Technologie vun der landwirtschaftlecher Ingenieurswiesen am TreibhausVerëffentlecht um 17:30 Auer den 14. Oktober 2022 zu Peking

Mat dem kontinuéierleche Wuesstem vun der Weltbevëlkerung klëmmt d'Nofro vun de Leit no Liewensmëttel vun Dag zu Dag, an et gi méi héich Ufuerderungen un d'Ernährung an d'Sécherheet vu Liewensmëttel gestallt. Den Ubau vun héichertraglechen a qualitativ héichwäertege Kulturen ass e wichtegt Mëttel fir Liewensmëttelproblemer ze léisen. Déi traditionell Zuchtmethod brauch awer laang fir exzellent Varietéiten ze kultivéieren, wat de Fortschrëtt vun der Zucht limitéiert. Fir jäerlech selwerbestäubend Kulturen kann et 10~15 Joer vun der éischter Kräizung vun den Elteren bis zur Produktioun vun enger neier Varietéit daueren. Dofir ass et dréngend, fir de Fortschrëtt vun der Zucht ze beschleunegen, d'Zuchteffizienz ze verbesseren an d'Generatiounszäit ze verkierzen.

Schnellzucht bedeit d'Wuesstumsquote vu Planzen ze maximéieren, d'Bléien an d'Fruuchtbildung ze beschleunegen an den Zuchtzyklus ze verkierzen, andeems d'Ëmweltbedingungen an engem komplett zouenen, kontrolléierten Ëmfeldwuesstumsraum kontrolléiert ginn. Eng Planzefabréck ass e landwirtschaftlecht System, dat eng héicheffizient Kulturenproduktioun duerch héichpräzis Ëmweltkontroll an Ariichtungen erreeche kann, an et ass eng ideal Ëmwelt fir séier Zucht. D'Planzëmfeldbedingungen wéi Liicht, Temperatur, Fiichtegkeet a CO2-Konzentratioun an der Fabréck si relativ kontrolléierbar a gi net oder manner vum externen Klima beaflosst. Ënner kontrolléierten Ëmweltbedingungen kënnen déi bescht Liichtintensitéit, Liichtzäit an Temperatur verschidde physiologesch Prozesser vu Planzen, besonnesch Fotosynthese a Bléien, beschleunegen, wouduerch d'Generatiounszäit vum Kulturwuesstum verkierzt gëtt. Mat der Planzefabrécktechnologie fir de Kulturwuesstum an d'Entwécklung ze kontrolléieren, kënnen d'Friichten am Viraus geernt ginn, soulaang e puer Somen mat Keimungsfäegkeet den Zuchtbedarf erfëllen.

Photoperiod, den Haaptumweltfaktor, deen de Wuesstumszyklus vun de Kulturen beaflosst

De Liichtzyklus bezitt sech op d'Ofwiesselung vun der Liichtperiod an der Däischterperiod an engem Dag. De Liichtzyklus ass e wichtege Faktor, deen d'Wuesstum, d'Entwécklung, d'Blummen an d'Fruuchtbildung vu Kulturen beaflosst. Duerch d'Erkennung vun der Ännerung vum Liichtzyklus kënne Kulturen vu vegetativem Wuesstum op reproduktivt Wuesstum a komplett Bléien an Fruuchtbildung wiesselen. Verschidde Kulturzorten a Genotypen hunn ënnerschiddlech physiologesch Reaktiounen op Ännerungen an der Fotoperiod. Planzen mat laangem Sonneliicht, soubal d'Sonneliichtzäit déi kritesch Sonneliichtdauer iwwerschreit, gëtt d'Blummenzäit normalerweis duerch d'Verlängerung vun der Fotoperiod beschleunegt, wéi zum Beispill Hafer, Weess a Gerste. Neutral Planzen, onofhängeg vun der Fotoperiod, bléien, wéi zum Beispill Räis, Mais a Gurken. Kuerzdeegplanzen, wéi Kotteng, Sojabounen a Hirse, brauchen eng Fotoperiod déi méi kuerz ass wéi déi kritesch Sonneliichtdauer fir ze bléien. Ënner künstlechen Ëmfeldbedingungen mat 8 Stonne Liicht an 30℃ héijer Temperatur ass d'Blummenzäit vum Amaranth méi wéi 40 Deeg méi fréi wéi déi am Feldëmfeld. Ënnert der Behandlung mat engem 16/8 Stonne Liichtzyklus (hell/donkel) hunn all siwe Gerstengenotypen fréi gebléit: Franklin (36 Deeg), Gairdner (35 Deeg), Gimmett (33 Deeg), Commander (30 Deeg), Fleet (29 Deeg), Baudin (26 Deeg) a Lockyer (25 Deeg).

