Skleníkové záhradnícke technológie poľnohospodárskej technikyZverejnené o 17:30 dňa 14. októbra 2022 v Pekingu

S neustálym nárastom globálnej populácie sa dopyt ľudí po potravinách každým dňom zvyšuje a kladú sa vyššie požiadavky na výživu a bezpečnosť potravín.Pestovanie vysoko výnosných a kvalitných plodín je dôležitým prostriedkom na riešenie potravinových problémov.Tradičný spôsob šľachtenia však trvá dlho, kým sa vypestujú vynikajúce odrody, čo obmedzuje pokrok šľachtenia.Pre jednoročné samoopelivé plodiny to môže trvať 10 až 15 rokov od počiatočného kríženia rodičov po produkciu novej odrody.Preto, aby sa urýchlil pokrok šľachtenia plodín, je naliehavé zlepšiť efektivitu šľachtenia a skrátiť generačný čas.

Rýchle šľachtenie znamená maximalizovať rýchlosť rastu rastlín, urýchliť kvitnutie a plodenie a skrátiť cyklus šľachtenia riadením podmienok prostredia v plne uzavretej miestnosti s kontrolovaným prostredím.Rastlinná továreň je poľnohospodársky systém, ktorý dokáže dosiahnuť vysokoúčinnú produkciu plodín prostredníctvom vysoko presnej kontroly životného prostredia v zariadeniach a je ideálnym prostredím pre rýchle šľachtenie.Podmienky prostredia výsadby, ako je svetlo, teplota, vlhkosť a koncentrácia CO2 v továrni sú relatívne kontrolovateľné a nie sú alebo sú menej ovplyvnené vonkajšou klímou.V kontrolovaných podmienkach prostredia môže najlepšia intenzita svetla, doba svetla a teplota urýchliť rôzne fyziologické procesy rastlín, najmä fotosyntézu a kvitnutie, čím sa skráti generačný čas rastu plodín.Použitie technológie továrne na kontrolu rastu a vývoja plodín, zber plodov vopred, pokiaľ niekoľko semien s klíčivosťou dokáže uspokojiť šľachtiteľské potreby.

Fotoperióda, hlavný environmentálny faktor ovplyvňujúci cyklus rastu plodín

Svetelný cyklus označuje striedanie svetlého a tmavého obdobia počas dňa.Svetelný cyklus je dôležitým faktorom, ktorý ovplyvňuje rast, vývoj, kvitnutie a plodenie plodín.Pociťovaním zmeny svetelného cyklu sa plodiny môžu zmeniť z vegetatívneho rastu na reprodukčný rast a dokončiť kvitnutie a rodenie.Rôzne odrody a genotypy plodín majú rôzne fyziologické reakcie na zmeny fotoperiód.Rastliny s dlhým slnečným svitom, keď čas slnečného svitu prekročí kritickú dĺžku slnečného svitu, čas kvitnutia sa zvyčajne urýchli predĺžením fotoperiódy, ako je ovos, pšenica a jačmeň.Kvitnú neutrálne rastliny bez ohľadu na fotoperiódu, ako je ryža, kukurica a uhorka.Rastliny krátkeho dňa, ako je bavlník, sója a proso, potrebujú na rozkvet fotoperiódu kratšiu ako je kritická dĺžka slnečného svitu.V podmienkach umelého prostredia 8 hodín svetla a 30 ℃ vysokej teploty je doba kvitnutia amarantu o viac ako 40 dní skôr ako v poľnom prostredí.Pri ošetrení 16/8 h svetelného cyklu (svetlo/tma) všetkých sedem genotypov jačmeňa kvitlo skoro: Franklin (36 dní), Gairdner (35 dní), Gimmett (33 dní), Commander (30 dní), Fleet (29 dní), Baudin (26 dní) a Lockyer (25 dní).

