Технологија за земјоделско инженерство во стакленички хортикултурни објектиОбјавено во 17:30 на 14 октомври 2022 година во Пекинг

Со континуираното зголемување на глобалната популација, побарувачката на луѓето за храна се зголемува од ден на ден, а се поставуваат и повисоки барања за хранлива вредност и безбедност на храната. Одгледувањето високоприносни и висококвалитетни култури е важно средство за решавање на проблемите со храната. Сепак, традиционалниот метод на одгледување одзема долго време за да се одгледуваат одлични сорти, што го ограничува напредокот на одгледувањето. За годишни самоопрашливи култури, може да потрае 10-15 години од првичното вкрстување со родителската сорта до производството на нова сорта. Затоа, за да се забрза напредокот на одгледувањето култури, итно е да се подобри ефикасноста на одгледувањето и да се скрати времето на генерирање.

Брзото размножување значи максимизирање на стапката на раст на растенијата, забрзување на цветањето и плодоносењето и скратување на циклусот на размножување со контролирање на условите на животната средина во целосно затворена контролирана просторија за раст. Фабриката за растенија е земјоделски систем кој може да постигне високоефикасно производство на култури преку високопрецизна контрола на животната средина во објектите и е идеална средина за брзо размножување. Условите на средината за садење, како што се светлината, температурата, влажноста и концентрацијата на CO2 во фабриката, се релативно контролирани и не се или се помалку засегнати од надворешната клима. Под контролирани услови на животната средина, најдобриот интензитет на светлината, времето на светлина и температурата можат да ги забрзаат различните физиолошки процеси на растенијата, особено фотосинтезата и цветањето, со што се скратува времето на генерирање на растот на културите. Користењето на технологијата на фабриката за растенија за контрола на растот и развојот на културите, берењето на плодовите однапред, сè додека неколку семиња со способност за ртење можат да ги задоволат потребите за размножување.

Фотопериод, главниот фактор на животната средина што влијае на циклусот на раст на културите

Светлосниот циклус се однесува на наизменичноста на светлосниот и темниот период во еден ден. Светлосниот циклус е важен фактор што влијае на растот, развојот, цветањето и плодоносењето на културите. Со чувство на промена на светлосниот циклус, културите можат да преминат од вегетативен раст во репродуктивен раст и целосно цветање и плодоносење. Различните сорти и генотипови на култури имаат различни физиолошки реакции на промените во фотопериодот. Растенијата со долго сончево зрачење, откако времето на сончево зрачење ќе ја надмине критичната должина на сончевото зрачење, времето на цветање обично се забрзува со продолжување на фотопериодот, како што се овесот, пченицата и јачменот. Неутралните растенија, без оглед на фотопериодот, ќе цветаат, како што се оризот, пченката и краставицата. Растенијата со краткодневни денови, како што се памукот, сојата и просото, имаат потреба од фотопериод помал од критичната должина на сончевото зрачење за да цветаат. Под вештачки услови на животната средина од 8 часа светлина и висока температура од 30℃, времето на цветање на амарантот е повеќе од 40 дена порано отколку во полева средина. Под третман на 16/8 часовен светлосен циклус (светлина/темнина), сите седум генотипови на јачмен цветаа рано: Франклин (36 дена), Гарднер (35 дена), Гимет (33 дена), Командант (30 дена), Флит (29 дена), Бауден (26 дена) и Локјер (25 дена).

