Üvegházhatású kertészeti mezőgazdasági mérnöki technológiaMegjelent: 2022. október 14., 17:30, Peking

A világ népességének folyamatos növekedésével az emberek élelmiszerigénye napról napra növekszik, és magasabb követelményeket támasztanak az élelmiszer-táplálkozással és -biztonsággal szemben. A nagy hozamú és kiváló minőségű növények termesztése fontos eszköz az élelmiszerproblémák megoldásában. A hagyományos nemesítési módszerekkel azonban hosszú időt vesz igénybe a kiváló fajták kifejlesztése, ami korlátozza a nemesítés előrehaladását. Az egynyári önbeporzó növények esetében 10-15 év is eltelhet a kezdeti szülői keresztezéstől az új fajta előállításáig. Ezért a növénynemesítés előrehaladásának felgyorsítása érdekében sürgősen javítani kell a nemesítés hatékonyságát és lerövidíteni a generációs időt.

A gyors nemesítés a növények növekedési ütemének maximalizálását, a virágzás és a termésképződés felgyorsítását, valamint a szaporodási ciklus lerövidítését jelenti a környezeti feltételek szabályozásával egy teljesen zárt, szabályozott környezetű termesztőhelyiségben. A növénygyár egy olyan mezőgazdasági rendszer, amely nagy hatékonyságú növénytermesztést ér el a létesítményekben alkalmazott nagy pontosságú környezetszabályozás révén, és ideális környezet a gyors nemesítéshez. Az ültetési környezeti feltételek, mint például a fény, a hőmérséklet, a páratartalom és a CO2-koncentráció a gyárban viszonylag szabályozhatók, és nem vagy csak kis mértékben befolyásolják őket a külső éghajlat. Szabályozott környezeti feltételek mellett a legjobb fényintenzitás, fényidő és hőmérséklet felgyorsíthatja a növények különböző fiziológiai folyamatait, különösen a fotoszintézist és a virágzást, ezáltal lerövidítve a növénynövekedés generációs idejét. A növénygyári technológia alkalmazásával a növények növekedésének és fejlődésének szabályozására a gyümölcsöket előre betakarítják, amennyiben néhány csírázóképes mag kielégíti a nemesítési igényeket.

Fotoperiódus, a növényi növekedési ciklust befolyásoló fő környezeti tényező

A fényciklus a nap folyamán a világos és sötét időszakok váltakozását jelenti. A fényciklus fontos tényező, amely befolyásolja a növények növekedését, fejlődését, virágzását és terméshozását. A fényciklus változásának érzékelésével a növények a vegetatív növekedésről a reproduktív növekedésre, valamint a teljes virágzásra és terméshozásra válthatnak. A különböző növényfajták és genotípusok eltérő fiziológiai reakciókat mutatnak a fotoperiódus változásaira. A hosszú napsütéses növényeknél, amint a napsütéses idő meghaladja a kritikus napsütéses időtartamot, a virágzási idő általában felgyorsul a fotoperiódus meghosszabbodása miatt, mint például a zab, a búza és az árpa. A semleges növények, a fotoperiódustól függetlenül, virágozni fognak, mint például a rizs, a kukorica és az uborka. A rövid nappalos növényeknek, mint például a gyapot, a szójabab és a köles, a kritikus napsütéses időtartamnál rövidebb fotoperiódusra van szükségük a virágzáshoz. 8 órás megvilágítás és 30 ℃-os magas hőmérséklet mesterséges környezeti feltételek mellett az amaránt virágzási ideje több mint 40 nappal korábbi, mint a szabadföldi környezetben. 16/8 órás fényciklus (világos/sötét) alatt mind a hét árpa genotípus korán virágzott: Franklin (36 nap), Gairdner (35 nap), Gimmett (33 nap), Commander (30 nap), Fleet (29 nap), Baudin (26 nap) és Lockyer (25 nap).