V umelom prostredí je možné skrátiť rastové obdobie pšenice použitím kultúry embryí na získanie sadeníc a potom ožarovaním počas 16 hodín, čím sa môže každoročne vyprodukovať 8 generácií.Doba rastu hrachu bola skrátená zo 143 dní v poľnom prostredí na 67 dní v umelom skleníku so 16 hodinovým svetlom.Ďalším predĺžením fotoperiódy na 20 hodín a jej kombináciou s 21°C/16°C (deň/noc) možno dobu rastu hrachu skrátiť na 68 dní a rýchlosť tuhnutia semien je 97,8 %.V podmienkach kontrolovaného prostredia, po 20-hodinovom fotoperióde ošetrenia trvá od výsevu po kvitnutie 32 dní a celé obdobie rastu je 62-71 dní, čo je kratšie ako v poľných podmienkach o viac ako 30 dní.V podmienkach umelého skleníka s 22-hodinovou fotoperiódou sa doba kvitnutia pšenice, jačmeňa, repky a cíceru skráti v priemere o 22, 64, 73 a 33 dní.V kombinácii so skorým zberom semien môže klíčivosť semien skorého zberu dosiahnuť v priemere 92 %, 98 %, 89 % a 94 %, čo môže plne uspokojiť potreby šľachtenia.Najrýchlejšie odrody dokážu nepretržite produkovať 6 generácií (pšenica) a 7 generácií (pšenica).Pod podmienkou 22-hodinovej fotoperiódy sa doba kvitnutia ovsa skrátila o 11 dní a 21 dní po odkvitnutí bolo zaručených aspoň 5 životaschopných semien a päť generácií sa mohlo nepretržite rozmnožovať každý rok.V umelom skleníku s 22-hodinovým osvetlením sa obdobie rastu šošovice skráti na 115 dní a dokáže sa rozmnožovať 3-4 generácie ročne.Pri 24-hodinovom nepretržitom osvetlení v umelom skleníku sa rastový cyklus arašidov skráti zo 145 dní na 89 dní a počas jedného roka sa môže rozmnožovať 4 generácie.

Kvalita svetla

Svetlo zohráva dôležitú úlohu pri raste a vývoji rastlín.Svetlo môže ovládať kvitnutie ovplyvnením mnohých fotoreceptorov.Pre kvitnutie plodín je veľmi dôležitý pomer červeného svetla (R) k modrému svetlu (B).Vlnová dĺžka červeného svetla 600 ~ 700 nm obsahuje absorpčný vrchol chlorofylu 660 nm, ktorý môže účinne podporovať fotosyntézu.Vlnová dĺžka modrého svetla 400 ~ 500 nm ovplyvní fototropizmus rastlín, otvorenie prieduchov a rast sadeníc.V pšenici je pomer červeného svetla k modrému svetlu asi 1, čo môže vyvolať kvitnutie najskôr.Pri svetlej kvalite R:B=4:1 sa skrátila doba rastu stredne a neskorých odrôd sóje zo 120 dní na 63 dní, znížila sa výška rastlín a nutričná biomasa, ale úroda semena nebola ovplyvnená. , ktorý mohol uspokojiť aspoň jedno semeno na rastlinu a priemerná klíčivosť nezrelých semien bola 81,7 %.Za podmienok 10-hodinového osvetlenia a doplnku modrým svetlom sa rastliny sóje stali krátkymi a silnými, rozkvitli 23 dní po zasiatí, dozreli do 77 dní a mohli sa rozmnožovať 5 generácií za jeden rok.

Pomer červeného svetla k ďaleko červenému svetlu (FR) ovplyvňuje aj kvitnutie rastlín.Fotosenzitívne pigmenty existujú v dvoch formách: absorpcia ďalekého červeného svetla (Pfr) a absorpcia červeného svetla (Pr).Pri nízkom pomere R:FR sa fotosenzitívne pigmenty premieňajú z Pfr na Pr, čo vedie ku kvitnutiu rastlín s dlhým dňom.Použitie LED svetiel na reguláciu vhodného R:FR(0,66~1,07) môže zvýšiť výšku rastlín, podporiť kvitnutie rastlín s dlhým dňom (ako je ranná sláva a snapdragon) a inhibovať kvitnutie rastlín krátkeho dňa (ako je nechtík ).Keď je R:FR väčšie ako 3,1, doba kvitnutia šošovice sa oneskorí.Zníženie R:FR na 1,9 môže dosiahnuť najlepší efekt kvitnutia a môže kvitnúť na 31. deň po zasiatí.Vplyv červeného svetla na inhibíciu kvitnutia je sprostredkovaný fotosenzitívnym pigmentom Pr.Štúdie poukázali na to, že keď je R:FR vyššie ako 3,5, doba kvitnutia piatich strukovín (hrach, cícer, fazuľa, šošovica a vlčí bôb) sa oneskorí.V niektorých genotypoch amarantu a ryže sa používa ďalekočervené svetlo na urýchlenie kvitnutia o 10 dní, respektíve 20 dní.

