Forceja hortikultura agrikultura inĝenieristika teknologioPublikigita je 17:30 la 14-an de oktobro 2022 en Pekino

Kun la kontinua kresko de la tutmonda loĝantaro, la bezono de homoj pri nutraĵoj kreskas ĉiutage, kaj pli altaj postuloj estas prezentitaj por nutraĵa nutrado kaj sekureco. Kultivado de alt-rendimentaj kaj altkvalitaj kultivaĵoj estas grava rimedo por solvi manĝproblemojn. Tamen, la tradicia bredmetodo bezonas longan tempon por kultivi bonegajn variaĵojn, kio limigas la progreson de bredado. Por ĉiujaraj mem-polenantaj kultivaĵoj, povas daŭri 10~15 jarojn de la komenca gepatra kruciĝo ĝis la produktado de nova variaĵo. Tial, por akceli la progreson de kultivaĵbredado, estas urĝe plibonigi la bredefikecon kaj mallongigi la generadtempon.

Rapida bredado signifas maksimumigi la kreskorapidecon de plantoj, akceli floradon kaj fruktadon, kaj mallongigi la bredadan ciklon per kontrolado de mediaj kondiĉoj en plene fermita kreskoĉambro kun kontrolita medio. Plantfabriko estas agrikultura sistemo, kiu povas atingi alt-efikan kultivaĵoproduktadon per alt-preciza media kontrolo en instalaĵoj, kaj ĝi estas ideala medio por rapida bredado. La plantadaj mediaj kondiĉoj kiel lumo, temperaturo, humideco kaj CO2-koncentriĝo en la fabriko estas relative kontroleblaj, kaj ne aŭ malpli estas influitaj de la ekstera klimato. Sub kontrolitaj mediaj kondiĉoj, la plej bona lumintenseco, lumtempo kaj temperaturo povas akceli diversajn fiziologiajn procezojn de plantoj, precipe fotosintezon kaj floradon, tiel mallongigante la generadan tempon de kultivaĵokresko. Uzante plantfabrikan teknologion por kontroli kultivaĵokreskon kaj disvolviĝon, oni povas rikolti fruktojn anticipe, kondiĉe ke kelkaj semoj kun ĝermkapablo povas kontentigi la bredadajn bezonojn.

Fotoperiodo, la ĉefa media faktoro influanta kultivaĵan kreskociklon

Lumciklo rilatas al la alternado de lumperiodo kaj mallumperiodo en tago. Lumciklo estas grava faktoro, kiu influas la kreskon, disvolviĝon, floradon kaj fruktadon de kultivaĵoj. Per sentado de la ŝanĝo de la lumciklo, kultivaĵoj povas ŝanĝi de vegetativa kresko al reprodukta kresko kaj kompleta florado kaj fruktado. Malsamaj kultivaĵvarioj kaj genotipoj havas malsamajn fiziologiajn respondojn al ŝanĝoj en la fotoperiodo. Ĉe longsunlumaj plantoj, post kiam la sunbrila tempo superas la kritikan sunbrilan daŭron, la flortempo kutime akceliĝas pro la plilongigo de la fotoperiodo, kiel ekzemple aveno, tritiko kaj hordeo. Neŭtralaj plantoj, sendepende de la fotoperiodo, floros, kiel ekzemple rizo, maizo kaj kukumo. Mallongtagaj plantoj, kiel ekzemple kotono, sojfabo kaj milio, bezonas fotoperiodon pli malaltan ol la kritika sunbrila daŭro por flori. Sub artefaritaj mediaj kondiĉoj de 8 horoj da lumo kaj 30℃ alta temperaturo, la flortempo de amaranto estas pli ol 40 tagojn pli frua ol en la kampa medio. Sub la traktado de 16/8-hora lumciklo (hela/malluma), ĉiuj sep hordeogenotipoj floris frue: Franklin (36 tagoj), Gairdner (35 tagoj), Gimmett (33 tagoj), Commander (30 tagoj), Fleet (29 tagoj), Baudin (26 tagoj) kaj Lockyer (25 tagoj).

