Skleníkové zahradnické technologie zemědělské technikyPublikováno v 17:30 dne 14. října 2022 v Pekingu

S neustálým nárůstem celosvětové populace se poptávka lidí po potravinách každým dnem zvyšuje a jsou kladeny vyšší požadavky na výživu a bezpečnost potravin.Pěstování vysoce výnosných a vysoce kvalitních plodin je důležitým prostředkem k řešení potravinových problémů.Tradiční šlechtitelská metoda však trvá dlouho, než se vypěstují vynikající odrůdy, což omezuje postup šlechtění.U jednoletých samosprašných plodin to může trvat 10 až 15 let od počátečního křížení rodičů k produkci nové odrůdy.Proto, aby se urychlil pokrok šlechtění plodin, je naléhavě nutné zlepšit efektivitu šlechtění a zkrátit generační dobu.

Rychlé šlechtění znamená maximalizovat rychlost růstu rostlin, urychlit kvetení a plodování a zkrátit cyklus šlechtění řízením podmínek prostředí v plně uzavřené pěstírně s kontrolovaným prostředím.Rostlinná továrna je zemědělský systém, který může dosáhnout vysoce efektivní produkce plodin prostřednictvím vysoce přesné environmentální kontroly v zařízeních, a je ideálním prostředím pro rychlé šlechtění.Podmínky prostředí pro výsadbu, jako je světlo, teplota, vlhkost a koncentrace CO2 v továrně jsou relativně kontrolovatelné a nejsou nebo jsou méně ovlivněny vnějším klimatem.Za kontrolovaných podmínek prostředí může nejlepší intenzita světla, doba světla a teplota urychlit různé fyziologické procesy rostlin, zejména fotosyntézu a kvetení, a zkrátit tak generační dobu růstu plodin.Použití technologie továrny na kontrolu růstu a vývoje plodin, sklízení plodů předem, pokud několik semen s klíčivostí může uspokojit potřeby šlechtění.

Fotoperioda, hlavní environmentální faktor ovlivňující růstový cyklus plodin

Světelný cyklus označuje střídání světlé a tmavé periody během dne.Světelný cyklus je důležitým faktorem, který ovlivňuje růst, vývoj, kvetení a plodování plodin.Snímáním změny světelného cyklu se plodiny mohou změnit z vegetativního růstu na reprodukční růst a dokončit kvetení a plodování.Různé odrůdy plodin a genotypy mají různé fyziologické reakce na změny fotoperiody.Rostliny s dlouhým slunečním svitem, jakmile doba slunečního svitu překročí kritickou délku slunečního svitu, doba květu se obvykle urychlí prodloužením fotoperiody, jako je oves, pšenice a ječmen.Neutrální rostliny, bez ohledu na fotoperiodu, pokvetou, jako je rýže, kukuřice a okurka.Rostliny krátkého dne, jako je bavlník, sója a proso, potřebují k rozkvětu fotoperiodu nižší, než je kritická délka slunečního svitu.V podmínkách umělého prostředí 8 hodin světla a 30 ℃ vysoké teploty je doba květu amarantu o více než 40 dní dříve než v polním prostředí.Při ošetření 16/8 hodinovým světelným cyklem (světlo/tma) brzy vykvetlo všech sedm genotypů ječmene: Franklin (36 dní), Gairdner (35 dní), Gimmett (33 dní), Commander (30 dní), Fleet (29 dní), Baudin (26 dní) a Lockyer (25 dní).

