เทคโนโลยีวิศวกรรมเกษตรพืชสวนเรือนกระจกเผยแพร่เมื่อเวลา 17:30 น. ของวันที่ 14 ตุลาคม 2565 ที่ปักกิ่ง

ด้วยจำนวนประชากรโลกที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความต้องการอาหารของผู้คนจึงเพิ่มขึ้นทุกวัน และมีความต้องการที่สูงขึ้นในด้านโภชนาการและความปลอดภัยของอาหารการเพาะปลูกพืชที่ให้ผลผลิตสูงและมีคุณภาพสูงเป็นวิธีสำคัญในการแก้ปัญหาด้านอาหารอย่างไรก็ตาม วิธีการเพาะพันธุ์แบบดั้งเดิมนั้นใช้เวลานานในการเพาะปลูกพันธุ์ที่ดีเยี่ยม ซึ่งจำกัดความก้าวหน้าของการเพาะพันธุ์สำหรับพืชที่ผสมเกสรตัวเองรายปี อาจใช้เวลา 10~15 ปีนับจากต้นผสมข้ามพันธุ์ไปจนถึงการผลิตพันธุ์ใหม่ดังนั้นเพื่อเร่งความก้าวหน้าของการปรับปรุงพันธุ์พืชจึงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่จะต้องปรับปรุงประสิทธิภาพการปรับปรุงพันธุ์และลดระยะเวลาในการผลิต

การขยายพันธุ์อย่างรวดเร็วหมายถึงการเพิ่มอัตราการเจริญเติบโตของพืชให้สูงสุด เร่งการออกดอกและผล และลดวงจรการผสมพันธุ์โดยการควบคุมสภาพแวดล้อมในห้องควบคุมการเจริญเติบโตที่ปิดสนิทโรงงานพืชเป็นระบบการเกษตรที่สามารถบรรลุการผลิตพืชผลที่มีประสิทธิภาพสูงผ่านการควบคุมสิ่งแวดล้อมที่มีความแม่นยำสูงในโรงงาน และเป็นสภาพแวดล้อมที่เหมาะสำหรับการเพาะพันธุ์อย่างรวดเร็วสภาพแวดล้อมในการปลูก เช่น แสง อุณหภูมิ ความชื้น และความเข้มข้นของ CO2 ในโรงงานค่อนข้างควบคุมได้ และไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศภายนอกมากหรือน้อยภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม ความเข้มของแสง เวลาแสง และอุณหภูมิที่ดีที่สุดสามารถเร่งกระบวนการทางสรีรวิทยาต่างๆ ของพืช โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสังเคราะห์ด้วยแสงและการออกดอก ซึ่งจะทำให้ระยะเวลาการสร้างการเจริญเติบโตของพืชสั้นลงการใช้เทคโนโลยีของโรงงานในการควบคุมการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช การเก็บเกี่ยวผลไม้ล่วงหน้า ตราบใดที่เมล็ดที่มีความสามารถในการงอกไม่กี่เมล็ดสามารถตอบสนองความต้องการในการปรับปรุงพันธุ์ได้