Sub artefarita medio, la kreskoperiodo de tritiko povas esti mallongigita per uzado de embria kulturo por akiri plantidojn, kaj poste surradiado dum 16 horoj, kaj 8 generacioj povas esti produktitaj ĉiujare. La kreskoperiodo de pizo estis mallongigita de 143 tagoj en kampa medio ĝis 67 tagoj en artefarita forcejo kun 16-hora lumo. Per plua plilongigo de la fotoperiodo ĝis 20 horoj kaj kombinado de ĝi kun 21°C/16°C (tage/nokte), la kreskoperiodo de pizo povas esti mallongigita ĝis 68 tagoj, kaj la semo-meto-rapideco estas 97.8%. Sub kontrolita medio, post 20-hora fotoperioda traktado, daŭras 32 tagojn de semado ĝis florado, kaj la tuta kreskoperiodo estas 62-71 tagoj, kio estas pli mallonga ol tiu en kampaj kondiĉoj je pli ol 30 tagoj. Sub artefarita forcejo kun 22-hora fotoperiodo, la flortempo de tritiko, hordeo, kolzo kaj kikero estas mallongigita averaĝe je 22, 64, 73 kaj 33 tagoj respektive. Kombinite kun frua rikolto de semoj, la ĝermado-rapidecoj de fruaj rikoltitaj semoj povas atingi averaĝe 92%, 98%, 89% kaj 94% respektive, kio povas plene kontentigi la bezonojn de bredado. La plej rapidaj variaĵoj povas kontinue produkti 6 generaciojn (tritiko) kaj 7 generaciojn (tritiko). Sub la kondiĉo de 22-hora fotoperiodo, la flortempo de aveno reduktiĝis je 11 tagoj, kaj 21 tagojn post florado, almenaŭ 5 vivkapablaj semoj povus esti garantiitaj, kaj kvin generacioj povus esti kontinue multigitaj ĉiujare. En artefarita forcejo kun 22-hora lumigado, la kreskoperiodo de lentoj mallongiĝas al 115 tagoj, kaj ili povas reproduktiĝi dum 3-4 generacioj jare. Sub la kondiĉo de 24-hora kontinua lumigado en artefarita forcejo, la kreskociklo de arakido reduktiĝas de 145 tagoj al 89 tagoj, kaj ĝi povas esti multigigita dum 4 generacioj en unu jaro.

Lumkvalito

Lumo ludas gravan rolon en la kresko kaj disvolviĝo de plantoj. Lumo povas kontroli floradon per influo sur multajn fotoreceptorojn. La proporcio de ruĝa lumo (R) al blua lumo (B) estas tre grava por la florado de kultivaĵoj. La ondolongo de ruĝa lumo de 600~700nm enhavas la absorban pikon de klorofilo de 660nm, kiu povas efike antaŭenigi fotosintezon. La ondolongo de blua lumo de 400~500nm influos la fototropismon de plantoj, la malfermon de la stomatoj kaj la kreskon de plantidoj. Ĉe tritiko, la proporcio de ruĝa lumo al blua lumo estas ĉirkaŭ 1, kio povas plej frue indukti floradon. Sub la lumkvalito de R:B=4:1, la kreskoperiodo de mez- kaj malfru-maturaj sojfabaj variaĵoj mallongiĝis de 120 tagoj al 63 tagoj, kaj la planta alteco kaj nutra biomaso reduktiĝis, sed la semrendimento ne estis trafita, kio povis kontentigi almenaŭ unu semon por planto, kaj la averaĝa ĝermadofteco de nematuraj semoj estis 81.7%. Sub kondiĉoj de 10-hora lumigo kaj suplemento de blua lumo, sojfaboplantoj fariĝis mallongaj kaj fortaj, floris 23 tagojn post semado, maturiĝis ene de 77 tagoj, kaj povis reproduktiĝi dum 5 generacioj en unu jaro.

La proporcio de ruĝa lumo al fora ruĝa lumo (FR) ankaŭ influas la floradon de plantoj. Fotosentemaj pigmentoj ekzistas en du formoj: sorbado de fora ruĝa lumo (Pfr) kaj sorbado de ruĝa lumo (Pr). Ĉe malalta proporcio R:FR, fotosentemaj pigmentoj konvertiĝas de Pfr al Pr, kio kondukas al la florado de longtagaj plantoj. Uzante LED-lumojn por reguligi la taŭgan R:FR (0.66~1.07) oni povas pliigi la altecon de la plantoj, antaŭenigi la floradon de longtagaj plantoj (kiel ekzemple ipomo kaj antireno), kaj inhibicii la floradon de mallongtagaj plantoj (kiel ekzemple kalendulo). Kiam R:FR estas pli granda ol 3.1, la florado de lentoj malfruiĝas. Redukti R:FR al 1.9 povas atingi la plej bonan floradan efikon, kaj ili povas flori en la 31-a tago post semado. La efiko de ruĝa lumo sur florada inhibicio estas mediaciita de fotosentema pigmento Pr. Studoj montris, ke kiam R:FR estas pli alta ol 3.5, la flortempo de kvin guŝaj plantoj (pizo, kikero, fazeolo, lento kaj lupeno) malfruiĝos. Ĉe iuj genotipoj de amaranto kaj rizo, fora ruĝa lumo estas uzata por antaŭenigi floradon je 10 tagoj kaj 20 tagoj respektive.

