Kasvihuoneen puutarhaviljelytekniikkatekniikkaJulkaistu klo 17: 30 14. lokakuuta 2022 Pekingissä

Globaalin väestön jatkuvan lisääntymisen myötä ihmisten elintarvikkeiden kysyntä kasvaa päivä päivältä, ja ruoan ravitsemukselle ja turvallisuudelle esitetään korkeammat vaatimukset. Korkean tuoton ja korkealaatuisten viljelykasvien viljely on tärkeä keino ratkaista ruokaongelmia. Perinteinen jalostusmenetelmä vie kuitenkin kauan erinomaisten lajikkeiden viljelyyn, mikä rajoittaa jalostuksen etenemistä. Vuotuisten itsensä pölyttävien viljelykasvien kannalta voi viedä 10-15 vuotta alkuperäisestä vanhempien ylityksestä uuden lajikkeen tuotantoon. Siksi sadonjalostuksen etenemisen nopeuttamiseksi on kiireellistä parantaa jalostustehokkuutta ja lyhentää tuotanto -aikaa.

Nopea jalostus tarkoittaa kasvien kasvun maksimoimista, kiihdyttämistä ja hedelmää ja lyhentää jalostussykliä hallitsemalla ympäristöolosuhteita täysin suljetussa ympäristössä ympäristökasvihuoneessa. Plant Factory on maatalousjärjestelmä, joka voi saavuttaa korkean tehokkuuden sadontuotannon tilojen tarkkaan ympäristöhallinnan avulla, ja se on ihanteellinen ympäristö nopeaan jalostukseen. Istutusympäristöolosuhteet, kuten valo, lämpötila, kosteus ja CO2 -pitoisuus tehtaassa, ovat suhteellisen hallittavissa, eikä ulkoinen ilmasto vaikuta niihin tai vähemmän niihin. Kontrolloiduissa ympäristöolosuhteissa paras valon voimakkuus, valoaika ja lämpötila voivat kiihdyttää kasvien, erityisesti fotosynteesin ja kukinnan erilaisia ​​fysiologisia prosesseja, lyhentäen siten sadon kasvua. Kasvien tehdastekniikan käyttäminen sadon kasvun ja kehityksen hallitsemiseksi hedelmien korjaaminen etukäteen, kunhan muutama siemen, jolla on itämiskyky, voi vastata jalostustarpeisiin.

Photoperiod, tärkein ympäristötekijä, joka vaikuttaa sadon kasvujaksoon

Valokierrossa tarkoitetaan valon ja pimeän ajanjakson vuorottelua päivässä. Valomerkki on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa kasvien kasvuun, kehitykseen, kukinnan ja hedelmällisyyteen. Tunnettaessa valon syklin muutosta, viljelykasvit voivat muuttua vegetatiivisesta kasvusta lisääntymiskasvuun ja täydelliseen kukintaan ja hedelmällisyyteen. Eri satolajikkeilla ja genotyypeillä on erilaiset fysiologiset vasteet fotoperiod -muutoksiin. Pitkähallin kasvit, kun auringonpaisteen aika ylittää kriittisen auringonpaisteen pituuden, kukinta-aika kiihtyy yleensä fotoperiod, kuten kaura, vehnä ja ohra. Neutraalit kasvit kukkivat fotoperiodista riippumatta, kuten riisi, maissi ja kurkku. Lyhytpäivän kasvit, kuten puuvilla, soijapapu ja hirssi, tarvitsevat valokuvajakson alhaisemmaksi kuin kriittinen auringonpaisteinen pituus kukkii. Keinotekoisissa ympäristöolosuhteissa, joissa on 8H -valo ja 30 ℃ korkea lämpötila, amaranthin kukinnan aika on yli 40 päivää aikaisemmin kuin kenttäympäristössä. 16/8 tunnin kevyen syklin (vaalea/tumma) hoidossa kaikki seitsemän ohran genotyyppiä kukkivat aikaisin: Franklin (36 päivää), Gairdner (35 päivää), Gimmett (33 päivää), komentaja (30 päivää), laivasto (29 Päivät), Baudin (26 päivää) ja Lockyer (25 päivää).

