Siltumnīcas dārzkopības lauksaimniecības inženiertehnoloģijaPublicēts plkst. 17: 30 2022. gada 14. oktobrī Pekinā

Nepārtraukti palielinoties pasaules iedzīvotāju skaitam, cilvēku pieprasījums pēc pārtikas katru dienu palielinās, un tiek izvirzītas augstākas prasības pārtikas uzturam un drošībai. Augstas ražas un augstas kvalitātes kultūru kultivēšana ir svarīgs līdzeklis pārtikas problēmu risināšanai. Tomēr tradicionālā selekcijas metode prasa ilgu laiku, lai kultivētu izcilas šķirnes, kas ierobežo vaislas progresu. Ikgadējām pašpiespiestām kultūrām var paiet 10 ~ 15 gadi, sākot no sākotnējā vecāku šķērsošanas līdz jaunas šķirnes ražošanai. Tāpēc, lai paātrinātu kultūraugu vaislas progresu, ir steidzami uzlabot vaislas efektivitāti un saīsināt paaudzes laiku.

Ātra pavairošana nozīmē maksimāli palielināt augu augšanas ātrumu, paātrināt ziedēšanu un augļus un saīsināt vaislas ciklu, kontrolējot vides apstākļus pilnībā slēgtā kontrolētā vides augšanas telpā. Augu rūpnīca ir lauksaimniecības sistēma, kas var sasniegt augstas efektivitātes ražošanu, izmantojot augstas precizitātes vides kontroli telpās, un tā ir ideāla vide ātrai selekcijai. Stādīšanas vides apstākļi, piemēram, gaisma, temperatūra, mitrums un CO2 koncentrācija rūpnīcā, ir salīdzinoši kontrolējami, un ārējais klimats tos neietekmē vai neietekmē. 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. Augu rūpnīcas tehnoloģijas izmantošana, lai kontrolētu kultūraugu augšanu un attīstību, augļu novākšana iepriekš, ja vien dažas sēklas ar dīgtspēju var apmierināt vaislas vajadzības.

Fotoperiods, galvenais vides faktors, kas ietekmē ražas augšanas ciklu

Gaismas cikls attiecas uz gaismas maiņu un tumšo periodu dienā. Gaismas cikls ir svarīgs faktors, kas ietekmē kultūraugu augšanu, attīstību, ziedēšanu un augļus. Izjūtot gaismas cikla maiņu, kultūraugi var mainīties no veģetatīvās augšanas uz reproduktīvo augšanu un pilnīgu ziedēšanu un augļiem. Dažādām kultūraugu šķirnēm un genotipiem ir atšķirīga fizioloģiskā reakcija uz fotoperiodu izmaiņām. Ilgstoši sunshine augi, kad saules starojuma laiks pārsniedz kritisko saules garumu, ziedēšanas laiku parasti paātrina fotoperioda pagarināšana, piemēram, auzas, kvieši un mieži. Neitrāli augi, neatkarīgi no fotoperioda, ziedēs, piemēram, rīsus, kukurūzu un gurķi. Īsas dienas augiem, piemēram, kokvilnai, sojas pupām un prosa, ir nepieciešams fotoperiods, kas ir zemāks par kritisko saules garumu, lai ziedētu. Mākslīgā vidē 8 stundu gaismas un 30 ℃ augstā temperatūrā Amarantas ziedēšanas laiks ir vairāk nekā 40 dienas agrāk nekā lauka vidē. Apstrādājot 16/8 h gaismas cikla (gaiši/tumšs), visi septiņi miežu genotipi uzziedēja agri: Franklins (36 dienas), Gairdners (35 dienas), Gimmett (33 dienas), komandieris (30 dienas), flote (29 dienas), baudīns (26 dienas) un Lockyer (25 dienas).

