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加速作物育种的植物工厂系统、方法、装置、设备及介质

花匠小妙招
2024-11-30 10:30

本发明涉及农作物育种，尤其涉及一种加速作物育种的植物工厂系统、方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、育种加速技术是指通过人工控制光周期、光强、光质和温度等环境，促进作物快速开花结实，提前收获，实现种子的快速加代的技术，对农业发展具有重要意义。

2、由于植物工厂的环境可控性强，采用植物工厂技术进行育种加速是目前普遍采用的技术方案。然而，目前的育种加速技术对传统ssd法的f0-f4阶段生长发育加速，实际得到的作物与田间表型区别较大，无法进行大面积推广，需要额外进行筛选。但是现有的筛选方法和指标通常为直接种植并根据作物的真实表型进行筛选，存在筛选周期长、成本高、劳动强度大、经济性差、破坏性大等问题，无法满足生产上对育种的迫切性和便捷性需求，因此，如何进行作物的快速育种是目前业界亟待解决的重要课题。

技术实现思路

1、本发明提供一种加速作物育种的植物工厂系统、方法、装置、设备及介质，用以解决现有技术无法满足生产上对育种的迫切性和便捷性需求的缺陷，实现作物的快速育种。

2、本发明提供一种加速作物育种的植物工厂系统，包括环境控制模块、快速加代模块和种质鉴选模块，其中：

3、所述环境控制模块用于控制快速加代模块和种质鉴选模块的育种环境；

4、所述快速加代模块用于加快作物世代；

5、所述种质鉴选模块通过环境控制模块使育种环境模拟田间环境；

6、所述快速加代模块与所述种质鉴选模块用于培养同一目标作物。

7、根据本发明提供的加速作物育种的植物工厂系统，还包括水肥模块，所述水肥模块包括水源、母液单元、微量泵单元、称重检测池、分区供液单元、传感器单元及回液单元，其中：

8、所述水源和所述回液单元与所述称重检测池电连接；

9、所述母液单元包括n元素母液池、p元素母液池、s元素母液池、k元素母液池、ca元素母液池、mg元素母液池及微量元素母液池，每个母液池分别通过一个微量泵单元与称重检测池电连接；

10、所述传感器单元包含ec传感器、ph传感器和液温传感器。

11、根据本发明提供的加速作物育种的植物工厂系统，所述快速加代模块包括营养液循环系统，所述营养液循环系统与所述水肥模块电连接，所述营养液循环系统运行时，执行以下步骤：

12、获取目标作物对应的营养液配方，所述营养液配方包括目标作物的多个生长生育期对应的营养液配方；

13、开启水源和微量泵，采用pwm控制微量泵的过液量，并实时监测称重检测池的重量数据，使营养液循环系统的输出与目标作物的生长生育期对应的营养液配方相同；开启回液电磁阀，使营养液循环；

14、根据目标作物的生长生育期对应的营养液配方、称重检测池的重量数据和传感器单元的采样数据，计算补液量；

15、根据补液量调整水源和微量泵，使营养液循环系统的输出与目标作物的生长生育期对应的营养液配方相同。

16、根据本发明提供的加速作物育种的植物工厂系统，所述环境控制模块包括空气控制单元和光控制单元。

17、本发明还提供一种作物育种方法，应用于上述加速作物育种的植物工厂系统，包括以下步骤：

18、通过快速加代模块和种质鉴选模块培养目标作物；

19、获取快速加代模块中的作物表型与种质鉴选模块中的作物表型的第一关联模型；

20、获取作物表型与环境信息的第二关联模型；

21、根据第一关联模型与第二关联模型确定目标种质，通过快速加代模块对目标种质进行加速育种。

22、根据本发明提供的作物育种方法，通过快速加代模块和种质鉴选模块培养作物步骤之前，还包括以下步骤：

23、对目标作物的目标基因进行基因编辑处理。

24、根据本发明提供的作物育种方法，所述作物表型包括光敏感性、逆境抗性、株型、产量性状、品质性状及温敏感性；所述逆境抗性包括生物抗性和非生物抗性；所述株型包括叶型、株高和分枝。

