Công nghệ kỹ thuật nông nghiệp làm vườn nhà kínhXuất bản lúc 17:30 ngày 14 tháng 10 năm 2022 tại Bắc Kinh

Với sự gia tăng liên tục của dân số toàn cầu, nhu cầu về thực phẩm của mọi người ngày càng tăng và các yêu cầu cao hơn về dinh dưỡng và an toàn thực phẩm được đặt ra.Canh tác cây trồng có năng suất cao và chất lượng cao là một biện pháp quan trọng để giải quyết vấn đề lương thực.Tuy nhiên, phương pháp nhân giống truyền thống mất nhiều thời gian để tạo ra những giống tốt, điều này làm hạn chế tiến độ nhân giống.Đối với cây trồng hàng năm tự thụ phấn, có thể mất 10~15 năm kể từ khi lai bố mẹ ban đầu cho đến khi tạo ra một giống mới.Vì vậy, để đẩy nhanh tiến độ chọn tạo giống cây trồng, việc nâng cao hiệu quả chọn giống, rút ​​ngắn thời gian thế hệ là cấp thiết.

Nhân giống nhanh có nghĩa là tối đa hóa tốc độ tăng trưởng của cây trồng, đẩy nhanh quá trình ra hoa và đậu quả, đồng thời rút ngắn chu kỳ nhân giống bằng cách kiểm soát các điều kiện môi trường trong phòng tăng trưởng môi trường được kiểm soát hoàn toàn khép kín.Nhà máy thực vật là một hệ thống nông nghiệp có thể đạt được sản xuất cây trồng hiệu quả cao thông qua kiểm soát môi trường có độ chính xác cao trong các cơ sở và đó là môi trường lý tưởng để nhân giống nhanh.Các điều kiện môi trường trồng trọt như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ CO2 trong nhà xưởng tương đối kiểm soát được, không hoặc ít bị ảnh hưởng bởi khí hậu bên ngoài.Trong điều kiện môi trường được kiểm soát, cường độ ánh sáng, thời gian chiếu sáng và nhiệt độ tốt nhất có thể đẩy nhanh các quá trình sinh lý khác nhau của thực vật, đặc biệt là quá trình quang hợp và ra hoa, do đó rút ngắn thời gian thế hệ sinh trưởng của cây trồng.Sử dụng công nghệ nhà máy thực vật để kiểm soát sự tăng trưởng và phát triển của cây trồng, thu hoạch trái cây trước, miễn là một số hạt giống có khả năng nảy mầm có thể đáp ứng nhu cầu nhân giống.

Photoperiod, yếu tố môi trường chính ảnh hưởng đến chu kỳ sinh trưởng của cây trồng

Chu kỳ ánh sáng đề cập đến sự xen kẽ của thời kỳ ánh sáng và thời kỳ tối trong một ngày.Chu kỳ ánh sáng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng, phát triển, ra hoa, đậu quả của cây trồng.Bằng cách cảm nhận sự thay đổi của chu kỳ ánh sáng, cây trồng có thể chuyển từ sinh trưởng sinh dưỡng sang sinh trưởng sinh sản và ra hoa, đậu quả hoàn chỉnh.Các giống cây trồng và kiểu gen khác nhau có các phản ứng sinh lý khác nhau đối với những thay đổi của quang kỳ.Thực vật ưa nắng dài, một khi thời gian nắng vượt quá độ dài nắng tới hạn, thời gian ra hoa thường được đẩy nhanh do kéo dài quang kỳ, chẳng hạn như yến mạch, lúa mì và lúa mạch.Cây trung tính, bất kể quang kỳ, sẽ nở hoa, chẳng hạn như lúa, ngô và dưa chuột.Các loại cây ngắn ngày, chẳng hạn như bông, đậu tương và kê, cần quang kỳ thấp hơn độ dài ánh nắng tới hạn để nở hoa.Trong điều kiện môi trường nhân tạo có ánh sáng 8h và nhiệt độ cao 30℃, thời gian ra hoa của rau dền sớm hơn 40 ngày so với môi trường ngoài đồng.Ở nghiệm thức chu kỳ sáng 16/8 h (sáng/tối) cả 7 kiểu gen lúa mạch đều nở sớm: Franklin (36 ngày), Gairdner (35 ngày), Gimmett (33 ngày), Commander (30 ngày), Fleet (29 ngày), Baudin (26 ngày) và Lockyer (25 ngày).

