فناوری مهندسی کشاورزی باغبانی گلخانه ایمنتشر شده در 17:30 در 14 اکتبر 2022 در پکن

با افزایش مداوم جمعیت جهان، تقاضای مردم برای غذا روز به روز افزایش می یابد و نیازهای بیشتری برای تغذیه و ایمنی مواد غذایی مطرح می شود.کشت محصولات پرمحصول و با کیفیت بالا وسیله مهمی برای حل مشکلات غذایی است.با این حال، روش سنتی پرورش برای کشت واریته‌های عالی زمان زیادی می‌برد که این امر پیشرفت پرورش را محدود می‌کند.برای محصولات سالیانه خود گرده افشان، ممکن است 10 تا 15 سال از تلاقی اولیه والدین تا تولید واریته جدید طول بکشد.بنابراین، به منظور سرعت بخشیدن به پیشرفت اصلاح محصول، بهبود راندمان اصلاح و کوتاه کردن زمان تولید ضروری است.

اصلاح سریع به معنای به حداکثر رساندن سرعت رشد گیاهان، تسریع گلدهی و باردهی و کوتاه کردن چرخه پرورش با کنترل شرایط محیطی در یک اتاق رشد محیط کنترل شده کاملاً بسته است.کارخانه گیاهی یک سیستم کشاورزی است که می تواند از طریق کنترل محیطی با دقت بالا در تاسیسات به تولید محصول با راندمان بالا دست یابد و محیطی ایده آل برای پرورش سریع است.شرایط محیط کاشت مانند نور، دما، رطوبت و غلظت CO2 در کارخانه نسبتاً قابل کنترل است و تحت تأثیر اقلیم خارجی قرار نمی‌گیرد یا کمتر.تحت شرایط محیطی کنترل شده، بهترین شدت نور، زمان نور و دما می تواند فرآیندهای فیزیولوژیکی مختلف گیاهان، به ویژه فتوسنتز و گلدهی را تسریع کند و در نتیجه زمان تولید رشد محصول را کوتاه کند.استفاده از فناوری کارخانه های گیاهی برای کنترل رشد و نمو محصول، برداشت میوه ها از قبل، تا زمانی که تعداد کمی بذر با قابلیت جوانه زنی بتواند نیازهای اصلاحی را برآورده کند.

دوره نوری، عامل محیطی اصلی موثر بر چرخه رشد محصول

چرخه نور به تناوب دوره روشنایی و دوره تاریکی در یک روز اشاره دارد.چرخه نور عامل مهمی است که بر رشد، نمو، گلدهی و باردهی محصولات تأثیر می گذارد.با احساس تغییر چرخه نور، محصولات می توانند از رشد رویشی به رشد زایشی و گلدهی و باردهی کامل تبدیل شوند.واریته ها و ژنوتیپ های مختلف محصولات، پاسخ های فیزیولوژیکی متفاوتی به تغییرات دوره نوری دارند.گیاهان آفتاب گیر، زمانی که زمان تابش خورشید از طول بحرانی آفتاب بیشتر شود، معمولاً با طولانی شدن دوره نوری، زمان گلدهی تسریع می شود، مانند جو، گندم و جو.گیاهان خنثی، بدون توجه به دوره نوری، مانند برنج، ذرت و خیار شکوفا خواهند شد.گیاهان روز کوتاه مانند پنبه، سویا و ارزن برای گلدهی به دوره نوری کمتر از طول بحرانی آفتاب نیاز دارند.در شرایط محیط مصنوعی 8 ساعت نور و دمای 30 درجه سانتیگراد، زمان گلدهی تاج خروس بیش از 40 روز زودتر از زمان گلدهی در محیط مزرعه است.تحت تیمار چرخه نوری 16/8 ساعته (روشن/تاریکی)، هر هفت ژنوتیپ جو زود شکوفا شدند: فرانکلین (36 روز)، گاردنر (35 روز)، گیمت (33 روز)، فرمانده (30 روز)، ناوگان (29 روز). روز)، Baudin (26 روز) و Lockyer (25 روز).

