हरितगृह बागायती कृषी अभियांत्रिकी तंत्रज्ञान१४ ऑक्टोबर २०२२ रोजी १७:३० वाजता बीजिंगमध्ये प्रकाशित
जागतिक लोकसंख्येच्या सतत वाढीसह, लोकांची अन्नाची मागणी दिवसेंदिवस वाढत आहे आणि अन्न पोषण आणि सुरक्षिततेसाठी उच्च आवश्यकता पुढे आणल्या जात आहेत. उच्च-उत्पादन देणारी आणि उच्च-गुणवत्तेची पिके घेणे हे अन्न समस्या सोडवण्याचे एक महत्त्वाचे साधन आहे. तथापि, पारंपारिक प्रजनन पद्धतीमध्ये उत्कृष्ट जातींची लागवड करण्यासाठी बराच वेळ लागतो, ज्यामुळे प्रजननाची प्रगती मर्यादित होते. वार्षिक स्वयं-परागकण करणाऱ्या पिकांसाठी, सुरुवातीच्या पालक क्रॉसिंगपासून नवीन जातीच्या उत्पादनापर्यंत 10-15 वर्षे लागू शकतात. म्हणून, पीक प्रजननाची प्रगती वेगवान करण्यासाठी, प्रजनन कार्यक्षमता सुधारणे आणि पिढीचा कालावधी कमी करणे तातडीचे आहे.
जलद प्रजनन म्हणजे पूर्णपणे बंद नियंत्रित वातावरण वाढीच्या खोलीत पर्यावरणीय परिस्थिती नियंत्रित करून वनस्पतींचा वाढीचा दर वाढवणे, फुले येणे आणि फळधारणा वाढवणे आणि प्रजनन चक्र कमी करणे. वनस्पती कारखाना ही एक कृषी प्रणाली आहे जी सुविधांमध्ये उच्च-परिशुद्धता पर्यावरणीय नियंत्रणाद्वारे उच्च-कार्यक्षमतेचे पीक उत्पादन साध्य करू शकते आणि ते जलद प्रजननासाठी एक आदर्श वातावरण आहे. कारखान्यातील प्रकाश, तापमान, आर्द्रता आणि CO2 एकाग्रता यासारख्या लागवडीच्या वातावरणातील परिस्थिती तुलनेने नियंत्रित करण्यायोग्य आहेत आणि बाह्य हवामानामुळे कमी किंवा जास्त प्रभावित होत नाहीत. नियंत्रित पर्यावरणीय परिस्थितीत, सर्वोत्तम प्रकाश तीव्रता, प्रकाश वेळ आणि तापमान वनस्पतींच्या विविध शारीरिक प्रक्रियांना, विशेषतः प्रकाशसंश्लेषण आणि फुलांना गती देऊ शकते, ज्यामुळे पिकांच्या वाढीचा पिढीचा वेळ कमी होतो. पिकांची वाढ आणि विकास नियंत्रित करण्यासाठी वनस्पती कारखाना तंत्रज्ञानाचा वापर करणे, आगाऊ फळे काढणे, जोपर्यंत उगवण क्षमता असलेले काही बियाणे प्रजनन गरजा पूर्ण करू शकतात.
