Šiltnamių sodininkystės žemės ūkio inžinerinė technologijaPaskelbta 2022 m. spalio 14 d. 17:30 Pekine

Nuolat didėjant pasaulio gyventojų skaičiui, žmonių maisto poreikis kasdien didėja, o maisto mitybai ir saugai keliami aukštesni reikalavimai.Didelio derlingumo ir aukštos kokybės pasėlių auginimas yra svarbi priemonė maisto problemoms spręsti.Tačiau tradicinis veisimo būdas užtrunka daug laiko, kad būtų išaugintos puikios veislės, o tai riboja veisimo pažangą.Vienmečiams savaime apdulkinamiems augalams nuo pirminio tėvų kryžminimo iki naujos veislės išauginimo gali praeiti 10–15 metų.Todėl, siekiant paspartinti pasėlių veisimo pažangą, būtina skubiai gerinti veisimo efektyvumą ir sutrumpinti generavimo laiką.

Greitas veisimas reiškia maksimaliai padidinti augalų augimo greitį, pagreitinti žydėjimą ir derėjimą bei sutrumpinti veisimosi ciklą kontroliuojant aplinkos sąlygas visiškai uždaroje kontroliuojamos aplinkos augimo patalpoje.Augalų gamykla yra žemės ūkio sistema, kuri gali pasiekti aukšto efektyvumo augalininkystę taikant didelio tikslumo aplinkos kontrolę įrenginiuose, ir tai yra ideali aplinka greitam veisimui.Sodinimo aplinkos sąlygos, tokios kaip šviesa, temperatūra, drėgmė ir CO2 koncentracija gamykloje, yra gana kontroliuojamos, o išorinis klimatas joms nedaro arba mažiau įtakos.Esant kontroliuojamoms aplinkos sąlygoms, geriausias šviesos intensyvumas, šviesos laikas ir temperatūra gali pagreitinti įvairius augalų fiziologinius procesus, ypač fotosintezę ir žydėjimą, todėl sutrumpėja pasėlių augimo generavimo laikas.Naudojant augalų gamyklos technologiją pasėlių augimui ir vystymuisi kontroliuoti, vaisių derlius nuimamas iš anksto, jei tik kelios sėklos, turinčios daigumą, gali patenkinti veisimo poreikius.

Fotoperiodas, pagrindinis aplinkos veiksnys, turintis įtakos pasėlių augimo ciklui

Šviesos ciklas reiškia šviesos periodo ir tamsaus periodo kaitą per dieną.Šviesos ciklas yra svarbus veiksnys, turintis įtakos pasėlių augimui, vystymuisi, žydėjimui ir derėjimui.Pajutę šviesos ciklo pasikeitimą, pasėliai gali pereiti nuo vegetatyvinio augimo prie reprodukcinio augimo ir visiško žydėjimo bei derėjimo.Skirtingų augalų veislių ir genotipų fiziologinis atsakas į fotoperiodo pokyčius skiriasi.Ilgai šviečiantys augalai, kai saulės šviesos laikas viršija kritinį saulės ilgį, žydėjimo laikas paprastai pagreitėja dėl fotoperiodo pailgėjimo, pavyzdžiui, avižos, kviečiai ir miežiai.Neutralūs augalai, nepaisant fotoperiodo, žydės, pavyzdžiui, ryžiai, kukurūzai ir agurkai.Trumpadieniams augalams, tokiems kaip medvilnė, sojos pupelės ir soros, žydėti reikia trumpesnio nei kritinio saulės spindulių ilgio.Dirbtinės 8 valandų šviesos ir 30 ℃ temperatūros sąlygomis burnočių žydėjimo laikas yra daugiau nei 40 dienų anksčiau nei lauko aplinkoje.Taikant 16/8 h šviesos ciklą (šviesus/tamsus), anksti pražydo visi septyni miežių genotipai: Franklin (36 dienos), Gairdner (35 dienos), Gimmett (33 dienos), Commander (30 dienų), Fleet (29). dienų), Baudin (26 dienos) ir Lockyer (25 dienos).

