Sera bahçeciliği tarımsal mühendislik teknolojisi14 Ekim 2022 tarihinde saat 17:30'da Pekin'de yayınlandı.

Küresel nüfusun sürekli artmasıyla birlikte, insanların gıda talebi de gün geçtikçe artmakta ve gıda besin değeri ve güvenliği için daha yüksek gereksinimler ortaya konmaktadır. Yüksek verimli ve yüksek kaliteli ürünlerin yetiştirilmesi, gıda sorunlarının çözümünde önemli bir araçtır. Bununla birlikte, geleneksel ıslah yöntemi, mükemmel çeşitlerin yetiştirilmesi için uzun zaman almakta ve bu da ıslahın ilerlemesini sınırlamaktadır. Yıllık kendi kendine tozlaşan ürünler için, ilk ebeveyn çaprazlamasından yeni bir çeşidin üretimine kadar 10-15 yıl sürebilir. Bu nedenle, ürün ıslahının ilerlemesini hızlandırmak için, ıslah verimliliğini artırmak ve nesil süresini kısaltmak acil bir ihtiyaçtır.

Hızlı ıslah, tamamen kapalı, kontrollü bir ortamda yetiştirme odasında çevresel koşulları kontrol ederek bitkilerin büyüme hızını en üst düzeye çıkarmayı, çiçeklenmeyi ve meyve vermeyi hızlandırmayı ve ıslah döngüsünü kısaltmayı ifade eder. Bitki fabrikası, tesislerde yüksek hassasiyetli çevresel kontrol yoluyla yüksek verimli ürün üretimi sağlayabilen bir tarım sistemidir ve hızlı ıslah için ideal bir ortamdır. Fabrikadaki ışık, sıcaklık, nem ve CO2 konsantrasyonu gibi ekim ortamı koşulları nispeten kontrol edilebilir ve dış iklimden etkilenmez veya çok az etkilenir. Kontrollü çevresel koşullar altında, en iyi ışık yoğunluğu, ışık süresi ve sıcaklık, bitkilerin çeşitli fizyolojik süreçlerini, özellikle fotosentez ve çiçeklenmeyi hızlandırabilir, böylece ürün büyüme süresini kısaltabilir. Bitki fabrikası teknolojisi kullanılarak ürün büyümesi ve gelişimi kontrol edilir, meyveler önceden hasat edilir ve çimlenme yeteneğine sahip birkaç tohum bile ıslah ihtiyaçlarını karşılayabilir.

Fotoperiyot, bitki büyüme döngüsünü etkileyen başlıca çevresel faktördür.

Işık döngüsü, bir gün içindeki aydınlık ve karanlık dönemlerin değişimini ifade eder. Işık döngüsü, bitkilerin büyümesini, gelişimini, çiçeklenmesini ve meyve vermesini etkileyen önemli bir faktördür. Bitkiler, ışık döngüsündeki değişimi algılayarak vejetatif büyümeden üreme büyümesine geçebilir ve çiçeklenme ve meyve verme işlemlerini tamamlayabilirler. Farklı bitki çeşitleri ve genotipleri, fotoperiyot değişikliklerine farklı fizyolojik tepkiler verir. Uzun güneş ışığına ihtiyaç duyan bitkilerde, güneşlenme süresi kritik güneşlenme süresini aştığında, çiçeklenme zamanı genellikle fotoperiyodun uzamasıyla hızlanır; örneğin yulaf, buğday ve arpa. Nötr bitkiler, fotoperiyottan bağımsız olarak çiçek açar; örneğin pirinç, mısır ve salatalık. Kısa gün bitkileri, örneğin pamuk, soya fasulyesi ve darı, çiçek açmak için kritik güneşlenme süresinden daha düşük bir fotoperiyoda ihtiyaç duyar. 8 saat ışık ve 30℃ yüksek sıcaklık gibi yapay ortam koşullarında, amarantın çiçeklenme zamanı, tarla ortamına göre 40 günden fazla daha erkendir. 16/8 saatlik ışık döngüsü (ışık/karanlık) uygulaması altında, yedi arpa genotipinin tamamı 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, embriyo kültürü kullanılarak fide elde edilip 16 saat ışınlama uygulanarak buğdayın büyüme süresi kısaltılabilir ve yılda 8 nesil üretilebilir. Bezelyenin büyüme süresi, tarla ortamındaki 143 günden, 16 saat ışık uygulanan yapay serada 67 güne indirilmiştir. Fotoperiyodun 20 saate uzatılması ve 21°C/16°C (gündüz/gece) sıcaklık ile birleştirilmesiyle bezelyenin büyüme süresi 68 güne kadar kısaltılabilir ve tohum tutma oranı %97,8'e ulaşır. Kontrollü ortam koşullarında, 20 saatlik fotoperiyot uygulamasından sonra, ekimden çiçeklenmeye kadar geçen süre 32 gündür ve tüm büyüme süresi 62-71 gündür; bu da tarla koşullarına göre 30 günden fazla daha kısadır. 22 saatlik fotoperiyotlu yapay sera koşullarında, buğday, arpa, kolza ve nohutun çiçeklenme süreleri sırasıyla ortalama 22, 64, 73 ve 33 gün kısalmaktadır. Tohumların erken hasadı ile birlikte, erken hasat tohumlarının çimlenme oranları sırasıyla ortalama %92, %98, %89 ve %94'e ulaşarak ıslah ihtiyaçlarını tam olarak karşılayabilmektedir. En hızlı çeşitler, 6 nesil (buğday) ve 7 nesil (buğday) sürekli üretim yapabilmektedir. 22 saatlik fotoperiyot koşullarında, yulafın çiçeklenme süresi 11 gün kısalmakta ve çiçeklenmeden 21 gün sonra en az 5 canlı tohum elde edilebilmekte, böylece her yıl beş nesil sürekli olarak çoğaltılabilmektedir. 22 saatlik aydınlatmalı yapay serada, mercimeğin büyüme süresi 115 güne kadar kısalmakta ve yılda 3-4 nesil üreyebilmektedir. Yapay serada 24 saat kesintisiz aydınlatma koşullarında, yer fıstığının büyüme döngüsü 145 günden 89 güne düşüyor ve bir yılda 4 nesil çoğaltılabiliyor.

