Τεχνολογία γεωργικών μηχανικών θερμοκηπίουΔημοσιεύθηκε στις 17: 30 στις 14 Οκτωβρίου 2022 στο Πεκίνο

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

Τα ταχεία αναπαραγωγή σημαίνει μεγιστοποίηση του ρυθμού ανάπτυξης των φυτών, επιταχύνετε την ανθοφορία και την καρποφορία και συντομεύστε τον κύκλο αναπαραγωγής ελέγχοντας τις περιβαλλοντικές συνθήκες σε ένα πλήρως κλειστό ελεγχόμενο χώρο ανάπτυξης περιβάλλοντος. Το εργοστάσιο των εγκαταστάσεων είναι ένα γεωργικό σύστημα που μπορεί να επιτύχει παραγωγή καλλιεργειών υψηλής απόδοσης μέσω περιβαλλοντικού ελέγχου υψηλής ακρίβειας στις εγκαταστάσεις και είναι ένα ιδανικό περιβάλλον για ταχεία αναπαραγωγή. Οι συνθήκες περιβάλλοντος φύτευσης, όπως το φως, η θερμοκρασία, η υγρασία και η συγκέντρωση CO2 στο εργοστάσιο, είναι σχετικά ελεγχόμενες και δεν επηρεάζονται ή λιγότερο επηρεάζονται από το εξωτερικό κλίμα. Υπό ελεγχόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες, η καλύτερη ένταση φωτός, ο χρόνος φωτός και η θερμοκρασία μπορούν να επιταχύνουν διάφορες φυσιολογικές διεργασίες φυτών, ειδικά στη φωτοσύνθεση και την ανθοφορία, μειώνοντας έτσι τον χρόνο παραγωγής της ανάπτυξης των καλλιεργειών. Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία των εργοστασίων των φυτών για τον έλεγχο της ανάπτυξης και της ανάπτυξης των καλλιεργειών, τη συγκομιδή φρούτων εκ των προτέρων, εφόσον λίγοι σπόροι με ικανότητα βλάστησης μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες αναπαραγωγής.

Φωτοπερίοδος, ο κύριος περιβαλλοντικός παράγοντας που επηρεάζει τον κύκλο ανάπτυξης των καλλιεργειών

Ο κύκλος φωτός αναφέρεται στην εναλλαγή της περιόδου φωτός και τη σκοτεινή περίοδο την ημέρα. Ο κύκλος φωτός είναι ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την ανάπτυξη, την ανάπτυξη, την ανθοφορία και την καρποφορία των καλλιεργειών. Με την ανίχνευση της αλλαγής του κύκλου φωτός, οι καλλιέργειες μπορούν να αλλάξουν από την ανάπτυξη της βλαστικής ανάπτυξης στην αναπαραγωγική ανάπτυξη και την πλήρη ανθοφορία και καρποφορία. Διαφορετικές ποικιλίες καλλιεργειών και γονότυποι έχουν διαφορετικές φυσιολογικές αντιδράσεις στις αλλαγές της φωτοπεριόδου. Τα φυτά μακροχρόνιας ηλιοθεραπείας, όταν ο χρόνος του ήλιου υπερβαίνει το κρίσιμο μήκος του ήλιου, ο χρόνος ανθοφορίας επιταχύνεται συνήθως από την παράταση της φωτοπεριόδου, όπως βρώμη, σιτάρι και κριθάρι. Τα ουδέτερα φυτά, ανεξάρτητα από τη φωτοπερίοδο, θα ανθίσουν, όπως το ρύζι, το καλαμπόκι και το αγγούρι. Τα φυτά μικρού μήκους, όπως το βαμβάκι, η σόγια και το κεχρί, χρειάζονται φωτοπερίοδο χαμηλότερη από το κρίσιμο μήκος ηλιοφάνειας για να ανθίσουν. Κάτω από τις συνθήκες τεχνητού περιβάλλοντος 8H και 30 ℃ υψηλής θερμοκρασίας, ο χρόνος ανθοφορίας του Αμαράν είναι περισσότερο από 40 ημέρες νωρίτερα από αυτό στο περιβάλλον του πεδίου. Κάτω από 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), στόλος (29 ημέρες), Baudin (26 ημέρες) και Lockyer (25 ημέρες).

