Teknologi Teknik Pertanian Hortikultura Rumah KacaDiterbitkan pada 17: 30 pada 14 Oktober 2022 di Beijing

Dengan peningkatan berkelanjutan dari populasi global, permintaan orang akan makanan meningkat dari hari ke hari, dan persyaratan yang lebih tinggi diajukan untuk nutrisi dan keamanan pangan. Mengembangkan tanaman hasil tinggi dan berkualitas tinggi adalah cara penting untuk memecahkan masalah makanan. Namun, metode pemuliaan tradisional membutuhkan waktu lama untuk menumbuhkan varietas yang sangat baik, yang membatasi kemajuan pemuliaan. Untuk tanaman self-pollinating tahunan, mungkin memakan waktu 10 ~ 15 tahun dari orang tua awal yang menyeberang ke produksi varietas baru. Oleh karena itu, untuk mempercepat kemajuan pemuliaan tanaman, sangat mendesak untuk meningkatkan efisiensi pemuliaan dan mempersingkat waktu pembangkitan.

Berkembang pemuliaan cepat untuk memaksimalkan laju pertumbuhan tanaman, mempercepat berbunga dan berbuah, dan mempersingkat siklus pemuliaan dengan mengendalikan kondisi lingkungan di ruang pertumbuhan lingkungan yang terkontrol sepenuhnya. Pabrik tanaman adalah sistem pertanian yang dapat mencapai produksi tanaman efisiensi tinggi melalui kontrol lingkungan presisi tinggi di fasilitas, dan merupakan lingkungan yang ideal untuk pemuliaan cepat. Kondisi lingkungan penanaman seperti cahaya, suhu, kelembaban dan konsentrasi CO2 di pabrik relatif dapat dikendalikan, dan tidak atau kurang terpengaruh oleh iklim eksternal. Di bawah kondisi lingkungan yang terkontrol, intensitas cahaya terbaik, waktu cahaya dan suhu dapat mempercepat berbagai proses fisiologis tanaman, terutama fotosintesis dan pembungaan, sehingga memperpendek waktu generasi pertumbuhan tanaman. Menggunakan teknologi pabrik tanaman untuk mengendalikan pertumbuhan dan pengembangan tanaman, memanen buah -buahan terlebih dahulu, selama beberapa benih dengan kemampuan perkecambahan dapat memenuhi kebutuhan pemuliaan.

Fotoperiod, faktor lingkungan utama yang mempengaruhi siklus pertumbuhan tanaman

Siklus cahaya mengacu pada pergantian periode cahaya dan periode gelap dalam sehari. Siklus cahaya adalah faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan, perkembangan, berbunga dan berbuah tanaman. Dengan merasakan perubahan siklus cahaya, tanaman dapat berubah dari pertumbuhan vegetatif menjadi pertumbuhan reproduksi dan berbunga dan berbuah lengkap. Varietas tanaman dan genotipe yang berbeda memiliki respons fisiologis yang berbeda terhadap perubahan fotoperiode. Tanaman panjang-sunshine, begitu waktu sinar matahari melebihi panjang sinar matahari yang kritis, waktu berbunga biasanya dipercepat oleh perpanjangan fotoperiod, seperti gandum, gandum dan gandum. Tumbuhan netral, terlepas dari fotoperiode, akan mekar, seperti beras, jagung dan mentimun. Tumbuhan hari pendek, seperti kapas, kedelai dan millet, membutuhkan fotoperiod lebih rendah dari panjang sinar matahari yang kritis untuk mekar. Di bawah kondisi lingkungan buatan 8 jam cahaya dan 30 ℃ suhu tinggi, waktu berbunga Amaranth lebih dari 40 hari lebih awal dari pada lingkungan lapangan. Di bawah perawatan siklus cahaya 16/8 jam (terang/gelap), ketujuh genotipe barley mekar lebih awal: Franklin (36 hari), Gairdner (35 hari), Gimmett (33 hari), komandan (30 hari), armada (29 hari), Baudin (26 hari) dan Lockyer (25 hari).