पिकांच्या वाढीच्या चक्रावर परिणाम करणारा मुख्य पर्यावरणीय घटक, प्रकाश कालावधी
प्रकाशचक्र म्हणजे दिवसातील प्रकाशकाळ आणि अंधारकाळातील बदल. प्रकाशचक्र हा पिकांच्या वाढ, विकास, फुले येण्यावर आणि फळधारणेवर परिणाम करणारा एक महत्त्वाचा घटक आहे. प्रकाशचक्रातील बदलाची जाणीव करून, पिके वनस्पतिजन्य वाढीपासून पुनरुत्पादक वाढीपर्यंत आणि पूर्ण फुले येण्यापर्यंत बदलू शकतात. वेगवेगळ्या पिकांच्या जाती आणि जीनोटाइपमध्ये प्रकाशकालातील बदलांना वेगवेगळे शारीरिक प्रतिसाद असतात. दीर्घ-सूर्यप्रकाश असलेल्या वनस्पती, एकदा सूर्यप्रकाशाचा वेळ महत्त्वपूर्ण सूर्यप्रकाशाच्या लांबीपेक्षा जास्त झाला की, ओट्स, गहू आणि बार्ली सारख्या प्रकाशकालाच्या वाढीमुळे फुलांचा वेळ सामान्यतः वेगवान होतो. तांदूळ, मका आणि काकडी सारख्या तटस्थ वनस्पती, प्रकाशकालाची पर्वा न करता, फुलतील. कापूस, सोयाबीन आणि बाजरी सारख्या कमी-दिवसांच्या वनस्पतींना फुलण्यासाठी महत्त्वपूर्ण सूर्यकालाच्या लांबीपेक्षा कमी प्रकाशकाल आवश्यक असतो. 8 तास प्रकाश आणि 30 डिग्री सेल्सियस उच्च तापमानाच्या कृत्रिम वातावरणाच्या परिस्थितीत, राजगिराचा फुलण्याचा वेळ शेतातील वातावरणापेक्षा 40 दिवसांहून अधिक लवकर असतो. १६/८ तासांच्या प्रकाश चक्राच्या (प्रकाश/गडद) उपचाराखाली, सर्व सात बार्लीच्या जीनोटाइप लवकर फुलल्या: फ्रँकलिन (३६ दिवस), गेर्डनर (३५ दिवस), गिमेट (३३ दिवस), कमांडर (३० दिवस), फ्लीट (२९ दिवस), बाउडिन (२६ दिवस) आणि लॉकियर (२५ दिवस).
कृत्रिम वातावरणात, गव्हाच्या वाढीचा कालावधी भ्रूण संवर्धनाचा वापर करून रोपे मिळवून कमी करता येतात आणि नंतर १६ तास विकिरण करून दरवर्षी ८ पिढ्या तयार करता येतात. वाटाण्याचा वाढीचा कालावधी शेतातील वातावरणात १४३ दिवसांवरून १६ तासांच्या प्रकाशासह कृत्रिम हरितगृहात ६७ दिवसांपर्यंत कमी करण्यात आला. फोटोपीरियड २० तासांपर्यंत वाढवून आणि २१°C/१६°C (दिवस/रात्र) सह एकत्रित करून, वाटाण्याचा वाढीचा कालावधी ६८ दिवसांपर्यंत कमी करता येतो आणि बियाणे बसवण्याचा दर ९७.८% असतो. नियंत्रित वातावरणात, २० तासांच्या फोटोपीरियड उपचारानंतर, पेरणीपासून फुले येईपर्यंत ३२ दिवस लागतात आणि संपूर्ण वाढीचा कालावधी ६२-७१ दिवस असतो, जो शेतातील परिस्थितीपेक्षा ३० दिवसांपेक्षा कमी असतो. २२ तासांच्या प्रकाश कालावधीसह कृत्रिम हरितगृहाच्या स्थितीत, गहू, बार्ली, रेप आणि हरभरा यांचा फुलांचा कालावधी सरासरी अनुक्रमे २२, ६४, ७३ आणि ३३ दिवसांनी कमी केला जातो. बियाण्याच्या लवकर कापणीसह, लवकर कापणीच्या बियाण्यांचा उगवण दर सरासरी अनुक्रमे ९२%, ९८%, ८९% आणि ९४% पर्यंत पोहोचू शकतो, जो प्रजननाच्या गरजा पूर्ण करू शकतो. सर्वात जलद वाण सतत ६ पिढ्या (गहू) आणि ७ पिढ्या (गहू) उत्पादन करू शकतात. २२ तासांच्या प्रकाश कालावधीच्या स्थितीत, ओट्सचा फुलांचा कालावधी ११ दिवसांनी कमी केला गेला आणि फुलल्यानंतर २१ दिवसांनी, किमान ५ व्यवहार्य बियाण्याची हमी दिली जाऊ शकते आणि दरवर्षी पाच पिढ्या सतत प्रसारित केल्या जाऊ शकतात. २२ तासांच्या प्रकाश कालावधीसह कृत्रिम हरितगृहात, मसूरचा वाढीचा कालावधी ११५ दिवसांपर्यंत कमी केला जातो आणि ते वर्षातून ३-४ पिढ्या पुनरुत्पादित करू शकतात. कृत्रिम हरितगृहात २४ तास सतत प्रकाशमान राहिल्यास, शेंगदाण्याचे वाढीचे चक्र १४५ दिवसांवरून ८९ दिवसांपर्यंत कमी होते आणि एका वर्षात ४ पिढ्यांसाठी त्याचा प्रसार करता येतो.
