تكنولوجيا الهندسة الزراعية البستانية الدفيئةنُشر في الساعة 17:30 يوم 14 أكتوبر 2022 في بكين

مع الزيادة المستمرة في عدد سكان العالم ، يتزايد طلب الناس على الغذاء يومًا بعد يوم ، ويتم طرح متطلبات أعلى للتغذية والسلامة الغذائية.تعد زراعة المحاصيل عالية الغلة والجودة وسيلة مهمة لحل مشاكل الغذاء.ومع ذلك ، فإن طريقة التربية التقليدية تستغرق وقتًا طويلاً لزراعة أصناف ممتازة ، مما يحد من تقدم التكاثر.بالنسبة للمحاصيل ذاتية التلقيح السنوية ، قد يستغرق الأمر من 10 إلى 15 عامًا من التهجين الأم الأولي إلى إنتاج صنف جديد.لذلك ، من أجل تسريع تقدم تربية المحاصيل ، من الضروري تحسين كفاءة التربية وتقصير وقت التوليد.

يعني التكاثر السريع تعظيم معدل نمو النباتات ، وتسريع الإزهار والإثمار ، وتقصير دورة التكاثر من خلال التحكم في الظروف البيئية في غرفة نمو بيئة مغلقة بالكامل.مصنع النبات هو نظام زراعي يمكنه تحقيق إنتاج محاصيل عالي الكفاءة من خلال التحكم البيئي عالي الدقة في المنشآت ، وهو بيئة مثالية للتكاثر السريع.يمكن التحكم نسبيًا في ظروف بيئة الزراعة مثل الضوء ودرجة الحرارة والرطوبة وتركيز ثاني أكسيد الكربون في المصنع ، ولا تتأثر أو تتأثر بالمناخ الخارجي.في ظل ظروف بيئية خاضعة للرقابة ، يمكن لأفضل شدة ضوء ووقت ضوئي ودرجة حرارة تسريع العمليات الفسيولوجية المختلفة للنباتات ، وخاصة التمثيل الضوئي والزهور ، وبالتالي تقصير وقت توليد نمو المحاصيل.باستخدام تقنية مصنع النبات للتحكم في نمو المحاصيل وتطورها ، وحصاد الثمار مقدمًا ، طالما أن عددًا قليلاً من البذور ذات القدرة على الإنبات يمكن أن تلبي احتياجات التكاثر.

الفترة الضوئية ، العامل البيئي الرئيسي الذي يؤثر على دورة نمو المحاصيل

تشير دورة الضوء إلى تناوب فترة الضوء والفترة المظلمة في يوم واحد.تعد دورة الضوء عاملاً مهمًا يؤثر على نمو وتطور وازدهار وإثمار المحاصيل.من خلال استشعار تغير دورة الضوء ، يمكن للمحاصيل أن تتغير من النمو الخضري إلى النمو الإنجابي والإزهار الكامل والإثمار.أنواع المحاصيل المختلفة والأنماط الجينية لها استجابات فسيولوجية مختلفة لتغيرات الفترة الضوئية.النباتات ذات أشعة الشمس الطويلة ، بمجرد أن يتجاوز وقت سطوع الشمس طول سطوع الشمس الحرج ، عادة ما يتم تسريع وقت الإزهار عن طريق إطالة فترة الضوء ، مثل الشوفان والقمح والشعير.النباتات المحايدة ، بغض النظر عن الفترة الضوئية ، سوف تزدهر ، مثل الأرز والذرة والخيار.تحتاج نباتات اليوم القصير ، مثل القطن وفول الصويا والدخن ، إلى فترة ضوئية أقل من طول أشعة الشمس الحرجة لتزدهر.في ظل ظروف البيئة الاصطناعية لضوء 8 ساعات ودرجة حرارة عالية 30 درجة ، يكون وقت ازدهار القطيفة أكثر من 40 يومًا قبل ذلك في بيئة الحقل.تحت علاج دورة الضوء 16/8 ساعة (فاتح / داكن) ، ازدهرت جميع الأنماط الجينية السبعة للشعير مبكرًا: فرانكلين (36 يومًا) ، جيردنر (35 يومًا) ، جيميت (33 يومًا) ، القائد (30 يومًا) ، الأسطول (29 يومًا) يومًا) ، بودين (26 يومًا) ولوكير (25 يومًا).

