Greenhouse Horticultural Agricultural Engineering TechnologyGepubliceerd om 17: 30 op 14 oktober 2022 in Beijing

Met de voortdurende toename van de wereldbevolking, neemt de vraag van mensen naar voedsel met de dag toe en worden hogere vereisten gesteld voor voedselvoeding en veiligheid. Het cultiveren van hoog-rendement en hoogwaardige gewassen is een belangrijk middel om voedselproblemen op te lossen. De traditionele fokmethode duurt echter lang om uitstekende variëteiten te cultiveren, wat de voortgang van het fokken beperkt. Voor jaarlijkse zelfbestuivende gewassen kan het 10 ~ 15 jaar duren, van de initiële ouderovergang tot de productie van een nieuwe variëteit. Om de voortgang van het fokken van gewassen te versnellen, is het daarom dringend om de fokefficiëntie te verbeteren en de generatietijd te verkorten.

Snelle fokken betekent om de groeisnelheid van planten te maximaliseren, de bloei en vruchtbaarheid te versnellen en de broedcyclus te verkorten door omgevingscondities te regelen in een volledig gesloten gecontroleerde omgevingskamer. Plantfabriek is een landbouwsysteem dat de productie van zeer efficiënte gewassen kan bereiken door een zeer nauwkeurige milieucontrole in faciliteiten, en het is een ideale omgeving voor snel fokken. De plantomgevingomstandigheden zoals licht, temperatuur, vochtigheid en CO2 -concentratie in de fabriek zijn relatief controleerbaar en worden niet of minder beïnvloed door het externe klimaat. Onder gecontroleerde omgevingscondities kunnen de beste lichtintensiteit, lichttijd en temperatuur verschillende fysiologische processen van planten versnellen, met name fotosynthese en bloei, waardoor de generatietijd van de groei van de gewassen wordt verkort. Het gebruik van plantenfabriekstechnologie om de groei en ontwikkeling van gewassen te beheersen, van tevoren fruit te oogsten, zolang een paar zaden met kiemvermogen aan de fokbehoeften kunnen voldoen.

Fotoperiode, de belangrijkste omgevingsfactor die de groeicyclus van de gewas beïnvloedt

Lichtcyclus verwijst naar de afwisseling van lichte periode en donkere periode in een dag. Lichte cyclus is een belangrijke factor die de groei, ontwikkeling, bloei en vruchten van gewassen beïnvloedt. Door de verandering van de lichtcyclus te voelen, kunnen gewassen veranderen van vegetatieve groei naar reproductieve groei en volledige bloei en vruchten. Verschillende gewasvariëteiten en genotypen hebben verschillende fysiologische responsen op fotoperiode veranderingen. Lang-sunshine planten, 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. Planten op korte dag, zoals katoen, soja en gierst, hebben fotoperiode lager nodig dan de kritieke zonneschijnlengte om te bloeien. Onder de kunstmatige omgevingsomstandigheden van 8H licht en 30 ℃ hoge temperatuur, is de bloeitijd van amarant meer dan 40 dagen eerder dan die in de veldomgeving. Onder de behandeling van 16/8 uur lichtcyclus (licht/donker) bloeiden alle zeven gerstgenotypen vroeg: Franklin (36 dagen), Gairdner (35 dagen), Gimmett (33 dagen), commandant (30 dagen), vloot (29 Dagen), Baudin (26 dagen) en Lockyer (25 dagen).

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

Lichtkwaliteit

Licht speelt een cruciale rol in de groei en ontwikkeling van planten. Licht kan de bloei regelen door veel fotoreceptoren te beïnvloeden. De verhouding van rood licht (r) tot blauw licht (b) is erg belangrijk voor de bloei van gewas. De rode lichtgolflengte van 600 ~ 700 Nm bevat de absorptiepiek van chlorofyl van 660 Nm, die effectief fotosynthese kan bevorderen. De blauwe lichtgolflengte van 400 ~ 500 Nm zal de plantenfototropisme, stomatale opening en zaailingsgroei beïnvloeden. In tarwe is de verhouding van rood licht en blauw licht ongeveer 1, wat op zijn vroegst bloei kan veroorzaken. Onder de lichtkwaliteit van R: B = 4: 1 werd de groeiperiode van de sojabonen in de middelste en laat-matte sojabonen ingekort van 120 dagen tot 63 dagen, en de plantenhoogte en voedingsbiomassa werden verminderd, maar de zaadopbrengst werd niet beïnvloed , die ten minste één zaad per plant zou kunnen voldoen, en de gemiddelde kiemsoorten van onrijpe zaden was 81,7%. Onder de toestand van 10H verlichting en blauw lichtsupplement werden sojabonenplanten kort en sterk, bloeiden 23 dagen na het zaaien, binnen 77 dagen gerijpt en konden ze in één jaar 5 generaties reproduceren.