Mesterséges környezetben a búza növekedési ideje lerövidíthető embriótenyésztéssel, palánták nevelésével, majd 16 órás besugárzással, így évente 8 generáció hozható létre. A borsó növekedési ideje a szabadföldi környezetben mért 143 napról 67 napra rövidült 16 órás megvilágítású mesterséges üvegházban. A fotoperiódus 20 órára történő további meghosszabbításával és 21°C/16°C (nappal/éjszaka) kombinálásával a borsó növekedési ideje 68 napra rövidülhet, a magkötési arány pedig 97,8%. Ellenőrzött környezetben, 20 órás fotoperiódusos kezelés után a vetéstől a virágzásig 32 nap telik el, a teljes növekedési időszak 62-71 nap, ami több mint 30 nappal rövidebb, mint a szabadföldi körülmények között. 22 órás fotoperiódusú mesterséges üvegházban a búza, az árpa, a repce és a csicseriborsó virágzási ideje átlagosan 22, 64, 73 és 33 nappal rövidül. A korai betakarítással kombinálva a korai betakarítású magvak csírázási aránya átlagosan elérheti a 92%, 98%, 89% és 94%-ot, ami teljes mértékben kielégíti a nemesítés igényeit. A leggyorsabb fajták folyamatosan 6 generációt (búza) és 7 generációt (búza) tudnak produkálni. 22 órás fotoperiódus mellett a zab virágzási ideje 11 nappal csökkent, és a virágzás után 21 nappal legalább 5 életképes mag garantálható, és évente öt generáció szaporítható folyamatosan. A 22 órás megvilágítású mesterséges üvegházban a lencse növekedési ideje 115 napra lerövidül, és évente 3-4 generáción keresztül szaporodhat. A mesterséges üvegházban 24 órás folyamatos megvilágítás mellett a földimogyoró növekedési ciklusa 145 napról 89 napra csökken, és egy év alatt 4 generáción keresztül szaporítható.

Fényminőség

A fény létfontosságú szerepet játszik a növények növekedésében és fejlődésében. A fény számos fotoreceptorra hatva szabályozhatja a virágzást. A vörös fény (R) és a kék fény (B) aránya nagyon fontos a növények virágzása szempontjából. A 600~700 nm-es vörös fény hullámhossza tartalmazza a klorofill 660 nm-es abszorpciós csúcsát, ami hatékonyan elősegíti a fotoszintézist. A 400~500 nm-es kék fény hullámhossza befolyásolja a növények fototropizmusát, a sztómák nyitódását és a palánták növekedését. Búzában a vörös és a kék fény aránya körülbelül 1, ami a legkorábbi virágzást idézheti elő. 4:1 arányú R:B fényminőség mellett a közép- és késői érésű szójafajták növekedési ideje 120 napról 63 napra lerövidült, a növény magassága és a tápanyag-biomassza csökkent, de a maghozam nem változott, így növényenként legalább egy magot lehetett kielégíteni, az éretlen magok átlagos csírázási aránya pedig 81,7% volt. 10 órás megvilágítás és kék fénykiegészítés mellett a szójabab növények rövidek és erősek lettek, a vetés után 23 nappal virágoztak, 77 napon belül beértek, és egy év alatt 5 generáción át voltak képesek szaporodni.

A vörös és a távoli vörös fény aránya (FR) szintén befolyásolja a növények virágzását. A fényérzékeny pigmentek két formában léteznek: távoli vörös fény elnyelése (Pfr) és vörös fény elnyelése (Pr). Alacsony R:FR arány esetén a fényérzékeny pigmentek Pfr-ből Pr-vé alakulnak át, ami a hosszú nappalos növények virágzásához vezet. A megfelelő R:FR (0,66~1,07) szabályozására szolgáló LED-lámpák segítségével növelhető a növény magassága, elősegíthető a hosszú nappalos növények (például a hajnalka és a tátika) virágzása, és gátolható a rövid nappalos növények (például a körömvirág) virágzása. Ha az R:FR nagyobb, mint 3,1, a lencse virágzási ideje késik. Az R:FR 1,9-re csökkentése a legjobb virágzási hatást érheti el, és a növény a vetés utáni 31. napon virágozhat. A vörös fény virágzásgátlásra gyakorolt ​​hatását a Pr fényérzékeny pigment közvetíti. Tanulmányok kimutatták, hogy ha az R:FR magasabb, mint 3,5, öt hüvelyes növény (borsó, csicseriborsó, lóbab, lencse és csillagfürt) virágzási ideje késik. Az amarant és a rizs egyes genotípusaiban a távoli vörös fényt 10, illetve 20 nappal előmozdítják a virágzást.

