Technoleg peirianneg amaethyddol garddwriaethol tŷ gwydrCyhoeddwyd am 17:30 ar Hydref 14, 2022 yn Beijing

Gyda chynnydd parhaus poblogaeth y byd, mae galw pobl am fwyd yn cynyddu o ddydd i ddydd, ac mae gofynion uwch yn cael eu cyflwyno ar gyfer maeth a diogelwch bwyd. Mae tyfu cnydau cynnyrch uchel ac o ansawdd uchel yn ffordd bwysig o ddatrys problemau bwyd. Fodd bynnag, mae'r dull bridio traddodiadol yn cymryd amser hir i feithrin mathau rhagorol, sy'n cyfyngu ar gynnydd bridio. Ar gyfer cnydau hunan-beillio blynyddol, gall gymryd 10 ~ 15 mlynedd o'r groesiad rhiant cychwynnol i gynhyrchu amrywiaeth newydd. Felly, er mwyn cyflymu cynnydd bridio cnydau, mae'n frys gwella effeithlonrwydd bridio a byrhau'r amser cynhyrchu.

Mae bridio cyflym yn golygu cynyddu cyfradd twf planhigion i'r eithaf, cyflymu blodeuo a ffrwytho, a byrhau'r cylch bridio trwy reoli amodau amgylcheddol mewn ystafell dyfu amgylchedd rheoledig cwbl gaeedig. Mae ffatri blanhigion yn system amaethyddol a all gyflawni cynhyrchu cnydau effeithlonrwydd uchel trwy reolaeth amgylcheddol manwl iawn mewn cyfleusterau, ac mae'n amgylchedd delfrydol ar gyfer bridio cyflym. Mae amodau'r amgylchedd plannu fel golau, tymheredd, lleithder a chrynodiad CO2 yn y ffatri yn gymharol reolaethadwy, ac nid ydynt yn cael eu heffeithio gan yr hinsawdd allanol neu lai. O dan amodau amgylcheddol rheoledig, gall y dwyster golau, yr amser golau a'r tymheredd gorau gyflymu amrywiol brosesau ffisiolegol planhigion, yn enwedig ffotosynthesis a blodeuo, a thrwy hynny fyrhau'r amser cynhyrchu twf cnydau. Gan ddefnyddio technoleg ffatri blanhigion i reoli twf a datblygiad cnydau, cynaeafu ffrwythau ymlaen llaw, cyn belled â bod ychydig o hadau â'r gallu egino yn gallu diwallu'r anghenion bridio.

Ffotogyfnod, y prif ffactor amgylcheddol sy'n effeithio ar gylchred twf cnydau

Mae cylch golau yn cyfeirio at newid cyfnod golau a chyfnod tywyllwch mewn diwrnod. Mae cylch golau yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar dwf, datblygiad, blodeuo a ffrwytho cnydau. Drwy synhwyro'r newid yn y cylch golau, gall cnydau newid o dwf llystyfol i dwf atgenhedlu a blodeuo a ffrwytho'n gyflawn. Mae gan wahanol fathau a genoteipiau cnydau wahanol ymatebion ffisiolegol i newidiadau ffotogyfnod. Planhigion heulwen hir, unwaith y bydd yr amser heulwen yn fwy na hyd critigol yr heulwen, mae'r amser blodeuo fel arfer yn cael ei gyflymu trwy ymestyn y ffotogyfnod, fel ceirch, gwenith a haidd. Bydd planhigion niwtral, waeth beth fo'r ffotogyfnod, yn blodeuo, fel reis, corn a chiwcymbr. Mae angen ffotogyfnod sy'n is na hyd critigol yr heulwen ar blanhigion diwrnod byr, fel cotwm, ffa soia a miled, i flodeuo. O dan amodau amgylchedd artiffisial o 8 awr o olau a thymheredd uchel o 30 ℃, mae amser blodeuo amaranth yn fwy na 40 diwrnod yn gynharach nag yn yr amgylchedd maes. O dan driniaeth cylch golau 16/8 awr (golau/tywyllwch), blodeuodd pob un o'r saith genoteip haidd yn gynnar: Franklin (36 diwrnod), Gairdner (35 diwrnod), Gimmett (33 diwrnod), Commander (30 diwrnod), Fleet (29 diwrnod), Baudin (26 diwrnod) a Lockyer (25 diwrnod).

