טכנולוגיית הנדסה חקלאית לגננות חממהפורסם בשעה 17:30 ב-14 באוקטובר 2022 בבייג'ינג

עם הגידול המתמשך של האוכלוסייה העולמית, הביקוש של אנשים למזון גדל מיום ליום, ודרישות גבוהות יותר מוצעות לתזונה ובטיחות מזון.גידול יבולים גבוהים ואיכותיים הוא אמצעי חשוב לפתרון בעיות מזון.עם זאת, לשיטת הרבייה המסורתית לוקח זמן רב עד לטפח זנים מצוינים, מה שמגביל את התקדמות הגידול.עבור גידולים שנתיים מאביקים עצמיים, ייתכן שיחלפו 10~15 שנים מחציית ההורים הראשונית ועד לייצור זן חדש.לכן, על מנת לזרז את התקדמות גידול הגידולים, דחוף לשפר את יעילות הרבייה ולקצר את זמן ההפקה.

רבייה מהירה פירושה למקסם את קצב הצמיחה של הצמחים, להאיץ את הפריחה והפרי, ולקצר את מחזור הרבייה על ידי שליטה בתנאי הסביבה בחדר גידול בסביבה מבוקרת סגורה לחלוטין.מפעל צמחים הוא מערכת חקלאית שיכולה להשיג ייצור יבולים ביעילות גבוהה באמצעות בקרה סביבתית מדויקת במתקנים, והיא מהווה סביבה אידיאלית לגידול מהיר.תנאי סביבת השתילה כגון אור, טמפרטורה, לחות וריכוז CO2 במפעל ניתנים לשליטה יחסית, ואינם מושפעים או פחות מהאקלים החיצוני.בתנאי סביבה מבוקרים, עוצמת האור, זמן האור והטמפרטורה הטובים ביותר יכולים להאיץ תהליכים פיזיולוגיים שונים של צמחים, בעיקר פוטוסינתזה ופריחה, ובכך לקצר את זמן ההפקה של גידול היבול.שימוש בטכנולוגיית מפעל צמחי לשליטה בגידול והתפתחות היבול, קצירת פירות מראש, כל עוד כמה זרעים בעלי יכולת נביטה יכולים לענות על צורכי הרבייה.

Photoperiod, הגורם הסביבתי העיקרי המשפיע על מחזור צמיחת היבול

מחזור אור מתייחס לחילופין של תקופת אור וחושך ביום.מחזור האור הוא גורם חשוב המשפיע על הצמיחה, ההתפתחות, הפריחה והפרי של יבולים.על ידי חישת השינוי במחזור האור, יבולים יכולים להשתנות מצמיחה וגטטיבית לגידול רבייה ולפריחה והפריה מלאה.לזני יבול וגנוטיפים שונים יש תגובות פיזיולוגיות שונות לשינויים בתקופת הצילום.צמחים בעלי שמש ארוכה, ברגע שזמן השמש עולה על אורך השמש הקריטי, זמן הפריחה מואץ בדרך כלל על ידי הארכת הפוטו-פרופ, כגון שיבולת שועל, חיטה ושעורה.צמחים ניטרליים, ללא קשר לפוטו-פרופ, יפרחו, כמו אורז, תירס ומלפפון.צמחים קצרי יום, כגון כותנה, סויה ודוחן, זקוקים לתקופת צילום נמוכה מאורך השמש הקריטי כדי לפרוח.בתנאי הסביבה המלאכותית של 8 שעות אור וטמפרטורה גבוהה של 30℃, זמן הפריחה של האמרנט מוקדם יותר מ-40 ימים מזה שבסביבת השדה.בטיפול של מחזור אור של 16/8 שעות (בהיר/כהה), כל שבעת הגנוטיפים של השעורה פרחו מוקדם: פרנקלין (36 ימים), גיירדנר (35 ימים), גימט (33 ימים), קומנדר (30 ימים), צי (29). ימים), באודין (26 ימים) ולוקר (25 ימים).