Trong môi trường nhân tạo, có thể rút ngắn thời gian sinh trưởng của lúa mì bằng cách sử dụng nuôi cấy phôi để lấy cây con, sau đó chiếu xạ trong 16 giờ và có thể tạo ra 8 thế hệ mỗi năm.Thời gian sinh trưởng của hạt đậu Hà Lan được rút ngắn từ 143 ngày trong môi trường đồng ruộng xuống còn 67 ngày trong nhà kính nhân tạo với ánh sáng 16h.Bằng cách tiếp tục kéo dài photoperiod đến 20 giờ và kết hợp nó với 21°C/16°C (ngày/đêm), thời gian sinh trưởng của hạt đậu có thể được rút ngắn xuống còn 68 ngày và tỷ lệ đậu hạt là 97,8%.Trong điều kiện môi trường được kiểm soát, sau khi xử lý quang kỳ 20 giờ, phải mất 32 ngày kể từ khi gieo hạt đến khi ra hoa và toàn bộ thời gian sinh trưởng là 62-71 ngày, ngắn hơn so với điều kiện ngoài đồng hơn 30 ngày.Trong điều kiện nhà kính nhân tạo với quang kỳ 22 giờ, thời gian ra hoa của lúa mì, lúa mạch, cải dầu và đậu xanh rút ngắn trung bình lần lượt là 22, 64, 73 và 33 ngày.Kết hợp với thu hoạch hạt sớm, tỷ lệ nảy mầm của hạt thu hoạch sớm có thể đạt trung bình lần lượt là 92%, 98%, 89% và 94%, hoàn toàn có thể đáp ứng nhu cầu chăn nuôi.Giống nhanh nhất có thể cho liên tục 6 thế hệ (lúa mì) và 7 thế hệ (lúa mì).Trong điều kiện quang kỳ 22 giờ, thời gian ra hoa của yến mạch giảm 11 ngày, 21 ngày sau khi ra hoa có thể đảm bảo ít nhất 5 hạt sống, mỗi năm có thể nhân liên tục 5 thế hệ.Trong nhà kính nhân tạo chiếu sáng 22 giờ, thời gian sinh trưởng của đậu lăng rút ngắn xuống còn 115 ngày và chúng có thể sinh sản 3-4 thế hệ một năm.Trong điều kiện chiếu sáng liên tục 24 giờ trong nhà lưới nhân tạo, chu kỳ sinh trưởng của cây lạc giảm từ 145 ngày xuống còn 89 ngày, có thể nhân giống được 4 lứa trong một năm.

Chất lượng ánh sáng

Ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng.Ánh sáng có thể kiểm soát sự ra hoa bằng cách tác động đến nhiều tế bào cảm quang.Tỷ lệ ánh sáng đỏ (R) so với ánh sáng xanh lam (B) rất quan trọng đối với sự ra hoa của cây trồng.Bước sóng ánh sáng đỏ 600 ~ 700nm chứa cực đại hấp thụ của chất diệp lục là 660nm, có thể thúc đẩy quá trình quang hợp một cách hiệu quả.Bước sóng ánh sáng xanh 400 ~ 500nm sẽ ảnh hưởng đến quang hướng thực vật, sự mở khí khổng và sự phát triển của cây con.Ở lúa mì, tỷ lệ ánh sáng đỏ so với ánh sáng xanh lam là khoảng 1, có thể kích thích ra hoa sớm nhất.Trong điều kiện chất lượng ánh sáng R:B=4:1, thời gian sinh trưởng của các giống đậu tương chín trung bình và chín muộn được rút ngắn từ 120 ngày xuống còn 63 ngày, chiều cao cây và sinh khối dinh dưỡng đều giảm nhưng năng suất hạt không bị ảnh hưởng. , có thể đáp ứng ít nhất một hạt trên mỗi cây và tỷ lệ nảy mầm trung bình của hạt chưa trưởng thành là 81,7%.Trong điều kiện chiếu sáng 10 giờ và bổ sung ánh sáng xanh, cây đậu tương trở nên ngắn và khỏe, nở hoa sau 23 ngày gieo, thành thục trong vòng 77 ngày và có thể sinh sản 5 thế hệ trong một năm.