O dan yr amgylchedd artiffisial, gellir byrhau cyfnod twf gwenith trwy ddefnyddio diwylliant embryo i gael eginblanhigion, ac yna eu harbelydru am 16 awr, a gellir cynhyrchu 8 cenhedlaeth bob blwyddyn. Byrhawyd cyfnod twf pys o 143 diwrnod mewn amgylchedd cae i 67 diwrnod mewn tŷ gwydr artiffisial gyda 16 awr o olau. Trwy ymestyn y ffotogyfnod ymhellach i 20 awr a'i gyfuno â 21°C/16°C (dydd/nos), gellir byrhau cyfnod twf pys i 68 diwrnod, ac mae'r gyfradd gosod hadau yn 97.8%. O dan yr amod amgylchedd rheoledig, ar ôl triniaeth ffotogyfnod 20 awr, mae'n cymryd 32 diwrnod o hau i flodeuo, ac mae'r cyfnod twf cyfan yn 62-71 diwrnod, sy'n fyrrach nag mewn amodau cae o fwy na 30 diwrnod. O dan yr amod tŷ gwydr artiffisial gyda ffotogyfnod 22 awr, mae amser blodeuo gwenith, haidd, rêp a ffacbys yn cael ei fyrhau 22, 64, 73 a 33 diwrnod ar gyfartaledd, yn y drefn honno. Ynghyd â chynaeafu hadau cynnar, gall cyfraddau egino hadau cynaeafu cynnar gyrraedd 92%, 98%, 89% a 94% ar gyfartaledd, yn y drefn honno, a all ddiwallu anghenion bridio yn llawn. Gall y mathau cyflymaf gynhyrchu 6 cenhedlaeth (gwenith) a 7 cenhedlaeth (gwenith) yn barhaus. O dan yr amod o gyfnod ffoto 22 awr, gostyngwyd amser blodeuo ceirch 11 diwrnod, a 21 diwrnod ar ôl blodeuo, gellid gwarantu o leiaf 5 had hyfyw, a gellid lluosogi pum cenhedlaeth yn barhaus bob blwyddyn. Yn y tŷ gwydr artiffisial gyda goleuo 22 awr, mae cyfnod twf corbys yn cael ei fyrhau i 115 diwrnod, a gallant atgenhedlu am 3-4 cenhedlaeth y flwyddyn. O dan yr amod oleuo parhaus 24 awr mewn tŷ gwydr artiffisial, mae cylch twf cnau daear yn cael ei leihau o 145 diwrnod i 89 diwrnod, a gellir ei luosogi am 4 cenhedlaeth mewn un flwyddyn.

