Tecnología de ingeniería agrícola hortícola de invernadero.Publicado a las 17:30 el 14 de octubre de 2022 en Beijing

Con el aumento continuo de la población mundial, la demanda de alimentos por parte de las personas aumenta día a día, y se presentan mayores requisitos para la nutrición y la seguridad de los alimentos.Cultivar cultivos de alto rendimiento y alta calidad es un medio importante para resolver los problemas alimentarios.Sin embargo, el método de mejoramiento tradicional requiere mucho tiempo para cultivar variedades excelentes, lo que limita el progreso del mejoramiento.Para los cultivos anuales de autopolinización, pueden pasar de 10 a 15 años desde el cruce inicial de los padres hasta la producción de una nueva variedad.Por lo tanto, para acelerar el progreso de la reproducción de cultivos, es urgente mejorar la eficiencia de reproducción y acortar el tiempo de generación.

La reproducción rápida significa maximizar la tasa de crecimiento de las plantas, acelerar la floración y la fructificación, y acortar el ciclo de reproducción mediante el control de las condiciones ambientales en una sala de crecimiento de ambiente controlado completamente cerrada.La fábrica de plantas es un sistema agrícola que puede lograr una producción de cultivos de alta eficiencia a través de un control ambiental de alta precisión en las instalaciones, y es un entorno ideal para una reproducción rápida.Las condiciones del entorno de plantación, como la luz, la temperatura, la humedad y la concentración de CO2 en la fábrica, son relativamente controlables y no se ven o menos afectadas por el clima externo.Bajo condiciones ambientales controladas, la mejor intensidad de luz, tiempo de luz y temperatura pueden acelerar varios procesos fisiológicos de las plantas, especialmente la fotosíntesis y la floración, acortando así el tiempo de generación del crecimiento del cultivo.Usar tecnología de fábrica de plantas para controlar el crecimiento y desarrollo de los cultivos, cosechar frutos por adelantado, siempre que unas pocas semillas con capacidad de germinación puedan satisfacer las necesidades de reproducción.

El fotoperíodo, el principal factor ambiental que afecta el ciclo de crecimiento de los cultivos

El ciclo de luz se refiere a la alternancia del período de luz y el período de oscuridad en un día.El ciclo de luz es un factor importante que afecta el crecimiento, desarrollo, floración y fructificación de los cultivos.Al detectar el cambio del ciclo de luz, los cultivos pueden cambiar del crecimiento vegetativo al crecimiento reproductivo y completar la floración y la fructificación.Diferentes variedades de cultivos y genotipos tienen diferentes respuestas fisiológicas a los cambios de fotoperíodo.Plantas de mucho sol, una vez que el tiempo de sol supera la duración crítica del sol, el tiempo de floración suele acelerarse por la prolongación del fotoperíodo, como la avena, el trigo y la cebada.Florecerán plantas neutras, independientemente del fotoperiodo, como el arroz, el maíz y el pepino.Las plantas de día corto, como el algodón, la soja y el mijo, necesitan un fotoperíodo inferior a la duración crítica de la luz solar para florecer.Bajo las condiciones ambientales artificiales de 8 horas de luz y 30 ℃ de temperatura alta, el tiempo de floración del amaranto es más de 40 días antes que en el ambiente de campo.Bajo el tratamiento de ciclo de luz de 16/8 h (luz/oscuridad), los siete genotipos de cebada florecieron temprano: Franklin (36 días), Gairdner (35 días), Gimmett (33 días), Commander (30 días), Fleet (29 días), Baudin (26 días) y Lockyer (25 días).