Dirbtinėje aplinkoje kviečių augimo periodą galima sutrumpinti naudojant embrionų kultūrą daigams gauti, o vėliau apšvitinti 16 valandų ir kasmet išauginti 8 kartas.Žirnių augimo laikotarpis sutrumpintas nuo 143 dienų lauko aplinkoje iki 67 dienų dirbtiniame šiltnamyje su 16 valandų apšvietimu.Fotoperiodą dar pailginus iki 20h ir derinant su 21°C/16°C (dieną/naktį), žirnių augimo periodas gali sutrumpėti iki 68 dienų, o sėklų stingimo greitis – 97,8%.Kontroliuojamos aplinkos sąlygomis po 20 valandų fotoperiodinio apdorojimo nuo sėjos iki žydėjimo praeina 32 dienos, o visas augimo laikotarpis – 62-71 diena, tai yra daugiau nei 30 dienų trumpesnis nei lauko sąlygomis.Esant dirbtiniam šiltnamiui su 22 val. fotoperiodu, kviečių, miežių, rapsų ir avinžirnių žydėjimo laikas sutrumpėja atitinkamai 22, 64, 73 ir 33 dienomis.Kartu su ankstyvu sėklų derliumi, ankstyvo derliaus sėklų daigumas gali siekti vidutiniškai 92%, 98%, 89% ir 94%, o tai gali visiškai patenkinti veisimo poreikius.Greičiausios veislės gali nepertraukiamai užauginti 6 kartas (kviečių) ir 7 kartas (kviečių).Esant 22 valandų fotoperiodui, avižų žydėjimo laikas sutrumpėjo 11 dienų, o praėjus 21 dienai po žydėjimo galėjo būti garantuotos bent 5 gyvybingos sėklos ir kasmet nepertraukiamai dauginamos penkios kartos.Dirbtiniame šiltnamyje su 22 valandų apšvietimu lęšių augimo laikotarpis sutrumpėja iki 115 dienų, o per metus jie gali daugintis 3-4 kartas.Esant 24 valandų nepertraukiamam apšvietimui dirbtiniame šiltnamyje, žemės riešutų augimo ciklas sutrumpėja nuo 145 dienų iki 89 dienų, o per vienerius metus galima dauginti 4 kartas.

Šviesos kokybė

Šviesa vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį augalų augimui ir vystymuisi.Šviesa gali kontroliuoti žydėjimą, paveikdama daugelį fotoreceptorių.Raudonos šviesos (R) ir mėlynos šviesos (B) santykis yra labai svarbus pasėlių žydėjimui.Raudonos šviesos bangos ilgis 600–700 nm turi 660 nm chlorofilo sugerties smailę, kuri gali veiksmingai skatinti fotosintezę.Mėlynos šviesos bangos ilgis 400–500 nm paveiks augalų fototropizmą, dantų atsivėrimą ir sodinukų augimą.Kviečiuose raudonos ir mėlynos šviesos santykis yra apie 1, o tai gali paskatinti žydėjimą anksčiausiai.Esant šviesos kokybei R:B=4:1, vidutinio ir vėlyvojo brandinimo sojų veislių augimo laikotarpis sutrumpėjo nuo 120 dienų iki 63 dienų, sumažėjo augalų aukštis ir maistinė biomasė, tačiau sėklų derlius nenukentėjo. , kuris galėjo patenkinti bent vieną sėklą vienam augalui, o vidutinis nesubrendusių sėklų daigumas buvo 81,7%.Esant 10 valandų apšvietimui ir mėlynos šviesos priedu, sojų augalai tapo trumpi ir stiprūs, žydėjo 23 dienas po sėjos, subrendo per 77 dienas ir per vienerius metus galėjo daugintis 5 kartas.

Raudonos šviesos ir tolimosios raudonos šviesos (FR) santykis taip pat turi įtakos augalų žydėjimui.Šviesai jautrūs pigmentai būna dviejų formų: tolimosios raudonos šviesos sugerties (Pfr) ir raudonos šviesos sugerties (Pr).Esant mažam R:FR santykiui, šviesai jautrūs pigmentai paverčiami iš Pfr į Pr, o tai lemia ilgadienių augalų žydėjimą.Naudojant LED lemputes atitinkamam R:FR(0,66–1,07) reguliavimui, galima padidinti augalų aukštį, paskatinti ilgų dienų augalų žydėjimą (pvz., ryto šlamštą ir snaputį) ir slopinti trumpadienių augalų (pvz., medetkų) žydėjimą. ).Kai R:FR yra didesnis nei 3,1, lęšių žydėjimo laikas vėluoja.Sumažinus R:FR iki 1,9, galima pasiekti geriausią žydėjimo efektą ir jis gali žydėti 31 dieną po sėjos.Raudonos šviesos poveikį žydėjimo slopinimui skatina šviesai jautrus pigmentas Pr.Tyrimai parodė, kad kai R:FR yra didesnis nei 3,5, penkių ankštinių augalų (žirnių, avinžirnių, pupelių, lęšių ir lubino) žydėjimo laikas vėluoja.Kai kuriuose burnočių ir ryžių genotipuose toli raudona šviesa naudojama žydėjimui paankstinti atitinkamai 10 dienų ir 20 dienų.