Во вештачка средина, периодот на раст на пченицата може да се скрати со користење на ембрионска култура за добивање садници, а потоа озрачување 16 часа, при што можат да се произведат 8 генерации секоја година. Периодот на раст на грашокот е скратен од 143 дена во полева средина на 67 дена во вештачка стаклена градина со 16 часа светлина. Со понатамошно продолжување на фотопериодот на 20 часа и комбинирање со 21°C/16°C (ден/ноќ), периодот на раст на грашокот може да се скрати на 68 дена, а стапката на врзување на семето е 97,8%. Во услови на контролирана средина, по 20-часовен фотопериодски третман, потребни се 32 дена од сеидба до цветање, а целиот период на раст е 62-71 ден, што е пократко од оној во полева средина за повеќе од 30 дена. Во услови на вештачка стаклена градина со 22-часовен фотопериод, времето на цветање на пченицата, јачменот, репката и наутот е скратено во просек за 22, 64, 73 и 33 дена, соодветно. Во комбинација со рана берба на семето, стапките на ртење на семето од рана берба можат да достигнат просечно 92%, 98%, 89% и 94%, соодветно, што може целосно да ги задоволи потребите на одгледувањето. Најбрзите сорти можат континуирано да произведат 6 генерации (пченица) и 7 генерации (пченица). Под услов на 22-часовен фотопериод, времето на цветање на овесот е намалено за 11 дена, а 21 ден по цветањето, може да се гарантираат најмалку 5 одржливи семиња, а пет генерации може да се размножуваат континуирано секоја година. Во вештачката стаклена градина со 22-часовно осветлување, периодот на раст на леќата е скратен на 115 дена, а тие можат да се размножуваат 3-4 генерации годишно. Под услов на 24-часовно континуирано осветлување во вештачката стаклена градина, циклусот на раст на кикириките е намален од 145 дена на 89 дена, а може да се размножуваат 4 генерации во една година.

Квалитет на светлина

Светлината игра витална улога во растот и развојот на растенијата. Светлината може да го контролира цветањето со тоа што влијае на многу фоторецептори. Односот на црвената светлина (R) и сината светлина (B) е многу важен за цветањето на културите. Брановата должина на црвената светлина од 600~700nm содржи врв на апсорпција на хлорофил од 660nm, што може ефикасно да ја промовира фотосинтезата. Брановата должина на сината светлина од 400~500nm ќе влијае на фототропизмот на растенијата, отворањето на стоматите и растот на садниците. Кај пченицата, односот на црвената светлина и сината светлина е околу 1, што може да предизвика цветање најрано. Под квалитет на светлина R:B=4:1, периодот на раст на сортите соја со средно и доцно зреење е скратен од 120 дена на 63 дена, а висината на растението и хранливата биомаса се намалени, но приносот на семето не е засегнат, што може да задоволи барем едно семе по растение, а просечната стапка на ртење на незрелите семиња е 81,7%. Под услови на 10-часовно осветлување и дополнување со сина светлина, растенијата од соја станале ниски и силни, цветале 23 дена по сеидбата, созревале во рок од 77 дена и можеле да се размножуваат 5 генерации во една година.

Односот на црвената светлина кон далечната црвена светлина (FR), исто така, влијае на цветањето на растенијата. Фотосензитивните пигменти постојат во две форми: апсорпција на далечната црвена светлина (Pfr) и апсорпција на црвена светлина (Pr). При низок сооднос R:FR, фотосензитивните пигменти се претвораат од Pfr во Pr, што доведува до цветање на растенија со долг ден. Користењето LED светла за регулирање на соодветниот R:FR (0,66~1,07) може да ја зголеми висината на растението, да го поттикне цветањето на растенија со долг ден (како што се утринската слава и кученцето) и да го инхибира цветањето на растенија со краток ден (како што е невен). Кога R:FR е поголем од 3,1, времето на цветање на леќата е одложено. Намалувањето на R:FR на 1,9 може да го добие најдобриот ефект на цветање, а таа може да цвета на 31-от ден по сеидбата. Ефектот на црвената светлина врз инхибицијата на цветањето е посредуван од фотосензитивниот пигмент Pr. Студиите покажаа дека кога R:FR е повисок од 3,5, времето на цветање кај пет мешункасти растенија (грашок, наут, грав, леќа и лупин) ќе биде одложено. Кај некои генотипови на амарант и ориз, далечно црвената светлина се користи за да се забрза цветањето за 10 дена и 20 дена, соодветно.