Işık kalitesi

Işık, bitkilerin büyüme ve gelişmesinde hayati bir rol oynar. Işık, birçok fotoreseptörü etkileyerek çiçeklenmeyi kontrol edebilir. Kırmızı ışık (R) ile mavi ışık (B) oranı, bitki çiçeklenmesi için çok önemlidir. 600~700 nm'lik kırmızı ışık dalga boyu, klorofilin 660 nm'lik emilim tepe noktasını içerir ve bu da fotosentezi etkili bir şekilde teşvik edebilir. 400~500 nm'lik mavi ışık dalga boyu ise bitki fototropizmini, stoma açıklığını ve fide büyümesini etkiler. Buğdayda, kırmızı ışık ile mavi ışık oranı yaklaşık 1'dir ve bu da en erken çiçeklenmeyi tetikleyebilir. R:B=4:1 ışık kalitesi altında, orta ve geç olgunlaşan soya fasulyesi çeşitlerinin büyüme süresi 120 günden 63 güne kısalmış, bitki boyu ve besin biyokütlesi azalmış, ancak tohum verimi etkilenmemiştir; bitki başına en az bir tohum elde edilmiş ve olgunlaşmamış tohumların ortalama çimlenme oranı %81,7 olmuştur. 10 saat aydınlatma ve mavi ışık takviyesi koşullarında, soya fasulyesi bitkileri kısa ve güçlü hale geldi, ekimden 23 gün sonra çiçek açtı, 77 gün içinde olgunlaştı ve bir yılda 5 nesil üreyebildi.

Kırmızı ışığın uzak kırmızı ışığa (FR) oranı da bitkilerin çiçeklenmesini etkiler. Işığa duyarlı pigmentler iki formda bulunur: uzak kırmızı ışık emilimi (Pfr) ve kırmızı ışık emilimi (Pr). Düşük R:FR oranında, ışığa duyarlı pigmentler Pfr'den Pr'ye dönüşür ve bu da uzun gün bitkilerinin çiçeklenmesine yol açar. Uygun R:FR oranını (0,66~1,07) düzenlemek için LED ışıklar kullanmak, bitki boyunu artırabilir, uzun gün bitkilerinin (örneğin sabah sefası ve aslanağzı) çiçeklenmesini teşvik edebilir ve kısa gün bitkilerinin (örneğin kadife çiçeği) çiçeklenmesini engelleyebilir. R:FR oranı 3,1'den büyük olduğunda, mercimeklerin çiçeklenme zamanı gecikir. R:FR oranını 1,9'a düşürmek en iyi çiçeklenme etkisini sağlayabilir ve ekimden 31 gün sonra çiçek açabilir. Kırmızı ışığın çiçeklenmeyi engelleme etkisi, ışığa duyarlı pigment Pr tarafından düzenlenir. Yapılan çalışmalar, R:FR oranının 3,5'ten yüksek olması durumunda beş baklagil bitkisinin (bezelye, nohut, bakla, mercimek ve acı bakla) çiçeklenme zamanının geciktiğini göstermiştir. Bazı amarant ve pirinç genotiplerinde ise uzak kırmızı ışık, çiçeklenmeyi sırasıyla 10 ve 20 gün öne çekmek için kullanılmaktadır.

