Agrartechnik für den GewächshausgartenbauVeröffentlicht um 17:30 Uhr am 14. Oktober 2022 in Peking

Mit dem kontinuierlichen Wachstum der Weltbevölkerung steigt die Nachfrage der Menschen nach Nahrungsmitteln von Tag zu Tag und es werden höhere Anforderungen an die Ernährung und Sicherheit von Nahrungsmitteln gestellt.Der Anbau ertragreicher und qualitativ hochwertiger Pflanzen ist ein wichtiges Mittel zur Lösung von Ernährungsproblemen.Allerdings dauert die Züchtung hervorragender Sorten mit der traditionellen Züchtungsmethode sehr lange, was den Züchtungsfortschritt einschränkt.Bei einjährigen selbstbestäubenden Pflanzen kann es von der ersten Elternkreuzung bis zur Produktion einer neuen Sorte 10 bis 15 Jahre dauern.Um den Fortschritt der Pflanzenzüchtung zu beschleunigen, ist es daher dringend erforderlich, die Züchtungseffizienz zu verbessern und die Generationszeit zu verkürzen.

Schnelle Züchtung bedeutet, die Wachstumsrate von Pflanzen zu maximieren, Blüte und Fruchtbildung zu beschleunigen und den Züchtungszyklus zu verkürzen, indem die Umweltbedingungen in einem vollständig geschlossenen Wachstumsraum mit kontrollierter Umgebung kontrolliert werden.Pflanzenfabriken sind ein landwirtschaftliches System, das durch hochpräzise Umweltkontrolle in Anlagen eine hocheffiziente Pflanzenproduktion erreichen kann und eine ideale Umgebung für eine schnelle Züchtung darstellt.Die Bedingungen der Pflanzumgebung wie Licht, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und CO2-Konzentration in der Fabrik sind relativ kontrollierbar und werden vom Außenklima nicht oder nur in geringerem Maße beeinflusst.Unter kontrollierten Umgebungsbedingungen können die beste Lichtintensität, Lichtdauer und Temperatur verschiedene physiologische Prozesse von Pflanzen, insbesondere Photosynthese und Blüte, beschleunigen und so die Generationszeit des Pflanzenwachstums verkürzen.Einsatz von Pflanzenfabriktechnologie zur Steuerung des Pflanzenwachstums und der Pflanzenentwicklung, wobei Früchte im Voraus geerntet werden, solange nur wenige keimfähige Samen den Züchtungsbedarf decken können.

Photoperiode, der wichtigste Umweltfaktor, der den Wachstumszyklus der Pflanzen beeinflusst

Unter Lichtzyklus versteht man den Wechsel von Hell- und Dunkelperioden an einem Tag.Der Lichtzyklus ist ein wichtiger Faktor, der das Wachstum, die Entwicklung, die Blüte und die Fruchtbildung von Nutzpflanzen beeinflusst.Durch die Erkennung der Änderung des Lichtzyklus können Pflanzen vom vegetativen Wachstum zum reproduktiven Wachstum und zur vollständigen Blüte und Fruchtbildung übergehen.Verschiedene Nutzpflanzensorten und Genotypen reagieren unterschiedlich physiologisch auf Veränderungen der Photoperiode.Bei Pflanzen mit langem Sonnenschein wird die Blütezeit normalerweise durch die Verlängerung der Photoperiode beschleunigt, sobald die Sonnenscheindauer die kritische Sonnenscheindauer überschreitet, wie z. B. Hafer, Weizen und Gerste.Unabhängig von der Photoperiode blühen neutrale Pflanzen wie Reis, Mais und Gurken.Kurztagpflanzen wie Baumwolle, Sojabohnen und Hirse benötigen zum Blühen eine Photoperiode, die unter der kritischen Sonnenscheindauer liegt.Unter den künstlichen Umgebungsbedingungen von 8 Stunden Licht und 30 °C hoher Temperatur ist die Blütezeit von Amaranth mehr als 40 Tage früher als in der Freilandumgebung.Unter der Behandlung mit einem Lichtzyklus von 16/8 Stunden (hell/dunkel) blühten alle sieben Gerstengenotypen früh: Franklin (36 Tage), Gairdner (35 Tage), Gimmett (33 Tage), Commander (30 Tage), Fleet (29). Tage), Baudin (26 Tage) und Lockyer (25 Tage).

