Šiltnamio sodininkystės sodininkystės žemės ūkio inžinerijos technologijaIšleista 17: 30, 2022 m. Spalio 14 d. Pekine

Nuolat didėjant pasaulio gyventojams, žmonių paklausa maisto didėja kiekvieną dieną, o maisto mitybos ir saugos reikalavimai yra didesni. Aukšto pajamingumo ir aukštos kokybės pasėlių auginimas yra svarbi priemonė maisto problemoms išspręsti. Tačiau tradicinis veisimo metodas užtrunka daug laiko, kad būtų išauginta puikios veislės, o tai riboja veisimo progresą. Kasmetiniams paties apdulkinimo augalams gali trukti 10 ~ 15 metų nuo pradinio tėvų perėjimo iki naujos veislės gamybos. Todėl, norint pagreitinti pasėlių veisimo progresą, skubu pagerinti veisimo efektyvumą ir sutrumpinti generavimo laiką.

Greitas veisimas reiškia maksimaliai padidinti augalų augimo tempą, pagreitinti žydėjimą ir vaisinį bei sutrumpinti veisimosi ciklą kontroliuodami aplinkos sąlygas visiškai uždaroje kontroliuojamoje aplinkos augimo kambaryje. Augalų gamykla yra žemės ūkio sistema, galinti pasiekti didelio efektyvumo augalininkystę, naudodama 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 ir jos nėra mažiau paveiktos išorinio klimato. Kontroliuojamomis aplinkos sąlygomis geriausias šviesos intensyvumas, šviesos laikas ir temperatūra gali pagreitinti įvairius fiziologinius augalų, ypač fotosintezės ir žydėjimo, fiziologinius procesus, taip sutrumpindamas pasėlių augimo generavimo laiką. Naudojant augalų gamyklos technologiją pasėlių augimui ir vystymuisi kontroliuoti, vaisių derliaus nuėmimą iš anksto, jei kelios sėklos, turinčios daigumo, gali patenkinti veisimosi poreikius.

Fotoperiodas, pagrindinis aplinkos veiksnys, turintis įtakos pasėlių augimo ciklui

Šviesos ciklas reiškia šviesos ir tamsaus laikotarpio kintamumą per dieną. Šviesos ciklas yra svarbus veiksnys, darantis įtaką pasėlių augimui, vystymuisi, žydėjimui ir vaisiui. Pajutę šviesos ciklo pasikeitimą, pasėliai gali pasikeisti iš vegetatyvinio augimo iki reprodukcinio augimo ir visiško žydėjimo bei vaisiaus. Skirtingos pasėlių veislės ir genotipai turi skirtingą fiziologinę reakciją į fotoperiodo pokyčius. Augalai ilgaamžiais, kai saulės spindulių laikas viršija kritinį saulės spindulių ilgį, žydėjimo laikas paprastai pagreitėja pratęsiant fotoperiodą, tokius kaip avižos, kviečiai ir miežiai. Neutralūs augalai, nepaisant fotoperiodo, žydės, pavyzdžiui, ryžiai, kukurūzai ir agurkas. Trumpos dienos augalams, tokiems kaip medvilnė, sojų pupelės ir soros, fotoperiodui reikia mažesnių nei kritinis saulės spindulių ilgis, kad žydėtų. Esant dirbtinei aplinkos sąlygoms, esančioms 8h šviesos ir 30 ℃ aukštos temperatūros, amaranto žydėjimo laikas yra daugiau nei 40 dienų anksčiau nei lauko aplinkoje. Gydant 16/8 val. Šviesos ciklą (šviesa/tamsa), visi septyni miežių genotipai žydėjo anksti: Franklin (36 dienos), Gairdner (35 dienos), Gimmett (33 dienos), vadas (30 dienų), Fleet (29 dienos), Baudinas (26 dienos) ir Lockyer (25 dienos).