בסביבה המלאכותית, ניתן לקצר את תקופת הגידול של החיטה על ידי שימוש בתרבית עוברים להשגת שתילים, ולאחר מכן הקרנה למשך 16 שעות, וניתן לייצר 8 דורות מדי שנה.תקופת הגידול של אפונה התקצרה מ-143 ימים בסביבת שדה ל-67 ימים בחממה מלאכותית עם 16 שעות אור.על ידי הארכה נוספת של תקופת הצילום ל-20 שעות ושילובה עם 21 מעלות צלזיוס/16 מעלות צלזיוס (יום/לילה), ניתן לקצר את תקופת הצמיחה של האפונה ל-68 ימים, וקצב השקעת הזרעים הוא 97.8%.בתנאי סביבה מבוקרת, לאחר 20 שעות טיפול פוטו-תקופה, לוקח 32 ימים מהזריעה לפריחה, וכל תקופת הצמיחה היא 62-71 ימים, וזה קצר מזה בתנאי שדה ביותר מ-30 יום.בתנאי של חממה מלאכותית עם 22 שעות צילום, זמן הפריחה של חיטה, שעורה, לפתית וחומוס מתקצר ב-22, 64, 73 ו-33 ימים בממוצע, בהתאמה.בשילוב עם קטיף מוקדם של זרעים, שיעורי הנביטה של ​​זרעי קטיף מוקדם יכולים להגיע ל-92%, 98%, 89% ו-94% בממוצע, בהתאמה, מה שיכול לענות באופן מלא על צורכי הרבייה.הזנים המהירים ביותר יכולים לייצר ברציפות 6 דורות (חיטה) ו-7 דורות (חיטה).בתנאי של צילום של 22 שעות, זמן הפריחה של שיבולת שועל הצטמצם ב-11 ימים, ו-21 ימים לאחר הפריחה, ניתן היה להבטיח לפחות 5 זרעים ברי קיימא, וניתן היה להפיץ חמישה דורות ברציפות מדי שנה.בחממה המלאכותית עם תאורה של 22 שעות, תקופת הגידול של העדשים מתקצרת ל-115 ימים, והן יכולות להתרבות במשך 3-4 דורות בשנה.בתנאי של הארה רציפה של 24 שעות בחממה מלאכותית, מחזור הגידול של הבוטנים מצטמצם מ-145 ימים ל-89 ימים, וניתן להפיץ אותו במשך 4 דורות בשנה אחת.

איכות קלה

האור ממלא תפקיד חיוני בצמיחה והתפתחות של צמחים.אור יכול לשלוט בפריחה על ידי השפעה על קולטנים רבים.היחס בין אור אדום (R) לאור כחול (B) חשוב מאוד לפריחה של היבול.אורך הגל של האור האדום של 600 ~ 700 ננומטר מכיל את שיא הספיגה של כלורופיל של 660 ננומטר, שיכול לקדם ביעילות פוטוסינתזה.אורך הגל של האור הכחול של 400 ~ 500 ננומטר ישפיע על הפוטוטרופיזם של הצמח, פתיחת הסטומטית וצמיחת השתילים.בחיטה, היחס בין אור אדום לאור כחול הוא בערך 1, מה שיכול לגרום לפריחה לכל המוקדם.תחת איכות האור של R:B=4:1, קוצרה תקופת הגידול של זני סויה מתבגרים בינוניים ומאוחרים מ-120 יום ל-63 ימים, וגובה הצמח והביומסה התזונתית הופחתו, אך תנובת הזרעים לא נפגעה. , שיכול לספק לפחות זרע אחד לכל צמח, ושיעור הנביטה הממוצע של זרעים לא בשלים היה 81.7%.בתנאי תאורה של 10 שעות ותוסף אור כחול, צמחי סויה הפכו קצרים וחזקים, פרחו 23 ימים לאחר הזריעה, התבגרו תוך 77 ימים ויכלו להתרבות במשך 5 דורות בשנה אחת.

היחס בין אור אדום לאור אדום רחוק (FR) משפיע גם על פריחת הצמחים.פיגמנטים רגישים לאור קיימים בשתי צורות: קליטת אור אדום רחוק (Pfr) וספיגת אור אדום (Pr).ביחס R:FR נמוך, פיגמנטים רגישים לאור מומרים מ-Pfr ל-Pr, מה שמוביל לפריחה של צמחים ארוכי יום.שימוש בנורות LED כדי לווסת את ה-R:FR(0.66~1.07) המתאים יכול להגדיל את גובה הצמח, לקדם את פריחתם של צמחים ארוכי יום (כגון תהילת בוקר ולועיל), ולבלום את פריחתם של צמחים קצרי יום (כגון ציפורני חתול ).כאשר R:FR גדול מ-3.1, זמן הפריחה של העדשים מתעכב.הפחתת R:FR ל-1.9 יכולה לקבל את אפקט הפריחה הטוב ביותר, והיא יכולה לפרוח ביום ה-31 לאחר הזריעה.השפעת האור האדום על עיכוב הפריחה מתווכת על ידי פיגמנט רגיש לאור Pr.מחקרים הצביעו על כך שכאשר R:FR גבוה מ-3.5, זמן הפריחה של חמישה צמחי קטניות (אפונה, חומוס, שעועית רחבה, עדשים ותורמוס) יתעכב.בגנוטיפים מסוימים של אמרנט ואורז, אור אדום רחוק משמש כדי לקדם את הפריחה ב-10 ימים ו-20 ימים בהתאמה.

