Tecnologia d'enginyeria agrícola hortícola d'hivernaclePublicat a les 17:30 el 14 d'octubre de 2022 a Pequín

Amb l'augment continu de la població mundial, la demanda d'aliments de la gent augmenta dia a dia i es plantegen requisits més alts per a la nutrició i la seguretat dels aliments.El cultiu de cultius d'alt rendiment i qualitat és un mitjà important per resoldre els problemes alimentaris.No obstant això, el mètode de cria tradicional triga molt de temps a conrear varietats excel·lents, cosa que limita el progrés de la millora.Per als cultius autopol·linitzats anuals, poden passar de 10 a 15 anys des de l'encreuament inicial dels pares fins a la producció d'una nova varietat.Per tant, per accelerar el progrés de la millora dels cultius, és urgent millorar l'eficiència de la millora i escurçar el temps de generació.

La reproducció ràpida significa maximitzar la taxa de creixement de les plantes, accelerar la floració i la fructificació i escurçar el cicle de cria mitjançant el control de les condicions ambientals en una sala de creixement controlada totalment tancada.La fàbrica de plantes és un sistema agrícola que pot aconseguir una producció de cultius d'alta eficiència mitjançant un control ambiental d'alta precisió a les instal·lacions, i és un entorn ideal per a una cria ràpida.Les condicions ambientals de plantació com la llum, la temperatura, la humitat i la concentració de CO2 a la fàbrica són relativament controlables i no es veuen afectades o menys pel clima extern.En condicions ambientals controlades, la millor intensitat de llum, temps de llum i temperatura poden accelerar diversos processos fisiològics de les plantes, especialment la fotosíntesi i la floració, escurçant així el temps de generació del creixement del cultiu.Utilitzant la tecnologia de fàbrica de plantes per controlar el creixement i desenvolupament dels cultius, collint els fruits amb antelació, sempre que unes poques llavors amb capacitat de germinació puguin satisfer les necessitats de millora.

El fotoperíode, el principal factor ambiental que afecta el cicle de creixement dels cultius

El cicle de la llum fa referència a l'alternança del període de llum i període fosc en un dia.El cicle de la llum és un factor important que afecta el creixement, desenvolupament, floració i fructificació dels cultius.En detectar el canvi del cicle de la llum, els cultius poden canviar del creixement vegetatiu al creixement reproductiu i la floració i la fructificació completa.Les diferents varietats i genotips de cultius tenen diferents respostes fisiològiques als canvis de fotoperíode.Plantes de llarga insolació, una vegada que el temps d'insolació supera la durada crítica del sol, el temps de floració sol accelerar-se per la prolongació del fotoperíode, com ara la civada, el blat i l'ordi.Les plantes neutres, independentment del fotoperíode, floreixen, com l'arròs, el blat de moro i el cogombre.Les plantes de dia curt, com el cotó, la soja i el mill, necessiten un fotoperíode inferior a la longitud crítica del sol per florir.En condicions ambientals artificials de 8 hores de llum i 30 ℃ d'alta temperatura, el temps de floració de l'amarant és més de 40 dies abans que el de l'entorn del camp.Sota el tractament del cicle de llum de 16/8 h (clar/fosc), els set genotips d'ordi van florir d'hora: Franklin (36 dies), Gairdner (35 dies), Gimmett (33 dies), Commander (30 dies), Fleet (29 dies). dies), Baudin (26 dies) i Lockyer (25 dies).

