Τεχνολογία γεωργικής μηχανικής κηπευτικών θερμοκηπίωνΔημοσιεύθηκε στις 17:30 στις 14 Οκτωβρίου 2022 στο Πεκίνο

Με τη συνεχή αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού, η ζήτηση των ανθρώπων για τρόφιμα αυξάνεται μέρα με τη μέρα και προβάλλονται υψηλότερες απαιτήσεις για τη διατροφή και την ασφάλεια των τροφίμων.Η καλλιέργεια καλλιέργειες υψηλής απόδοσης και υψηλής ποιότητας είναι ένα σημαντικό μέσο για την επίλυση προβλημάτων διατροφής.Ωστόσο, η παραδοσιακή μέθοδος εκτροφής απαιτεί πολύ χρόνο για να καλλιεργηθούν εξαιρετικές ποικιλίες, γεγονός που περιορίζει την πρόοδο της εκτροφής.Για ετήσιες αυτογονιμοποιούμενες καλλιέργειες, μπορεί να χρειαστούν 10-15 χρόνια από την αρχική διασταύρωση των γονέων έως την παραγωγή μιας νέας ποικιλίας.Ως εκ τούτου, προκειμένου να επιταχυνθεί η πρόοδος της εκτροφής καλλιεργειών, είναι επείγον να βελτιωθεί η απόδοση αναπαραγωγής και να μειωθεί ο χρόνος παραγωγής.

Ταχεία αναπαραγωγή σημαίνει μεγιστοποίηση του ρυθμού ανάπτυξης των φυτών, επιτάχυνση της ανθοφορίας και της καρποφορίας και τη συντόμευση του κύκλου αναπαραγωγής ελέγχοντας τις περιβαλλοντικές συνθήκες σε ένα πλήρως κλειστό δωμάτιο ανάπτυξης ελεγχόμενου περιβάλλοντος.Το εργοστάσιο φυτών είναι ένα γεωργικό σύστημα που μπορεί να επιτύχει φυτική παραγωγή υψηλής απόδοσης μέσω περιβαλλοντικού ελέγχου υψηλής ακρίβειας στις εγκαταστάσεις και είναι ένα ιδανικό περιβάλλον για γρήγορη αναπαραγωγή.Οι συνθήκες του περιβάλλοντος φύτευσης όπως το φως, η θερμοκρασία, η υγρασία και η συγκέντρωση CO2 στο εργοστάσιο είναι σχετικά ελεγχόμενες και δεν επηρεάζονται ή λιγότερο από το εξωτερικό κλίμα.Κάτω από ελεγχόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες, η βέλτιστη ένταση φωτός, ο χρόνος φωτός και η θερμοκρασία μπορούν να επιταχύνουν διάφορες φυσιολογικές διεργασίες των φυτών, ιδιαίτερα τη φωτοσύνθεση και την ανθοφορία, μειώνοντας έτσι τον χρόνο παραγωγής της ανάπτυξης της καλλιέργειας.Χρησιμοποιώντας τεχνολογία εργοστασίων φυτών για τον έλεγχο της ανάπτυξης και της ανάπτυξης των καλλιεργειών, συγκομιδή καρπών εκ των προτέρων, εφόσον μερικοί σπόροι με ικανότητα βλάστησης μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες αναπαραγωγής.

Φωτοπερίοδος, ο κύριος περιβαλλοντικός παράγοντας που επηρεάζει τον κύκλο ανάπτυξης της καλλιέργειας