חברת דשן₂

CO₂הוא מקור הפחמן העיקרי לפוטוסינתזה.CO בריכוז גבוה₂יכול בדרך כלל לקדם את הצמיחה והרבייה של צמחים חד-שנתיים, בעוד ריכוז נמוך של CO₂עשוי להפחית את תפוקת הצמיחה והרבייה עקב הגבלת פחמן.לדוגמה, היעילות הפוטוסינתטית של צמחי C3, כגון אורז וחיטה, עולה עם העלייה ב-CO₂רמה, וכתוצאה מכך עלייה של ביומסה ופריחה מוקדמת.על מנת לממש את ההשפעה החיובית של CO₂עלייה בריכוז, ייתכן שיהיה צורך לייעל את אספקת המים והחומרים התזונתיים.לכן, בתנאי של השקעה בלתי מוגבלת, הידרופוניקה יכולה לשחרר באופן מלא את פוטנציאל הצמיחה של צמחים.CO נמוך₂ריכוז עיכב את זמן הפריחה של Arabidopsis thaliana, בעוד CO גבוה₂הריכוז האיץ את זמן הפריחה של האורז, קיצר את תקופת הגידול של האורז ל-3 חודשים והתפשט 4 דורות בשנה.על ידי השלמת CO₂ל-785.7μmol/mol בקופסת הגידול המלאכותית, מחזור הרבייה של זן סויה 'Enrei' התקצר ל-70 יום, והוא יכול היה להתרבות 5 דורות בשנה אחת.כאשר CO₂הריכוז עלה ל-550μmol/mol, הפריחה של Cajanus cajan נדחתה במשך 8~9 ימים, וגם שקיעת הפרי וזמן ההבשלה עוכבו במשך 9 ימים.Cajanus cajan צבר סוכר בלתי מסיס בCO גבוה₂ריכוז, שעלול להשפיע על העברת האותות של צמחים ולעכב את הפריחה.בנוסף, בחדר הגידול עם CO מוגבר₂, גדל מספרם ואיכותם של פרחי הסויה, דבר המסייע להכלאה, וקצב ההכלאה שלו גבוה בהרבה מזה של פולי הסויה הגדלים בשדה.

סיכויי עתיד

חקלאות מודרנית יכולה להאיץ את תהליך גידול יבולים באמצעות גידול אלטרנטיבי וגידול מתקנים.עם זאת, ישנם כמה חסרונות בשיטות אלו, כגון דרישות גיאוגרפיות מחמירות, ניהול עבודה יקר ותנאים טבעיים לא יציבים, אשר אינם יכולים להבטיח קציר זרעים מוצלח.רביית המתקנים מושפעת מתנאי האקלים, והזמן להוספת הדור מוגבל.עם זאת, רביית סמנים מולקולריים רק מאיצה את הבחירה והקביעה של תכונות יעד רבייה.נכון לעכשיו, טכנולוגיית רבייה מהירה יושמה לגרמינאים, לגומינוזים, צלבונים וגידולים אחרים.עם זאת, רבייה מהירה של מפעלי הצמחים נפטרת לחלוטין מהשפעת תנאי האקלים, ויכולה לווסת את סביבת הגידול בהתאם לצרכי הצמיחה וההתפתחות של הצמח.שילוב של טכנולוגיית רבייה מהירה של מפעל צמחים עם רבייה מסורתית, רבייה סמנים מולקולריים ושיטות רבייה אחרות בצורה יעילה, בתנאי רבייה מהירה, ניתן להפחית את הזמן הדרוש להשגת קווים הומוזיגוטים לאחר הכלאה, ובמקביל, ניתן להפחית את הדורות המוקדמים. נבחר כדי לקצר את הזמן הנדרש להשגת תכונות אידיאליות ודורות רבייה.

המגבלה המרכזית של טכנולוגיית הרבייה המהירה של צמחים במפעלים היא שהתנאים הסביבתיים הנדרשים לגידול ופיתוח של גידולים שונים שונים למדי, ולוקח זמן רב עד לקבלת התנאים הסביבתיים לגידול מהיר של גידולי יעד.יחד עם זאת, בגלל העלות הגבוהה של הקמת מפעל ותפעול, קשה לבצע ניסוי רבייה תוספים בקנה מידה גדול, אשר מוביל לרוב ליבול זרעים מוגבל, מה שעלול להגביל את הערכת אופי השדה ההמשך.עם שיפור ושיפור הדרגתי של הציוד והטכנולוגיה של מפעל המפעל, עלות הבנייה והתפעול של מפעל המפעל מופחתת בהדרגה.ניתן לייעל עוד יותר את טכנולוגיית הרבייה המהירה ולקצר את מחזור הרבייה על ידי שילוב יעיל של טכנולוגיית הרבייה המהירה של מפעל הצמחים עם טכניקות רבייה אחרות.

סוֹף

מידע מצוטט

ליו קאיז'ה, ליו הוצ'נג.התקדמות המחקר של טכנולוגיית הרבייה המהירה של מפעל הצמחים [J].טכנולוגיה הנדסית חקלאית, 2022,42(22):46-49.