در محیط مصنوعی می توان دوره رشد گندم را با استفاده از کشت جنین برای به دست آوردن نهال کوتاه کرد و سپس به مدت 16 ساعت پرتودهی کرد و هر سال 8 نسل تولید کرد.دوره رشد نخود از 143 روز در محیط مزرعه به 67 روز در گلخانه مصنوعی با نور 16 ساعت کاهش یافت.با طولانی تر کردن دوره نوری تا 20 ساعت و ترکیب آن با 21 درجه سانتیگراد / 16 درجه سانتیگراد (روز/شب)، دوره رشد نخود را می توان به 68 روز کاهش داد و میزان گیرش بذر 97.8٪ است.در شرایط محیطی کنترل شده پس از 20 ساعت تیمار پریود نوری از کاشت تا گلدهی 32 روز طول می کشد و کل دوره رشد 62 تا 71 روز است که در شرایط مزرعه بیش از 30 روز کوتاهتر است.در شرایط گلخانه مصنوعی با دوره نوری 22 ساعت، زمان گلدهی گندم، جو، کلزا و نخود به ترتیب به ترتیب 22، 64، 73 و 33 روز کاهش می یابد.در ترکیب با برداشت زودهنگام بذر، سرعت جوانه زنی بذرهای زودبازده می تواند به ترتیب به 92، 98، 89 و 94 درصد برسد که می تواند به طور کامل نیازهای اصلاحی را برطرف کند.سریعترین گونه ها می توانند به طور مداوم 6 نسل (گندم) و 7 نسل (گندم) تولید کنند.در شرایط فتوپریود 22 ساعته، زمان گلدهی یولاف به میزان 11 روز کاهش یافت و 21 روز پس از گلدهی، حداقل 5 بذر زنده را می توان تضمین کرد و می توان هر سال پنج نسل را به طور مداوم تکثیر کرد.در گلخانه مصنوعی با روشنایی 22 ساعته، دوره رشد عدس به 115 روز کاهش می یابد و می توانند 3-4 نسل در سال تولید مثل کنند.در شرایط روشنایی مداوم 24 ساعته در گلخانه مصنوعی، چرخه رشد بادام زمینی از 145 روز به 89 روز کاهش می یابد و می توان آن را برای 4 نسل در یک سال تکثیر کرد.

کیفیت نور

نور نقش حیاتی در رشد و نمو گیاهان دارد.نور می تواند گلدهی را با تأثیر بر گیرنده های نوری کنترل کند.نسبت نور قرمز (R) به نور آبی (B) برای گلدهی محصول بسیار مهم است.طول موج نور قرمز 600 ~ 700 نانومتر حاوی اوج جذب کلروفیل 660 نانومتر است که می تواند به طور موثر فتوسنتز را ارتقا دهد.طول موج نور آبی 400 ~ 500 نانومتر بر نوروتروپیسم گیاه، باز شدن روزنه و رشد گیاهچه تأثیر می گذارد.در گندم، نسبت نور قرمز به نور آبی حدود 1 است که می تواند در زودترین زمان باعث گلدهی شود.تحت کیفیت نور R:B=4:1، دوره رشد واریته سویا میانسال و دیررس از 120 روز به 63 روز کاهش یافت و ارتفاع بوته و زیست توده غذایی کاهش یافت، اما عملکرد دانه تحت تأثیر قرار نگرفت. که می توانست حداقل یک بذر در بوته را برآورده کند و میانگین جوانه زنی بذرهای نابالغ 7/81 درصد بود.در شرایط 10 ساعت روشنایی و مکمل نور آبی، بوته های سویا کوتاه و قوی شدند، 23 روز پس از کاشت شکوفا شدند، در عرض 77 روز بالغ شدند و توانستند برای 5 نسل در یک سال تولید مثل کنند.

نسبت نور قرمز به نور قرمز دور (FR) نیز بر گلدهی گیاهان تأثیر می گذارد.رنگدانه های حساس به نور به دو شکل وجود دارند: جذب نور قرمز دور (Pfr) و جذب نور قرمز (Pr).در نسبت R:FR پایین، رنگدانه های حساس به نور از Pfr به Pr تبدیل می شوند که منجر به گلدهی گیاهان طولانی مدت می شود.استفاده از چراغ‌های LED برای تنظیم R:FR مناسب (0.66 ~ 1.07) می‌تواند ارتفاع گیاه را افزایش دهد، گل‌دهی گیاهان طولانی‌مدت (مانند گل صبحگاهی و اسنپدراگون) را تقویت کند و از گلدهی گیاهان کوتاه‌روز (مانند گل همیشه بهار) جلوگیری کند. ).وقتی R:FR بیشتر از 3.1 باشد، زمان گلدهی عدس به تاخیر می افتد.کاهش R:FR به 1.9 می تواند بهترین اثر گلدهی را داشته باشد و می تواند در روز 31 پس از کاشت شکوفا شود.اثر نور قرمز بر مهار گلدهی توسط رنگدانه حساس به نور Pr واسطه می شود.مطالعات نشان داده است که وقتی R:FR بالاتر از 3.5 باشد، زمان گلدهی پنج گیاه حبوبات (نخود، نخود، لوبیا، عدس و لوپین) به تاخیر می افتد.در برخی از ژنوتیپ‌های آمارانت و برنج از نور قرمز دور برای پیشبرد گلدهی به ترتیب 10 روز و 20 روز استفاده می‌شود.

