Teknologjia e inxhinierisë bujqësore hortikulturore në serraPublikuar në orën 17:30 më 14 tetor 2022 në Pekin

Me rritjen e vazhdueshme të popullsisë globale, kërkesa e njerëzve për ushqim po rritet dita-ditës dhe po paraqiten kërkesa më të larta për ushqyerjen dhe sigurinë e ushqimit. Kultivimi i kulturave me rendiment të lartë dhe cilësi të lartë është një mjet i rëndësishëm për të zgjidhur problemet e ushqimit. Megjithatë, metoda tradicionale e kultivimit kërkon shumë kohë për të kultivuar varietete të shkëlqyera, gjë që kufizon progresin e kultivimit. Për kulturat vjetore vetë-pjalmuese, mund të duhen 10-15 vjet nga kryqëzimi fillestar i prindërve deri në prodhimin e një varieteti të ri. Prandaj, për të përshpejtuar progresin e kultivimit të kulturave, është urgjente të përmirësohet efikasiteti i kultivimit dhe të shkurtohet koha e gjenerimit.

Mbarështimi i shpejtë do të thotë maksimizimi i shkallës së rritjes së bimëve, përshpejtimi i lulëzimit dhe frytëzimit, si dhe shkurtimi i ciklit të mbarështimit duke kontrolluar kushtet mjedisore në një dhomë rritjeje të kontrolluar plotësisht të mbyllur. Fabrika e bimëve është një sistem bujqësor që mund të arrijë prodhim të të korrave me efikasitet të lartë përmes kontrollit mjedisor me precizion të lartë në ambiente, dhe është një mjedis ideal për mbarështim të shpejtë. Kushtet e mjedisit të mbjelljes si drita, temperatura, lagështia dhe përqendrimi i CO2 në fabrikë janë relativisht të kontrollueshme dhe nuk ndikohen ose preken më pak nga klima e jashtme. Nën kushte të kontrolluara mjedisore, intensiteti më i mirë i dritës, koha e dritës dhe temperatura mund të përshpejtojnë procese të ndryshme fiziologjike të bimëve, veçanërisht fotosintezën dhe lulëzimin, duke shkurtuar kështu kohën e gjenerimit të rritjes së të korrave. Duke përdorur teknologjinë e fabrikës së bimëve për të kontrolluar rritjen dhe zhvillimin e të korrave, korrja e frutave paraprakisht, për sa kohë që disa fara me aftësi mbirjeje mund të plotësojnë nevojat e mbarështimit.

Fotoperioda, faktori kryesor mjedisor që ndikon në ciklin e rritjes së të korrave

Cikli i dritës i referohet alternimit të periudhës së dritës dhe periudhës së errësirës gjatë një dite. Cikli i dritës është një faktor i rëndësishëm që ndikon në rritjen, zhvillimin, lulëzimin dhe frytdhënien e të korrave. Duke ndjerë ndryshimin e ciklit të dritës, të korrat mund të kalojnë nga rritja vegjetative në rritjen riprodhuese dhe lulëzimin dhe frytdhënien e plotë. Varietete dhe gjenotipe të ndryshme të kulturave kanë përgjigje të ndryshme fiziologjike ndaj ndryshimeve të fotoperiudhës. Bimët me diell të gjatë, sapo koha e diellit tejkalon gjatësinë kritike të diellit, koha e lulëzimit zakonisht përshpejtohet nga zgjatja e fotoperiudhës, siç janë tërshëra, gruri dhe elbi. Bimët neutrale, pavarësisht fotoperiudhës, do të lulëzojnë, siç janë orizi, misri dhe kastraveci. Bimët me ditë të shkurtra, siç janë pambuku, soja dhe meli, kanë nevojë për fotoperiudhë më të ulët se gjatësia kritike e diellit për të lulëzuar. Nën kushtet e mjedisit artificial me 8 orë dritë dhe 30℃ temperaturë të lartë, koha e lulëzimit të amarantit është më shumë se 40 ditë më herët se ajo në mjedisin fushor. Nën trajtimin e ciklit të dritës 16/8 orë (dritë/errësirë), të shtatë gjenotipet e elbit lulëzuan herët: Franklin (36 ditë), Gairdner (35 ditë), Gimmett (33 ditë), Commander (30 ditë), Fleet (29 ditë), Baudin (26 ditë) dhe Lockyer (25 ditë).

