22.02
22.54 22.16
- بیرض
تارییغت Coefficient
of variation
مدعns یندم فلات ا دوجو راد
یندم فلات ا**
لامتحا حطس رد راد ی
دصرد
ns No significant difference, ** Significant difference at the level of one percent probability
لک لیفورلک هب
لیفورلک ود عومجم وa
یم هتفگb
دوش هجوت اب .
هب لکش 28 لک لیفورلک نازیم نیرتشیب
رامیت هب وبرم
(R2, G0,
هک دوبB1)
هب یندم روط هیمه و دهایش هیب تبسن یراد یایهرامیت ی
هب یسررب دروم یرون رامیت ود زج
(R2, G1, B0)
و
(R1, G0, B2)
لکش تشاد یرترب 28
.)
عومجم دیئونتراک هزیگنر
دننام ییاه یم نتوراک و لیفوتنازگ
دیشاب
مج نآ شقن هک زتنسوتف رد هدافتسا و یژرنا یروآ
تیسا لکیش . 22
یم هسیاقم دیئونتراک نیگنا رد
اهرامیت فیلتتم ی نایشن ار
تیسا هداد .
رامیت هب وبرم دیئونتراک رادقم نیرتشیب
(R2, G1, B0)
ایب هیک دویب
دهاش یاهرامیت
(R0, G0, B1) (R1, G0, B0)
و
(R1, G1, B1)
فلات ا یندم لکش تشاد دصرد جنپ حطس رد راد 22
.)
یروین رایمیت هک داد ناشن شتب نیا جیاتن ییبآ و زیمرق بییکرت
هب ینامز هژیو هزییگنر یاراد دشاب رتشیب زمرق رون هک
یزتنیسوتف یایه
زیمرق ایی ییبآ یروین فییط یی زا اهنت رگا سکعرب .تسا یرتلااب دویش لایمعا یبآ و زبس زمرق یواسم یرون تبسن ای و دوش هدافتسا هزیگنر تیدضو شهایک زتنیسوتف نازییم نآ یبت هب و یزتنسوتف یاه
او هنزور هنزور هدسوت اریز .تفای ده بذیج ایب هک هایگ یور رب ییاه
ید یم مهارف هایگ یارب ار زتنسوتف ناکما نبرکدیسکا رون رد هایگ )دنک
ت نیرتیشیب زیمرق و ییبآ رون .تسا رتمک ولتم رون هب تبسن گنر یرتیشیب ذویفن تردق یاراد یبآ رون و دنراد زتنسوتف دنیآرف رد ار ریثات
فاب رد ت ییم و دراد زیمرق روین هب تبسن هایگ یاه تبیسن هیب تیسیاب
زیمرق روین مجح هب زاین رتشیب دشر یارب و درب هرهب یبآ رون زا یقطنم یمن بذج زبس رون رتشیب لیفورلک نینچمه .تسا یرتشیب ار نآ و دنک
یم باتزاب رامیت یرترب اسارب .دنک
(R2, G0, B1)
هیمه رظن زا ی
هزیگنر زتنیسوتف یاه ییم ی
یروین رایمیت نییا تیفرگ هیجیتن ناویت
بولطم هزیگنر یارب رامیت نیرت شهوژیپ جیایتن .تیسا یزتنسوتف یاه
Shimizu et al., 2011
رد یبآ و زمرق رون بیکرت هک داد ناشن زین )
هزیگنر شیازفا .دراد یرثوم شقن یزتنسوتف یاه
اتن هب هجوت اب ی
ج هب لکش هدمآ تسد 21
) رت نزو رادقم نیرتشیب
هب وبرم رامیت
( B1 G0 )R2
ییندم فلاتی ا هیک دوب روین ایب یراد
یایییهرامیت و ییییدیبط
( B2 G0 )R1 ( و
B1 G1 )R1
.تیییشادن
هیب زیمرق افریص یروین رایمیت رد زین رت نزو نیرتمک هیک دیمآ تیسد
هب یندمروط نییاپ اهرامیت یمامت زا یراد لکش دوب رت
21 .) ایسا ریب
هب جیاتن هدمآ تسد هایگ ش نزو
هچبرت نیب 0 ییلا 6 نزو دیصرد
هایگ رت دوب . نزو نازییم نیرتیشیب ریت نزو دیننام زیین ش نزو رد
رامیت هب وبرم ش
( B1 G0 )R2
هک دوب ییندم فلات ا ایب یراد
ریاس هب اهرامیت
(زج
B2 G1 )R0 (و
B0 G0 )R1
لکیش تشادن
20 .) اتن ی ج ط هک داد ناشن ی
ف رون ی اهنت هب زمرق یی
من ی دناوت اریش ی ط
ارب مزلا ی اهن رد و دشر ی
ت گ بویلطم دریکلمع لوصح یی
ها مهاریف ار
امن ی د . زا هدافتسا ماگنه رد ی
ط ی ف رون ی یبآ رون ی اریش ی ط ریتهب ی
ارب زمرق رون هب تبسن ی
گ دشر ی ها دومن مهارف ریب هولایع هیجیتن نیا .
