Tehnologia ingineriei agricole horticole cu efect de serăPublicat la 17:30 pe 14 octombrie 2022 la Beijing

Odată cu creșterea continuă a populației globale, cererea oamenilor de alimente crește pe zi ce trece și sunt prezentate cerințe mai mari pentru nutriția și siguranța alimentelor.Cultivarea culturilor cu randament ridicat și de înaltă calitate este un mijloc important de rezolvare a problemelor alimentare.Cu toate acestea, metoda tradițională de ameliorare durează mult timp pentru a cultiva soiuri excelente, ceea ce limitează progresul înmulțirii.Pentru culturile anuale cu autopolenizare, poate dura 10 ~ 15 ani de la încrucișarea inițială a părinților până la producerea unui nou soi.Prin urmare, pentru a accelera progresul ameliorării culturilor, este urgent să se îmbunătățească eficiența reproducerii și să se scurteze timpul de generare.

Înmulțirea rapidă înseamnă maximizarea ratei de creștere a plantelor, accelerarea înfloririi și fructificarea și scurtarea ciclului de reproducere prin controlul condițiilor de mediu într-o cameră de creștere controlată complet închisă.Fabrica de plante este un sistem agricol care poate obține o producție de cultură de înaltă eficiență prin controlul de înaltă precizie a mediului în instalații și este un mediu ideal pentru reproducere rapidă.Condițiile mediului de plantare, cum ar fi lumina, temperatura, umiditatea și concentrația de CO2 din fabrică sunt relativ controlabile și nu sunt sau mai puțin afectate de clima externă.În condiții de mediu controlate, cea mai bună intensitate a luminii, timpul de lumină și temperatură pot accelera diferite procese fiziologice ale plantelor, în special fotosinteza și înflorirea, scurtând astfel timpul de generare a creșterii culturilor.Folosind tehnologia fabricii de plante pentru a controla creșterea și dezvoltarea culturilor, recoltând fructele în avans, atâta timp cât câteva semințe cu capacitate de germinare pot satisface nevoile de reproducere.

Fotoperioada, principalul factor de mediu care afectează ciclul de creștere a culturilor

Ciclul luminii se referă la alternanța perioadei de lumină și a perioadei întunecate într-o zi.Ciclul luminii este un factor important care afectează creșterea, dezvoltarea, înflorirea și fructificarea culturilor.Prin sesizarea schimbării ciclului luminii, culturile se pot schimba de la creșterea vegetativă la creșterea reproductivă și înflorirea și fructificarea completă.Diferite soiuri și genotipuri de culturi au răspunsuri fiziologice diferite la modificările fotoperioadei.Plante cu soare lung, odată ce timpul de soare depășește lungimea critică a soarelui, timpul de înflorire este de obicei accelerat de prelungirea fotoperioadei, cum ar fi ovăzul, grâul și orzul.Plantele neutre, indiferent de fotoperioadă, vor înflori, cum ar fi orezul, porumbul și castravetele.Plantele de zi scurtă, cum ar fi bumbacul, soia și meiul, au nevoie de o fotoperioadă mai mică decât lungimea critică a soarelui pentru a înflori.În condițiile mediului artificial de 8 ore de lumină și 30 ℃ temperatură ridicată, timpul de înflorire a amarantului este cu mai mult de 40 de zile mai devreme decât cel din mediul de câmp.Sub tratamentul unui ciclu de lumină de 16/8 ore (lumină/întuneric), toate cele șapte genotipuri de orz au înflorit devreme: Franklin (36 de zile), Gairdner (35 de zile), Gimmett (33 de zile), Commander (30 de zile), Fleet (29 de zile). zile), Baudin (26 de zile) și Lockyer (25 de zile).

