Technologie d'ingénierie agricole horticole sous serrePublié à 17h30 le 14 octobre 2022 dans Pékin

Avec l'augmentation continue de la population mondiale, la demande alimentaire des gens augmente de jour en jour et des exigences plus élevées sont mises en avant pour la nutrition et la sécurité des aliments.Cultiver des cultures à haut rendement et de haute qualité est un moyen important de résoudre les problèmes alimentaires.Cependant, la méthode de sélection traditionnelle prend beaucoup de temps pour cultiver d'excellentes variétés, ce qui limite les progrès de la sélection.Pour les cultures annuelles autogames, il peut s'écouler 10 à 15 ans entre le croisement initial des parents et la production d'une nouvelle variété.Par conséquent, afin d'accélérer les progrès de la sélection des cultures, il est urgent d'améliorer l'efficacité de la sélection et de raccourcir le temps de génération.

La sélection rapide signifie maximiser le taux de croissance des plantes, accélérer la floraison et la fructification et raccourcir le cycle de sélection en contrôlant les conditions environnementales dans une salle de croissance à environnement contrôlé entièrement fermée.L'usine de plantes est un système agricole qui peut atteindre une production agricole à haut rendement grâce à un contrôle environnemental de haute précision dans les installations, et c'est un environnement idéal pour une reproduction rapide.Les conditions de l'environnement de plantation telles que la lumière, la température, l'humidité et la concentration de CO2 dans l'usine sont relativement contrôlables et ne sont pas ou moins affectées par le climat extérieur.Dans des conditions environnementales contrôlées, la meilleure intensité lumineuse, le meilleur temps d'éclairage et la meilleure température peuvent accélérer divers processus physiologiques des plantes, en particulier la photosynthèse et la floraison, raccourcissant ainsi le temps de génération de la croissance des cultures.Utilisation de la technologie de l'usine de plantes pour contrôler la croissance et le développement des cultures, récolter les fruits à l'avance, tant que quelques graines avec une capacité de germination peuvent répondre aux besoins de reproduction.

La photopériode, le principal facteur environnemental affectant le cycle de croissance des cultures

Le cycle lumineux fait référence à l'alternance de la période de lumière et de la période d'obscurité dans une journée.Le cycle lumineux est un facteur important qui affecte la croissance, le développement, la floraison et la fructification des cultures.En détectant le changement du cycle lumineux, les cultures peuvent passer de la croissance végétative à la croissance reproductive et à la floraison et à la fructification complètes.Différentes variétés de cultures et génotypes ont des réponses physiologiques différentes aux changements de photopériode.Plantes à long ensoleillement, une fois que le temps d'ensoleillement dépasse la durée d'ensoleillement critique, le temps de floraison est généralement accéléré par la prolongation de la photopériode, comme l'avoine, le blé et l'orge.Les plantes neutres, quelle que soit leur photopériode, fleuriront, comme le riz, le maïs et le concombre.Les plantes de jours courts, telles que le coton, le soja et le millet, ont besoin d'une photopériode inférieure à la durée critique d'ensoleillement pour fleurir.Dans des conditions d'environnement artificiel de 8h de lumière et de température élevée de 30℃, la période de floraison de l'amarante est plus de 40 jours plus tôt que celle de l'environnement sur le terrain.Sous le traitement d'un cycle lumineux de 16/8 h (clair/foncé), les sept génotypes d'orge ont fleuri tôt : Franklin (36 jours), Gairdner (35 jours), Gimmett (33 jours), Commander (30 jours), Fleet (29 jours). jours), Baudin (26 jours) et Lockyer (25 jours).

