Технологија хортикултурног пољопривредног инжењеринга стакленикаОбјављено у 17:30 14. октобра 2022. у Пекингу

Са сталним повећањем глобалне популације, потражња људи за храном расте из дана у дан, а постављају се све већи захтеви за исхрану и безбедност хране.Узгој висококвалитетних усева високог приноса је важно средство за решавање проблема са храном.Међутим, традиционалном методу оплемењивања потребно је много времена за култивисање одличних сорти, што ограничава напредак оплемењивања.За једногодишње самооплодне усеве може проћи 10-15 година од почетног укрштања родитеља до производње нове сорте.Стога, да би се убрзао напредак оплемењивања усева, неопходно је хитно побољшати ефикасност оплемењивања и скратити време генерације.

Брзи узгој значи максимизирати брзину раста биљака, убрзати цветање и плодове и скратити циклус оплемењивања контролисањем услова животне средине у потпуно затвореној просторији за раст са контролисаним окружењем.Фабрика биљака је пољопривредни систем који може постићи високоефикасну биљну производњу кроз високо прецизну контролу животне средине у објектима и представља идеално окружење за брзи узгој.Услови окружења за садњу као што су светлост, температура, влажност и концентрација ЦО2 у фабрици су релативно контролисани и на њих не утиче или мање утиче спољашња клима.У контролисаним условима животне средине, најбољи интензитет светлости, време светлости и температура могу убрзати различите физиолошке процесе биљака, посебно фотосинтезу и цветање, чиме се скраћује време генерисања раста усева.Коришћење фабричке технологије за контролу раста и развоја усева, берба плодова унапред, све док неколико семена са способношћу клијања може задовољити потребе оплемењивања.

Фотопериод, главни фактор животне средине који утиче на циклус раста усева

Светлосни циклус се односи на смењивање светлосног и тамног периода у дану.Светлосни циклус је важан фактор који утиче на раст, развој, цветање и плодоношење усева.Осећајући промену светлосног циклуса, усеви се могу променити од вегетативног до репродуктивног раста и потпуног цветања и плодоношења.Различите сорте усева и генотипови имају различите физиолошке одговоре на промене фотопериода.Биљке дугог сунца, када време сунца пређе критичну дужину сунчеве светлости, време цветања се обично убрзава продужењем фотопериода, као што су овас, пшеница и јечам.Неутралне биљке, без обзира на фотопериод, ће цветати, као што су пиринач, кукуруз и краставац.Биљкама кратког дана, као што су памук, соја и просо, потребан је фотопериод мањи од критичне дужине сунчеве светлости да би цветале.У условима вештачког окружења од 8 сати светлости и високе температуре од 30 ℃, време цветања амаранта је више од 40 дана раније него у пољском окружењу.Под третманом светлосног циклуса од 16/8 х (светло/тамно), свих седам генотипова јечма је рано процветало: Франклин (36 дана), Гаирднер (35 дана), Гимметт (33 дана), Цоммандер (30 дана), Флеет (29 дана). дана), Баудин (26 дана) и Лоцкиер (25 дана).

У вештачкој средини, период раста пшенице може се скратити коришћењем ембрион културе за добијање садница, а затим зрачењем 16 сати, а може се произвести 8 генерација сваке године.Период раста грашка је скраћен са 143 дана у пољском окружењу на 67 дана у вештачком пластенику са 16х осветљења.Даљњим продужавањем фотопериода на 20х и комбиновањем са 21°Ц/16°Ц (дан/ноћ), период раста грашка се може скратити на 68 дана, а стопа залијевања семена је 97,8%.У условима контролисане средине, после 20-часовног фотопериодног третмана, од сетве до цветања прође 32 дана, а цео период раста је 62-71 дан, што је краће од оног у пољским условима за више од 30 дана.У условима вештачког стакленика са фотопериодом од 22х, време цветања пшенице, јечма, репице и сланутка скраћује се у просеку за 22, 64, 73 и 33 дана, респективно.У комбинацији са раном жетвом семена, клијавост семена ране жетве може достићи 92%, 98%, 89% и 94% у просеку, што може у потпуности да задовољи потребе оплемењивања.Најбрже сорте могу континуирано да дају 6 генерација (пшеница) и 7 генерација (пшеница).Под условима 22-часовног фотопериода, време цветања овса је смањено за 11 дана, а 21 дан након цветања могло би се гарантовати најмање 5 одрживих семена, а пет генерација би се могло континуирано размножавати сваке године.У вештачком стакленику са 22-часовним осветљењем, период раста сочива се скраћује на 115 дана и може да се размножава 3-4 генерације годишње.Под условом 24-часовног непрекидног осветљења у вештачком стакленику, циклус раста кикирикија се смањује са 145 дана на 89 дана и може се размножавати 4 генерације у једној години.

Квалитет светлости

Светлост игра виталну улогу у расту и развоју биљака.Светлост може да контролише цветање утичући на многе фоторецепторе.Однос црвене светлости (Р) и плаве светлости (Б) је веома важан за цветање усева.Таласна дужина црвене светлости од 600 ~ 700 нм садржи апсорпциони врх хлорофила од 660 нм, који може ефикасно промовисати фотосинтезу.Таласна дужина плаве светлости од 400 ~ 500 нм ће утицати на фототропизам биљака, отварање стомата и раст садница.Код пшенице, однос црвене и плаве светлости је око 1, што може изазвати цветање најраније.Под светлосним квалитетом Р:Б=4:1, период раста средње и каснозрелих сорти соје скраћен је са 120 дана на 63 дана, смањена је висина биљке и хранљива биомаса, али није утицао на принос семена. , који је могао да задовољи најмање једно семе по биљци, а просечна клијавост незрелог семена износила је 81,7%.Под условима осветљења од 10 сати и додатка плаве светлости, биљке соје су постале кратке и јаке, цветале су 23 дана након сетве, сазревале за 77 дана и могле су да се размножавају 5 генерација у једној години.