Hnojivo CO₂

CO₂je hlavným zdrojom uhlíka pri fotosyntéze.Vysoká koncentrácia CO₂môže zvyčajne podporovať rast a rozmnožovanie letničiek C3, zatiaľ čo nízka koncentrácia CO₂môže znížiť rast a reprodukčný výnos v dôsledku obmedzenia uhlíka.Napríklad fotosyntetická účinnosť rastlín C3, ako je ryža a pšenica, sa zvyšuje s nárastom CO₂čo vedie k zvýšeniu biomasy a skorému kvitnutiu.Aby sme si uvedomili pozitívny vplyv CO₂zvýšenie koncentrácie, môže byť potrebné optimalizovať zásobovanie vodou a živinami.Preto môže hydropónia pod podmienkou neobmedzených investícií naplno uvoľniť rastový potenciál rastlín.Nízky obsah CO₂koncentrácia oneskorila čas kvitnutia Arabidopsis thaliana, zatiaľ čo vysoký CO₂koncentrácia urýchlila dobu kvitnutia ryže, skrátila obdobie rastu ryže na 3 mesiace a množila sa 4 generácie ročne.Doplnením CO₂na 785,7 μmol/mol v umelom rastovom boxe sa šľachtiteľský cyklus odrody sóje 'Enrei' skrátil na 70 dní a za jeden rok mohla plodiť 5 generácií.Keď CO₂koncentrácia sa zvýšila na 550 μmol/mol, kvitnutie Cajanus cajan sa oneskorilo o 8 ~ 9 dní a čas sadenia a dozrievania ovocia sa tiež oneskoril o 9 dní.Cajanus cajan akumuloval nerozpustný cukor pri vysokom CO₂koncentrácie, čo môže ovplyvniť prenos signálu rastlín a oddialiť kvitnutie.Navyše v rastovej miestnosti so zvýšeným CO₂, počet a kvalita kvetov sóje sa zvyšuje, čo vedie k hybridizácii, a jej miera hybridizácie je oveľa vyššia ako u sóje pestovanej na poli.

Vyhliadky do budúcnosti

Moderné poľnohospodárstvo dokáže urýchliť proces šľachtenia plodín prostredníctvom alternatívneho chovu a zariadením chovu.Tieto metódy však majú určité nedostatky, ako sú prísne geografické požiadavky, nákladné riadenie pracovnej sily a nestabilné prírodné podmienky, ktoré nemôžu zaručiť úspešný zber semien.Objektový chov je ovplyvnený klimatickými podmienkami a čas na doplnenie generácie je obmedzený.Šľachtenie molekulárnych markerov však len urýchľuje selekciu a určovanie cieľových znakov šľachtenia.V súčasnosti sa technológia rýchleho šľachtenia aplikovala na Gramineae, Leguminosae, Cruciferae a iné plodiny.Rýchle generačné šľachtenie rastlín sa však úplne zbavuje vplyvu klimatických podmienok a môže regulovať rastové prostredie podľa potrieb rastu a vývoja rastlín.Účinným spojením technológie rýchleho šľachtenia v závode s tradičným šľachtením, šľachtením pomocou molekulárnych markerov a inými šľachtiteľskými metódami, pod podmienkou rýchleho šľachtenia, možno skrátiť čas potrebný na získanie homozygotných línií po hybridizácii a zároveň je možné skrátiť skoré generácie. vybrané na skrátenie času potrebného na získanie ideálnych vlastností a chovných generácií.

Kľúčovým obmedzením technológie rýchleho šľachtenia rastlín v továrňach je to, že podmienky prostredia potrebné na rast a vývoj rôznych plodín sú značne odlišné a získanie podmienok prostredia na rýchle šľachtenie cieľových plodín trvá dlho.Zároveň z dôvodu vysokých nákladov na výstavbu a prevádzku závodu je ťažké uskutočniť rozsiahly aditívny šľachtiteľský experiment, čo často vedie k obmedzenej úrode semien, čo môže obmedziť následné hodnotenie charakteru poľa.Postupným zdokonaľovaním a zdokonaľovaním zariadenia a technológie závodu sa postupne znižujú náklady na výstavbu a prevádzku závodu.Je možné ďalej optimalizovať technológiu rýchleho šľachtenia a skrátiť cyklus šľachtenia efektívnou kombináciou technológie rýchleho šľachtenia v závode s inými technikami šľachtenia.

KONIEC

Citované informácie

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Pokrok vo výskume technológie rýchleho šľachtenia továrne [J].Technológia poľnohospodárskej techniky, 2022,42(22):46-49.