Тэхналогія сельскагаспадарчай інжынерыі ў цяплічных садаводчых гаспадаркахАпублікавана ў 17:30 14 кастрычніка 2022 г. у Пекіне

З пастаянным ростам насельніцтва свету попыт людзей на прадукты харчавання расце з кожным днём, і прад'яўляюцца ўсё больш высокія патрабаванні да пажыўнасці і бяспекі прадуктаў харчавання. Вырошчванне высокаўраджайных і якасных сельскагаспадарчых культур з'яўляецца важным сродкам вырашэння харчовых праблем. Аднак традыцыйныя метады селекцыі патрабуюць шмат часу для вывядзення выдатных гатункаў, што абмяжоўвае прагрэс селекцыі. Для аднагадовых самаапыляльных культур можа прайсці 10-15 гадоў ад першага скрыжавання бацькоў да атрымання новага гатунку. Таму, каб паскорыць прагрэс селекцыі сельскагаспадарчых культур, неабходна тэрмінова павысіць эфектыўнасць селекцыі і скараціць час генерацыі.

Хуткая селекцыя азначае максімізацыю тэмпаў росту раслін, паскарэнне красавання і плоданашэння, а таксама скарачэнне цыклу селекцыі шляхам кантролю ўмоў навакольнага асяроддзя ў цалкам закрытым кантраляваным асяроддзі вырошчвання. Раслінная фабрыка - гэта сельскагаспадарчая сістэма, якая можа дасягнуць высокаэфектыўнай вытворчасці сельскагаспадарчых культур дзякуючы высокадакладнаму кантролю навакольнага асяроддзя ў памяшканнях, і гэта ідэальнае асяроддзе для хуткай селекцыі. Умовы пасадкі, такія як асвятленне, тэмпература, вільготнасць і канцэнтрацыя CO2 на фабрыцы, адносна кантралюемыя і не залежаць або менш залежаць ад знешняга клімату. У кантраляваных умовах навакольнага асяроддзя найлепшая інтэнсіўнасць асвятлення, працягласць асвятлення і тэмпература могуць паскорыць розныя фізіялагічныя працэсы раслін, асабліва фотасінтэз і красаванне, тым самым скарачаючы час генерацыі росту ўраджаю. Выкарыстоўваючы тэхналогію расліннай фабрыкі для кантролю росту і развіцця ўраджаю, збірайце плады загадзя, пакуль невялікая колькасць насення са здольнасцю да прарастання можа задаволіць патрэбы селекцыі.

Фотаперыяд, асноўны фактар ​​навакольнага асяроддзя, які ўплывае на цыкл росту сельскагаспадарчых культур

Светлавы цыкл азначае чаргаванне светлавога і цёмнага перыядаў на працягу сутак. Светлавы цыкл з'яўляецца важным фактарам, які ўплывае на рост, развіццё, красаванне і плоданашэнне сельскагаспадарчых культур. Адчуваючы змену светлавога цыклу, культуры могуць пераходзіць ад вегетатыўнага росту да рэпрадуктыўнага росту і поўнага красавання і плоданашэння. Розныя гатункі і генатыпы сельскагаспадарчых культур маюць розныя фізіялагічныя рэакцыі на змены фотаперыяду. У раслін, якія любяць доўгі сонечны дзень, як толькі працягласць сонечнага ззяння перавышае крытычную працягласць сонечнага ззяння, час цвіцення звычайна паскараецца за кошт падаўжэння фотаперыяду, напрыклад, авёс, пшаніца і ячмень. Нейтральныя расліны, незалежна ад фотаперыяду, такія як рыс, кукуруза і агурок, будуць квітнець. Раслінам кароткага дня, такім як бавоўна, соя і проса, для цвіцення патрэбен фотаперыяд, меншы за крытычную працягласць сонечнага ззяння. Ва ўмовах штучнага асяроддзя з асвятленнем 8 гадзін і высокай тэмпературай 30℃ час цвіцення амаранта больш чым на 40 дзён раней, чым у палявых умовах. Пры апрацоўцы з цыклам асвятлення 16/8 гадзін (святло/цемра) усе сем генатыпаў ячменю заквітнелі рана: Франклін (36 дзён), Гэрднер (35 дзён), Гімет (33 дні), Камандэр (30 дзён), Фліт (29 дзён), Баўдэн (26 дзён) і Лок'ер (25 дзён).