V umělém prostředí lze dobu růstu pšenice zkrátit použitím kultury embryí k získání semenáčků a poté ozařováním po dobu 16 hodin, a každý rok lze vyprodukovat 8 generací.Doba růstu hrachu byla zkrácena ze 143 dnů v polním prostředí na 67 dnů v umělém skleníku s 16h osvětlením.Dalším prodloužením fotoperiody na 20 hodin a její kombinací s 21°C/16°C (den/noc) lze dobu růstu hrachu zkrátit na 68 dní a rychlost tuhnutí semen je 97,8 %.V podmínkách kontrolovaného prostředí po 20hodinovém fotoperiodickém ošetření trvá od výsevu do kvetení 32 dní a celá doba růstu je 62-71 dní, což je kratší doba než v polních podmínkách o více než 30 dní.V podmínkách umělého skleníku s 22h fotoperiodou se doba květu pšenice, ječmene, řepky a cizrny zkracuje v průměru o 22, 64, 73 a 33 dní, resp.V kombinaci s časnou sklizní semen může klíčivost semen časné sklizně v průměru dosáhnout 92 %, 98 %, 89 % a 94 %, což může plně vyhovět potřebám šlechtění.Nejrychlejší odrůdy mohou nepřetržitě produkovat 6 generací (pšenice) a 7 generací (pšenice).Za podmínky 22hodinové fotoperiody se doba květu ovsa zkrátila o 11 dní a 21 dní po odkvětu mohlo být zaručeno alespoň 5 životaschopných semen a pět generací bylo možné nepřetržitě množit každý rok.V umělém skleníku s 22hodinovým osvětlením je doba růstu čočky zkrácena na 115 dní a může se rozmnožovat 3-4 generace ročně.Za podmínky 24hodinového nepřetržitého osvětlení v umělém skleníku se růstový cyklus arašídu zkracuje ze 145 dnů na 89 dnů a během jednoho roku se může množit po 4 generace.

Kvalita světla

Světlo hraje zásadní roli v růstu a vývoji rostlin.Světlo může řídit kvetení ovlivněním mnoha fotoreceptorů.Poměr červeného světla (R) k modrému světlu (B) je velmi důležitý pro kvetení plodin.Vlnová délka červeného světla 600~700nm obsahuje absorpční pík chlorofylu 660nm, který může účinně podporovat fotosyntézu.Vlnová délka modrého světla 400~500nm ovlivní fototropismus rostlin, otevírání průduchů a růst semenáčků.U pšenice je poměr červeného světla k modrému světlu asi 1, což může vyvolat kvetení nejdříve.Při světelné kvalitě R:B=4:1 se zkrátila doba růstu středně a pozdně dozrávajících odrůd sóji ze 120 dnů na 63 dnů a snížila se výška rostlin a nutriční biomasa, ale výnos semen nebyl ovlivněn. , který mohl uspokojit alespoň jedno semeno na rostlinu a průměrná klíčivost nezralých semen byla 81,7 %.Za podmínek 10h osvětlení a doplňku modrého světla se rostliny sóji staly krátkými a silnými, vykvetly 23 dní po výsevu, dozrály během 77 dní a mohly se rozmnožovat po 5 generací v jednom roce.

Poměr červeného světla k daleko červenému světlu (FR) také ovlivňuje kvetení rostlin.Fotosenzitivní pigmenty existují ve dvou formách: absorpce červeného světla (Pfr) a absorpce červeného světla (Pr).Při nízkém poměru R:FR se fotosenzitivní pigmenty přeměňují z Pfr na Pr, což vede ke kvetení rostlin s dlouhým dnem.Použití LED světel k regulaci vhodného R:FR(0,66~1,07) může zvýšit výšku rostlin, podpořit kvetení dlouhodenních rostlin (jako je svlačec a hledík) a zpomalit kvetení rostlin krátkého dne (jako je měsíček lékařský). ).Když je R:FR větší než 3,1, doba květu čočky se zpozdí.Snížením R:FR na 1,9 lze dosáhnout nejlepšího efektu kvetení a může kvést 31. den po výsevu.Vliv červeného světla na inhibici kvetení zprostředkovává fotosenzitivní pigment Pr.Studie poukázaly na to, že když je R:FR vyšší než 3,5, doba květu pěti luštěnin (hrách, cizrna, bob, čočka a lupina) se zpozdí.U některých genotypů amarantu a rýže se daleko červené světlo používá k urychlení kvetení o 10 dní, respektive 20 dní.

