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  中国农业科学院都市农业研究所植物工厂创新团队与中国水稻所水稻功能基因组学创新团队合作，选择株型较矮的6个矮杆水稻品种，在全人工光植物工厂环境下进行水稻快速繁育与高效栽培试验。 供试水稻品种
本试验在成都中国农业科学院都市农业研究所的全人工光植物工厂内进行。试验使用的栽培架为40 mm×40 mm的铝型材组装，每组栽培架长1200 mm，宽600 mm，分上、中、下4层，每层间距600 mm。栽培槽采用6 mm 不锈钢板焊接拼装而成，栽培板为PVC发泡板，栽培槽长1200 mm，宽600 mm，深100 mm在栽培槽一侧设进、回液口，进、回液口异端，营养液经供液口流入后水平直线流动，由回液口流出，采用霍格兰（Hoagland's）营养配方。光源系统由矩形面板LED（600 mm×300 mm）组装而成，光质、光强可调。试验于 2021年5月6日播种育苗，5月12日定植，7月15日收获。 试验结果表明，'ZF802M’和'CP511’两个品种表现出较好的产量潜力，这两个品种定植后平均45天抽穗、63天收获，其中'ZF802M’单层栽培产量最高可达0.98 kg/m2，相当于产量达652 kg/667 m2。 植物工厂快速繁育采用一整套的技术调控手段，通过控制作物生长的环境与营养条件，加速作物开花和结实，快速推进到下一代。通过采用最优的光照环境（光质、光强、光周期），适宜的温度和充足的养分供应，实现作物各种生理过程的提速，尤其是光合作用速率、提早开花与结实，更早的收获种子，从而缩短世代时间。
植物工厂水稻各阶段生长情况 缩短作物生育周期 试验中针对水稻短日照作物特性和不同生育期光环境需求，采用不同比例的混合LED光源，进行水稻全生育期动态光环境调控，尤其是光周期的精准调控，诱导水稻早期开花、促进快速生长和结实。根据水稻光合对光谱选择性吸收的特征，以红蓝LED组合为主体，辅之以微剂量信号光谱（UV、远红外、绿光等），构建水稻快速开花、成熟和产量形成的光质优化配方。水稻作为喜光作物，对光照条件有较高的要求，并且群体的光饱和点随着叶面积指数增大而变高，不同生长期的按需渐变供光，即能满足水稻生长对光强的需求，促进灌浆，又能提升光能效率。针对水稻短日照作物的特征，正常抽穗往往需要经过一定时长的短日照调节，因此，通过光周期精准调控，采用缩短光照时长促进抽穗和延长光照时长加速生长相结合的供光模式，加速营养生长和生殖生长，从而缩短水稻整个生育周期。 促进作物提早开花与结实 通过优化植物工厂内温湿度等环境要素和营养供给，为水稻提供最佳生长环境和养分条件，进行环境-营养耦合调控，激发水稻光合潜能，促进产量积累与品质形成。在保证适宜生长温度的条件下，通过控制昼夜温差，确保水稻提前灌浆结实。同时，根据水稻营养需求规律和吸肥特性，定向调节矿质营养的供应，充分满足水稻吸肥高峰对各种营养元素的需求，前期提高氮素供给，促进分蘖，加速营养生长，后期则通过控氮增碳，促进生殖生长，并结合光强的调控和营养液浓度的变化，实现光与营养的协同调控，大幅缩短水稻生育周期。 植物工厂水稻快速繁育技术是工业化方式解决育种难题和粮食安全的大胆尝试，颠覆了传统育种与栽培方法，显著提升了育种效率，为加快作物育种速度、推动工厂化设施化生产提供了科学积累，为保障国家粮食安全、打赢种业翻身仗提供新的技术途径。 作物育种加速平台 植物工厂水稻快速育种技术的突破，显著缩短了育种周期，一年可实现水稻育种加代5~6代，解决了水稻新品种选育周期长、效率低的问题。利用植物工厂环境与营养精准可控的技术优势，打破作物生长的时空瓶颈，实现作物的周年连续繁育，为快速发展纯合子和稳定基因型提供了机会，加速育种迭代，提升育种效率。此外，植物工厂作物快速繁育作为一个平台，可以与单子传代法、单株选择、高通量表型和基因型、标记辅助选择、基因组选择、CRISPR基因编辑和单倍体育种等多种技术相结合，形成作物育种超级加速平台，加快水稻、小麦、玉米和大豆等各类作物的品种改良速度。 超级垂直粮食工厂 植物工厂水稻立体栽培的成功，突破了传统的作物栽培方式，为粮食作物的工厂化栽培奠定了基础。植物工厂可控环境下的多层立体栽培，可大幅度提升土地利用效率与粮食产能。本次研究的植物工厂单层水稻栽培面积为15.0 m2，'ZF802M’产量最高为0.98 kg/m2，四层栽培系统总产58.8 kg/m2。在植物工厂环境下每年可加代6代，以栽培层10层计算，理论上年产量可达 39 t/667 m2，产能为大田的30倍以上。未来可通过选育一些矮化的作物品种在植物工厂环境下进行多层立体栽培，探寻大幅提升土地利用效率的技术途径，为保障粮食安全提供新的技术支撑。 外太空探索的食物保障 植物工厂生产不受任何地点与气候条件的限制，水稻等粮食作物快速繁育技术的突破，为月球、火星等外太空探索的食物保障提供了有效的技术方法。随着月球与火星基地以及深空探索工作的逐渐展开，生命保障体系也将随之建立，植物工厂环境可控、产能高效的技术优势必将为星月及外太空探索的食物生产提供有效的技术保障。 
引用信息 卞中华,李宗耕,王森,等.植物工厂水稻快速繁育技术探究[J].农业工程技术,2022,42(19):60-62.  为更好的服务《农业工程技术（温室园艺）》杂志的读者作者，方便大家交流，编辑部建立了杂志微信交流群，有关专业领域内的问题讨论、投稿相关问题均可在群里咨询，扫描下方二维码加小园子微信拉您进群。    《农业工程技术（温室园艺）》 GREENHOUSE & HORTICULTURE 《农业工程技术（温室园艺）》杂志是由中华人民共和国农业农村部主管，农业农村部规划设计研究院、中国农业工程学会主办的技术类期刊，全国公开发行。本刊被《中国知网》《维普资讯》《万方数据》《中国学术期刊综合评价数据库》《中国学术期刊·光盘版》《中文科技期刊数据库》等重要检索刊物摘引和全文收录。 |
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