Mākslīgajā vidē kviešu augšanas periodu var saīsināt, izmantojot embriju kultūru, lai iegūtu stādus, un pēc tam apstaro 16 stundas, un katru gadu var ražot 8 paaudzes. Zirņu augšanas periods tika saīsināts no 143 dienām lauka vidē līdz 67 dienām mākslīgajā siltumnīcā ar 16 stundu gaismu. Turpmāk pagarinot fotoperiodu līdz 20 stundām un apvienojot to ar 21 ° C/16 ° C (diena/nakts), zirņu augšanas periodu var saīsināt līdz 68 dienām, un sēklu iestatīšanas ātrums ir 97,8%. Kontrolētas vides apstākļos pēc 20 stundu fotoperioda apstrādes tas prasa 32 dienas no sēšanas līdz ziedēšanai, un viss augšanas periods ir 62–71 diena, kas ir īsāks nekā lauka apstākļos vairāk nekā 30 dienas. Mākslīgās siltumnīcas stāvoklī ar 22 stundu fotoperiodu kviešu, miežu, izvarošanas un aunazirņu ziedēšanas laiku saīsina vidēji par 22, 64, 73 un 33 dienām. Apvienojumā ar agrīnu sēklu novākšanu, agrīnās ražas sēklu dīgtspēja var sasniegt vidēji 92%, 98%, 89% un 94%, kas var pilnībā apmierināt vaislas vajadzības. Ātrākās šķirnes var nepārtraukti ražot 6 paaudzes (kviešus) un 7 paaudzes (kviešus). 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 varētu nepārtraukti izplatīties piecas paaudzes. Mākslīgajā siltumnīcā ar 22 stundu apgaismojumu lēcu izaugsmes periods tiek saīsināts līdz 115 dienām, un tie var reproducēt 3-4 paaudzes gadā. 24 stundu nepārtraukta apgaismojuma apstākļos mākslīgajā siltumnīcā zemesriekstu augšanas cikls tiek samazināts no 145 dienām līdz 89 dienām, un to var pavairot 4 paaudzēs vienā gadā.

Viegla 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 660nm hlorofila absorbcijas virsotni, kas var efektīvi veicināt fotosintēzi. Zilā gaismas viļņa garums 400 ~ 500 nm ietekmēs augu fototropismu, stomātisko atvēršanu un stādu augšanu. Kviešos sarkanās gaismas un zilās gaismas attiecība ir aptuveni 1, kas var izraisīt ziedēšanu ne agrāk. Zem R: B = 4: 1 gaismas kvalitāti vidējās un vēlīnās sojas pupu šķirņu augšanas periods tika saīsināts no 120 dienām līdz 63 dienām, un auga augstums un uztura biomasa tika samazināta, bet sēklu raža netika ietekmēta , kas varētu apmierināt vismaz vienu sēklu uz vienu augu, un vidējais nenobriedušu sēklu dīgtspējas ātrums bija 81,7%. 10 stundu apgaismojuma un zilās gaismas piedevas apstākļos sojas pupu augi kļuva īsi un spēcīgi, ziedi 23 dienas pēc sēšanas, nobriedis 77 dienu laikā un varēja reproducēt 5 paaudzes vienā gadā.

Sarkanās gaismas un tālu sarkanās gaismas (FR) attiecība ietekmē arī augu ziedēšanu. Fotosensitīvi pigmenti pastāv divās formās: daudz sarkanās gaismas absorbcija (PFR) un sarkanās gaismas absorbcija (PR). Pie zemas R: FR attiecība, gaismjutīgi pigmenti tiek pārveidoti no PFR uz PR, kas noved pie garas dienas augu ziedēšanas. Izmantojot LED gaismas, lai regulētu atbilstošo R: FR (0,66 ~ 1,07), var palielināt augu augstumu, veicināt garu dienu augu (piemēram, rīta slavas un snapdragon) ziedēšanu un kavēt īsas dienas augu ziedēšanu (piemēram, kliņģerīšu ziedēšanu ). Kad R: FR ir lielāks par 3,1, lēcu ziedēšanas laiks tiek kavēts. Samazinot R: FR līdz 1,9 var iegūt vislabāko ziedēšanas efektu, un tas var ziedēt 31. dienā pēc sēšanas. Sarkanās gaismas ietekmi uz ziedēšanas inhibīciju ietekmē gaisotnakts pigments PR. Pētījumi ir norādījuši, ka tad, kad R: FR ir augstāks par 3,5, piecu pākšaugu augu (zirņu, aunazirņu, plašu pupiņu, lēcu un lupīna) ziedēšanas laiks tiks aizkavēts. Dažos amaranta un rīsu genotipos ir izmantots tālu sarkanā gaisma, lai uzlabotu ziedēšanu attiecīgi par 10 dienām un 20 dienām.

