Glastuinbouw landbouwtechniekGepubliceerd om 17.30 uur op 14 oktober 2022 in Peking

Met de voortdurende toename van de wereldbevolking neemt de vraag van mensen naar voedsel met de dag toe en worden er hogere eisen gesteld aan de voeding en veiligheid van voedsel.Het telen van gewassen met een hoge opbrengst en hoge kwaliteit is een belangrijk middel om voedselproblemen op te lossen.Bij de traditionele veredelingsmethode duurt het echter lang om uitstekende rassen te kweken, wat de voortgang van de veredeling beperkt.Voor jaarlijkse zelfbestuivende gewassen kan het 10-15 jaar duren vanaf de eerste kruising van de ouders tot de productie van een nieuwe variëteit.Om de voortgang van het kweken van gewassen te versnellen, is het daarom dringend nodig om de kweekefficiëntie te verbeteren en de generatietijd te verkorten.

Snel kweken betekent het maximaliseren van de groeisnelheid van planten, het versnellen van bloei en vruchtvorming en het verkorten van de kweekcyclus door de omgevingsomstandigheden te beheersen in een volledig gesloten kweekruimte met gecontroleerde omgeving.Plantenfabriek is een landbouwsysteem dat een zeer efficiënte gewasproductie kan bereiken door zeer nauwkeurige omgevingscontrole in faciliteiten, en het is een ideale omgeving voor snel fokken.De plantomgevingsomstandigheden zoals licht, temperatuur, luchtvochtigheid en CO2-concentratie in de fabriek zijn relatief beheersbaar en worden niet of minder beïnvloed door het buitenklimaat.Onder gecontroleerde omgevingsomstandigheden kunnen de beste lichtintensiteit, lichttijd en temperatuur verschillende fysiologische processen van planten versnellen, met name fotosynthese en bloei, waardoor de generatietijd van gewasgroei wordt verkort.Plantfabriektechnologie gebruiken om de groei en ontwikkeling van gewassen te beheersen, fruit van tevoren oogsten, zolang een paar zaden met kiemkracht kunnen voldoen aan de kweekbehoeften.

Fotoperiode, de belangrijkste omgevingsfactor die de groeicyclus van gewassen beïnvloedt

Lichtcyclus verwijst naar de afwisseling van lichte periode en donkere periode in een dag.Lichtcyclus is een belangrijke factor die de groei, ontwikkeling, bloei en vruchtvorming van gewassen beïnvloedt.Door de verandering van de lichtcyclus waar te nemen, kunnen gewassen veranderen van vegetatieve groei naar reproductieve groei en volledige bloei en vruchtvorming.Verschillende gewasvariëteiten en genotypen hebben verschillende fysiologische reacties op veranderingen in de fotoperiode.Planten met een lange zonneschijn, zodra de zonneschijntijd de kritieke zonneschijnlengte overschrijdt, wordt de bloeitijd meestal versneld door de verlenging van de fotoperiode, zoals haver, tarwe en gerst.Neutrale planten, ongeacht de fotoperiode, zullen bloeien, zoals rijst, maïs en komkommer.Kortedagplanten, zoals katoen, sojabonen en gierst, hebben een fotoperiode nodig die lager is dan de kritische lengte van de zonneschijn om te bloeien.Onder de kunstmatige omgevingsomstandigheden van 8 uur licht en 30 ℃ hoge temperatuur, is de bloeitijd van amarant meer dan 40 dagen eerder dan die in de veldomgeving.Onder de behandeling van een lichtcyclus van 16/8 uur (licht/donker) bloeiden alle zeven gerstgenotypes vroeg: Franklin (36 dagen), Gairdner (35 dagen), Gimmett (33 dagen), Commander (30 dagen), Fleet (29 dagen). dagen), Baudin (26 dagen) en Lockyer (25 dagen).

