Greenhouse horticultural agricultural engineering technologyNa-publish noong 17:30 noong Oktubre 14, 2022 sa Beijing

Sa patuloy na pagtaas ng pandaigdigang populasyon, ang pangangailangan ng mga tao para sa pagkain ay tumataas araw-araw, at mas mataas na mga kinakailangan ang inilalagay para sa nutrisyon at kaligtasan ng pagkain.Ang paglilinang ng mataas na ani at mataas na kalidad na mga pananim ay isang mahalagang paraan upang malutas ang mga problema sa pagkain.Gayunpaman, ang tradisyonal na paraan ng pag-aanak ay tumatagal ng mahabang panahon upang linangin ang mahusay na mga varieties, na naglilimita sa pag-unlad ng pag-aanak.Para sa taunang mga pananim na self-pollinating, maaaring tumagal ng 10~15 taon mula sa unang pagtawid ng magulang hanggang sa paggawa ng bagong uri.Samakatuwid, upang mapabilis ang pag-unlad ng pag-aanak ng pananim, ito ay kagyat na pagbutihin ang kahusayan sa pag-aanak at paikliin ang oras ng henerasyon.

Ang mabilis na pag-aanak ay nangangahulugan na i-maximize ang rate ng paglago ng mga halaman, pabilisin ang pamumulaklak at pamumunga, at paikliin ang ikot ng pag-aanak sa pamamagitan ng pagkontrol sa mga kondisyon ng kapaligiran sa isang ganap na saradong kontroladong silid sa paglaki ng kapaligiran.Ang plant factory ay isang sistemang pang-agrikultura na maaaring makamit ang mataas na kahusayan ng produksyon ng pananim sa pamamagitan ng mataas na katumpakan na kontrol sa kapaligiran sa mga pasilidad, at ito ay isang perpektong kapaligiran para sa mabilis na pag-aanak.Ang mga kondisyon ng kapaligiran ng pagtatanim tulad ng liwanag, temperatura, halumigmig at konsentrasyon ng CO2 sa pabrika ay medyo nakokontrol, at hindi gaanong apektado ng panlabas na klima.Sa ilalim ng kinokontrol na mga kondisyon sa kapaligiran, ang pinakamahusay na intensity ng liwanag, oras ng liwanag at temperatura ay maaaring mapabilis ang iba't ibang mga proseso ng pisyolohikal ng mga halaman, lalo na ang photosynthesis at pamumulaklak, kaya pinaikli ang oras ng henerasyon ng paglago ng pananim.Gamit ang teknolohiya ng pabrika ng halaman upang kontrolin ang paglaki at pag-unlad ng pananim, pag-aani ng mga prutas nang maaga, hangga't ang ilang mga buto na may kakayahan sa pagtubo ay maaaring matugunan ang mga pangangailangan sa pag-aanak.

Photoperiod, ang pangunahing kadahilanan sa kapaligiran na nakakaapekto sa cycle ng paglago ng pananim

Ang ilaw na ikot ay tumutukoy sa paghahalili ng liwanag na panahon at madilim na panahon sa isang araw.Ang light cycle ay isang mahalagang salik na nakakaapekto sa paglago, pag-unlad, pamumulaklak at pamumunga ng mga pananim.Sa pamamagitan ng pagdama ng pagbabago ng light cycle, maaaring magbago ang mga pananim mula sa vegetative growth hanggang sa reproductive growth at kumpletong pamumulaklak at pamumunga.Ang iba't ibang uri ng pananim at genotype ay may iba't ibang pisyolohikal na tugon sa mga pagbabago sa photoperiod.Ang mga halamang mahaba ang sikat ng araw, kapag ang oras ng sikat ng araw ay lumampas sa kritikal na haba ng sikat ng araw, ang oras ng pamumulaklak ay karaniwang pinabilis ng pagpapahaba ng photoperiod, tulad ng mga oats, trigo at barley.Ang mga neutral na halaman, anuman ang photoperiod, ay mamumulaklak, tulad ng palay, mais at pipino.Ang mga short-day na halaman, tulad ng cotton, soybean at millet, ay nangangailangan ng photoperiod na mas mababa kaysa sa kritikal na haba ng sikat ng araw upang mamukadkad.Sa ilalim ng artipisyal na mga kondisyon sa kapaligiran na 8h na ilaw at 30 ℃ mataas na temperatura, ang oras ng pamumulaklak ng amaranth ay higit sa 40 araw na mas maaga kaysa doon sa field environment.Sa ilalim ng paggamot ng 16/8 h light cycle (light/dark), lahat ng pitong barley genotypes ay maagang namukadkad: Franklin (36 days), Gairdner (35 days), Gimmett (33 days), Commander (30 days), Fleet (29). araw), Baudin (26 araw) at Lockyer (25 araw).