في ظل البيئة الاصطناعية ، يمكن تقصير فترة نمو القمح باستخدام زراعة الأجنة للحصول على الشتلات ، ثم تشعيعها لمدة 16 ساعة ، ويمكن إنتاج 8 أجيال كل عام.تم تقصير فترة نمو البازلاء من 143 يومًا في بيئة الحقل إلى 67 يومًا في الدفيئة الاصطناعية بضوء 16 ساعة.من خلال إطالة فترة الضوء إلى 20 ساعة ودمجها مع 21 درجة مئوية / 16 درجة مئوية (نهارًا / ليلًا) ، يمكن تقصير فترة نمو البازلاء إلى 68 يومًا ، ومعدل إعداد البذور 97.8٪.في ظل ظروف البيئة الخاضعة للرقابة ، بعد 20 ساعة من المعالجة الضوئية ، يستغرق الأمر 32 يومًا من البذر إلى الإزهار ، وتكون فترة النمو بأكملها 62-71 يومًا ، وهي أقصر من تلك في الظروف الميدانية بأكثر من 30 يومًا.في حالة الدفيئة الاصطناعية مع فترة ضوئية 22 ساعة ، يتم تقصير وقت ازدهار القمح والشعير واللفت والحمص بمعدل 22 و 64 و 73 و 33 يومًا على التوالي.بالاقتران مع الحصاد المبكر للبذور ، يمكن أن تصل معدلات إنبات بذور الحصاد المبكر إلى 92٪ و 98٪ و 89٪ و 94٪ في المتوسط ​​على التوالي ، وهو ما يمكن أن يلبي احتياجات التربية بشكل كامل.يمكن أن تنتج أسرع الأنواع باستمرار 6 أجيال (القمح) و 7 أجيال (القمح).في ظل ظروف الفترة الضوئية التي تبلغ 22 ساعة ، تم تقليل وقت ازدهار الشوفان بمقدار 11 يومًا ، وبعد 21 يومًا من الإزهار ، يمكن ضمان 5 بذور قابلة للحياة على الأقل ، ويمكن تكاثر خمسة أجيال بشكل مستمر كل عام.في الدفيئة الاصطناعية ذات الإضاءة لمدة 22 ساعة ، يتم تقصير فترة نمو العدس إلى 115 يومًا ، ويمكنها التكاثر لمدة 3-4 أجيال في السنة.في ظل ظروف الإضاءة المستمرة لمدة 24 ساعة في الدفيئة الاصطناعية ، يتم تقليل دورة نمو الفول السوداني من 145 يومًا إلى 89 يومًا ، ويمكن نشرها لمدة 4 أجيال في عام واحد.

جودة خفيفة

يلعب الضوء دورًا حيويًا في نمو النباتات وتطورها.يمكن للضوء التحكم في الإزهار من خلال التأثير على العديد من المستقبلات الضوئية.تعتبر نسبة الضوء الأحمر (R) إلى الضوء الأزرق (B) مهمة جدًا لازدهار المحاصيل.الطول الموجي للضوء الأحمر من 600 ~ 700 نانومتر يحتوي على ذروة امتصاص الكلوروفيل من 660 نانومتر ، والتي يمكن أن تعزز عملية التمثيل الضوئي بشكل فعال.سيؤثر الطول الموجي للضوء الأزرق الذي يتراوح من 400 إلى 500 نانومتر على الاتجاه الضوئي للنبات ، وفتح الثغور ونمو الشتلات.في القمح ، تبلغ نسبة الضوء الأحمر إلى الضوء الأزرق حوالي 1 ، مما قد يؤدي إلى الإزهار في أقرب وقت ممكن.في ظل جودة الضوء من R: B = 4: 1 ، تم تقصير فترة نمو أصناف فول الصويا المتوسطة والمتأخرة النضج من 120 يومًا إلى 63 يومًا ، وتم تقليل ارتفاع النبات والكتلة الحيوية الغذائية ، ولكن إنتاج البذور لم يتأثر والتي يمكن أن ترضي بذرة واحدة على الأقل لكل نبات ، وكان متوسط ​​معدل إنبات البذور غير الناضجة 81.7٪.في ظل ظروف الإضاءة لمدة 10 ساعات ومكمل الضوء الأزرق ، أصبحت نباتات فول الصويا قصيرة وقوية ، وازدهرت بعد 23 يومًا من الزراعة ، ونضجت في غضون 77 يومًا ، ويمكنها التكاثر لمدة 5 أجيال في عام واحد.

