Tecnologia d'Enginyeria Agrícola Horticultural de l'Escola d'efecte hivernaclePublicat a les 17: 30 el 14 d'octubre de 2022 a Pequín

Amb l’augment continuat de la població mundial, la demanda d’aliments de les persones augmenta dia a dia i es plantegen requisits més elevats per a la nutrició i la seguretat alimentària. El cultiu de cultius de gran rendiment i d’alta qualitat és un mitjà important per resoldre problemes d’aliments. Tot i això, el mètode de cria tradicional triga molt a conrear varietats excel·lents, cosa que limita el progrés de la cria. Per als cultius auto-pol·linitzadors anuals, pot trigar 10 ~ 15 anys des del pas inicial de pares fins a la producció d’una nova varietat. Per tant, per accelerar el progrés de la cria de cultius, és urgent millorar l’eficiència de la cria i reduir el temps de generació.

La reproducció ràpida significa maximitzar la taxa de creixement de les plantes, accelerar la floració i la fructificació i reduir el cicle de reproducció controlant les condicions ambientals en una sala de creixement del medi ambient controlat 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 la cria ràpida. Les condicions del medi de plantació com la llum, la temperatura, la humitat i la concentració de CO2 a la fàbrica són relativament controlables i no estan o menys afectades pel clima extern. En condicions ambientals controlades, la millor intensitat de llum, el temps de la llum i la temperatura poden accelerar diversos processos fisiològics de les plantes, especialment la fotosíntesi i la floració, reduint així el temps de generació de creixement de les collites. Utilitzant la tecnologia de fàbriques vegetals per controlar el creixement i el desenvolupament dels cultius, la recol·lecció de fruites amb antelació, sempre que algunes llavors amb capacitat de germinació pugui satisfer les necessitats de cria.

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

El cicle de la llum es refereix a l’alternança del període de llum i del període fosc en un dia. El cicle de la llum és un factor important que afecta el creixement, el desenvolupament, la floració i la fructificació dels conreus. En detectar el canvi de cicle de llum, els cultius poden canviar des del creixement vegetatiu fins al creixement reproductiu i la floració i la fructificació completa. Diferents varietats i genotips de cultiu tenen respostes fisiològiques diferents als canvis del fotoperíode. Les plantes de llarga durada, un cop el temps de sol supera la longitud crítica del sol, el temps de floració s’accelera generalment per la prolongació del fotoperíode, com la civada, el blat i l’ordi. Les plantes neutres, independentment del fotoperíode, floriran, com l’arròs, el blat de moro i el cogombre. Les plantes de curt dia, com el cotó, la soja i el mill, necessiten un fotoperíode inferior a la longitud crítica del sol per florir. En les condicions de l’ambient artificial de 8h i 30 ℃ Alta temperatura, el temps de floració d’Amaranth és més de 40 dies abans que el de l’entorn de camp. Sota el tractament del cicle de llum de 16/8 h (llum/fosc), els set genotips d’ordi van florir d’hora: Franklin (36 dies), Gairdner (35 dies), Gimmett (33 dies), comandant (30 dies), flota (29 Dies), Baudin (26 dies) i Lockyer (25 dies).

Sota l’entorn artificial, es pot escurçar el període de creixement del blat mitjançant l’ús de la cultura embrionària per obtenir plàntules i, després, irradiar -se durant 16 hores, i es poden produir 8 generacions cada any. El període de creixement del pèsol es va escurçar de 143 dies en un entorn de camp a 67 dies en hivernacle artificial amb llum de 16 hores. Al prolongar encara més el fotoperíode a 20h 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 configuració de llavors és del 97,8%. Sota la condició d’entorn controlat, després de 20 hores de tractament del 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 les condicions de camp durant més de 30 dies. Sota la condició de l’hivernacle artificial amb fotoperíode de 22h, el temps de floració del blat, l’ordi, la violació i el cigró s’escurça per 22, 64, 73 i 33 dies de mitjana, respectivament. Combinades amb la collita precoç de llavors, les taxes de germinació de les llavors de collita precoç poden arribar al 92%, al 98%, al 89% i al 94% de mitjana, respectivament, que poden satisfer plenament les necessitats de la cria. Les varietats més ràpides poden produir contínuament 6 generacions (blat) i 7 generacions (blat). Sota la condició de 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 podrien garantir almenys 5 llavors viables i cinc generacions es podrien propagar contínuament 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. Sota la condició d’il·luminació contínua de 24 hores a l’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 vital en el creixement i el desenvolupament de les plantes. La llum pot controlar la floració afectant a molts fotoreceptors. La proporció de llum vermella (R) amb llum blava (B) és molt important per a la floració de cultius. La longitud d’ona de la llum vermella de 600 ~ 700nm conté el pic d’absorció de clorofil·la de 660nm, que pot promoure de manera efectiva la fotosíntesi. La longitud d’ona de la llum blava de 400 ~ 500nm afectarà el fototropisme vegetal, l’obertura stomatal i el creixement de les plàntules. En el blat, la relació de llum vermella a blava és d'aproximadament 1, que pot induir la floració al més 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 a 63 dies, i es va reduir l’alçada de la planta i la biomassa nutricional, però el rendiment de les llavors no es va veure afectat , que podria satisfer almenys una llavor per planta i la taxa de germinació mitjana de les llavors immadures va ser del 81,7%. Sota la condició d’il·luminació de 10h i suplement de llum blava, les plantes de soja es van fer curtes i fortes, van florir 23 dies després de la sembra, madurada en 77 dies i podrien reproduir -se durant cinc generacions en un any.