Κάτω από το τεχνητό περιβάλλον, η περίοδος ανάπτυξης του σίτου μπορεί να μειωθεί χρησιμοποιώντας την καλλιέργεια εμβρύων για να ληφθούν φυτά και στη συνέχεια να ακτινοβολεί για 16 ώρες και 8 γενιές μπορούν να παραχθούν κάθε χρόνο. Η περίοδος ανάπτυξης του μπιζελιού μειώθηκε από 143 ημέρες στο περιβάλλον πεδίου σε 67 ημέρες σε τεχνητό θερμοκήπιο με 16 ώρες φωτός. Με την περαιτέρω παράταση της φωτοπεριόδου σε 20Η και συνδυάζοντάς την με 21 ° C/16 ° C (ημέρα/νύχτα), η περίοδος ανάπτυξης του PEA μπορεί να μειωθεί σε 68 ημέρες και ο ρυθμός ρύθμισης των σπόρων είναι 97,8%. Κάτω από την κατάσταση του ελεγχόμενου περιβάλλοντος, μετά από 20 ώρες θεραπεία με φωτοπερίοδο, χρειάζονται 32 ημέρες από τη σπορά μέχρι την ανθοφορία και ολόκληρη η περίοδος ανάπτυξης είναι 62-71 ημέρες, η οποία είναι μικρότερη από εκείνη σε συνθήκες πεδίου κατά περισσότερο από 30 ημέρες. Κάτω από την κατάσταση του τεχνητού θερμοκηπίου με 22 ώρες φωτοπερίοδο, ο χρόνος ανθοφορίας του σιταριού, του κριθαριού, του βιασμού και του ρεβίθια 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 πρόωρης συγκομιδής μπορούν να φθάσουν στο 92%, 98%, 89% και 94% κατά μέσο όρο, αντίστοιχα, οι οποίες μπορούν να καλύψουν πλήρως τις ανάγκες της αναπαραγωγής. Οι ταχύτερες ποικιλίες μπορούν να παράγουν συνεχώς 6 γενιές (σιτάρι) και 7 γενιές (σιτάρι). Κάτω από την κατάσταση 22 ωρών φωτοπερίοδο, ο χρόνος ανθοφορίας βρώμης μειώθηκε κατά 11 ημέρες και 21 ημέρες μετά την ανθοφορία, θα μπορούσαν να εγγυηθούν τουλάχιστον 5 βιώσιμοι σπόροι και πέντε γενιές θα μπορούσαν να διαδίδονται συνεχώς κάθε χρόνο. Στο τεχνητό θερμοκήπιο με φωτισμό 22 ωρών, η περίοδος ανάπτυξης των φακών μειώνεται σε 115 ημέρες και μπορούν να αναπαραχθούν για 3-4 γενιές ετησίως. Υπό την προϋπόθεση του 24ωρου συνεχούς φωτισμού στο τεχνητό θερμοκήπιο, ο κύκλος ανάπτυξης του φυστικοβιορτένιου μειώνεται από 145 ημέρες σε 89 ημέρες και μπορεί να διαδοθεί για 4 γενιές σε ένα έτος.

Ποιότητα φωτός

Το φως διαδραματίζει ζωτικό ρόλο στην ανάπτυξη και ανάπτυξη των φυτών. Το φως μπορεί να ελέγχει την ανθοφορία επηρεάζοντας πολλούς φωτοϋποδοχείς. Η αναλογία του κόκκινου φωτός (R) προς το μπλε φως (B) είναι πολύ σημαντική για την ανθοφορία των καλλιεργειών. Το μήκος κύματος κόκκινου φωτός 600 ~ 700nm περιέχει την κορυφή απορρόφησης της χλωροφύλλης 660Nm, η οποία μπορεί να προωθήσει αποτελεσματικά τη φωτοσύνθεση. Το μήκος κύματος μπλε φωτός των 400 ~ 500nm θα επηρεάσει τον φωτοτροπισμό των φυτών, την ανάπτυξη του στοματικού ανοίγματος και του δενδρυλλίου. Στο σιτάρι, η αναλογία του κόκκινου φωτός προς το μπλε φως είναι περίπου 1, που μπορεί να προκαλέσει την ανθοφορία το νωρίτερο. Κάτω από την ποιότητα του φωτός του R: B = 4: 1, η περίοδος ανάπτυξης των μεσαίων και των καθυστερημένων ποικιλιών σόγιας μειώθηκε από 120 ημέρες σε 63 ημέρες και το ύψος των φυτών και η διατροφική βιομάζα μειώθηκαν, αλλά η απόδοση των σπόρων δεν επηρεάστηκε , η οποία θα μπορούσε να ικανοποιήσει τουλάχιστον έναν σπόρο ανά φυτό και ο μέσος ρυθμός βλάστησης των ανώριμων σπόρων ήταν 81,7%. Κάτω από την κατάσταση του 10Η φωτισμού και του συμπληρώματος μπλε φωτός, τα φυτά σόγιας έγιναν μικρά και ισχυρά, άνθισαν 23 ημέρες μετά τη σπορά, ωριμάστηκαν μέσα σε 77 ημέρες και θα μπορούσαν να αναπαραχθούν για 5 γενιές σε ένα έτος.