کود CO₂

CO₂منبع اصلی کربن فتوسنتز است.CO غلظت بالا₂معمولاً می تواند باعث رشد و تولید مثل C3 سالانه شود، در حالی که غلظت کم CO₂ممکن است رشد و تولید مثل را به دلیل محدودیت کربن کاهش دهد.به عنوان مثال، کارایی فتوسنتزی گیاهان C3 مانند برنج و گندم با افزایش CO افزایش می یابد.₂سطح، منجر به افزایش زیست توده و گلدهی زودرس می شود.به منظور درک تأثیر مثبت CO₂افزایش غلظت، ممکن است نیاز به بهینه سازی تامین آب و مواد مغذی باشد.بنابراین، تحت شرایط سرمایه گذاری نامحدود، هیدروپونیک می تواند پتانسیل رشد گیاهان را به طور کامل آزاد کند.CO پایین₂غلظت زمان گلدهی Arabidopsis thaliana را به تاخیر انداخت، در حالی که CO بالا بود₂غلظت زمان گلدهی برنج را تسریع کرد، دوره رشد برنج را به 3 ماه کوتاه کرد و 4 نسل در سال تکثیر کرد.با مکمل CO₂به 785.7μmol/mol در جعبه رشد مصنوعی، چرخه پرورش گونه سویا 'Enrei' به 70 روز کوتاه شد و توانست 5 نسل را در یک سال تولید کند.زمانی که CO₂غلظت به 550μmol/mol افزایش یافت، گلدهی Cajanus cajan به مدت 8 تا 9 روز به تعویق افتاد و زمان تشکیل و رسیدن میوه نیز 9 روز به تعویق افتاد.Cajanus cajan قند نامحلول را در CO بالا انباشته کرد₂غلظت، که ممکن است بر انتقال سیگنال گیاهان تأثیر بگذارد و گلدهی را به تاخیر بیندازد.علاوه بر این، در اتاق رشد با افزایش CO₂تعداد و کیفیت گل های سویا افزایش می یابد که برای هیبریداسیون مساعد است و میزان هیبریداسیون آن بسیار بیشتر از سویای کشت شده در مزرعه است.

چشم انداز آینده

کشاورزی مدرن می تواند روند اصلاح محصولات را با استفاده از اصلاح جایگزین و اصلاح تسهیلات سرعت بخشد.با این حال، در این روش ها کاستی هایی مانند الزامات سخت گیرانه جغرافیایی، مدیریت نیروی کار گران قیمت و شرایط طبیعی ناپایدار وجود دارد که نمی تواند برداشت موفق بذر را تضمین کند.پرورش تسهیلات تحت تأثیر شرایط اقلیمی است و زمان افزودن نسل محدود است.با این حال، اصلاح نشانگر مولکولی تنها انتخاب و تعیین صفات هدف اصلاحی را تسریع می کند.در حال حاضر، فن آوری اصلاح سریع برای Gramineae، Leguminosae، Cruciferae و سایر محصولات به کار گرفته شده است.با این حال، اصلاح نسل سریع کارخانه گیاهان کاملاً از تأثیر شرایط آب و هوایی خلاص می شود و می تواند محیط رشد را مطابق با نیازهای رشد و نمو گیاه تنظیم کند.با ترکیب فن آوری اصلاح سریع کارخانه با اصلاح سنتی، اصلاح نشانگر مولکولی و سایر روش های اصلاحی به طور موثر، در شرایط اصلاح سریع، می توان زمان لازم برای به دست آوردن لاین های هموزیگوت پس از هیبریداسیون را کاهش داد و در عین حال، نسل های اولیه را کاهش داد. برای کوتاه کردن زمان لازم برای به دست آوردن صفات ایده آل و نسل های پرورشی انتخاب شده است.

محدودیت کلیدی فناوری اصلاح سریع گیاهان در کارخانه ها این است که شرایط محیطی مورد نیاز برای رشد و نمو محصولات مختلف کاملاً متفاوت است و زمان زیادی طول می کشد تا شرایط محیطی برای اصلاح سریع محصولات هدف به دست آید.در عین حال، به دلیل هزینه بالای ساخت و بهره برداری کارخانه کارخانه، انجام آزمایش اصلاحی در مقیاس بزرگ دشوار است، که اغلب منجر به عملکرد محدود بذر می شود، که ممکن است ارزیابی خصوصیات مزرعه بعدی را محدود کند.با بهبود و بهبود تدریجی تجهیزات و فناوری کارخانه، هزینه ساخت و بهره برداری کارخانه کارخانه به تدریج کاهش می یابد.امکان بهینه سازی بیشتر فناوری اصلاح سریع و کوتاه کردن چرخه پرورش با ترکیب موثر فناوری اصلاح سریع کارخانه گیاهان با سایر تکنیک های اصلاحی وجود دارد.

پایان

اطلاعات ذکر شده

لیو کایزه، لیو هوچنگ.پیشرفت تحقیقات فناوری اصلاح سریع کارخانه گیاهان [J].فناوری مهندسی کشاورزی، 2022،42 (22): 46-49.