تؤثر نسبة الضوء الأحمر إلى الضوء الأحمر البعيد (FR) أيضًا على ازدهار النباتات.توجد أصباغ حساسة للضوء في شكلين: امتصاص الضوء الأحمر البعيد (Pfr) وامتصاص الضوء الأحمر (Pr).عند نسبة R: FR منخفضة ، يتم تحويل أصباغ حساسة للضوء من Pfr إلى Pr ، مما يؤدي إلى ازدهار نباتات اليوم الطويل.يمكن أن يؤدي استخدام مصابيح LED لتنظيم R المناسب: FR (0.66 ~ 1.07) إلى زيادة ارتفاع النبات ، وتعزيز ازدهار نباتات اليوم الطويل (مثل مجد الصباح و snapdragon) ، وتمنع ازدهار نباتات اليوم القصير (مثل القطيفة) ).عندما يكون R: FR أكبر من 3.1 ، يتأخر وقت ازدهار العدس.يمكن تقليل R: FR إلى 1.9 للحصول على أفضل تأثير مزهر ، ويمكن أن تزدهر في اليوم الحادي والثلاثين بعد الزراعة.تأثير الضوء الأحمر على تثبيط الإزهار يتوسطه صبغة حساسة للضوء Pr.أشارت الدراسات إلى أنه عندما يكون R: FR أعلى من 3.5 ، فإن وقت ازدهار خمسة نباتات بقولية (البازلاء والحمص والفول العريض والعدس والترمس) سيتأخر.في بعض الأنماط الجينية من القطيفة والأرز ، يتم استخدام الضوء الأحمر البعيد لتعزيز الإزهار لمدة 10 أيام و 20 يومًا على التوالي.

شركة الأسمدة₂

CO₂هو مصدر الكربون الرئيسي لعملية التمثيل الضوئي.عالية التركيز CO₂يمكن أن تعزز عادة نمو وتكاثر C3 الحولية ، بينما تركيز منخفض CO₂قد يقلل من محصول النمو والتكاثر بسبب الحد من الكربون.على سبيل المثال ، تزداد كفاءة التمثيل الضوئي لنباتات C3 ، مثل الأرز والقمح ، مع زيادة ثاني أكسيد الكربون₂المستوى ، مما أدى إلى زيادة الكتلة الحيوية وازدهار مبكر.من أجل إدراك التأثير الإيجابي لثاني أكسيد الكربون₂زيادة التركيز ، قد يكون من الضروري تحسين إمدادات المياه والمغذيات.لذلك ، في ظل ظروف الاستثمار غير المحدود ، يمكن للزراعة المائية أن تطلق بالكامل إمكانات نمو النباتات.منخفض CO₂أدى التركيز إلى تأخير وقت ازدهار نبات Arabidopsis thaliana ، في حين أن ارتفاع ثاني أكسيد الكربون₂أدى التركيز إلى تسريع وقت ازدهار الأرز ، وتقصير فترة نمو الأرز إلى 3 أشهر ، وانتشار 4 أجيال في السنة.عن طريق المكمل CO₂إلى 785.7 ميكرولتر / مول في صندوق النمو الاصطناعي ، تم تقصير دورة تربية صنف فول الصويا "Enrei" إلى 70 يومًا ، ويمكن أن يتكاثر 5 أجيال في عام واحد.عندما CO₂زاد التركيز إلى 550 ميكرولتر / مول ، وتأخر ازدهار الكاجانوس كاجان لمدة 8 ~ 9 أيام ، كما تأخر إعداد الثمار ووقت النضج لمدة 9 أيام.تراكم الكاجانوس السكر غير القابل للذوبان عند ارتفاع ثاني أكسيد الكربون₂التركيز الذي قد يؤثر على انتقال إشارة النباتات ويؤخر الإزهار.بالإضافة إلى ذلك ، في غرفة النمو مع زيادة ثاني أكسيد الكربون₂يزداد عدد ونوعية أزهار فول الصويا ، مما يؤدي إلى التهجين ، كما أن معدل تهجينها أعلى بكثير من معدل تهجين فول الصويا المزروع في الحقل.