ช่วงแสงซึ่งเป็นปัจจัยแวดล้อมหลักที่ส่งผลต่อวงจรการเจริญเติบโตของพืช

วัฏจักรแสง หมายถึง การสลับกันของช่วงแสงและช่วงมืดในหนึ่งวันวัฏจักรแสงเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการเจริญเติบโต การพัฒนา การออกดอกและติดผลของพืชผลโดยการรับรู้การเปลี่ยนแปลงของวัฏจักรแสง พืชผลสามารถเปลี่ยนจากการเติบโตทางพืชไปสู่การเจริญเติบโตทางการสืบพันธุ์ ตลอดจนการออกดอกและติดผลอย่างสมบูรณ์พันธุ์พืชและจีโนไทป์ที่แตกต่างกันมีการตอบสนองทางสรีรวิทยาต่อการเปลี่ยนแปลงของช่วงแสงต่างกันพืชที่มีแสงแดดจัด เมื่อเวลาแสงแดดเกินความยาวแสงแดดที่สำคัญ เวลาออกดอกมักจะถูกเร่งให้เร็วขึ้นตามช่วงแสงที่ยาวขึ้น เช่น ข้าวโอ๊ต ข้าวสาลี และข้าวบาร์เลย์พืชที่เป็นกลางไม่ว่าจะอยู่ในช่วงแสงใดก็จะออกดอก เช่น ข้าว ข้าวโพด และแตงกวาพืชอายุสั้น เช่น ฝ้าย ถั่วเหลือง และข้าวฟ่าง ต้องการช่วงแสงที่ต่ำกว่าช่วงแสงแดดวิกฤตจึงจะออกดอกภายใต้สภาพแวดล้อมประดิษฐ์ที่มีแสง 8 ชั่วโมงและอุณหภูมิสูง 30 ℃ เวลาบานของดอกบานไม่รู้โรยจะเร็วกว่าในสภาพแวดล้อมภาคสนามมากกว่า 40 วันภายใต้การรักษารอบแสง 16/8 ชั่วโมง (สว่าง/มืด) ข้าวบาร์เลย์จีโนไทป์ทั้งเจ็ดจะบานเร็ว: Franklin (36 วัน), Gairdner (35 วัน), Gimmett (33 วัน), Commander (30 วัน), Fleet (29 วัน) วัน), Baudin (26 วัน) และ Lockyer (25 วัน)

ภายใต้สภาพแวดล้อมเทียม ระยะเวลาการเจริญเติบโตของข้าวสาลีสามารถสั้นลงได้โดยใช้การเพาะเลี้ยงเอ็มบริโอเพื่อให้ได้ต้นกล้า จากนั้นฉายรังสีเป็นเวลา 16 ชั่วโมง และสามารถผลิตได้ 8 ชั่วอายุคนทุกปีระยะเวลาการเจริญเติบโตของถั่วลันเตาลดลงจาก 143 วันในสภาพแวดล้อมภาคสนามเป็น 67 วันในเรือนกระจกเทียมที่มีแสง 16 ชั่วโมงการขยายช่วงแสงให้นานขึ้นเป็น 20 ชม. และรวมกับ 21°C/16°C (กลางวัน/กลางคืน) ระยะเวลาการเจริญเติบโตของถั่วลันเตาจะสั้นลงเหลือ 68 วัน และอัตราการตั้งเมล็ดอยู่ที่ 97.8%ภายใต้เงื่อนไขของสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม หลังจากการบำบัดด้วยช่วงแสง 20 ชั่วโมง จะใช้เวลา 32 วันนับจากวันเพาะเมล็ดจนออกดอก และระยะเวลาการเติบโตทั้งหมดคือ 62-71 วัน ซึ่งสั้นกว่าในสภาพไร่มากกว่า 30 วันภายใต้เงื่อนไขของเรือนกระจกประดิษฐ์ที่มีช่วงแสง 22 ชั่วโมง เวลาออกดอกของข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ เรป และถั่วชิกพีจะสั้นลงโดยเฉลี่ย 22, 64, 73 และ 33 วันตามลำดับเมื่อรวมกับการเก็บเกี่ยวเมล็ดเร็ว อัตราการงอกของเมล็ดที่เก็บเกี่ยวเร็วโดยเฉลี่ยจะสูงถึง 92%, 98%, 89% และ 94% ตามลำดับ ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการในการปรับปรุงพันธุ์ได้อย่างเต็มที่พันธุ์ที่เร็วที่สุดสามารถให้ผลผลิตต่อเนื่องได้ 6 รุ่น (ข้าวสาลี) และ 7 รุ่น (ข้าวสาลี)ภายใต้เงื่อนไขช่วงแสง 22 ชั่วโมง เวลาออกดอกของข้าวโอ๊ตลดลง 11 วัน และ 21 วันหลังดอกบาน สามารถรับประกันเมล็ดพันธุ์ที่มีชีวิตได้อย่างน้อย 5 เมล็ด และสามารถขยายพันธุ์ต่อเนื่องได้ 5 รุ่นทุกปีในเรือนกระจกประดิษฐ์ที่มีไฟส่องสว่างตลอด 22 ชั่วโมง ระยะเวลาการเจริญเติบโตของถั่วเลนทิลจะสั้นลงเหลือ 115 วัน และพวกมันสามารถขยายพันธุ์ได้ 3-4 รุ่นต่อปีภายใต้เงื่อนไขของการส่องสว่างอย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมงในเรือนกระจกเทียม วงจรการเจริญเติบโตของถั่วลิสงจะลดลงจาก 145 วันเป็น 89 วัน และสามารถขยายพันธุ์ได้ 4 รุ่นในหนึ่งปี