Sota l'entorn artificial, el període de creixement del blat es pot escurçar utilitzant el cultiu d'embrions per obtenir plàntules, i després irradiant durant 16 hores, i es poden produir 8 generacions cada any.El període de creixement del pèsol es va escurçar de 143 dies en entorn de camp a 67 dies en hivernacle artificial amb 16 h de llum.Perllongant encara més el fotoperíode a 20 h i combinant-lo amb 21 °C/16 °C (dia/nit), el període de creixement del pèsol es pot escurçar a 68 dies i la taxa de presa de llavors és del 97,8%.En condicions d'ambient controlat, després de 20 hores de tractament fotoperíode, triguen 32 dies des de la sembra fins a la floració, i tot el període de creixement és de 62-71 dies, que és més curt que en condicions de camp en més de 30 dies.Sota la condició d'hivernacle artificial amb fotoperíode de 22 hores, el temps de floració de blat, ordi, colza i cigron s'escurça en 22, 64, 73 i 33 dies de mitjana, respectivament.Combinat amb la collita primerenca de llavors, les taxes de germinació de les llavors de collita primerenca poden arribar al 92%, 98%, 89% i 94% de mitjana, respectivament, que poden satisfer plenament les necessitats de cria.Les varietats més ràpides poden produir contínuament 6 generacions (blat) i 7 generacions (blat).Amb la condició d'un fotoperíode de 22 hores, el temps de floració de la civada es va reduir en 11 dies i, 21 dies després de la floració, es podien garantir almenys 5 llavors viables i es podrien propagar contínuament cinc generacions cada any.A l'hivernacle artificial amb il·luminació de 22 hores, el període de creixement de les llenties s'escurça a 115 dies i es poden reproduir durant 3-4 generacions a l'any.Amb la il·luminació contínua de 24 hores en hivernacle artificial, el cicle de creixement del cacauet es redueix de 145 dies a 89 dies i es pot propagar durant 4 generacions en un any.

Qualitat de la llum

La llum té un paper fonamental en el creixement i desenvolupament de les plantes.La llum pot controlar la floració afectant molts fotoreceptors.La proporció de llum vermella (R) a llum blava (B) és molt important per a la floració dels cultius.La longitud d'ona de la llum vermella de 600 ~ 700 nm conté el pic d'absorció de la clorofil·la de 660 nm, que pot promoure eficaçment la fotosíntesi.La longitud d'ona de la llum blava de 400 ~ 500 nm afectarà el fototropisme de les plantes, l'obertura estomàtica i el creixement de les plàntules.En el blat, la proporció de llum vermella a llum blava és d'aproximadament 1, cosa que pot induir la floració com a molt aviat.Sota la qualitat de la llum de R: B = 4: 1, el període de creixement de les varietats de soja de maduració mitjana i tardana es va escurçar de 120 dies a 63 dies, i l'alçada de la planta i la biomassa nutricional es van reduir, però el rendiment de llavors no es va veure afectat. , que podria satisfer almenys una llavor per planta, i la taxa mitjana de germinació de llavors immadures va ser del 81,7%.Sota la condició d'il·luminació de 10 hores i suplement de llum blava, les plantes de soja es van fer curtes i fortes, van florir 23 dies després de la sembra, van madurar en 77 dies i es van poder reproduir durant 5 generacions en un any.

La proporció de llum vermella a llum vermella llunyana (FR) també afecta la floració de les plantes.Els pigments fotosensibles existeixen de dues formes: absorció de llum vermella llunyana (Pfr) i absorció de llum vermella (Pr).Amb una relació R:FR baixa, els pigments fotosensibles es converteixen de Pfr a Pr, la qual cosa condueix a la floració de les plantes de dia llarg.L'ús de llums LED per regular el R: FR (0,66 ~ 1,07) adequat pot augmentar l'alçada de la planta, promoure la floració de les plantes de dia llarg (com la glòria del matí i el snapdragon) i inhibir la floració de les plantes de dia curt (com la calèndula). ).Quan R:FR és superior a 3,1, el temps de floració de les llenties es retarda.Reduir R:FR a 1,9 pot obtenir el millor efecte de floració i pot florir el 31è dia després de la sembra.L'efecte de la llum vermella sobre la inhibició de la floració està mediat pel pigment fotosensible Pr.Els estudis han assenyalat que quan R:FR és superior a 3,5, el temps de floració de cinc plantes lleguminoses (pèsol, cigrons, fava, llenties i altramuces) es retardarà.En alguns genotips d'amarant i arròs, la llum vermella llunyana s'utilitza per avançar la floració en 10 dies i 20 dies respectivament.