Dans l'environnement artificiel, la période de croissance du blé peut être raccourcie en utilisant la culture d'embryons pour obtenir des semis, puis en irradiant pendant 16 heures, et 8 générations peuvent être produites chaque année.La période de croissance du pois a été raccourcie de 143 jours en plein champ à 67 jours en serre artificielle avec 16h de lumière.En prolongeant davantage la photopériode à 20h et en la combinant avec 21°C/16°C (jour/nuit), la période de croissance du pois peut être raccourcie à 68 jours, et le taux de grenaison est de 97,8 %.Dans des conditions d'environnement contrôlé, après 20 heures de traitement photopériodique, il faut 32 jours entre le semis et la floraison, et toute la période de croissance est de 62 à 71 jours, ce qui est plus court que celui dans des conditions de terrain de plus de 30 jours.Dans des conditions de serre artificielle avec une photopériode de 22h, le temps de floraison du blé, de l'orge, du colza et du pois chiche est raccourci de 22, 64, 73 et 33 jours en moyenne, respectivement.Combiné à la récolte précoce des graines, les taux de germination des graines de récolte précoce peuvent atteindre respectivement 92%, 98%, 89% et 94% en moyenne, ce qui peut répondre pleinement aux besoins de la sélection.Les variétés les plus rapides peuvent produire en continu 6 générations (blé) et 7 générations (blé).Sous la condition d'une photopériode de 22 heures, le temps de floraison de l'avoine a été réduit de 11 jours et 21 jours après la floraison, au moins 5 graines viables pouvaient être garanties et cinq générations pouvaient être propagées en continu chaque année.Dans la serre artificielle avec un éclairage de 22 heures, la période de croissance des lentilles est réduite à 115 jours et elles peuvent se reproduire pendant 3 à 4 générations par an.Dans des conditions d'éclairage continu de 24 heures dans une serre artificielle, le cycle de croissance de l'arachide est réduit de 145 jours à 89 jours et il peut être propagé sur 4 générations en un an.

Qualité de la lumière

La lumière joue un rôle essentiel dans la croissance et le développement des plantes.La lumière peut contrôler la floraison en affectant de nombreux photorécepteurs.Le rapport entre la lumière rouge (R) et la lumière bleue (B) est très important pour la floraison des cultures.La longueur d'onde de la lumière rouge de 600 à 700 nm contient le pic d'absorption de la chlorophylle de 660 nm, qui peut favoriser efficacement la photosynthèse.La longueur d'onde de la lumière bleue de 400 à 500 nm affectera le phototropisme des plantes, l'ouverture des stomates et la croissance des semis.Chez le blé, le rapport entre la lumière rouge et la lumière bleue est d'environ 1, ce qui peut induire la floraison au plus tôt.Sous la qualité lumineuse de R:B=4:1, la période de croissance des variétés de soja à maturation moyenne et tardive a été raccourcie de 120 jours à 63 jours, et la hauteur de la plante et la biomasse nutritionnelle ont été réduites, mais le rendement en graines n'a pas été affecté. , qui pouvait satisfaire au moins une graine par plante, et le taux de germination moyen des graines immatures était de 81,7 %.Sous la condition d'un éclairage de 10h et d'un supplément de lumière bleue, les plants de soja sont devenus courts et forts, ont fleuri 23 jours après le semis, ont mûri en 77 jours et ont pu se reproduire pendant 5 générations en un an.

Le rapport entre la lumière rouge et la lumière rouge lointaine (FR) affecte également la floraison des plantes.Les pigments photosensibles existent sous deux formes : l'absorption de la lumière rouge lointaine (Pfr) et l'absorption de la lumière rouge (Pr).À un faible rapport R:FR, les pigments photosensibles sont convertis de Pfr en Pr, ce qui conduit à la floraison des plantes de jours longs.L'utilisation de lumières LED pour réguler le R: FR approprié (0,66 ~ 1,07) peut augmenter la hauteur des plantes, favoriser la floraison des plantes de longue journée (telles que la gloire du matin et le muflier) et inhiber la floraison des plantes de jour court (telles que le souci ).Lorsque R:FR est supérieur à 3,1, la période de floraison des lentilles est retardée.Réduire R:FR à 1,9 peut obtenir le meilleur effet de floraison, et il peut fleurir le 31e jour après le semis.L'effet de la lumière rouge sur l'inhibition de la floraison est médié par le pigment photosensible Pr.Des études ont montré que lorsque le R:FR est supérieur à 3,5, la période de floraison de cinq légumineuses (pois, pois chiche, fève, lentille et lupin) sera retardée.Dans certains génotypes d'amarante et de riz, la lumière rouge lointaine est utilisée pour faire avancer la floraison de 10 jours et 20 jours respectivement.

