Sera bahçecilik ziraat mühendisliği teknolojisiPekin'de 14 Ekim 2022 tarihinde 17:30 tarihinde yayınlandı

Küresel nüfusun sürekli artmasıyla birlikte insanların gıdaya olan talebi her geçen gün artmakta, gıda beslenmesi ve güvenliği için daha yüksek gereksinimler ortaya konulmaktadır.Yüksek verimli ve kaliteli mahsul yetiştirmek, gıda sorunlarını çözmek için önemli bir araçtır.Bununla birlikte, geleneksel ıslah yöntemiyle mükemmel çeşitlerin yetiştirilmesi uzun zaman alır ve bu da ıslahın ilerlemesini sınırlar.Yıllık kendi kendine tozlaşan mahsuller için, ilk ebeveyn melezlemesinden yeni bir çeşidin üretimine kadar 10-15 yıl sürebilir.Bu nedenle, mahsul ıslahının ilerlemesini hızlandırmak için, ıslah verimliliğini artırmak ve üretim süresini kısaltmak acildir.

Hızlı ıslah, tamamen kapalı kontrollü bir çevre yetiştirme odasında çevre koşullarını kontrol ederek bitkilerin büyüme hızını en üst düzeye çıkarmak, çiçeklenme ve meyve vermeyi hızlandırmak ve üreme döngüsünü kısaltmak anlamına gelir.Bitki fabrikası, tesislerde yüksek hassasiyetli çevre kontrolü ile yüksek verimli mahsul üretimi elde edebilen bir tarım sistemidir ve hızlı üreme için ideal bir ortamdır.Fabrikadaki ışık, sıcaklık, nem ve CO2 konsantrasyonu gibi ekim ortamı koşulları nispeten kontrol edilebilir ve dış iklimden etkilenmez veya daha az etkilenir.Kontrollü çevresel koşullar altında, en iyi ışık yoğunluğu, ışık süresi ve sıcaklığı, bitkilerin çeşitli fizyolojik süreçlerini, özellikle fotosentez ve çiçeklenmeyi hızlandırabilir, böylece mahsulün büyüme oluşum süresini kısaltabilir.Mahsul büyümesini ve gelişimini kontrol etmek için bitki fabrikası teknolojisini kullanmak, çimlenme kabiliyetine sahip birkaç tohum üreme ihtiyaçlarını karşılayabildiği sürece meyveleri önceden hasat etmek.

Ekin büyüme döngüsünü etkileyen ana çevresel faktör olan fotoperiyod

Işık döngüsü, bir gün içinde aydınlık dönem ile karanlık dönemin birbirini takip etmesini ifade eder.Işık döngüsü, mahsullerin büyümesini, gelişmesini, çiçeklenmesini ve meyve vermesini etkileyen önemli bir faktördür.Işık döngüsündeki değişikliği algılayarak, mahsuller vejetatif büyümeden üreme büyümesine ve tam çiçeklenme ve meyve vermeye geçebilir.Farklı mahsul çeşitleri ve genotipleri, fotoperiyot değişikliklerine farklı fizyolojik tepkiler verir.Yulaf, buğday ve arpa gibi uzun güneş ışığı alan bitkiler, güneşlenme süresi kritik güneşlenme uzunluğunu aştığında, çiçeklenme süresi genellikle fotoperyodun uzamasıyla hızlanır.Pirinç, mısır ve salatalık gibi nötr bitkiler, fotoperiyoda bakılmaksızın çiçek açacaktır.Pamuk, soya fasulyesi ve darı gibi kısa gün bitkilerinin çiçek açması için kritik güneşlenme süresinden daha kısa bir fotoperiyoda ihtiyacı vardır.8 saatlik ışık ve 30°C yüksek sıcaklıktaki yapay ortam koşullarında, amaranth'ın çiçeklenme süresi tarla ortamına göre 40 günden daha erkendir.16/8 saatlik ışık döngüsü (aydınlık/karanlık) işlemi altında, yedi arpa genotipinin tümü erken çiçek açtı: Franklin (36 gün), Gairdner (35 gün), Gimmett (33 gün), Commander (30 gün), Fleet (29) gün), Baudin (26 gün) ve Lockyer (25 gün).