У штучным асяроддзі перыяд росту пшаніцы можна скараціць, выкарыстоўваючы эмбрыянальную культуру для атрымання расады, а затым апраменьваючы яе на працягу 16 гадзін, і штогод можна атрымліваць 8 пакаленняў. Перыяд росту гароху быў скарочаны са 143 дзён у палявых умовах да 67 дзён у штучнай цяпліцы з 16-гадзінным асвятленнем. Далейшае падаўжэнне фотаперыяду да 20 гадзін і спалучэнне яго з 21°C/16°C (дзень/ноч) дазваляе скараціць перыяд росту гароху да 68 дзён, а хуткасць прарастання насення складае 97,8%. Ва ўмовах кантраляванага асяроддзя пасля 20-гадзіннай апрацоўкі фотаперыядам ад пасеву да цвіцення праходзіць 32 дні, а агульны перыяд росту складае 62-71 дзень, што больш чым на 30 дзён карацей, чым у палявых умовах. Ва ўмовах штучнай цяпліцы з 22-гадзінным фотаперыядам час цвіцення пшаніцы, ячменю, рапсу і нуту скарачаецца ў сярэднім на 22, 64, 73 і 33 дні адпаведна. У спалучэнні з раннім зборам насення, узровень прарастання ранняга ўраджаю можа дасягаць у сярэднім 92%, 98%, 89% і 94% адпаведна, што цалкам задавальняе патрэбы селекцыі. Найбольш хуткія гатункі могуць бесперапынна даваць 6 пакаленняў (пшаніца) і 7 пакаленняў (пшаніца). Пры ўмове 22-гадзіннага фотаперыяду час цвіцення аўса скарачаецца на 11 дзён, а праз 21 дзень пасля цвіцення можна гарантаваць атрыманне не менш за 5 жыццяздольных насення, і штогод можна бесперапынна размнажаць пяць пакаленняў. У штучнай цяпліцы з 22-гадзінным асвятленнем перыяд росту сачавіцы скарачаецца да 115 дзён, і яна можа размнажацца на працягу 3-4 пакаленняў у год. Пры ўмове 24-гадзіннага бесперапыннага асвятлення ў штучнай цяпліцы цыкл росту арахіса скарачаецца са 145 дзён да 89 дзён, і яго можна размнажаць на працягу 4 пакаленняў у год.

Якасць святла

Святло адыгрывае жыццёва важную ролю ў росце і развіцці раслін. Святло можа кантраляваць красаванне, уздзейнічаючы на ​​многія фотарэцэптары. Суадносіны чырвонага святла (R) і сіняга святла (B) вельмі важныя для красавання сельскагаспадарчых культур. Даўжыня хвалі чырвонага святла 600~700 нм утрымлівае пік паглынання хларафіла 660 нм, які можа эфектыўна спрыяць фотасінтэзу. Даўжыня хвалі сіняга святла 400~500 нм уплывае на фотатрапізм раслін, адкрыццё вусцейкаў і рост расады. У пшаніцы суадносіны чырвонага святла да сіняга святла складае каля 1, што можа выклікаць красаванне як мага раней. Пры якасці святла R:B = 4:1 перыяд росту сярэдне- і познеспелых гатункаў соі скарачаецца са 120 дзён да 63 дзён, а вышыня раслін і пажыўная біямаса зніжаюцца, але ўраджайнасць насення не пацярпела, што дазваляе атрымаць як мінімум адно насенне на расліну, а сярэдні ўзровень прарастання няспелага насення складае 81,7%. Пры ўмове 10-гадзіннага асвятлення і дадатковага сіняга святла расліны соі сталі кароткімі і моцнымі, заквітнелі праз 23 дні пасля пасеву, паспелі на працягу 77 дзён і змаглі размнажацца на працягу 5 пакаленняў на працягу аднаго года.

Суадносіны чырвонага святла да далёкага чырвонага святла (FR) таксама ўплывае на красаванне раслін. Фотаадчувальныя пігменты існуюць у двух формах: паглынанне далёкага чырвонага святла (Pfr) і паглынанне чырвонага святла (Pr). Пры нізкім суадносінах R:FR фотаадчувальныя пігменты пераўтвараюцца з Pfr у Pr, што прыводзіць да красавання раслін доўгага дня. Выкарыстанне святлодыёдных лямпаў для рэгулявання адпаведнага R:FR (0,66~1,07) можа павялічыць вышыню раслін, спрыяць красаванню раслін доўгага дня (такіх як іпамея і львіны зяп) і стрымліваць красаванне раслін кароткага дня (такіх як календула). Калі R:FR больш за 3,1, час красавання сачавіцы запавольваецца. Зніжэнне R:FR да 1,9 можа дасягнуць найлепшага эфекту красавання, і яна можа заквітнець на 31-ы дзень пасля пасеву. Уплыў чырвонага святла на стрымліванне красавання апасродкаваны фотаадчувальным пігментам Pr. Даследаванні паказалі, што калі R:FR вышэй за 3,5, час цвіцення пяці бабовых раслін (гарох, нут, бабы, сачавіца і люпін) запавольваецца. У некаторых генатыпаў амаранта і рысу далёкі чырвоны свет выкарыстоўваецца для паскарэння цвіцення на 10 і 20 дзён адпаведна.