Ο κύκλος φωτός αναφέρεται στην εναλλαγή της φωτεινής περιόδου και της σκοτεινής περιόδου σε μια ημέρα.Ο κύκλος του φωτός είναι ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την ανάπτυξη, την ανάπτυξη, την ανθοφορία και την καρποφορία των καλλιεργειών.Με την αίσθηση της αλλαγής του κύκλου φωτός, οι καλλιέργειες μπορούν να αλλάξουν από βλαστική ανάπτυξη σε αναπαραγωγική ανάπτυξη και πλήρη ανθοφορία και καρποφορία.Διαφορετικές ποικιλίες και γονότυποι καλλιεργειών έχουν διαφορετικές φυσιολογικές αποκρίσεις στις αλλαγές της φωτοπεριόδου.Φυτά με μεγάλη ηλιοφάνεια, όταν ο χρόνος ηλιοφάνειας υπερβεί το κρίσιμο μήκος ηλιοφάνειας, ο χρόνος ανθοφορίας συνήθως επιταχύνεται από την παράταση της φωτοπεριόδου, όπως η βρώμη, το σιτάρι και το κριθάρι.Ουδέτερα φυτά, ανεξαρτήτως φωτοπεριόδου, θα ανθίσουν, όπως το ρύζι, το καλαμπόκι και το αγγούρι.Τα φυτά μικρής ημέρας, όπως το βαμβάκι, η σόγια και το κεχρί, χρειάζονται φωτοπερίοδο μικρότερη από το κρίσιμο μήκος ηλιοφάνειας για να ανθίσουν.Κάτω από τις συνθήκες τεχνητού περιβάλλοντος φωτός 8 ωρών και υψηλής θερμοκρασίας 30 ℃, ο χρόνος ανθοφορίας του αμάρανθου είναι περισσότερο από 40 ημέρες νωρίτερα από αυτόν στο περιβάλλον του αγρού.Υπό τη θεραπεία του κύκλου φωτός 16/8 ωρών (φως/σκοτάδι), και οι επτά γονότυποι κριθαριού άνθισαν νωρίς: Franklin (36 ημέρες), Gairdner (35 ημέρες), Gimmett (33 ημέρες), Commander (30 ημέρες), Fleet (29 ημέρες), Baudin (26 ημέρες) και Lockyer (25 ημέρες).

Κάτω από το τεχνητό περιβάλλον, η περίοδος ανάπτυξης του σιταριού μπορεί να μειωθεί με τη χρήση καλλιέργειας εμβρύων για τη λήψη δενδρυλλίων και στη συνέχεια με ακτινοβόληση για 16 ώρες και μπορούν να παραχθούν 8 γενιές κάθε χρόνο.Η περίοδος ανάπτυξης του μπιζελιού μειώθηκε από 143 ημέρες σε περιβάλλον αγρού σε 67 ημέρες σε τεχνητό θερμοκήπιο με φως 16 ωρών.Παρατείνοντας περαιτέρω τη φωτοπερίοδο σε 20 ώρες και συνδυάζοντάς την με 21°C/16°C (ημέρα/νύχτα), η περίοδος ανάπτυξης του μπιζελιού μπορεί να μειωθεί σε 68 ημέρες και ο ρυθμός πήξης των σπόρων είναι 97,8%.Υπό τις συνθήκες ελεγχόμενου περιβάλλοντος, μετά από 20 ώρες επεξεργασίας φωτοπεριόδου, χρειάζονται 32 ημέρες από τη σπορά έως την ανθοφορία και η συνολική περίοδος ανάπτυξης είναι 62-71 ημέρες, η οποία είναι μικρότερη από αυτή σε συνθήκες αγρού κατά περισσότερες από 30 ημέρες.Σε συνθήκες τεχνητού θερμοκηπίου με φωτοπερίοδο 22 ωρών, ο χρόνος ανθοφορίας του σιταριού, του κριθαριού, της ελαιοκράμβης και του ρεβιθιού μειώνεται κατά 22, 64, 73 και 33 ημέρες κατά μέσο όρο, αντίστοιχα.Σε συνδυασμό με την πρώιμη συγκομιδή των σπόρων, τα ποσοστά βλάστησης των σπόρων πρώιμης συγκομιδής μπορούν να φτάσουν το 92%, 98%, 89% και 94% κατά μέσο όρο, αντίστοιχα, γεγονός που μπορεί να καλύψει πλήρως τις ανάγκες της αναπαραγωγής.Οι πιο γρήγορες ποικιλίες μπορούν να παράγουν συνεχώς 6 γενιές (σίτο) και 7 γενιές (σίτο).Υπό την προϋπόθεση της φωτοπεριόδου 22 ωρών, ο χρόνος ανθοφορίας της βρώμης μειώθηκε κατά 11 ημέρες και 21 ημέρες μετά την ανθοφορία, θα μπορούσαν να εξασφαλιστούν τουλάχιστον 5 βιώσιμοι σπόροι και θα μπορούσαν να πολλαπλασιάζονται συνεχώς πέντε γενιές κάθε χρόνο.Στο τεχνητό θερμοκήπιο με 22ωρο φωτισμό, η περίοδος ανάπτυξης των φακών μειώνεται σε 115 ημέρες και μπορούν να αναπαραχθούν για 3-4 γενιές το χρόνο.Υπό την προϋπόθεση του 24ωρου συνεχούς φωτισμού σε τεχνητό θερμοκήπιο, ο κύκλος ανάπτυξης του φυστικιού μειώνεται από 145 ημέρες σε 89 ημέρες και μπορεί να πολλαπλασιαστεί για 4 γενιές σε ένα χρόνο.