Keinotekoisen ympäristön mukaan vehnän kasvuaika voidaan lyhentää alkion kulttuurilla taimien saamiseksi ja sitten säteilemällä 16 tuntia, ja 8 sukupolvea voidaan tuottaa vuosittain. Herne -kasvuaika lyhennettiin kenttäympäristön 143 päivästä 67 päivään keinotekoisessa kasvihuoneessa 16 tunnin valolla. Pidentämällä fotoperiodiksi 20 tuntia ja yhdistämällä se 21 ° C/16 ° C: seen (päivä/yö), herneen kasvujakso voidaan lyhentää 68 päivään ja siementen asetusnopeus on 97,8%. Kontrolloidun ympäristön olosuhteissa 20 tunnin fotoperiodikäsittelyn jälkeen kestää 32 päivää kylvöstä kukinnan ja koko kasvuajana on 62-71 päivää, mikä on lyhyempi kuin kenttäolosuhteissa yli 30 päivää. Keinotekoisen kasvihuoneen kunnossa, jossa on 22H -valokuvajaksoa, vehnän, ohran, raiskauksen ja piikkikiran kukinnan aika lyhenee keskimäärin 22, 64, 73 ja 33 päivää. Yhdistettynä siementen varhaiseen sadonkorjuun, varhaisten sadon siementen itävyysasteet voivat saavuttaa keskimäärin 92%, 98%, 89% ja 94%, mikä voi täysin vastata jalostuksen tarpeisiin. Nopeimmat lajikkeet voivat jatkuvasti tuottaa 6 sukupolvea (vehnä) ja 7 sukupolvea (vehnää). 22 tunnin valokuvajakson aikana kauran kukinnan aika väheni 11 päivällä ja 21 päivää kukinnan jälkeen, vähintään viisi elinkelpoista siemeniä voitiin taata ja viisi sukupolvea voitiin jatkuvasti levittää vuosittain. Keinotekoisessa kasvihuoneessa, jolla on 22 tunnin valaistus, linssien kasvuaika lyhennetään 115 päivään, ja ne voivat lisääntyä 3-4 sukupolvea vuodessa. Keinotekoisessa kasvihuoneessa 24 tunnin jatkuvassa valaistuksessa maapähkinän kasvusykli on vähentynyt 145 päivästä 89 päivään, ja sitä voidaan levittää 4 sukupolven ajan yhden vuoden aikana.

Kevyen laatu

Valolla on tärkeä rooli kasvien kasvussa ja kehityksessä. Valo voi hallita kukintaa vaikuttamalla moniin valoreseptoreihin. Punaisen valon (R) suhde siniseen valoon (B) on erittäin tärkeä sadon kukinnan kannalta. Punainen valon aallonpituus 600 ~ 700 nm sisältää 660 nm: n klorofyllin absorptiohuipun, joka voi tehokkaasti edistää fotosynteesiä. Sininen valon aallonpituus 400 ~ 500 nm vaikuttaa kasvien fototropismiin, vatsan aukkoon ja taimen kasvuun. Vehnässä punaisen valon ja sinisen valon suhde on noin 1, mikä voi indusoida kukinnan aikaisintaan. R: B = 4: 1: n valonlaadussa keskimmäisten ja myöhään kypsyvien soijapavun lajikkeiden kasvujakso lyhennettiin 120 päivästä 63 päivään, ja kasvien korkeus ja ravitsemuksellinen biomassa väheni, mutta siemensato ei vaikuttanut , joka voisi tyydyttää vähintään yhden siemenen kasvia kohti, ja epäkypsien siementen keskimääräinen itävyysaste oli 81,7%. 10 tunnin valaistuksen ja sinisen valon täydennyksen mukaisesti soijapavut tulivat lyhyiksi ja vahvoiksi, kukkivat 23 päivää kylvön jälkeen, kypsyneet 77 päivän kuluessa ja pystyivät lisääntymään viiden sukupolven ajan yhden vuoden aikana.

Punaisen valon suhde punaiseen valoon (FR) vaikuttaa myös kasvien kukkivaan. Valoherkkiä pigmenttejä on kahdessa muodolla: Far Red Light Absorption (PFR) ja punaisen valon imeytyminen (PR). Alhaisella R: FR-suhteella valoherkät pigmentit muunnetaan PFR: stä PR: ksi, mikä johtaa pitkäpäivän kasvien kukinnan. LED-valojen käyttäminen asianmukaisen R: FR: n (0,66 ~ 1,07) säätelemiseksi voi lisätä kasvien korkeutta, edistää pitkäpäivän kasvien kukintaa (kuten aamu Glory ja Snapdragon) ja estää lyhyen päivän kasvien kukintaa (kuten marigold ). Kun R: FR on suurempi kuin 3,1, linssien kukinnan aika viivästyy. R: FR: n vähentäminen 1,9 voi saada parhaan kukinnan, ja se voi kukoistaa 31. päivänä kylvön jälkeen. Punaisen valon vaikutusta kukinnan estämiseen välittää valoherkän pigmentin PR. Tutkimukset ovat huomauttaneet, että kun R: FR on korkeampi kuin 3,5, viiden palkokasvin (herne, piikkikappale, leveä papu, linssi ja lupiini) kukinnan aika viivästyy. Joissakin amarantin ja riisin genotyypeissä kaukainen valoa käytetään kukinnan edistämiseen 10 päivällä ja 20 päivällä.