În mediul artificial, perioada de creștere a grâului poate fi scurtată prin utilizarea culturii de embrioni pentru a obține puieți, iar apoi iradierea timp de 16 ore și se pot produce 8 generații în fiecare an.Perioada de creștere a mazării a fost scurtată de la 143 de zile în mediu de câmp la 67 de zile în seră artificială cu 16 ore de lumină.Prin prelungirea în continuare a fotoperioadei la 20 ore și combinând-o cu 21°C/16°C (zi/noapte), perioada de creștere a mazărei poate fi scurtată la 68 de zile, iar rata de întărire a semințelor este de 97,8%.În condiții de mediu controlat, după 20 de ore de tratament fotoperiodat, durează 32 de zile de la însămânțare până la înflorire, iar întreaga perioadă de creștere este de 62-71 de zile, ceea ce este mai scurt decât cel din câmp cu mai mult de 30 de zile.În condiția serei artificiale cu fotoperioadă de 22 de ore, timpul de înflorire a grâului, orzului, rapiței și năutului se scurtează în medie cu 22, 64, 73 și, respectiv, 33 de zile.Combinată cu recoltarea timpurie a semințelor, ratele de germinare ale semințelor de recoltare timpurie pot ajunge în medie la 92%, 98%, 89% și, respectiv, 94%, ceea ce poate satisface pe deplin nevoile de reproducere.Cele mai rapide soiuri pot produce continuu 6 generații (grâu) și 7 generații (grâu).În condiția fotoperioadei de 22 de ore, timpul de înflorire a ovăzului a fost redus cu 11 zile, iar la 21 de zile după înflorire se puteau garanta cel puțin 5 semințe viabile, iar cinci generații au putut fi înmulțite continuu în fiecare an.În sera artificială cu iluminare de 22 de ore, perioada de creștere a lintei se scurtează la 115 zile și se pot reproduce timp de 3-4 generații pe an.În condițiile iluminării continue de 24 de ore în seră artificială, ciclul de creștere al arahidei este redus de la 145 de zile la 89 de zile și poate fi înmulțit timp de 4 generații într-un an.

Calitate luminii

Lumina joacă un rol vital în creșterea și dezvoltarea plantelor.Lumina poate controla înflorirea afectând mulți fotoreceptori.Raportul dintre lumina roșie (R) și lumina albastră (B) este foarte important pentru înflorirea culturilor.Lungimea de undă a luminii roșii de 600 ~ 700 nm conține vârful de absorbție al clorofilei de 660 nm, care poate promova eficient fotosinteza.Lungimea de undă a luminii albastre de 400 ~ 500 nm va afecta fototropismul plantelor, deschiderea stomatică și creșterea răsadurilor.La grâu, raportul dintre lumina roșie și lumina albastră este de aproximativ 1, ceea ce poate induce înflorirea cel mai devreme.Sub calitatea luminii R:B=4:1, perioada de creștere a soiurilor de soia cu maturare medie și târzie a fost scurtată de la 120 de zile la 63 de zile, iar înălțimea plantei și biomasa nutrițională au fost reduse, dar randamentul semințelor nu a fost afectat. , care putea satisface cel puțin o sămânță per plantă, iar rata medie de germinare a semințelor imature a fost de 81,7%.În condiția de iluminare de 10 ore și supliment de lumină albastră, plantele de soia au devenit scurte și puternice, au înflorit la 23 de zile după însămânțare, s-au maturizat în 77 de zile și s-au putut reproduce timp de 5 generații într-un an.

Raportul dintre lumina roșie și lumina roșie îndepărtată (FR) afectează, de asemenea, înflorirea plantelor.Pigmenții fotosensibili există în două forme: absorbția luminii roșii îndepărtate (Pfr) și absorbția luminii roșii (Pr).La un raport R:FR scăzut, pigmenții fotosensibili sunt transformați din Pfr în Pr, ceea ce duce la înflorirea plantelor de zi lungă.Utilizarea luminilor LED pentru a regla R:FR(0,66~1,07) adecvat poate crește înălțimea plantelor, poate promova înflorirea plantelor de zi lungă (cum ar fi gloria dimineții și mucusul) și poate inhiba înflorirea plantelor de zi scurtă (cum ar fi gălbenele). ).Când R:FR este mai mare de 3,1, timpul de înflorire a lintei este întârziat.Reducerea R:FR la 1,9 poate obține cel mai bun efect de înflorire și poate înflori în a 31-a zi după însămânțare.Efectul luminii roșii asupra inhibării înfloririi este mediat de pigmentul fotosensibil Pr.Studiile au arătat că atunci când R:FR este mai mare de 3,5, timpul de înflorire a cinci plante leguminoase (mazăre, năut, fasole, linte și lupin) va fi întârziat.La unele genotipuri de amarant și orez, lumina roșie îndepărtată este folosită pentru a avansa înflorirea cu 10 zile și, respectiv, 20 de zile.

