Tecnologia di ingegneria agricola orticola in serraPubblicato alle 17:30 del 14 ottobre 2022 a Pechino

Con il continuo aumento della popolazione mondiale, la domanda di cibo da parte delle persone aumenta di giorno in giorno e vengono proposti requisiti più elevati per la nutrizione e la sicurezza alimentare.Coltivare colture ad alto rendimento e di alta qualità è un mezzo importante per risolvere i problemi alimentari.Tuttavia, il metodo di allevamento tradizionale richiede molto tempo per coltivare varietà eccellenti, il che limita il progresso dell'allevamento.Per le colture autoimpollinanti annuali, potrebbero essere necessari 10~15 anni dall'incrocio iniziale dei genitori alla produzione di una nuova varietà.Pertanto, al fine di accelerare il progresso dell'allevamento delle colture, è urgente migliorare l'efficienza dell'allevamento e ridurre i tempi di generazione.

Allevamento rapido significa massimizzare il tasso di crescita delle piante, accelerare la fioritura e la fruttificazione e abbreviare il ciclo di riproduzione controllando le condizioni ambientali in una stanza di crescita dell'ambiente controllato completamente chiusa.La fabbrica di piante è un sistema agricolo in grado di ottenere una produzione di colture ad alta efficienza attraverso un controllo ambientale di alta precisione nelle strutture ed è un ambiente ideale per l'allevamento rapido.Le condizioni ambientali di impianto come luce, temperatura, umidità e concentrazione di CO2 in fabbrica sono relativamente controllabili e non sono o meno influenzate dal clima esterno.In condizioni ambientali controllate, la migliore intensità della luce, il tempo di luce e la temperatura possono accelerare vari processi fisiologici delle piante, in particolare la fotosintesi e la fioritura, accorciando così il tempo di generazione della crescita delle colture.Utilizzando la tecnologia della fabbrica vegetale per controllare la crescita e lo sviluppo delle colture, raccogliendo i frutti in anticipo, purché alcuni semi con capacità di germinazione possano soddisfare le esigenze di allevamento.

Fotoperiodo, il principale fattore ambientale che influenza il ciclo di crescita delle colture

Il ciclo di luce si riferisce all'alternanza di periodi di luce e periodi di buio in un giorno.Il ciclo della luce è un fattore importante che influenza la crescita, lo sviluppo, la fioritura e la fruttificazione delle colture.Percependo il cambiamento del ciclo di luce, le colture possono passare dalla crescita vegetativa alla crescita riproduttiva e completare la fioritura e la fruttificazione.Diverse varietà di colture e genotipi hanno risposte fisiologiche diverse ai cambiamenti del fotoperiodo.Piante a lungo sole, una volta che il tempo di sole supera la lunghezza critica del sole, il tempo di fioritura è solitamente accelerato dal prolungamento del fotoperiodo, come avena, grano e orzo.Le piante neutre, indipendentemente dal fotoperiodo, fioriranno, come riso, mais e cetriolo.Le piante a giorno corto, come il cotone, la soia e il miglio, hanno bisogno di un fotoperiodo inferiore alla lunghezza critica del sole per fiorire.Nelle condizioni dell'ambiente artificiale di 8 ore di luce e 30 ℃ di temperatura elevata, il tempo di fioritura dell'amaranto è più di 40 giorni prima di quello nell'ambiente di campo.Sotto il trattamento del ciclo di luce di 16/8 ore (luce/buio), tutti e sette i genotipi di orzo fiorirono precocemente: Franklin (36 giorni), Gairdner (35 giorni), Gimmett (33 giorni), Commander (30 giorni), Fleet (29 giorni) giorni), Baudin (26 giorni) e Lockyer (25 giorni).

