Siltumnīcu dārzkopības lauksaimniecības inženiertehniskā tehnoloģijaPublicēts 2022. gada 14. oktobrī plkst. 17:30 Pekinā

Nepārtraukti pieaugot pasaules iedzīvotāju skaitam, cilvēku pieprasījums pēc pārtikas ar katru dienu pieaug, un tiek izvirzītas augstākas prasības pārtikas uzturam un nekaitīgumam.Augstas ražības un augstas kvalitātes kultūru audzēšana ir svarīgs līdzeklis pārtikas problēmu risināšanai.Tomēr tradicionālā selekcijas metode prasa ilgu laiku, lai izaudzētu izcilas šķirnes, kas ierobežo selekcijas gaitu.Viengadīgām pašapputes kultūrām var paiet 10–15 gadi no sākotnējās vecāku krustošanās līdz jaunas šķirnes iegūšanai.Tāpēc, lai paātrinātu kultūraugu audzēšanas gaitu, steidzami jāuzlabo selekcijas efektivitāte un jāsaīsina ģenerācijas laiks.

Ātra audzēšana nozīmē maksimāli palielināt augu augšanas ātrumu, paātrināt ziedēšanu un augļu rašanos, kā arī saīsināt vairošanās ciklu, kontrolējot vides apstākļus pilnībā slēgtā kontrolētas vides augšanas telpā.Augu rūpnīca ir lauksaimniecības sistēma, kas var sasniegt augstas efektivitātes augkopību, izmantojot augstas precizitātes vides kontroli objektos, un tā ir ideāla vide ātrai audzēšanai.Stādīšanas vides apstākļi, piemēram, gaisma, temperatūra, mitrums un CO2 koncentrācija rūpnīcā, ir relatīvi kontrolējami, un tos neietekmē vai mazāk ietekmē ārējais klimats.Kontrolētos vides apstākļos vislabākā gaismas intensitāte, gaismas laiks un temperatūra var paātrināt dažādus augu fizioloģiskos procesus, īpaši fotosintēzi un ziedēšanu, tādējādi saīsinot ražas augšanas laiku.Izmantojot augu rūpnīcas tehnoloģiju, lai kontrolētu ražas augšanu un attīstību, iepriekš novācot augļus, ja vien dažas sēklas ar dīgtspēju var apmierināt audzēšanas vajadzības.

Fotoperiods, galvenais vides faktors, kas ietekmē kultūraugu augšanas ciklu

Gaismas cikls attiecas uz gaismas perioda un tumšā perioda maiņu dienā.Gaismas cikls ir svarīgs faktors, kas ietekmē labības augšanu, attīstību, ziedēšanu un augļu veidošanos.Sajūtot gaismas cikla maiņu, kultūraugi var mainīties no veģetatīvās augšanas uz reproduktīvo augšanu un pilnīgu ziedēšanu un augļu rašanos.Dažādām kultūraugu šķirnēm un genotipiem ir atšķirīga fizioloģiskā reakcija uz fotoperiodu izmaiņām.Ilgi saulainiem augiem, kad saules spīdēšanas laiks pārsniedz kritisko saules garumu, ziedēšanas laiku parasti paātrina fotoperioda pagarināšanās, piemēram, auzas, kvieši un mieži.Neitrāli augi neatkarīgi no fotoperioda ziedēs, piemēram, rīsi, kukurūza un gurķi.Īsas dienas augiem, piemēram, kokvilnai, sojai un prosai, ir nepieciešams fotoperiods, kas ir mazāks par kritisko saules gaismas garumu, lai ziedētu.Mākslīgās vides apstākļos ar 8 stundu gaismu un 30 ℃ augstu temperatūru amaranta ziedēšanas laiks ir vairāk nekā 40 dienas agrāk nekā lauka vidē.Apstrādājot 16/8 h gaismas ciklu (gaišs/tumšs), visi septiņi miežu genotipi uzziedēja agri: Franklin (36 dienas), Gairdner (35 dienas), Gimmett (33 dienas), Commander (30 dienas), Fleet (29 dienas). dienas), Baudin (26 dienas) un Lockyer (25 dienas).