Gübre CO₂

CO₂Fotosentezin ana karbon kaynağıdır. Yüksek konsantrasyonda CO₂₂Genellikle C3 yıllık bitkilerin büyümesini ve üremesini teşvik edebilirken, düşük konsantrasyonlu CO2 ise daha yüksek konsantrasyonlarda C3 yıllık bitkilerin büyümesini ve üremesini destekleyebilir.₂Karbon sınırlaması nedeniyle büyüme ve üreme verimi azalabilir. Örneğin, pirinç ve buğday gibi C3 bitkilerinin fotosentetik verimliliği, CO2 artışıyla birlikte artar.₂CO2 seviyesindeki artış, biyokütlenin artmasına ve erken çiçeklenmeye yol açar. CO2'nin olumlu etkisini gerçekleştirmek için₂Konsantrasyon artışıyla birlikte, su ve besin maddesi tedarikinin optimize edilmesi gerekebilir. Bu nedenle, sınırsız yatırım koşullarında, hidroponik yöntem bitkilerin büyüme potansiyelini tam olarak ortaya çıkarabilir. Düşük CO2₂Yüksek CO konsantrasyonu Arabidopsis thaliana'nın çiçeklenme zamanını geciktirirken, yüksek CO konsantrasyonu Arabidopsis thaliana'nın çiçeklenme zamanını geciktirdi.₂CO2 konsantrasyonu, pirincin çiçeklenme zamanını hızlandırdı, büyüme süresini 3 aya indirdi ve yılda 4 nesil çoğalmasını sağladı.₂Yapay büyüme kutusunda CO2 seviyesi 785,7 μmol/mol'e çıkarıldığında, 'Enrei' soya fasulyesi çeşidinin üreme döngüsü 70 güne kısaldı ve yılda 5 nesil üreyebildi.₂Konsantrasyon 550 μmol/mol'e yükseldiğinde, Cajanus cajan'ın çiçeklenmesi 8-9 gün gecikti ve meyve tutumu ve olgunlaşma süresi de 9 gün gecikti. Cajanus cajan, yüksek CO2 seviyelerinde çözünmeyen şeker biriktirdi.₂Bu durum, bitkilerin sinyal iletimini etkileyebilecek ve çiçeklenmeyi geciktirebilecek bir konsantrasyona yol açabilir. Ayrıca, CO2'nin arttığı büyüme odasında da bu durum gözlemlenebilir.₂Bu sayede soya fasulyesi çiçeklerinin sayısı ve kalitesi artar, bu da melezleşmeye elverişlidir ve melezleşme oranı tarlada yetiştirilen soya fasulyesine göre çok daha yüksektir.

Gelecek beklentileri

Modern tarım, alternatif ıslah ve tesis ıslahı yoluyla bitki ıslah sürecini hızlandırabilir. Bununla birlikte, bu yöntemlerin bazı dezavantajları vardır; örneğin, katı coğrafi gereksinimler, pahalı iş gücü yönetimi ve istikrarsız doğal koşullar, başarılı tohum hasadını garanti edemez. Tesis ıslahı iklim koşullarından etkilenir ve nesil ekleme süresi sınırlıdır. Ancak, moleküler işaretleyici ıslahı yalnızca ıslah hedef özelliklerinin seçimini ve belirlenmesini hızlandırır. Şu anda, hızlı ıslah teknolojisi Gramineae, Leguminosae, Cruciferae ve diğer bitkilerde 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 ıslahı ve diğer ıslah yöntemleriyle etkili bir şekilde birleştirerek, hızlı ıslah koşullarında, melezlemeden sonra homozigot hatların elde edilmesi için gereken süre azaltılabilir ve aynı zamanda, ideal özelliklerin ve ıslah nesillerinin elde edilmesi için gereken süreyi kısaltmak üzere erken nesiller seçilebilir.

Fabrikalarda bitki hızlı ıslah teknolojisinin en önemli sınırlaması, farklı bitkilerin büyüme ve gelişmesi için gereken çevresel koşulların oldukça farklı olması ve hedef bitkilerin hızlı ıslahı için gerekli çevresel koşulların elde edilmesinin uzun zaman almasıdır. Aynı zamanda, bitki fabrikasının inşa ve işletme maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle, büyük ölçekli eklemeli ıslah deneyleri yapmak zordur; bu da genellikle tohum veriminin sınırlı kalmasına ve takip eden saha karakter değerlendirmesinin kısıtlanmasına yol açabilir. Bitki fabrikası ekipman ve teknolojisinin kademeli olarak geliştirilmesi ve iyileştirilmesiyle, bitki fabrikasının inşa ve işletme maliyetleri giderek azalmaktadır. Bitki fabrikası hızlı ıslah teknolojisini diğer ıslah teknikleriyle etkili bir şekilde birleştirerek, hızlı ıslah teknolojisini daha da optimize etmek ve ıslah döngüsünü kısaltmak mümkündür.

SON

Alıntılanan bilgiler

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