Drivhus hagebruk landbruksteknikk teknologiPublisert klokken 17:30 14. oktober 2022 i Beijing

Med den kontinuerlige økningen av den globale befolkningen øker folks etterspørsel etter mat dag for dag, og det stilles høyere krav til mat ernæring og sikkerhet.Å dyrke avlinger med høy avkastning og høy kvalitet er et viktig middel for å løse matproblemer.Den tradisjonelle avlsmetoden tar imidlertid lang tid å dyrke utmerkede varianter, noe som begrenser fremdriften i avlen.For årlige selvbestøvende avlinger kan det ta 10~15 år fra den første foreldrekryssingen til produksjonen av en ny sort.Derfor, for å få fart på fremdriften i avling, er det presserende å forbedre avlseffektiviteten og forkorte generasjonstiden.

Rask avl betyr å maksimere veksthastigheten til planter, akselerere blomstring og fruktsetting, og forkorte avlssyklusen ved å kontrollere miljøforholdene i et helt lukket, kontrollert vekstrom.Plantefabrikk er et landbrukssystem som kan oppnå høyeffektiv avlingsproduksjon gjennom høypresisjon miljøkontroll i anlegg, og det er et ideelt miljø for rask avl.Plantemiljøforholdene som lys, temperatur, fuktighet og CO2-konsentrasjon i fabrikken er relativt kontrollerbare, og påvirkes ikke eller mindre av det ytre klimaet.Under kontrollerte miljøforhold kan den beste lysintensiteten, lystiden og temperaturen akselerere ulike fysiologiske prosesser av planter, spesielt fotosyntese og blomstring, og dermed forkorte generasjonstiden for avlingsvekst.Bruk av plantefabrikkteknologi for å kontrollere avlingsvekst og utvikling, høsting av frukt på forhånd, så lenge noen få frø med spiringsevne kan dekke avlsbehovene.

Fotoperiode, den viktigste miljøfaktoren som påvirker avlingens vekstsyklus

Lys syklus refererer til vekslingen av lys periode og mørke periode på en dag.Lyssyklus er en viktig faktor som påvirker vekst, utvikling, blomstring og fruktsetting av avlinger.Ved å føle endringen i lyssyklusen, kan avlingene endres fra vegetativ vekst til reproduktiv vekst og fullstendig blomstring og fruktsetting.Ulike avlingsvarianter og genotyper har forskjellige fysiologiske responser på endringer i fotoperioden.Planter med lang solskinn, når solskinnstiden overstiger den kritiske solskinnslengden, akselereres blomstringstiden vanligvis ved forlengelse av fotoperioden, som havre, hvete og bygg.Nøytrale planter, uavhengig av fotoperiode, vil blomstre, som ris, mais og agurk.Kortdagsplanter, som bomull, soyabønner og hirse, trenger fotoperioder som er lavere enn den kritiske sollengden for å blomstre.Under de kunstige miljøforholdene med 8 timers lys og 30 ℃ høy temperatur, er blomstringstiden for amaranth mer enn 40 dager tidligere enn i feltmiljøet.Under behandling av 16/8 timers lyssyklus (lys/mørk) blomstret alle de syv bygggenotypene tidlig: Franklin (36 dager), Gairdner (35 dager), Gimmett (33 dager), Commander (30 dager), Fleet (29) dager), Baudin (26 dager) og Lockyer (25 dager).