25、本发明还提供一种作物育种装置，应用于上述加速作物育种的植物工厂系统，包括：

26、培养模块，用于通过快速加代模块和种质鉴选模块培养目标作物；

27、第一关联模型模块，用于获取快速加代模块中的作物表型与种质鉴选模块中的作物表型的第一关联模型；

28、第二关联模型模块，用于获取作物表型与环境信息的第二关联模型；

29、育种加速模块，用于根据第一关联模型与第二关联模型确定目标种质，通过快速加代模块对目标种质进行加速育种。

30、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述作物育种方法。

31、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述作物育种方法。

32、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述作物育种方法。

33、本发明提供的一种加速作物育种的植物工厂系统、方法、装置、设备及介质，通过植物工厂的种质鉴选模块模拟田间环境，种质鉴选模块和快速加代模块培养同一作物可以直接分析同一作物在田间环境下与加速世代培养环境下的表型区别，由于田间环境为模拟得到，可直接根据环境控制模块的模拟参数获取田间环境参数；本发明进一步通过获取关联模型，确定大田表现优秀的目标种质，节省了大田性状比较环节的时间，提高了育种效率，同时发挥植物工厂优势，为植物工厂育种提供了新的、可直接大面积种植的、时间更短的新路径。

技术特征：

1.一种加速作物育种的植物工厂系统，其特征在于，包括环境控制模块、快速加代模块和种质鉴选模块，其中：

2.根据权利要求1所述的加速作物育种的植物工厂系统，其特征在于，还包括水肥模块，所述水肥模块包括水源、母液单元、微量泵单元、称重检测池、分区供液单元、传感器单元及回液单元，其中：

3.根据权利要求2所述的加速作物育种的植物工厂系统，其特征在于，所述快速加代模块包括营养液循环系统，所述营养液循环系统与所述水肥模块电连接，所述营养液循环系统运行时，执行以下步骤：

4.根据权利要求1所述的加速作物育种的植物工厂系统，其特征在于，所述环境控制模块包括空气控制单元和光控制单元。

5.一种作物育种方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4任一项所述加速作物育种的植物工厂系统，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的作物育种方法，其特征在于，通过快速加代模块和种质鉴选模块培养目标作物步骤之前，还包括以下步骤：

7.根据权利要求5所述的作物育种方法，其特征在于，所述作物表型包括光敏感性、逆境抗性、株型、产量性状、品质性状及温敏感性；所述逆境抗性包括生物抗性和非生物抗性；所述株型包括叶型、株高和分枝。

8.一种作物育种装置，其特征在于，应用于如权利要求1-4任一项所述加速作物育种的植物工厂系统，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求5至7任一项所述作物育种方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5至7任一项所述作物育种方法。

技术总结
本发明涉及农作物育种技术领域，尤其涉及一种加速作物育种的植物工厂系统、方法、装置、设备及介质。本发明通过植物工厂的种质鉴选模块模拟田间环境，种质鉴选模块和快速加代模块培养同一作物可以直接分析同一作物在田间环境下与加速世代培养环境下的表型区别，由于田间环境为模拟得到，可直接根据环境控制模块的模拟参数获取田间环境参数；本发明进一步通过获取关联模型，确定大田表现优秀的目标种质，节省了大田性状比较环节的时间，提高了育种效率，同时发挥植物工厂优势，为植物工厂育种提供了新的、可直接大面积种植的、时间更短的新路径。

技术研发人员：薛绪掌,赵倩,陈立平,孙维拓,郑文刚,陈晓丽,徐凡,张馨,王利春,施伟
受保护的技术使用者：北京市农林科学院智能装备技术研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1