Drivhusgartneri landbrugsteknisk teknologiUdgivet kl. 17:30 den 14. oktober 2022 i Beijing

Med den fortsatte stigning i den globale befolkning stiger folks efterspørgsel efter mad dag for dag, og der stilles højere krav til fødevareernæring og -sikkerhed.Dyrkning af højudbytte og højkvalitetsafgrøder er et vigtigt middel til at løse fødevareproblemer.Den traditionelle forædlingsmetode tager dog lang tid at dyrke fremragende sorter, hvilket begrænser forædlingens fremskridt.For årlige selvbestøvende afgrøder kan det tage 10~15 år fra den oprindelige forældrekrydsning til produktionen af ​​en ny sort.For at fremskynde fremskridtene i afgrødeavl er det derfor presserende at forbedre avlseffektiviteten og forkorte generationstiden.

Hurtig forædling betyder at maksimere væksthastigheden af ​​planter, fremskynde blomstring og frugtsætning og forkorte forædlingscyklussen ved at kontrollere miljøforhold i et fuldt lukket, kontrolleret miljø vækstrum.Plantefabrik er et landbrugssystem, der kan opnå højeffektiv afgrødeproduktion gennem højpræcision miljøkontrol i anlæg, og det er et ideelt miljø for hurtig forædling.Plantemiljøforholdene som lys, temperatur, luftfugtighed og CO2-koncentration på fabrikken er relativt kontrollerbare og påvirkes ikke eller mindre af det ydre klima.Under kontrollerede miljøforhold kan den bedste lysintensitet, lystid og temperatur fremskynde planters forskellige fysiologiske processer, især fotosyntese og blomstring, og dermed forkorte generationstiden for afgrødevækst.Brug af plantefabriksteknologi til at kontrollere afgrødevækst og -udvikling, høst af frugter på forhånd, så længe et par frø med spiringsevne kan opfylde avlsbehovene.

Fotoperiode, den vigtigste miljøfaktor, der påvirker afgrødens vækstcyklus

Lys cyklus refererer til vekslen mellem lys periode og mørke periode på en dag.Lyscyklus er en vigtig faktor, der påvirker vækst, udvikling, blomstring og frugtsætning af afgrøder.Ved at mærke ændringen af ​​lyscyklus kan afgrøder skifte fra vegetativ vækst til reproduktiv vækst og fuldstændig blomstring og frugtsætning.Forskellige afgrødesorter og genotyper har forskellige fysiologiske reaktioner på fotoperiodeændringer.Planter med lang solskin, når solskinstiden overstiger den kritiske solskinslængde, fremskyndes blomstringstiden sædvanligvis af forlængelsen af ​​fotoperioden, såsom havre, hvede og byg.Neutrale planter, uanset fotoperiode, vil blomstre, såsom ris, majs og agurk.Kortdagsplanter, såsom bomuld, sojabønner og hirse, har brug for en fotoperiode, der er lavere end den kritiske solskinslængde for at blomstre.Under de kunstige miljøforhold med 8 timers lys og 30 ℃ høj temperatur er blomstringstiden for amaranth mere end 40 dage tidligere end i markmiljøet.Under behandlingen af ​​16/8 timers lyscyklus (lys/mørke) blomstrede alle syv byggenotyper tidligt: ​​Franklin (36 dage), Gairdner (35 dage), Gimmett (33 dage), Commander (30 dage), Fleet (29) dage), Baudin (26 dage) og Lockyer (25 dage).