Угнаенне CO₂

CO₂з'яўляецца асноўнай крыніцай вугляроду пры фотасінтэзе. Высокая канцэнтрацыя CO₂звычайна можа спрыяць росту і размнажэнню аднагадовых раслін C3, у той час як нізкая канцэнтрацыя CO₂можа знізіць рост і ўраджайнасць размнажэння з-за абмежавання вугляроду. Напрыклад, фотасінтэтычная эфектыўнасць раслін C3, такіх як рыс і пшаніца, павялічваецца з павелічэннем CO2.₂узровень, што прыводзіць да павелічэння біямасы і ранняга цвіцення. Каб рэалізаваць станоўчы ўплыў CO₂павелічэнне канцэнтрацыі можа спатрэбіцца аптымізаваць забеспячэнне вадой і пажыўнымі рэчывамі. Такім чынам, пры ўмове неабмежаваных інвестыцый гідрапоніка можа цалкам раскрыць патэнцыял росту раслін. Нізкі ўзровень CO₂канцэнтрацыя затрымлівала час цвіцення Arabidopsis thaliana, у той час як высокая канцэнтрацыя CO₂канцэнтрацыя паскорыла час цвіцення рысу, скараціла перыяд росту рысу да 3 месяцаў і дазволіла размнажацца 4 пакаленні ў год. Дадаючы CO2₂да 785,7 мкмоль/моль у штучным боксе для вырошчвання, цыкл размнажэння гатунку соі «Энрэй» быў скарочаны да 70 дзён, і яна магла размнажацца 5 пакаленняў за адзін год. Калі CO₂канцэнтрацыя павялічылася да 550 мкмоль/моль, красаванне Cajanus cajan затрымлівалася на 8~9 дзён, а час завязвання і паспявання пладоў таксама затрымліваўся на 9 дзён. Cajanus cajan назапашваў нерастваральны цукар пры высокім узроўні CO2.₂канцэнтрацыя, што можа паўплываць на перадачу сігналу раслін і затрымаць красаванне. Акрамя таго, у памяшканні для вырошчвання з падвышанай канцэнтрацыяй CO₂, колькасць і якасць кветак соі павялічваюцца, што спрыяе гібрыдызацыі, і хуткасць яе гібрыдызацыі значна вышэйшая, чым у соі, вырашчанай у полі.

Перспектывы на будучыню

Сучасная сельская гаспадарка можа паскорыць працэс селекцыі сельскагаспадарчых культур з дапамогай альтэрнатыўнай селекцыі і селекцыі на базе. Аднак гэтыя метады маюць некаторыя недахопы, такія як строгія геаграфічныя патрабаванні, дарагое кіраванне працоўнай сілай і нестабільныя прыродныя ўмовы, якія не могуць гарантаваць паспяховы збор ураджаю насення. На селекцыю на базе ўплываюць кліматычныя ўмовы, і час дадання пакаленняў абмежаваны. Аднак малекулярная маркерная селекцыя толькі паскарае адбор і вызначэнне мэтавых прыкмет селекцыі. У цяперашні час тэхналогія хуткай селекцыі ўжываецца да злакаў, бабовых, крыжакветных і іншых культур. Аднак фабрычная хуткая генерацыйная селекцыя цалкам пазбаўляе ад уплыву кліматычных умоў і можа рэгуляваць асяроддзе росту ў адпаведнасці з патрэбамі росту і развіцця раслін. Эфектыўнае спалучэнне тэхналогіі хуткай селекцыі на базе раслін з традыцыйнай селекцыяй, малекулярнай маркернай селекцыяй і іншымі метадамі селекцыі пры ўмове хуткай селекцыі дазваляе скараціць час, неабходны для атрымання гамазіготных ліній пасля гібрыдызацыі, і ў той жа час можна адабраць раннія пакаленні, каб скараціць час, неабходны для атрымання ідэальных прыкмет і пакаленняў для селекцыі.

Асноўным абмежаваннем тэхналогіі хуткай селекцыі раслін на заводах з'яўляецца тое, што ўмовы навакольнага асяроддзя, неабходныя для росту і развіцця розных сельскагаспадарчых культур, істотна адрозніваюцца, і для дасягнення ўмоў навакольнага асяроддзя для хуткай селекцыі мэтавых культур патрабуецца шмат часу. У той жа час, з-за высокага кошту будаўніцтва і эксплуатацыі заводаў, цяжка праводзіць маштабныя эксперыменты па адытыўнай селекцыі, што часта прыводзіць да абмежаванага ўраджаю насення, што можа абмяжоўваць наступную ацэнку характарыстык поля. З паступовым удасканаленнем абсталявання і тэхналогій заводаў, выдаткі на будаўніцтва і эксплуатацыю заводаў паступова зніжаюцца. Эфектыўнае спалучэнне тэхналогіі хуткай селекцыі на заводах з іншымі метадамі селекцыі дазваляе яшчэ больш аптымізаваць тэхналогію хуткай селекцыі і скараціць цыкл селекцыі.

КАНЕЦ

Цытаваная інфармацыя

Лю Кайчжэ, Лю Хоўчэн. Даследчы прагрэс у тэхналогіі хуткага размнажэння раслін на заводах [J]. Тэхналогіі сельскагаспадарчай тэхнікі, 2022, 42 (22): 46-49.