Tecnoloxía de enxeñería agrícola hortícola de invernadoiroPublicado ás 17:30 o 14 de outubro de 2022 en Pequín

Co continuo aumento da poboación mundial, a demanda de alimentos da xente está aumentando día a día e propóñense requisitos máis altos para a nutrición e a seguridade dos alimentos.Cultivar cultivos de alto rendemento e de alta calidade é un medio importante para resolver os problemas alimentarios.Non obstante, o método de reprodución tradicional leva moito tempo cultivar variedades excelentes, o que limita o progreso da reprodución.Para os cultivos anuais autopolinizados, poden pasar de 10 a 15 anos desde o cruce inicial dos pais ata a produción dunha nova variedade.Polo tanto, para acelerar o progreso da reprodución de cultivos, é urxente mellorar a eficiencia da reprodución e acurtar o tempo de xeración.

A reprodución rápida significa maximizar a taxa de crecemento das plantas, acelerar a floración e a frutificación e acurtar o ciclo de reprodución controlando as condicións ambientais nunha sala de crecemento controlada e totalmente pechada.A fábrica de plantas é un sistema agrícola que pode lograr unha produción de cultivos de alta eficiencia mediante un control ambiental de alta precisión nas instalacións, e é un ambiente ideal para a reprodución rápida.As condicións do ambiente de plantación como a luz, a temperatura, a humidade e a concentración de CO2 na fábrica son relativamente controlables e non se ven afectadas nin menos polo clima externo.En condicións ambientais controladas, a mellor intensidade de luz, tempo de luz e temperatura poden acelerar varios procesos fisiolóxicos das plantas, especialmente a fotosíntese e a floración, acurtando así o tempo de xeración do crecemento da colleita.Usando tecnoloxía de fábrica de plantas para controlar o crecemento e desenvolvemento das colleitas, recollendo froitos con antelación, sempre que algunhas sementes con capacidade de xerminación poidan satisfacer as necesidades de reprodución.

O fotoperíodo, o principal factor ambiental que afecta o ciclo de crecemento dos cultivos

O ciclo de luz refírese á alternancia dun período de luz e período escuro nun día.O ciclo da luz é un factor importante que afecta o crecemento, desenvolvemento, floración e frutificación dos cultivos.Ao detectar o cambio do ciclo da luz, os cultivos poden cambiar de crecemento vexetativo a crecemento reprodutivo e completa floración e frutificación.As diferentes variedades de cultivos e xenotipos teñen diferentes respostas fisiolóxicas aos cambios do fotoperíodo.Plantas de longa luz solar, unha vez que o tempo de insolación supera a duración crítica do sol, o tempo de floración adoita acelerarse pola prolongación do fotoperíodo, como avea, trigo e cebada.As plantas neutras, independentemente do fotoperíodo, florecerán, como o arroz, o millo e o pepino.As plantas de días curtos, como o algodón, a soia e o millo, necesitan un fotoperíodo inferior á lonxitude crítica de luz solar para florecer.Baixo as condicións do ambiente artificial de 8 horas de luz e 30 ℃ de alta temperatura, o tempo de floración do amaranto é máis de 40 días antes que no ambiente de campo.Baixo o tratamento do ciclo de luz de 16/8 h (claro/escuro), os sete xenotipos de cebada floreceron cedo: Franklin (36 días), Gairdner (35 días), Gimmett (33 días), Commander (30 días), Fleet (29 días). días), Baudin (26 días) e Lockyer (25 días).