Under det kunstige miljø kan hvedes vækstperiode forkortes ved at bruge embryokultur til at opnå frøplanter, og derefter bestråle i 16 timer, og 8 generationer kan produceres hvert år.Vækstperioden for ærter blev forkortet fra 143 dage i markmiljø til 67 dage i kunstigt drivhus med 16 timers lys.Ved yderligere at forlænge fotoperioden til 20 timer og kombinere den med 21°C/16°C (dag/nat), kan vækstperioden for ærter forkortes til 68 dage, og frøsætningshastigheden er 97,8%.Under betingelse af kontrolleret miljø, efter 20 timers fotoperiodebehandling, tager det 32 ​​dage fra såning til blomstring, og hele vækstperioden er 62-71 dage, hvilket er kortere end under markforhold med mere end 30 dage.Under betingelse af kunstigt drivhus med 22 timers fotoperiode forkortes blomstringstiden for hvede, byg, raps og kikærter med henholdsvis 22, 64, 73 og 33 dage i gennemsnit.Kombineret med tidlig høst af frø kan spiringsgraden for tidlig høstfrø nå op på henholdsvis 92%, 98%, 89% og 94% i gennemsnit, hvilket fuldt ud kan opfylde avlsbehovene.De hurtigste sorter kan kontinuerligt producere 6 generationer (hvede) og 7 generationer (hvede).Under betingelsen om en 22-timers fotoperiode blev havrens blomstringstid reduceret med 11 dage, og 21 dage efter blomstring kunne der garanteres mindst 5 levedygtige frø, og fem generationer kunne opformeres kontinuerligt hvert år.I det kunstige drivhus med 22-timers belysning er linsernes vækstperiode forkortet til 115 dage, og de kan formere sig i 3-4 generationer om året.Under betingelse af 24-timers kontinuerlig belysning i kunstigt drivhus reduceres jordnøddens vækstcyklus fra 145 dage til 89 dage, og den kan formeres i 4 generationer på et år.

Let kvalitet

Lys spiller en afgørende rolle i vækst og udvikling af planter.Lys kan styre blomstringen ved at påvirke mange fotoreceptorer.Forholdet mellem rødt lys (R) og blåt lys (B) er meget vigtigt for afgrødens blomstring.Den røde lysbølgelængde på 600 ~ 700 nm indeholder absorptionstoppen for klorofyl på 660 nm, som effektivt kan fremme fotosyntesen.Den blå lysbølgelængde på 400 ~ 500nm vil påvirke plantefototropisme, stomatal åbning og kimplantevækst.I hvede er forholdet mellem rødt lys og blåt lys omkring 1, hvilket tidligst kan fremkalde blomstring.Under lyskvaliteten R:B=4:1 blev vækstperioden for mellem- og sentmodnende sojabønnesorter forkortet fra 120 dage til 63 dage, og plantehøjden og ernæringsbiomassen blev reduceret, men frøudbyttet blev ikke påvirket , som kunne tilfredsstille mindst et frø pr. plante, og den gennemsnitlige spiringsgrad for umodne frø var 81,7%.Under betingelsen af ​​10 timers belysning og blåt lystilskud blev sojabønneplanter korte og stærke, blomstrede 23 dage efter såning, modnede inden for 77 dage og kunne reproducere i 5 generationer på et år.

Forholdet mellem rødt lys og langt rødt lys (FR) påvirker også planternes blomstring.Lysfølsomme pigmenter findes i to former: langt rødt lys absorption (Pfr) og rødt lys absorption (Pr).Ved et lavt R:FR-forhold omdannes lysfølsomme pigmenter fra Pfr til Pr, hvilket fører til blomstring af langdagsplanter.Brug af LED-lys til at regulere den passende R:FR(0,66~1,07) kan øge plantehøjden, fremme blomstringen af ​​langdagsplanter (såsom morgenfrue og snapdragon) og hæmme blomstringen af ​​kortdagsplanter (såsom morgenfrue) ).Når R:FR er større end 3,1, forsinkes blomstringstiden for linser.Reduktion af R:FR til 1,9 kan få den bedste blomstringseffekt, og den kan blomstre den 31. dag efter såning.Virkningen af ​​rødt lys på blomstringshæmning medieres af lysfølsomt pigment Pr.Undersøgelser har påpeget, at når R:FR er højere end 3,5, vil blomstringstiden for fem bælgplanter (ært, kikært, bondebønner, linser og lupin) blive forsinket.I nogle genotyper af amaranth og ris bruges langt rødt lys til at fremskynde blomstringen med henholdsvis 10 dage og 20 dage.

