23 марта 2022

Ученые провели первые эксперименты по выращиванию сои в вертикальных теплицах

Ученые провели первые эксперименты по выращиванию сои в вертикальных теплицах

Не все культуры созданы одинаковыми: некоторые просто более питательны, чем другие. Каков наилучший способ выращивания этих культур и как сделать их еще более питательными? В Вагенингенском университете (Нидерланды) исследовали производство богатых белком культур на собственной вертикальной ферме.

Постепенно сельское хозяйство начинает переходить к более устойчивой модели производства и потребления белка, также известной как «белковый переход». Все большее беспокойство вызывает экологический след и этические нормы чрезмерного производства животного белка. Поэтому растет интерес к поиску альтернативных, устойчивых способов производства белка и изучению жизнеспособных бизнес-моделей. Производство богатых белками культур в сельском хозяйстве с контролируемой средой в настоящее время все еще находится в зачаточном состоянии, и жизнеспособные бизнес-модели еще не созданы. Поэтому университетский центр BU Greenhouse Horticulture инициировал этот эксперимент в качестве пилотного исследования.

Кандидат для выращивания

Для того чтобы культуры, богатые белком, были жизнеспособными на рынках и в производственных системах, требуется высокая продуктивность и содержание питательных веществ. Культуры-кандидаты были определены с учетом их потенциального качества и количества белка. В итоге были отобраны культуры с высокой урожайностью, а также компактной высотой и вегетационным циклом. Кроме того, учитывался высокий показатель усвояемых незаменимых аминокислот (DIAAS), который использовался в качестве индикатора качества белка. Он обеспечивает точную оценку количества усвоенных аминокислот и вклада белка в удовлетворение потребностей человеческого организма в аминокислотах и азоте.

Соя культурная (Glycine max) была признана наиболее перспективным кандидатом: она отличается самым высоким содержанием и качеством белка, предлагает широкий спектр интересных продуктов и имеет наибольшее количество доступных справочных данных.

Контролируемая среда

Традиционно соя выращивается в полевых условиях, в основном в Бразилии и США. Сельское хозяйство в контролируемой среде (CEA) может улучшить производство незаменимых аминокислот при выращивании культур, богатых белком. Теплицы и вертикальные фермы уже используются для производства высокопитательных культур с улучшенными функциональными ингредиентами (например, минералами, витаминами). Производство в CEA дает возможность оптимизировать производство, улучшить защиту растений, уменьшить используемую площадь земли и потенциально управлять физиологическими механизмами культур при условии достаточного понимания реакции культур на окружающую среду.

Управление кульутрой

В настоящее время существует мало знаний о влиянии условий роста растений на количество и качество белка. Соединения в культурах обычно регулируются с помощью интенсивности света, светового спектра, длины дня, температурного режима и питания. Чтобы выяснить, можно ли регулировать количество и качество белка в соевых бобах, световая обработка (низкое соотношение красного и синего) и температурная обработка (низкая температура) сравнивались с эталонной обработкой. Схема обработки двух сортов (Виола и Обеликс) была основана на литературных исследованиях. Чтобы проверить эффект от обработки, тщательно отслеживался цикл выращивания сортов сои. Содержание белка в бобах измерялось в четырех случаях, чтобы определить скорость накопления белка на ранней репродуктивной стадии стручков. Качество белка также отслеживалось путем измерения аминокислотного состава зрелых семян.

Более быстрое и точное управление

Наша способность управлять питательным качеством урожая ограничена нашей способностью измерять физиологию растений и, в частности, содержание белка в естественных условиях. Химический анализ содержания белка требует времени, денег и энергии. В этом проекте ученые работали над методом спектрального измерения, который может точно предсказать содержание белка в соевых бобах, основываясь на спектральных характеристиках стручка. Этот метод не только позволяет обойти долгосрочную зависимость от медленных методов химического анализа, он также обходит любую форму разрушительной подготовки образца, проводя измерения непосредственно на стручке. Эти измерения проводятся быстро (1-10 секунд) и не требуют технического опыта. Это делает метод идеальным для применения непосредственно в производственной камере без необходимости сбора урожая.

Результаты

Температура, свет и сорт оказали статистически значимое влияние на общую урожайность бобов (г/кв.м).

Температура: Более высокая урожайность была достигнута при более высоких температурах у обоих сортов. Этот результат связан с количеством семян, так как средний вес семян почти не зависел от температуры. Концентрация белка в семенах увеличивалась при более низких температурах, что согласуется с информацией, найденной в литературе. Обработка светом может быть ключом к дальнейшему увеличению производства культур с высоким содержанием белка.

Свет: Обработка светом оказала явное влияние на удлинение растений и урожайность. Растения, выращенные под светом с низким соотношением красного и синего, имели на 20% более короткий стебель по сравнению с растениями, подвергшимися эталонной световой обработке. Кроме того, снизилась урожайность. Возможно, световая обработка является ключом к дальнейшему повышению производства культур с высоким содержанием белка.

Сорт: Общая урожайность также зависела от сорта. Урожайность Виолы была в среднем на 16% ниже, чем урожайность Обеликса. Урожайность при выращивании в контролируемых условиях может быть увеличена путем выбора более «подходящего» сорта.

Эффективность: Не было найдено ни одного опубликованного исследования, в котором прогнозы содержания белка в бобах были бы сделаны на основе спектральных характеристик стручка. Представленные модели основаны либо на спектрах отражения, собранных на высушенных и/или измельченных образцах бобов. Содержание белка в соевых бобах можно более эффективно прогнозировать путем измерения стручка в естественных условиях.

Потенциал: Полученные результаты свидетельствуют о том, что существует потенциал для преобразования разработанного метода спектральной визуализации в протокол, который может работать в рамках вертикальной фермы (или другой среды выращивания) без необходимости разрушительного сбора урожая.

Этот эксперимент стал первым, но важным шагом в новую область для сельского хозяйства с контролируемой средой. В будущем, возможно, специалисты смогут активно измерять и регулировать содержание белка в культурах, выращиваемых в теплицах и вертикальных фермах.

Фото: Вагенингенский университет

Рекомендуем

Популярные статьи