คุณภาพแสง

แสงมีบทบาทสำคัญในการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืชแสงสามารถควบคุมการออกดอกโดยส่งผลต่อเซลล์รับแสงจำนวนมากอัตราส่วนของแสงสีแดง (R) ต่อแสงสีน้ำเงิน (B) มีความสำคัญมากต่อการออกดอกของพืชความยาวคลื่นแสงสีแดง 600~700 นาโนเมตรประกอบด้วยจุดสูงสุดของการดูดซึมของคลอโรฟิลล์ที่ 660 นาโนเมตร ซึ่งสามารถส่งเสริมการสังเคราะห์ด้วยแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพความยาวคลื่นแสงสีน้ำเงินที่ 400~500 นาโนเมตรจะส่งผลต่อโฟโตโทรปิซึมของพืช การเปิดปากใบ และการเจริญเติบโตของต้นกล้าในข้าวสาลี อัตราส่วนของแสงสีแดงต่อแสงสีน้ำเงินอยู่ที่ประมาณ 1 ซึ่งสามารถกระตุ้นให้เกิดดอกได้เร็วที่สุดภายใต้คุณภาพแสงของ R:B=4:1 ระยะเวลาการเจริญเติบโตของถั่วเหลืองพันธุ์กลางและสุกปลายสั้นลงจาก 120 วันเป็น 63 วัน และความสูงของพืชและมวลชีวภาพทางโภชนาการลดลง แต่ผลผลิตเมล็ดไม่ได้รับผลกระทบ ซึ่งสามารถตอบสนองอย่างน้อยหนึ่งเมล็ดต่อต้น และอัตราการงอกเฉลี่ยของเมล็ดที่ยังไม่สุกคือ 81.7%ภายใต้เงื่อนไขของการให้แสงสว่าง 10 ชั่วโมงและเสริมด้วยแสงสีฟ้า ต้นถั่วเหลืองจะเตี้ยและแข็งแรง ออกดอก 23 วันหลังหยอดเมล็ด สุกภายใน 77 วัน และสามารถขยายพันธุ์ได้ 5 รุ่นในหนึ่งปี

อัตราส่วนของแสงสีแดงต่อแสงสีแดงระยะไกล (FR) ยังส่งผลต่อการออกดอกของพืชเม็ดสีไวแสงมีอยู่สองรูปแบบ: การดูดกลืนแสงสีแดงไกล (Pfr) และการดูดกลืนแสงสีแดง (Pr)ที่อัตราส่วน R:FR ต่ำ สารสีที่ไวแสงจะถูกแปลงจาก Pfr เป็น Pr ซึ่งนำไปสู่การออกดอกของพืชวันยาวการใช้ไฟ LED เพื่อควบคุมค่า R:FR(0.66~1.07) ที่เหมาะสมสามารถเพิ่มความสูงของพืช ส่งเสริมการออกดอกของพืชวันยาว (เช่น ผักบุ้งและปลากะพง) และยับยั้งการออกดอกของพืชวันสั้น (เช่น ดาวเรือง ).เมื่อ R:FR มากกว่า 3.1 ระยะเวลาการออกดอกของถั่วฝักยาวจะล่าช้าการลดค่า R:FR เหลือ 1.9 จะทำให้ออกดอกได้ดีที่สุด และจะบานได้ในวันที่ 31 หลังหยอดเมล็ดผลของแสงสีแดงต่อการยับยั้งการออกดอกถูกสื่อกลางโดยเม็ดสีที่ไวแสง Pr.การศึกษาชี้ให้เห็นว่าเมื่อ R:FR สูงกว่า 3.5 เวลาออกดอกของพืชตระกูลถั่ว 5 ชนิด (ถั่วลันเตา ถั่วชิกพี ถั่วปากอ้า ถั่วเลนทิล และลูปิน) จะล่าช้าออกไปในจีโนไทป์ของบานไม่รู้โรยและข้าวบางชนิด ใช้แสงฟาร์เรดเพื่อเร่งการออกดอก 10 วันและ 20 วันตามลำดับ