Under det kunstige miljøet kan vekstperioden til hvete forkortes ved å bruke embryokultur for å få frøplanter, og deretter bestråle i 16 timer, og 8 generasjoner kan produseres hvert år.Vekstperioden for erter ble forkortet fra 143 dager i feltmiljø til 67 dager i kunstig drivhus med 16 timers lys.Ved å forlenge fotoperioden ytterligere til 20 timer og kombinere den med 21 °C/16 °C (dag/natt), kan vekstperioden for erter forkortes til 68 dager, og frøsettingshastigheten er 97,8 %.Under betingelser med kontrollert miljø, etter 20 timers fotoperiodebehandling, tar det 32 ​​dager fra såing til blomstring, og hele vekstperioden er 62-71 dager, som er kortere enn under feltforhold med mer enn 30 dager.Under tilstanden til et kunstig drivhus med 22 timers fotoperiode, forkortes blomstringstiden for hvete, bygg, raps og kikerter med henholdsvis 22, 64, 73 og 33 dager i gjennomsnitt.Kombinert med tidlig høsting av frø kan spirehastigheten til tidlig høsting av frø nå henholdsvis 92 %, 98 %, 89 % og 94 % i gjennomsnitt, noe som fullt ut kan møte behovene til avl.De raskeste variantene kan kontinuerlig produsere 6 generasjoner (hvete) og 7 generasjoner (hvete).Under betingelsen om 22-timers fotoperiode ble blomstringstiden for havre redusert med 11 dager, og 21 dager etter blomstring kunne minst 5 levedyktige frø garanteres, og fem generasjoner kunne forplantes kontinuerlig hvert år.I det kunstige drivhuset med 22-timers belysning er vekstperioden til linser forkortet til 115 dager, og de kan formere seg i 3-4 generasjoner i året.Under betingelse av 24-timers kontinuerlig belysning i kunstig drivhus, reduseres vekstsyklusen til peanøtt fra 145 dager til 89 dager, og den kan formeres i 4 generasjoner på ett år.

Lett kvalitet

Lys spiller en viktig rolle i vekst og utvikling av planter.Lys kan kontrollere blomstringen ved å påvirke mange fotoreseptorer.Forholdet mellom rødt lys (R) og blått lys (B) er svært viktig for avlingens blomstring.Bølgelengden for rødt lys på 600 ~ 700 nm inneholder absorpsjonstoppen for klorofyll på 660 nm, som effektivt kan fremme fotosyntese.Bølgelengden for blått lys på 400~500nm vil påvirke plantefototropisme, stomatal åpning og frøplantevekst.I hvete er forholdet mellom rødt lys og blått lys omtrent 1, noe som tidligst kan indusere blomstring.Under lyskvaliteten R:B=4:1 ble vekstperioden for middels og sent modne soyabønner forkortet fra 120 dager til 63 dager, og plantehøyden og næringsbiomassen ble redusert, men frøavlingen ble ikke påvirket , som kunne tilfredsstille minst ett frø per plante, og den gjennomsnittlige spirehastigheten for umodne frø var 81,7%.Under betingelser med 10 timers belysning og blått lystilskudd ble soyaplanter korte og sterke, blomstret 23 dager etter såing, modnet innen 77 dager og kunne reprodusere seg i 5 generasjoner på ett år.

Forholdet mellom rødt lys og langt rødt lys (FR) påvirker også blomstringen av planter.Fotosensitive pigmenter finnes i to former: langt rødt lys absorpsjon (Pfr) og rødt lys absorpsjon (Pr).Ved et lavt R:FR-forhold omdannes lysfølsomme pigmenter fra Pfr til Pr, noe som fører til blomstring av langdagsplanter.Bruk av LED-lys for å regulere riktig R:FR(0,66~1,07) kan øke plantehøyden, fremme blomstringen av langdagsplanter (som morgenfrue og snapdragon), og hemme blomstringen av kortdagsplanter (som ringblomst) ).Når R:FR er større enn 3,1, er blomstringstiden for linser forsinket.Å redusere R:FR til 1,9 kan få best blomstringseffekt, og den kan blomstre 31. dagen etter såing.Effekten av rødt lys på blomstringshemming formidles av lysfølsomt pigment Pr.Studier har påpekt at når R:FR er høyere enn 3,5, vil blomstringstiden til fem belgfrukter (erter, kikert, bondebønner, linser og lupin) bli forsinket.I noen genotyper av amaranth og ris brukes langt rødt lys for å fremme blomstringen med henholdsvis 10 dager og 20 dager.

