Teknologi kejuruteraan pertanian hortikultur rumah hijauDiterbitkan pada 17: 30 pada 14 Oktober 2022 di Beijing

Dengan pertambahan penduduk global yang berterusan, permintaan orang ramai terhadap makanan semakin meningkat dari hari ke hari, dan keperluan yang lebih tinggi dikemukakan untuk pemakanan dan keselamatan makanan.Menanam tanaman yang menghasilkan hasil tinggi dan berkualiti tinggi adalah cara penting untuk menyelesaikan masalah makanan.Walau bagaimanapun, kaedah pembiakan tradisional mengambil masa yang lama untuk memupuk varieti yang sangat baik, yang mengehadkan kemajuan pembiakan.Untuk tanaman pendebungaan sendiri tahunan, ia mungkin mengambil masa 10~15 tahun dari persilangan induk awal kepada pengeluaran varieti baharu.Oleh itu, untuk mempercepatkan kemajuan pembiakan tanaman, adalah penting untuk meningkatkan kecekapan pembiakan dan memendekkan masa penjanaan.

Pembiakan pantas bermaksud untuk memaksimumkan kadar pertumbuhan tumbuhan, mempercepatkan berbunga dan berbuah, dan memendekkan kitaran pembiakan dengan mengawal keadaan persekitaran dalam bilik pertumbuhan persekitaran terkawal yang tertutup sepenuhnya.Kilang tumbuhan ialah sistem pertanian yang boleh mencapai pengeluaran tanaman berkecekapan tinggi melalui kawalan alam sekitar berketepatan tinggi dalam kemudahan, dan ia merupakan persekitaran yang ideal untuk pembiakan pantas.Keadaan persekitaran penanaman seperti cahaya, suhu, kelembapan dan kepekatan CO2 di kilang adalah agak terkawal, dan tidak atau kurang dipengaruhi oleh iklim luar.Di bawah keadaan persekitaran yang terkawal, keamatan cahaya terbaik, masa cahaya dan suhu boleh mempercepatkan pelbagai proses fisiologi tumbuhan, terutamanya fotosintesis dan berbunga, sekali gus memendekkan masa penjanaan pertumbuhan tanaman.Menggunakan teknologi kilang tumbuhan untuk mengawal pertumbuhan dan perkembangan tanaman, menuai buah-buahan terlebih dahulu, selagi beberapa biji dengan keupayaan percambahan dapat memenuhi keperluan pembiakan.

Photoperiod, faktor persekitaran utama yang mempengaruhi kitaran pertumbuhan tanaman

Kitaran cahaya merujuk kepada pertukaran tempoh cahaya dan tempoh gelap dalam sehari.Kitaran cahaya adalah faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan, perkembangan, pembungaan dan pembuahan tanaman.Dengan merasakan perubahan kitaran cahaya, tanaman boleh berubah daripada pertumbuhan vegetatif kepada pertumbuhan pembiakan dan berbunga dan berbuah lengkap.Varieti dan genotip tanaman yang berbeza mempunyai tindak balas fisiologi yang berbeza terhadap perubahan fotoperiod.Tumbuhan cahaya matahari yang panjang, apabila masa cahaya matahari melebihi panjang cahaya matahari yang kritikal, masa berbunga biasanya dipercepatkan oleh pemanjangan fotokala, seperti oat, gandum dan barli.Tumbuhan neutral, tanpa mengira tempoh foto, akan mekar, seperti padi, jagung dan timun.Tumbuhan hari pendek, seperti kapas, kacang soya dan sekoi, memerlukan tempoh foto lebih rendah daripada panjang cahaya matahari yang kritikal untuk mekar.Di bawah keadaan persekitaran buatan cahaya 8j dan suhu tinggi 30 ℃, masa berbunga amaranth adalah lebih daripada 40 hari lebih awal daripada di persekitaran ladang.Di bawah rawatan kitaran cahaya 16/8 jam (terang/gelap), kesemua tujuh genotip barli berkembang lebih awal: Franklin (36 hari), Gairdner (35 hari), Gimmett (33 hari), Komander (30 hari), Armada (29 hari). hari), Baudin (26 hari) dan Lockyer (25 hari).