Nell'ambiente artificiale, il periodo di crescita del grano può essere accorciato utilizzando la coltura dell'embrione per ottenere piantine, quindi irradiando per 16 ore e si possono produrre 8 generazioni ogni anno.Il periodo di crescita del pisello è stato accorciato da 143 giorni in campo a 67 giorni in serra artificiale con 16 ore di luce.Prolungando ulteriormente il fotoperiodo a 20 ore e combinandolo con 21°C/16°C (giorno/notte), il periodo di crescita del pisello può essere ridotto a 68 giorni e il tasso di allegagione del seme è del 97,8%.In condizioni di ambiente controllato, dopo 20 ore di trattamento del fotoperiodo, passano 32 giorni dalla semina alla fioritura e l'intero periodo di crescita è di 62-71 giorni, che è più breve di quello in condizioni di campo di oltre 30 giorni.In condizioni di serra artificiale con fotoperiodo di 22 ore, il tempo di fioritura di frumento, orzo, colza e ceci si riduce in media rispettivamente di 22, 64, 73 e 33 giorni.In combinazione con la raccolta precoce dei semi, i tassi di germinazione dei semi della raccolta precoce possono raggiungere rispettivamente il 92%, 98%, 89% e 94% in media, il che può soddisfare pienamente le esigenze dell'allevamento.Le varietà più veloci possono produrre continuamente 6 generazioni (frumento) e 7 generazioni (frumento).A condizione di un fotoperiodo di 22 ore, il tempo di fioritura dell'avena è stato ridotto di 11 giorni e 21 giorni dopo la fioritura, è stato possibile garantire almeno 5 semi vitali e cinque generazioni potrebbero essere propagate continuamente ogni anno.Nella serra artificiale con illuminazione di 22 ore, il periodo di crescita delle lenticchie si riduce a 115 giorni e possono riprodursi per 3-4 generazioni all'anno.In condizioni di illuminazione continua di 24 ore in serra artificiale, il ciclo di crescita dell'arachide si riduce da 145 giorni a 89 giorni e può essere propagato per 4 generazioni in un anno.

Qualità della luce

La luce svolge un ruolo fondamentale nella crescita e nello sviluppo delle piante.La luce può controllare la fioritura influenzando molti fotorecettori.Il rapporto tra luce rossa (R) e luce blu (B) è molto importante per la fioritura delle colture.La lunghezza d'onda della luce rossa di 600 ~ 700 nm contiene il picco di assorbimento della clorofilla di 660 nm, che può promuovere efficacemente la fotosintesi.La lunghezza d'onda della luce blu di 400 ~ 500 nm influenzerà il fototropismo delle piante, l'apertura stomatica e la crescita delle piantine.Nel grano, il rapporto tra luce rossa e luce blu è di circa 1, il che può indurre la fioritura al più presto.Sotto la qualità della luce di R: B = 4: 1, il periodo di crescita delle varietà di soia a maturazione media e tardiva è stato ridotto da 120 giorni a 63 giorni e l'altezza della pianta e la biomassa nutrizionale sono state ridotte, ma la resa dei semi non è stata influenzata , che poteva soddisfare almeno un seme per pianta, e il tasso medio di germinazione dei semi immaturi era dell'81,7%.In condizioni di illuminazione di 10 ore e supplemento di luce blu, le piante di soia diventavano corte e forti, fiorivano 23 giorni dopo la semina, maturavano entro 77 giorni e potevano riprodursi per 5 generazioni in un anno.

Il rapporto tra luce rossa e luce rossa lontana (FR) influisce anche sulla fioritura delle piante.I pigmenti fotosensibili esistono in due forme: assorbimento di luce rossa lontana (Pfr) e assorbimento di luce rossa (Pr).Con un basso rapporto R:FR, i pigmenti fotosensibili vengono convertiti da Pfr a Pr, il che porta alla fioritura delle piante a giorno lungo.L'uso di luci a LED per regolare l'R:FR(0,66~1,07) appropriato può aumentare l'altezza delle piante, promuovere la fioritura delle piante a giorno lungo (come la gloria mattutina e la bocca di leone) e inibire la fioritura delle piante a giorno corto (come la calendula ).Quando R:FR è maggiore di 3,1, il tempo di fioritura delle lenticchie viene ritardato.Ridurre R:FR a 1,9 può ottenere il miglior effetto di fioritura e può fiorire il 31° giorno dopo la semina.L'effetto della luce rossa sull'inibizione della fioritura è mediato dal pigmento fotosensibile Pr.Gli studi hanno evidenziato che quando R:FR è superiore a 3,5, il tempo di fioritura di cinque piante leguminose (pisello, cece, fava, lenticchia e lupino) sarà ritardato.In alcuni genotipi di amaranto e riso, la luce rosso lontano viene utilizzata per far avanzare la fioritura rispettivamente di 10 e 20 giorni.

