Effects of far red and green light on yield and quality parameters of lettuce in a soilless vertical indoor farm
Uzak kırmızı ve yeşil ışığın topraksız kapalı dikey tarım tesisinde üretilen marullarda verime ve kalite parametrelerine etkisi
- Tez No: 1001554
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BAHAR YILDIZ KUTMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Biyoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Işık spektrumu, fotosentez, bitki morfolojisi, fizyolojik süreçler ve ikincil metabolit biyosentezinin düzenlenmesinde büyük rol oynar. Bitki büyümesinin tamamen yapay ışığa bağlı olduğu kapalı dikey tarım tesislerinde, fotoperiyot ve ışık yoğunluğuyla birlikte ışık spektrumunun optimize edilmesi, verim kalite ve kaynak kullanım verimliliği için çok önemlidir. Her spektral bant, bitki gelişimini farklı şekilde etkiler. Fotosentetik pigmentler tarafından verimli bir şekilde emilen kırmızı (R) ve mavi (B) ışıklar, bitki fizyolojisi ve gelişimi üzerindeki etkileri açısından yaygın olarak incelenmiştir. Bir zamanlar düşük klorofil emilimi nedeniyle daha az önemli kabul edilen yeşil (G) ışık, kanopiye ve gölge alanlara daha derin nüfuz etmesi, tüm gölgelik fotosentezini ve büyüme homojenliğini iyileştirmesi nedeniyle önem kazanmaktadır. Uzak kırmızı (Fr) ışık, kırmızı ışıkla birleştirildiğinde Emerson etkisi yoluyla fotosentetik verimliliği arttırabilir, ancak yüksek seviyeler gölge kaçınma sendromuna neden olabilir. Optimal spektrumlar, bitki ve sisteme göre değişir ve verimi en üst düzeye çıkaran koşullar, kaliteyi en üst düzeye çıkaran koşullarla örtüşmeyebilir. Bu çalışma, besin filmi tekniği (NFT) kullanılarak kontrollü bir dikey tarım tesisinde marulun (Lactuca sativa L.cv. Levistro) büyümesi, mineral alımı ve besin kalitesi üzerindeki farklı ışık spektrumlarının etkilerini incelemiştir. Üç büyüme döngüsü boyunca Fr ışık etkileri Fr- (R88B12), Fr+ (R88B12Fr6) ve Fr++ (R88B12Fr12) spektrumları kullanılarak test edilmiştir. En yüksek biyokütleyi veren spektrum daha sonra 228,9 ± 4,2 µmol m-2s-1'de sabit PPFD korunarak, yeşil eklenmiş bir versiyonla (G; R78B11Fr5G11) karşılaştırılmıştır. Mineral alımıyla bağlantıları araştırmak için, her döngüdeki bitkilerin yarısı hasattan önce 5 günlük bir besin tükenme sürecine tabi tutulurken, diğerlerine besin verilmeye devam edilmiştir. Orta düzeyde Fr (Fr+), Fr- ve Fr++'ya kıyasla verimi arttırmıştır. R ve B'nin bir kısmının G ışıkla değiştirilmesi biyokütleyi azaltmış ancak sağlıkla ilgili minerallerinin (Ca, K, Mg, P, Fe, Zn) konsantrasyonlarını sadece konsantrasyon etkisinin ötesinde önemli ölçüde arttırmıştır. Nitrat seviyeleri tüm uygulamalarda güvenlik sınırlarının altında kalmıştır. C vitamini spektrumdan etkilenmezken, toplam fenolikler ve antioksidan aktivite Fr tamamen dışlandığında azalmıştır. Bu kalite özellikleri için Fr+ ve G spektrumları benzer performans gösterdiği bulunmuştur. Tükenme, Y ışık altında sabit kalması dışında, biyokütleyi azaltmıştır. Tükenme gruplarındaki bitkilerde, spektrumdan bağımsız olarak, çeşitli minerallerin (örneğin K, P, Fe, Mn) konsantrasyonları 2-4 gün içerisinde tespit edilemeyecek seviyelere düşmüştür. Bu bulgular, dikey tarım tesislerinde yetiştirilen yeşil marulun hem verimini hem de kalitesini belirlemede ışık spektral bileşiminin kritik önemini vurgulamaktadır. Yüksek verim ve arttırılmış antioksidan aktivite elde etmek için orta oranda uzak kırmızı ışık gereklidir. Toplam PPFD sabit tutulduğunda spektruma yeşil ışığın dahil edilmesi, verimde minimum düzeyde taviz vererek besin kalitesi açısından faydalar sağlayabilir. Bu çalışmaya katkılarında dolayı Plant Factory'e teşekkür ederiz.