प्रकाश गुणवत्ता
वनस्पतींच्या वाढीमध्ये आणि विकासात प्रकाशाची भूमिका महत्त्वाची असते. अनेक फोटोरिसेप्टर्सवर परिणाम करून प्रकाश फुलण्यावर नियंत्रण ठेवू शकतो. पिकांच्या फुलांसाठी लाल प्रकाश (R) आणि निळा प्रकाश (B) यांचे गुणोत्तर खूप महत्वाचे आहे. ६००~७००nm च्या लाल प्रकाश तरंगलांबीमध्ये ६६०nm क्लोरोफिलचे शोषण शिखर असते, जे प्रकाशसंश्लेषणाला प्रभावीपणे चालना देऊ शकते. ४००~५००nm च्या निळ्या प्रकाश तरंगलांबीमुळे वनस्पतींच्या फोटोट्रॉपिझम, रंध्र उघडणे आणि रोपांच्या वाढीवर परिणाम होईल. गव्हात, लाल प्रकाश आणि निळ्या प्रकाशाचे प्रमाण सुमारे १ आहे, जे लवकरात लवकर फुलांना चालना देऊ शकते. R:B=४:१ च्या प्रकाश गुणवत्तेखाली, मध्यम आणि उशिरा पिकणाऱ्या सोयाबीन जातींचा वाढीचा कालावधी १२० दिवसांवरून ६३ दिवसांपर्यंत कमी करण्यात आला आणि वनस्पतीची उंची आणि पौष्टिक बायोमास कमी करण्यात आला, परंतु बियाणे उत्पादनावर परिणाम झाला नाही, ज्यामुळे प्रति रोप किमान एक बियाणे पूर्ण होऊ शकते आणि अपरिपक्व बियाण्यांचा सरासरी उगवण दर ८१.७% होता. १० तासांचा प्रकाश आणि निळ्या प्रकाशाच्या पूरक परिस्थितीत, सोयाबीनची रोपे लहान आणि मजबूत झाली, पेरणीनंतर २३ दिवसांनी फुले आली, ७७ दिवसांत परिपक्व झाली आणि एका वर्षात ५ पिढ्या पुनरुत्पादित होऊ शकली.
लाल प्रकाश आणि दूर लाल प्रकाश (FR) यांचे गुणोत्तर वनस्पतींच्या फुलांवर देखील परिणाम करते. प्रकाशसंवेदनशील रंगद्रव्ये दोन स्वरूपात अस्तित्वात असतात: दूर लाल प्रकाश शोषण (Pfr) आणि लाल प्रकाश शोषण (Pr). कमी R:FR गुणोत्तरावर, प्रकाशसंवेदनशील रंगद्रव्ये Pfr वरून Pr मध्ये रूपांतरित होतात, ज्यामुळे दीर्घ दिवसांच्या वनस्पतींना फुले येतात. योग्य R:FR(0.66~1.07) नियंत्रित करण्यासाठी LED दिवे वापरल्याने वनस्पतींची उंची वाढू शकते, दीर्घ दिवसांच्या वनस्पतींना (जसे की मॉर्निंग ग्लोरी आणि स्नॅपड्रॅगन) फुलण्यास प्रोत्साहन मिळू शकते आणि लहान दिवसांच्या वनस्पतींना (जसे की झेंडू) फुलण्यास प्रतिबंध होऊ शकतो. जेव्हा R:FR 3.1 पेक्षा जास्त असते, तेव्हा मसूरचा फुलांचा कालावधी उशिरा येतो. R:FR 1.9 पर्यंत कमी केल्याने सर्वोत्तम फुलांचा परिणाम मिळू शकतो आणि पेरणीनंतर 31 व्या दिवशी ते फुलू शकते. फुलांच्या प्रतिबंधावर लाल प्रकाशाचा परिणाम प्रकाशसंवेदनशील रंगद्रव्य Pr द्वारे मध्यस्थी केला जातो. अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की जेव्हा R:FR 3.5 पेक्षा जास्त असतो तेव्हा पाच शेंगदाण्यांच्या वनस्पतींचा (वाटाणा, हरभरा, ब्रॉडबीन, मसूर आणि ल्युपिन) फुलांचा कालावधी उशिरा येतो. राजगिरा आणि तांदळाच्या काही जीनोटाइपमध्ये, फुलांचा कालावधी अनुक्रमे 10 दिवस आणि 20 दिवसांनी वाढविण्यासाठी दूर-लाल प्रकाशाचा वापर केला जातो.