Ansawdd golau

Mae golau yn chwarae rhan hanfodol yn nhwf a datblygiad planhigion. Gall golau reoli blodeuo trwy effeithio ar lawer o ffotoderbynyddion. Mae'r gymhareb o olau coch (R) i olau glas (B) yn bwysig iawn ar gyfer blodeuo cnydau. Mae tonfedd golau coch o 600 ~ 700nm yn cynnwys brig amsugno cloroffyl o 660nm, a all hyrwyddo ffotosynthesis yn effeithiol. Bydd tonfedd golau glas o 400 ~ 500nm yn effeithio ar ffototropiaeth planhigion, agoriad stomatal a thwf eginblanhigion. Mewn gwenith, mae'r gymhareb o olau coch i olau glas tua 1, a all ysgogi blodeuo cyn gynted â phosibl. O dan ansawdd golau R:B = 4: 1, byrhawyd cyfnod twf mathau ffa soia canol a hwyr-aeddfedu o 120 diwrnod i 63 diwrnod, a gostyngwyd uchder y planhigyn a biomas maethol, ond ni effeithiwyd ar gynnyrch yr hadau, a allai fodloni o leiaf un had fesul planhigyn, ac roedd cyfradd egino gyfartalog hadau anaeddfed yn 81.7%. O dan yr amod o oleuo 10 awr ac atchwanegiad golau glas, daeth planhigion ffa soia yn fyr ac yn gryf, blodeuasant 23 diwrnod ar ôl hau, aeddfedasant o fewn 77 diwrnod, a gallent atgenhedlu am 5 cenhedlaeth mewn blwyddyn.

Mae'r gymhareb o olau coch i olau coch pell (FR) hefyd yn effeithio ar flodeuo planhigion. Mae pigmentau ffotosensitif yn bodoli mewn dau ffurf: amsugno golau coch pell (Pfr) ac amsugno golau coch (Pr). Ar gymhareb R:FR isel, mae pigmentau ffotosensitif yn cael eu trosi o Pfr i Pr, sy'n arwain at flodeuo planhigion diwrnod hir. Gall defnyddio goleuadau LED i reoleiddio'r R:FR priodol (0.66 ~ 1.07) gynyddu uchder planhigion, hyrwyddo blodeuo planhigion diwrnod hir (megis gogoniant y bore a snapdragon), ac atal blodeuo planhigion diwrnod byr (megis melyn y gold). Pan fydd R:FR yn fwy na 3.1, mae amser blodeuo corbys yn cael ei ohirio. Gall lleihau R:FR i 1.9 gael yr effaith flodeuo orau, a gall flodeuo ar yr 31ain diwrnod ar ôl hau. Mae effaith golau coch ar atal blodeuo yn cael ei gyfryngu gan bigment ffotosensitif Pr. Mae astudiaethau wedi dangos pan fydd R:FR yn uwch na 3.5, y bydd amser blodeuo pum planhigyn codlys (pys, ffacbys, ffa llydan, corbys a lupin) yn cael ei ohirio. Mewn rhai genoteipiau o amaranth a reis, defnyddir golau coch pell i symud blodeuo ymlaen 10 diwrnod ac 20 diwrnod yn y drefn honno.

Gwrtaith CO₂

CO₂yw prif ffynhonnell carbon ffotosynthesis. CO crynodiad uchel₂fel arfer gall hyrwyddo twf ac atgenhedlu planhigion blynyddol C3, tra bod crynodiad isel o CO₂gall leihau'r cynnyrch twf ac atgenhedlu oherwydd cyfyngiad carbon. Er enghraifft, mae effeithlonrwydd ffotosynthetig planhigion C3, fel reis a gwenith, yn cynyddu gyda chynnydd CO₂lefel, gan arwain at gynnydd mewn biomas a blodeuo cynnar. Er mwyn gwireddu effaith gadarnhaol CO₂cynyddu crynodiad, efallai y bydd angen optimeiddio'r cyflenwad dŵr a maetholion. Felly, o dan yr amod o fuddsoddiad diderfyn, gall hydroponeg ryddhau potensial twf planhigion yn llawn. CO2 isel₂oedi crynodiad amser blodeuo Arabidopsis thaliana, tra bod CO uchel₂Cyflymodd crynodiad amser blodeuo reis, byrhaodd gyfnod twf reis i 3 mis, a lluosogodd 4 cenhedlaeth y flwyddyn. Trwy ychwanegu CO₂i 785.7μmol/mol yn y blwch twf artiffisial, byrhawyd cylch bridio'r amrywiaeth ffa soia 'Enrei' i 70 diwrnod, a gallai fridio 5 cenhedlaeth mewn un flwyddyn. Pan oedd y CO₂cynyddodd crynodiad i 550μmol/mol, gohiriwyd blodeuo Cajanus cajan am 8~9 diwrnod, ac oediwyd y ffrwyth yn gosod ac yn aeddfedu am 9 diwrnod hefyd. Cronnodd Cajanus cajan siwgr anhydawdd ar CO2 uchel₂crynodiad, a all effeithio ar drosglwyddiad signal planhigion ac oedi blodeuo. Yn ogystal, yn yr ystafell dyfu gyda mwy o CO₂, mae nifer ac ansawdd blodau ffa soia yn cynyddu, sy'n ffafriol i hybrideiddio, ac mae ei gyfradd hybrideiddio yn llawer uwch na chyfradd ffa soia a dyfir yn y cae.