Lannoitusyhtiö₂

CO₂on fotosynteesin tärkein hiililähde. Korkea pitoisuus CO₂voi yleensä edistää C3 -vuosivuosien kasvua ja lisääntymistä, kun taas alhainen pitoisuus Co₂Voi vähentää kasvu- ja lisääntymistuotosta hiilen rajoituksesta. Esimerkiksi C3 -kasvien, kuten riisin ja vehnän, fotosynteettinen tehokkuus kasvaa CO: n lisääntyessä₂Taso, mikä johtaa biomassan ja varhaisen kukinnan lisääntymiseen. CO: n positiivisen vaikutuksen toteuttamiseksi₂Keskittymisen nousu voi olla tarpeen optimoida vesi- ja ravintoaineiden tarjonta. Siksi hydroponics voi rajoittamattoman sijoitusten mukaisesti vapauttaa kasvien kasvupotentiaalin. Matala co₂Keskittyminen viivästyi Arabidopsis thaliana -kukinta -aikaa, kun taas korkea CO₂Keskittyminen kiihdytti riisin kukkivaa aikaa, lyhensi riisin kasvujaksoa 3 kuukauteen ja eteni 4 sukupolvea vuodessa. Täydentämällä Co₂Keinotekoisessa kasvulaatikossa 785,7 μmol/mol, soijapavun 'enrei' jalostusjakso lyhennettiin 70 päivään, ja se voisi kasvattaa viisi sukupolvea vuodessa. Kun CO₂Konsentraatio nousi arvoon 550 μmol/mol, Cajanus Cajanin kukinta viivästyi 8 ~ 9 päivän ajan, ja myös hedelmäympäristö ja kypsymisaika viivästyivät 9 päivän ajan. Cajanus Cajan kertyi liukenematonta sokeria korkealla yhteistyössä₂pitoisuus, joka voi vaikuttaa kasvien signaalinsiirtoon ja viivästykseen kukinnan. Lisäksi kasvuhuoneessa lisääntyneen CO: n kanssa₂, Soijakukkien lukumäärä ja laatu kasvaa, mikä edustaa hybridisaatiota, ja sen hybridisaatioaste on paljon korkeampi kuin kentällä kasvatettujen soijapapujen.

Tulevaisuudennäkymät

Nykyaikainen maatalous voi nopeuttaa sadonjalostusprosessia vaihtoehtoisen jalostuksen ja laitoksen jalostuksen avulla. Näissä menetelmissä on kuitenkin joitain puutteita, kuten tiukat maantieteelliset vaatimukset, kallis työvoiman hallinta ja epävakaat luonnolliset olosuhteet, jotka eivät voi taata onnistunutta siemenkorjuutta. Laitoksen jalostukseen vaikuttavat ilmasto -olosuhteet, ja sukupolven lisäyksen aika on rajoitettu. Molekyylimarkkerikalennus vain kiihdyttää jalostuskohteiden piirteiden valintaa ja määrittämistä. Tällä hetkellä Gramineae-, leguminosae-, cruciferae- ja muissa viljelykasveissa on tällä hetkellä sovellettu nopeaa jalostustekniikkaa. Kasvien tehtaan nopean sukupolven jalostus pääsee kuitenkin täysin eroon ilmasto -olosuhteiden vaikutuksesta ja voi säädellä kasvuympäristöä kasvien kasvun ja kehityksen tarpeiden mukaan. Kasvien tehtaan nopean jalostustekniikan yhdistäminen perinteiseen jalostukseen, molekyylimarkkerien jalostukseen ja muihin jalostusmenetelmiin tehokkaasti nopean jalostuksen tilanteessa, tarvittava aika homotsygoottisten linjojen saamiseksi hybridisaation jälkeen voidaan vähentää, ja samalla varhaiset sukupolvet voivat olla Valittu lyhentämään aikaa, joka tarvitaan ihanteellisten ominaisuuksien ja jalostus sukupolvien saamiseksi.

Kasvien nopean jalostustekniikan keskeinen rajoitus tehtaissa on, että eri kasvien kasvulle ja kehitykseen tarvittavat ympäristöolosuhteet ovat melko erilaisia, ja ympäristöolosuhteiden saaminen kohdekasvien nopeaan kasvattamiseen vie kauan. Samanaikaisesti kasvien tehdasrakenteen ja käytön korkeiden kustannusten vuoksi on vaikea suorittaa laajamittaista lisäaineen jalostuskoetta, mikä johtaa usein rajoitettuun siemensatoan, mikä voi rajoittaa seurantakentän merkin arviointia. Kasvien tehdaslaitteiden ja tekniikan asteittaisen parantamisen ja parantamisen myötä kasvien tehtaan rakennus- ja käyttökustannukset vähenevät vähitellen. Nopea kasvatustekniikka on mahdollista edelleen optimoida ja lyhentää jalostussykliä yhdistämällä tehokkaasti kasvien tehtaan nopean jalostustekniikan muihin jalostustekniikoihin.

Loppu

Mainittuja tietoja

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Kasvien tehtaan nopean jalostustekniikan tutkimus [J]. Maatalouden tekniikka, 2022,42 (22): 46-49.