Sa ilalim ng artipisyal na kapaligiran, ang panahon ng paglago ng trigo ay maaaring paikliin sa pamamagitan ng paggamit ng kultura ng embryo upang makakuha ng mga punla, at pagkatapos ay i-irradiating sa loob ng 16 na oras, at 8 henerasyon ang maaaring gawin bawat taon.Ang panahon ng paglaki ng gisantes ay pinaikli mula 143 araw sa field environment hanggang 67 araw sa artificial greenhouse na may 16h light.Sa pamamagitan ng karagdagang pagpapahaba ng photoperiod sa 20h at pagsasama nito sa 21°C/16°C(araw/gabi), ang panahon ng paglaki ng gisantes ay maaaring paikliin sa 68 araw, at ang seed setting rate ay 97.8%.Sa ilalim ng kondisyon ng kinokontrol na kapaligiran, pagkatapos ng 20 oras na paggamot sa photoperiod, ito ay tumatagal ng 32 araw mula sa paghahasik hanggang sa pamumulaklak, at ang buong panahon ng paglago ay 62-71 araw, na mas maikli kaysa sa mga kondisyon sa field ng higit sa 30 araw.Sa ilalim ng kondisyon ng artipisyal na greenhouse na may 22h photoperiod, ang oras ng pamumulaklak ng trigo, barley, rape at chickpea ay pinaikli ng 22, 64, 73 at 33 araw sa karaniwan, ayon sa pagkakabanggit.Kasama ng maagang pag-aani ng mga buto, ang mga rate ng pagtubo ng maagang pag-aani ng mga buto ay maaaring umabot sa 92%, 98%, 89% at 94% sa karaniwan, ayon sa pagkakabanggit, na maaaring ganap na matugunan ang mga pangangailangan ng pag-aanak.Ang pinakamabilis na uri ay maaaring patuloy na makagawa ng 6 na henerasyon (trigo) at 7 henerasyon (trigo).Sa ilalim ng kondisyon ng 22-hour photoperiod, ang oras ng pamumulaklak ng oats ay nabawasan ng 11 araw, at 21 araw pagkatapos ng pamumulaklak, hindi bababa sa 5 mabubuhay na buto ang maaaring matiyak, at limang henerasyon ang maaaring patuloy na palaganapin bawat taon.Sa artipisyal na greenhouse na may 22-oras na pag-iilaw, ang panahon ng paglago ng mga lentil ay pinaikli sa 115 araw, at maaari silang magparami para sa 3-4 na henerasyon sa isang taon.Sa ilalim ng kondisyon ng 24 na oras na tuluy-tuloy na pag-iilaw sa artipisyal na greenhouse, ang ikot ng paglaki ng mani ay nababawasan mula 145 araw hanggang 89 araw, at maaari itong palaganapin ng 4 na henerasyon sa isang taon.

Banayad na kalidad

Ang liwanag ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa paglago at pag-unlad ng mga halaman.Maaaring kontrolin ng liwanag ang pamumulaklak sa pamamagitan ng pag-apekto sa maraming photoreceptor.Ang ratio ng pulang ilaw (R) sa asul na ilaw (B) ay napakahalaga para sa pamumulaklak ng pananim.Ang red light wavelength na 600~700nm ay naglalaman ng absorption peak ng chlorophyll na 660nm, na maaaring epektibong magsulong ng photosynthesis.Ang asul na liwanag na wavelength na 400~500nm ay makakaapekto sa phototropism ng halaman, pagbubukas ng stomata at paglaki ng punla.Sa trigo, ang ratio ng pulang ilaw sa asul na liwanag ay humigit-kumulang 1, na maaaring magdulot ng pamumulaklak sa pinakamaagang panahon.Sa ilalim ng magaan na kalidad ng R:B=4:1, ang panahon ng paglago ng middle at late-mature soybean varieties ay pinaikli mula 120 araw hanggang 63 araw, at ang taas ng halaman at nutritional biomass ay nabawasan, ngunit hindi naapektuhan ang ani ng buto. , na maaaring masiyahan ng hindi bababa sa isang buto bawat halaman, at ang average na rate ng pagtubo ng mga buto na wala pa sa gulang ay 81.7%.Sa ilalim ng kondisyon ng 10h illumination at blue light supplement, ang mga halaman ng soybean ay naging maikli at malakas, namumulaklak 23 araw pagkatapos ng paghahasik, matured sa loob ng 77 araw, at maaaring magparami ng 5 henerasyon sa isang taon.