Onder de kunstmatige omgeving kan de groeiperiode van tarwe worden verkort door embryocultuur te gebruiken om zaailingen te verkrijgen en vervolgens 16 uur te bestralen, en 8 generaties kunnen elk jaar worden geproduceerd.De groeiperiode van erwten werd verkort van 143 dagen in een veldomgeving tot 67 dagen in een kunstmatige kas met 16 uur licht.Door de fotoperiode verder te verlengen tot 20 uur en deze te combineren met 21°C/16°C (dag/nacht), kan de groeiperiode van erwten worden verkort tot 68 dagen en is de zaadzettingsgraad 97,8%.In een gecontroleerde omgeving duurt het na 20 uur fotoperiodebehandeling 32 dagen van zaaien tot bloeien, en de hele groeiperiode is 62-71 dagen, wat meer dan 30 dagen korter is dan die in veldomstandigheden.In een kunstmatige kas met een fotoperiode van 22 uur wordt de bloeitijd van tarwe, gerst, koolzaad en kikkererwten gemiddeld met respectievelijk 22, 64, 73 en 33 dagen verkort.Gecombineerd met een vroege oogst van zaden, kunnen de kiemkracht van vroege oogstzaden gemiddeld respectievelijk 92%, 98%, 89% en 94% bedragen, wat volledig kan voldoen aan de behoeften van de fokkerij.De snelste rassen kunnen continu 6 generaties (tarwe) en 7 generaties (tarwe) produceren.Onder de voorwaarde van een fotoperiode van 22 uur werd de bloeitijd van haver met 11 dagen verkort en 21 dagen na de bloei konden ten minste 5 levensvatbare zaden worden gegarandeerd en konden er elk jaar vijf generaties continu worden vermeerderd.In de kunstmatige kas met 22-uurs verlichting wordt de groeiperiode van linzen verkort tot 115 dagen en kunnen ze zich 3-4 generaties per jaar voortplanten.Onder de voorwaarde van 24-uurs continue verlichting in een kunstmatige kas, wordt de groeicyclus van pinda teruggebracht van 145 dagen tot 89 dagen en kan deze gedurende 4 generaties in één jaar worden vermeerderd.

Lichte kwaliteit

Licht speelt een cruciale rol bij de groei en ontwikkeling van planten.Licht kan de bloei beheersen door veel fotoreceptoren te beïnvloeden.De verhouding tussen rood licht (R) en blauw licht (B) is erg belangrijk voor de bloei van gewassen.De rode lichtgolflengte van 600 ~ 700 nm bevat de absorptiepiek van chlorofyl van 660 nm, wat de fotosynthese effectief kan bevorderen.De blauwe lichtgolflengte van 400 ~ 500 nm zal het fototropisme van de plant, de opening van de huidmondjes en de groei van zaailingen beïnvloeden.Bij tarwe is de verhouding tussen rood licht en blauw licht ongeveer 1, wat op zijn vroegst tot bloei kan leiden.Onder de lichtkwaliteit van R:B=4:1 werd de groeiperiode van midden- en laatrijpende sojabonenvariëteiten verkort van 120 dagen tot 63 dagen, en werden de planthoogte en voedingsbiomassa verminderd, maar de zaadopbrengst werd niet beïnvloed , die ten minste één zaadje per plant kon bevredigen, en de gemiddelde kiemkracht van onrijpe zaden was 81,7%.Onder de voorwaarde van 10 uur verlichting en blauw licht werden sojabonenplanten kort en sterk, bloeiden 23 dagen na het zaaien, volgroeiden binnen 77 dagen en konden zich gedurende 5 generaties in één jaar voortplanten.

De verhouding rood licht tot verrood licht (FR) heeft ook invloed op de bloei van planten.Lichtgevoelige pigmenten bestaan ​​in twee vormen: absorptie van verrood licht (Pfr) en absorptie van rood licht (Pr).Bij een lage R:FR-verhouding worden lichtgevoelige pigmenten omgezet van Pfr naar Pr, wat leidt tot de bloei van langedagplanten.Het gebruik van LED-lampen om de juiste R:FR (0,66~1,07) te regelen, kan de planthoogte verhogen, de bloei van langedagplanten (zoals ochtendglorie en leeuwebek) bevorderen en de bloei van kortedagplanten (zoals goudsbloem) remmen. ).Wanneer R:FR groter is dan 3,1, wordt de bloeitijd van linzen vertraagd.Het verlagen van R:FR naar 1,9 kan het beste bloei-effect krijgen en kan bloeien op de 31e dag na het zaaien.Het effect van rood licht op de bloeiremming wordt gemedieerd door het lichtgevoelige pigment Pr.Studies hebben aangetoond dat wanneer R:FR hoger is dan 3,5, de bloeitijd van vijf peulvruchten (erwt, kikkererwt, tuinboon, linze en lupine) wordt vertraagd.In sommige genotypen van amarant en rijst wordt verrood licht gebruikt om de bloei met respectievelijk 10 dagen en 20 dagen te versnellen.