Hnojivo CO₂

CO₂je hlavním zdrojem uhlíku fotosyntézy.Vysoká koncentrace CO₂může obvykle podporovat růst a reprodukci letniček C3, zatímco nízká koncentrace CO₂může snížit růst a reprodukční výnos v důsledku omezení uhlíku.Například fotosyntetická účinnost C3 rostlin, jako je rýže a pšenice, se zvyšuje s nárůstem CO₂úroveň, což vede ke zvýšení biomasy a časnému kvetení.Abychom si uvědomili pozitivní dopad CO₂zvýšení koncentrace, může být nutné optimalizovat zásobování vodou a živinami.Hydroponie tedy může za podmínky neomezených investic plně uvolnit růstový potenciál rostlin.Nízký CO₂koncentrace zpozdila dobu květu Arabidopsis thaliana, zatímco vysoký CO₂koncentrace urychlila dobu květu rýže, zkrátila dobu růstu rýže na 3 měsíce a množila se 4 generace ročně.Doplněním CO₂na 785,7 μmol/mol v umělém pěstebním boxu se šlechtitelský cyklus odrůdy sóji 'Enrei' zkrátil na 70 dní a během jednoho roku mohla vyšlechtit 5 generací.Když CO₂koncentrace vzrostla na 550 μmol/mol, kvetení Cajanus cajan bylo zpožděno o 8~9 dní a doba nasazování a zrání plodů byla také opožděna o 9 dní.Cajanus cajan akumuloval nerozpustný cukr při vysokém CO₂koncentrace, která může ovlivnit přenos signálu rostlinami a zpomalit kvetení.Navíc v růstové místnosti se zvýšeným CO₂roste počet a kvalita květů sóji, což vede k hybridizaci, a její míra hybridizace je mnohem vyšší než u sóji pěstovaných na poli.

Budoucí prospekty

Moderní zemědělství může urychlit proces šlechtění plodin pomocí alternativního chovu a zařízení chovu.Tyto metody však mají určité nedostatky, jako jsou přísné geografické požadavky, nákladné řízení pracovní síly a nestabilní přírodní podmínky, které nemohou zaručit úspěšnou sklizeň semen.Objektový chov je ovlivněn klimatickými podmínkami a doba generačního přírůstku je omezená.Šlechtění molekulárních markerů však pouze urychluje selekci a stanovení cílových znaků šlechtění.V současné době byla technologie rychlého šlechtění aplikována na Gramineae, Leguminosae, Cruciferae a další plodiny.Rychlá generační šlechtění rostlin se však zcela zbavuje vlivu klimatických podmínek a může regulovat růstové prostředí podle potřeb růstu a vývoje rostlin.Účinným spojením technologie rychlého šlechtění v továrně s tradičním šlechtěním, šlechtěním molekulárních markerů a dalšími šlechtitelskými metodami lze za podmínek rychlého šlechtění zkrátit čas potřebný k získání homozygotních linií po hybridizaci a zároveň lze zkrátit rané generace. vybrány ke zkrácení doby potřebné k získání ideálních vlastností a chovných generací.

Klíčovým omezením technologie rychlého šlechtění rostlin v továrnách je to, že podmínky prostředí požadované pro růst a vývoj různých plodin jsou zcela odlišné a získání podmínek prostředí pro rychlé šlechtění cílových plodin trvá dlouho.Zároveň je vzhledem k vysokým nákladům na výstavbu a provoz továrny obtížné provádět rozsáhlý aditivní šlechtitelský experiment, což často vede k omezenému výnosu semen, což může omezovat následné hodnocení charakteru pole.Postupným zdokonalováním a zdokonalováním zařízení a technologie závodu se postupně snižují náklady na výstavbu a provoz závodu.Je možné dále optimalizovat technologii rychlého šlechtění a zkrátit šlechtitelský cyklus efektivní kombinací technologie rychlého šlechtění v továrně s jinými šlechtitelskými technikami.

KONEC

Citované informace

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Pokrok ve výzkumu technologie rychlého šlechtění rostlin [J].Technologie zemědělské techniky, 2022,42(22):46-49.