Unter der künstlichen Umgebung kann die Wachstumsperiode von Weizen verkürzt werden, indem man Embryokultur zur Gewinnung von Sämlingen verwendet und diese dann 16 Stunden lang bestrahlt, und jedes Jahr können 8 Generationen erzeugt werden.Die Wachstumsperiode der Erbse verkürzte sich von 143 Tagen im Freiland auf 67 Tage im künstlichen Gewächshaus mit 16 Stunden Licht.Durch eine weitere Verlängerung der Photoperiode auf 20 Stunden und die Kombination mit 21 °C/16 °C (Tag/Nacht) kann die Wachstumsperiode der Erbse auf 68 Tage verkürzt werden und die Samenbildungsrate beträgt 97,8 %.Unter der Bedingung einer kontrollierten Umgebung dauert es nach 20-stündiger photoperiodischer Behandlung 32 Tage von der Aussaat bis zur Blüte, und die gesamte Wachstumsperiode beträgt 62–71 Tage, was um mehr als 30 Tage kürzer ist als unter Freilandbedingungen.Unter der Bedingung eines künstlichen Gewächshauses mit 22 Stunden Photoperiode verkürzt sich die Blütezeit von Weizen, Gerste, Raps und Kichererbsen um durchschnittlich 22, 64, 73 bzw. 33 Tage.In Kombination mit der frühen Ernte der Samen können die Keimraten der Samen der frühen Ernte durchschnittlich 92 %, 98 %, 89 % bzw. 94 % erreichen, was den Anforderungen der Zucht voll und ganz gerecht wird.Die schnellsten Sorten können kontinuierlich 6 Generationen (Weizen) bzw. 7 Generationen (Weizen) produzieren.Unter der Bedingung einer 22-stündigen Photoperiode wurde die Blütezeit von Hafer um 11 Tage verkürzt, und 21 Tage nach der Blüte konnten mindestens 5 lebensfähige Samen garantiert und jedes Jahr fünf Generationen kontinuierlich vermehrt werden.Im künstlichen Gewächshaus mit 22-Stunden-Beleuchtung verkürzt sich die Wachstumszeit der Linsen auf 115 Tage und sie können sich 3-4 Generationen pro Jahr vermehren.Unter der Bedingung einer 24-Stunden-Dauerbeleuchtung in einem künstlichen Gewächshaus verkürzt sich der Wachstumszyklus der Erdnuss von 145 Tagen auf 89 Tage und sie kann in einem Jahr über 4 Generationen vermehrt werden.

Leichte Qualität

Licht spielt eine entscheidende Rolle für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen.Licht kann die Blüte steuern, indem es viele Photorezeptoren beeinflusst.Das Verhältnis von rotem Licht (R) zu blauem Licht (B) ist für die Blüte der Pflanzen sehr wichtig.Die Wellenlänge des roten Lichts von 600–700 nm enthält den Absorptionspeak von Chlorophyll von 660 nm, der die Photosynthese effektiv fördern kann.Die Wellenlänge des blauen Lichts von 400–500 nm beeinflusst den Phototropismus der Pflanzen, die Spaltöffnung und das Keimlingswachstum.Bei Weizen liegt das Verhältnis von rotem zu blauem Licht bei etwa 1, wodurch die Blüte frühestens ausgelöst werden kann.Unter der Lichtqualität von R:B=4:1 verkürzte sich die Wachstumsperiode mittel- und spätreifender Sojabohnensorten von 120 Tagen auf 63 Tage und die Pflanzenhöhe und die Nährstoffbiomasse wurden reduziert, der Samenertrag wurde jedoch nicht beeinträchtigt , was mindestens einen Samen pro Pflanze sättigen konnte, und die durchschnittliche Keimungsrate unreifer Samen betrug 81,7 %.Unter der Bedingung einer 10-stündigen Beleuchtung und einer Ergänzung mit blauem Licht wurden Sojabohnenpflanzen klein und stark, blühten 23 Tage nach der Aussaat, reiften innerhalb von 77 Tagen und konnten sich in einem Jahr über 5 Generationen fortpflanzen.

Auch das Verhältnis von Rotlicht zu Fernrotlicht (FR) beeinflusst die Blüte von Pflanzen.Lichtempfindliche Pigmente gibt es in zwei Formen: Absorption von fernem Rotlicht (Pfr) und Absorption von Rotlicht (Pr).Bei einem niedrigen R:FR-Verhältnis werden lichtempfindliche Pigmente von Pfr in Pr umgewandelt, was zur Blüte von Langtagpflanzen führt.Die Verwendung von LED-Leuchten zur Regulierung des geeigneten R:FR (0,66–1,07) kann die Pflanzenhöhe erhöhen, die Blüte von Langtagpflanzen (wie Prunkwinde und Löwenmäulchen) fördern und die Blüte von Kurztagpflanzen (wie Ringelblume) hemmen ).Wenn R:FR größer als 3,1 ist, verzögert sich die Blütezeit der Linsen.Eine Reduzierung von R:FR auf 1,9 kann den besten Blüheffekt erzielen und am 31. Tag nach der Aussaat blühen.Die Wirkung von rotem Licht auf die Blühhemmung wird durch das lichtempfindliche Pigment Pr vermittelt.Studien haben gezeigt, dass sich die Blütezeit von fünf Hülsenfrüchten (Erbse, Kichererbse, Saubohne, Linse und Lupine) verzögert, wenn R:FR höher als 3,5 ist.Bei einigen Genotypen von Amaranth und Reis wird tiefrotes Licht verwendet, um die Blüte um 10 bzw. 20 Tage vorzuziehen.