Meststof CO₂

CO₂is de belangrijkste koolstofbron van fotosynthese.Hoge concentratie CO₂kan meestal de groei en voortplanting van C3-eenjarigen bevorderen, terwijl een lage concentratie CO₂kan de groei en reproductieopbrengst verminderen als gevolg van koolstofbeperking.De fotosynthese-efficiëntie van C3-planten, zoals rijst en tarwe, neemt bijvoorbeeld toe met de toename van CO₂niveau, resulterend in de toename van biomassa en vroege bloei.Om de positieve impact van CO te realiseren₂concentratieverhoging kan het nodig zijn om de water- en nutriëntenvoorziening te optimaliseren.Daarom kan hydrocultuur, onder voorwaarde van onbeperkte investeringen, het groeipotentieel van planten volledig vrijmaken.Lage CO₂concentratie vertraagde de bloeitijd van Arabidopsis thaliana, terwijl hoge CO₂concentratie versnelde de bloeitijd van rijst, verkortte de groeiperiode van rijst tot 3 maanden en verspreidde zich 4 generaties per jaar.Door CO aan te vullen₂tot 785,7 μmol / mol in de kunstmatige groeibox, werd de kweekcyclus van sojabonenvariëteit 'Enrei' verkort tot 70 dagen en kon het 5 generaties in één jaar voortbrengen.Wanneer de K.O₂de concentratie nam toe tot 550μmol/mol, de bloei van Cajanus cajan werd 8~9 dagen vertraagd en de vruchtzetting en rijpingstijd werden ook 9 dagen vertraagd.Cajanus cajan verzamelde onoplosbare suiker bij hoge CO₂concentratie, die de signaaloverdracht van planten kan beïnvloeden en de bloei kan vertragen.Daarnaast in de kweekruimte met verhoogde CO₂, neemt het aantal en de kwaliteit van sojabonenbloemen toe, wat bevorderlijk is voor hybridisatie, en de hybridisatiesnelheid is veel hoger dan die van sojabonen die in het veld worden gekweekt.

Toekomstperspectieven

Moderne landbouw kan het proces van gewasveredeling versnellen door middel van alternatieve veredeling en facilitaire veredeling.Er zijn echter enkele tekortkomingen in deze methoden, zoals strikte geografische vereisten, duur arbeidsbeheer en onstabiele natuurlijke omstandigheden, die een succesvolle zaadoogst niet kunnen garanderen.Het fokken van faciliteiten wordt beïnvloed door klimatologische omstandigheden en de tijd voor het toevoegen van generaties is beperkt.Het fokken met moleculaire markers versnelt echter alleen de selectie en bepaling van fokdoelkenmerken.Op dit moment is snelle veredelingstechnologie toegepast op Gramineae, Leguminosae, Cruciferae en andere gewassen.Snelle generatieveredeling in de fabriek verwijdert echter volledig de invloed van klimatologische omstandigheden en kan de groeiomgeving reguleren op basis van de behoeften van plantengroei en -ontwikkeling.Door de snelle kweektechnologie van plantenfabrieken effectief te combineren met traditionele veredeling, moleculaire markerveredeling en andere veredelingsmethoden, kan onder de voorwaarde van snelle veredeling de tijd die nodig is om homozygote lijnen na hybridisatie te verkrijgen worden verminderd, en tegelijkertijd kunnen de vroege generaties worden geselecteerd om de tijd te verkorten die nodig is om ideale eigenschappen en kweekgeneraties te verkrijgen.

De belangrijkste beperking van de technologie voor snelle veredeling van planten in fabrieken is dat de omgevingscondities die nodig zijn voor de groei en ontwikkeling van verschillende gewassen behoorlijk verschillen, en dat het lang duurt om de omgevingscondities te verkrijgen voor snelle veredeling van doelgewassen.Tegelijkertijd is het, vanwege de hoge kosten van de bouw en exploitatie van fabrieken, moeilijk om grootschalige additieve veredelingsexperimenten uit te voeren, wat vaak leidt tot een beperkte zaadopbrengst, wat de follow-up karakterbeoordeling in het veld kan beperken.Met de geleidelijke verbetering en verbetering van fabrieksapparatuur en -technologie, worden de constructie- en bedrijfskosten van de fabrieksfabriek geleidelijk verlaagd.Het is mogelijk om de snelle veredelingstechnologie verder te optimaliseren en de veredelingscyclus te verkorten door de plantenfabriek snelveredelingstechnologie effectief te combineren met andere veredelingstechnieken.

EINDE

Geciteerde informatie

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Onderzoeksvoortgang van de snelle veredelingstechnologie van plantenfabrieken [J].Landbouwtechnische technologie, 2022,42(22):46-49.