Özet (Çeviri)
Light spectrum plays major role in regulating photosynthesis, plant morphogenesis, physiological processes, and secondary metabolite biosynthesis. In indoor vertical farms, where crop growth fully depends on artificial light, optimizing the light spectrum, along with photoperiod and intensity, is crucial for yield, quality and resource-use efficiency. Each spectral band uniquely influences plant development. Red (R) and Blue (B) lights, efficiently absorbed by photosynthetic pigments, have been widely studied for their effects on crop physiology and development. Green (G) light, once considered less important due to low chlorophyll absorption, is now appreciated for its deeper penetration into leaves and canopies, improving whole-canopy photosynthesis and growth uniformity. Far-red (Fr) light can enhance photosynthetic efficiency via the Emerson effect when combined with red light, though high levels may induce shade-avoidance syndrome. Optimal spectra vary by crop, and conditions maximizing yield may not align with those that maximize quality. This study examined how varying light spectra affect growth, mineral uptake, and nutritional quality of lettuce (Lactuca sativa L. cv. Levistro) in a controlled vertical farm using the nutrient film technique (NFT). Across three growth cycles, Fr light effects were tested using Fr- (R88B12), Fr+ (R88B12Fr6), and Fr++ (R88B12Fr12) spectra. The spectrum yielding the highest biomass was then compared with a green-enriched version (R78B11Fr5G11), maintaining constant PPFD at 228.9 ± 4.8 µmol m-2s-1. To investigate links with mineral uptake, half of the plants in each cycle underwent a 5-day nutrient depletion period before harvest, while the others received continuous nutrient supply. Moderate Fr (Fr+) increased yield by versus Fr- or Fr++. Substituting parts of R and B with G light reduced biomass but significantly boosted concentrations of health-related minerals (Ca, K, Mg, P, Fe, Zn) beyond a mere concentration effect. Nitrate levels stayed below safety limits in all treatments. Vitamin C was unaffected by spectrum, while total phenolics and antioxidant activity declined when Fr was fully excluded. For these quality traits, Fr+ and G spectra performed similarly. Depletion reduced biomass by except under G light, where it remained stable. In plants in the depletion groups, concentrations of several minerals (e.g., K, P, Fe, Mn) dropped to undetectable levels within 2-4 days, regardless of spectrum. These findings highlight the critical importance of spectral composition in determining both the yield and quality of green lettuce grown in plant factories. A moderate proportion of far-red light is essential for achieving high yields and enhanced antioxidant activity. When total PPDF is kept constant, the inclusion of green light in the spectrum may offer nutritional quality benefits, with only minimal compromises in yield. We thank Plant Factory for their contributions to this study.
Benzer Tezler
- Synthesis and development of new fluorenyl substituted phthalocyanines for biological applications
Biyolojik uygulamalar için yeni fluorenil sübstitüe ftalosiyaninlerin sentezi ve geliştirilmesi
BAHAREH SAJJADİFARD
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYFER KALKAN BURAT
- Uydu verileri ile İstanbul Boğazı ve Haliç'de su kirliliğinin makro düzeyde belirlenmesi
Intrepretation at macro level as pollution of water resources of remotely sensed data of Bosphorus and golden horn estuary by an unsupervised and supervised classification method
H.GONCA COŞKUN
- Novel quantum dot and fluorescent protein based liquidlight-emitting diodes and luminescent solar concentrators
Yeni kuantum nokta ve floresan protein tabanlı sıvı ışık yayan diyotlar ve lüminesans güneş konsantratörleri
SADRA SADEGHI
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT NİZAMOĞLU
- Uzaktan algılama verileriyle orman yangını analizi
Forest fire analysis with remote sensing data
COŞKUN ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ SUNAR
- Ftalosiyaninlerin fotokatalitik uygulamaları
Photocatalytic applications of phthalocyanines
ANIL BERK ERGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET GÜL
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