Di bawah lingkungan buatan, periode pertumbuhan gandum dapat dipersingkat dengan menggunakan kultur embrio untuk mendapatkan bibit, dan kemudian menyinari selama 16 jam, dan 8 generasi dapat diproduksi setiap tahun. Periode pertumbuhan PEA dipersingkat dari 143 hari di lingkungan lapangan menjadi 67 hari di rumah kaca buatan dengan cahaya 16 jam. Dengan lebih memperpanjang fotoperiod hingga 20 jam dan menggabungkannya dengan 21 ° C/16 ° C (siang/malam), periode pertumbuhan kacang dapat diperpendek menjadi 68 hari, dan tingkat pengaturan benih adalah 97,8%. Di bawah kondisi lingkungan yang terkendali, setelah 20 jam perawatan fotoperiode, dibutuhkan 32 hari dari menabur hingga berbunga, dan seluruh periode pertumbuhan adalah 62-71 hari, yang lebih pendek dari kondisi lapangan lebih dari 30 hari. Di bawah kondisi rumah kaca buatan dengan fotoperiod 22 jam, waktu berbunga gandum, gandum, pemerkosaan dan buncis dipersingkat masing -masing 22, 64, 73 dan 33 hari. Dikombinasikan dengan panen awal biji, tingkat perkecambahan biji panen awal dapat mencapai 92%, 98%, 89% dan rata -rata 94%, masing -masing, yang sepenuhnya dapat memenuhi kebutuhan pembiakan. Varietas tercepat dapat terus menghasilkan 6 generasi (gandum) dan 7 generasi (gandum). Di bawah kondisi fotoperiode 22 jam, waktu berbunga gandum dikurangi 11 hari, dan 21 hari setelah berbunga, setidaknya 5 biji yang layak dapat dijamin, dan lima generasi dapat terus diperbanyak setiap tahun. Di rumah kaca buatan dengan penerangan 22 jam, periode pertumbuhan lentil dipersingkat menjadi 115 hari, dan mereka dapat bereproduksi selama 3-4 generasi setahun. Di bawah kondisi pencahayaan terus menerus 24 jam di rumah kaca buatan, siklus pertumbuhan kacang berkurang dari 145 hari menjadi 89 hari, dan dapat disebarkan selama 4 generasi dalam satu tahun.

Kualitas ringan

Cahaya memainkan peran penting dalam pertumbuhan dan pengembangan tanaman. Cahaya dapat mengontrol berbunga dengan mempengaruhi banyak fotoreseptor. Rasio lampu merah (R) terhadap cahaya biru (B) sangat penting untuk berbunga tanaman. Panjang gelombang lampu merah 600 ~ 700nm berisi puncak penyerapan klorofil 660nm, yang secara efektif dapat mempromosikan fotosintesis. Panjang gelombang cahaya biru 400 ~ 500nm akan mempengaruhi fototropisme tanaman, pembukaan stomata dan pertumbuhan bibit. Dalam gandum, rasio cahaya merah dan cahaya biru adalah sekitar 1, yang dapat menginduksi berbunga paling awal. Di bawah kualitas cahaya R: B = 4: 1, periode pertumbuhan varietas kedelai menengah dan akhir diperpendek dari 120 hari menjadi 63 hari, dan tinggi tanaman dan biomassa gizi berkurang, tetapi hasil benih tidak terpengaruh , yang dapat memenuhi setidaknya satu benih per tanaman, dan tingkat perkecambahan rata -rata biji belum matang adalah 81,7%. Di bawah kondisi iluminasi 10 jam dan suplemen cahaya biru, tanaman kedelai menjadi pendek dan kuat, mekar 23 hari setelah ditabur, matang dalam waktu 77 hari, dan dapat bereproduksi selama 5 generasi dalam satu tahun.

Rasio lampu merah hingga jauh merah (FR) juga mempengaruhi pembungaan tanaman. Pigmen fotosensitif ada dalam dua bentuk: penyerapan cahaya merah jauh (PFR) dan penyerapan cahaya merah (PR). Pada rasio R rendah: FR, pigmen fotosensitif dikonversi dari PFR ke PR, yang mengarah ke berbunga tanaman hari panjang. Menggunakan lampu LED untuk mengatur r: FR yang sesuai (0,66 ~ 1,07) dapat meningkatkan tinggi tanaman, meningkatkan pembungaan tanaman hari panjang (seperti kemuliaan pagi dan snapdragon), dan menghambat pembungaan tanaman hari pendek (seperti Marigold ). Ketika R: FR lebih besar dari 3.1, waktu berbunga lentil tertunda. Mengurangi R: FR ke 1.9 bisa mendapatkan efek berbunga terbaik, dan bisa mekar pada hari ke -31 setelah menabur. Efek lampu merah pada penghambatan berbunga dimediasi oleh pigmen fotosensitif PR. Penelitian telah menunjukkan bahwa ketika R: FR lebih tinggi dari 3,5, waktu berbunga lima tanaman pudi (kacang polong, buncis, kacang lebar, lentil dan lupin) akan ditunda. Dalam beberapa genotipe amaranth dan nasi, cahaya merah jauh digunakan untuk memajukan berbunga masing-masing 10 hari dan 20 hari.