Düngemittel CO₂

CO₂ist die wichtigste Kohlenstoffquelle der Photosynthese.Hohe CO-Konzentration₂kann normalerweise das Wachstum und die Reproduktion von C3-Einjährigen fördern, während CO in geringer Konzentration vorhanden ist₂kann aufgrund der Kohlenstoffbegrenzung das Wachstum und die Reproduktionsausbeute verringern.Beispielsweise steigt die photosynthetische Effizienz von C3-Pflanzen wie Reis und Weizen mit der Zunahme von CO₂Dies führt zu einer Zunahme der Biomasse und einer frühen Blüte.Um die positiven Auswirkungen von CO zu erkennen₂Bei einer Konzentrationserhöhung kann es erforderlich sein, die Wasser- und Nährstoffversorgung zu optimieren.Unter der Voraussetzung unbegrenzter Investitionen kann die Hydrokultur daher das Wachstumspotenzial der Pflanzen voll ausschöpfen.CO-arm₂Die Konzentration verzögerte die Blütezeit von Arabidopsis thaliana, während eine hohe CO-Konzentration die Blütezeit von Arabidopsis thaliana verzögerte₂Die Konzentration beschleunigte die Blütezeit von Reis, verkürzte die Wachstumsperiode von Reis auf 3 Monate und vermehrte sich 4 Generationen pro Jahr.Durch die Ergänzung von CO₂Auf 785,7 μmol/mol in der künstlichen Wachstumsbox wurde der Zuchtzyklus der Sojasorte „Enrei“ auf 70 Tage verkürzt und es konnten 5 Generationen in einem Jahr entstehen.Als der CO₂Die Konzentration stieg auf 550 μmol/mol, die Blüte von Cajanus cajan verzögerte sich um 8 bis 9 Tage und der Fruchtansatz und die Reifezeit verzögerten sich ebenfalls um 9 Tage.Cajanus cajan sammelte bei hohem CO-Gehalt unlöslichen Zucker an₂Konzentration, die die Signalübertragung von Pflanzen beeinträchtigen und die Blüte verzögern kann.Darüber hinaus im Wachstumsraum mit erhöhtem CO₂, die Anzahl und Qualität der Sojabohnenblüten nehmen zu, was die Hybridisierung begünstigt, und ihre Hybridisierungsrate ist viel höher als die von auf dem Feld angebauten Sojabohnen.

Zukunftsaussichten

Die moderne Landwirtschaft kann den Prozess der Pflanzenzüchtung durch alternative Züchtung und Anlagenzüchtung beschleunigen.Diese Methoden weisen jedoch einige Mängel auf, wie z. B. strenge geografische Anforderungen, teures Arbeitsmanagement und instabile natürliche Bedingungen, die eine erfolgreiche Saatguternte nicht garantieren können.Die Zucht in der Einrichtung wird von den klimatischen Bedingungen beeinflusst und die Zeit für die Generationserweiterung ist begrenzt.Die Züchtung mit molekularen Markern beschleunigt jedoch nur die Auswahl und Bestimmung von Zuchtzielmerkmalen.Gegenwärtig wird die Schnellzüchtungstechnologie auf Gramineae, Leguminosae, Cruciferae und andere Nutzpflanzen angewendet.Bei der Züchtung von Pflanzenfabriken mit schneller Generation wird der Einfluss klimatischer Bedingungen jedoch vollständig beseitigt und die Wachstumsumgebung kann entsprechend den Anforderungen des Pflanzenwachstums und der Pflanzenentwicklung reguliert werden.Durch die effektive Kombination der Schnellzüchtungstechnologie in Pflanzenfabriken mit traditioneller Züchtung, molekularer Markerzüchtung und anderen Züchtungsmethoden kann unter der Bedingung einer schnellen Züchtung die Zeit, die erforderlich ist, um homozygote Linien nach der Hybridisierung zu erhalten, verkürzt und gleichzeitig die frühen Generationen verbessert werden ausgewählt, um die Zeit zu verkürzen, die erforderlich ist, um ideale Merkmale und Zuchtgenerationen zu erhalten.

Die wesentliche Einschränkung der Technologie zur schnellen Pflanzenzüchtung in Fabriken besteht darin, dass die für das Wachstum und die Entwicklung verschiedener Nutzpflanzen erforderlichen Umweltbedingungen sehr unterschiedlich sind und es lange dauert, die Umweltbedingungen für die schnelle Züchtung der Zielpflanzen zu erreichen.Gleichzeitig ist es aufgrund der hohen Kosten für den Bau und Betrieb einer Anlagenfabrik schwierig, groß angelegte Additivzüchtungsexperimente durchzuführen, was häufig zu einem begrenzten Saatgutertrag führt, was die anschließende Bewertung der Feldeigenschaften einschränken kann.Mit der schrittweisen Verbesserung und Verbesserung der Ausrüstung und Technologie der Anlagenfabrik werden die Bau- und Betriebskosten der Anlagenfabrik schrittweise gesenkt.Es ist möglich, die Schnellzüchtungstechnologie weiter zu optimieren und den Züchtungszyklus zu verkürzen, indem die Schnellzüchtungstechnologie der Pflanzenfabrik effektiv mit anderen Züchtungstechniken kombiniert wird.

ENDE

Zitierte Informationen

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Forschungsfortschritt der Schnellzüchtungstechnologie für Pflanzenfabriken [J].Agrartechnik, 2022,42(22):46-49.