De verhouding van rood licht tot ver rood licht (FR) beïnvloedt ook de bloei van planten. Geheersingsgevoelige pigmenten bestaan ​​in twee vormen: verre rode lichtabsorptie (PFR) en rode lichtabsorptie (PR). Bij een lage R: FR-verhouding worden lichtgevoelige pigmenten omgezet van PFR naar PR, wat leidt tot de bloei van lange-dagplanten. Het gebruik van LED-lichten om de juiste R: FR (0,66 ~ 1,07) te reguleren, kan de planthoogte verhogen, de bloei van lange-dagplanten (zoals ochtendglorie en snapdragon) bevorderen en de bloei van korte-dagplanten remmen (zoals in het kader ). Wanneer R: FR groter is dan 3.1, wordt de bloeitijd van linzen vertraagd. Het verminderen van R: FR tot 1.9 kan het beste bloeiende effect krijgen en het kan op de 31e dag na het zaaien bloeien. Het effect van rood licht op bloeiende remming wordt gemedieerd door lichtgevoelig pigment PR. Studies hebben erop gewezen dat wanneer R: FR hoger is dan 3,5, de bloeitijd van vijf peulvruchten (erwt, kikkererwten, breedboon, linzen en lupine) wordt vertraagd. In sommige genotypen van amarant en rijst wordt verre licht gebruikt om de bloei respectievelijk 10 dagen en 20 dagen te bevorderen.

Meststoffen CO₂

CO₂is de belangrijkste koolstofbron van fotosynthese. High Concentration Co₂kan meestal de groei en reproductie van C3 -eenjarigen bevorderen, terwijl Low Concentration CO₂kan de groei en reproductieopbrengst verminderen als gevolg van koolstofbeperking. De fotosynthetische efficiëntie van C3 -planten, zoals rijst en tarwe, neemt bijvoorbeeld toe met de toename van CO₂Niveau, wat resulteert in de toename van biomassa en vroege bloei. Om de positieve impact van CO te realiseren₂Concentratieverhoging, het kan nodig zijn om de voedingsvoorraad van water en voedingsstoffen te optimaliseren. Daarom kunnen hydrocultuur onder de voorwaarde van onbeperkte investeringen het groeipotentieel van planten volledig vrijgeven. Lage CO₂Concentratie vertraagde de bloeitijd van Arabidopsis thaliana, terwijl High Co₂Concentratie versnelde de bloeitijd van rijst, verkortte de groeiperiode van rijst tot 3 maanden en propageerde 4 generaties per jaar. Door CO aan te vullen₂Tot 785,7μmol/mol in de kunstmatige groeimoos, werd de fokcyclus van soja -variëteit 'Enrei' ingekort tot 70 dagen, en het kon 5 generaties in één jaar fokken. Wanneer de CO₂De concentratie nam toe tot 550 μmol/mol, de bloei van Cajanus Cajan werd 8 ~ 9 dagen vertraagd en de fruitinstelling en de rijpingstijd werden ook gedurende 9 dagen vertraagd. Cajanus Cajan verzamelde onoplosbare suiker bij hoge CO₂Concentratie, die de signaaltransmissie van planten kan beïnvloeden en de bloei kan vertragen. Bovendien, in de groeiperkamer met verhoogde CO₂, het aantal en de kwaliteit van sojabonenbloemen nemen toe, wat bevorderlijk is voor hybridisatie, en de hybridisatiesnelheid ervan is veel hoger dan die van sojabonen die in het veld worden gekweekt.

Toekomstperspectieven

Moderne landbouw kan het proces van het fokken van gewassen versnellen door middel van alternatief fokken en faciliteit fokken. Er zijn echter enkele tekortkomingen in deze methoden, zoals strikte geografische vereisten, duur arbeidsbeheer en onstabiele natuurlijke omstandigheden, die geen succesvolle zaadoogst kunnen garanderen. Facility fokken wordt beïnvloed door klimatologische omstandigheden en de tijd voor het genereren van toevoeging is beperkt. Het fokken van moleculaire markers versnelt echter alleen de selectie en bepaling van de fokdoelkenmerken. Momenteel is snelle foktechnologie toegepast op Gramineae, Leguminosae, Cruciferae en andere gewassen. Plant Factory Rapid Generation Fokken wordt echter volledig verwijderd van de invloed van klimatologische omstandigheden en kan de groeiomgeving reguleren op basis van de behoeften van plantengroei en -ontwikkeling. Het combineren van plantenfabriek snelle foktechnologie met traditionele fokkerij, moleculaire markerfokkerij en andere fokmethoden effectief, onder de toestand van snel fokken, kan de tijd die nodig is om homozygote lijnen te verkrijgen na hybridisatie kan worden verminderd, en tegelijkertijd kunnen de vroege generaties zijn zijn Geselecteerd om de tijd te verkorten die nodig is om ideale eigenschappen en fokgeneraties te verkrijgen.

De belangrijkste beperking van de snelle broedtechnologie van planten in fabrieken is dat de omgevingscondities die nodig zijn voor de groei en ontwikkeling van verschillende gewassen heel verschillend zijn en het duurt lang om de omgevingscondities te verkrijgen voor het snel fokken van doelgewassen. Tegelijkertijd, vanwege de hoge kosten van de fabrieksconstructie en de werking van de plant, is het moeilijk om grootschalig additief fokexperiment uit te voeren, wat vaak leidt tot beperkte zaadopbrengst, wat de follow-up veldkarakterevaluatie kan beperken. Met de geleidelijke verbetering en verbetering van de fabrieksinstellingen en technologie van plantenfabriek, worden de bouw- en operatiekosten van de fabrieksfabriek geleidelijk verlaagd. Het is mogelijk om de snelle broedtechnologie verder te optimaliseren en de broedcyclus te verkorten door de plantenfabriek snelle foktechnologie effectief te combineren met andere foktechnieken.

EINDE

Geciteerde informatie

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Onderzoek voortgang van de fabrieksfabriek snel foktechnologie [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42 (22): 46-49.