Ënnert künstlechen Ëmfeld kann d'Wuesstumsperiod vu Weess verkierzt ginn, andeems Embryokulturen benotzt ginn, fir Keimlinger ze kréien, an duerno 16 Stonnen bestraalt ginn, an 8 Generatiounen all Joer produzéiert kënne ginn. D'Wuesstumsperiod vun Ierbsen gouf vun 143 Deeg am Feld op 67 Deeg an engem künstlechen Treibhaus mat 16 Stonne Liicht verkierzt. Wann d'Fotoperiod weider op 20 Stonnen verlängert a mat 21°C/16°C (Dag/Nuecht) kombinéiert gëtt, kann d'Wuesstumsperiod vun Ierbsen op 68 Deeg verkierzt ginn, an d'Saatbildungsquote ass 97,8%. Ënnert enger kontrolléierter Ëmwelt dauert et no enger 20 Stonne Fotoperiod 32 Deeg vum Aussaat bis zur Bléiung, an déi ganz Wuesstumsperiod ass 62-71 Deeg, wat ëm méi wéi 30 Deeg méi kuerz ass wéi ënner Feldbedingungen. Ënnert engem künstlechen Treibhaus mat enger 22 Stonne Fotoperiod gëtt d'Blummenzäit vu Weess, Gerscht, Raps a Kichererbsen am Duerchschnëtt ëm 22, 64, 73 an 33 Deeg verkierzt. Kombinéiert mat der fréier Ernte vun de Somen kënnen d'Keimungsraten vun de fréier Ernte vun de Somen am Duerchschnëtt 92%, 98%, 89% an 94% erreechen, wat d'Bedierfnesser vun der Zucht vollstänneg erfëlle kann. Déi séierst Varietéiten kënnen kontinuéierlech 6 Generatiounen (Weizen) a 7 Generatiounen (Weizen) produzéieren. Ënner der Bedingung vun enger 22-Stonne Fotoperiod gouf d'Blummenzäit vun den Hafer ëm 11 Deeg reduzéiert, an 21 Deeg nom Bléien konnten op d'mannst 5 liewensfäeg Somen garantéiert ginn, a fënnef Generatioune konnten all Joer kontinuéierlech propagéiert ginn. Am künstlechen Treibhaus mat 22-Stonne Beliichtung gëtt d'Wuesstumsperiod vun de Lënsen op 115 Deeg verkierzt, an si kënne sech 3-4 Generatiounen am Joer reproduzéieren. Ënner der Bedingung vun enger 24-Stonne kontinuéierlecher Beliichtung am künstlechen Treibhaus gëtt de Wuesstumszyklus vun den Erdnuss vun 145 Deeg op 89 Deeg reduzéiert, an et kann 4 Generatiounen an engem Joer propagéiert ginn.