Η αναλογία του κόκκινου φωτός προς το πολύ κόκκινο φως (FR) επηρεάζει επίσης την ανθοφορία των φυτών. Οι φωτοευαίσθητες χρωστικές είναι σε δύο μορφές: απορρόφηση πολύ κόκκινου 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 φυτών μακράς ημέρας. Χρησιμοποιώντας φώτα LED για τη ρύθμιση του κατάλληλου R: FR (0,66 ~ 1,07) μπορεί να αυξήσει το ύψος των φυτών, να προωθήσει την ανθοφορία των φυτών μακράς ημέρας (όπως η πρωινή δόξα και το Snapdragon) και να αναστέλλουν την ανθοφορία των φυτών μικρής ημέρας (όπως το Marigold ). Όταν το R: FR είναι μεγαλύτερο από 3,1, ο χρόνος ανθοφορίας των φακών καθυστερεί. Η μείωση του R: FR σε 1,9 μπορεί να πάρει το καλύτερο φαινόμενο ανθοφορίας και μπορεί να ανθίσει την 31η ημέρα μετά τη σπορά. Η επίδραση του κόκκινου φωτός στην αναστολή της ανθοφορίας προκαλείται από φωτοευαισθησία Pr. Μελέτες έχουν επισημάνει ότι όταν το R: FR είναι υψηλότερο από 3,5, θα καθυστερήσει ο χρόνος ανθοφορίας των πέντε οσφυϊκών φυτών (μπιζέλια, ρεβίθια, ευρεία φασόλια, φακές και λούπινο). Σε ορισμένους γονότυπους του αμαράνθου και του ρυζιού, το πολύ κόκκινο φως χρησιμοποιείται για την προώθηση της ανθοφορίας κατά 10 ημέρες και 20 ημέρες αντίστοιχα.

Λιπάσμα₂

CO₂είναι η κύρια πηγή φωτοσύνθεσης. Υψηλή συγκέντρωση₂μπορεί συνήθως να προωθήσει την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή των ετήσιων C3, ενώ η χαμηλή συγκέντρωση Co₂μπορεί να μειώσει την απόδοση ανάπτυξης και αναπαραγωγής λόγω 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 της πρώιμης ανθοφορίας. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί η θετική επίδραση του CO₂αύξηση της συγκέντρωσης, μπορεί να είναι απαραίτητο να βελτιστοποιηθεί η παροχή νερού και θρεπτικών ουσιών. Ως εκ τούτου, υπό την προϋπόθεση της απεριόριστης επένδυσης, η υδροπονία μπορεί να απελευθερώσει πλήρως το δυναμικό ανάπτυξης των φυτών. Χαμηλό₂Η συγκέντρωση καθυστέρησε τον χρόνο ανθοφορίας του Arabidopsis thaliana, ενώ ο High Co₂Η συγκέντρωση επιτάχυνε τον χρόνο ανθοφορίας του ρυζιού, μείωσε την περίοδο ανάπτυξης του ρυζιού σε 3 μήνες και πολλαπλασιάστηκε 4 γενιές ετησίως. Συμπληρώνοντας CO₂Σε 785,7 μmol/mol στο κιβώτιο τεχνητής ανάπτυξης, ο κύκλος αναπαραγωγής της ποικιλίας σόγιας «Enrei» μειώθηκε σε 70 ημέρες και θα μπορούσε να αναπαράγει 5 γενιές σε ένα έτος. Όταν το CO₂Η συγκέντρωση αυξήθηκε σε 550 μmol/mol, η ανθοφορία του Cajanus cajan καθυστέρησε για 8 ~ 9 ημέρες και ο χρόνος ρύθμισης των φρούτων και η ωρίμανση καθυστέρησαν επίσης για 9 ημέρες. Ο Cajanus Cajan συγκέντρωσε αδιάλυτη ζάχαρη στο High Co₂Η συγκέντρωση, η οποία μπορεί να επηρεάσει τη μετάδοση σήματος των φυτών και την καθυστέρηση της ανθοφορίας. Επιπλέον, στην αίθουσα ανάπτυξης με αυξημένο CO₂, ο αριθμός και η ποιότητα των λουλουδιών σόγιας αυξάνονται, γεγονός που ευνοεί την υβριδοποίηση και ο ρυθμός υβριδοποίησης είναι πολύ υψηλότερος από εκείνον των σόγιας που καλλιεργούνται στον τομέα.