La relació de llum vermella amb llum vermella (FR) també afecta la floració de les plantes. Els pigments fotosensibles existeixen en dues formes: absorció de llum vermella (PFR) i absorció de llum vermella (PR). A una proporció R: FR baixa, els pigments fotosensibles es converteixen de PFR a PR, cosa que condueix a la floració de les plantes de llarg dia. L'ús de llums LED per regular la R adequada: FR (0,66 ~ 1,07) pot augmentar l'alçada de les plantes, afavorir la floració de plantes de llarg dia (com la glòria del matí i Snapdragon) i inhibir la floració de les plantes de curt dia (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 dia 31 després de la sembra. L’efecte de la llum vermella sobre la inhibició de la floració està mediat per la presentació del pigment PR. Els estudis han assenyalat que quan R: FR és superior a 3,5, es retardarà el temps de floració de cinc plantes lleguminoses (pèsol, cigró, mongeta ampla, llentia i lupin). En alguns genotips d’Amarant i l’arròs, la llum de gran vermell s’utilitza per avançar en la floració durant 10 dies i 20 dies respectivament.

Fertilitzant co₂

CO₂és la principal font de carboni de la fotosíntesi. Alta concentració CO₂Normalment pot promoure el creixement i la reproducció de les anuals de C3, mentre que la baixa concentració Co co₂Pot reduir el rendiment del creixement i la 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 precoç. Per tal de realitzar l’impacte positiu de CO₂Augment de la concentració, pot ser necessari optimitzar l’aigua i el subministrament de nutrients. Per tant, sota la condició d’inversió il·limitada, la hidropònica pot alliberar completament el potencial de creixement de les plantes. Baixa CO₂La concentració va retardar el temps de floració de l'Arabidopsis thaliana, mentre que el CO alt₂La concentració va accelerar el temps de floració de l’arròs, va escurçar el període de creixement de l’arròs a 3 mesos i va propagar 4 generacions a l’any. Complementant CO₂A 785,7 μmol/mol a la caixa de creixement artificial, el cicle de reproducció de la varietat de soja 'Enrei' es va escurçar a 70 dies, i podria generar 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 configuració de la fruita i el temps de maduració també es van retardar durant 9 dies. Cajanus Cajan va acumular sucre insoluble a High Co₂La concentració, que pot afectar la transmissió del senyal de plantes i retardar la floració. A més, a la sala de creixement amb un augment de CO₂, augmenta el nombre i la qualitat de les flors de soja, que és propici per a la hibridació, i la seva taxa d’hibridació és molt superior a la de la soja cultivada al camp.

Perspectives futures

L’agricultura moderna pot accelerar el procés de cria de cultius mitjançant la cria alternativa i la cria d’instal·lacions. Tanmateix, hi ha algunes mancances en aquests mètodes, com ara els requisits geogràfics estrictes, la gestió del treball costosa i les condicions naturals inestables, que no poden garantir la collita amb èxit de les llavors. La cria de les instal·lacions està influenciada per les condicions climàtiques i el temps per a l’addició de generació és limitat. No obstant això, la cria de marcadors moleculars només accelera la selecció i la determinació dels trets objectiu de cria. Actualment, la tecnologia de cria ràpida s’ha aplicat a Gramineae, Leguminosae, Cruciferae i altres cultius. No obstant això, la cria de generació ràpida de fàbriques vegetals es desfà completament de la influència de les condicions climàtiques i pot regular l’entorn de creixement segons les necessitats del creixement i el desenvolupament de les plantes. Combinant la tecnologia de cria ràpida de fàbrica vegetal amb la cria tradicional, la cria de marcadors moleculars i altres mètodes de cria de manera eficaç, sota la condició de reproducció ràpida, el temps necessari per obtenir línies homozigotes després de la hibridació es pot reduir i, alhora Seleccionat per escurçar el temps necessari per obtenir trets ideals i generacions de cria.

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

Final

Informació citada

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Investigació de progrés de la tecnologia de cria de fàbrica de plantes [J]. Tecnologia d’enginyeria agrícola, 2022,42 (22): 46-49.