Nën mjedisin artificial, periudha e rritjes së grurit mund të shkurtohet duke përdorur kulturën e embrionit për të marrë fidanë, dhe më pas duke e rrezatuar për 16 orë, dhe çdo vit mund të prodhohen 8 breza. Periudha e rritjes së bizeleve u shkurtua nga 143 ditë në mjedis fushor në 67 ditë në serrë artificiale me dritë 16 orë. Duke e zgjatur më tej fotoperiodën në 20 orë dhe duke e kombinuar atë me 21°C/16°C (ditë/natë), periudha e rritjes së bizeleve mund të shkurtohet në 68 ditë, dhe shkalla e vendosjes së farës është 97.8%. Nën kushtet e mjedisit të kontrolluar, pas trajtimit me fotoperiod prej 20 orësh, duhen 32 ditë nga mbjellja deri në lulëzim, dhe e gjithë periudha e rritjes është 62-71 ditë, që është më e shkurtër se ajo në kushte fushore me më shumë se 30 ditë. Nën kushtet e serrës artificiale me fotoperiod prej 22 orësh, koha e lulëzimit të grurit, elbit, kolzës dhe qiqrës shkurtohet mesatarisht me 22, 64, 73 dhe 33 ditë respektivisht. I kombinuar me korrjen e hershme të farërave, shkalla e mbirjes së farërave të vjeljes së hershme mund të arrijë mesatarisht 92%, 98%, 89% dhe 94%, përkatësisht, të cilat mund të përmbushin plotësisht nevojat e kultivimit. Varietetet më të shpejta mund të prodhojnë vazhdimisht 6 breza (gruri) dhe 7 breza (gruri). Në kushtet e fotoperiodës 22-orëshe, koha e lulëzimit të tërshërës u zvogëlua me 11 ditë, dhe 21 ditë pas lulëzimit, mund të garantoheshin të paktën 5 fara të qëndrueshme, dhe pesë breza mund të shumoheshin vazhdimisht çdo vit. Në serën artificiale me ndriçim 22-orësh, periudha e rritjes së thjerrëzave shkurtohet në 115 ditë, dhe ato mund të riprodhohen për 3-4 breza në vit. Në kushtet e ndriçimit të vazhdueshëm 24-orësh në serën artificiale, cikli i rritjes së kikirikut reduktohet nga 145 ditë në 89 ditë, dhe mund të shumohet për 4 breza në një vit.

Cilësia e dritës

Drita luan një rol jetësor në rritjen dhe zhvillimin e bimëve. Drita mund të kontrollojë lulëzimin duke ndikuar në shumë fotoreceptorë. Raporti i dritës së kuqe (R) me dritën blu (B) është shumë i rëndësishëm për lulëzimin e të korrave. Gjatësia e valës së dritës së kuqe prej 600~700nm përmban kulmin e absorbimit të klorofilit prej 660nm, i cili mund të nxisë në mënyrë efektive fotosintezën. Gjatësia e valës së dritës blu prej 400~500nm do të ndikojë në fototropizmin e bimëve, hapjen e stomatave dhe rritjen e fidanëve. Në grurë, raporti i dritës së kuqe me dritën blu është rreth 1, gjë që mund të shkaktojë lulëzimin sa më shpejt të jetë e mundur. Nën cilësinë e dritës R:B=4:1, periudha e rritjes së varieteteve të sojës me pjekje të mesme dhe të vonë u shkurtua nga 120 ditë në 63 ditë, dhe lartësia e bimës dhe biomasa ushqyese u zvogëluan, por rendimenti i farës nuk u ndikua, gjë që mund të kënaqte të paktën një farë për bimë, dhe shkalla mesatare e mbirjes së farave të papjekura ishte 81.7%. Nën kushtet e ndriçimit 10 orësh dhe shtesave me dritë blu, bimët e sojës u bënë të shkurtra dhe të forta, lulëzuan 23 ditë pas mbjelljes, u piqën brenda 77 ditëve dhe mund të riprodhoheshin për 5 breza në një vit.