Ποιότητα φωτός

Το φως παίζει ζωτικό ρόλο στην ανάπτυξη και ανάπτυξη των φυτών.Το φως μπορεί να ελέγξει την ανθοφορία επηρεάζοντας πολλούς φωτοϋποδοχείς.Η αναλογία του κόκκινου φωτός (R) προς το μπλε φως (Β) είναι πολύ σημαντική για την ανθοφορία των καλλιεργειών.Το μήκος κύματος του κόκκινου φωτός των 600~700nm περιέχει την κορυφή απορρόφησης της χλωροφύλλης των 660nm, η οποία μπορεί να προωθήσει αποτελεσματικά τη φωτοσύνθεση.Το μήκος κύματος μπλε φωτός των 400~500nm θα επηρεάσει τον φωτοτροπισμό των φυτών, το άνοιγμα των στομίων και την ανάπτυξη των φυταρίων.Στο σιτάρι, η αναλογία του κόκκινου φωτός προς το μπλε φως είναι περίπου 1, το οποίο μπορεί να προκαλέσει άνθηση το νωρίτερο.Υπό την ποιότητα φωτός R:B=4:1, η περίοδος ανάπτυξης των ποικιλιών σόγιας μέσης και όψιμης ωρίμανσης μειώθηκε από 120 ημέρες σε 63 ημέρες και το ύψος του φυτού και η θρεπτική βιομάζα μειώθηκαν, αλλά η απόδοση του σπόρου δεν επηρεάστηκε. , που μπορούσε να ικανοποιήσει τουλάχιστον έναν σπόρο ανά φυτό, και ο μέσος ρυθμός βλάστησης των ανώριμων σπόρων ήταν 81,7%.Υπό τις συνθήκες φωτισμού 10 ωρών και συμπληρώματος μπλε φωτός, τα φυτά σόγιας έγιναν σύντομα και δυνατά, άνθισαν 23 ημέρες μετά τη σπορά, ωρίμασαν μέσα σε 77 ημέρες και μπορούσαν να αναπαραχθούν για 5 γενιές σε ένα χρόνο.