ปุ๋ย บจก₂

CO₂เป็นแหล่งคาร์บอนหลักในการสังเคราะห์ด้วยแสงCO ความเข้มข้นสูง₂โดยปกติแล้วสามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของ C3 รายปี ในขณะที่ CO ความเข้มข้นต่ำ₂อาจทำให้การเจริญเติบโตและผลผลิตการสืบพันธุ์ลดลงเนื่องจากข้อจำกัดของคาร์บอนตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงของพืช C3 เช่น ข้าวและข้าวสาลี จะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของ CO₂ส่งผลให้มวลชีวภาพเพิ่มขึ้นและออกดอกเร็วขึ้นเพื่อให้ตระหนักถึงผลกระทบเชิงบวกของ CO₂ความเข้มข้นเพิ่มขึ้น อาจจำเป็นต้องปรับการให้น้ำและสารอาหารอย่างเหมาะสมดังนั้นภายใต้เงื่อนไขของการลงทุนที่ไม่จำกัด ไฮโดรโปนิกส์สามารถปลดปล่อยศักยภาพการเจริญเติบโตของพืชได้อย่างเต็มที่CO ต่ำ₂ความเข้มข้นทำให้ระยะออกดอกของ Arabidopsis thaliana ล่าช้า ในขณะที่ CO สูง₂เข้มข้นช่วยเร่งอายุการออกดอก ย่นระยะเวลาการโตของข้าวเหลือ 3 เดือน ขยายพันธุ์ได้ 4 รุ่นต่อปีโดยการเติม CO₂เหลือ 785.7 ไมโครโมล/โมลในกล่องการเจริญเติบโตเทียม วงจรการผสมพันธุ์ของถั่วเหลืองพันธุ์ 'Enrei' สั้นลงเหลือ 70 วัน และสามารถขยายพันธุ์ได้ 5 รุ่นในหนึ่งปีเมื่อผู้บังคับกองร้อย₂ความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเป็น550ไมโครโมล/โมล การออกดอกของ Cajanus cajan ล่าช้าเป็นเวลา 8~9 วัน และการติดผลและเวลาสุกก็ล่าช้าไป 9 วันเช่นกันCajanus cajan สะสมน้ำตาลที่ไม่ละลายน้ำที่ CO สูง₂เข้มข้นซึ่งอาจส่งผลต่อการส่งสัญญาณของพืชและทำให้การออกดอกล่าช้านอกจากนี้ ในห้องการเจริญเติบโตที่มี CO เพิ่มขึ้น₂จำนวนและคุณภาพของดอกถั่วเหลืองเพิ่มขึ้น ซึ่งเอื้อต่อการผสมพันธุ์ และอัตราการผสมพันธุ์สูงกว่าถั่วเหลืองที่ปลูกในแปลงนามาก