Esant dirbtinei aplinkai, kviečių augimo laikotarpį galima sutrumpinti naudojant embriono kultūrą daigams gauti, o po to švitinti 16 valandų, o 8 kartos gali būti gaminamos kiekvienais metais. PEA augimo laikotarpis buvo sutrumpintas nuo 143 dienų lauko aplinkoje iki 67 dienų dirbtiniame šiltnamyje su 16h šviesa. Dar pratęsdamas fotoperiodą iki 20 val. Ir derinant jį su 21 ° C/16 ° C (diena/naktis), PEA augimo laikotarpis gali būti sutrumpintas iki 68 dienų, o sėklų nustatymo greitis yra 97,8%. Kontroliuojamos aplinkos sąlygomis, po 20 valandų gydymo fotoperiodu, nuo sėjos iki žydėjimo reikia 32 dienų, o visas augimo laikotarpis yra 62–71 dienų, o tai yra trumpesnė nei lauko sąlygomis daugiau nei 30 dienų. Esant dirbtiniam šiltnamiui su 22 val. Fotoperiodu, kviečių, miežių, išžaginimo ir avinžirnių žydėjimo laikas vidutiniškai sutrumpėja 22, 64, 73 ir 33 dienas. Kartu su ankstyvu sėklų derliumi, ankstyvojo derliaus sėklų daigumas gali pasiekti vidutiniškai 92%, 98%, 89% ir 94%, o tai gali visiškai patenkinti veisimosi poreikius. Greičiausios veislės gali nuolat gaminti 6 kartas (kviečius) ir 7 kartas (kviečius). Esant 22 valandų fotoperiodo sąlygoms, avižų žydėjimo laikas buvo sutrumpintas 11 dienų, o po 21 dienų po žydėjimo buvo galima garantuoti mažiausiai 5 gyvybines sėklas, o penkias kartas buvo galima nuolat skleisti kiekvienais metais. Dirbtiniame šiltnamyje su 22 valandų apšvietimu lęšių augimo laikotarpis sutrumpėja iki 115 dienų, ir jie gali daugintis 3–4 kartas per metus. Esant 24 valandų nuolatiniam apšvietimui dirbtiniame šiltnamyje, žemės riešutų augimo ciklas sumažėja nuo 145 dienų iki 89 dienų, o per vienerius metus jis gali būti skleidžiamas 4 kartoms.

Šviesos kokybė

Šviesa vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį augalų augime ir vystymuisi. Šviesa gali valdyti žydėjimą paveikdama daugelį fotoreceptorių. Raudonos šviesos (R) ir mėlynos šviesos (B) santykis yra labai svarbus žydinčiam pasėlių. Raudonoje šviesos bangos ilgyje 600 ~ 700 nm yra 660 nm chlorofilo absorbcijos smailė, kuri gali efektyviai skatinti fotosintezę. Mėlynos šviesos bangos ilgis 400 ~ 500 nm turės įtakos augalų fototropizmui, stomataliniam atidarymui ir sodinukų augimui. Kviečiuose raudonos šviesos ir mėlynos šviesos santykis yra apie 1, kuris gali sukelti žydėjimą kuo anksčiau. Esant šviesiai r: B = 4: 1 kokybei, vidurinio ir vėlyvojo sojų pupelių veislių augimo laikotarpis buvo sutrumpintas nuo 120 dienų iki 63 dienų, o augalų aukštis ir mitybos biomasė sumažėjo, tačiau sėklos derlius neturėjo įtakos , kuris galėtų patenkinti bent vieną sėklą vienam augalui, o vidutinis nesubrendusių sėklų daigumas buvo 81,7%. Esant 10 val. Apšvietimo ir mėlynos šviesos priedų sąlygoms, sojų pupelių augalai tapo trumpi ir stiprūs, žydėjo 23 dienas po sėjos, subrendo per 77 dienas ir per vienerius metus galėjo daugintis 5 kartoms.

Raudonos šviesos ir tolimos raudonos šviesos (FR) santykis taip pat turi įtakos augalų žydėjimui. Fotostrumo pigmentai egzistuoja dviem formomis: tolima raudonos šviesos absorbcija (PFR) ir raudonos šviesos absorbcija (PR). Esant mažam R: FR santykiui, fotuoniški pigmentai iš PFR paverčiami PR, o tai lemia ilgos dienos augalų žydėjimą. Naudojant LED lemputes, kad būtų galima reguliuoti atitinkamą R: FR (0,66 ~ 1,07), gali padidinti augalų aukštį, skatinti ilgos dienos augalų (tokių kaip ryto šlovės ir snapdragon) žydėjimą ir slopinti trumpų dienų augalų (tokių kaip Marigold ). Kai R: FR yra didesnis nei 3,1, lęšių žydėjimo laikas atidėtas. Sumažinimas R: FR iki 1,9 gali gauti geriausią žydėjimo efektą, ir jis gali žydėti 31 dieną po sėjos. Raudonos šviesos poveikį žydinčiam slopinimui skatina fotosenvus pigmentas PR. Tyrimai atkreipė dėmesį, kad kai R: FR yra didesnis nei 3,5, penkių ankštinių augalų (PEA, avinžirnių, plačiosios pupelių, lęšių ir lupino) žydėjimo laikas bus atidėtas. Kai kuriuose amarantų ir ryžių genotipuose tolimoji šviesa naudojama žydinčiai padidinti atitinkamai 10 dienų ir 20 dienų.