Raporti i dritës së kuqe me dritën e kuqe të largët (FR) ndikon gjithashtu në lulëzimin e bimëve. Pigmentet fotosensitive ekzistojnë në dy forma: thithja e dritës së kuqe të largët (Pfr) dhe thithja e dritës së kuqe (Pr). Në një raport të ulët R:FR, pigmentet fotosensitive shndërrohen nga Pfr në Pr, gjë që çon në lulëzimin e bimëve me ditë të gjata. Përdorimi i dritave LED për të rregulluar R:FR të duhur (0.66~1.07) mund të rrisë lartësinë e bimës, të nxisë lulëzimin e bimëve me ditë të gjata (siç është morning glory dhe snapdragon) dhe të pengojë lulëzimin e bimëve me ditë të shkurtra (siç është kumak). Kur R:FR është më i madh se 3.1, koha e lulëzimit të thjerrëzave vonohet. Ulja e R:FR në 1.9 mund të arrijë efektin më të mirë të lulëzimit, dhe ato mund të lulëzojnë në ditën e 31-të pas mbjelljes. Efekti i dritës së kuqe në frenimin e lulëzimit ndërmjetësohet nga pigmenti fotosensitiv Pr. Studimet kanë vënë në dukje se kur R:FR është më i lartë se 3.5, koha e lulëzimit të pesë bimëve bishtajore (bizelja, qiqra, bathja, thjerrëza dhe lupina) do të vonohet. Në disa gjenotipe të amarantit dhe orizit, drita e kuqe e errët përdoret për të përshpejtuar lulëzimin me 10 dhe 20 ditë përkatësisht.

CO e plehrave₂

CO₂është burimi kryesor i karbonit të fotosintezës. CO me përqendrim të lartë₂zakonisht mund të nxisë rritjen dhe riprodhimin e bimëve njëvjeçare C3, ndërsa përqendrimi i ulët i CO2₂mund të zvogëlojë rendimentin e rritjes dhe riprodhimit për shkak të kufizimit të karbonit. Për shembull, efikasiteti fotosintetik i bimëve C3, siç janë orizi dhe gruri, rritet me rritjen e CO2.₂nivel, duke rezultuar në rritjen e biomasës dhe lulëzimin e hershëm. Për të realizuar ndikimin pozitiv të CO₂Me rritjen e përqendrimit, mund të jetë e nevojshme të optimizohet furnizimi me ujë dhe lëndë ushqyese. Prandaj, në kushtet e investimeve të pakufizuara, hidroponika mund ta çlirojë plotësisht potencialin e rritjes së bimëve. CO2 i ulët₂përqendrimi vonoi kohën e lulëzimit të Arabidopsis thaliana, ndërsa CO2 e lartë₂përqendrimi përshpejtoi kohën e lulëzimit të orizit, shkurtoi periudhën e rritjes së orizit në 3 muaj dhe përhapi 4 breza në vit. Duke plotësuar CO2-në₂në 785.7μmol/mol në kutinë e rritjes artificiale, cikli i shumimit të varietetit të sojës 'Enrei' u shkurtua në 70 ditë dhe mund të shumohej me 5 breza në një vit. Kur CO₂përqendrimi u rrit në 550μmol/mol, lulëzimi i Cajanus cajan u vonua për 8~9 ditë, dhe koha e vendosjes së frutave dhe pjekjes u vonuan gjithashtu për 9 ditë. Cajanus cajan grumbulloi sheqer të patretshëm në CO2 të lartë.₂përqendrim, i cili mund të ndikojë në transmetimin e sinjalit të bimëve dhe të vonojë lulëzimin. Përveç kësaj, në dhomën e rritjes me CO të rritur₂, numri dhe cilësia e luleve të sojës rritet, gjë që favorizon hibridizimin, dhe shkalla e hibridizimit të saj është shumë më e lartë se ajo e sojës së rritur në fushë.

