Växthus trädgårdsodling jordbruksteknik teknikPublicerad klockan 17:30 den 14 oktober 2022 i Peking

Med den ständiga ökningen av den globala befolkningen ökar människors efterfrågan på mat dag för dag, och högre krav ställs på matens näring och säkerhet.Att odla grödor med hög avkastning och hög kvalitet är ett viktigt medel för att lösa livsmedelsproblem.Den traditionella förädlingsmetoden tar dock lång tid att odla fram utmärkta sorter, vilket begränsar framstegen i förädlingen.För ettåriga självpollinerande grödor kan det ta 10~15 år från den första föräldrakorsningen till produktionen av en ny sort.För att påskynda framstegen inom växtförädlingen är det därför angeläget att förbättra förädlingseffektiviteten och förkorta generationstiden.

Snabb förädling innebär att maximera tillväxthastigheten för växter, påskynda blomningen och fruktsättningen, och förkorta förädlingscykeln genom att kontrollera miljöförhållandena i ett helt stängt, kontrollerat växtrum.Växtfabrik är ett jordbrukssystem som kan uppnå högeffektiv växtodling genom högprecision miljökontroll i anläggningar, och det är en idealisk miljö för snabb förädling.Planteringsmiljöförhållandena som ljus, temperatur, luftfuktighet och CO2-koncentration i fabriken är relativt kontrollerbara och påverkas inte eller mindre av det yttre klimatet.Under kontrollerade miljöförhållanden kan den bästa ljusintensiteten, ljustiden och temperaturen påskynda olika fysiologiska processer hos växter, särskilt fotosyntes och blomning, och därmed förkorta generationstiden för grödans tillväxt.Att använda växtfabriksteknik för att kontrollera grödans tillväxt och utveckling, skörda frukter i förväg, så länge som ett fåtal frön med groningsförmåga kan möta förädlingsbehoven.

Fotoperiod, den huvudsakliga miljöfaktorn som påverkar grödans tillväxtcykel

Ljuscykel hänvisar till växlingen av ljusperiod och mörk period på en dag.Ljuscykeln är en viktig faktor som påverkar tillväxt, utveckling, blomning och fruktsättning av grödor.Genom att känna av förändringen av ljuscykeln kan grödor förändras från vegetativ tillväxt till reproduktiv tillväxt och fullständig blomning och fruktsättning.Olika grödor och genotyper har olika fysiologiska svar på fotoperiodförändringar.Långt solskensväxter, när solskenstiden överstiger den kritiska solskenslängden, påskyndas blomningstiden vanligtvis genom att fotoperioden förlängs, såsom havre, vete och korn.Neutrala växter, oavsett fotoperiod, kommer att blomma, som ris, majs och gurka.Kortdagsväxter, som bomull, sojabönor och hirs, behöver fotoperioder som är lägre än den kritiska solskenslängden för att blomma.Under de konstgjorda miljöförhållandena med 8 timmars ljus och 30 ℃ hög temperatur, är blomningstiden för amaranth mer än 40 dagar tidigare än i fältmiljön.Under behandling av 16/8 timmars ljuscykel (ljus/mörk), blommade alla sju korngenotyper tidigt: Franklin (36 dagar), Gairdner (35 dagar), Gimmett (33 dagar), Commander (30 dagar), Fleet (29 dagar). dagar), Baudin (26 dagar) och Lockyer (25 dagar).

