Tækni í landbúnaðarverkfræði í gróðurhúsagarðyrkjuBirt klukkan 17:30 þann 14. október 2022 í Peking

Með sívaxandi fjölgun jarðarbúa eykst eftirspurn fólks eftir matvælum dag frá degi og meiri kröfur eru gerðar um næringu og öryggi matvæla. Ræktun á hágæða og uppskeruríkum nytjajurtum er mikilvæg leið til að leysa matvælavandamál. Hins vegar tekur hefðbundin ræktunaraðferð langan tíma að rækta framúrskarandi afbrigði, sem takmarkar framfarir ræktunar. Fyrir einærar sjálffrævandi nytjajurtir getur það tekið 10~15 ár frá upphaflegri kynblöndun þar til nýtt afbrigði er framleitt. Þess vegna, til að flýta fyrir framvindu ræktunar nytjajurta, er brýnt að bæta ræktunarhagkvæmni og stytta kynslóðartímann.

Hraðræktun þýðir að hámarka vaxtarhraða plantna, flýta fyrir blómgun og ávaxtamyndun og stytta ræktunarferlið með því að stjórna umhverfisskilyrðum í fullkomlega lokuðu ræktunarrými með stýrðu umhverfi. Gróðurhús er landbúnaðarkerfi sem getur náð mjög skilvirkri uppskeruframleiðslu með nákvæmri umhverfisstýringu í aðstöðu og er kjörið umhverfi fyrir hraðræktun. Aðstæður gróðursetningarumhverfisins, svo sem ljós, hitastig, raki og CO2 styrkur í verksmiðjunni, eru tiltölulega stjórnanlegar og eru ekki eða minna undir áhrifum af ytra loftslagi. Við stýrðar umhverfisskilyrði geta bestu ljósstyrkur, lýsingartími og hitastig flýtt fyrir ýmsum lífeðlisfræðilegum ferlum plantna, sérstaklega ljóstillífun og blómgun, og þannig stytt kynslóðartíma vaxtar uppskerunnar. Með því að nota tækni plöntuhúsa til að stjórna vexti og þróun uppskeru er hægt að uppskera ávexti fyrirfram, svo framarlega sem fá fræ með spírunarhæfni geta uppfyllt ræktunarþarfir.

Ljóstímabil, helsti umhverfisþátturinn sem hefur áhrif á vaxtarhringrás uppskeru

Ljóshringrás vísar til víxls ljóstímabils og myrkurs á sólarhring. Ljóshringrás er mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á vöxt, þroska, blómgun og ávaxtamyndun uppskeru. Með því að nema breytingar á ljóshringrásinni geta uppskerur breyst úr gróðri í æxlunarvöxt og fullkomna blómgun og ávaxtamyndun. Mismunandi afbrigði og arfgerðir uppskeru hafa mismunandi lífeðlisfræðileg viðbrögð við breytingum á ljóstímabili. Plöntur sem lifa lengi í sólinni, þegar sólartími fer yfir mikilvægan sólartíma, eykst blómgunartíminn venjulega með lengingu ljóstímabilsins, svo sem hafrar, hveiti og bygg. Hlutlausar plöntur, óháð ljóstímabili, munu blómstra, svo sem hrísgrjón, maís og gúrkur. Skammdegisplöntur, svo sem bómull, sojabaunir og hirsi, þurfa ljóstímabil sem er styttra en mikilvægur sólartími til að blómstra. Við gervi umhverfisaðstæður með 8 klst. ljósi og 30 ℃ háum hita, er blómgunartími amarant meira en 40 dögum fyrr en í akri. Við meðferð með 16/8 klst. ljóshringrás (ljóst/dökkt) blómstruðu allar sjö bygggerðirnar snemma: Franklin (36 dagar), Gairdner (35 dagar), Gimmett (33 dagar), Commander (30 dagar), Fleet (29 dagar), Baudin (26 dagar) og Lockyer (25 dagar).