Gjødsel CO₂

CO₂er den viktigste karbonkilden til fotosyntese.Høy konsentrasjon CO₂kan vanligvis fremme vekst og reproduksjon av C3 ettårige, mens lav konsentrasjon av CO₂kan redusere vekst og reproduksjonsutbytte på grunn av karbonbegrensning.For eksempel øker den fotosyntetiske effektiviteten til C3-planter, som ris og hvete, med økningen av CO₂nivå, noe som resulterer i økning av biomasse og tidlig blomstring.For å realisere den positive effekten av CO₂konsentrasjonsøkning kan det være nødvendig å optimalisere vann- og næringstilførselen.Derfor, under betingelse av ubegrensede investeringer, kan hydroponics fullt ut frigjøre vekstpotensialet til planter.Lav CO₂konsentrasjon forsinket blomstringstiden til Arabidopsis thaliana, mens høy CO₂konsentrasjon akselererte blomstringstiden til ris, forkortet vekstperioden til ris til 3 måneder og forplantet seg 4 generasjoner i året.Ved å supplere CO₂til 785,7 μmol/mol i den kunstige vekstboksen, ble avlssyklusen til soyasorten 'Enrei' forkortet til 70 dager, og den kunne avle 5 generasjoner på ett år.Når CO₂konsentrasjonen økte til 550μmol/mol, blomstringen av Cajanus cajan ble forsinket i 8~9 dager, og fruktsettingen og modningstiden ble også forsinket i 9 dager.Cajanus cajan akkumulerte uløselig sukker ved høy CO₂konsentrasjon, noe som kan påvirke signaloverføringen til planter og forsinke blomstring.I tillegg i vekstrommet med økt CO₂, øker antallet og kvaliteten på soyabønneblomster, noe som bidrar til hybridisering, og hybridiseringshastigheten er mye høyere enn for soyabønner dyrket i åkeren.

Framtidige mål

Moderne landbruk kan fremskynde prosessen med avling ved hjelp av alternativ avl og anleggsforedling.Det er imidlertid noen mangler ved disse metodene, som strenge geografiske krav, kostbar arbeidskraft og ustabile naturforhold, som ikke kan garantere vellykket frøhøsting.Anleggsavlen er påvirket av klimatiske forhold, og tiden for generasjonstilskudd er begrenset.Molekylær markøravl akselererer imidlertid bare seleksjonen og bestemmelsen av avlsmålegenskaper.For tiden har rask avlsteknologi blitt brukt på Gramineae, Leguminosae, Cruciferae og andre avlinger.Imidlertid blir plantefabrikkens raske generasjonsavl fullstendig kvitt påvirkningen av klimatiske forhold, og kan regulere vekstmiljøet i henhold til behovene til plantevekst og utvikling.Ved å kombinere rask avlsteknologi for plantefabrikk med tradisjonell avl, molekylær markøravl og andre avlsmetoder effektivt, under betingelse av rask avl, kan tiden som kreves for å oppnå homozygote linjer etter hybridisering reduseres, og samtidig kan de tidlige generasjonene bli redusert. valgt for å forkorte tiden som kreves for å oppnå ideelle egenskaper og avlsgenerasjoner.

Nøkkelbegrensningen for hurtigforedlingsteknologi for planter i fabrikker er at miljøforholdene som kreves for vekst og utvikling av forskjellige avlinger er ganske forskjellige, og det tar lang tid å oppnå miljøbetingelsene for rask foredling av målvekster.Samtidig, på grunn av de høye kostnadene ved konstruksjon og drift av anlegget, er det vanskelig å gjennomføre storskala additiv avlsforsøk, noe som ofte fører til begrenset frøutbytte, noe som kan begrense oppfølgingen av feltkarakterevalueringen.Med den gradvise forbedringen og forbedringen av utstyr og teknologi for fabrikkanlegg, reduseres konstruksjons- og driftskostnadene for fabrikkfabrikken gradvis.Det er mulig å optimalisere hurtigforedlingsteknologien ytterligere og forkorte foredlingssyklusen ved å effektivt kombinere plantefabrikkens hurtigforedlingsteknologi med andre foredlingsteknikker.

SLUTT

Sitert informasjon

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Forskning fremskritt av plante fabrikken rask avl teknologi [J].Agricultural Engineering Technology, 2022,42(22):46-49.