Mākslīgā vidē kviešu augšanas periodu var saīsināt, izmantojot embriju kultūru, lai iegūtu stādus, un pēc tam apstarojot 16 stundas, un katru gadu var iegūt 8 paaudzes.Zirņu augšanas periods tika saīsināts no 143 dienām lauka vidē līdz 67 dienām mākslīgajā siltumnīcā ar 16h apgaismojumu.Vēl vairāk pagarinot fotoperiodu līdz 20h un kombinējot to ar 21°C/16°C (diena/nakts), zirņu augšanas periodu var saīsināt līdz 68 dienām, un sēklu iesēšanās ātrums ir 97,8%.Kontrolētas vides apstākļos pēc 20 stundu fotoperioda apstrādes no sējas līdz ziedēšanai paiet 32 ​​dienas, un viss augšanas periods ir 62-71 diena, kas ir par vairāk nekā 30 dienām īsāks nekā lauka apstākļos.Mākslīgās siltumnīcas apstākļos ar 22h fotoperiodu kviešu, miežu, rapša un aunazirņu ziedēšanas laiks tiek saīsināts vidēji par 22, 64, 73 un 33 dienām.Apvienojumā ar agro sēklu ražu, agrās ražas sēklu dīgtspēja var sasniegt vidēji attiecīgi 92%, 98%, 89% un 94%, kas pilnībā var apmierināt selekcijas vajadzības.Ātrākās šķirnes var nepārtraukti ražot 6 paaudzes (kvieši) un 7 paaudzes (kvieši).22 stundu fotoperioda apstākļos auzu ziedēšanas laiks tika samazināts par 11 dienām, un 21 dienu pēc ziedēšanas varēja garantēt vismaz 5 dzīvotspējīgas sēklas un katru gadu nepārtraukti pavairot piecas paaudzes.Mākslīgajā siltumnīcā ar 22 stundu apgaismojumu lēcu augšanas periods tiek saīsināts līdz 115 dienām, un gadā tās var vairoties 3-4 paaudzes.24 stundu nepārtraukta apgaismojuma apstākļos mākslīgajā siltumnīcā zemesriekstu augšanas cikls tiek samazināts no 145 dienām līdz 89 dienām, un vienā gadā to var pavairot 4 paaudzes.

Gaismas kvalitāte

Gaismai ir būtiska loma augu augšanā un attīstībā.Gaisma var kontrolēt ziedēšanu, ietekmējot daudzus fotoreceptorus.Sarkanās gaismas (R) un zilās gaismas (B) attiecība ir ļoti svarīga kultūraugu ziedēšanai.Sarkanās gaismas viļņa garums 600–700 nm satur hlorofila absorbcijas maksimumu 660 nm, kas var efektīvi veicināt fotosintēzi.Zilās gaismas viļņa garums 400–500 nm ietekmēs augu fototropismu, stomatālu atvēršanos un sējeņu augšanu.Kviešos sarkanās gaismas un zilās gaismas attiecība ir aptuveni 1, kas var izraisīt ziedēšanu agrāk.Pie gaismas kvalitātes R:B=4:1 vidējas un vēlīnas sojas šķirņu augšanas periods tika saīsināts no 120 dienām līdz 63 dienām, samazināts auga augstums un uzturvielu biomasa, bet sēklu raža netika ietekmēta. , kas varētu apmierināt vismaz vienu sēklu no katra auga, un vidējais nenobriedušu sēklu dīgtspēja bija 81,7%.10h apgaismojuma un zilās gaismas piedevas apstākļos sojas pupu augi kļuva īsi un spēcīgi, uzziedēja 23 dienas pēc sēšanas, nogatavojās 77 dienu laikā un viena gada laikā varēja vairoties 5 paaudzes.

Sarkanās gaismas un tālu sarkanās gaismas (FR) attiecība ietekmē arī augu ziedēšanu.Gaismas jutīgie pigmenti pastāv divos veidos: tālās sarkanās gaismas absorbcija (Pfr) un sarkanās gaismas absorbcija (Pr).Pie zemas R:FR attiecības gaismjutīgie pigmenti tiek pārveidoti no Pfr par Pr, kas noved pie garo dienu augu ziedēšanas.Izmantojot LED gaismas, lai regulētu atbilstošo R:FR(0,66-1,07), var palielināt augu augstumu, veicināt garo dienu augu ziedēšanu (piemēram, rīta krāšņumu un snapdragonu) un kavēt īsu dienu augu (piemēram, kliņģerīšu) ziedēšanu. ).Ja R:FR ir lielāks par 3,1, lēcu ziedēšanas laiks tiek aizkavēts.R:FR samazināšana līdz 1,9 var iegūt vislabāko ziedēšanas efektu, un tas var uzziedēt 31. dienā pēc sēšanas.Sarkanās gaismas ietekmi uz ziedēšanas kavēšanu veicina gaismjutīgais pigments Pr.Pētījumi liecina, ka tad, ja R:FR ir lielāks par 3,5, piecu pākšaugu (zirņu, aunazirņu, pupiņu, lēcu un lupīnas) ziedēšanas laiks tiks aizkavēts.Dažos amaranta un rīsu genotipos tiek izmantota tāli sarkanā gaisma, lai paildzinātu ziedēšanu attiecīgi par 10 dienām un 20 dienām.