Í gerviumhverfi er hægt að stytta vaxtartíma hveitis með því að nota fósturvísarækt til að fá plöntur og síðan geisla þær í 16 klukkustundir og framleiða 8 kynslóðir á hverju ári. Vaxtartími bauna styttist úr 143 dögum í akri í 67 daga í gervigróðurhúsi með 16 klst. ljósi. Með því að lengja ljóstímabilið enn frekar í 20 klst. og sameina það við 21°C/16°C (dag/nótt) er hægt að stytta vaxtartíma bauna í 68 daga og fræmyndunarhraðinn er 97,8%. Í stýrðu umhverfi, eftir 20 klukkustunda ljósmeðferð, tekur 32 dagar frá sáningu til blómgunar og heildarvaxtartíminn er 62-71 dagur, sem er styttra en í akri um meira en 30 daga. Í gervigróðurhúsi með 22 klst. ljóstímabili styttist blómgunartími hveitis, byggs, repju og kjúklingabauna að meðaltali um 22, 64, 73 og 33 daga, talið í sömu röð. Í bland við snemmbúna uppskeru fræja getur spírunarhlutfall snemmbúins fræja náð að meðaltali 92%, 98%, 89% og 94%, sem getur fullnægt þörfum ræktunar að fullu. Hraðustu afbrigðin geta framleitt samfellt 6 kynslóðir (hveiti) og 7 kynslóðir (hveiti). Við 22 klukkustunda ljóstímabil styttist blómgunartími hafra um 11 daga og 21 degi eftir blómgun er hægt að tryggja að minnsta kosti 5 lífvænleg fræ og fimm kynslóðir geta fjölgað sér samfellt á hverju ári. Í gervigróðurhúsi með 22 klukkustunda lýsingu styttist vaxtartími linsubauna í 115 daga og þær geta fjölgað sér í 3-4 kynslóðir á ári. Við 24 klukkustunda samfellda lýsingu í gervigróðurhúsi styttist vaxtarhringur jarðhnetna úr 145 dögum í 89 daga og þær geta fjölgað sér í 4 kynslóðir á einu ári.

Ljósgæði

Ljós gegnir mikilvægu hlutverki í vexti og þroska plantna. Ljós getur stjórnað blómgun með því að hafa áhrif á marga ljósnema. Hlutfall rauðs ljóss (R) og blás ljóss (B) er mjög mikilvægt fyrir blómgun uppskeru. Rauða ljósbylgjulengdin 600~700nm inniheldur frásogstopp blaðgrænu upp á 660nm, sem getur á áhrifaríkan hátt stuðlað að ljóstillífun. Bláa ljósbylgjulengdin 400~500nm hefur áhrif á ljósvirkni plantna, opnun loftaugna og vöxt spíra. Í hveiti er hlutfall rauðs ljóss og blás ljóss um það bil 1, sem getur örvað blómgun eins fljótt og auðið er. Við ljósgæði R:B=4:1 styttist vaxtartími miðlungs- og seintþroska sojabaunaafbrigða úr 120 dögum í 63 daga, og hæð plantna og næringarlífmassi minnkaði, en fræuppskeran varð óbreytt, sem gat fullnægt að minnsta kosti einu fræi á hverja plöntu, og meðal spírunarhraði óþroskaðra fræja var 81,7%. Við 10 klst. lýsingu og bláu ljósi urðu sojabaunaplönturnar stuttar og sterkar, blómstruðu 23 dögum eftir sáningu, þroskuðust á 77 dögum og gátu fjölgað sér í 5 kynslóðir á einu ári.

Hlutfall rauðs ljóss og fjarrauðs ljóss (FR) hefur einnig áhrif á blómgun plantna. Ljósnæm litarefni eru til í tveimur formum: fjarrauð ljósgleypni (Pfr) og rauð ljósgleypni (Pr). Við lágt R:FR hlutfall eru ljósnæm litarefni umbreytt úr Pfr í Pr, sem leiðir til blómgunar langdagsplantna. Notkun LED ljósa til að stjórna viðeigandi R:FR (0,66~1,07) getur aukið hæð plantna, stuðlað að blómgun langdagsplantna (eins og morgunfrú og lemur) og hamlað blómgun skammdagsplantna (eins og gullfalk). Þegar R:FR er hærra en 3,1 er blómgunartími linsubauna seinkaður. Að minnka R:FR í 1,9 getur fengið bestu blómgunaráhrifin og hún getur blómstrað á 31. degi eftir sáningu. Áhrif rauðs ljóss á blómgunarhömlun eru miðluð af ljósnæma litarefninu Pr. Rannsóknir hafa bent á að þegar R:FR er hærra en 3,5, þá seinkar blómgunartími fimm belgjurta (erta, kjúklingabauna, breiðbauna, linsubauna og lúpínu). Í sumum erfðagerðum amarant og hrísgrjóna er notað langt rautt ljós til að flýta blómgun um 10 daga og 20 daga, talið í sömu röð.

