Greenhouse Horticultural Agricultural Engineering TechnologyUdgivet kl. 17: 30 den 14. oktober 2022 i Beijing

Med den kontinuerlige stigning i den globale befolkning øges folks efterspørgsel efter mad dag for dag, og højere krav fremsættes til fødevare ernæring og sikkerhed. At dyrke afgrøder med høj udbytte og afgrøder af høj kvalitet er et vigtigt middel til at løse madproblemer. Imidlertid tager den traditionelle avlsmetode lang tid at dyrke fremragende sorter, hvilket begrænser avlens fremskridt. For årlige selvbestøvende afgrøder kan det tage 10 ~ 15 år fra den indledende forælderovergang til produktionen af ​​en ny sort. Derfor er det presserende at forbedre avlseffektiviteten og forkorte genereringstiden for at fremskynde fremskridt med afgrødeavl.

Hurtig avl betyder at maksimere vækstraten for planter, fremskynde blomstring og frugtning og forkorte avlscyklussen ved at kontrollere miljøforhold i et fuldstændigt lukket kontrolleret miljøvækstrum. Plant Factory er et landbrugssystem, der kan opnå højeffektiv afgrødeproduktion gennem miljøkontrol med høj præcision i faciliteter, og det er et ideelt miljø til hurtig avl. Plantningsmiljøforholdene såsom lys, temperatur, fugtighed og CO2 -koncentration på fabrikken er relativt kontrollerbare og er ikke eller mindre påvirket af det eksterne klima. Under kontrollerede miljøforhold kan den bedste lysintensitet, lystid og temperatur fremskynde forskellige fysiologiske processer af planter, især fotosyntese og blomstring, hvilket forkorter genereringstiden for afgrødevækst. Ved hjælp af plantefabriksteknologi til at kontrollere vækst og udvikling af afgrøder og høst af frugter på forhånd, så længe et par frø med spiringsevne kan imødekomme avlsbehovet.

Photoperiod, den vigtigste miljøfaktor, der påvirker vækstcyklussen

Lyscyklus henviser til vekslingen af ​​lysperiode og mørk periode på en dag. Lyscyklus er en vigtig faktor, der påvirker vækst, udvikling, blomstring og frugt af afgrøder. Ved at føle ændringen af ​​lyscyklus kan afgrøder ændre sig fra vegetativ vækst til reproduktiv vækst og fuldstændig blomstring og frugtning. Forskellige afgrødesorter og genotyper har forskellige fysiologiske reaktioner på fotoperiodændringer. Lang-solskinplanter, når solskinstiden overstiger den kritiske solskin længde, accelereres blomstringstiden normalt ved forlængelse af fotoperiod, såsom havre, hvede og byg. Neutrale planter, uanset fotoperiod, vil blomstre, såsom ris, majs og agurk. Kortdagsanlæg, såsom bomuld, sojabønne og hirse, har brug for fotoperiod lavere end den kritiske solskin længde for at blomstre. Under de kunstige miljøforhold på 8 timer og 30 ℃ høj temperatur er blomstringstiden for Amaranth mere end 40 dage tidligere end i feltmiljøet. Under behandling af 16/8 timers lyscyklus (lys/mørk) blomstrede alle syv byggenotyper tidligt: ​​Franklin (36 dage), Gairdner (35 dage), Gimmett (33 dage), kommandør (30 dage), flåde (29 Dage), Baudin (26 dage) og Lockyer (25 dage).