Bajo el ambiente artificial, el período de crecimiento del trigo se puede acortar mediante el cultivo de embriones para obtener plántulas y luego irradiar durante 16 horas, y se pueden producir 8 generaciones cada año.El período de crecimiento del guisante se acortó de 143 días en ambiente de campo a 67 días en invernadero artificial con 16 horas de luz.Prolongando aún más el fotoperíodo a 20 h y combinándolo con 21 °C/16 °C (día/noche), el período de crecimiento del guisante se puede acortar a 68 días y la tasa de formación de semillas es del 97,8 %.En condiciones de ambiente controlado, después de un tratamiento de fotoperíodo de 20 horas, transcurren 32 días desde la siembra hasta la floración, y el período de crecimiento total es de 62 a 71 días, que es más corto que en condiciones de campo en más de 30 días.En condiciones de invernadero artificial con fotoperíodo de 22 h, el tiempo de floración del trigo, la cebada, la colza y el garbanzo se acorta en 22, 64, 73 y 33 días de media, respectivamente.En combinación con la cosecha temprana de semillas, las tasas de germinación de las semillas de cosecha temprana pueden alcanzar el 92 %, 98 %, 89 % y 94 % en promedio, respectivamente, lo que puede satisfacer completamente las necesidades de reproducción.Las variedades más rápidas pueden producir continuamente 6 generaciones (trigo) y 7 generaciones (trigo).Bajo la condición de fotoperíodo de 22 horas, el tiempo de floración de la avena se redujo en 11 días, y 21 días después de la floración, se pudieron garantizar al menos 5 semillas viables y cinco generaciones se pudieron propagar continuamente cada año.En el invernadero artificial con iluminación de 22 horas, el período de crecimiento de las lentejas se acorta a 115 días y pueden reproducirse durante 3-4 generaciones al año.En condiciones de iluminación continua las 24 horas en un invernadero artificial, el ciclo de crecimiento del maní se reduce de 145 días a 89 días y se puede propagar durante 4 generaciones en un año.

Calidad de la luz

La luz juega un papel vital en el crecimiento y desarrollo de las plantas.La luz puede controlar la floración al afectar muchos fotorreceptores.La proporción de luz roja (R) a luz azul (B) es muy importante para la floración del cultivo.La longitud de onda de la luz roja de 600~700nm contiene el pico de absorción de clorofila de 660nm, que puede promover la fotosíntesis de manera efectiva.La longitud de onda de la luz azul de 400~500nm afectará el fototropismo de la planta, la apertura del estoma y el crecimiento de las plántulas.En el trigo, la proporción de luz roja a luz azul es de aproximadamente 1, lo que puede inducir la floración lo antes posible.Bajo la calidad de luz R:B=4:1, el período de crecimiento de las variedades de soya de maduración media y tardía se acortó de 120 días a 63 días, y la altura de la planta y la biomasa nutricional se redujeron, pero el rendimiento de la semilla no se vio afectado. , que pudo satisfacer al menos una semilla por planta, y la tasa de germinación promedio de semillas inmaduras fue de 81.7%.En condiciones de iluminación de 10 h y suplemento de luz azul, las plantas de soja se volvieron bajas y fuertes, florecieron 23 días después de la siembra, maduraron en 77 días y pudieron reproducirse durante 5 generaciones en un año.

La proporción de luz roja a luz roja lejana (FR) también afecta la floración de las plantas.Los pigmentos fotosensibles existen en dos formas: absorción de luz roja lejana (Pfr) y absorción de luz roja (Pr).Con una relación R:FR baja, los pigmentos fotosensibles se convierten de Pfr a Pr, lo que conduce a la floración de plantas de día largo.El uso de luces LED para regular el R:FR (0.66~1.07) apropiado puede aumentar la altura de la planta, promover la floración de las plantas de día largo (como la campanilla y la boca de dragón) e inhibir la floración de las plantas de día corto (como la caléndula). ).Cuando R:FR es superior a 3,1, el tiempo de floración de las lentejas se retrasa.Reducir R:FR a 1.9 puede obtener el mejor efecto de floración y puede florecer el día 31 después de la siembra.El efecto de la luz roja sobre la inhibición de la floración está mediado por el pigmento fotosensible Pr.Los estudios han señalado que cuando R:FR es superior a 3,5, el tiempo de floración de cinco plantas leguminosas (guisante, garbanzo, haba, lenteja y chocho) se retrasará.En algunos genotipos de amaranto y arroz se utiliza luz roja lejana para adelantar la floración 10 y 20 días respectivamente.