खत CO२
CO२प्रकाशसंश्लेषणाचा मुख्य कार्बन स्रोत आहे. उच्च सांद्रता CO२सामान्यतः C3 वार्षिकांच्या वाढीस आणि पुनरुत्पादनास चालना देऊ शकते, तर कमी सांद्रता CO२कार्बन मर्यादेमुळे वाढ आणि पुनरुत्पादन उत्पादन कमी होऊ शकते. उदाहरणार्थ, तांदूळ आणि गहू यासारख्या C3 वनस्पतींची प्रकाशसंश्लेषण कार्यक्षमता CO2 च्या वाढीसह वाढते.२पातळी, ज्यामुळे बायोमास वाढतो आणि लवकर फुले येतात. CO चा सकारात्मक परिणाम लक्षात येण्यासाठी२एकाग्रता वाढल्यास, पाणी आणि पोषक तत्वांचा पुरवठा ऑप्टिमाइझ करणे आवश्यक असू शकते. म्हणून, अमर्यादित गुंतवणुकीच्या स्थितीत, हायड्रोपोनिक्स वनस्पतींच्या वाढीच्या क्षमतेला पूर्णपणे मुक्त करू शकते. कमी CO२एकाग्रतेमुळे अरबीडोप्सिस थालियानाच्या फुलांच्या वेळेत विलंब झाला, तर उच्च CO२एकाग्रतेमुळे भाताच्या फुलांच्या वेळेत वाढ झाली, भाताच्या वाढीचा कालावधी ३ महिन्यांपर्यंत कमी झाला आणि वर्षाला ४ पिढ्या वाढल्या. CO2 पूरक करून२कृत्रिम वाढीच्या पेटीत ७८५.७μmol/mol पर्यंत वाढवल्याने, 'एनरेई' या सोयाबीन जातीचे प्रजनन चक्र ७० दिवसांपर्यंत कमी करण्यात आले आणि ते एका वर्षात ५ पिढ्या प्रजनन करू शकते. जेव्हा CO२एकाग्रता 550μmol/mol पर्यंत वाढली, कॅजानस कॅजानची फुले येण्यास 8-9 दिवस उशीर झाला आणि फळे बसण्यास आणि पिकण्यास 9 दिवस उशीर झाला. कॅजानस कॅजानने उच्च CO वर अघुलनशील साखर जमा केली.२एकाग्रता, ज्यामुळे वनस्पतींच्या सिग्नल ट्रान्समिशनवर परिणाम होऊ शकतो आणि फुलांना विलंब होऊ शकतो. याव्यतिरिक्त, वाढलेल्या CO असलेल्या वाढीच्या खोलीत२, सोयाबीनच्या फुलांची संख्या आणि गुणवत्ता वाढते, जे संकरणासाठी अनुकूल आहे आणि त्याचा संकरण दर शेतात पिकवलेल्या सोयाबीनपेक्षा खूप जास्त आहे.
