Технологія тепличного садівництва і агротехнікиОпубліковано о 17:30 14 жовтня 2022 року в Пекіні

З постійним зростанням населення планети попит людей на їжу зростає з кожним днем, і висуваються все більші вимоги до поживності та безпеки харчових продуктів.Важливим засобом вирішення продовольчих проблем є вирощування високоврожайних і якісних культур.Однак традиційний метод селекції потребує багато часу для вирощування чудових сортів, що обмежує прогрес селекції.Для однорічних самозапильних культур може пройти 10-15 років від початкового схрещування батьків до отримання нового сорту.Тому для прискорення прогресу селекції культур необхідно терміново підвищити ефективність селекції та скоротити час генерації.

Швидке розмноження означає максимізацію швидкості росту рослин, прискорення цвітіння та плодоношення, а також скорочення циклу розмноження шляхом контролю умов навколишнього середовища в повністю закритій кімнаті для вирощування з контрольованим середовищем.Фабрика рослин — це сільськогосподарська система, яка може досягти високоефективного виробництва сільськогосподарських культур завдяки високоточному контролю навколишнього середовища на об’єктах, і це ідеальне середовище для швидкого розмноження.Умови середовища для посадки, такі як світло, температура, вологість і концентрація CO2 на фабриці, можна відносно контролювати, і зовнішній клімат не впливає або менше впливає на них.У контрольованих умовах навколишнього середовища найкраща інтенсивність світла, час освітлення та температура можуть прискорити різні фізіологічні процеси рослин, особливо фотосинтез і цвітіння, таким чином скорочуючи час генерації росту культур.Використання заводських технологій для контролю росту та розвитку культур, збирання плодів заздалегідь, доки кілька насіння зі здатністю до проростання можуть задовольнити потреби розведення.

Світловий період, основний екологічний фактор, що впливає на цикл росту сільськогосподарських культур

Світловий цикл означає чергування світлого періоду та темного періоду в день.Світловий цикл є важливим фактором, який впливає на ріст, розвиток, цвітіння та плодоношення культур.Відчуваючи зміну світлового циклу, культури можуть переходити від вегетативного росту до репродуктивного росту та завершувати цвітіння та плодоношення.Різні сорти культур і генотипи мають різну фізіологічну реакцію на зміни фотоперіоду.Рослини з довгим сонячним світлом, як тільки час сонячного сяйва перевищує критичну тривалість сонячного сяйва, час цвітіння зазвичай прискорюється подовженням фотоперіоду, наприклад овес, пшениця та ячмінь.Нейтральні рослини, незалежно від фотоперіоду, будуть цвісти, такі як рис, кукурудза та огірок.Рослинам короткого дня, таким як бавовник, соя та просо, для цвітіння потрібен фотоперіод, менший за критичну тривалість сонячного світла.В умовах штучного середовища з 8-годинним світлом і високою температурою 30 ℃ час цвітіння амаранту більш ніж на 40 днів раніше, ніж у польових умовах.При обробці 16/8 годин світлового циклу (світло/темрява) всі сім генотипів ячменю зацвіли рано: Франклін (36 днів), Гарднер (35 днів), Гіммет (33 дні), Командор (30 днів), Фліт (29). днів), Baudin (26 днів) і Lockyer (25 днів).

У штучному середовищі можна скоротити період росту пшениці, використовуючи культуру ембріонів для отримання проростків, а потім опромінення протягом 16 годин, і можна виробляти 8 поколінь щороку.Період росту гороху скорочено з 143 днів у польових умовах до 67 днів у штучній теплиці з 16-годинним освітленням.Подовжуючи фотоперіод до 20 годин і комбінуючи його з 21°C/16°C (день/ніч), період росту гороху можна скоротити до 68 днів, а швидкість зав’язування насіння становить 97,8%.В умовах контрольованого середовища після 20-годинної обробки від посіву до цвітіння проходить 32 дні, а весь період росту становить 62-71 день, що коротше, ніж у польових умовах більш ніж на 30 днів.В умовах штучної теплиці з 22-годинним фотоперіодом терміни цвітіння пшениці, ячменю, ріпаку та нуту скорочуються в середньому на 22, 64, 73 та 33 дні відповідно.У поєднанні з раннім збором насіння схожість насіння раннього врожаю може досягати в середньому 92%, 98%, 89% і 94% відповідно, що може повністю задовольнити потреби селекції.Найшвидші сорти можуть безперервно давати 6 поколінь (пшениця) і 7 поколінь (пшениця).За умови 22-годинного фотоперіоду час цвітіння вівса скорочувався на 11 днів, а через 21 день після цвітіння можна було гарантувати принаймні 5 життєздатних насінин і щорічно безперервно розмножувати п’ять поколінь.У штучній оранжереї з 22-годинним освітленням період росту сочевиці скорочується до 115 днів, і вона може відтворювати 3-4 покоління на рік.За умови 24-годинного безперервного освітлення в штучній теплиці цикл росту арахісу скорочується з 145 днів до 89 днів, і він може розмножувати 4 покоління за один рік.

Якість світла

Світло відіграє життєво важливу роль у рості та розвитку рослин.Світло може контролювати цвітіння, впливаючи на багато фоторецепторів.Співвідношення червоного світла (R) і синього світла (B) дуже важливо для цвітіння культури.Довжина хвилі червоного світла 600~700 нм містить пік поглинання хлорофілу 660 нм, що може ефективно сприяти фотосинтезу.Довжина хвилі синього світла 400~500 нм впливає на фототропізм рослин, відкриття продихів і ріст розсади.У пшениці відношення червоного світла до синього становить приблизно 1, що може викликати цвітіння якнайшвидше.За умови освітленості R:B=4:1 період росту середньо- та пізньостиглих сортів сої скоротився зі 120 днів до 63 днів, зменшилась висота рослин і поживна біомаса, але це не вплинуло на врожайність насіння. , що могло задовольнити хоча б одну насінину на рослину, а середня схожість незрілого насіння становила 81,7 %.За умов 10-годинного освітлення та додавання синього світла рослини сої ставали низькорослими та міцними, зацвітали через 23 дні після посіву, дозрівали протягом 77 днів і могли відтворювати 5 поколінь за один рік.