Under den konstgjorda miljön kan växtperioden för vete förkortas genom att använda embryokultur för att få plantor, och sedan bestråla i 16 timmar, och 8 generationer kan produceras varje år.Tillväxtperioden för ärter förkortades från 143 dagar i fältmiljö till 67 dagar i konstgjorda växthus med 16 timmars ljus.Genom att ytterligare förlänga fotoperioden till 20 timmar och kombinera den med 21°C/16°C (dag/natt), kan tillväxtperioden för ärter förkortas till 68 dagar och frösättningshastigheten är 97,8 %.Under förutsättning av kontrollerad miljö, efter 20 timmars fotoperiodbehandling, tar det 32 ​​dagar från sådd till blomning, och hela tillväxtperioden är 62-71 dagar, vilket är kortare än under fältförhållanden med mer än 30 dagar.Under tillstånd av ett konstgjort växthus med 22 timmars fotoperiod förkortas blomningstiden för vete, korn, raps och kikärter med 22, 64, 73 respektive 33 dagar i genomsnitt.I kombination med tidig skörd av frön kan groningsgraden för tidig skörd av frön nå 92 %, 98 %, 89 % respektive 94 % i genomsnitt, vilket fullt ut kan möta avelns behov.De snabbaste sorterna kan kontinuerligt producera 6 generationer (vete) och 7 generationer (vete).Under villkoret av en 22-timmars fotoperiod reducerades havrens blomningstid med 11 dagar, och 21 dagar efter blomningen kunde minst 5 livsdugliga frön garanteras, och fem generationer kunde kontinuerligt förökas varje år.I det konstgjorda växthuset med 22-timmars belysning förkortas linsernas tillväxtperiod till 115 dagar, och de kan föröka sig i 3-4 generationer om året.Under villkoret av 24-timmars kontinuerlig belysning i konstgjorda växthus reduceras tillväxtcykeln för jordnötter från 145 dagar till 89 dagar, och den kan förökas i 4 generationer på ett år.

Ljuskvalitet

Ljus spelar en viktig roll i växternas tillväxt och utveckling.Ljus kan styra blomningen genom att påverka många fotoreceptorer.Förhållandet mellan rött ljus (R) och blått ljus (B) är mycket viktigt för grödans blomning.Den röda ljusvåglängden på 600 ~ 700 nm innehåller absorptionstoppen för klorofyll på 660 nm, vilket effektivt kan främja fotosyntes.Den blå ljusvåglängden på 400~500nm kommer att påverka växtens fototropism, stomatala öppning och planttillväxt.I vete är förhållandet mellan rött ljus och blått ljus cirka 1, vilket kan inducera blomning tidigast.Under ljuskvaliteten R:B=4:1 förkortades tillväxtperioden för medel- och sentmogna sojabönssorter från 120 dagar till 63 dagar, och planthöjden och näringsbiomassan minskade, men fröskörden påverkades inte , som kunde tillfredsställa minst ett frö per planta, och den genomsnittliga grobarheten för omogna frön var 81,7%.Under villkoret av 10 timmars belysning och blått ljustillskott blev sojabönsväxter korta och starka, blommade 23 dagar efter sådd, mognade inom 77 dagar och kunde föröka sig i 5 generationer på ett år.

Förhållandet mellan rött ljus och långt rött ljus (FR) påverkar också blomningen av växter.Ljuskänsliga pigment finns i två former: absorption av långt rött ljus (Pfr) och absorption av rött ljus (Pr).Vid ett lågt R:FR-förhållande omvandlas ljuskänsliga pigment från Pfr till Pr, vilket leder till blomning av långdagsväxter.Att använda LED-lampor för att reglera rätt R:FR(0,66~1,07) kan öka planthöjden, främja blomningen av långdagsväxter (som morning glory och snapdragon) och hämma blomningen av kortdagsväxter (som ringblomma) ).När R:FR är större än 3,1 försenas blomningstiden för linser.Att minska R:FR till 1,9 kan få den bästa blomningseffekten, och den kan blomma den 31:a dagen efter sådd.Effekten av rött ljus på blomningshämning förmedlas av ljuskänsligt pigment Pr.Studier har påpekat att när R:FR är högre än 3,5 kommer blomningstiden för fem baljväxter (ärta, kikärta, bondböna, lins och lupin) att försenas.I vissa genotyper av amarant och ris används långt rött ljus för att blomma framåt med 10 dagar respektive 20 dagar.