Mēslojums CO_Rādītājs

CO_Rādītājsir galvenais fotosintēzes oglekļa avots. Augsta koncentrācijas CO_Rādītājsparasti var veicināt C3 viengadīgo augšanu un reprodukciju, bet zema koncentrācija CO_Rādītājsvar samazināt augšanas un reprodukcijas ražu oglekļa ierobežojuma dēļ. Piemēram, C3 augu, piemēram, rīsu un kviešu, fotosintēzes efektivitāte palielinās, palielinoties CO_Rādītājslīmenis, kā rezultātā palielinās biomasa un agrīna ziedēšana. Lai realizētu CO pozitīvo ietekmi_RādītājsKoncentrācijas pieaugums, var būt nepieciešams optimizēt ūdens un barības vielu piegādi. Tāpēc neierobežotu ieguldījumu apstākļos hidroponika var pilnībā atbrīvot augu augšanas potenciālu. Zems CO_RādītājsKoncentrācija aizkavēja Arabidopsis thaliana ziedošo laiku_RādītājsKoncentrācija paātrināja rīsu ziedēšanas laiku, saīsināja rīsu augšanas periodu līdz 3 mēnešiem un gadā izplatījās 4 paaudzes. Papildinot CO_Rādītājslīdz 785,7 μmol/mol mākslīgā augšanas kastē sojas pupu šķirņu “enrei” selekcijas cikls tika saīsināts līdz 70 dienām, un tas vienā gadā varēja audzēt 5 paaudzes. Kad CO_RādītājsKoncentrācija palielinājās līdz 550 μmol/mol, Cajanus cajan ziedēšana tika aizkavēta 8 ~ 9 dienas, un arī augļu iestatīšana un nogatavošanās laiks tika aizkavēts 9 dienas. Cajanus Cajan uzkrāja nešķīstošu cukuru ar augstu CO_RādītājsKoncentrācija, kas var ietekmēt augu signāla pārraidi un aizkavēt ziedēšanu. Turklāt augšanas telpā ar palielinātu CO_Rādītājs, palielinās sojas pupu ziedu skaits un kvalitāte, kas veicina hibridizāciju, un to hibridizācijas ātrums ir daudz augstāks nekā laukā audzētais sojas pupas.

Nākotnes izredzes

Mūsdienu lauksaimniecība var paātrināt kultūraugu vaislas procesu, izmantojot alternatīvu selekciju un selekciju. Tomēr šajās metodēs ir daži trūkumi, piemēram, stingras ģeogrāfiskās prasības, dārga darbaspēka pārvaldība un nestabili dabas apstākļi, kas nevar garantēt veiksmīgu sēklu novākšanu. Objekta selekciju ietekmē klimatiskie apstākļi, un paaudzes pievienošanas laiks ir ierobežots. Tomēr molekulārā marķieru selekcija tikai paātrina vaislas mērķa īpašību atlasi un noteikšanu. Pašlaik gramineae, leguminosae, cruciferae un citām kultūrām ir piemērota ātra vaislas tehnoloģija. Tomēr augu rūpnīcas ātrās paaudzes selekcija pilnībā atbrīvojas no klimatisko apstākļu ietekmes un var regulēt augšanas vidi atbilstoši augu augšanas un attīstības vajadzībām. Apvienojot augu rūpnīcas ātras selekcijas tehnoloģiju ar tradicionālo vaislu, molekulāro marķieru selekciju un citām selekcijas metodēm, efektīvi, straujas selekcijas stāvoklī, laiku, kas nepieciešams homozigotu līniju iegūšanai pēc hibridizācijas, un tajā pašā laikā agrīnās paaudzes var būt atlasīts, lai saīsinātu laiku, kas nepieciešams ideālu iezīmju un vaislas paaudzes iegūšanai.

Galvenais augu ātrās selekcijas tehnoloģijas ierobežojums rūpnīcās ir tāds, ka dažādu kultūru augšanai un attīstībai nepieciešamie vides apstākļi ir diezgan atšķirīgi, un mērķa kultūru ātrai selekcijai ir nepieciešams ilgs laiks, lai iegūtu vides apstākļus. Tajā pašā laikā, ņemot vērā augu rūpnīcas būvniecības un darbības izmaksas, ir grūti veikt liela mēroga piedevu vaislas eksperimentu, kas bieži noved pie ierobežota sēklu ražas, kas var ierobežot pēcpārbaudes lauka rakstura novērtējumu. Pakāpeniski uzlabojot un uzlabojot augu rūpnīcas aprīkojumu un tehnoloģijas, augu rūpnīcas būvniecības un darbības izmaksas tiek pakāpeniski samazinātas. Ir iespējams vēl vairāk optimizēt ātrās selekcijas tehnoloģiju un saīsināt selekcijas ciklu, efektīvi apvienojot augu rūpnīcas ātrās selekcijas tehnoloģiju ar citām selekcijas metodēm.

Beigas

Citēta informācija

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Augu rūpnīcas ātrās selekcijas tehnoloģijas pētniecības progress [J]. Lauksaimniecības inženierzinātņu tehnoloģija, 2022,42 (22): 46–49.