Îngrășământ CO₂

CO₂este principala sursă de carbon a fotosintezei.Concentrație mare de CO₂poate promova de obicei creșterea și reproducerea anualelor C3, în timp ce concentrația scăzută de CO₂poate reduce creșterea și randamentul de reproducere din cauza limitării carbonului.De exemplu, eficiența fotosintetică a plantelor C3, cum ar fi orezul și grâul, crește odată cu creșterea CO₂nivel, având ca rezultat creșterea biomasei și înflorirea timpurie.Pentru a realiza impactul pozitiv al CO₂creșterea concentrației, poate fi necesară optimizarea aprovizionării cu apă și nutrienți.Prin urmare, sub condiția investițiilor nelimitate, hidroponia poate elibera pe deplin potențialul de creștere al plantelor.CO scăzut₂concentrația a întârziat timpul de înflorire a Arabidopsis thaliana, în timp ce CO ridicat₂concentrația a accelerat perioada de înflorire a orezului, a scurtat perioada de creștere a orezului la 3 luni și a propagat 4 generații pe an.Suplimentând CO₂la 785,7 μmol/mol în cutia de creștere artificială, ciclul de ameliorare a soiului de soia „Enrei” a fost scurtat la 70 de zile și a putut reproduce 5 generații într-un an.Când CO₂concentrația a crescut la 550 μmol/mol, înflorirea Cajanus cajan a fost întârziată cu 8 ~ 9 zile, iar priza fructelor și timpul de coacere au fost, de asemenea, întârziate cu 9 zile.Cajanus cajan a acumulat zahăr insolubil la CO2 ridicat₂concentrație, care poate afecta transmisia semnalului plantelor și poate întârzia înflorirea.În plus, în camera de creștere cu CO crescut₂, crește numărul și calitatea florilor de soia, ceea ce este favorabil hibridizării, iar rata de hibridizare a acesteia este mult mai mare decât cea a soiei cultivate în câmp.

Perspective de viitor

Agricultura modernă poate accelera procesul de ameliorare a culturilor prin ameliorarea alternativă și ameliorarea facilitată.Cu toate acestea, există unele deficiențe în aceste metode, cum ar fi cerințe geografice stricte, managementul forței de muncă costisitoare și condiții naturale instabile, care nu pot garanta recoltarea reușită a semințelor.Creșterea în unități este influențată de condițiile climatice, iar timpul pentru adăugarea generației este limitat.Cu toate acestea, reproducerea markerului molecular nu face decât să accelereze selecția și determinarea trăsăturilor țintă de reproducere.În prezent, tehnologia de reproducere rapidă a fost aplicată la Gramineae, Leguminosae, Cruciferae și alte culturi.Cu toate acestea, reproducerea de generație rapidă a fabricii de plante scapă complet de influența condițiilor climatice și poate regla mediul de creștere în funcție de nevoile de creștere și dezvoltare a plantelor.Combinând eficient tehnologia de reproducere rapidă a fabricii de plante cu reproducerea tradițională, reproducerea cu markeri moleculari și alte metode de ameliorare în mod eficient, în condițiile unei reproduceri rapide, timpul necesar pentru obținerea liniilor homozigote după hibridizare poate fi redus și, în același timp, generațiile timpurii pot fi reduse. selectate pentru a scurta timpul necesar pentru a obține trăsături ideale și generații de reproducere.

Limitarea cheie a tehnologiei de reproducere rapidă a plantelor în fabrici este că condițiile de mediu necesare pentru creșterea și dezvoltarea diferitelor culturi sunt destul de diferite și este nevoie de mult timp pentru a obține condițiile de mediu pentru reproducerea rapidă a culturilor țintă.În același timp, din cauza costului ridicat al construcției și funcționării fabricii, este dificil să se efectueze experimente de reproducere aditivă la scară largă, ceea ce duce adesea la un randament limitat de semințe, ceea ce poate limita evaluarea ulterioară a caracterului câmpului.Odată cu îmbunătățirea și îmbunătățirea treptată a echipamentelor și tehnologiei fabricii, costul de construcție și operare al fabricii este redus treptat.Este posibil să se optimizeze în continuare tehnologia de ameliorare rapidă și să se scurteze ciclul de ameliorare prin combinarea eficientă a tehnologiei de ameliorare rapidă a fabricii de plante cu alte tehnici de ameliorare.

Sfârşit

Informații citate

Liu Kaizhe, Liu Houchheng.Progresul cercetării tehnologiei de reproducere rapidă a fabricii de plante [J].Tehnologia ingineriei agricole, 2022,42(22):46-49.