Under det kunstige miljø kan vækstperioden for hvede 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 feltmiljø 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 frøindstillingshastigheden er 97,8%. Under betingelsen af ​​kontrolleret miljø tager det efter 20 timers fotoperiodbehandling 32 dage fra såning til blomstring, og hele vækstperioden er 62-71 dage, hvilket er kortere end i feltforholdene med mere end 30 dage. Under betingelsen af ​​kunstigt drivhus med 22 timers fotoperiod forkortes blomstringstiden for hvede, byg, voldtægt og kikærter henholdsvis 22, 64, 73 og 33 dage. Kombineret med tidlig høst af frø kan spiringshastighederne for tidlige høstfrø nå henholdsvis 92%, 98%, 89% og 94% i gennemsnit, hvilket fuldt ud kan imødekomme avlens behov. De hurtigste sorter kan kontinuerligt producere 6 generationer (hvede) og 7 generationer (hvede). Under betingelse af 22-timers fotoperiod blev blomstringstiden for havre reduceret med 11 dage, og 21 dage efter blomstring kunne mindst 5 levedygtige frø garanteres, og fem generationer kunne kontinuerligt forplantes hvert år. I det kunstige drivhus med 22-timers belysning forkortes vækstperioden for linser til 115 dage, og de kan gengive sig i 3-4 generationer om året. Under betingelse af 24-timers kontinuerlig belysning i kunstigt drivhus reduceres vækstcyklussen for jordnødder fra 145 dage til 89 dage, og det kan forplantes i 4 generationer på et år.

Let kvalitet

Lys spiller en vigtig rolle i væksten og udviklingen af ​​planter. Lys kan kontrollere blomstring ved at påvirke mange fotoreceptorer. Forholdet mellem rødt lys (R) og blåt lys (B) er meget vigtigt for afgrødeblomstring. Den røde lysbølgelængde på 600 ~ 700Nm indeholder absorptionstoppen af ​​chlorophyll på 660Nm, hvilket effektivt kan fremme fotosyntesen. Den blå lysbølgelængde på 400 ~ 500nm vil påvirke plantefototropisme, stomatal åbning og frøplantevækst. I hvede er forholdet mellem rødt lys og blåt lys ca. 1, hvilket kan inducere blomstring tidligst. Under lyskvaliteten af ​​R: B = 4: 1 blev vækstperioden for sojabønnesorter i midten og sent modne forkortet fra 120 dage til 63 dage, og plantens højde og ernæringsbiomasse blev reduceret, men frøudbyttet blev ikke påvirket , som kunne tilfredsstille mindst et frø pr. Plante, og den gennemsnitlige spiringshastighed for umodne frø var 81,7%. Under betingelse af 10 timers belysning og blå lystilskud blev sojabønneplanter korte og stærke, blomstrede 23 dage efter såning, modnet inden for 77 dage og kunne gengive sig i 5 generationer på et år.

Forholdet mellem rødt lys og langt rødt lys (FR) påvirker også blomstringen af ​​planter. Fotosensitive pigmenter findes i to former: Far Red Light Absorption (PFR) og Red Light Absorption (PR). Ved et lavt R: FR-forhold konverteres fotosensitive pigmenter fra PFR til PR, hvilket fører til blomstring af langdagsanlæg. Brug af LED-lys til regulering ). Når R: FR er større end 3,1, forsinkes linsernes blomstringstid. Reduktion af R: FR til 1,9 kan få den bedste blomstrende effekt, og det kan blomstre den 31. dag efter såning. Effekten af ​​rødt lys på blomstrende inhibering formidles af lysfølsom pigment PR. Undersøgelser har påpeget, at når R: FR er højere end 3,5, vil blomstringstiden for fem bælgfrugter (ærter, kikærter, bred bønne, linser og lupin) blive forsinket. I nogle genotyper af amaranth og ris bruges langt rød lys til at fremme blomstring med henholdsvis 10 dage og 20 dage.