Baixo o medio artificial, o período de crecemento do trigo pódese acurtar empregando o cultivo de embrións para obter mudas, e despois irradiando durante 16 horas, podendo producirse 8 xeracións cada ano.O período de crecemento do chícharo reduciuse de 143 días en ambiente de campo a 67 días en invernadoiro artificial con 16 horas de luz.Ao prolongar aínda máis o fotoperíodo ata 20 horas e combinándoo con 21 °C/16 °C (día/noite), o período de crecemento do chícharo pódese acurtar a 68 días e a taxa de fixación das sementes é do 97,8%.En condicións de ambiente controlado, despois de 20 horas de tratamento con fotoperíodo, leva 32 días desde a sementeira ata a floración, e todo o período de crecemento é de 62-71 días, o que é máis curto que en condicións de campo en máis de 30 días.Baixo a condición de invernadoiro artificial con fotoperíodo de 22 horas, o tempo de floración de trigo, cebada, colza e garavanzo redúcese en 22, 64, 73 e 33 días de media, respectivamente.Combinado coa colleita precoz de sementes, as taxas de xerminación das sementes de colleita precoz poden alcanzar o 92%, 98%, 89% e 94% de media, respectivamente, o que pode satisfacer plenamente as necesidades de reprodución.As variedades máis rápidas poden producir continuamente 6 xeracións (trigo) e 7 xeracións (trigo).Baixo a condición de fotoperíodo de 22 horas, o tempo de floración da avea reduciuse en 11 días e, 21 días despois da floración, podían garantirse polo menos 5 sementes viables e podían propagarse continuamente cinco xeracións cada ano.No invernadoiro artificial con iluminación de 22 horas, o período de crecemento das lentellas redúcese a 115 días e poden reproducirse durante 3-4 xeracións ao ano.Baixo a condición de iluminación continua de 24 horas nun invernadoiro artificial, o ciclo de crecemento do cacahuete redúcese de 145 días a 89 días e pódese propagar durante 4 xeracións nun ano.

Calidade da luz

A luz ten un papel fundamental no crecemento e desenvolvemento das plantas.A luz pode controlar a floración afectando a moitos fotorreceptores.A proporción de luz vermella (R) a luz azul (B) é moi importante para a floración dos cultivos.A lonxitude de onda da luz vermella de 600 ~ 700 nm contén o pico de absorción da clorofila de 660 nm, que pode promover eficazmente a fotosíntese.A lonxitude de onda da luz azul de 400 ~ 500 nm afectará o fototropismo das plantas, a apertura dos estomas e o crecemento das plántulas.No trigo, a proporción de luz vermella a luz azul é de aproximadamente 1, o que pode inducir a floración como mínimo.Baixo a calidade da luz de R:B=4:1, o período de crecemento das variedades de soia de maduración media e tardía reduciuse de 120 días a 63 días, e a altura da planta e a biomasa nutricional reducíronse, pero o rendemento de sementes non se viu afectado. , que podería satisfacer polo menos unha semente por planta, e a taxa media de xerminación das sementes inmaduras foi do 81,7%.Baixo a condición de iluminación de 10 horas e suplemento de luz azul, as plantas de soia volvéronse curtas e fortes, floreceron 23 días despois da sementeira, maduraron en 77 días e podían reproducirse durante 5 xeracións nun ano.

A proporción de luz vermella a luz vermella afastada (FR) tamén afecta a floración das plantas.Os pigmentos fotosensibles existen en dúas formas: absorción de luz vermella afastada (Pfr) e absorción de luz vermella (Pr).Cunha relación R:FR baixa, os pigmentos fotosensibles convértense de Pfr a Pr, o que leva á floración das plantas de día longo.Usar luces LED para regular o R:FR(0,66~1,07) axeitado pode aumentar a altura da planta, promover a floración de plantas de día longo (como a gloria da mañá e o boca de dragón) e inhibir a floración de plantas de día curto (como a caléndula). ).Cando R:FR é superior a 3,1, o tempo de floración das lentellas atrasase.Reducir R:FR a 1,9 pode obter o mellor efecto de floración e pode florecer o día 31 despois da sementeira.O efecto da luz vermella na inhibición da floración está mediado polo pigmento fotosensible Pr.Os estudos sinalan que cando R:FR é superior a 3,5, o tempo de floración de cinco leguminosas (chícharo, garavanzo, feixón, lentella e altramuz) atrasarase.Nalgúns xenotipos de amaranto e arroz, a luz vermella afastada utilízase para adiantar a floración en 10 días e 20 días respectivamente.