Η αναλογία του κόκκινου φωτός προς το πολύ κόκκινο φως (FR) επηρεάζει επίσης την ανθοφορία των φυτών.Οι φωτοευαίσθητες χρωστικές υπάρχουν σε δύο μορφές: απορρόφηση μακρυά ερυθρού φωτός (Pfr) και απορρόφηση κόκκινου φωτός (Pr).Σε χαμηλή αναλογία R:FR, οι φωτοευαίσθητες χρωστικές μετατρέπονται από Pfr σε Pr, γεγονός που οδηγεί στην ανθοφορία των μακροημέρων φυτών.Η χρήση λυχνιών LED για τη ρύθμιση του κατάλληλου R:FR(0,66~1,07) μπορεί να αυξήσει το ύψος των φυτών, να προωθήσει την ανθοφορία των μακροημέρων φυτών (π. ).Όταν το R:FR είναι μεγαλύτερο από 3,1, ο χρόνος ανθοφορίας των φακών καθυστερεί.Η μείωση του R:FR στο 1,9 μπορεί να έχει το καλύτερο αποτέλεσμα ανθοφορίας και μπορεί να ανθίσει την 31η ημέρα μετά τη σπορά.Η επίδραση του κόκκινου φωτός στην αναστολή της ανθοφορίας μεσολαβείται από τη φωτοευαίσθητη χρωστική Pr.Μελέτες έχουν επισημάνει ότι όταν το R:FR είναι υψηλότερο από 3,5, ο χρόνος ανθοφορίας πέντε οσπρίων (μπιζέλι, ρεβίθια, φασόλια, φακές και λούπινο) θα καθυστερήσει.Σε ορισμένους γονότυπους αμάρανθου και ρυζιού, το μακρινό κόκκινο φως χρησιμοποιείται για την προώθηση της ανθοφορίας κατά 10 ημέρες και 20 ημέρες αντίστοιχα.

Λιπάσματα CO₂

CO₂είναι η κύρια πηγή άνθρακα της φωτοσύνθεσης.Υψηλή συγκέντρωση CO₂μπορεί συνήθως να προάγει την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή των ετήσιων C3, ενώ χαμηλή συγκέντρωση CO₂μπορεί να μειώσει την απόδοση ανάπτυξης και αναπαραγωγής λόγω του περιορισμού του άνθρακα.Για παράδειγμα, η φωτοσυνθετική απόδοση των φυτών C3, όπως το ρύζι και το σιτάρι, αυξάνεται με την αύξηση του CO₂επίπεδο, με αποτέλεσμα την αύξηση της βιομάζας και την πρώιμη ανθοφορία.Προκειμένου να συνειδητοποιήσουμε τη θετική επίδραση του CO₂αύξηση της συγκέντρωσης, μπορεί να είναι απαραίτητο να βελτιστοποιηθεί η παροχή νερού και θρεπτικών ουσιών.Επομένως, υπό την προϋπόθεση της απεριόριστης επένδυσης, η υδροπονία μπορεί να απελευθερώσει πλήρως το δυναμικό ανάπτυξης των φυτών.Χαμηλό CO₂Η συγκέντρωση καθυστέρησε τον χρόνο ανθοφορίας του Arabidopsis thaliana, ενώ το υψηλό CO₂Η συγκέντρωση επιτάχυνε τον χρόνο ανθοφορίας του ρυζιού, μείωσε την περίοδο ανάπτυξης του ρυζιού σε 3 μήνες και πολλαπλασιάστηκε 4 γενιές το χρόνο.Με τη συμπλήρωση CO₂σε 785,7 μmol/mol στο κουτί τεχνητής ανάπτυξης, ο κύκλος αναπαραγωγής της ποικιλίας σόγιας «Enrei» συντομεύτηκε σε 70 ημέρες και μπορούσε να αναπαραχθεί 5 γενιές σε ένα χρόνο.Όταν η CO₂Η συγκέντρωση αυξήθηκε στα 550 μmol/mol, η ανθοφορία του Cajanus cajan καθυστέρησε για 8-9 ημέρες και η πήξη και ο χρόνος ωρίμανσης των καρπών καθυστέρησαν επίσης για 9 ημέρες.Το Cajanus cajan συσσώρευσε αδιάλυτη ζάχαρη σε υψηλό CO₂συγκέντρωση, η οποία μπορεί να επηρεάσει τη μετάδοση του σήματος των φυτών και να καθυστερήσει την ανθοφορία.Επιπλέον, στο δωμάτιο ανάπτυξης με αυξημένο CO₂, ο αριθμός και η ποιότητα των ανθέων της σόγιας αυξάνονται, γεγονός που ευνοεί τον υβριδισμό και ο ρυθμός υβριδοποίησής της είναι πολύ υψηλότερος από εκείνον της σόγιας που καλλιεργείται στο χωράφι.

