新技术新产(特别策划｜中科生物植物工厂关键技术科技创新和产业化)

Posted 2023-05-28

篇首语：忙于采集的蜜蜂，无暇在人前高谈阔论。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了新技术新产(特别策划｜中科生物植物工厂关键技术科技创新和产业化)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

新技术新产(特别策划｜中科生物植物工厂关键技术科技创新和产业化)

温室彩椒

　　党的二十大报告提出，要加强企业主导的产学研深度融合，强化目标导向，提高科技成果转化和产业化水平。在加快科技成果转化，促进面向国家重大需求和国民经济主战场的技术研发工作方面，中国科学院一直在“率先行动”，2015年中国科学院植物研究所联合福建三安集团，发挥各自在植物学领域与光电技术领域的特长，创立了福建省中科生物股份有限公司(以下简称“中科生物”)，利用LED光谱技术应用于植物生命科学领域，致力于植物工厂的科技创新和产业化。

　　经过7年的发展，中科生物已走在了探索与自主创新植物工厂技术前列，已成为唯一一家具备从植物工厂科技创新到产业化推广全产业链的高新技术企业。在植物工厂生产系统与装备、植物生产专用光谱与照明灯具、植物专用营养液与稳定性调控和生产模式与专用新品种育种等方面进行了重大创新和产业化。

植物工厂关键技术创新

(一)创制了模块式整合栽培生产系统、无人化垂直农业生产系统等成套装备

模块式整合栽培生产系统

　　中科生物创制了模块式整合栽培生产系统、无人化垂直农业生产系统、节能免分栽植物工厂自动生产系统、室内多层育苗系统、集装箱植物工厂和家庭式植物工厂系统等植物工厂成套装备。其中，模块式整合栽培生产系统采用全新的模组化工业设计理念，革新了传统跑道式栽培装备，解决了其成本高和搭建复杂的难题，成为全球首套运用于中大型植物工厂的台套化装备，获得德国“红点奖”和“中国设计智造大奖铜奖”，已出口28个国家和地区；创制出全球首套无人植物工厂生产系统，实现了从播种、育苗、分栽、生产、采收到包装及栽培设备的清洗等植物生产全过程的自动化和无人化，解决了已有的植物工厂劳动力成本高且需求量大导致的生产成本居高不下的难题，获“第一届中国农业机器人创新大赛”一等奖；开发出第一代植物工厂多层育苗系统，建成了国内首个大型人工光多层育苗工厂，实现高品质种苗标准化生产；开发出的能源自给型集装箱式植物工厂已经列装我国西部某军区，2018年首次在海拔超过4300米的无人区安全越冬，为边防哨所、海岛和荒漠等环境极端恶劣地区的边防部队周年生产蔬菜。

　　(二)光环境调控技术以及LED植物照明技术引领行业发展

植物照明系列产品

　　中科生物开发出不同植物生长发育的80余种专用光谱和光环境调控技术，包括生菜、白菜等叶菜类育苗与生产，番茄、甜椒、黄瓜等瓜果类蔬菜育苗与生产，食用花卉与蓝莓等花果生产，金线莲、霍山石斛等药用植物生产，水稻、玉米、小麦等农作物生长发育，温室蔬菜、花卉、农作物和瓜果补光生产等光配方。基于光配方技术，结合LED优势，实现50余种植物照明产品的量产，形成了凤凰、大嘴鸟、飞燕、火烈鸟和云雀等5大系列植物照明产品，光环境调控技术以及LED植物照明技术处于国际领先地位，基于专用光配方开发的植物照明灯具产品已应用到34个国家和地区。

　　(三)生产技术居国际植物工厂领先水平

　　中科生物开发出不同植物生长发育的6大类10余种通用型及专用型的植物水培营养液配方和调控技术，包括满足生菜、小白菜等叶菜类蔬菜，番茄、黄瓜、甜辣椒等果菜类蔬菜，冰菜、酸模等特菜，金线莲、霍山石斛等药用植物，花卉类和蓝莓等果树类的营养液配方。开发出相应的植物工厂营养液商用产品，叶菜类蔬菜水培营养液的生产效果明显优于传统配方及市场竞品。