Műtrágya CO₂

CO₂a fotoszintézis fő szénforrása. Magas CO₂ koncentráció₂általában elősegítheti a C3-as egynyári növények növekedését és szaporodását, míg az alacsony koncentrációjú CO₂csökkentheti a növekedési és szaporodási hozamot a szén-dioxid-korlátozás miatt. Például a C3 növények, például a rizs és a búza fotoszintézisének hatékonysága a CO2 növekedésével nő.₂szinten, ami a biomassza növekedését és a korai virágzást eredményezi. A CO2 pozitív hatásának megvalósítása érdekében₂A koncentráció növelése esetén szükségessé válhat a víz- és tápanyagellátás optimalizálása. Ezért korlátlan befektetés esetén a hidroponika teljes mértékben felszabadíthatja a növények növekedési potenciálját. Alacsony CO2-kibocsátás₂koncentrációja késleltette az Arabidopsis thaliana virágzási idejét, míg a magas CO₂A CO₂-koncentráció felgyorsította a rizs virágzási idejét, 3 hónapra lerövidítette a rizs növekedési időszakát, és évente 4 generáción keresztül szaporodott. A CO₂ kiegészítésével₂785,7 μmol/mol-ra a mesterséges termesztőládában, az 'Enrei' szójafajta tenyésztési ciklusa 70 napra lerövidült, és egy év alatt 5 generációt tudott kifejlődni. Amikor a CO₂A koncentráció 550 μmol/mol-ra emelkedett, a Cajanus cajan virágzása 8-9 nappal késett, a terméskötés és -érés ideje pedig szintén 9 nappal késett. A Cajanus cajan magas CO₂-szinten oldhatatlan cukrot halmozott fel.₂koncentráció, ami befolyásolhatja a növények jelátvitelét és késleltetheti a virágzást. Ezenkívül a megnövekedett CO₂-tartalmú növekedési helyiségben₂, a szójababvirágok száma és minősége megnő, ami kedvez a hibridizációnak, és hibridizációs aránya jóval magasabb, mint a szántóföldön termesztett szójáé.

Jövőbeli kilátások

A modern mezőgazdaság felgyorsíthatja a növénynemesítés folyamatát alternatív nemesítés és létesítményi nemesítés révén. Vannak azonban ezeknek a módszereknek hiányosságai, mint például a szigorú földrajzi követelmények, a drága munkaerő-gazdálkodás és az instabil természeti körülmények, amelyek nem garantálják a sikeres vetőmagtermést. Az létesítményi nemesítést befolyásolják az éghajlati viszonyok, és a generációk hozzáadásának ideje korlátozott. A molekuláris markernemesítés azonban csak a nemesítési céltulajdonságok szelekcióját és meghatározását gyorsítja fel. Jelenleg a gyorsnemesítési technológiát a pázsitfűfélék, hüvelyesek, keresztesvirágúak és más növények esetében alkalmazzák. A növénygyári gyorsnemesítés azonban teljesen megszabadul az éghajlati viszonyok hatásától, és a növények növekedésének és fejlődésének igényei szerint szabályozhatja a növekedési környezetet. A növénygyári gyorsnemesítési technológia és a hagyományos nemesítés, a molekuláris markernemesítés és más nemesítési módszerek hatékony kombinálásával a gyorsnemesítés feltételei mellett csökkenthető a homozigóta vonalak hibridizáció utáni eléréséhez szükséges idő, és ugyanakkor a korai generációk szelektálhatók, hogy lerövidüljön az ideális tulajdonságok és a nemesítési generációk eléréséhez szükséges idő.

A növényi gyorsnemesítési technológia üzemi alkalmazásának fő korlátja, hogy a különböző növények növekedéséhez és fejlődéséhez szükséges környezeti feltételek meglehetősen eltérőek, és hosszú időbe telik, mire a célnövények gyorsnemesítéséhez szükséges környezeti feltételeket elérjük. Ugyanakkor a növénygyár építésének és üzemeltetésének magas költségei miatt nehéz nagymértékű additív nemesítési kísérleteket végezni, ami gyakran korlátozott maghozamhoz vezet, ami korlátozhatja a későbbi terepi jellegértékelést. A növénygyár berendezéseinek és technológiájának fokozatos fejlesztésével és tökéletesítésével a növénygyár építési és üzemeltetési költségei fokozatosan csökkennek. A gyorsnemesítési technológia további optimalizálása és a nemesítési ciklus lerövidítése lehetséges a növénygyári gyorsnemesítési technológia és más nemesítési technikák hatékony kombinálásával.

VÉGE

Idézett információk

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. A növénygyári gyorstenyésztési technológia kutatásának előrehaladása [J]. Mezőgazdasági Mérnöki Technológia, 2022,42(22):46-49.