Μελλοντικές προοπτικές

Η σύγχρονη γεωργία μπορεί να επιταχύνει τη διαδικασία αναπαραγωγής των καλλιεργειών μέσω εναλλακτικής εκτροφής και εκτροφής εγκαταστάσεων.Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες ελλείψεις σε αυτές τις μεθόδους, όπως αυστηρές γεωγραφικές απαιτήσεις, δαπανηρή διαχείριση εργασίας και ασταθείς φυσικές συνθήκες, που δεν μπορούν να εγγυηθούν την επιτυχή συγκομιδή των σπόρων.Η αναπαραγωγή των εγκαταστάσεων επηρεάζεται από τις κλιματικές συνθήκες και ο χρόνος για την προσθήκη γενεών είναι περιορισμένος.Ωστόσο, η αναπαραγωγή μοριακών δεικτών επιταχύνει μόνο την επιλογή και τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών-στόχων αναπαραγωγής.Επί του παρόντος, η τεχνολογία ταχείας αναπαραγωγής έχει εφαρμοστεί σε Gramineae, Leguminosae, Cruciferae και άλλες καλλιέργειες.Ωστόσο, η ταχεία αναπαραγωγή του εργοστασίου των φυτών απαλλάσσεται εντελώς από την επίδραση των κλιματικών συνθηκών και μπορεί να ρυθμίσει το περιβάλλον ανάπτυξης σύμφωνα με τις ανάγκες ανάπτυξης και ανάπτυξης των φυτών.Συνδυάζοντας αποτελεσματικά την εργοστασιακή τεχνολογία ταχείας αναπαραγωγής φυτών με την παραδοσιακή αναπαραγωγή, την αναπαραγωγή μοριακών δεικτών και άλλες μεθόδους αναπαραγωγής αποτελεσματικά, υπό την προϋπόθεση της ταχείας αναπαραγωγής, ο χρόνος που απαιτείται για τη λήψη ομόζυγων γραμμών μετά τον υβριδισμό μπορεί να μειωθεί και ταυτόχρονα οι πρώιμες γενιές μπορούν να επιλέχτηκε για να συντομεύσει το χρόνο που απαιτείται για την απόκτηση ιδανικών χαρακτηριστικών και γενεών αναπαραγωγής.

Ο βασικός περιορισμός της τεχνολογίας ταχείας αναπαραγωγής φυτών στα εργοστάσια είναι ότι οι περιβαλλοντικές συνθήκες που απαιτούνται για την ανάπτυξη και την ανάπτυξη διαφορετικών καλλιεργειών είναι αρκετά διαφορετικές και χρειάζεται πολύς χρόνος για να επιτευχθούν οι περιβαλλοντικές συνθήκες για την ταχεία αναπαραγωγή των καλλιεργειών-στόχων.Ταυτόχρονα, λόγω του υψηλού κόστους κατασκευής και λειτουργίας εργοστασίου, είναι δύσκολο να πραγματοποιηθεί μεγάλης κλίμακας πείραμα αναπαραγωγής προσθέτων, το οποίο συχνά οδηγεί σε περιορισμένη απόδοση σπόρων, γεγονός που μπορεί να περιορίσει την αξιολόγηση του χαρακτήρα του αγρού.Με τη σταδιακή βελτίωση και βελτίωση του εξοπλισμού και της τεχνολογίας του εργοστασίου, το κόστος κατασκευής και λειτουργίας του εργοστασίου μειώνεται σταδιακά.Είναι δυνατό να βελτιστοποιηθεί περαιτέρω η τεχνολογία ταχείας αναπαραγωγής και να συντομευτεί ο κύκλος αναπαραγωγής συνδυάζοντας αποτελεσματικά την τεχνολογία ταχείας αναπαραγωγής του εργοστασίου με άλλες τεχνικές αναπαραγωγής.

ΤΕΛΟΣ

Αναφερόμενες πληροφορίες

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Πρόοδος έρευνας της τεχνολογίας ταχείας αναπαραγωγής εργοστασίων φυτών [J].Τεχνολογία Αγροτικής Μηχανικής, 2022,42(22):46-49.