Технология тепличного садово-огородного машиностроенияОпубликовано в 17:30 14 октября 2022 года в Пекине.

В связи с непрерывным ростом населения планеты потребность людей в продуктах питания увеличивается день ото дня, и предъявляются более высокие требования к пищевой ценности и безопасности пищевых продуктов.Выращивание высокоурожайных и качественных культур является важным средством решения продовольственных проблем.Однако традиционный метод селекции требует много времени для выращивания отличных сортов, что ограничивает прогресс селекции.Для однолетних самоопыляющихся культур от первоначального скрещивания родителей до получения нового сорта может пройти 10–15 лет.Поэтому, чтобы ускорить прогресс селекции сельскохозяйственных культур, необходимо срочно повысить эффективность селекции и сократить время генерации.

Быстрая селекция означает максимизацию скорости роста растений, ускорение цветения и плодоношения, а также сокращение цикла размножения за счет контроля условий окружающей среды в полностью закрытой комнате для выращивания с контролируемой средой.Фабрика растений - это сельскохозяйственная система, которая может обеспечить высокоэффективное производство сельскохозяйственных культур за счет высокоточного контроля окружающей среды на объектах, и это идеальная среда для быстрого размножения.Условия окружающей среды для посадки, такие как свет, температура, влажность и концентрация CO2 на фабрике, относительно контролируемы и не зависят от внешнего климата или в меньшей степени зависят от него.В контролируемых условиях окружающей среды лучшая интенсивность света, время освещения и температура могут ускорить различные физиологические процессы растений, особенно фотосинтез и цветение, тем самым сокращая время роста растений.Использование заводских технологий для контроля роста и развития сельскохозяйственных культур, заблаговременный сбор плодов, если несколько семян со способностью к прорастанию могут удовлетворить потребности селекции.

Фотопериод, основной фактор окружающей среды, влияющий на цикл роста сельскохозяйственных культур.

Световой цикл означает чередование светлого и темного периодов в течение суток.Световой цикл является важным фактором, влияющим на рост, развитие, цветение и плодоношение сельскохозяйственных культур.Чувствуя изменение светового цикла, сельскохозяйственные культуры могут переходить от вегетативного роста к репродуктивному росту и завершать цветение и плодоношение.Различные сорта и генотипы сельскохозяйственных культур по-разному реагируют на изменения фотопериода.Растения с длительным солнечным светом, когда продолжительность солнечного сияния превышает критическую продолжительность солнечного сияния, время цветения обычно ускоряется за счет продления фотопериода, например овес, пшеница и ячмень.Нейтральные растения, независимо от фотопериода, будут цвести, например, рис, кукуруза и огурец.Короткодневным растениям, таким как хлопок, соя и просо, для цветения необходим фотопериод меньше критической продолжительности солнечного сияния.В условиях искусственной среды с 8-часовым светом и высокой температурой 30 ℃ время цветения амаранта более чем на 40 дней раньше, чем в полевых условиях.При 16/8-часовом световом цикле (свет/темнота) все семь генотипов ячменя зацвели рано: Franklin (36 дней), Gairdner (35 дней), Gimmett (33 дня), Commander (30 дней), Fleet (29 дней). дней), Боден (26 дней) и Локьер (25 дней).

В искусственной среде период роста пшеницы можно сократить, используя зародышевую культуру для получения проростков, а затем облучение в течение 16 часов, и каждый год можно получать 8 поколений.Период роста гороха сократился со 143 дней в полевых условиях до 67 дней в искусственной теплице при 16-часовом освещении.Путем дальнейшего увеличения фотопериода до 20 часов и сочетания его с температурой 21°C/16°C (день/ночь) период роста гороха может быть сокращен до 68 дней, а скорость завязывания семян составляет 97,8%.В условиях регулируемой среды после 20-часовой фотопериодной обработки от посева до цветения проходит 32 дня, а весь вегетационный период составляет 62-71 день, что короче, чем в полевых условиях, более чем на 30 дней.В условиях искусственной теплицы с 22-часовым фотопериодом продолжительность цветения пшеницы, ячменя, рапса и нута сокращается в среднем на 22, 64, 73 и 33 дня соответственно.В сочетании с ранним сбором семян всхожесть семян раннего урожая может достигать в среднем 92%, 98%, 89% и 94% соответственно, что может полностью удовлетворить потребности селекции.Самые быстрые сорта могут непрерывно давать 6 поколений (пшеница) и 7 поколений (пшеница).При условии 22-часового фотопериода продолжительность цветения овса сокращалась на 11 дней, а через 21 день после цветения можно было гарантировать не менее 5 всхожих семян и ежегодно непрерывно размножать пять поколений.В искусственной теплице с 22-часовым освещением период роста чечевиц сокращается до 115 дней, и они могут воспроизводиться 3-4 поколениями в год.При условии непрерывного 24-часового освещения в искусственной теплице цикл роста арахиса сокращается со 145 дней до 89 дней, и за год можно размножать 4 поколения.