भविष्यातील संभावना
आधुनिक शेती पर्यायी प्रजनन आणि सुविधा प्रजननाच्या माध्यमातून पीक प्रजनन प्रक्रियेला गती देऊ शकते. तथापि, या पद्धतींमध्ये काही कमतरता आहेत, जसे की कठोर भौगोलिक आवश्यकता, महागडे कामगार व्यवस्थापन आणि अस्थिर नैसर्गिक परिस्थिती, ज्यामुळे यशस्वी बियाणे कापणीची हमी देता येत नाही. सुविधा प्रजनन हवामान परिस्थितीमुळे प्रभावित होते आणि पिढी जोडण्यासाठी वेळ मर्यादित असतो. तथापि, आण्विक मार्कर प्रजनन केवळ प्रजनन लक्ष्य वैशिष्ट्यांची निवड आणि निर्धारण वेगवान करते. सध्या, ग्रॅमीनी, लेगुमिनोसी, क्रूसीफेरी आणि इतर पिकांवर जलद प्रजनन तंत्रज्ञान लागू केले गेले आहे. तथापि, वनस्पती कारखाना जलद पिढी प्रजनन हवामान परिस्थितीच्या प्रभावापासून पूर्णपणे मुक्त होते आणि वनस्पतींच्या वाढ आणि विकासाच्या गरजांनुसार वाढीच्या वातावरणाचे नियमन करू शकते. पारंपारिक प्रजनन, आण्विक मार्कर प्रजनन आणि इतर प्रजनन पद्धतींसह वनस्पती कारखाना जलद प्रजनन तंत्रज्ञानाचे प्रभावीपणे संयोजन केल्यास, जलद प्रजननाच्या स्थितीत, संकरीकरणानंतर एकसंध रेषा मिळविण्यासाठी लागणारा वेळ कमी केला जाऊ शकतो आणि त्याच वेळी, आदर्श गुणधर्म आणि प्रजनन पिढ्या मिळविण्यासाठी लागणारा वेळ कमी करण्यासाठी सुरुवातीच्या पिढ्यांची निवड केली जाऊ शकते.
कारखान्यांमध्ये वनस्पती जलद प्रजनन तंत्रज्ञानाची प्रमुख मर्यादा म्हणजे वेगवेगळ्या पिकांच्या वाढीसाठी आणि विकासासाठी आवश्यक असलेल्या पर्यावरणीय परिस्थिती खूप वेगळ्या असतात आणि लक्ष्यित पिकांच्या जलद प्रजननासाठी पर्यावरणीय परिस्थिती प्राप्त करण्यास बराच वेळ लागतो. त्याच वेळी, वनस्पती कारखाना बांधकाम आणि ऑपरेशनच्या उच्च खर्चामुळे, मोठ्या प्रमाणात अॅडिटीव्ह प्रजनन प्रयोग करणे कठीण होते, ज्यामुळे बहुतेकदा मर्यादित बियाणे उत्पादन होते, ज्यामुळे फॉलो-अप फील्ड कॅरेक्टर मूल्यांकन मर्यादित होऊ शकते. वनस्पती कारखाना उपकरणे आणि तंत्रज्ञानाच्या हळूहळू सुधारणा आणि सुधारणासह, वनस्पती कारखान्याचा बांधकाम आणि ऑपरेशन खर्च हळूहळू कमी होतो. वनस्पती कारखाना जलद प्रजनन तंत्रज्ञानाला इतर प्रजनन तंत्रांसह प्रभावीपणे एकत्रित करून जलद प्रजनन तंत्रज्ञानाला अधिक अनुकूलित करणे आणि प्रजनन चक्र कमी करणे शक्य आहे.
शेवट
उद्धृत माहिती
लिऊ कैझे, लिऊ हौचेंग. वनस्पती कारखाना जलद प्रजनन तंत्रज्ञानाची संशोधन प्रगती [जे]. कृषी अभियांत्रिकी तंत्रज्ञान, २०२२,४२(२२):४६-४९.
पोस्ट वेळ: ऑक्टोबर-२८-२०२२