Yapay ortamda ise embriyo kültürü kullanılarak fide elde edildikten sonra 16 saat ışınlama yapılarak buğdayın büyüme süresi kısaltılabilmekte ve her yıl 8 kuşak üretilebilmektedir.Bezelyenin büyüme süresi tarla ortamında 143 günden 16 saat ışıklı suni serada 67 güne kısalmıştır.Fotoperyodu 20 saate daha uzatarak ve 21°C/16°C(gündüz/gece) ile birleştirerek, bezelyenin büyüme süresi 68 güne kısaltılabilir ve tohum tutma oranı %97,8'dir.Kontrollü ortamda, 20 saatlik fotoperiyod uygulamasından sonra ekimden çiçeklenmeye kadar geçen süre 32 gündür ve tüm büyüme süresi 62-71 gündür, bu da tarla koşullarından 30 günden daha kısadır.22 saat fotoperiyotlu suni sera koşullarında buğday, arpa, kolza ve nohutta sırasıyla ortalama 22, 64, 73 ve 33 gün çiçeklenme süresi kısalmıştır.Erken hasat tohumları ile birleştiğinde, erken hasat tohumlarının çimlenme oranları ortalama olarak sırasıyla %92, %98, %89 ve %94'e ulaşarak ıslah ihtiyaçlarını tam olarak karşılayabilir.En hızlı çeşitler sürekli olarak 6 kuşak (buğday) ve 7 kuşak (buğday) üretebilir.22 saatlik fotoperiyot koşulu altında, yulafın çiçeklenme süresi 11 gün azaltılmış ve çiçeklenmeden 21 gün sonra en az 5 canlı tohum garanti edilebilmiş ve her yıl beş nesil sürekli olarak çoğaltılabilmiştir.22 saat aydınlatmalı suni serada mercimeklerin büyüme süresi 115 güne kısalıyor ve yılda 3-4 nesil üreyebiliyor.Yapay serada 24 saat sürekli aydınlatma koşulunda yer fıstığının büyüme döngüsü 145 günden 89 güne inmekte ve bir yılda 4 nesil üretilebilmektedir.

ışık kalitesi

Işık, bitkilerin büyümesinde ve gelişmesinde hayati bir rol oynar.Işık, birçok fotoreseptörü etkileyerek çiçeklenmeyi kontrol edebilir.Kırmızı ışığın (R) mavi ışığa (B) oranı, mahsulün çiçeklenmesi için çok önemlidir.600~700nm'lik kırmızı ışık dalga boyu, fotosentezi etkili bir şekilde teşvik edebilen 660nm'lik klorofilin absorpsiyon zirvesini içerir.400~500nm mavi ışık dalga boyu, bitki fototropizmini, stoma açıklığını ve fide büyümesini etkileyecektir.Buğdayda, kırmızı ışığın mavi ışığa oranı yaklaşık 1'dir ve bu da çiçeklenmeyi en erken başlatabilir.R:B=4:1 ışık kalitesi altında, orta ve geç olgunlaşan soya fasulyesi çeşitlerinin büyüme süresi 120 günden 63 güne kısalmış, bitki boyu ve besinsel biyokütle azalmış, ancak tohum verimi etkilenmemiştir. bitki başına en az bir tohumu tatmin edebilen ve olgunlaşmamış tohumların ortalama çimlenme oranı %81.7 idi.10 saat aydınlatma ve mavi ışık takviyesi koşulunda soya fasulyesi bitkileri kısa ve güçlü hale gelmiş, ekimden 23 gün sonra çiçek açmış, 77 günde olgunlaşmış ve bir yılda 5 nesil üretebilmiştir.

Kırmızı ışığın uzak kırmızı ışığa (FR) oranı da bitkilerin çiçeklenmesini etkiler.Işığa duyarlı pigmentler iki biçimde bulunur: uzak kırmızı ışık emilimi (Pfr) ve kırmızı ışık emilimi (Pr).Düşük bir R:FR oranında, ışığa duyarlı pigmentler Pfr'den Pr'ye dönüştürülür, bu da uzun gün bitkilerinin çiçeklenmesine yol açar.Uygun R:FR(0.66~1.07) değerini düzenlemek için LED ışıkların kullanılması bitki boyunu artırabilir, uzun gün bitkilerinin (sabah sefası ve aslanağzı gibi) çiçeklenmesini teşvik edebilir ve kısa gün bitkilerinin (kadife çiçeği gibi) çiçeklenmesini engelleyebilir. ).R:FR 3.1'den büyük olduğunda mercimeklerin çiçeklenme zamanı gecikir.R:FR'yi 1,9'a düşürmek en iyi çiçeklenme etkisini elde edebilir ve ekimden sonraki 31. günde çiçek açabilir.Kırmızı ışığın çiçeklenme inhibisyonu üzerindeki etkisine, ışığa duyarlı pigment Pr aracılık eder.Çalışmalar, R:FR 3.5'ten yüksek olduğunda, beş baklagil bitkisinin (bezelye, nohut, bakla, mercimek ve acı bakla) çiçeklenme zamanının gecikeceğine işaret etmiştir.Bazı amaranth ve pirinç genotiplerinde, çiçeklenmeyi sırasıyla 10 gün ve 20 gün ilerletmek için uzak kırmızı ışık kullanılır.

