Technológia poľnohospodárskeho inžinierstva v skleníkuPublikované o 17: 30 14. októbra 2022 v Pekingu

S neustálym zvyšovaním globálnej populácie sa dopyt ľudí po potravinách každým dňom zvyšuje a vyššie požiadavky na výživu a bezpečnosť potravín sa predkladajú. Pestovanie vysokých výnosných a vysokokvalitných plodín je dôležitým prostriedkom na riešenie problémov s potravinami. Tradičná metóda šľachtenia však trvá dlho, kým sa kultivuje vynikajúce odrody, čo obmedzuje pokrok šľachtenia. Pri ročných plodinách samovzovávania môže trvať 10 ~ 15 rokov od počiatočného prechádzania rodičom po výrobu novej odrody. Preto, aby sa urýchlil pokrok šľachtenia plodín, je naliehavé zlepšiť účinnosť šľachtenia a skrátiť čas na výrobu.

Rýchle rozmnožovanie prostriedkov na maximalizáciu rýchlosti rastu rastlín, zrýchlenie kvitnutia a plodenia a skrátenie chovného cyklu kontrolou podmienok prostredia v plne uzavretej kontrolovanej rastovej miestnosti prostredia. Plant Factory je poľnohospodársky systém, ktorý môže dosiahnuť vysokoúčinnú produkciu plodín prostredníctvom vysoko presnej kontroly životného prostredia v zariadeniach a je ideálnym prostredím pre rýchle šľachtenie. Podmienky prostredia výsadby, ako sú svetlo, teplota, vlhkosť a koncentrácia CO2 v továrni, sú relatívne kontrolovateľné a vonkajšie podnebie nie sú ovplyvnené alebo menej ovplyvnené. Za riadených podmienok prostredia môže najlepšia intenzita svetla, čas a teplota svetla urýchliť rôzne fyziologické procesy rastlín, najmä fotosyntéza a kvitnutie, čím sa skráti čas tvorby rastu plodín. Používanie továrne na rastlinnú továrňu na kontrolu rastu a vývoja plodín, zber ovocia vopred, pokiaľ niekoľko semien so schopnosťou klíčenia môže uspokojiť potreby šľachtenia.

Fotoperiod, hlavný environmentálny faktor ovplyvňujúci rast rastového cyklu plodín

Svetlý cyklus sa vzťahuje na striedanie obdobia svetla a tmavého obdobia za deň. Svetlý cyklus je dôležitým faktorom, ktorý ovplyvňuje rast, vývoj, kvitnutie a plodenie plodín. Vnímaním zmeny svetelného cyklu sa môžu plodiny zmeniť z vegetatívneho rastu na reprodukčný rast a úplné kvitnutie a plodenie. Rôzne odrody plodín a genotypy majú rôzne fyziologické reakcie na zmeny fotoperiódy. Rastliny s dlhým svitom, keď čas slnečného žiarenia presahuje kritickú dĺžku slnečného svitu, čas kvitnutia sa zvyčajne zrýchľuje predĺžením fotoperiódy, ako je ovos, pšenica a jačmeň. Neutrálne rastliny, bez ohľadu na fotoperiódu, kvitnú, ako je ryža, kukurica a uhorka. Rastliny s krátkym dňom, ako je bavlna, sójová bôby a proso, potrebujú kvitnúť fotoperiódu nižšie ako kritická dĺžka slnečného svitu. V podmienkach umelého prostredia 8h svetla a 30 ℃ vysokej teploty je čas kvitnutia amarantu o viac ako 40 dní skôr ako v poľnom prostredí. Pri liečbe 16/8 h svetla (svetlo/tmavé) kvitol všetkých sedem genotypov jačmeňa skoro: Franklin (36 dní), Gairdner (35 dní), Gimmett (33 dní), veliteľ (30 dní), flotila (29 dní (29 dní), flotila (29 Dni), Baudin (26 dní) a Lockyer (25 dní).