افاق المستقبل

يمكن للزراعة الحديثة تسريع عملية تربية المحاصيل عن طريق الاستيلاد البديل وتربية المرافق.ومع ذلك ، هناك بعض أوجه القصور في هذه الأساليب ، مثل المتطلبات الجغرافية الصارمة وإدارة العمالة الباهظة والظروف الطبيعية غير المستقرة ، والتي لا يمكن أن تضمن حصادًا ناجحًا للبذور.تتأثر تربية المنشأة بالظروف المناخية ، والوقت اللازم لتوليد إضافة محدودة.ومع ذلك ، فإن تربية الواسمات الجزيئية تسرع فقط في اختيار وتحديد سمات التربية المستهدفة.في الوقت الحاضر ، تم تطبيق تقنية التربية السريعة على نباتات الجرامين ، البقولية ، الصليبية وغيرها من المحاصيل.ومع ذلك ، فإن التكاثر السريع في مصنع النبات يتخلص تمامًا من تأثير الظروف المناخية ، ويمكن أن ينظم بيئة النمو وفقًا لاحتياجات نمو النبات وتطوره.الجمع بين تقنية التكاثر السريع لمصنع النبات مع التربية التقليدية وتربية الواسمات الجزيئية وطرق التربية الأخرى بشكل فعال ، في ظل ظروف التكاثر السريع ، يمكن تقليل الوقت اللازم للحصول على سلالات متماثلة اللواقح بعد التهجين ، وفي الوقت نفسه ، يمكن أن تكون الأجيال الأولى تم اختياره لاختصار الوقت المطلوب للحصول على الصفات المثالية والأجيال المتكاثرة.

يتمثل القيد الرئيسي لتقنية التكاثر السريع للنبات في المصانع في أن الظروف البيئية المطلوبة لنمو المحاصيل المختلفة وتطويرها مختلفة تمامًا ، ويستغرق الأمر وقتًا طويلاً للحصول على الظروف البيئية للتكاثر السريع للمحاصيل المستهدفة.في الوقت نفسه ، بسبب التكلفة العالية لبناء المصنع وتشغيله ، من الصعب إجراء تجربة تربية مضافة واسعة النطاق ، والتي غالبًا ما تؤدي إلى محصول محدود من البذور ، مما قد يحد من متابعة تقييم الطابع الميداني.مع التحسين والتحسين التدريجي لمعدات وتكنولوجيا المصنع ، يتم تقليل تكلفة إنشاء وتشغيل مصنع المصنع تدريجياً.من الممكن زيادة تحسين تقنية التربية السريعة وتقصير دورة التكاثر من خلال الجمع الفعال بين تقنية التكاثر السريع لمصنع النبات وتقنيات التربية الأخرى.

نهاية

المعلومات المذكورة

ليو كايزهي وليو هوشنغ.تقدم البحث في تكنولوجيا التكاثر السريع لمصنع النبات [J].تكنولوجيا الهندسة الزراعية ، 2022،42 (22): 46-49.