　　原创性突破植物生产技术和栽培模式，实现生菜和白菜种子从萌发到采收，35天达到单株120克的产量，生菜、小白菜公斤耗电量低于8千瓦时，远低于国际植物工厂生菜公斤耗电量10-12千瓦时；开发出果菜类蔬菜植物工厂栽培技术，坐果量大、产量高，每年每平方米占地面积可收获黄瓜超过250千克、樱桃番茄100千克、甜椒120千克，且品质优，黄瓜可溶性固形物含量高于4%，樱桃番茄和甜椒高于9%；开发蓝莓植物工厂专用配套栽培技术，首次实现蓝莓在植物工厂中无需使用低温条件的连续开花结果，一年2至3次采收。蓝莓实现一年四季在任何需要的时间向市场提供新采收的果实，产量高、果实大、品质好，打破了蓝莓一年只进行一季采收的经济生产传统模式，成为今后植物工厂的一个全新发展方向。

　　首次建立了可大规模产业化的立体式+潮汐式的集约化育苗体系，已经应用到茄果类(番茄、辣椒、甜椒、茄子)、瓜类(黄瓜、西瓜、甜瓜、西葫芦)、架豆、大葱、樱桃萝卜、不结球白菜、西兰花、火龙果、百香果等作物的育苗。育苗时间比传统育苗缩短1/3-1/2，其中黄瓜成苗13天(传统育苗23-25天)、番茄成苗20天(传统育苗约50 天)、甜(辣)椒成苗28天(传统育苗40-50天)，且生产成本与传统温室育苗方式基本相当。

金线莲工厂化生产技术在生产中的应用

　　中科生物首次建立了药用植物金线莲植物工厂生产技术体系。在育苗方面，革新了传统组培茎段培养和固体培养基培养的生产模式，创造了金线莲胚状体成苗体系和液体组培技术。胚状体成苗技术一年扩繁系数较传统技术提高23倍，液体组培体系组培4个月植株单株鲜重提高30%以上，6个月超过50%，种植时清洗效率提高30%；开发出了全新的金线莲植物工厂种植技术及大规模产业化的生产系统，所生产的金线莲生长速度快，产品功能性化合物含量高，金线莲苷和总黄酮含量比产地其他传统生产的20家企业平均高约50%，且不同批次的产品含量稳定。目前，该技术已应用到国际上最大的商业化药用植物工厂内，实现规模化生产。

　　(四)建立植物工厂育种加速技术体系，育成首个植物工厂专用的生菜品种

　　利用植物工厂优势，中科生物通过精准控制光质与光照时间，调节不同作物生长阶段的营养液浓度，设定最佳环境温度与湿度，缩短作物营养生长期和加速其进入生殖生理状态，并实现尽早开花，创造出全新的植物工厂育种加速器。植物工厂育种加速器适宜于所有的作物种类，能克服南繁基地仅适宜夏季作物且需异地种植的缺陷。与传统室外或温室育种相比，主要作物由每年繁殖1-2代增加到每年3-4代，植株生长周期缩短15%-20%，种子采收周期缩短40%-50%。并且通过两年多的努力，在2020年育成2个不烧心、不焦边、生长速度快、产量高的生菜新品种(已申请DUS保护)，这也成为首例利用植物工厂育种加速器育成的作物新品种。

植物工厂技术成果

　　为获得科研成果的知识产权保护，中科生物已申请涵盖植物工厂装备、植物专用光谱技术与灯具、营养液技术、栽培技术等领域的专利成果511件，含发明专利和实用新型专利分别为241件和220件；为进一步保护核心专利在主要市场国家的权益，扩展申请了美国、欧盟、日本等国外专利220件(含65项PCT)。截至目前，已累计获得授权专利370件，其中国内发明专利和实用新型专利分别为57件和210件，国外发明专利58件。

植物工厂产业化

杨凌自动化植物工厂

　　中科生物自主研发的植物工厂装备和技术已出口到欧美亚澳等国家和地区，已成为国际上植物工厂系统解决方案的重要供应商，是一家在国际植物工厂领域有重大影响力的光生物产业企业。