Di bawah persekitaran buatan, tempoh pertumbuhan gandum boleh dipendekkan dengan menggunakan budaya embrio untuk mendapatkan anak benih, dan kemudian penyinaran selama 16 jam, dan 8 generasi boleh dihasilkan setiap tahun.Tempoh pertumbuhan kacang polong dipendekkan daripada 143 hari di persekitaran ladang kepada 67 hari di rumah hijau buatan dengan cahaya 16 jam.Dengan memanjangkan lagi tempoh foto kepada 20j dan menggabungkannya dengan 21°C/16°C(siang/malam), tempoh pertumbuhan kacang pea boleh dipendekkan kepada 68 hari, dan kadar penetapan benih ialah 97.8%.Di bawah keadaan persekitaran terkawal, selepas 20 jam rawatan photoperiod, ia mengambil masa 32 hari dari menyemai hingga berbunga, dan keseluruhan tempoh pertumbuhan adalah 62-71 hari, yang lebih pendek daripada itu dalam keadaan lapangan dengan lebih daripada 30 hari.Di bawah keadaan rumah hijau buatan dengan tempoh foto 22j, masa berbunga gandum, barli, rogol dan kacang ayam dipendekkan masing-masing sebanyak 22, 64, 73 dan 33 hari secara purata.Digabungkan dengan penuaian awal benih, kadar percambahan benih penuaian awal boleh mencapai 92%, 98%, 89% dan 94% secara purata, yang dapat memenuhi sepenuhnya keperluan pembiakan.Varieti terpantas boleh terus menghasilkan 6 generasi (gandum) dan 7 generasi (gandum).Di bawah keadaan fototempoh 22 jam, masa berbunga oat dikurangkan sebanyak 11 hari, dan 21 hari selepas berbunga, sekurang-kurangnya 5 benih berdaya maju boleh dijamin, dan lima generasi boleh dibiakkan secara berterusan setiap tahun.Di rumah hijau buatan dengan pencahayaan 22 jam, tempoh pertumbuhan lentil dipendekkan kepada 115 hari, dan mereka boleh membiak selama 3-4 generasi setahun.Di bawah keadaan pencahayaan berterusan 24 jam di rumah hijau buatan, kitaran pertumbuhan kacang tanah dikurangkan daripada 145 hari kepada 89 hari, dan ia boleh dibiakkan selama 4 generasi dalam satu tahun.

Kualiti cahaya

Cahaya memainkan peranan penting dalam pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan.Cahaya boleh mengawal pembungaan dengan menjejaskan banyak fotoreseptor.Nisbah cahaya merah (R) kepada cahaya biru (B) adalah sangat penting untuk pembungaan tanaman.Panjang gelombang cahaya merah 600~700nm mengandungi puncak penyerapan klorofil 660nm, yang boleh menggalakkan fotosintesis dengan berkesan.Panjang gelombang cahaya biru 400~500nm akan menjejaskan fototropisme tumbuhan, pembukaan stomata dan pertumbuhan anak benih.Dalam gandum, nisbah cahaya merah kepada cahaya biru adalah kira-kira 1, yang boleh mendorong pembungaan paling awal.Di bawah kualiti cahaya R:B=4:1, tempoh pertumbuhan varieti kacang soya pertengahan dan matang lewat dipendekkan daripada 120 hari kepada 63 hari, dan ketinggian tumbuhan dan biojisim pemakanan dikurangkan, tetapi hasil benih tidak terjejas , yang boleh memenuhi sekurang-kurangnya satu biji bagi setiap tumbuhan, dan kadar percambahan purata benih tidak matang ialah 81.7%.Di bawah keadaan pencahayaan 10j dan suplemen cahaya biru, pokok kacang soya menjadi pendek dan kuat, berbunga 23 hari selepas disemai, matang dalam masa 77 hari, dan boleh membiak selama 5 generasi dalam satu tahun.

Nisbah cahaya merah kepada cahaya merah jauh (FR) juga mempengaruhi pembungaan tumbuhan.Pigmen fotosensitif wujud dalam dua bentuk: penyerapan cahaya merah jauh (Pfr) dan penyerapan cahaya merah (Pr).Pada nisbah R:FR yang rendah, pigmen fotosensitif ditukar daripada Pfr kepada Pr, yang membawa kepada pembungaan tumbuhan berhari panjang.Menggunakan lampu LED untuk mengawal selia R:FR(0.66~1.07) yang sesuai boleh meningkatkan ketinggian tumbuhan, menggalakkan pembungaan tumbuhan hari panjang (seperti morning glory dan snapdragon), dan menghalang pembungaan tumbuhan hari pendek (seperti marigold ).Apabila R:FR lebih besar daripada 3.1, masa berbunga lentil ditangguhkan.Mengurangkan R:FR kepada 1.9 boleh mendapat kesan berbunga terbaik, dan ia boleh mekar pada hari ke-31 selepas menyemai.Kesan cahaya merah pada perencatan berbunga dimediasi oleh pigmen fotosensitif Pr.Kajian telah menunjukkan bahawa apabila R:FR lebih tinggi daripada 3.5, masa berbunga lima pokok kekacang (kacang, kacang ayam, kacang lebar, lentil dan lupin) akan ditangguhkan.Dalam sesetengah genotip amaranth dan beras, cahaya merah jauh digunakan untuk memajukan pembungaan masing-masing sebanyak 10 hari dan 20 hari.