V umelom prostredí je možné rastové obdobie pšenice skrátiť použitím embryí kultúry na získanie sadeníc a potom ožarovanie počas 16 hodín a 8 generácií sa môže vyrábať každý rok. Obdobie rastu PEA sa skrátilo zo 143 dní v poľnom prostredí na 67 dní v umelom skleníku so 16h svetlom. Ďalším predĺžením fotoperiódy na 20 hodín a jeho kombináciou s 21 ° C/16 ° C (deň/noc) sa môže rastové obdobie skrátiť na 68 dní a miera nastavenia semien je 97,8%. V stave kontrolovaného prostredia, po 20 hodinách ošetrenia fotoperiódy, trvá 32 dní od siatia po kvitnutie a celé obdobie rastu je 62-71 dní, čo je kratšie ako v poľných podmienkach o viac ako 30 dní. Pod podmienkou umelého skleníka s 22h fotoperiodom sa čas kvitnutia pšenice, jačmeňa, znásilnenia a cíceru skráti v priemere o 22, 64, 73 a 33 dní. V kombinácii s predčasným zberom semien môže miera klíčenia semien skorého zberu dosiahnuť 92%, 98%, 89% a 94% v priemere, čo môže plne uspokojiť potreby šľachtenia. Najrýchlejšie odrody môžu nepretržite produkovať 6 generácií (pšenice) a 7 generácií (pšenica). V stave 22-hodinovej fotoperiódy sa čas kvitnutia ovsa skrátil o 11 dní a 21 dní po kvitnutí, bolo možné zaručiť najmenej 5 životaschopných semien a každý rok sa mohlo neustále šíriť päť generácií. V umelom skleníku s 22-hodinovým osvetlením sa obdobie rastu šošovky skráti na 115 dní a môžu sa reprodukovať po dobu 3-4 generácií ročne. Pod podmienkou 24-hodinového nepretržitého osvetlenia v umelom skleníku sa rastový cyklus arašidu zníži zo 145 dní na 89 dní a môže sa šíriť počas 4 generácií za jeden rok.

Kvalita svetla

Svetlo zohráva dôležitú úlohu pri raste a rozvoji rastlín. Svetlo môže ovládať kvitnutie ovplyvňovaním mnohých fotoreceptorov. Pomer červeného svetla (R) k modrému svetlu (B) je veľmi dôležitý pre kvitnutie plodín. Vlnová dĺžka červeného svetla 600 až 700 nm obsahuje absorpčný vrchol chlorofylu 660nm, ktorý môže účinne podporovať fotosyntézu. Vlnová dĺžka modrého svetla 400 až 500 nm ovplyvní fototropizmus rastlín, otvorenie stomatálu a rast sadeníc. V pšenici je pomer červeného svetla k modrému svetlu asi 1, čo môže vyvolať kvitnutie najskôr. V rámci kvality svetla R: B = 4: 1 sa obdobie rastu stredných a neskorých odrôd sóje skrátilo zo 120 dní na 63 dní a výška rastlín a výživová biomasa sa znížila, ale výťažok semien nebol ovplyvnený , čo by mohlo uspokojiť aspoň jedno semeno na rastlinu a priemerná miera klíčenia nezrelé semená bola 81,7%. Pod podmienkou 10h osvetlenia a doplnku modrého svetla sa rastliny sójových bôbov stali krátkymi a silnými, rozkvitovanými 23 dní po siate, dozreli do 77 dní a mohli sa reprodukovať po 5 generáciách za jeden rok.

Pomer červeného svetla k vzdialenému červenému svetlu (FR) tiež ovplyvňuje kvitnutie rastlín. Fotografické pigmenty existujú v dvoch formách: ďaleko absorpcia červeného svetla (PFR) a absorpcia červeného svetla (PR). Pri nízkom pomere R: FR sa fotosenzitívne pigmenty premieňajú z PFR na PR, čo vedie k kvitnutiu dlhých rastlín. Použitie LED svetla na reguláciu vhodného R: FR (0,66 ~ 1,07) môže zvýšiť výšku rastlín, podporovať kvitnutie dlhých rastlín (ako je ranná sláva a snapdragón) a inhibovať kvitnutie krátkodobých rastlín (napríklad nechty ). Keď je R: FR väčší ako 3,1, čas kvitnutia šošovky sa oneskorí. Zníženie R: FR na 1,9 môže získať najlepší kvitnúci efekt a môže kvitnúť 31. deň po siate. Vplyv červeného svetla na inhibíciu kvitnutia je sprostredkovaný fotosenzitívnym pigmentom pr. Štúdie poukázali na to, že keď je R: FR vyšší ako 3,5, čas kvitnutia piatich strukovín (hrach, cícer, široký fazuľa, šošovica a lupín) sa oneskorí. V niektorých genotypoch amarantského a ryže sa ďalekohľadové svetlo používa na pokrok kvitnutia o 10 dní a 20 dní.