โอกาสในอนาคต

การเกษตรสมัยใหม่สามารถเร่งกระบวนการปรับปรุงพันธุ์พืชได้โดยการเพาะพันธุ์ทางเลือกและปรับปรุงพันธุ์พืชอย่างไรก็ตาม มีข้อบกพร่องบางประการในวิธีการเหล่านี้ เช่น ข้อกำหนดทางภูมิศาสตร์ที่เข้มงวด การจัดการแรงงานที่มีราคาแพง และสภาพธรรมชาติที่ไม่แน่นอน ซึ่งไม่สามารถรับประกันการเก็บเกี่ยวเมล็ดพันธุ์ที่ประสบความสำเร็จได้การขยายพันธุ์ในอาคารได้รับอิทธิพลจากสภาพอากาศ และเวลาในการเพิ่มรุ่นมีจำกัดอย่างไรก็ตาม การผสมพันธุ์เครื่องหมายโมเลกุลช่วยเร่งการเลือกและกำหนดลักษณะเป้าหมายการผสมพันธุ์เท่านั้นในปัจจุบัน เทคโนโลยีการปรับปรุงพันธุ์แบบรวดเร็วได้ถูกนำมาใช้กับพืชพันธุ์ Gramineae, Leguminosae, Cruciferae และพืชอื่นๆอย่างไรก็ตาม การปรับปรุงพันธุ์อย่างรวดเร็วของโรงงานพืชสามารถกำจัดอิทธิพลของสภาพอากาศได้อย่างสมบูรณ์ และสามารถควบคุมสภาพแวดล้อมการเจริญเติบโตตามความต้องการของการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชการรวมเทคโนโลยีการปรับปรุงพันธุ์อย่างรวดเร็วของโรงงานเข้ากับการปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิม การผสมพันธุ์เครื่องหมายโมเลกุล และวิธีการปรับปรุงพันธุ์อื่น ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ภายใต้เงื่อนไขของการผสมพันธุ์อย่างรวดเร็ว เวลาที่ต้องใช้เพื่อให้ได้สายพันธุ์โฮโมไซกัสหลังการผสมพันธุ์สามารถลดลงได้ และในเวลาเดียวกัน รุ่นแรก ๆ สามารถ เลือกเพื่อลดระยะเวลาที่ต้องใช้เพื่อให้ได้ลักษณะที่เหมาะสมและรุ่นผสมพันธุ์

ข้อจำกัดที่สำคัญของเทคโนโลยีการปรับปรุงพันธุ์พืชอย่างรวดเร็วในโรงงานคือ สภาพแวดล้อมที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชที่แตกต่างกันนั้นค่อนข้างแตกต่างกัน และใช้เวลานานในการได้รับสภาพแวดล้อมสำหรับการขยายพันธุ์อย่างรวดเร็วของพืชเป้าหมายในเวลาเดียวกัน เนื่องจากการก่อสร้างโรงงานและการดำเนินงานโรงงานมีค่าใช้จ่ายสูง จึงเป็นเรื่องยากที่จะทำการทดลองขยายพันธุ์แบบเติมสารเติมแต่งขนาดใหญ่ ซึ่งมักจะนำไปสู่ผลผลิตเมล็ดพันธุ์ที่จำกัด ซึ่งอาจจำกัดการประเมินลักษณะภาคสนามที่ติดตามผลด้วยการปรับปรุงและปรับปรุงอุปกรณ์และเทคโนโลยีโรงงานอย่างค่อยเป็นค่อยไป ต้นทุนการก่อสร้างและการดำเนินงานของโรงงานโรงงานจึงค่อยๆ ลดลงเป็นไปได้ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพเทคโนโลยีการปรับปรุงพันธุ์อย่างรวดเร็วและลดวงจรการปรับปรุงพันธุ์โดยการรวมเทคโนโลยีการปรับปรุงพันธุ์อย่างรวดเร็วของโรงงานเข้ากับเทคนิคการเพาะพันธุ์อื่น ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

จบ

ข้อมูลที่อ้างถึง

หลิว ไคเจ๋อ, หลิว โฮ่วเฉิง.ความคืบหน้าการวิจัยเทคโนโลยีการปรับปรุงพันธุ์พืชอย่างรวดเร็ว [J]เทคโนโลยีวิศวกรรมเกษตร, 2022,42(22):46-49.