Co pupuk₂

CO₂adalah sumber karbon utama fotosintesis. Co konsentrasi tinggi₂biasanya dapat mempromosikan pertumbuhan dan reproduksi tahunan C3, sedangkan CO konsentrasi rendah₂dapat mengurangi pertumbuhan dan hasil reproduksi karena keterbatasan karbon. Misalnya, efisiensi fotosintesis tanaman C3, seperti beras dan gandum, meningkat dengan meningkatnya CO₂level, menghasilkan peningkatan biomassa dan pembungaan awal. Untuk mewujudkan dampak positif dari CO₂Peningkatan konsentrasi, mungkin perlu untuk mengoptimalkan air dan pasokan nutrisi. Oleh karena itu, di bawah kondisi investasi tanpa batas, hidroponik dapat sepenuhnya melepaskan potensi pertumbuhan tanaman. CO rendah₂Konsentrasi menunda waktu berbunga Arabidopsis thaliana, sedangkan CO tinggi₂Konsentrasi mempercepat waktu berbunga beras, memperpendek periode pertumbuhan beras menjadi 3 bulan, dan menyebarkan 4 generasi per tahun. Dengan melengkapi co₂hingga 785.7μmol/mol dalam kotak pertumbuhan buatan, siklus pemuliaan varietas kedelai 'enrei' dipersingkat menjadi 70 hari, dan itu bisa membiakkan 5 generasi dalam satu tahun. Saat CO₂Konsentrasi meningkat menjadi 550μmol/mol, pembungaan Cajanus Cajan ditunda selama 8 ~ 9 hari, dan pengaturan buah dan waktu pematangan juga tertunda selama 9 hari. Cajanus Cajan mengakumulasikan gula tidak larut di CO tinggi₂konsentrasi, yang dapat mempengaruhi transmisi sinyal tanaman dan menunda berbunga. Selain itu, di ruang pertumbuhan dengan peningkatan CO₂, jumlah dan kualitas bunga kedelai meningkat, yang kondusif untuk hibridisasi, dan laju hibridisasinya jauh lebih tinggi daripada kedelai yang ditanam di lapangan.

Prospek masa depan

Pertanian modern dapat mempercepat proses pemuliaan tanaman melalui pemuliaan alternatif dan pemuliaan fasilitas. Namun, ada beberapa kekurangan dalam metode ini, seperti persyaratan geografis yang ketat, manajemen tenaga kerja yang mahal dan kondisi alam yang tidak stabil, yang tidak dapat menjamin hasil panen benih yang berhasil. Pembiakan fasilitas dipengaruhi oleh kondisi iklim, dan waktu untuk penambahan generasi terbatas. Namun, pemuliaan penanda molekuler hanya mempercepat pemilihan dan penentuan sifat target pemuliaan. Saat ini, teknologi pemuliaan cepat telah diterapkan pada Gramineae, leguminosae, salib dan tanaman lainnya. Namun, pembiakan generasi cepat pabrik benar -benar menghilangkan pengaruh kondisi iklim, dan dapat mengatur lingkungan pertumbuhan sesuai dengan kebutuhan pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Menggabungkan Teknologi Pembangunan Papen Tanaman dengan pemuliaan tradisional, pemuliaan penanda molekuler dan metode pemuliaan lainnya secara efektif, di bawah kondisi pemuliaan cepat, waktu yang diperlukan untuk mendapatkan garis homozigot setelah hibridisasi dapat dikurangi, dan pada saat yang sama, generasi awal dapat menjadi Dipilih untuk memperpendek waktu yang diperlukan untuk mendapatkan sifat ideal dan generasi pemuliaan.

Keterbatasan utama teknologi pemuliaan cepat tanaman di pabrik adalah bahwa kondisi lingkungan yang diperlukan untuk pertumbuhan dan pengembangan tanaman yang berbeda sangat berbeda, dan butuh waktu lama untuk mendapatkan kondisi lingkungan untuk pemuliaan tanaman target yang cepat. Pada saat yang sama, karena tingginya biaya konstruksi dan operasi pabrik, sulit untuk melakukan percobaan pemuliaan aditif skala besar, yang sering mengarah pada hasil benih yang terbatas, yang dapat membatasi evaluasi karakter lapangan tindak lanjut. Dengan peningkatan bertahap dan peningkatan peralatan dan teknologi pabrik pabrik, biaya konstruksi dan operasi pabrik pabrik secara bertahap berkurang. Dimungkinkan untuk lebih mengoptimalkan teknologi pemuliaan yang cepat dan mempersingkat siklus pemuliaan dengan secara efektif menggabungkan teknologi pemuliaan pabrik yang cepat dengan teknik pemuliaan lainnya.

AKHIR

Informasi yang dikutip

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Kemajuan Penelitian Teknologi Pemuliaan Cepat Pabrik Tanaman [J]. Teknologi Teknik Pertanian, 2022,42 (22): 46-49.