Perspektivat e ardhshme

Bujqësia moderne mund ta përshpejtojë procesin e kultivimit të të korrave me anë të kultivimit alternativ dhe kultivimit në ambiente të caktuara. Megjithatë, ka disa mangësi në këto metoda, të tilla si kërkesat e rrepta gjeografike, menaxhimi i kushtueshëm i punës dhe kushtet natyrore të paqëndrueshme, të cilat nuk mund të garantojnë korrje të suksesshme të farërave. Kultivimi në ambiente të caktuara ndikohet nga kushtet klimatike dhe koha për shtimin e gjeneratave është e kufizuar. Megjithatë, kultivimi me shënjues molekular vetëm përshpejton përzgjedhjen dhe përcaktimin e tipareve të synuara të kultivimit. Aktualisht, teknologjia e kultivimit të shpejtë është aplikuar te Gramineae, Leguminosae, Cruciferae dhe kultura të tjera. Megjithatë, kultivimi i shpejtë i gjenerimit në fabrikën e bimëve eliminon plotësisht ndikimin e kushteve klimatike dhe mund të rregullojë mjedisin e rritjes sipas nevojave të rritjes dhe zhvillimit të bimëve. Duke kombinuar në mënyrë efektive teknologjinë e kultivimit të shpejtë në fabrikën e bimëve me kultivimin tradicional, kultivimin me shënjues molekular dhe metodat e tjera të kultivimit, në kushtet e kultivimit të shpejtë, koha e nevojshme për të marrë linja homozigote pas hibridizimit mund të reduktohet dhe në të njëjtën kohë, gjeneratat e hershme mund të zgjidhen për të shkurtuar kohën e nevojshme për të marrë tipare ideale dhe gjenerata kultivimi.

Kufizimi kryesor i teknologjisë së shumimit të shpejtë të bimëve në fabrika është se kushtet mjedisore të nevojshme për rritjen dhe zhvillimin e kulturave të ndryshme janë mjaft të ndryshme, dhe duhet shumë kohë për të siguruar kushtet mjedisore për shumimin e shpejtë të kulturave të synuara. Në të njëjtën kohë, për shkak të kostos së lartë të ndërtimit dhe funksionimit të fabrikës së bimëve, është e vështirë të kryhen eksperimente të shumimit shtesë në shkallë të gjerë, gjë që shpesh çon në rendiment të kufizuar të farës, gjë që mund të kufizojë vlerësimin pasues të karakterit në terren. Me përmirësimin gradual dhe përmirësimin e pajisjeve dhe teknologjisë së fabrikës së bimëve, kostoja e ndërtimit dhe funksionimit të fabrikës së bimëve zvogëlohet gradualisht. Është e mundur të optimizohet më tej teknologjia e shumimit të shpejtë dhe të shkurtohet cikli i shumimit duke kombinuar në mënyrë efektive teknologjinë e shumimit të shpejtë të fabrikës së bimëve me teknika të tjera të shumimit.

FUND

Informacion i cituar

Liu Kaizhe, Liu Houcheng. Progresi i kërkimit të teknologjisë së shumimit të shpejtë të fabrikës së bimëve [J]. Teknologjia e Inxhinierisë Bujqësore, 2022,42(22):46-49.