온실 원예 농업 공학 기술2022년 10월 14일 베이징에서 17:30에 게시됨

세계 인구가 지속적으로 증가함에 따라 식품에 대한 사람들의 수요가 날로 증가하고 식품 영양 및 안전에 대한 요구 사항이 높아졌습니다.수확량이 많고 품질이 좋은 작물을 재배하는 것은 식량 문제를 해결하는 중요한 수단입니다.그러나 전통적인 육종법은 우수한 품종을 육성하기까지 오랜 시간이 소요되어 육종 진행에 한계가 있다.1년생 자가수분 작물의 경우 초기 교배에서 신품종 생산까지 10~15년이 소요될 수 있습니다.따라서 작물 육종의 진행을 가속화하기 위해서는 육종 효율을 높이고 세대 시간을 단축시키는 것이 시급하다.

급속육종이란 완전히 폐쇄된 통제된 환경생장실에서 환경조건을 조절하여 식물의 생장률을 극대화하고 개화와 결실을 촉진하며 육종주기를 단축하는 것을 말한다.식물공장은 시설에서 정밀한 환경제어를 통해 고효율의 작물 생산이 가능한 농업 시스템으로, 빠른 육종을 위한 이상적인 환경입니다.공장의 빛, 온도, 습도 및 CO2 농도와 같은 식재 환경 조건은 비교적 제어 가능하며 외부 기후의 영향을 거의 받지 않습니다.통제된 환경 조건에서 최고의 광도, 광 시간 및 온도는 식물의 다양한 생리적 과정, 특히 광합성 및 개화를 가속화하여 작물 성장 시간을 단축할 수 있습니다.식물 공장 기술을 사용하여 작물의 성장과 발달을 제어하고, 발아 능력이 있는 몇 개의 종자가 번식 요구를 충족할 수 있는 한 과일을 미리 수확합니다.

작물생장주기에 영향을 미치는 주요 환경요인 광주기

명주기는 하루 중 밝은 기간과 어두운 기간이 번갈아 나타나는 것을 말합니다.명주기는 작물의 성장, 발달, 개화 및 결실에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.광주기의 변화를 감지함으로써 작물은 식물 성장에서 번식 성장 및 완전한 개화 및 결실로 변화할 수 있습니다.서로 다른 작물 품종과 유전자형은 광주기 변화에 대해 서로 다른 생리학적 반응을 보입니다.일조 시간이 임계 일조 시간을 초과하면 귀리, 밀, 보리와 같은 일조 시간이 길어지면 개화 시간이 일반적으로 가속화됩니다.벼, 옥수수, 오이와 같은 중성 식물은 광주기에 관계없이 꽃을 피울 것입니다.목화, 콩, 기장과 같은 단기 식물은 꽃이 피기 위해 임계 일조 길이보다 낮은 광주기가 필요합니다.8시간 빛과 30℃ 고온의 인공 환경 조건에서 아마란스의 개화 시기는 야외 환경보다 40일 이상 빠릅니다.16/8시간 명주기(명/암) 처리에서 프랭클린(36일), 게어드너(35일), 기멧(33일), 커맨더(30일), 플리트(29 일), Baudin(26일) 및 Lockyer(25일).