Gødning co₂

CO₂er den vigtigste kulstofkilde til fotosyntesen. Høj koncentration co₂Kan normalt fremme vækst og reproduktion af C3 -etårige, mens lavkoncentration CO₂Kan reducere vækst- og reproduktionsudbyttet på grund af kulstofbegrænsning. For eksempel stiger den fotosyntetiske effektivitet af C3 -planter, såsom ris og hvede, med stigningen i CO₂niveau, hvilket resulterer i stigningen i biomasse og tidlig blomstring. For at realisere den positive virkning af CO₂Koncentrationsforøgelse, det kan være nødvendigt at optimere vand- og næringsstofforsyningen. Derfor kan hydroponik under betingelse af ubegrænset investering fuldt ud frigive planternes vækstpotentiale. Lavt co₂Koncentration forsinkede blomstringstiden for Arabidopsis thaliana, mens High Co₂Koncentration accelererede blomstringstiden for ris, forkortede vækstperioden i ris til 3 måneder og forplantede 4 generationer om året. Ved at supplere co₂Til 785,7μmol/mol i den kunstige vækstboks blev avlscyklussen for sojabønnesort 'ENREI' forkortet til 70 dage, og det kunne avle 5 generationer på et år. Når co₂Koncentrationen steg til 550μmol/mol, blomstringen af ​​Cajanus Cajan blev forsinket i 8 ~ 9 dage, og frugterindstillingen og modningstiden blev også forsinket i 9 dage. Cajanus Cajan akkumulerede uopløseligt sukker ved High Co₂Koncentration, der kan påvirke signaloverførslen af ​​planter og forsinke blomstringen. Derudover i vækstrummet med øget CO₂, antallet og kvaliteten af ​​sojabønne blomster stiger, hvilket er befordrende for hybridisering, og dets hybridiseringshastighed er meget højere end for sojabønner, der er dyrket i marken.

Fremtidige udsigter

Moderne landbrug kan fremskynde processen med afgrødeavl ved hjælp af alternativ avl og avl. Der er dog nogle mangler i disse metoder, såsom strenge geografiske krav, dyre arbejdsstyring og ustabile naturlige forhold, som ikke kan garantere vellykket frøhøst. Facilitetsavl er påvirket af klimatiske forhold, og tiden til generationsaddition er begrænset. Imidlertid fremskynder molekylær markøropdræt kun udvælgelsen og bestemmelsen af ​​avlsmålegenskaber. På nuværende tidspunkt er hurtig avlsteknologi blevet anvendt på Gramineae, Leguminosae, Cruciferae og andre afgrøder. Imidlertid slipper avl af plantefabrikken til at avle fuldstændigt af påvirkningen af ​​klimatiske forhold og kan regulere vækstmiljøet i henhold til behovene i plantevækst og udvikling. Ved at kombinere plantefabrikken hurtig avlsteknologi med traditionel avl, molekylær markøravl og andre avlsmetoder effektivt, under betingelse af hurtig avl, kan den tid, der kræves for at opnå homozygote linjer efter hybridisering, reduceres, og på samme tid kan de tidlige generationer være Valgt til at forkorte den tid, der kræves for at opnå ideelle træk og avlsgenerationer.

Den vigtigste begrænsning af plantens hurtige avlsteknologi i fabrikker er, at de miljøforhold, der kræves til vækst og udvikling af forskellige afgrøder, er ganske forskellige, og det tager lang tid at opnå miljøforholdene til hurtig avl af målafgrøder. På samme tid på grund af de høje omkostninger ved plantefabrikskonstruktion og drift er det vanskeligt at udføre storskala additive avlseksperiment, hvilket ofte fører til begrænset frøudbytte, hvilket kan begrænse evalueringen af ​​opfølgningsfeltkarakteren. Med den gradvise forbedring og forbedring af plantefabriksudstyr og teknologi reduceres konstruktions- og driftsomkostningerne for plantefabrikken gradvist. Det er muligt at yderligere optimere den hurtige avlsteknologi og forkorte avlscyklussen ved effektivt at kombinere plantefabrikken hurtig avlsteknologi med andre avlsteknikker.

ENDE

Citeret information

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Forskningsprogress for plantefabrikken hurtig avlsteknologi [J]. Landbrugsteknologi, 2022,42 (22): 46-49.