Fertilizer CO₂

CO₂ir galvenais fotosintēzes oglekļa avots.Augstas koncentrācijas CO₂parasti var veicināt C3 viengadīgo augu augšanu un vairošanos, savukārt zemas koncentrācijas CO₂oglekļa ierobežojuma dēļ var samazināt augšanas un vairošanās ražu.Piemēram, C3 augu, piemēram, rīsu un kviešu, fotosintēzes efektivitāte palielinās, palielinoties CO₂līmenī, kā rezultātā palielinās biomasa un notiek agrīna ziedēšana.Lai realizētu CO pozitīvo ietekmi₂koncentrācijas palielināšanās, var būt nepieciešams optimizēt ūdens un barības vielu piegādi.Tāpēc ar neierobežotu ieguldījumu nosacījumu hidroponika var pilnībā atbrīvot augu augšanas potenciālu.Zems CO₂koncentrācija aizkavēja Arabidopsis thaliana ziedēšanas laiku, savukārt augstais CO₂koncentrācija paātrināja rīsu ziedēšanas laiku, saīsināja rīsu augšanas periodu līdz 3 mēnešiem un pavairoja 4 paaudzes gadā.Papildinot CO₂līdz 785,7 μmol/mol mākslīgās audzēšanas kastē, sojas pupu šķirnes 'Enrei' audzēšanas cikls tika saīsināts līdz 70 dienām, un tā vienā gadā varēja izaudzēt 5 paaudzes.Kad CO₂koncentrācija palielinājās līdz 550 μmol/mol, Cajanus cajan ziedēšana tika aizkavēta par 8–9 dienām, un arī augļu sacietēšana un nogatavošanās laiks tika aizkavēts par 9 dienām.Cajanus cajan uzkrāja nešķīstošo cukuru ar augstu CO₂koncentrācija, kas var ietekmēt augu signāla pārraidi un aizkavēt ziedēšanu.Turklāt augšanas telpā ar paaugstinātu CO₂, palielinās sojas ziedu skaits un kvalitāte, kas ir labvēlīga hibridizācijai, un tās hibridizācijas ātrums ir daudz lielāks nekā uz lauka audzētām sojas pupiņām.

Nākotnes izredzes

Mūsdienu lauksaimniecība var paātrināt kultūraugu audzēšanas procesu, izmantojot alternatīvu audzēšanu un audzēšanu telpās.Tomēr šīm metodēm ir daži trūkumi, piemēram, stingras ģeogrāfiskās prasības, dārga darbaspēka vadība un nestabili dabas apstākļi, kas nevar garantēt veiksmīgu sēklu ražu.Iekārtas audzēšanu ietekmē klimatiskie apstākļi, un paaudžu pievienošanas laiks ir ierobežots.Tomēr molekulāro marķieru audzēšana tikai paātrina vaislas mērķa pazīmju atlasi un noteikšanu.Šobrīd ātrās selekcijas tehnoloģija ir piemērota Gramineae, Leguminosae, Cruciferae un citām kultūrām.Taču augu rūpnīcas ātrās paaudzes selekcija pilnībā atbrīvojas no klimatisko apstākļu ietekmes un spēj regulēt augšanas vidi atbilstoši augu augšanas un attīstības vajadzībām.Efektīvi apvienojot augu rūpnīcas ātrās selekcijas tehnoloģiju ar tradicionālo selekciju, molekulāro marķieru audzēšanu un citām selekcijas metodēm, ātras audzēšanas apstākļos var samazināt laiku, kas nepieciešams, lai pēc hibridizācijas iegūtu homozigotas līnijas, un tajā pašā laikā agrīnās paaudzes. izvēlēti, lai saīsinātu laiku, kas nepieciešams ideālu īpašību un vaislas paaudžu iegūšanai.

Augu ātrās selekcijas tehnoloģijas galvenais ierobežojums rūpnīcās ir tas, ka dažādu kultūru augšanai un attīstībai nepieciešamie vides apstākļi ir diezgan atšķirīgi, un nepieciešams ilgs laiks, lai iegūtu vides apstākļus ātrai mērķa kultūru audzēšanai.Tajā pašā laikā augu rūpnīcas būvniecības un ekspluatācijas augsto izmaksu dēļ ir grūti veikt liela mēroga piedevu selekcijas eksperimentu, kas bieži noved pie ierobežotas sēklu ražas, kas var ierobežot lauka rakstura turpmāko novērtēšanu.Pakāpeniski uzlabojot un uzlabojot rūpnīcas iekārtas un tehnoloģijas, rūpnīcas būvniecības un ekspluatācijas izmaksas pakāpeniski tiek samazinātas.Ir iespējams vēl vairāk optimizēt ātrās selekcijas tehnoloģiju un saīsināt selekcijas ciklu, efektīvi kombinējot augu fabrikas ātrās selekcijas tehnoloģiju ar citām selekcijas metodēm.

BEIGAS

Citēta informācija

Liu Kaiže, Liu Hušens.Augu fabrikas ātrās selekcijas tehnoloģijas izpētes gaita [J].Lauksaimniecības inženierijas tehnoloģija, 2022, 42(22):46-49.