Gødning CO₂

CO₂er den vigtigste kulstofkilde til fotosyntese.Høj koncentration af CO₂kan normalt fremme vækst og reproduktion af C3-enårige, mens lav koncentration af CO₂kan reducere vækst- og reproduktionsudbyttet på grund af kulstofbegrænsning.For eksempel øges fotosynteseeffektiviteten af ​​C3-planter, såsom ris og hvede, med stigningen i CO₂niveau, hvilket resulterer i forøgelse af biomasse og tidlig blomstring.For at realisere den positive virkning af CO₂koncentrationsforøgelse, kan det være nødvendigt at optimere vand- og næringsstoftilførslen.Derfor, under betingelse af ubegrænsede investeringer, kan hydroponics fuldt ud frigive planters vækstpotentiale.Lav CO₂koncentration forsinkede blomstringstiden for Arabidopsis thaliana, mens høj CO₂koncentration fremskyndede blomstringstiden for ris, forkortede risens vækstperiode til 3 måneder og formerede sig 4 generationer om året.Ved at supplere CO₂til 785,7μmol/mol i den kunstige vækstkasse blev forædlingscyklussen for sojasort 'Enrei' forkortet til 70 dage, og den kunne yngle 5 generationer på et år.Når CO₂koncentrationen steg til 550μmol/mol, blomstringen af ​​Cajanus cajan blev forsinket i 8~9 dage, og frugtsætningen og modningstiden blev også forsinket i 9 dage.Cajanus cajan akkumulerede uopløseligt sukker ved høj CO₂koncentration, hvilket kan påvirke planternes signaltransmission og forsinke blomstring.Desuden i vækstrummet med øget CO₂, stiger antallet og kvaliteten af ​​sojabønneblomster, hvilket er befordrende for hybridisering, og dets hybridiseringshastighed er meget højere end for sojabønner dyrket i marken.

Fremtidsudsigter

Moderne landbrug kan fremskynde processen med afgrødeforædling ved hjælp af alternativ avl og anlægsforædling.Der er dog nogle mangler ved disse metoder, såsom strenge geografiske krav, dyr arbejdskraft og ustabile naturforhold, som ikke kan garantere en vellykket frøhøst.Facilitetavl er påvirket af klimatiske forhold, og tiden til generationstilsætning er begrænset.Molekylær markøravl fremskynder dog kun udvælgelsen og bestemmelsen af ​​avlsmålegenskaber.På nuværende tidspunkt er hurtig forædlingsteknologi blevet anvendt på Gramineae, Leguminosae, Cruciferae og andre afgrøder.Imidlertid slipper plantefabrikkens hurtige generation fuldstændigt af med indflydelsen af ​​klimatiske forhold og kan regulere vækstmiljøet i overensstemmelse med behovene for plantevækst og udvikling.Ved at kombinere plantefabriks hurtige forædlingsteknologi med traditionel avl, molekylær markørforædling og andre avlsmetoder effektivt, under forudsætning af hurtig avl, kan den tid, der kræves for at opnå homozygote linjer efter hybridisering, reduceres, og samtidig kan de tidlige generationer udvalgt for at forkorte den tid, der kræves for at opnå ideelle egenskaber og ynglegenerationer.

Den vigtigste begrænsning af plantehurtig forædlingsteknologi på fabrikker er, at de miljømæssige betingelser, der kræves for vækst og udvikling af forskellige afgrøder, er ret forskellige, og det tager lang tid at opnå de miljømæssige betingelser for hurtig forædling af målafgrøder.Samtidig er det på grund af de høje omkostninger ved opførelse og drift af plantefabrikken vanskeligt at udføre storstilet additiv avlsforsøg, hvilket ofte fører til begrænset frøudbytte, hvilket kan begrænse den opfølgende markkarakterevaluering.Med den gradvise forbedring og forbedring af fabrikkens udstyr og teknologi reduceres anlægs- og driftsomkostningerne gradvist.Det er muligt yderligere at optimere den hurtige forædlingsteknologi og forkorte forædlingscyklussen ved effektivt at kombinere plantefabrikkens hurtige forædlingsteknologi med andre forædlingsteknikker.

ENDE

Citeret information

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Forskningsfremskridt af plantefabrikkens hurtige forædlingsteknologi [J].Landbrugsteknisk Teknologi, 2022,42(22):46-49.