Baja CO₂

CO₂merupakan sumber karbon utama fotosintesis.CO kepekatan tinggi₂biasanya boleh menggalakkan pertumbuhan dan pembiakan tahunan C3, manakala kepekatan rendah CO₂boleh mengurangkan pertumbuhan dan hasil pembiakan disebabkan oleh had karbon.Sebagai contoh, kecekapan fotosintesis tumbuhan C3, seperti beras dan gandum, meningkat dengan peningkatan CO₂tahap, mengakibatkan peningkatan biojisim dan berbunga awal.Bagi merealisasikan kesan positif CO₂peningkatan kepekatan, mungkin perlu mengoptimumkan bekalan air dan nutrien.Oleh itu, di bawah syarat pelaburan tanpa had, hidroponik dapat melepaskan sepenuhnya potensi pertumbuhan tumbuhan.CO rendah₂kepekatan melambatkan masa berbunga Arabidopsis thaliana, manakala CO yang tinggi₂kepekatan mempercepatkan masa berbunga padi, memendekkan tempoh pertumbuhan padi kepada 3 bulan, dan membiak 4 generasi setahun.Dengan menambah CO₂kepada 785.7μmol/mol dalam kotak pertumbuhan buatan, kitaran pembiakan varieti kacang soya 'Enrei' dipendekkan kepada 70 hari, dan ia boleh membiak 5 generasi dalam satu tahun.Apabila CO₂kepekatan meningkat kepada 550μmol/mol, pembungaan Cajanus cajan telah ditangguhkan selama 8~9 hari, dan penetapan buah dan masa masak juga ditangguhkan selama 9 hari.Cajanus cajan terkumpul gula tidak larut pada CO yang tinggi₂kepekatan, yang boleh menjejaskan penghantaran isyarat tumbuhan dan melambatkan berbunga.Di samping itu, di dalam bilik pertumbuhan dengan peningkatan CO₂, bilangan dan kualiti bunga kacang soya meningkat, yang kondusif untuk penghibridan, dan kadar penghibridannya jauh lebih tinggi daripada kacang soya yang ditanam di ladang.

Prospek masa hadapan

Pertanian moden boleh mempercepatkan proses pembiakan tanaman dengan cara pembiakan alternatif dan pembiakan kemudahan.Walau bagaimanapun, terdapat beberapa kelemahan dalam kaedah ini, seperti keperluan geografi yang ketat, pengurusan buruh yang mahal dan keadaan semula jadi yang tidak stabil, yang tidak dapat menjamin penuaian benih yang berjaya.Pembiakan kemudahan dipengaruhi oleh keadaan iklim, dan masa untuk penambahan generasi adalah terhad.Walau bagaimanapun, pembiakan penanda molekul hanya mempercepatkan pemilihan dan penentuan ciri sasaran pembiakan.Pada masa ini, teknologi pembiakan pesat telah digunakan untuk Gramineae, Leguminosae, Cruciferae dan tanaman lain.Walau bagaimanapun, pembiakan generasi pesat kilang tumbuhan sepenuhnya menghilangkan pengaruh keadaan iklim, dan boleh mengawal persekitaran pertumbuhan mengikut keperluan pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan.Menggabungkan teknologi pembiakan pesat kilang tumbuhan dengan pembiakan tradisional, pembiakan penanda molekul dan kaedah pembiakan lain dengan berkesan, di bawah keadaan pembiakan pesat, masa yang diperlukan untuk mendapatkan garisan homozigot selepas hibridisasi dapat dikurangkan, dan pada masa yang sama, generasi awal boleh dipilih untuk memendekkan masa yang diperlukan untuk mendapatkan ciri-ciri yang ideal dan generasi pembiakan.

Had utama teknologi pembiakan pesat tumbuhan di kilang ialah keadaan persekitaran yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman yang berbeza agak berbeza, dan ia mengambil masa yang lama untuk mendapatkan keadaan persekitaran untuk pembiakan pesat tanaman sasaran.Pada masa yang sama, kerana kos pembinaan dan operasi kilang kilang yang tinggi, sukar untuk menjalankan eksperimen pembiakan aditif berskala besar, yang sering membawa kepada hasil benih terhad, yang mungkin mengehadkan penilaian karakter lapangan susulan.Dengan penambahbaikan dan penambahbaikan secara beransur-ansur peralatan dan teknologi kilang, kos pembinaan dan operasi kilang kilang dikurangkan secara beransur-ansur.Adalah mungkin untuk mengoptimumkan lagi teknologi pembiakan pesat dan memendekkan kitaran pembiakan dengan menggabungkan teknologi pembiakan pesat kilang tumbuhan dengan berkesan dengan teknik pembiakan lain.

TAMAT

Maklumat yang dipetik

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Kemajuan penyelidikan teknologi pembiakan pesat kilang tumbuhan [J].Teknologi Kejuruteraan Pertanian, 2022,42(22):46-49.