Fertilizzante CO₂

CO₂è la principale fonte di carbonio della fotosintesi.CO ad alta concentrazione₂di solito può promuovere la crescita e la riproduzione delle annuali C3, mentre basse concentrazioni di CO₂può ridurre la resa di crescita e riproduzione a causa della limitazione del carbonio.Ad esempio, l'efficienza fotosintetica delle piante C3, come riso e grano, aumenta con l'aumento della CO₂livello, con conseguente aumento della biomassa e fioritura precoce.Per realizzare l'impatto positivo di CO₂aumento della concentrazione, potrebbe essere necessario ottimizzare l'apporto di acqua e sostanze nutritive.Pertanto, a condizione di investimenti illimitati, l'idroponica può liberare completamente il potenziale di crescita delle piante.Bassa CO₂la concentrazione ha ritardato il tempo di fioritura di Arabidopsis thaliana, mentre un'elevata concentrazione di CO₂la concentrazione ha accelerato il tempo di fioritura del riso, ridotto il periodo di crescita del riso a 3 mesi e propagato 4 generazioni all'anno.Integrando CO₂a 785,7μmol/mol nella scatola di crescita artificiale, il ciclo di riproduzione della varietà di soia "Enrei" è stato ridotto a 70 giorni e potrebbe generare 5 generazioni in un anno.Quando il CO₂la concentrazione è aumentata a 550μmol/mol, la fioritura di Cajanus cajan è stata ritardata di 8~9 giorni e anche l'allegagione e il tempo di maturazione dei frutti sono stati ritardati di 9 giorni.Cajanus cajan ha accumulato zucchero insolubile ad alta CO₂concentrazione, che può influenzare la trasmissione del segnale delle piante e ritardare la fioritura.Inoltre, nella stanza di crescita con aumento di CO₂, il numero e la qualità dei fiori di soia aumentano, il che favorisce l'ibridazione e il suo tasso di ibridazione è molto più alto di quello dei semi di soia coltivati ​​sul campo.

Prospettive future

L'agricoltura moderna può accelerare il processo di miglioramento genetico delle colture mediante l'allevamento alternativo e l'allevamento di impianti.Tuttavia, ci sono alcune carenze in questi metodi, come requisiti geografici rigorosi, costosa gestione del lavoro e condizioni naturali instabili, che non possono garantire il successo della raccolta dei semi.L'allevamento nelle strutture è influenzato dalle condizioni climatiche e il tempo per l'aggiunta della generazione è limitato.Tuttavia, l'allevamento di marcatori molecolari accelera solo la selezione e la determinazione dei tratti bersaglio dell'allevamento.Attualmente, la tecnologia di riproduzione rapida è stata applicata a graminacee, leguminose, crucifere e altre colture.Tuttavia, l'allevamento di una rapida generazione di piante in fabbrica elimina completamente l'influenza delle condizioni climatiche e può regolare l'ambiente di crescita in base alle esigenze di crescita e sviluppo delle piante.Combinando efficacemente la tecnologia di allevamento rapido della fabbrica di piante con l'allevamento tradizionale, l'allevamento di marcatori molecolari e altri metodi di allevamento, a condizione di allevamento rapido, il tempo necessario per ottenere linee omozigoti dopo l'ibridazione può essere ridotto e, allo stesso tempo, le prime generazioni possono essere selezionato per abbreviare il tempo necessario per ottenere tratti ideali e generazioni riproduttive.

Il limite principale della tecnologia di riproduzione rapida delle piante nelle fabbriche è che le condizioni ambientali richieste per la crescita e lo sviluppo di colture diverse sono piuttosto diverse e ci vuole molto tempo per ottenere le condizioni ambientali per la riproduzione rapida delle colture target.Allo stesso tempo, a causa dell'elevato costo di costruzione e funzionamento della fabbrica di piante, è difficile eseguire esperimenti di riproduzione additiva su larga scala, che spesso portano a una resa di semi limitata, che può limitare la valutazione successiva del carattere del campo.Con il graduale miglioramento e miglioramento delle attrezzature e della tecnologia della fabbrica di impianti, i costi di costruzione e funzionamento della fabbrica di impianti vengono gradualmente ridotti.È possibile ottimizzare ulteriormente la tecnologia di allevamento rapido e abbreviare il ciclo di allevamento combinando efficacemente la tecnologia di allevamento rapido della fabbrica di piante con altre tecniche di allevamento.

FINE

Informazioni citate

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Progresso della ricerca sulla tecnologia di allevamento rapido della fabbrica di piante [J].Tecnologia di ingegneria agricola, 2022,42(22):46-49.