Teknolohiya sa inhinyeriya ng agrikultura sa hortikultura sa greenhouseInilathala noong 17:30 noong Oktubre 14, 2022 sa Beijing

Dahil sa patuloy na pagtaas ng populasyon sa mundo, ang pangangailangan ng mga tao para sa pagkain ay tumataas araw-araw, at mas mataas ang mga kinakailangan para sa nutrisyon at kaligtasan ng pagkain. Ang pagtatanim ng mga pananim na may mataas na ani at de-kalidad na ani ay isang mahalagang paraan upang malutas ang mga problema sa pagkain. Gayunpaman, ang tradisyonal na pamamaraan ng pagpaparami ay tumatagal ng mahabang panahon upang malinang ang mahusay na mga uri, na naglilimita sa pag-unlad ng pagpaparami. Para sa mga taunang pananim na self-pollinating, maaaring tumagal ng 10-15 taon mula sa unang pagpaparami ng magulang hanggang sa produksyon ng isang bagong uri. Samakatuwid, upang mapabilis ang pag-unlad ng pagpaparami ng pananim, agarang pagbutihin ang kahusayan ng pagpaparami at paikliin ang oras ng henerasyon.

Ang mabilis na pagpaparami ay nangangahulugan ng pag-maximize ng bilis ng paglaki ng mga halaman, pagpapabilis ng pamumulaklak at pamumunga, at pagpapaikli ng siklo ng pagpaparami sa pamamagitan ng pagkontrol sa mga kondisyon ng kapaligiran sa isang ganap na saradong kontroladong silid ng paglago ng kapaligiran. Ang pabrika ng halaman ay isang sistemang pang-agrikultura na maaaring makamit ang mataas na kahusayan sa produksyon ng pananim sa pamamagitan ng mataas na katumpakan na pagkontrol sa kapaligiran sa mga pasilidad, at ito ay isang mainam na kapaligiran para sa mabilis na pagpaparami. Ang mga kondisyon ng kapaligiran ng pagtatanim tulad ng liwanag, temperatura, halumigmig at konsentrasyon ng CO2 sa pabrika ay medyo kontrolado, at hindi o hindi gaanong apektado ng panlabas na klima. Sa ilalim ng kontroladong mga kondisyon ng kapaligiran, ang pinakamahusay na intensidad ng liwanag, oras ng liwanag at temperatura ay maaaring mapabilis ang iba't ibang prosesong pisyolohikal ng mga halaman, lalo na ang potosintesis at pamumulaklak, kaya pinapaikli ang oras ng pagbuo 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 buto na may kakayahang tumubo ay maaaring matugunan ang mga pangangailangan sa pagpaparami.

Ang photoperiod, ang pangunahing salik sa kapaligiran na nakakaapekto sa siklo ng paglago ng pananim

Ang siklo ng liwanag ay tumutukoy sa pagpapalit-palit ng panahon ng liwanag at panahon ng dilim sa isang araw. Ang siklo ng liwanag ay isang mahalagang salik na nakakaapekto sa paglaki, pag-unlad, pamumulaklak, at pamumunga ng mga pananim. Sa pamamagitan ng pagdama sa pagbabago ng siklo ng liwanag, ang mga pananim ay maaaring magbago mula sa vegetative growth patungo 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 matagal maaraw, kapag ang oras ng sikat ng araw ay lumampas sa kritikal na haba ng sikat ng araw, ang oras ng pamumulaklak ay karaniwang pinabibilis ng pagpapahaba ng photoperiod, tulad ng oats, trigo, at barley. Ang mga neutral na halaman, anuman ang photoperiod, ay mamumulaklak, tulad ng palay, mais, at pipino. Ang mga halamang maikli ang araw, tulad ng bulak, soybean, at dawa, ay nangangailangan ng photoperiod na mas mababa kaysa sa kritikal na haba ng sikat ng araw upang mamulaklak. Sa ilalim ng mga kondisyon ng artipisyal na kapaligiran na 8 oras na liwanag at 30℃ mataas na temperatura, ang oras ng pamumulaklak ng amaranth ay higit sa 40 araw na mas maaga kaysa sa kapaligiran sa bukid. Sa ilalim ng 16/8 oras na siklo ng liwanag (maliwanag/madilim), lahat ng pitong genotype ng barley ay maagang namulaklak: Franklin (36 araw), Gairdner (35 araw), Gimmett (33 araw), Commander (30 araw), Fleet (29 araw), Baudin (26 araw) at Lockyer (25 araw).