인공적인 환경에서는 배아배양을 이용하여 묘목을 얻은 후 16시간 동안 조사함으로써 밀의 생장기간을 단축시킬 수 있으며, 매년 8세대 생산이 가능하다.완두콩의 생육기간은 밭환경에서 143일에서 16시간 빛이 있는 인공온실에서 67일로 단축되었다.광주기를 20시간으로 더 연장하고 이를 21°C/16°C(주야간)와 결합하면 완두콩의 생육기간을 68일로 단축할 수 있으며 파종률은 97.8%이다.조절된 환경 조건에서 20시간 광주기 처리 후 파종에서 개화까지 32일이 소요되며 전체 생육기간은 62-71일로 노지 조건보다 30일 이상 짧다.광주기 22시간 인공온실 조건에서는 밀, 보리, 유채, 병아리콩의 개화기간이 각각 평균 ​​22일, 64일, 73일, 33일 단축되었다.종자의 조기 수확과 결합하여 조기 수확 종자의 발아율은 각각 평균 ​​92%, 98%, 89% 및 94%에 도달할 수 있어 번식 요구를 완전히 충족할 수 있습니다.가장 빠른 품종은 6세대(밀)와 7세대(밀)를 지속적으로 생산할 수 있습니다.22시간 광주기 조건에서 귀리의 개화시기는 11일 단축되었고, 개화 후 21일이 지나면 최소 5개의 생존 가능한 종자가 보장되어 매년 5대가 지속적으로 번식할 수 있었다.22시간 조명이 있는 인공온실에서는 렌틸콩의 생육기간이 115일로 단축되어 1년에 3~4세대 번식이 가능합니다.인공온실에서 24시간 연속조명 조건에서는 땅콩의 생육주기가 145일에서 89일로 단축되어 1년에 4세대 번식이 가능하다.

조명 품질

빛은 식물의 성장과 발달에 중요한 역할을 합니다.빛은 많은 광수용체에 영향을 주어 개화를 제어할 수 있습니다.적색광(R) 대 청색광(B)의 비율은 작물 개화에 매우 중요합니다.600~700nm의 적색광 파장은 광합성을 효과적으로 촉진할 수 있는 660nm의 엽록소 흡수 피크를 포함합니다.400~500nm의 청색광 파장은 식물 굴광성, 기공 개방 및 묘목 성장에 영향을 미칩니다.밀에서는 적색광과 청색광의 비율이 1정도로 가장 빨리 개화를 유도할 수 있다.R:B=4:1의 광질 조건에서 중생대 및 만만년생 대두 품종의 생육 기간은 120일에서 63일로 단축되었으며 초고 및 영양 바이오매스는 감소했지만 종자 수확량에는 영향을 미치지 않았습니다. , 1식물당 적어도 1개의 종자를 만족시킬 수 있었고, 미성숙 종자의 평균 발아율은 81.7%였다.10시간 조명과 청색광 보충 조건에서 대두 식물체는 키가 작고 튼튼해졌으며 파종 후 23일 만에 꽃이 피고 77일 만에 성숙했으며 1년 동안 5대에 걸쳐 번식할 수 있었습니다.

적색광 대 극적색광(FR)의 비율도 식물의 개화에 영향을 미칩니다.감광성 안료는 원적외선 흡수(Pfr)와 적색광 흡수(Pr)의 두 가지 형태로 존재합니다.R:FR 비율이 낮으면 감광성 색소가 Pfr에서 Pr으로 변환되어 장일 식물의 개화로 이어집니다.LED 조명을 사용하여 적절한 R:FR(0.66~1.07)을 조절하면 식물의 키를 높이고, 장일 식물(예: 나팔꽃, 금어초)의 개화를 촉진하고, 단일 식물(예: 금잔화)의 개화를 억제할 수 있습니다. ).R:FR이 3.1보다 크면 렌틸콩의 개화시기가 늦어진다.R:FR을 1.9로 낮추면 최상의 개화효과를 얻을 수 있으며 파종 후 31일째에 개화할 수 있다.개화 억제에 대한 적색광의 효과는 감광성 색소 Pr에 의해 매개됩니다.연구에 따르면 R:FR이 3.5보다 높으면 5가지 콩과 식물(완두콩, 병아리콩, 누에콩, 렌틸콩, 루핀)의 개화 시기가 늦어진다고 합니다.아마란스와 벼의 일부 유전자형에서는 원적외선을 사용하여 개화를 각각 10일과 20일 앞당깁니다.