Відношення червоного світла до дальнього червоного світла (FR) також впливає на цвітіння рослин.Світлочутливі пігменти існують у двох формах: поглинання далекого червоного світла (Pfr) і поглинання червоного світла (Pr).При низькому співвідношенні R:FR світлочутливі пігменти перетворюються з Pfr в Pr, що призводить до цвітіння рослин довгого дня.Використання світлодіодних ліхтарів для регулювання відповідного R:FR(0,66~1,07) може збільшити висоту рослин, сприяти цвітінню рослин довгого дня (таких як іпомея та левиний зів) і гальмувати цвітіння рослин короткого дня (таких як чорнобривці). ).Коли R:FR більше 3,1, час цвітіння сочевиці затримується.Зниження R:FR до 1,9 може отримати найкращий ефект цвітіння, і він може зацвісти на 31-й день після посіву.Вплив червоного світла на пригнічення цвітіння опосередковується світлочутливим пігментом Pr.Дослідження показали, що коли R:FR вище 3,5, час цвітіння п’яти бобових рослин (гороху, нуту, квасолі, сочевиці та люпину) буде відкладено.У деяких генотипів амаранту та рису для прискорення цвітіння на 10 і 20 днів використовується далеко-червоне світло.

Добриво CO₂

CO₂є основним джерелом вуглецю для фотосинтезу.Висока концентрація CO₂зазвичай може сприяти росту та розмноженню однорічних C3, тоді як низька концентрація CO₂може зменшити ріст і продуктивність розмноження через обмеження вуглецю.Наприклад, фотосинтетична ефективність рослин C3, таких як рис і пшениця, зростає зі збільшенням CO₂рівень, що призводить до збільшення біомаси та раннього цвітіння.Щоб усвідомити позитивний вплив CO₂збільшення концентрації може знадобитися оптимізувати постачання води та поживних речовин.Тому за умови необмежених інвестицій гідропоніка може повністю вивільнити потенціал росту рослин.Низький CO₂концентрація затримувала час цвітіння Arabidopsis thaliana, тоді як високий CO₂концентрація прискорила час цвітіння рису, скоротила період росту рису до 3 місяців і розмножувала 4 покоління на рік.Доповнюючи CO₂до 785,7 мкмоль/моль у коробці для штучного вирощування, цикл розмноження сорту сої «Енрей» було скорочено до 70 днів, і він міг вирощувати 5 поколінь за один рік.Коли CO₂концентрація зросла до 550 мкмоль/моль, цвітіння Cajanus cajan затрималося на 8~9 днів, а зав’язування та час дозрівання плодів також затрималися на 9 днів.Cajanus cajan накопичував нерозчинний цукор при високому CO₂концентрації, яка може вплинути на передачу сигналу рослин і затримати цвітіння.Крім того, у ростовій кімнаті з підвищеним СО₂, збільшується кількість і якість квіток сої, що сприяє гібридизації, і швидкість її гібридизації значно вища, ніж у сої, вирощеної в полі.

Майбутні перспективи

Сучасне сільське господарство може прискорити процес селекції сільськогосподарських культур за допомогою альтернативної селекції та селекції в приміщеннях.Однак у цих методів є деякі недоліки, такі як суворі географічні вимоги, дорога оплата праці та нестабільні природні умови, які не можуть гарантувати успішного збору насіння.На розведення в установі впливають кліматичні умови, а час для додавання поколінь обмежений.Однак селекція молекулярних маркерів лише прискорює відбір і визначення цільових ознак селекції.В даний час технологія швидкої селекції застосована до злакових, бобових, хрестоцвітих та інших культур.Проте фабричне розведення швидкого покоління повністю позбавляє впливу кліматичних умов і може регулювати середовище росту відповідно до потреб росту та розвитку рослин.Ефективно поєднуючи технологію швидкого розведення заводських заводів із традиційним розведенням, розведенням молекулярних маркерів та іншими методами розведення, за умови швидкого розведення час, необхідний для отримання гомозиготних ліній після гібридизації, можна скоротити, і в той же час можна отримати ранні покоління. відібрані для скорочення часу, необхідного для отримання ідеальних ознак і виведення поколінь.

Ключовим обмеженням технології швидкого розмноження рослин на заводах є те, що умови навколишнього середовища, необхідні для росту та розвитку різних культур, досить різні, і потрібен багато часу, щоб отримати умови навколишнього середовища для швидкого розведення цільових культур.У той же час, через високу вартість будівництва та експлуатації рослинної фабрики, важко проводити масштабний адитивний селекційний експеримент, що часто призводить до обмеження врожайності насіння, що може обмежити подальшу оцінку характеру поля.З поступовим удосконаленням та вдосконаленням заводського обладнання та технології, вартість будівництва та експлуатації заводу поступово знижується.Можна додатково оптимізувати технологію швидкого розведення та скоротити цикл розведення, ефективно поєднуючи технологію швидкого розведення заводу з іншими методами розведення.

КІНЕЦЬ

Цитована інформація

Лю Кайчже, Лю Хоучен.Дослідження технології швидкого розмноження заводу [J].Технологія сільськогосподарського машинобудування, 2022,42(22):46-49.