Áburður CO₂

CO₂er aðal kolefnisgjafinn í ljóstillífun. Hár styrkur CO₂getur venjulega stuðlað að vexti og fjölgun C3 einærra plantna, en lágur styrkur CO₂getur dregið úr vexti og fjölgun vegna kolefnisskorts. Til dæmis eykst ljóstillífunarvirkni C3-plantna, svo sem hrísgrjóna og hveitis, með aukningu á CO2.₂stig, sem leiðir til aukinnar lífmassa og snemmbúinnar blómgunar. Til að átta sig á jákvæðum áhrifum CO₂Þegar styrkur eykst gæti verið nauðsynlegt að hámarka vatns- og næringarefnaframboð. Þess vegna, með ótakmörkuðum fjárfestingum, getur vatnsrækt nýtt vaxtarmöguleika plantna til fulls. Lágt CO2₂styrkur seinkaði blómgunartíma Arabidopsis thaliana, en hár CO₂styrkurinn flýtti fyrir blómgunartíma hrísgrjóna, stytti vaxtartíma þeirra í 3 mánuði og fjölgaði þeim í 4 kynslóðir á ári. Með því að bæta við CO2₂í 785,7 μmol/mól í gerviræktarkassanum, var ræktunarferill sojabaunaafbrigðisins 'Enrei' styttur í 70 daga og það gat fjölgað 5 kynslóðum á einu ári. Þegar CO₂Þegar styrkurinn jókst í 550 μmól/mól, seinkaði blómgun Cajanus cajan um 8~9 daga og ávaxtasetning og þroskatími seinkuðust einnig um 9 daga. Cajanus cajan safnaði óleysanlegum sykri við hátt CO2-gildi.₂styrk, sem getur haft áhrif á merkjasendingar plantna og tafið blómgun. Að auki, í ræktunarrými með aukinni CO₂, fjöldi og gæði sojabaunablóma eykst, sem stuðlar að blendingum, og blendingshraði þeirra er mun hærri en hjá sojabaunum sem ræktaðar eru á akri.

Framtíðarhorfur

Nútíma landbúnaður getur hraðað ferli ræktunar nytjaplantna með því að nota aðra ræktun og ræktun með aðferðum sem byggja á aðferðum. Hins vegar eru nokkrir gallar á þessum aðferðum, svo sem strangar landfræðilegar kröfur, dýr vinnuaflsstjórnun og óstöðug náttúruleg skilyrði, sem geta ekki tryggt farsæla fræuppskeru. Aðferðaræktun er háð loftslagsaðstæðum og tíminn til að bæta við kynslóðum er takmarkaður. Hins vegar flýtir sameindaræktun aðeins fyrir vali og ákvörðun á eiginleikum ræktunarmarka. Sem stendur hefur hraðræktunartækni verið notuð á kornplöntur, belgjurtir, krossblóm og aðrar nytjaplantur. Hins vegar losnar hraðræktun með plöntuverksmiðju alveg við áhrif loftslagsaðstæðna og getur stjórnað vaxtarumhverfinu í samræmi við þarfir vaxtar og þroska plantna. Með því að sameina hraðræktunartækni með plöntuverksmiðju við hefðbundna ræktun, sameindaræktun og aðrar ræktunaraðferðir á áhrifaríkan hátt, undir skilyrðum hraðræktunar, er hægt að stytta þann tíma sem þarf til að fá arfhreinar línur eftir blending, og á sama tíma er hægt að velja fyrstu kynslóðirnar til að stytta þann tíma sem þarf til að fá kjöreiginleika og ræktunarkynslóðir.

Helsta takmörkunin á hraðræktunartækni plantna í verksmiðjum er að umhverfisskilyrðin sem krafist er fyrir vöxt og þroska mismunandi nytjaplantna eru mjög mismunandi og það tekur langan tíma að skapa umhverfisskilyrði fyrir hraðræktun markræktar. Á sama tíma, vegna mikils kostnaðar við byggingu og rekstur verksmiðjunnar, er erfitt að framkvæma stórfelldar tilraunir með viðbótarræktun, sem oft leiðir til takmarkaðrar fræuppskeru, sem getur takmarkað eftirfylgnimat á eiginleikum akuryrkja. Með smám saman framförum og umbótum á búnaði og tækni verksmiðjunnar lækkar byggingar- og rekstrarkostnaður verksmiðjunnar smám saman. Hægt er að hámarka enn frekar hraðræktunartæknina og stytta ræktunarferlið með því að sameina hraðræktunartækni verksmiðjunnar á áhrifaríkan hátt við aðrar ræktunaraðferðir.

END

Vitnað í upplýsingar

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Rannsóknarframfarir á hraðræktunartækni í verksmiðjum [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(22):46-49.