Rhagolygon y dyfodol

Gall amaethyddiaeth fodern gyflymu'r broses o fridio cnydau trwy fridio amgen a bridio cyfleuster. Fodd bynnag, mae rhai diffygion yn y dulliau hyn, megis gofynion daearyddol llym, rheoli llafur drud ac amodau naturiol ansefydlog, na allant warantu cynaeafu hadau llwyddiannus. Mae bridio cyfleuster yn cael ei ddylanwadu gan amodau hinsoddol, ac mae'r amser ar gyfer ychwanegu cenedlaethau yn gyfyngedig. Fodd bynnag, dim ond cyflymu'r broses o ddewis a phenderfynu nodweddion targed bridio y mae bridio marcwyr moleciwlaidd yn ei wneud. Ar hyn o bryd, mae technoleg bridio cyflym wedi'i chymhwyso i Gramineae, Leguminosae, Cruciferae a chnydau eraill. Fodd bynnag, mae bridio cenedlaethau cyflym ffatri planhigion yn cael gwared ar ddylanwad amodau hinsoddol yn llwyr, a gall reoleiddio'r amgylchedd twf yn ôl anghenion twf a datblygiad planhigion. Gan gyfuno technoleg bridio cyflym ffatri planhigion â bridio traddodiadol, bridio marcwyr moleciwlaidd a dulliau bridio eraill yn effeithiol, o dan yr amod bridio cyflym, gellir lleihau'r amser sydd ei angen i gael llinellau homosygaidd ar ôl croesfridio, ac ar yr un pryd, gellir dewis y cenedlaethau cynnar i fyrhau'r amser sydd ei angen i gael nodweddion delfrydol a chenedlaethau bridio.

Y cyfyngiad allweddol ar dechnoleg bridio cyflym planhigion mewn ffatrïoedd yw bod yr amodau amgylcheddol sy'n ofynnol ar gyfer twf a datblygiad gwahanol gnydau yn eithaf gwahanol, ac mae'n cymryd amser hir i gael yr amodau amgylcheddol ar gyfer bridio cnydau targed yn gyflym. Ar yr un pryd, oherwydd cost uchel adeiladu a gweithredu ffatrïoedd planhigion, mae'n anodd cynnal arbrawf bridio ychwanegol ar raddfa fawr, sy'n aml yn arwain at gynnyrch hadau cyfyngedig, a all gyfyngu ar yr asesiad cymeriad maes dilynol. Gyda gwelliant graddol offer a thechnoleg ffatrïoedd planhigion, mae cost adeiladu a gweithredu ffatri blanhigion yn cael ei lleihau'n raddol. Mae'n bosibl optimeiddio'r dechnoleg bridio cyflym ymhellach a byrhau'r cylch bridio trwy gyfuno technoleg bridio cyflym ffatri blanhigion yn effeithiol â thechnegau bridio eraill.

DIWEDD

Gwybodaeth a ddyfynnwyd

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Ymchwil i gynnydd technoleg bridio cyflym ffatrïoedd planhigion [J]. Technoleg Peirianneg Amaethyddol, 2022,42(22):46-49.