Gübre CO₂

CO₂fotosentezin ana karbon kaynağıdır.Yüksek konsantrasyonlu CO₂genellikle C3 yıllıklarının büyümesini ve çoğalmasını teşvik ederken, düşük konsantrasyonlu CO₂karbon sınırlaması nedeniyle büyüme ve üreme verimini azaltabilir.Örneğin, pirinç ve buğday gibi C3 bitkilerinin fotosentetik etkinliği, CO artışıyla artar.₂seviyesi, biyokütle artışı ve erken çiçeklenme ile sonuçlanır.CO'nun olumlu etkisini gerçekleştirmek için₂konsantrasyon artışı, su ve besin kaynağının optimize edilmesi gerekli olabilir.Bu nedenle, sınırsız yatırım koşulu altında, hidroponik, bitkilerin büyüme potansiyelini tamamen serbest bırakabilir.Düşük CO₂konsantrasyon, Arabidopsis thaliana'nın çiçeklenme zamanını geciktirirken, yüksek CO₂konsantrasyon, pirincin çiçeklenme zamanını hızlandırmış, pirincin büyüme süresini 3 aya kadar kısaltmış ve yılda 4 döl vermiştir.CO takviyesi yaparak₂yapay büyüme kutusunda 785.7μmol/mol'e, 'Enrei' soya fasulyesi çeşidinin üreme döngüsü 70 güne kısaltıldı ve bir yılda 5 nesil üretebildi.CO ne zaman₂konsantrasyon 550μmol/mol'e yükseltildi, Cajanus cajan'ın çiçeklenmesi 8~9 gün ertelendi ve meyve tutumu ve olgunlaşma süresi de 9 gün ertelendi.Cajanus cajan, yüksek CO'da çözünmeyen şeker biriktirdi₂bitkilerin sinyal iletimini etkileyebilecek ve çiçeklenmeyi geciktirebilecek konsantrasyon.Ayrıca, artan CO ile büyüme odasında₂, hibridizasyona elverişli olan soya fasulyesi çiçeklerinin sayısı ve kalitesi artar ve hibridizasyon oranı tarlada yetiştirilen soya fasulyesinden çok daha yüksektir.

Gelecek görünüşü

Modern tarım, alternatif ıslah ve tesis ıslahı yoluyla mahsul ıslah sürecini hızlandırabilir.Bununla birlikte, bu yöntemlerde başarılı tohum hasadını garanti edemeyen katı coğrafi gereklilikler, pahalı işgücü yönetimi ve istikrarsız doğal koşullar gibi bazı eksiklikler vardır.Tesis ıslahı iklim koşullarından etkilenir ve üretim ekleme süresi sınırlıdır.Bununla birlikte, moleküler markör ıslahı yalnızca ıslah hedef özelliklerinin seçimini ve belirlenmesini hızlandırır.Şu anda, hızlı yetiştirme teknolojisi Gramineae, Leguminosae, Cruciferae ve diğer mahsullere uygulanmaktadır.Bununla birlikte, bitki fabrikası hızlı nesil ıslahı, iklim koşullarının etkisinden tamamen kurtulur ve bitki büyüme ve gelişme ihtiyaçlarına göre büyüme ortamını düzenleyebilir.Bitki fabrikası hızlı ıslah teknolojisini geleneksel ıslah, moleküler işaretleyici ıslah ve diğer ıslah yöntemleriyle etkili bir şekilde birleştirmek, hızlı ıslah koşulu altında, hibridizasyondan sonra homozigot hatların elde edilmesi için gereken süre azaltılabilir ve aynı zamanda erken nesiller olabilir. ideal özellikleri ve üreme nesillerini elde etmek için gereken süreyi kısaltmak üzere seçilir.

Fabrikalarda hızlı bitki yetiştirme teknolojisinin temel sınırlaması, farklı mahsullerin büyümesi ve gelişmesi için gereken çevresel koşulların oldukça farklı olması ve hedef mahsullerin hızlı üremesi için çevresel koşulların elde edilmesinin uzun zaman almasıdır.Aynı zamanda, bitki fabrikası inşaatı ve işletiminin yüksek maliyeti nedeniyle, büyük ölçekli eklemeli ıslah deneylerini gerçekleştirmek zordur, bu da genellikle sınırlı tohum verimine yol açar ve bu da takip eden alan karakter değerlendirmesini sınırlayabilir.Tesis fabrikası ekipman ve teknolojisinin kademeli olarak iyileştirilmesi ve iyileştirilmesiyle, tesis fabrikasının inşaat ve işletme maliyeti kademeli olarak azaltılmaktadır.Bitki fabrikası hızlı yetiştirme teknolojisini diğer yetiştirme teknikleriyle etkili bir şekilde birleştirerek hızlı yetiştirme teknolojisini daha da optimize etmek ve yetiştirme döngüsünü kısaltmak mümkündür.

SON

Alıntılanan bilgiler

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Bitki fabrikası hızlı yetiştirme teknolojisinin araştırma ilerlemesi [J].Ziraat Mühendisliği Teknolojisi, 2022,42(22):46-49.