Trąšos CO₂

CO₂yra pagrindinis fotosintezės anglies šaltinis.Didelės koncentracijos CO₂paprastai gali skatinti C3 vienmečių augalų augimą ir dauginimąsi, o mažos koncentracijos CO₂gali sumažinti augimo ir dauginimosi derlių dėl anglies kiekio apribojimo.Pavyzdžiui, C3 augalų, tokių kaip ryžiai ir kviečiai, fotosintezės efektyvumas didėja didėjant CO₂lygiu, todėl padidėja biomasė ir ankstyvas žydėjimas.Norint suvokti teigiamą CO poveikį₂koncentracijos padidėjimas, gali prireikti optimizuoti vandens ir maistinių medžiagų tiekimą.Todėl neribotų investicijų sąlygomis hidroponika gali visiškai išlaisvinti augalų augimo potencialą.Žemas CO₂koncentracija atitolino Arabidopsis thaliana žydėjimo laiką, o didelis CO₂koncentracija pagreitino ryžių žydėjimo laiką, sutrumpino ryžių augimo periodą iki 3 mėnesių, o per metus padaugino 4 kartas.Papildydami CO₂iki 785,7μmol/mol dirbtinio auginimo dėžėje, sojų veislės 'Enrei' veisimo ciklas sutrumpėjo iki 70 dienų, o per vienerius metus ji galėjo išvesti 5 kartas.Kai CO₂koncentracija padidėjo iki 550 μmol/mol, Cajanus cajan žydėjimas buvo atidėtas 8–9 dienas, o vaisių stingimas ir nokimo laikas taip pat vėlavo 9 dienas.Cajanus cajan kaupė netirpus cukrų esant dideliam CO₂koncentracija, kuri gali turėti įtakos augalų signalo perdavimui ir uždelsti žydėjimą.Be to, augimo kambaryje su padidėjusiu CO₂, sojos pupelių žiedų skaičius ir kokybė didėja, o tai palanku hibridizacijai, o jos hibridizacijos greitis yra daug didesnis nei lauke auginamų sojų pupelių.

Ateities perspektyvos

Šiuolaikinis žemės ūkis gali paspartinti pasėlių veisimo procesą, naudodamas alternatyvų veisimą ir veisimą įrenginiuose.Tačiau šie metodai turi tam tikrų trūkumų, tokių kaip griežti geografiniai reikalavimai, brangus darbo valdymas ir nestabilios gamtinės sąlygos, kurios negali garantuoti sėkmingo sėklų derliaus.Įrenginio veisimui įtakos turi klimato sąlygos, o kartų papildymo laikas yra ribotas.Tačiau molekulinių žymenų veisimas tik pagreitina veisimo tikslinių savybių atranką ir nustatymą.Šiuo metu sparčiojo veisimo technologija taikoma gramineae, leguminosae, cruciferae ir kitiems augalams.Tačiau augalų gamyklos greitosios kartos selekcija visiškai atsikrato klimato sąlygų įtakos ir gali reguliuoti augimo aplinką pagal augalų augimo ir vystymosi poreikius.Efektyviai derinant augalų gamyklos greitojo veisimo technologiją su tradiciniu veisimu, molekulinių žymenų veisimu ir kitais veisimo būdais, greito veisimo sąlygomis galima sutrumpinti laiką, reikalingą homozigotinėms linijoms gauti po hibridizacijos, o tuo pat metu gali būti padidintos ankstyvosios kartos. atrinkti siekiant sutrumpinti laiką, reikalingą idealiems požymiams ir veisimosi kartoms įgyti.

Pagrindinis greitojo augalų veisimo technologijos apribojimas gamyklose yra tas, kad skirtingų kultūrų augimui ir vystymuisi reikalingos aplinkos sąlygos yra gana skirtingos, o norint sukurti greitą tikslinių augalų veisimą, reikia daug laiko.Tuo pačiu metu dėl didelių augalų gamyklos statybos ir eksploatavimo sąnaudų sunku atlikti didelio masto priedų veisimo eksperimentą, dėl kurio dažnai sumažėja sėklų derlius, o tai gali apriboti tolesnį lauko charakterio įvertinimą.Palaipsniui tobulinant ir tobulinant gamyklos įrangą ir technologijas, gamyklos statybos ir eksploatavimo išlaidos palaipsniui mažinamos.Galima dar labiau optimizuoti greitojo veisimo technologiją ir sutrumpinti veisimo ciklą efektyviai derinant augalų gamyklos greitojo selekcijos technologiją su kitais veisimo būdais.

GALAS

Cituota informacija

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Augalų gamyklos greitojo selekcijos technologijos tyrimų eiga [J].Žemės ūkio inžinerijos technologija, 2022,42(22):46-49.