Fertilitzant CO₂

CO₂és la principal font de carboni de la fotosíntesi.Alta concentració de CO₂generalment pot promoure el creixement i la reproducció de les plantes anuals C3, mentre que la concentració baixa de CO₂pot reduir el creixement i el rendiment de reproducció a causa de la limitació de carboni.Per exemple, l'eficiència fotosintètica de les plantes C3, com l'arròs i el blat, augmenta amb l'augment de CO₂nivell, donant lloc a l'augment de la biomassa i la floració primerenca.Per adonar-se de l'impacte positiu del CO₂augment de la concentració, pot ser necessari optimitzar el subministrament d'aigua i nutrients.Per tant, sota la condició d'una inversió il·limitada, la hidroponia pot alliberar completament el potencial de creixement de les plantes.Baix CO₂La concentració va retardar el temps de floració d'Arabidopsis thaliana, mentre que l'elevat CO₂La concentració va accelerar el temps de floració de l'arròs, va escurçar el període de creixement de l'arròs a 3 mesos i es va propagar 4 generacions a l'any.En complementar el CO₂a 785,7 μmol/mol a la caixa de creixement artificial, el cicle de cria de la varietat de soja "Enrei" es va escurçar a 70 dies i podria reproduir 5 generacions en un any.Quan el CO₂La concentració va augmentar fins a 550 μmol/mol, la floració de Cajanus cajan es va retardar durant 8 ~ 9 dies i la cuança i el temps de maduració també es van retardar durant 9 dies.Cajanus cajan va acumular sucre insoluble a un alt CO₂concentració, que pot afectar la transmissió del senyal de les plantes i retardar la floració.A més, a la sala de creixement amb augment de CO₂, augmenta el nombre i la qualitat de les flors de soja, cosa que afavoreix la hibridació, i la seva taxa d'hibridació és molt superior a la de la soja cultivada al camp.

Perspectives de futur

L'agricultura moderna pot accelerar el procés de millora de cultius mitjançant la millora alternativa i la millora d'instal·lacions.Tanmateix, hi ha algunes deficiències en aquests mètodes, com ara requisits geogràfics estrictes, costosa gestió de la mà d'obra i condicions naturals inestables, que no poden garantir l'èxit de la collita de llavors.La cria de les instal·lacions està influenciada per les condicions climàtiques i el temps per a la incorporació de la generació és limitat.Tanmateix, la reproducció de marcadors moleculars només accelera la selecció i la determinació dels trets objectiu de la reproducció.Actualment, la tecnologia de reproducció ràpida s'ha aplicat a Gramineae, Leguminosae, Cruciferae i altres cultius.Tanmateix, la reproducció ràpida de la fàbrica de plantes elimina completament la influència de les condicions climàtiques i pot regular l'entorn de creixement segons les necessitats de creixement i desenvolupament de les plantes.Combinant la tecnologia de reproducció ràpida de fàbriques de plantes amb la cria tradicional, la reproducció de marcadors moleculars i altres mètodes de cria de manera eficaç, en condicions de reproducció ràpida, es pot reduir el temps necessari per obtenir línies homozigotes després de la hibridació i, al mateix temps, es poden reduir les primeres generacions. seleccionats per escurçar el temps necessari per obtenir trets ideals i generacions de cria.

La limitació clau de la tecnologia de reproducció ràpida de plantes a les fàbriques és que les condicions ambientals necessàries per al creixement i desenvolupament de diferents cultius són força diferents i es necessita molt de temps per obtenir les condicions ambientals per a la reproducció ràpida dels cultius objectiu.Al mateix temps, a causa de l'alt cost de construcció i funcionament de la fàbrica de plantes, és difícil dur a terme un experiment de millora additiva a gran escala, que sovint condueix a un rendiment limitat de llavors, cosa que pot limitar l'avaluació del caràcter de camp de seguiment.Amb la millora gradual i la millora de l'equip i la tecnologia de la fàbrica de plantes, el cost de construcció i operació de la fàbrica de plantes es redueix gradualment.És possible optimitzar encara més la tecnologia de cria ràpida i escurçar el cicle de millora combinant eficaçment la tecnologia de cria ràpida de la fàbrica de plantes amb altres tècniques de millora.

FINAL

Informació citada

Liu Kaizhe, Liu Houchheng.Progrés de la investigació de la tecnologia de reproducció ràpida de fàbriques de plantes [J].Tecnologia d'Enginyeria Agrícola, 2022,42(22):46-49.