Ѓубриво CO₂

CO₂е главен извор на јаглерод во фотосинтезата. Висока концентрација на CO₂обично може да го поттикне растот и репродукцијата на едногодишните растенија C3, додека ниската концентрација на CO₂може да го намали приносот на раст и репродукција поради ограничување на јаглеродот. На пример, фотосинтетската ефикасност на растенијата C3, како што се оризот и пченицата, се зголемува со зголемувањето на CO2.₂ниво, што резултира со зголемување на биомасата и рано цветање. Со цел да се реализира позитивното влијание на CO₂Со зголемување на концентрацијата, може да биде потребно да се оптимизира снабдувањето со вода и хранливи материи. Затоа, под услов на неограничени инвестиции, хидропониката може целосно да го ослободи потенцијалот за раст на растенијата. Низок CO2₂концентрацијата го одложи времето на цветање на Arabidopsis thaliana, додека високиот CO₂концентрацијата го забрза времето на цветање на оризот, го скрати периодот на раст на оризот на 3 месеци и размножи 4 генерации годишно. Со дополнување на CO₂на 785,7 μmol/mol во кутијата за вештачки раст, циклусот на размножување на сортата соја „Enrei“ беше скратен на 70 дена, и можеше да размножува 5 генерации за една година. Кога CO₂концентрацијата се зголеми на 550 μmol/mol, цветањето на Cajanus cajan беше одложено за 8~9 дена, а времето на врзување и зреење на плодовите исто така беше одложено за 9 дена. Cajanus cajan акумулираше нерастворлив шеќер при висока CO2₂концентрација, што може да влијае на преносот на сигналот на растенијата и да го одложи цветањето. Покрај тоа, во просторијата за раст со зголемен CO2₂, бројот и квалитетот на цветовите од соја се зголемуваат, што е погодно за хибридизација, а нејзината стапка на хибридизација е многу повисока од онаа на сојата одгледувана на нива.

Идни перспективи

Современото земјоделство може да го забрза процесот на одгледување култури преку алтернативно одгледување и одгледување во објекти. Сепак, постојат некои недостатоци во овие методи, како што се строгите географски барања, скапото управување со работната сила и нестабилните природни услови, кои не можат да гарантираат успешна берба на семе. Одгледувањето во објекти е под влијание на климатските услови, а времето за додавање генерации е ограничено. Сепак, одгледувањето со молекуларни маркери само го забрзува изборот и одредувањето на целните особини на одгледувањето. Во моментов, технологијата за брзо одгледување се применува кај Gramineae, Leguminosae, Cruciferae и други култури. Сепак, одгледувањето со брзо генерирање во фабриката за растенија целосно се ослободува од влијанието на климатските услови и може да ја регулира средината за раст според потребите на растот и развојот на растенијата. Комбинирањето на технологијата за брзо одгледување во фабриката за растенија со традиционалното одгледување, одгледувањето со молекуларни маркери и други методи на одгледување ефикасно, под услов на брзо одгледување, времето потребно за добивање хомозиготни линии по хибридизацијата може да се намали, а во исто време, раните генерации можат да се изберат за да се скрати времето потребно за добивање идеални особини и генерации на одгледување.

Клучното ограничување на технологијата за брзо размножување на растенијата во фабриките е тоа што условите на животната средина потребни за раст и развој на различни култури се доста различни и потребно е долго време за да се добијат условите на животната средина за брзо размножување на целните култури. Во исто време, поради високата цена на изградбата и работењето на фабриката за растенија, тешко е да се спроведат експерименти за адитивно размножување во големи размери, што често води до ограничен принос на семе, што може да ја ограничи последователната евалуација на карактеристиките на терен. Со постепеното подобрување и подобрување на опремата и технологијата на фабриката за растенија, трошоците за изградба и работење на фабриката за растенија постепено се намалуваат. Можно е дополнително да се оптимизира технологијата за брзо размножување и да се скрати циклусот на размножување со ефикасно комбинирање на технологијата за брзо размножување на фабриката за растенија со други техники на размножување.

КРАЈ

Цитирани информации

Лиу Каиже, Лиу Хоученг. Истражувачки напредок на технологијата за брзо размножување во фабриките за растенија [J]. Технологија за земјоделско инженерство, 2022,42(22):46-49.