Gödselmedel CO₂

CO₂är den huvudsakliga kolkällan för fotosyntes.Hög koncentration av CO₂kan vanligtvis främja tillväxten och reproduktionen av C3 ettåriga, medan låg koncentration av CO₂kan minska tillväxten och reproduktionsutbytet på grund av koldioxidbegränsning.Till exempel ökar den fotosyntetiska effektiviteten hos C3-växter, såsom ris och vete, med ökningen av CO₂nivå, vilket resulterar i ökning av biomassa och tidig blomning.För att inse den positiva effekten av CO₂koncentrationsökning kan det bli nödvändigt att optimera vatten- och näringstillförseln.Därför, under villkoret av obegränsade investeringar, kan hydroponics fullt ut frigöra tillväxtpotentialen hos växter.Låg CO₂koncentration fördröjde blomningstiden för Arabidopsis thaliana, medan hög CO₂koncentrationen påskyndade risets blomningstid, förkortade risets tillväxtperiod till 3 månader och förökade sig 4 generationer per år.Genom att komplettera CO₂till 785,7 μmol/mol i den konstgjorda tillväxtlådan förkortades förädlingscykeln för sojabönsorten 'Enrei' till 70 dagar och den kunde föda upp 5 generationer på ett år.När CO₂koncentrationen ökade till 550 μmol/mol, blomningen av Cajanus cajan försenades med 8~9 dagar, och fruktsättningen och mognadstiden försenades också med 9 dagar.Cajanus cajan ackumulerade olösligt socker vid hög CO₂koncentration, vilket kan påverka signalöverföringen av växter och fördröja blomningen.Dessutom i tillväxtrummet med ökad CO₂, ökar antalet och kvaliteten på sojabönblommor, vilket bidrar till hybridisering, och dess hybridiseringshastighet är mycket högre än för sojabönor som odlas på fältet.

Framtida prospekt

Modernt jordbruk kan påskynda växtförädlingsprocessen genom alternativ förädling och anläggningsförädling.Det finns dock vissa brister i dessa metoder, såsom strikta geografiska krav, dyr arbetskraftshantering och instabila naturliga förhållanden, som inte kan garantera framgångsrik fröskörd.Anläggningsuppfödning påverkas av klimatförhållanden och tiden för generationstillskott är begränsad.Molekylär marköruppfödning påskyndar dock bara urvalet och bestämningen av avelsmålegenskaper.För närvarande har snabb förädlingsteknik tillämpats på Gramineae, Leguminosae, Cruciferae och andra grödor.Men växtfabrikens snabba generationsförädling blir helt av med påverkan av klimatförhållanden och kan reglera tillväxtmiljön enligt behoven för växttillväxt och utveckling.Genom att effektivt kombinera växtfabrikens snabbförädlingsteknik med traditionell förädling, molekylär markörförädling och andra förädlingsmetoder, under förutsättning av snabb förädling, kan tiden som krävs för att erhålla homozygota linjer efter hybridisering minskas, och samtidigt kan de tidiga generationerna väljs för att förkorta tiden som krävs för att erhålla idealiska egenskaper och avelsgenerationer.

Den viktigaste begränsningen för växtsnabbförädlingsteknik i fabriker är att de miljöförhållanden som krävs för tillväxt och utveckling av olika grödor är ganska olika, och det tar lång tid att erhålla miljöförhållandena för snabb förädling av målgrödor.Samtidigt, på grund av de höga kostnaderna för anläggningsfabrikens konstruktion och drift, är det svårt att genomföra storskaliga tillsatsförädlingsexperiment, vilket ofta leder till begränsad fröavkastning, vilket kan begränsa uppföljningen av fältkaraktärsutvärderingen.Med den gradvisa förbättringen och förbättringen av anläggningsfabrikens utrustning och teknik minskas konstruktions- och driftskostnaderna för anläggningsfabriken gradvis.Det är möjligt att ytterligare optimera snabbförädlingstekniken och förkorta förädlingscykeln genom att effektivt kombinera växtfabrikens snabbförädlingsteknik med andra förädlingstekniker.

SLUTET

Citerad information

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Forskningsframsteg inom växtfabrikens snabbförädlingsteknik [J].Lantbruksteknik, 2022,42(22):46-49.