Fertilizantes CO₂

CO₂é a principal fonte de carbono da fotosíntese.Alta concentración de CO₂xeralmente pode promover o crecemento e reprodución de plantas anuais C3, mentres que a baixa concentración de CO₂pode reducir o crecemento e o rendemento da reprodución debido á limitación do carbono.Por exemplo, a eficiencia fotosintética das plantas C3, como o arroz e o trigo, aumenta co aumento do CO₂nivel, resultando no aumento da biomasa e a floración precoz.Para realizar o impacto positivo do CO₂aumento da concentración, pode ser necesario optimizar o abastecemento de auga e nutrientes.Polo tanto, baixo a condición de investimento ilimitado, a hidroponía pode liberar completamente o potencial de crecemento das plantas.Baixo CO₂concentración atrasou o tempo de floración de Arabidopsis thaliana, mentres que o alto CO₂A concentración acelerou o tempo de floración do arroz, acurtou o período de crecemento do arroz a 3 meses e propagouse 4 xeracións ao ano.Ao complementar CO₂a 785,7 μmol/mol na caixa de crecemento artificial, o ciclo de reprodución da variedade de soia 'Enrei' reduciuse a 70 días, e podería reproducir 5 xeracións nun ano.Cando o CO₂A concentración aumentou a 550 μmol/mol, a floración de Cajanus cajan atrasouse durante 8 ~ 9 días, e o fraguado e o tempo de maduración tamén se atrasaron 9 días.Cajanus cajan acumulou azucre insoluble a alto CO₂concentración, o que pode afectar a transmisión do sinal das plantas e atrasar a floración.Ademais, na sala de crecemento con aumento de CO₂, o número e a calidade das flores de soia aumentan, o que favorece a hibridación, e a súa taxa de hibridación é moito maior que a da soia cultivada no campo.

Perspectivas de futuro

A agricultura moderna pode acelerar o proceso de mellora de cultivos mediante a reprodución alternativa e a creación de instalacións.Non obstante, hai algunhas deficiencias nestes métodos, como requisitos xeográficos estritos, manexo de traballo caro e condicións naturais inestables, que non poden garantir a colleita de sementes exitosa.A reprodución das instalacións está influenciada polas condicións climáticas e o tempo para a incorporación da xeración é limitado.Non obstante, a reprodución de marcadores moleculares só acelera a selección e determinación dos trazos obxectivo de reprodución.Na actualidade, a tecnoloxía de reprodución rápida aplicouse a Gramineae, Leguminosae, Cruciferae e outros cultivos.Non obstante, a creación de xeración rápida da fábrica de plantas elimina completamente a influencia das condicións climáticas e pode regular o ambiente de crecemento segundo as necesidades do crecemento e desenvolvemento das plantas.Combinando a tecnoloxía de reprodución rápida da fábrica de plantas coa reprodución tradicional, a reprodución de marcadores moleculares e outros métodos de reprodución de forma eficaz, baixo a condición de reprodución rápida, pódese reducir o tempo necesario para obter liñas homocigotas despois da hibridación e, ao mesmo tempo, pódense reducir as primeiras xeracións. seleccionados para acurtar o tempo necesario para obter trazos ideais e xeracións reprodutoras.

A limitación clave da tecnoloxía de reprodución rápida de plantas nas fábricas é que as condicións ambientais necesarias para o crecemento e desenvolvemento de diferentes cultivos son bastante diferentes e leva moito tempo obter as condicións ambientais para a reprodución rápida dos cultivos obxectivo.Ao mesmo tempo, debido ao alto custo da construción e operación da fábrica de plantas, é difícil levar a cabo un experimento de reprodución aditiva a gran escala, o que moitas veces leva a un rendemento limitado de sementes, o que pode limitar a avaliación do carácter de campo de seguimento.Coa mellora e mellora gradual do equipamento e da tecnoloxía da fábrica, o custo de construción e operación da fábrica redúcese gradualmente.É posible optimizar aínda máis a tecnoloxía de reprodución rápida e acurtar o ciclo de reprodución combinando eficazmente a tecnoloxía de reprodución rápida da fábrica de plantas con outras técnicas de reprodución.

FIN

Información citada

Liu Kaizhe, Liu Houchheng.Progreso da investigación da tecnoloxía de reprodución rápida das fábricas de plantas [J].Tecnoloxía da Enxeñaría Agrícola, 2022,42(22):46-49.