Sa ilalim ng artipisyal na kapaligiran, ang panahon ng paglaki ng trigo ay maaaring paikliin sa pamamagitan ng paggamit ng embryo culture upang makakuha ng mga punla, at pagkatapos ay i-irradiate sa loob ng 16 na oras, at 8 henerasyon ang maaaring magawa bawat taon. Ang panahon ng paglaki ng gisantes ay pinaikli mula sa 143 araw sa kapaligiran sa bukid patungo sa 67 araw sa artipisyal na greenhouse na may 16 na oras na liwanag. Sa pamamagitan ng higit pang pagpapahaba ng photoperiod sa 20 oras at pagsasama nito sa 21°C/16°C (araw/gabi), ang panahon ng paglaki ng gisantes ay maaaring paikliin sa 68 araw, at ang bilis ng paglalagay ng binhi ay 97.8%. Sa ilalim ng kondisyon ng kontroladong kapaligiran, pagkatapos ng 20 oras na photoperiod treatment, inaabot ng 32 araw mula sa paghahasik hanggang sa pamumulaklak, at ang buong panahon ng paglaki ay 62-71 araw, na mas maikli kaysa sa mga kondisyon sa bukid nang higit sa 30 araw. Sa ilalim ng kondisyon ng artipisyal na greenhouse na may 22 oras na 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. Kapag sinamahan ng maagang pag-aani ng mga buto, ang mga rate ng pagtubo ng mga butong maagang inani ay maaaring umabot sa 92%, 98%, 89% at 94% sa karaniwan, ayon sa pagkakabanggit, na maaaring lubos na matugunan ang mga pangangailangan ng pagpaparami. Ang pinakamabilis na mga barayti ay maaaring patuloy na magbunga ng 6 na henerasyon (trigo) at 7 henerasyon (trigo). Sa ilalim ng kondisyon ng 22-oras na 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 garantiyahan, at limang henerasyon ang maaaring patuloy na paramihin bawat taon. Sa artipisyal na greenhouse na may 22-oras na pag-iilaw, ang panahon ng paglaki ng lentil ay pinaikli sa 115 araw, at maaari silang magparami ng 3-4 na henerasyon sa isang taon. Sa ilalim ng kondisyon ng 24-oras na patuloy na pag-iilaw sa artipisyal na greenhouse, ang siklo ng paglaki ng mani ay nababawasan mula 145 araw hanggang 89 araw, at maaari itong paramihin ng 4 na henerasyon sa isang taon.