Liichtqualitéit

D'Liicht spillt eng wichteg Roll beim Wuesstum a bei der Entwécklung vu Planzen. D'Liicht kann d'Bléiung kontrolléieren andeems et vill Photorezeptoren beaflosst. D'Verhältnes vu roudem Liicht (R) zu bloem Liicht (B) ass ganz wichteg fir d'Bléiung vun der Kultur. D'Wellenlängt vu roudem Liicht vun 600~700nm enthält den Absorptiounspeak vu Chlorophyll vu 660nm, wat d'Photosynthese effektiv fördere kann. D'Wellenlängt vu bloem Liicht vun 400~500nm beaflosst de Phototropismus vun de Planzen, d'Stomataöffnung an de Keimlingswuesstum. Bei Weess ass d'Verhältnes vu roudem Liicht zu bloem Liicht ongeféier 1, wat d'Bléiung am fréisten ausléise kann. Ënner der Liichtqualitéit vun R:B=4:1 gouf d'Wuesstumsperiod vu mëttleren a spéit reife Sojabounensorten vun 120 Deeg op 63 Deeg verkierzt, an d'Planzenhéicht an d'Nährstoffbiomass goufen reduzéiert, awer den Somertrag gouf net beaflosst, wat op d'mannst ee Som pro Planz zefriddestelle konnt, an déi duerchschnëttlech Keimungsquote vun onreife Somen war 81,7%. Ënnert der Bedingung vun 10 Stonnen Beliichtung an Zousaz vu bloem Liicht sinn d'Sojabohnenplanzen kuerz a staark ginn, hunn 23 Deeg no der Aussaat gebléit, sinn bannent 77 Deeg reif ginn a konnten sech 5 Generatiounen an engem Joer reproduzéieren.

D'Verhältnes vu roudem Liicht zum wäitroude Liicht (FR) beaflosst och d'Bléiung vu Planzen. Fotosensitiv Pigmenter gëtt et a zwou Formen: Absorptioun vu wäitroudem Liicht (Pfr) a Absorptioun vu roudem Liicht (Pr). Bei engem niddregen R:FR-Verhältnes ginn fotosensitiv Pigmenter vu Pfr a Pr ëmgewandelt, wat zu der Bléiung vu laangdeegleche Planzen féiert. D'Benotzung vun LED-Luuchten fir den entspriechenden R:FR (0,66~1,07) ze reguléieren, kann d'Planzenhéicht erhéijen, d'Bléiung vu laangdeegleche Planzen (wéi z. B. Morning Glory a Schnappdragon) förderen an d'Bléiung vu kuerzdeegleche Planzen (wéi z. B. Ringelblumm) hemmen. Wann den R:FR méi grouss wéi 3,1 ass, gëtt d'Bléizäit vu Lënsen verspéit. D'Reduktioun vum R:FR op 1,9 kann dee beschten Bléiungseffekt kréien, an et kann den 31. Dag nom Säen bléien. Den Effekt vu roudem Liicht op d'Bléiungshemmung gëtt vum fotosensitive Pigment Pr vermittelt. Studien hunn drop higewisen, datt wann den R:FR méi héich wéi 3,5 ass, d'Bléizäit vu fënnef Hülsenfrüchte (Ierbsen, Kichererbsen, Bounen, Lënsen a Lupin) verspéit gëtt. Bei verschiddene Genotypen vun Amaranth a Räis gëtt wäitrout Liicht benotzt fir d'Bléiung ëm 10 respektiv 20 Deeg ze verkierzen.

Dünger CO₂

CO₂ass déi wichtegst Kuelestoffquell vun der Fotosynthese. Héich Konzentratioun CO₂kann normalerweis de Wuesstum a Reproduktioun vun C3-Jährlechen förderen, während CO2 mat enger gerénger Konzentratioun₂kann de Wuesstum an d'Reproduktiounsertrag wéinst Kuelestoffbeschränkung reduzéieren. Zum Beispill klëmmt d'Fotosyntheseeffizienz vu C3-Planzen, wéi Räis a Weess, mat der Erhéijung vum CO₂Niveau, wat zu enger Erhéijung vun der Biomasse a fréier Bléiung féiert. Fir de positiven Impakt vum CO2 ze realiséieren₂Wann d'Konzentratioun eropgeet, kann et néideg sinn, d'Waasser- a Nährstoffversuergung ze optimiséieren. Dofir kann Hydroponik, ënner der Bedingung vun onlimitéierten Investitiounen, de Wuesstumspotenzial vu Planzen voll ausschöpfen. Niddreg CO2₂Konzentratioun huet d'Bléizäit vun Arabidopsis thaliana verzögert, während héije CO2₂D'Konzentratioun huet d'Bléizäit vum Räis beschleunegt, d'Wuesstumsperiod vum Räis op 3 Méint verkierzt a sech 4 Generatiounen am Joer propagéiert. Duerch d'Ergänzung vu CO₂op 785,7 μmol/mol an der künstlecher Wuessbox, gouf den Zuchtzyklus vun der Sojabounenvarietéit 'Enrei' op 70 Deeg verkierzt, an si konnt 5 Generatiounen an engem Joer ziichten. Wéi de CO₂Wéi d'Konzentratioun op 550 μmol/mol eropgaangen ass, gouf d'Bléiung vum Cajanus cajan ëm 8~9 Deeg verspéit, an d'Fruuchtbildung an d'Reifezäit goufen och ëm 9 Deeg verspéit. De Cajanus cajan huet onléislech Zocker bei héijem CO2-Wäert ugebaut.₂Konzentratioun, wat d'Signaltransmissioun vu Planzen beaflosse kann an d'Blummen verzögere kann. Zousätzlech, am Wuessraum mat erhéichtem CO₂, d'Zuel an d'Qualitéit vun de Sojabounenbléien huelen zou, wat fir d'Hybridiséierung förderlech ass, an hir Hybridiséierungsquote ass vill méi héich wéi déi vu Sojabounen, déi um Feld ugebaut ginn.