Μελλοντικές προοπτικές

Η σύγχρονη γεωργία μπορεί να επιταχύνει τη διαδικασία αναπαραγωγής των καλλιεργειών μέσω εναλλακτικής αναπαραγωγής και αναπαραγωγής εγκαταστάσεων. Ωστόσο, υπάρχουν κάποιες ελλείψεις σε αυτές τις μεθόδους, όπως αυστηρές γεωγραφικές απαιτήσεις, δαπανηρή διαχείριση εργασίας και ασταθές φυσικές συνθήκες, οι οποίες δεν μπορούν να εγγυηθούν την επιτυχή συγκομιδή των σπόρων. Η αναπαραγωγή της εγκατάστασης επηρεάζεται από τις κλιματικές συνθήκες και ο χρόνος για την προσθήκη παραγωγής είναι περιορισμένος. Ωστόσο, η αναπαραγωγή μοριακού δείκτη επιταχύνει μόνο την επιλογή και τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών στόχου αναπαραγωγής. Επί του παρόντος, η ταχεία τεχνολογία αναπαραγωγής έχει εφαρμοστεί σε Gramineae, Leguminosae, Cruciferae και άλλες καλλιέργειες. Ωστόσο, η αναπαραγωγή ταχείας παραγωγής εργοστασίου εργοστασίου είναι εντελώς απαλλαγμένη από την επιρροή των κλιματικών συνθηκών και μπορεί να ρυθμίσει το περιβάλλον ανάπτυξης ανάλογα με τις ανάγκες της ανάπτυξης και της ανάπτυξης των φυτών. Συνδυάζοντας την τεχνολογία ταχείας αναπαραγωγής εργοστασίου φυτών με παραδοσιακή αναπαραγωγή, εκτροφή μοριακών δεικτών και άλλες μεθόδους αναπαραγωγής, υπό την προϋπόθεση της ταχείας αναπαραγωγής, τον χρόνο που απαιτείται για την απόκτηση ομόζυγων γραμμών μετά την υβριδοποίηση μπορεί να μειωθεί και ταυτόχρονα, οι πρώτες γενιές μπορεί να είναι Επιλέχθηκε 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 ανάπτυξη διαφορετικών καλλιεργειών είναι αρκετά διαφορετικές και χρειάζεται πολύς χρόνος για να ληφθούν οι περιβαλλοντικές συνθήκες για την ταχεία αναπαραγωγή καλλιεργειών στόχων. Ταυτόχρονα, λόγω του υψηλού κόστους της κατασκευής και λειτουργίας των εργοστασίων φυτών, είναι δύσκολο να πραγματοποιηθεί πείραμα αναπαραγωγής προσθέτων μεγάλης κλίμακας, το οποίο συχνά οδηγεί σε περιορισμένη απόδοση σπόρων, η οποία μπορεί να περιορίσει την αξιολόγηση του χαρακτήρα παρακολούθησης. Με τη σταδιακή βελτίωση και τη βελτίωση του εργοστασιακού εξοπλισμού και της τεχνολογίας των φυτών, το κόστος κατασκευής και λειτουργίας του εργοστασίου φυτών μειώνεται σταδιακά. Είναι δυνατή η περαιτέρω βελτιστοποίηση της τεχνολογίας ταχείας αναπαραγωγής και η συντόμευση του κύκλου αναπαραγωγής συνδυάζοντας αποτελεσματικά την τεχνολογία ταχείας αναπαραγωγής εργοστασίου φυτών με άλλες τεχνικές αναπαραγωγής.

ΤΕΛΟΣ

Αναφερόμενες πληροφορίες

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Ερευνητική πρόοδος της τεχνολογίας ταχείας αναπαραγωγής εργοστασίου φυτών [J]. Τεχνολογία γεωργικών μηχανικών, 2022,42 (22): 46-49.