Ang ratio ng pulang ilaw sa malayong pulang ilaw (FR) ay nakakaapekto rin sa pamumulaklak ng mga halaman.Ang mga photosensitive na pigment ay umiiral sa dalawang anyo: far red light absorption (Pfr) at red light absorption (Pr).Sa mababang R:FR ratio, ang mga photosensitive na pigment ay kino-convert mula sa Pfr patungong Pr, na humahantong sa pamumulaklak ng mga halaman na pangmatagalan.Ang paggamit ng mga LED na ilaw upang i-regulate ang naaangkop na R:FR(0.66~1.07) ay maaaring magpapataas ng taas ng halaman, magsulong ng pamumulaklak ng mga pang-araw na halaman (tulad ng morning glory at snapdragon), at makahadlang sa pamumulaklak ng mga halamang panandaliang (gaya ng marigold). ).Kapag ang R:FR ay mas malaki sa 3.1, ang oras ng pamumulaklak ng mga lentil ay naantala.Ang pagbabawas ng R:FR sa 1.9 ay maaaring makakuha ng pinakamahusay na epekto ng pamumulaklak, at maaari itong mamukadkad sa ika-31 araw pagkatapos ng paghahasik.Ang epekto ng pulang ilaw sa pagsugpo sa pamumulaklak ay pinamagitan ng photosensitive pigment Pr.Tinukoy ng mga pag-aaral na kapag ang R:FR ay mas mataas sa 3.5, ang oras ng pamumulaklak ng limang leguminous na halaman (pea, chickpea, broad bean, lentil at lupin) ay maaantala.Sa ilang genotype ng amaranto at bigas, ang malayong pulang ilaw ay ginagamit upang isulong ang pamumulaklak nang 10 araw at 20 araw ayon sa pagkakabanggit.

Fertilizer CO₂

CO₂ay ang pangunahing pinagmumulan ng carbon ng photosynthesis.Mataas na konsentrasyon CO₂karaniwang maaaring magsulong ng paglaki at pagpaparami ng mga taunang C3, habang ang mababang konsentrasyon ng CO₂maaaring bawasan ang paglaki at ani ng pagpaparami dahil sa limitasyon ng carbon.Halimbawa, ang kahusayan ng photosynthetic ng mga halaman ng C3, tulad ng bigas at trigo, ay tumataas sa pagtaas ng CO₂antas, na nagreresulta sa pagtaas ng biomass at maagang pamumulaklak.Upang mapagtanto ang positibong epekto ng CO₂pagtaas ng konsentrasyon, maaaring kailanganin na i-optimize ang supply ng tubig at nutrient.Samakatuwid, sa ilalim ng kondisyon ng walang limitasyong pamumuhunan, ang hydroponics ay maaaring ganap na mailabas ang potensyal na paglago ng mga halaman.Mababang CO₂Ang konsentrasyon ay naantala ang oras ng pamumulaklak ng Arabidopsis thaliana, habang ang mataas na CO₂pinabilis ng konsentrasyon ang oras ng pamumulaklak ng palay, pinaikli ang panahon ng paglaki ng palay hanggang 3 buwan, at pinalaganap ng 4 na henerasyon sa isang taon.Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng CO₂sa 785.7μmol/mol sa artificial growth box, ang breeding cycle ng soybean variety na 'Enrei' ay pinaikli sa 70 araw, at maaari itong magparami ng 5 henerasyon sa isang taon.Kapag ang CO₂Ang konsentrasyon ay tumaas sa 550μmol/mol, ang pamumulaklak ng Cajanus cajan ay naantala ng 8~9 na araw, at ang paglalagay ng prutas at oras ng pagkahinog ay naantala din ng 9 na araw.Ang Cajanus cajan ay nag-ipon ng hindi matutunaw na asukal sa mataas na CO₂konsentrasyon, na maaaring makaapekto sa paghahatid ng signal ng mga halaman at pagkaantala ng pamumulaklak.Bilang karagdagan, sa silid ng paglago na may tumaas na CO₂, ang bilang at kalidad ng mga bulaklak ng soybean ay tumataas, na nakakatulong sa hybridization, at ang rate ng hybridization nito ay mas mataas kaysa sa mga soybean na itinanim sa bukid.