Fertilizante CO₂

CO₂es la principal fuente de carbono de la fotosíntesis.CO de alta concentración₂generalmente puede promover el crecimiento y la reproducción de las plantas anuales C3, mientras que la baja concentración de CO₂puede reducir el rendimiento de crecimiento y reproducción debido a la limitación de carbono.Por ejemplo, la eficiencia fotosintética de las plantas C3, como el arroz y el trigo, aumenta con el aumento de CO₂nivel, lo que se traduce en el aumento de la biomasa y la floración temprana.Para realizar el impacto positivo del CO₂aumento de la concentración, puede ser necesario optimizar el suministro de agua y nutrientes.Por lo tanto, bajo la condición de una inversión ilimitada, la hidroponía puede liberar completamente el potencial de crecimiento de las plantas.CO bajo₂concentración retrasó el tiempo de floración de Arabidopsis thaliana, mientras que el alto CO₂La concentración aceleró el tiempo de floración del arroz, acortó el período de crecimiento del arroz a 3 meses y propagó 4 generaciones al año.Complementando CO₂a 785,7 μmol/mol en la caja de crecimiento artificial, el ciclo de reproducción de la variedad de soja 'Enrei' se acortó a 70 días y podría producir 5 generaciones en un año.Cuando el CO₂la concentración aumentó a 550 μmol/mol, la floración de Cajanus cajan se retrasó de 8 a 9 días, y el tiempo de cuajado y maduración de la fruta también se retrasó 9 días.Cajanus cajan azúcar insoluble acumulada a alto CO₂concentración, que puede afectar la transmisión de señales de las plantas y retrasar la floración.Además, en la sala de crecimiento con aumento de CO₂, aumenta el número y la calidad de las flores de soja, lo que favorece la hibridación, y su tasa de hibridación es mucho más alta que la de la soja cultivada en el campo.

Perspectivas de futuro

La agricultura moderna puede acelerar el proceso de mejoramiento de cultivos por medio de mejoramiento alternativo y mejoramiento en instalaciones.Sin embargo, existen algunas deficiencias en estos métodos, como requisitos geográficos estrictos, gestión de mano de obra costosa y condiciones naturales inestables, que no pueden garantizar una cosecha de semillas exitosa.La crianza en instalaciones está influenciada por las condiciones climáticas, y el tiempo para la adición de generación es limitado.Sin embargo, el mejoramiento de marcadores moleculares solo acelera la selección y determinación de los rasgos objetivo de mejoramiento.En la actualidad, la tecnología de mejoramiento rápido se ha aplicado a Gramineae, Leguminosae, Cruciferae y otros cultivos.Sin embargo, la reproducción de generación rápida de fábrica de plantas elimina por completo la influencia de las condiciones climáticas y puede regular el entorno de crecimiento de acuerdo con las necesidades del crecimiento y desarrollo de las plantas.Combinando la tecnología de mejoramiento rápido de la fábrica de plantas con el mejoramiento tradicional, el mejoramiento con marcadores moleculares y otros métodos de mejoramiento de manera efectiva, bajo la condición de mejoramiento rápido, se puede reducir el tiempo requerido para obtener líneas homocigotas después de la hibridación y, al mismo tiempo, las primeras generaciones pueden ser seleccionado para acortar el tiempo requerido para obtener rasgos ideales y generaciones de reproducción.

La limitación clave de la tecnología de mejoramiento rápido de plantas en las fábricas es que las condiciones ambientales requeridas para el crecimiento y desarrollo de diferentes cultivos son bastante diferentes, y lleva mucho tiempo obtener las condiciones ambientales para el mejoramiento rápido de los cultivos objetivo.Al mismo tiempo, debido al alto costo de construcción y operación de la fábrica de plantas, es difícil llevar a cabo un experimento de mejoramiento aditivo a gran escala, lo que a menudo conduce a un rendimiento limitado de semillas, lo que puede limitar la evaluación del carácter de campo de seguimiento.Con la mejora gradual y la mejora del equipo y la tecnología de la fábrica de plantas, el costo de construcción y operación de la fábrica de plantas se reduce gradualmente.Es posible optimizar aún más la tecnología de mejoramiento rápido y acortar el ciclo de mejoramiento mediante la combinación efectiva de la tecnología de mejoramiento rápido de fábrica de plantas con otras técnicas de mejoramiento.

FIN

Información citada

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Progreso de la investigación de la tecnología de mejoramiento rápido de la fábrica de plantas [J].Tecnología de ingeniería agrícola, 2022, 42 (22): 46-49.