Hnojivo₂

CO₂je hlavným zdrojom uhlíka fotosyntézy. Vysoká koncentrácia CO₂môže zvyčajne podporovať rast a reprodukciu ročníkov C3, zatiaľ čo nízka koncentrácia CO₂môže znížiť výťažok rastu a reprodukcie v dôsledku obmedzenia uhlíka. Napríklad fotosyntetická účinnosť rastlín C3, ako je ryža a pšenica, sa zvyšuje so zvýšením CO₂úroveň, čo vedie k zvýšeniu biomasy a skorého kvitnutia. Za účelom uvedomenia si pozitívneho vplyvu CO₂Zvýšenie koncentrácie, môže byť potrebné optimalizovať dodávku vody a živín. Preto, za podmienky neobmedzených investícií, hydroponika môže úplne uvoľniť rastový potenciál rastlín. Nízka spoločnosť₂koncentrácia oneskorila dobu kvitnutia Arabidopsis thaliana, zatiaľ čo vysoká co₂Koncentrácia urýchlila čas kvitnutia ryže, skrátila obdobie rastu ryže na 3 mesiace a propagovala 4 generácie ročne. Doplnením CO₂Do 785,7 μmol/mol V boxe na umelé rastie bol šľachtiteľský cyklus sójovej odrody „Enrei“ skrátený na 70 dní a za rok mohol chovať 5 generácií. Keď co₂Koncentrácia sa zvýšila na 550 μmol/mol, kvitnutie Cajanus cajan sa oneskorilo na 8 až 9 dní a nastavenie ovocia a čas dozrievania boli tiež oneskorené na 9 dní. Cajanus cajan nazhromaždil nerozpustný cukor pri vysokej CO₂koncentrácia, ktorá môže ovplyvniť prenos signálu rastlín a oneskorenie kvitnutia. Okrem toho v rastovej miestnosti so zvýšeným CO₂, počet a kvalita sójových kvetov sa zvyšuje, čo vedie k hybridizácii a jeho miera hybridizácie je oveľa vyššia ako počet sójových bôbov pestovaných v teréne.

Budúce vyhliadky

Moderné poľnohospodárstvo môže urýchliť proces šľachtenia plodín pomocou alternatívneho rozmnožovania a rozmnožovania zariadení. V týchto metódach však existujú určité nedostatky, napríklad prísne geografické požiadavky, drahé riadenie práce a nestabilné prírodné podmienky, ktoré nemôžu zaručiť úspešnú úrodu semien. Šľachtenie zariadení je ovplyvnené klimatickými podmienkami a čas na pridanie generácie je obmedzený. Šľachtenie molekulárnych markerov však iba urýchľuje výber a stanovenie cieľových vlastností rozmnožovania. V súčasnosti sa na Graineae, Leguminosae, Cruciferae a ďalších plodinách použila technológia rýchleho šľachtenia. Šľachtenie rýchlej generácie rastlín sa však úplne zbavuje vplyvu klimatických podmienok a môže regulovať rastové prostredie podľa potrieb rastu a vývoja rastlín. Kombinácia technológie rýchleho šľachtenia rastlín s tradičným šľachtením, šľachtením molekulárnych markerov a ďalšími metódami šľachtenia, za podmienky rýchleho šľachtenia, čas potrebný na získanie homozygotných línií po hybridizácii je možné skrátiť a zároveň môžu byť skoré generácie Vybraný 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 rozvoj rôznych plodín sú celkom odlišné a získanie podmienok prostredia na rýchle šľachtenie cieľových plodín trvá dlho. Zároveň je z dôvodu vysokých nákladov na výstavbu a prevádzku v továrni na rastliny ťažké vykonať rozsiahly experiment s aditívnymi šľachtením, ktorý často vedie k obmedzenému výnosu osiva, čo môže obmedziť vyhodnotenie následného poľa. Vďaka postupnému zlepšovaniu a zlepšeniu zariadení a technológií závodov na rastliny sa náklady na výstavbu a prevádzku v továrni na rastliny postupne znižujú. Je možné ďalej optimalizovať technológiu rýchleho šľachtenia a skrátiť cyklus šľachtenia účinnou kombináciou technológie rýchleho šľachtenia rastlín s inými technikami šľachtenia.

Ukončiť

Citované informácie

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Výskum pokroku v továrni rastlín Rapid Fineing Technology [J]. Technológia Agricultural Engineering, 2022,42 (22): 46-49.