Tỷ lệ ánh sáng đỏ so với ánh sáng đỏ xa (FR) cũng ảnh hưởng đến sự ra hoa của cây.Sắc tố cảm quang tồn tại ở hai dạng: hấp thụ ánh sáng đỏ xa (Pfr) và hấp thụ ánh sáng đỏ (Pr).Ở tỷ lệ R:FR thấp, các sắc tố cảm quang được chuyển đổi từ Pfr thành Pr, dẫn đến sự ra hoa của cây dài ngày.Sử dụng đèn LED để điều chỉnh R:FR(0,66~1,07) thích hợp có thể làm tăng chiều cao của cây, thúc đẩy sự ra hoa của cây dài ngày (chẳng hạn như rau muống và mõm chó) và ức chế sự ra hoa của cây ngắn ngày (chẳng hạn như cúc vạn thọ ).Khi R:FR lớn hơn 3,1 thì thời gian ra hoa của đậu lăng bị chậm lại.Giảm R:FR xuống 1,9 có thể đạt được hiệu quả ra hoa tốt nhất và nó có thể nở hoa vào ngày thứ 31 sau khi gieo.Ảnh hưởng của ánh sáng đỏ đến sự ức chế ra hoa được trung gian bởi sắc tố cảm quang Pr.Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi R:FR cao hơn 3,5 thì thời gian ra hoa của 5 loại cây họ đậu (đậu hà lan, đậu xanh, đậu tằm, đậu lăng và đậu lupin) sẽ bị chậm lại.Ở một số kiểu gen của rau dền và lúa, ánh sáng đỏ xa được sử dụng để thúc đẩy quá trình ra hoa lần lượt là 10 ngày và 20 ngày.

phân bón CO₂

CO₂là nguồn cacbon chính của quang hợp.CO nồng độ cao₂thường có thể thúc đẩy sự tăng trưởng và sinh sản của C3 hàng năm, trong khi CO nồng độ thấp₂có thể làm giảm năng suất tăng trưởng và sinh sản do hạn chế carbon.Ví dụ, hiệu suất quang hợp của thực vật C3, chẳng hạn như gạo và lúa mì, tăng lên khi tăng CO₂mức độ, dẫn đến sự gia tăng sinh khối và ra hoa sớm.Để nhận ra tác động tích cực của CO₂tăng nồng độ, có thể cần phải tối ưu hóa việc cung cấp nước và chất dinh dưỡng.Do đó, với điều kiện đầu tư không giới hạn, thủy canh có thể giải phóng hoàn toàn tiềm năng tăng trưởng của cây trồng.CO2 thấp₂nồng độ làm chậm thời gian ra hoa của Arabidopsis thaliana, trong khi CO cao₂nồng độ đẩy nhanh thời gian trỗ bông của lúa, rút ​​ngắn thời gian sinh trưởng của lúa còn 3 tháng, nhân giống được 4 lứa trong năm.Bằng cách bổ sung CO₂đến 785,7μmol/mol trong hộp tăng trưởng nhân tạo, chu kỳ sinh sản của giống đậu tương 'Enrei' được rút ngắn xuống còn 70 ngày và nó có thể sinh sản 5 thế hệ trong một năm.Khi khí CO₂nồng độ tăng lên 550μmol/mol, sự ra hoa của Cajanus cajan bị trì hoãn trong 8 ~ 9 ngày, thời gian đậu quả và chín cũng bị trì hoãn trong 9 ngày.Cajanus cajan tích lũy đường không hòa tan ở CO cao₂nồng độ, có thể ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu của cây và làm chậm quá trình ra hoa.Ngoài ra, trong phòng tăng trưởng với sự gia tăng CO₂, số lượng và chất lượng của hoa đậu tương tăng lên, thuận lợi cho việc lai tạo, tỷ lệ lai tạp của nó cao hơn nhiều so với đậu tương trồng ngoài đồng.