تسیز هزیگنر روص رد هدوت فییط و دویب قداص زین یزتنسوتف یاه
یبآ ط هب تبسن ی
ف ارش زمرق ی ط رتهب ی ارب ار ی گ زتنسوتف یی ها مهاریف
درک .
یسمش ارسرابدور ،ناراکمه و زرا
ی با ی عونصم رون تارثا ی
خرب رب ی صخاش اه ي گ ي ها حارط رد ی و ...
442
لکش 8 - لیفورلک نازیم رب رون تیفیک ریثات هچبرت ربa
Fig.8. The effect of light quality on the amount of chlorophyll a in radish leaves
لکش 9 - لیفورلک نازیم رب رون تیفیک ریثات هچبرت ربb
Fig.9. The effect of light quality on the amount of chlorophyll b in radish leaves
لکش 11 نازیم رب رون تیفیک ریثات- هچبرت رب لک لیفورلک
Fig.10. The effect of light quality on the amount of total chlorophyll in radish leaves a
b b
b bc b
c bc
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
1 2 3 4 5 6 7 8
Chlorophyll a (mg g-1)
Treatment
a ab
abc bc
cd bc d
cd
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
1 2 3 4 5 6 7 8
Chlorophyll a (mg g-1)
Treatment
a
ab abc
bc bdc bc d
dc
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
1 2 3 4 5 6 7 8
Total chlorophyll (mg g-1)
Treatment
لکش -11 هچبرت رب دیئونتراک نازیم رب رون تیفیک ریثات
Fig.11. The effect of light quality on the amount of carotenoid in radish leaves
لکش 20 ایتن ی ج اقم ی هیس م یی گنا ی ن یب ی ن گ دینق یی ها ت رد ی ایهرام ی
نازیم نیرتشیب .تسا هداد ناشن ار فلتتم هایگ دنق
رایمیت هیب وبرم
( B1 G0 )R2
هب هک دوب یندم روط روین دهایش رامیت هب تبسن یراد
هب یرون یاهرامیت ریاس و یدیبط ایجنآ زا .تیشاد یرترب هتفر راک
هیک تاردیهوبرک دیلوت
دراد یزتنیسوتف ییاراک اب میقتسم یطابترا دنق و اه
یم اذل رامیت رد هک تفگ ناوت
( B1 G0 )R2
دضو ی ت تبسن زتنسوتف
اس هب ی ر ت ی اهرام ی سررب دروم ی دضو ی ت رتهب ی تسا هتشاد .
لکش 12 - هچبرت رب رت نزو نازیم رب رون تیفیک ریثات
Fig.12. The effect of light quality on the fresh weight of radish leaves
لکش 13 - هچبرت رب ش نزو نازیم رب رون تیفیک ریثات
Fig.13. The effect of light quality on the dry weight of radish leaves a a
ab ab bc
ab
c bc
0 10 20 30 40 50 60 70 80
1 2 3 4 5 6 7 8
Carotenoid (mg g-1)
Treatment
a cd
abc d
ab bdc
e abc
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
1 2 3 4 5 6 7 8
Wet weight (g)
Treatment
a
ab ab b
a ab
c a
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016
1 2 3 4 5 6 7 8
Dry weight (g)
Treatment
یسمش ارسرابدور ،ناراکمه و زرا
ی با ی عونصم رون تارثا ی
خرب رب ی صخاش اه ي گ ي ها حارط رد ی و ...