비료 CO₂

CO₂광합성의 주요 탄소원입니다.고농도 CO₂일반적으로 C3 연간 식물의 성장과 번식을 촉진할 수 있는 반면 저농도 CO₂탄소 제한으로 인해 성장 및 번식 수율이 감소할 수 있습니다.예를 들어, 쌀과 밀과 같은 C3 식물의 광합성 효율은 CO2의 증가에 따라 증가합니다.₂수준, 바이오 매스 증가 및 조기 개화.CO의 긍정적인 영향을 실현하기 위해₂농도가 증가하면 물과 영양분 공급을 최적화해야 할 수도 있습니다.따라서 무제한 투자 조건 하에서 수경재배는 식물의 성장 잠재력을 충분히 발휘할 수 있습니다.낮은 CO₂농도는 Arabidopsis thaliana의 개화 시기를 지연시켰고, 높은 CO₂농축은 벼의 개화시기를 앞당기고 벼의 생육기간을 3개월로 단축시켰으며 1년에 4세대를 번식시켰다.CO를 보충함으로써₂인공성장상자에서 785.7μmol/mol로 콩 품종 '엔레이'의 육종주기를 70일로 단축해 1년에 5세대를 육종할 수 있다.때 CO₂농도는 550μmol/mol로 증가하였고, Cajanus cajan의 개화는 8~9일 지연되었으며, 착과 및 숙성시기도 9일 지연되었다.Cajanus cajan은 높은 CO에서 불용성 설탕을 축적했습니다.₂식물의 신호 전달에 영향을 미치고 개화를 지연시킬 수 있습니다.또한 CO가 증가한 성장실에서₂, 콩 꽃의 수와 품질이 증가하여 교배에 도움이되며 교배율은 밭에서 자란 콩보다 훨씬 높습니다.

미래 전망

현대 농업은 대체 육종과 시설 육종을 통해 작물 육종 과정을 가속화할 수 있습니다.그러나 이러한 방법에는 엄격한 지리적 요구 사항, 고가의 노동 관리 및 불안정한 자연 조건과 같은 몇 가지 단점이 있어 성공적인 종자 수확을 보장할 수 없습니다.시설육종은 기후조건의 영향을 받으며 세대추가 시기는 제한적이다.그러나 분자 마커 육종은 육종 대상 형질의 선택 및 결정을 가속화할 뿐입니다.현재 급속 육종 기술은 벼과, 콩과, 십자화과 및 기타 작물에 적용되었습니다.그러나 식물 공장 급속 번식 육종은 기후 조건의 영향을 완전히 제거하고 식물 성장 및 발달의 필요에 따라 성장 환경을 조절할 수 있습니다.식물 공장 급속 육종 기술과 전통 육종, 분자 표지 육종 및 기타 육종 방법을 효과적으로 결합하여 급속 육종 조건에서 교잡 후 동형 접합체 라인을 얻는 데 필요한 시간을 줄일 수 있으며 동시에 초기 세대가 될 수 있습니다. 이상적인 특성과 번식 세대를 얻는 데 필요한 시간을 단축하기 위해 선택되었습니다.

공장에서 식물 급속 육종 기술의 주요 한계는 작물마다 생육 및 발달에 필요한 환경 조건이 상당히 다르고 대상 작물의 급속 육종을 위한 환경 조건을 얻는 데 오랜 시간이 걸린다는 점입니다.동시에 식물 공장 건설 및 운영 비용이 높기 때문에 대규모 첨가 육종 실험을 수행하기 어렵고 종종 종자 수확량이 제한되어 후속 현장 특성 평가가 제한될 수 있습니다.식물 공장 설비 및 기술의 점진적 개선 및 개선으로 식물 공장의 건설 및 운영 비용이 점차 감소합니다.식물 공장 급속 육종 기술과 다른 육종 기술을 효과적으로 결합하여 급속 육종 기술을 더욱 최적화하고 육종 주기를 단축할 수 있습니다.

끝

인용 정보

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.식물 공장 급속 육종 기술 [J]의 연구 진행.농업공학기술, 2022,42(22):46-49.