Kalidad ng liwanag

Ang liwanag ay may mahalagang papel sa paglaki at pag-unlad ng mga halaman. Kayang kontrolin ng liwanag ang pamumulaklak sa pamamagitan ng pag-apekto sa maraming photoreceptor. Napakahalaga ng ratio ng pulang liwanag (R) sa asul na liwanag (B) para sa pamumulaklak ng pananim. Ang wavelength ng pulang liwanag na 600~700nm ay naglalaman ng absorption peak ng chlorophyll na 660nm, na maaaring epektibong magsulong ng photosynthesis. Ang wavelength ng asul na liwanag na 400~500nm ay makakaapekto sa phototropism ng halaman, pagbukas ng stomata, at paglaki ng punla. Sa trigo, ang ratio ng pulang liwanag sa asul na liwanag ay humigit-kumulang 1, na maaaring mag-udyok ng pamumulaklak sa pinakamaagang panahon. Sa ilalim ng kalidad ng liwanag na R:B=4:1, ang panahon ng paglaki ng mga nasa gitna at huling-hinog na uri ng soybean ay pinaikli mula 120 araw hanggang 63 araw, at nabawasan ang taas at nutritional biomass ng halaman, ngunit hindi naapektuhan ang ani ng binhi, na maaaring magbigay ng kahit isang binhi bawat halaman, at ang average na rate ng pagtubo ng mga wala pa sa gulang na binhi ay 81.7%. Sa ilalim ng kondisyon ng 10 oras na pag-iilaw at pagdaragdag ng asul na liwanag, ang mga halamang soybean ay naging maikli at malakas, namumulaklak 23 araw pagkatapos itanim, nahinog sa loob ng 77 araw, at maaaring magparami nang 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 pigment ay mayroong dalawang anyo: ang malayong pulang ilaw na pagsipsip (Pfr) at ang pulang ilaw na pagsipsip (Pr). Sa mababang ratio ng R:FR, ang mga photosensitive pigment ay kino-convert mula Pfr patungong Pr, na humahantong sa pamumulaklak ng mga halamang may mahabang araw. Ang paggamit ng mga ilaw na LED upang i-regulate ang naaangkop na R:FR (0.66~1.07) ay maaaring magpataas ng taas ng halaman, magsulong ng pamumulaklak ng mga halamang may mahabang araw (tulad ng morning glory at snapdragon), at pigilan ang pamumulaklak ng mga halamang may maikling araw (tulad ng marigold). Kapag ang R:FR ay mas malaki sa 3.1, ang oras ng pamumulaklak ng lentil ay naantala. Ang pagbabawas ng R:FR sa 1.9 ay maaaring makakuha ng pinakamahusay na epekto ng pamumulaklak, at maaari itong mamulaklak sa ika-31 araw pagkatapos ng paghahasik. Ang epekto ng pulang ilaw sa pagpigil sa pamumulaklak ay namamagitan sa photosensitive pigment na Pr. Itinuro ng mga pag-aaral na kapag ang R:FR ay mas mataas sa 3.5, ang oras ng pamumulaklak ng limang halamang leguminous (gisantes, chickpea, broad bean, lentil at lupin) ay maantala. Sa ilang genotype ng amaranto at bigas, ang matingkad na pulang ilaw ay ginagamit upang mapabilis ang pamumulaklak nang 10 at 20 araw ayon sa pagkakabanggit.

Pataba CO₂

CO₂ay ang pangunahing pinagmumulan ng carbon ng potosintesis. Mataas na konsentrasyon ng CO₂karaniwang maaaring magsulong ng paglaki at pagpaparami ng mga taunang C3, habang ang mababang konsentrasyon ng CO₂maaaring makabawas sa paglago at ani ng reproduksyon dahil sa limitasyon ng carbon. Halimbawa, ang kahusayan sa potosintesis ng mga halamang C3, tulad ng palay at trigo, ay tumataas kasabay ng pagtaas ng CO₂antas, na nagreresulta sa pagtaas ng biomass at maagang pamumulaklak. Upang mapagtanto ang positibong epekto ng CO₂Sa pagtaas ng konsentrasyon, maaaring kailanganing i-optimize ang suplay ng tubig at sustansya. Samakatuwid, sa ilalim ng kondisyon ng walang limitasyong pamumuhunan, maaaring ganap na mailabas ng hydroponics ang potensyal na paglago ng mga halaman. Mababang CO₂Ang konsentrasyon ay nagpaantala sa oras ng pamumulaklak ng Arabidopsis thaliana, habang ang mataas na CO₂Pinabilis ng konsentrasyon ang panahon ng pamumulaklak ng palay, pinaikli ang panahon ng paglaki ng palay sa 3 buwan, at pinarami ng 4 na henerasyon sa isang taon. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng CO₂sa 785.7μmol/mol sa artipisyal na kahon ng paglaki, ang siklo ng pagpaparami ng uri ng soybean na 'Enrei' ay pinaikli sa 70 araw, at maaari itong magparami ng 5 henerasyon sa isang taon. Nang ang CO₂Ang konsentrasyon ay tumaas sa 550μmol/mol, ang pamumulaklak ng Cajanus cajan ay naantala ng 8~9 na araw, at ang oras ng paglalatag at pagkahinog ng prutas ay naantala rin ng 9 na araw. Ang Cajanus cajan ay nag-ipon ng hindi natutunaw na asukal sa mataas na CO2₂konsentrasyon, na maaaring makaapekto sa pagpapadala ng signal ng mga halaman at makapagpabagal ng pamumulaklak. Bukod pa rito, sa silid ng paglaki na may pagtaas ng CO₂, tumataas ang bilang at kalidad ng mga bulaklak ng soybean, na nakakatulong sa hybridization, at ang rate ng hybridization nito ay mas mataas kaysa sa mga soybean na itinanim sa bukid.