Trąšos CO₂

CO₂yra pagrindinis fotosintezės anglies šaltinis. Didelės koncentracijos CO₂Paprastai gali skatinti C3 metinių augalų augimą ir dauginimąsi, o mažos koncentracijos CO₂gali sumažinti augimą ir reprodukcijos derlių dėl anglies apribojimo. Pavyzdžiui, C3 augalų, tokių kaip ryžiai ir kviečiai, fotosintetinis efektyvumas padidėja didėjant CO₂lygis, todėl padidėja biomasė ir ankstyvas žydėjimas. Siekiant suvokti teigiamą CO poveikį₂Koncentracijos padidėjimas, gali reikėti optimizuoti vandens ir maistinių medžiagų tiekimą. Todėl, esant neribotoms investicijoms, hidroponika gali visiškai išnaudoti augalų augimo potencialą. Low CO₂Koncentracija atidėjo Arabidopsis thaliana žydėjimo laiką, o aukštą CO₂Koncentracija pagreitino ryžių žydėjimo laiką, sutrumpino ryžių augimo laikotarpį iki 3 mėnesių ir per metus skleidė 4 kartas. Papildydamas co₂Iki 785,7 μmol/mol dirbtinio augimo dėžutėje sojų pupelių veisimo ciklas buvo sutrumpintas iki 70 dienų, ir per vienerius metus jis galėjo veisti 5 kartas. Kai co₂Koncentracija padidėjo iki 550 μmol/mol, Cajanus Cajan žydėjimas buvo atidėtas 8 ~ 9 dienas, o vaisių nustatymas ir nokinimo laikas taip pat buvo atidėtas 9 dienas. Cajanus Cajan sukaupė netirpų cukrų esant aukštai CO₂Koncentracija, kuri gali turėti įtakos augalų signalo perdavimui ir atidėti žydėjimą. Be to, augimo kambaryje su padidėjusiu CO₂, padidėja sojų gėlių skaičius ir kokybė, palanki hibridizacijai, o jo hibridizacijos greitis yra daug didesnis nei lauke auginamų sojų.

Ateities perspektyvos

Šiuolaikinis žemės ūkis gali pagreitinti pasėlių veisimo procesą alternatyviai veisiant ir veisiant įrenginius. Tačiau yra keletas šių metodų trūkumų, tokių kaip griežti geografiniai reikalavimai, brangus darbo valdymas ir nestabilios gamtos sąlygos, kurios negali garantuoti sėkmingo sėklų derliaus. Įrenginių veisimui įtakos turi klimato sąlygos, o kartos pridėjimo laikas yra ribotas. Tačiau molekulinio žymeklio veisimas tik pagreitina veisimosi tikslinių bruožų pasirinkimą ir nustatymą. Šiuo metu Gramineae, Leguminosae, Cruciferae ir kitiems augalams buvo taikoma greito veisimo technologija. Tačiau augalų gamyklos greitosios kartos veisimas visiškai atsikrato klimato sąlygų įtakos ir gali reguliuoti augimo aplinką atsižvelgiant į augalų augimo ir vystymosi poreikius. Derinant augalų gamyklos greito veisimo technologiją su tradiciniu veisimu, molekulinių žymenų veisimu ir kitais veisimo metodais, esant greito veisimo sąlygoms, reikia sumažinti laiką, reikalingą homozigotinėms linijoms po hibridizacijos, ir tuo pačiu metu ankstyvosios kartos gali būti Pasirinkta sutrumpinti laiką, reikalingą idealiems bruožams ir veisimosi kartoms gauti.

Pagrindinis augalų greito veisimosi technologijos apribojimas gamyklose yra tas, kad aplinkos sąlygos, reikalingos skirtingų augalų augimui ir vystymuisi, yra gana skirtingi, todėl aplinkos sąlygos, norint greitai veisti tikslinius augalus, užtrunka ilgą laiką. Tuo pačiu metu dėl didelių augalų gamyklos konstrukcijos ir veikimo išlaidų sunku atlikti didelio masto priedų veisimo eksperimentą, kuris dažnai lemia ribotą sėklų derlių, o tai gali apriboti stebėjimo lauko charakterio vertinimą. Palaipsniui tobulinant ir tobulinant augalų gamyklos įrangą ir technologijas, pamažu mažėja augalų gamyklos statybos ir eksploatavimo išlaidos. Galima dar labiau optimizuoti greitą veisimosi technologiją ir sutrumpinti veisimosi ciklą, efektyviai derinant augalų gamyklos greito veisimo technologiją su kitomis veisimo būdais.

Pabaiga

Cituojama informacija

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Augalų gamyklos greito veisimo technologijos tyrimų pažanga [J]. Žemės ūkio inžinerijos technologija, 2022,42 (22): 46–49.