triển vọng tương lai

Nông nghiệp hiện đại có thể đẩy nhanh quá trình nhân giống cây trồng bằng phương pháp nhân giống thay thế và nhân giống cơ sở.Tuy nhiên, có một số nhược điểm trong các phương pháp này, chẳng hạn như yêu cầu nghiêm ngặt về địa lý, quản lý lao động tốn kém và điều kiện tự nhiên không ổn định, không thể đảm bảo thu hoạch hạt giống thành công.Việc nhân giống cơ sở bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu và thời gian bổ sung thế hệ bị hạn chế.Tuy nhiên, nhân giống bằng chỉ thị phân tử chỉ đẩy nhanh quá trình chọn lọc và xác định các tính trạng mục tiêu của nhân giống.Hiện nay, công nghệ nhân giống nhanh đã được áp dụng cho các loại Gramineae, Leguminosae, Cruciferae và các loại cây trồng khác.Tuy nhiên, nhân giống thế hệ nhanh của nhà máy thực vật hoàn toàn thoát khỏi ảnh hưởng của điều kiện khí hậu và có thể điều chỉnh môi trường sinh trưởng theo nhu cầu sinh trưởng và phát triển của thực vật.Kết hợp công nghệ nhân giống nhanh của nhà máy thực vật với nhân giống truyền thống, nhân giống bằng chỉ thị phân tử và các phương pháp nhân giống khác một cách hiệu quả, trong điều kiện nhân giống nhanh, có thể giảm thời gian cần thiết để thu được các dòng đồng hợp tử sau khi lai, đồng thời, các thế hệ đầu tiên có thể được được chọn lọc để rút ngắn thời gian cần thiết để thu được các tính trạng và thế hệ lai tạo lý tưởng.

Hạn chế chính của công nghệ nhân giống nhanh cây trồng trong các nhà máy là các điều kiện môi trường cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của các loại cây trồng khác nhau là khá khác nhau và phải mất một thời gian dài để có được các điều kiện môi trường để nhân giống nhanh các loại cây trồng mục tiêu.Đồng thời, do chi phí xây dựng và vận hành nhà máy của nhà máy cao nên khó thực hiện thí nghiệm nhân giống phụ gia quy mô lớn, điều này thường dẫn đến năng suất hạt giống hạn chế, điều này có thể hạn chế việc đánh giá đặc tính của đồng ruộng tiếp theo.Với việc cải tiến và cải tiến dần dần các thiết bị và công nghệ của nhà máy, chi phí xây dựng và vận hành của nhà máy đang giảm dần.Có thể tiếp tục tối ưu hóa công nghệ nhân giống nhanh và rút ngắn chu kỳ nhân giống bằng cách kết hợp hiệu quả công nghệ nhân giống nhanh của nhà máy với các kỹ thuật nhân giống khác.

KẾT THÚC

Thông tin trích dẫn

Lưu Khai Triết, Lưu Hầu Thành.Tiến độ nghiên cứu công nghệ nhân giống nhanh của nhà máy thực vật [J].Công nghệ Kỹ thuật Nông nghiệp, 2022,42(22):46-49.