Однос црвене светлости и далеког црвеног светла (ФР) такође утиче на цветање биљака.Фотоосетљиви пигменти постоје у два облика: апсорпција далеког црвеног светла (Пфр) и апсорпција црвене светлости (Пр).При ниском Р:ФР односу, фотоосетљиви пигменти се претварају из Пфр у Пр, што доводи до цветања биљака дугог дана.Коришћење ЛЕД светла за регулисање одговарајућег Р:ФР (0,66~1,07) може повећати висину биљке, промовисати цветање биљака дугог дана (као што су јутарња слава и змај) и инхибирати цветање биљака кратког дана (као што је невен ).Када је Р:ФР већи од 3,1, време цветања сочива се одлаже.Смањењем Р:ФР на 1,9 може се добити најбољи ефекат цветања, а може да цвета и 31. дана након сетве.Ефекат црвеног светла на инхибицију цветања је посредован фотоосетљивим пигментом Пр.Истраживања су истакла да када је Р:ФР већи од 3,5, време цветања пет махунарки (грашак, сланутак, пасуљ, сочиво и лупина) ће бити одложено.Код неких генотипова амаранта и пиринча, далеко црвено светло се користи за унапређење цветања за 10, односно 20 дана.

ђубриво ЦО₂

CO₂је главни извор угљеника у фотосинтези.Висока концентрација ЦО₂обично може подстаћи раст и репродукцију Ц3 једногодишњих биљака, док ниска концентрација ЦО₂може смањити принос раста и репродукције због ограничења угљеника.На пример, фотосинтетичка ефикасност биљака Ц3, као што су пиринач и пшеница, расте са повећањем ЦО₂ниво, што резултира повећањем биомасе и раним цветањем.Да би се реализовао позитиван утицај ЦО₂повећање концентрације, можда ће бити потребно оптимизовати снабдевање водом и хранљивим материјама.Стога, под условом неограниченог улагања, хидропоника може у потпуности ослободити потенцијал раста биљака.Ниска ЦО₂концентрација је одложила време цветања Арабидопсис тхалиана, док је висок ЦО₂концентрација је убрзала време цветања пиринча, скратила период раста пиринча на 3 месеца и размножила 4 генерације годишње.Допуњавањем ЦО₂на 785,7 μмол/мол у кутији за вештачки раст, циклус оплемењивања сорте соје 'Енреи' је скраћен на 70 дана и могла је да оплоди 5 генерација у једној години.Када је ЦО₂концентрација се повећала на 550 μмол/мол, цветање Цајанус цајан је одложено за 8 ~ 9 дана, а време постављања плода и сазревања такође је одложено за 9 дана.Цајанус цајан је акумулирао нерастворљиви шећер при високим ЦО₂концентрација, што може утицати на пренос сигнала биљака и одложити цветање.Поред тога, у просторији за раст са повећаним ЦО₂, повећава се број и квалитет цветова соје, што погодује хибридизацији, а њена стопа хибридизације је много већа него код соје која се гаји у пољу.

Изгледи за будућност

Савремена пољопривреда може убрзати процес оплемењивања усева путем алтернативног оплемењивања и узгоја у објектима.Међутим, постоје неки недостаци у овим методама, као што су строги географски захтеви, скупо управљање радном снагом и нестабилни природни услови, који не могу да гарантују успешну жетву семена.На узгој у објекту утичу климатски услови, а време за додавање генерација је ограничено.Међутим, узгој молекуларних маркера само убрзава селекцију и одређивање циљних особина узгоја.Тренутно се технологија брзог оплемењивања примењује на Граминеае, Легуминосае, Цруциферае и друге усеве.Међутим, фабрички брзи оплемењивање у потпуности се ослобађа утицаја климатских услова, и може регулисати растну средину према потребама раста и развоја биљака.Комбиновањем технологије брзог оплемењивања у фабрици биљака са традиционалним оплемењивањем, оплемењивањем молекуларних маркера и другим методама оплемењивања, ефективно, под условима брзог оплемењивања, време потребно за добијање хомозиготних линија након хибридизације може се смањити, а истовремено се могу смањити ране генерације. одабрано да скрати време потребно за добијање идеалних особина и приплодних генерација.

Кључно ограничење технологије брзог оплемењивања биљака у фабрикама је то што су услови животне средине потребни за раст и развој различитих усева прилично различити и потребно је доста времена да се стекну услови средине за брзи узгој циљних усева.У исто време, због високих трошкова изградње и рада фабрике, тешко је спровести велики експеримент адитивног оплемењивања, што често доводи до ограниченог приноса семена, што може ограничити накнадну процену карактера поља.Са постепеним побољшањем и унапређењем фабричке опреме и технологије, трошкови изградње и рада фабрике се постепено смањују.Могуће је додатно оптимизовати технологију брзог оплемењивања и скратити циклус оплемењивања ефективним комбиновањем технологије брзог оплемењивања фабрике биљака са другим техникама оплемењивања.

КРАЈ

Цитиране информације

Лиу Каизхе, Лиу Хоуцхенг.Напредак истраживања технологије брзог оплемењивања фабрике биљака [Ј].Технологија пољопривреде, 2022,42(22):46-49.