Engrais CO₂

CO₂est la principale source de carbone de la photosynthèse.CO à haute concentration₂peut généralement favoriser la croissance et la reproduction des annuelles C3, tandis que le CO à faible concentration₂peut réduire le rendement de croissance et de reproduction en raison de la limitation du carbone.Par exemple, l'efficacité photosynthétique des plantes C3, comme le riz et le blé, augmente avec l'augmentation du CO₂ce qui entraîne une augmentation de la biomasse et une floraison précoce.Afin de réaliser l'impact positif du CO₂augmentation de la concentration, il peut être nécessaire d'optimiser l'approvisionnement en eau et en nutriments.Par conséquent, sous la condition d'un investissement illimité, la culture hydroponique peut libérer pleinement le potentiel de croissance des plantes.Faible teneur en CO₂la concentration a retardé la période de floraison d'Arabidopsis thaliana, tandis que le CO élevé₂La concentration a accéléré le temps de floraison du riz, raccourci la période de croissance du riz à 3 mois et propagé 4 générations par an.En complétant le CO₂à 785,7 μmol/mol dans la boîte de croissance artificielle, le cycle de reproduction de la variété de soja « Enrei » a été raccourci à 70 jours, et elle pouvait produire 5 générations en un an.Lorsque le CO₂la concentration a augmenté à 550 μmol/mol, la floraison de Cajanus cajan a été retardée de 8 à 9 jours, et la nouaison et la maturation des fruits ont également été retardées de 9 jours.Cajanus cajan a accumulé du sucre insoluble à haute teneur en CO₂concentration, ce qui peut affecter la transmission du signal des plantes et retarder la floraison.De plus, dans la salle de croissance avec une augmentation du CO₂, le nombre et la qualité des fleurs de soja augmentent, ce qui est propice à l'hybridation, et son taux d'hybridation est bien supérieur à celui du soja cultivé au champ.

Perspectives d'avenir

L'agriculture moderne peut accélérer le processus de sélection des cultures grâce à la sélection alternative et à la sélection en installation.Cependant, ces méthodes présentent certaines lacunes, telles que des exigences géographiques strictes, une gestion de la main-d'œuvre coûteuse et des conditions naturelles instables, qui ne peuvent garantir une récolte de semences réussie.L'élevage en établissement est influencé par les conditions climatiques et le temps nécessaire à l'ajout d'une génération est limité.Cependant, la sélection de marqueurs moléculaires ne fait qu'accélérer la sélection et la détermination des traits cibles de sélection.À l'heure actuelle, la technologie de sélection rapide a été appliquée aux graminées, aux légumineuses, aux crucifères et à d'autres cultures.Cependant, la sélection de génération rapide en usine végétale élimine complètement l'influence des conditions climatiques et peut réguler l'environnement de croissance en fonction des besoins de croissance et de développement des plantes.En combinant efficacement la technologie de sélection rapide en usine de plantes avec la sélection traditionnelle, la sélection de marqueurs moléculaires et d'autres méthodes de sélection, dans des conditions de sélection rapide, le temps nécessaire pour obtenir des lignées homozygotes après l'hybridation peut être réduit, et en même temps, les premières générations peuvent être sélectionnées pour raccourcir le temps nécessaire à l'obtention de traits idéaux et de générations reproductrices.

La principale limitation de la technologie de sélection rapide des plantes dans les usines est que les conditions environnementales requises pour la croissance et le développement des différentes cultures sont très différentes, et il faut beaucoup de temps pour obtenir les conditions environnementales pour la sélection rapide des cultures cibles.Dans le même temps, en raison du coût élevé de la construction et de l'exploitation de l'usine de plantes, il est difficile de mener une expérience de sélection additive à grande échelle, ce qui conduit souvent à un rendement en graines limité, ce qui peut limiter l'évaluation des caractères de suivi sur le terrain.Avec l'amélioration et l'amélioration progressives de l'équipement et de la technologie de l'usine, les coûts de construction et d'exploitation de l'usine sont progressivement réduits.Il est possible d'optimiser davantage la technologie de sélection rapide et de raccourcir le cycle de sélection en combinant efficacement la technologie de sélection rapide de l'usine de plantes avec d'autres techniques de sélection.

FIN

Informations citées

Liu Kaizhe, Liu Houcheng.Progrès de la recherche de la technologie de reproduction rapide de l'usine de plantes [J].Technologie du génie agricole, 2022,42(22):46-49.