　　(一)建成了全国面积最大、植物工厂类型和种植品种最多的植物工厂生产示范基地

　　中科生物在福建省泉州市安溪县建设了占地面积200亩的植物工厂生产示范基地。2016年利用公司自己研发的模块式整合栽培生产系统装备，建成了全球首个建筑面积1万平方米的大型商业化蔬菜植物工厂，进行生菜的生产与销售，探索我国植物工厂蔬菜生产的盈利模式。“这一植物工厂的建成标志着我国的植物工厂真正由示范阶段进入了产业化阶段。”之后，团队陆续建成了全球首个商业化烹饪类蔬菜(2017年)、商业化食用花卉(2017年)、商业化药用植物(2017年)等植物工厂，植物产品在商超、高档饭店与宾馆销售；同时建立了示范推广性质的果菜类蔬菜植物工厂(2019年)、蓝莓植物工厂(2020年)、茶叶植物工厂(2020年)、集装箱植物工厂(2017年)和无人化垂直农业生产系统植物工厂(2018年)。商业化生产与示范植物工厂在国内外产生了重要影响，共有国内外1700多批3万余人次来基地参观学习，促进了全球植物工厂产业的快速发展。

　　(二)代表中国先进植物工厂技术的装备技术出口多个发达国家和地区

　　在国内，中科生物研发的模块式整合栽培生产系统的植物工厂已在25个省(自治区、直辖市)推广应用，如2016年利用自主研发的装备和技术建成全球单体面积最大的1万平方米植物工厂，日产1.8吨无农药、无重金属污染的高品质蔬菜，成为2017年金砖国家领导人厦门会晤餐宴的唯一生食类蔬菜；在国际上，模块式整合栽培生产系统的植物工厂被推广到含欧美在内的27个国家和地区。全自动化智能生产系统实现植物工厂真正意义上的数字化、无人化，两座自动化植物工厂落地陕西和海南，分别服务于杨凌国家农高区和三亚种子创新研究院；集装箱式植物工厂除在国内推广应用外，也开始向马来西亚出口。作物育苗生产系统植物工厂，已应用于蔬菜和烟草的规模化育苗。

西藏集装箱植物工厂

　　中科生物还致力于服务国防后勤保障的国家战略需求。2018年能源自供型集装箱植物工厂安装在我国海拔超过4300米的边防站，首次实现了特高海拔地区的蔬菜周年生产；2019年启动“陆军机关暖心惠兵样板工程”，一批集装箱植物工厂已列装陆军部队，部分安装在了海拔超过5000米的无人区边防哨所；2021年模块式整合栽培生产系统植物工厂首次安装在沙漠腹地的酒泉卫星发射中心，为航天员的蔬菜安全供给提供保障；2019年特别研制的舰船专用植物工厂安装在了海军大型舰船上，开创了保障海军战士海外执行任务期间新鲜蔬菜供给的先河。

植物工厂产业化产生的影响

　　中科生物的植物工厂成套装备与生产关键技术创新成果得到大规模推广应用，极大地推动了我国乃至全球植物工厂产业的快速发展，为解决土地资源紧缺、环境污染与食品安全等问题，提供了全新途径，也为未来保障我国大粮食安全开辟出重要的发展方向。在装备和技术方面，团队创新成果的应用，一改我国早期植物工厂(2009年我国建成首个试验性质的100m²LED植物工厂)完全依赖进口的局面，2016年项目团队建成全球首个1万平方米植物工厂。植物工厂科技创新和产业化成果引起社会的广泛关注，获得中科院、科技部和当地政府的大力支持，植物工厂成功突破关键技术，并成为新兴前沿技术；中科生物先后通过知识产权贯标和两化融合管理体系认证，获得了“国家高新技术企业”“福建省科技小巨人领军企业”“福建省科技型企业”“福建省院士工作站”“福建省智能制造示范企业”“博士后科研工作站”“福建省植物工厂工程研究中心”“泉州市院士示范工作站”和“新型研发机构”等荣誉称号。促进了我国植物工厂装备与关键技术跃居国际领跑地位，提高了装备产品技术的国际竞争力。近几年，成果在全球范围内推广，在行业内形成巨大的示范效应，产生了显著的社会效益与间接经济效益。

作者：李阳(中国科学院植物研究所)

来源：《中国农村科技》2023年第2期