Mga hinaharap na prospect

Maaaring pabilisin ng modernong agrikultura ang proseso ng pagpaparami ng pananim sa pamamagitan ng alternatibong pagpaparami at pagpaparami ng pasilidad.Gayunpaman, may ilang mga pagkukulang sa mga pamamaraang ito, tulad ng mahigpit na mga kinakailangan sa heograpiya, mahal na pamamahala sa paggawa at hindi matatag na natural na mga kondisyon, na hindi magagarantiyahan ang matagumpay na pag-aani ng binhi.Ang pagpaparami ng pasilidad ay naiimpluwensyahan ng mga kondisyon ng klima, at ang oras para sa pagdaragdag ng henerasyon ay limitado.Gayunpaman, ang pag-aanak ng molecular marker ay nagpapabilis lamang sa pagpili at pagpapasiya ng mga katangian ng target na pag-aanak.Sa kasalukuyan, ang teknolohiya ng mabilis na pagpaparami ay inilapat sa Gramineae, Leguminosae, Cruciferae at iba pang mga pananim.Gayunpaman, ang mabilis na henerasyon ng pag-aanak ng pabrika ng halaman ay ganap na nag-aalis ng impluwensya ng mga kondisyon ng klimatiko, at maaaring umayos sa kapaligiran ng paglago ayon sa mga pangangailangan ng paglago at pag-unlad ng halaman.Ang pagsasama-sama ng teknolohiya ng mabilis na pag-aanak ng pabrika ng halaman sa tradisyunal na pag-aanak, pag-aanak ng molecular marker at iba pang mga pamamaraan ng pag-aanak nang epektibo, sa ilalim ng kondisyon ng mabilis na pag-aanak, ang oras na kinakailangan upang makakuha ng mga homozygous na linya pagkatapos ng hybridization ay maaaring mabawasan, at sa parehong oras, ang mga unang henerasyon ay maaaring pinili upang paikliin ang oras na kinakailangan upang makakuha ng mga perpektong katangian at mga henerasyon ng pag-aanak.

Ang pangunahing limitasyon ng teknolohiya ng mabilis na pag-aanak ng halaman sa mga pabrika ay ang mga kondisyon sa kapaligiran na kinakailangan para sa paglago at pag-unlad ng iba't ibang mga pananim ay medyo naiiba, at nangangailangan ng mahabang panahon upang makuha ang mga kondisyon sa kapaligiran para sa mabilis na pag-aanak ng mga target na pananim.Kasabay nito, dahil sa mataas na halaga ng pagtatayo at pagpapatakbo ng pabrika ng halaman, mahirap magsagawa ng malakihang additive breeding experiment, na kadalasang humahantong sa limitadong ani ng binhi, na maaaring limitahan ang follow-up na field character evaluation.Sa unti-unting pagpapabuti at pagpapahusay ng kagamitan at teknolohiya ng pabrika ng halaman, unti-unting nababawasan ang gastos sa pagtatayo at pagpapatakbo ng pabrika ng halaman.Posibleng higit pang i-optimize ang teknolohiya ng mabilis na pag-aanak at paikliin ang ikot ng pag-aanak sa pamamagitan ng epektibong pagsasama-sama ng teknolohiya ng mabilis na pag-aanak ng pabrika sa iba pang mga pamamaraan ng pag-aanak.

WAKAS

Binanggit na impormasyon

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Pananaliksik sa pag-unlad ng plant factory fast breeding technology [J].Agricultural Engineering Technology, 2022,42(22):46-49.