Zukunftsaussichten

Déi modern Landwirtschaft kann de Prozess vun der Kulturenzucht duerch alternativ Zucht a Facilitéitszucht beschleunegen. Wéi och ëmmer, et ginn e puer Nodeeler un dëse Methoden, wéi streng geographesch Ufuerderungen, deier Aarbechtsmanagement an onstabil natierlech Konditiounen, déi keng erfollegräich Somenernte garantéieren kënnen. Facilitéitszucht gëtt vun de klimatesche Konditiounen beaflosst, an d'Zäit fir Generatiounszousaz ass limitéiert. Wéi och ëmmer, molekulare Markerzucht beschleunegt nëmmen d'Auswiel an d'Bestimmung vun Zuchtziler. De Moment gouf d'Schnellzuchttechnologie op Gramineae, Leguminosae, Cruciferae an aner Kulturen ugewannt. Wéi och ëmmer, Planzefabrécksschnellgeneratiounszucht eliminéiert den Afloss vun de klimatesche Konditiounen komplett a kann d'Wuesstumsëmfeld no de Bedierfnesser vum Planzenwuesstum an der Entwécklung reguléieren. Duerch d'Kombinatioun vun der Planzefabrécksschnellgeneratiounstechnologie mat traditioneller Zucht, molekulare Markerzucht an aner Zuchtmethoden kann ënner der Bedingung vun der Schnellzucht d'Zäit reduzéiert ginn, déi néideg ass fir homozygot Linnen no der Hybridiséierung ze kréien, an zur selwechter Zäit kënnen déi fréi Generatiounen ausgewielt ginn fir d'Zäit ze verkierzen, déi néideg ass fir ideal Eegeschaften an Zuchtgeneratiounen ze kréien.

Déi wichtegst Limitatioun vun der Technologie vun der schneller Zucht vu Planzen a Fabriken ass, datt d'Ëmweltbedingungen, déi fir d'Wuesstum an d'Entwécklung vu verschiddene Kulturen erfuerderlech sinn, ganz ënnerschiddlech sinn, an et laang dauert, fir déi richteg Ëmweltbedingungen fir eng schnell Zucht vun den Zilkulturen ze kréien. Gläichzäiteg ass et wéinst den héije Käschte fir de Bau a Betrib vu Fabriken schwéier, groussflächeg additiv Zuchtexperimenter duerchzeféieren, wat dacks zu enger limitéierter Somertragsquote féiert, wat d'Nofollegevaluatioun vum Feldcharakter limitéiere kann. Mat der gradueller Verbesserung vun der Ausrüstung an der Technologie vu Fabriken, ginn d'Bau- a Betribskäschte vu Fabriken graduell reduzéiert. Et ass méiglech, d'Schnellzuchttechnologie weider ze optimiséieren an den Zuchtzyklus ze verkierzen, andeems d'Schnellzuchttechnologie vu Fabriken effektiv mat aneren Zuchttechniken kombinéiert gëtt.

ENN

Zitéiert Informatiounen

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Fuerschungsfortschrëtter vun der Schnellzuchttechnologie a Planzefabrécken [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(22):46-49.