Sterko CO₂

CO₂estas la ĉefa karbona fonto de fotosintezo. Alta koncentriĝo de CO2₂povas kutime antaŭenigi kreskon kaj reproduktadon de C3-jaruloj, dum malalta koncentriĝo de CO2₂povas redukti la kreskon kaj reproduktan rendimenton pro karbona limigo. Ekzemple, la fotosinteza efikeco de C3-plantoj, kiel rizo kaj tritiko, pliiĝas kun la pliiĝo de CO2₂nivelo, rezultante en pliiĝo de biomaso kaj frua florado. Por realigi la pozitivan efikon de CO2₂koncentriĝo pliiĝas, povas esti necese optimumigi akvo- kaj nutraĵprovizon. Tial, sub la kondiĉo de senlima investo, hidroponiko povas plene liberigi la kreskopotencialon de plantoj. Malalta CO2₂koncentriĝo prokrastis la flortempon de Arabidopsis thaliana, dum alta CO2₂koncentriĝo akcelis la flortempon de rizo, mallongigis la kreskoperiodon de rizo al 3 monatoj, kaj multigis 4 generaciojn jare. Per aldonado de CO₂ĝis 785,7 μmol/mol en la artefarita kreskokesto, la bredciklo de la sojfaba variaĵo 'Enrei' estis mallongigita al 70 tagoj, kaj ĝi povis bredi 5 generaciojn en unu jaro. Kiam la CO₂la koncentriĝo pliiĝis al 550μmol/mol, la florado de *Cajanus cajan* malfruiĝis je 8~9 tagoj, kaj la fruktoformiĝo kaj maturiĝo ankaŭ malfruiĝis je 9 tagoj. *Cajanus cajan* akumulis nesolveblan sukeron je alta CO2-nivelo.₂koncentriĝo, kiu povas influi la signaltransdonon de plantoj kaj prokrasti floradon. Krome, en la kreskoĉambro kun pliigita CO2₂, la nombro kaj kvalito de sojfabaj floroj pliiĝas, kio favoras hibridiĝon, kaj ĝia hibridiĝa indico estas multe pli alta ol tiu de sojfaboj kultivitaj en la kampo.

Estontaj perspektivoj

Moderna agrikulturo povas akceli la procezon de kultivaĵbredado per alternativa bredado kaj instalaĵa bredado. Tamen, ekzistas kelkaj mankoj en ĉi tiuj metodoj, kiel ekzemple striktaj geografiaj postuloj, multekosta laboradministrado kaj malstabilaj naturaj kondiĉoj, kiuj ne povas garantii sukcesan semrikolton. Instalaĵa bredado estas influita de klimataj kondiĉoj, kaj la tempo por generacia aldono estas limigita. Tamen, molekula markila bredado nur akcelas la selektadon kaj determinadon de bredadaj celaj trajtoj. Nuntempe, rapida breda teknologio estas aplikata al Gramineoj, Leguminoj, Kruciferoj kaj aliaj kultivaĵoj. Tamen, plantfabrika rapida generacia bredado tute seniĝas de la influo de klimataj kondiĉoj, kaj povas reguligi la kreskomedion laŭ la bezonoj de plantkresko kaj disvolviĝo. Kombinante plantfabrikan rapidan bredan teknologion kun tradicia bredado, molekula markila bredado kaj aliaj bredaj metodoj efike, sub la kondiĉoj de rapida bredado, la tempo bezonata por akiri homozygotajn liniojn post hibridigo povas esti reduktita, kaj samtempe, la fruaj generacioj povas esti selektitaj por mallongigi la tempon bezonatan por akiri idealajn trajtojn kaj bredajn generaciojn.

La ĉefa limigo de la teknologio de rapida bredado de plantoj en fabrikoj estas, ke la mediaj kondiĉoj necesaj por la kresko kaj disvolviĝo de malsamaj kultivaĵoj estas tre malsamaj, kaj necesas longa tempo por atingi la mediajn kondiĉojn por rapida bredado de la celaj kultivaĵoj. Samtempe, pro la altaj kostoj de konstruado kaj funkciigo de plantfabrikoj, estas malfacile efektivigi grandskalajn aldonajn bredadajn eksperimentojn, kio ofte kondukas al limigita semrendimento, kio povas limigi la postan taksadon de la karakterizaĵoj sur la kampo. Kun la laŭgrada plibonigo kaj perfektigo de la ekipaĵo kaj teknologio de plantfabrikoj, la konstruaj kaj funkciigaj kostoj de plantfabrikoj iom post iom reduktiĝas. Eblas plue optimumigi la teknologion de rapida bredado kaj mallongigi la bredadan ciklon per efika kombinado de la teknologio de rapida bredado de plantfabrikoj kun aliaj bredaj teknikoj.

FINO

Cititaj informoj

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Esplorprogreso pri rapida bredado en fabrikoj [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(22):46-49.