Mga inaasahang hinaharap

Mapapabilis ng modernong agrikultura ang proseso ng pagpaparami ng pananim sa pamamagitan ng alternatibong pagpaparami at pagpaparami sa pasilidad. Gayunpaman, may ilang mga kakulangan sa mga pamamaraang ito, tulad ng mahigpit na mga kinakailangan sa heograpiya, magastos na pamamahala ng paggawa at hindi matatag na mga kondisyon ng kalikasan, na hindi magagarantiyahan ang matagumpay na pag-aani ng binhi. Ang pagpaparami sa pasilidad ay naiimpluwensyahan ng mga kondisyon ng klima, at limitado ang oras para sa pagdaragdag ng henerasyon. Gayunpaman, ang pagpaparami ng molecular marker ay nagpapabilis lamang sa pagpili at pagtukoy ng mga target na katangian ng pagpaparami. Sa kasalukuyan, ang teknolohiya ng mabilis na pagpaparami ay inilapat na sa Gramineae, Leguminosae, Cruciferae at iba pang mga pananim. Gayunpaman, ang plant factory rapid generation breeding ay ganap na nag-aalis ng impluwensya ng mga kondisyon ng klima, at maaaring i-regulate ang kapaligiran ng paglaki ayon sa mga pangangailangan ng paglago at pag-unlad ng halaman. Ang pagsasama-sama ng teknolohiya ng plant factory rapid breeding sa tradisyonal na pagpaparami, molecular marker breeding at iba pang mga pamamaraan ng pagpaparami nang epektibo, sa ilalim ng kondisyon ng mabilis na pagpaparami, ang oras na kinakailangan upang makakuha ng mga homozygous na linya pagkatapos ng hybridization ay maaaring mabawasan, at kasabay nito, ang mga unang henerasyon ay maaaring mapili upang paikliin ang oras na kinakailangan upang makakuha ng mga ideal na katangian at mga henerasyon ng pagpaparami.

Ang pangunahing limitasyon ng teknolohiya ng mabilisang pagpaparami ng halaman sa mga pabrika ay ang mga kondisyon sa kapaligiran na kinakailangan para sa paglaki at pag-unlad ng iba't ibang pananim ay lubos na magkakaiba, at matagal bago makuha ang mga kondisyon sa kapaligiran para sa mabilisang pagpaparami ng mga target na pananim. Kasabay nito, dahil sa mataas na gastos sa pagtatayo at pagpapatakbo ng pabrika ng halaman, mahirap magsagawa ng malawakang eksperimento sa additive breeding, na kadalasang humahantong sa limitadong ani ng binhi, na maaaring limitahan ang pagsubaybay sa pagsusuri ng katangian ng bukid. Sa unti-unting pagpapabuti at pagbuti ng kagamitan at teknolohiya ng pabrika ng halaman, unti-unting nababawasan ang gastos sa pagtatayo at pagpapatakbo ng pabrika ng halaman. Posibleng higit pang ma-optimize ang teknolohiya ng mabilisang pagpaparami at paikliin ang siklo ng pagpaparami sa pamamagitan ng epektibong pagsasama-sama ng teknolohiya ng mabilisang pagpaparami ng pabrika ng halaman sa iba pang mga pamamaraan ng pagpaparami.

WAKAS

Nabanggit na impormasyon

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Pag-unlad ng pananaliksik sa teknolohiya ng mabilis na pagpaparami ng halaman sa pabrika [J]. Teknolohiya ng Inhinyeriya ng Agrikultura, 2022,42(22):46-49.