442
لکش -14 ریثات هچبرت رب دنق نازیم رب رون تیفیک
Fig.14. The effect of light quality on the sugar content of radish leaves
هب هک یشهوژپ رد فیط رثا یسررب روظنم
ریب یروین فیلتتم یاه
ییبآ و زیمرق روین بییکرت هیک داد نایشن جیاتن دش ماجنا وهاک هایگ فیط هب تبسن یرتلااب یزتنسوتف ییاراک شیایمزآ درویم یروین یاه
تشاد
( Shimizu et al., 2011
و دینق یلاایب نازییم ییاتیسارمه .)
م هزیگنر نازی رایمیت رد هیک داد نایشن زیین یزتنسوتف یاه
( B1 G0
)R2
بسانم طیارش هیب تبیسن زتنیسوتف ماجنا و رون بذج یارب یرت
.دراد دوجو یرون یاهرامیت ریاس هزادنا ینامز طقم هس رد هایگ لوط لکیش رد جیایتن و یرییگ
25 هداد ناشن
تسا هدش . لودج هب هجوت اب 1
ییندم فلاتی ا یراد
نییب
رامیت اه رظن زا .تشادن دوجو هایگ لوط جیایتن
زرا یی با ی گ لویط یی ها رد
تی اهرام ی فلتتم ددریگ بایتتنا یبسانم رون تدش رگا هک داد ناشن
پملا یاه یگدییشک هیضراعLED
legginess
روین ایب هیسیاقم رد)
یمن داجیا یدیبط هدیش لییوط هاییگ هقاس یگدیشک للات ا رد .دننک
تیسا نییاپ تیفیک یاراد و فیدض یلو
Javanmardi, 2010
روین .)
یتروص رد یعونصم هب هک
هیضراع تیسا نیکمم دویشن میظنت یتسرد
.دیامن دیدشت ار یگدیشک
لکش 15 - ینامز طقم هس رد هایگ لوط رب رون تیفیک ریثات
Fig.15. The effect of light quality on plant length in three time periods
هجیتن یریگ زا یتیدودحم رگا هک داد ناشن شهوژپ نیا جیاتن ییدیبط رون رظن
تییشک و هییناتلگ دییننام ییاهاییضف رد نییینچمه و یتاییقبط یاییه
هنا راک ییم دویش داجیا یهایگ یاه زا لیصاح یعونیصم روین ناویت
پملا یاه هنیهب تیفیک ردLED
.دویمن ییدیبط روین نیزگیاج ار هدش
سررب ی ت رثا ی اهرام ی رون فلتتم ی
رب رب ی صوص زا ی تا گ ی ها هچبرت کرت هک داد ناشن
ی ب بآ و زمرق رون ی
تروص رد ی زیمرق روین تدیش هیک
بآ رون هب تبسن ی
ب ی رتش م دشاب ی دیناوت اقم رد ی هیس د ایب ی ریگ ت ی ایهرام
ارش ی ط رتهب ی ارب ار ی گ ی ها امن مهارف ی د اریز گ یی ها یم ی دیناوت هیمه ی
ژرنا ی اهرون رد دوجوم ی
بآ و زمرق ی دنک بذج ار ندویب رتیشیب لیلد .
روین هک تسا نیا زمرق رون تدش یریتمک ذویفن تردیق یاراد زیمرق
نآ یارب لیلد نیمه هب تسا یبآ رون هب تبسن تفاب هب دناوتب هک
یاه
شیازفا ار نآ تدش دیاب دنک ذوفن هایگ رد ییبآ و زمرق رون بیکرت .داد
a
d c
d c
d d
b
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
1 2 3 4 5 6 7 8
Sugar (µg g-1)
Treatment
0 2 4 6 8 10 12 14
1 2 3 4 5 6 7 8
Length (cm)
Treatment
second week forth week Fifth week