Качество света

Свет играет жизненно важную роль в росте и развитии растений.Свет может контролировать цветение, воздействуя на многие фоторецепторы.Соотношение красного света (R) и синего света (B) очень важно для цветения растений.Длина волны красного света 600~700 нм содержит пик поглощения хлорофилла 660 нм, что может эффективно способствовать фотосинтезу.Длина волны синего света 400–500 нм влияет на фототропизм растений, раскрытие устьиц и рост рассады.У пшеницы отношение красного света к синему составляет около 1, что может вызвать цветение в самые ранние сроки.При светокачестве R:B=4:1 вегетационный период средне- и позднеспелых сортов сои сократился со 120 до 63 дней, уменьшилась высота растений и питательная биомасса, но урожайность семян не пострадала. , что могло удовлетворить хотя бы одно семя с растения, а средняя всхожесть незрелых семян составила 81,7%.При 10-часовом освещении и дополнении синим светом растения сои стали короткими и сильными, зацвели через 23 дня после посева, созрели в течение 77 дней и могли воспроизводиться в течение 5 поколений в течение одного года.

Отношение красного света к дальнему красному свету (FR) также влияет на цветение растений.Светочувствительные пигменты существуют в двух формах: поглощение дальнего красного света (Pfr) и поглощение красного света (Pr).При низком отношении R:FR светочувствительные пигменты превращаются из Pfr в Pr, что приводит к цветению длиннодневных растений.Использование светодиодных ламп для регулирования соответствующего R:FR(0,66~1,07) может увеличить высоту растений, способствовать цветению длиннодневных растений (таких как ипомея и львиный зев) и подавлять цветение короткодневных растений (таких как бархатцы). ).Когда R:FR больше 3,1, время цветения чечевицы задерживается.Уменьшение R:FR до 1,9 позволяет получить наилучший эффект цветения, и растение может зацвести на 31-й день после посева.Влияние красного света на подавление цветения опосредовано светочувствительным пигментом Pr.Исследования показали, что когда R:FR выше 3,5, время цветения пяти бобовых растений (гороха, нута, бобов, чечевицы и люпина) задерживается.У некоторых генотипов амаранта и риса дальний красный свет используется для ускорения цветения на 10 и 20 дней соответственно.

Удобрение CO₂

CO₂является основным источником углерода фотосинтеза.СО высокой концентрации₂обычно может способствовать росту и размножению однолетних растений C3, в то время как низкая концентрация CO₂может снизить продуктивность роста и размножения из-за ограничения содержания углерода.Например, эффективность фотосинтеза растений C3, таких как рис и пшеница, увеличивается с увеличением содержания CO.₂уровне, что приводит к увеличению биомассы и раннему цветению.Чтобы реализовать положительное влияние CO₂концентрации, может потребоваться оптимизация подачи воды и питательных веществ.Поэтому при условии неограниченных инвестиций гидропоника может полностью раскрыть потенциал роста растений.Низкий уровень CO₂концентрация задерживала время цветения Arabidopsis thaliana, в то время как высокий уровень CO₂концентрация ускоряла время цветения риса, сокращала период роста риса до 3 месяцев и размножала 4 поколения в год.Дополняя CO₂до 785,7 мкмоль/моль в ящике для искусственного выращивания, цикл разведения сорта сои «Энрей» сократился до 70 дней, и за год можно было получить 5 поколений.Когда CO₂концентрация увеличилась до 550 мкмоль/моль, цветение Cajanus cajan было задержано на 8-9 дней, а время завязывания и созревания плодов также было отложено на 9 дней.Cajanus cajan накапливал нерастворимый сахар при высоком уровне CO.₂концентрация, которая может повлиять на передачу сигнала растениями и задержать цветение.Кроме того, в ростовой комнате с повышенным содержанием СО₂, увеличивается количество и качество цветков сои, что способствует гибридизации, а скорость гибридизации намного выше, чем у сои, выращенной в поле.

Будущие перспективы

Современное сельское хозяйство может ускорить процесс селекции сельскохозяйственных культур за счет альтернативной селекции и селекции растений.Однако у этих методов есть некоторые недостатки, такие как жесткие географические требования, дорогостоящая организация труда и нестабильные природные условия, которые не могут гарантировать успешный сбор семян.На разведение объектов влияют климатические условия, а время для прибавления поколений ограничено.Однако селекция по молекулярным маркерам только ускоряет отбор и определение целевых признаков селекции.В настоящее время технология быстрой селекции применяется к злаковым, бобовым, крестоцветным и другим культурам.Тем не менее, быстрое размножение заводских растений полностью избавляется от влияния климатических условий и может регулировать среду роста в соответствии с потребностями роста и развития растений.Эффективно сочетая технологию заводской быстрой селекции с традиционной селекцией, молекулярно-маркерной селекцией и другими методами селекции, при условии быстрой селекции можно сократить время, необходимое для получения гомозиготных линий после гибридизации, и в то же время ранние поколения могут быть отобраны для сокращения времени, необходимого для получения идеальных признаков и племенных поколений.

Ключевым ограничением технологии быстрой селекции растений на фабриках является то, что условия окружающей среды, необходимые для роста и развития разных культур, весьма различны, и требуется много времени, чтобы создать условия окружающей среды для быстрой селекции целевых культур.В то же время из-за высокой стоимости строительства и эксплуатации заводов трудно проводить крупномасштабный эксперимент по аддитивной селекции, что часто приводит к ограниченному выходу семян, что может ограничить последующую оценку полевых характеристик.С постепенным улучшением и улучшением заводского оборудования и технологий стоимость строительства и эксплуатации заводского завода постепенно снижается.Можно дополнительно оптимизировать технологию быстрой селекции и сократить цикл селекции, эффективно комбинируя технологию быстрой селекции растений с другими методами селекции.

КОНЕЦ

Приведенная информация

Лю Кайчжэ, Лю Хоучэн.Прогресс исследования технологии быстрого размножения растений [J].Технология сельскохозяйственного машиностроения, 2022,42(22):46-49.