高附加值植物生產的環境控制技術（二）植物工廠環境調控對高附加值植物生產的影響

賀冬仙

（中國農業大學水利與土木工程學院，北京 100083）

UV-A 的LED 光照和低溫刺激對羽衣甘藍次生代謝產物積累的影響

吳明敏 教授

韓國忠北大學

紫外（UV-A）和低溫常被作為刺激植物次生代謝產物生物合成的誘導因子。本文旨在探討短期UV-A 的LED 光照和低溫對植物工廠栽培的羽衣甘藍生長及次生代謝產物積累的影響。試驗I 將定植7 天的羽衣甘藍植株分別用LED 波峰為365、375、385、395 nm 的UV-A 連續照射3 周。試驗II 對定植5 周的羽衣甘藍植株進行低溫處理（4 ℃或10 ℃）、UV-A 光照處理（30 W·m-2）、低溫和UV-A 光照耦合處理（10 ℃和UV-A 光照）3 天，再在原生長條件下恢復2 天。試驗I 的結果表明：UV-A 的LED 光照有效促進了羽衣甘藍植株的生長，UV-A 的LED 波峰越大對地上部和地下部的生長促進作用越大，但光系統II 的最大光量子產率（Fv/Fm）則隨著該LED 波峰的減小而減小。羽衣甘藍在375 nm 波峰的UV-A 照射2 天后，總酚含量顯著增加，在上述4 種LED 波峰的UV-A 照射處理5～7 天后，總酚含量均顯著增加，其抗氧化能力亦有類似結果，該結果不僅用植株的苯丙氨酸解氨酶的活化結果能夠證實，在試驗II 的結果中也能印證。低溫和UV-A 光照耦合處理3 天后的羽衣甘藍植株總酚含量顯著高于對照，2 天恢復期后的內槲皮素衍生物含量也有明顯提高。環境脅迫的類型和周期決定次生代謝產物的化學基團。綜上所述，短期UV-A 的LED 光照可促進羽衣甘藍生長及其次生代謝產物的積累，而UV-A 光照和10 ℃低溫的耦合處理比單一脅迫有更好的促產效果。

（中國農業大學賀冬仙、季方翻譯）

短明暗周期調控氣霧培藥用鐵皮石斛的光合途徑切換及其生長

成永三 博士 賀冬仙 教授

中國農業大學

鐵皮石斛是一種具有高藥用價值的石斛屬植物，由于其特殊的CAM 光合途徑在自然環境下生長緩慢。本文探索了光暗周期為12 h/12 h、4 h/4 h與2 h/2 h 處理150 天后的氣霧培鐵皮石斛葉片的電子傳遞特性、光合途徑表現、生物量與可溶性多糖的積累規律。4 h/4 h 和2 h/2 h 的短光暗周期下氣霧培鐵皮石斛葉片的暗期CO2凈交換率為正值，但在12 h/12 h 的光暗周期處理下一直表現為負值；其全天CO2凈交換量與鮮干質量增加量比12 h/12 h提高了近1 倍。2 h/2 h 的短光暗周期處理不僅保證了鐵皮石斛具有較高的可溶性多糖含量，其可溶性多糖產量比12 h/12 h 的光暗周期處理提高了1 倍。因此，4 h/4 h 與2 h/2 h 的短光暗周期調控可將鐵皮石斛葉片的光合途徑由CAM 途徑切換為C3 途徑，并有效地促進其生物量積累，利用2 h/2 h 的短光暗周期調控還可獲得更高的可溶性多糖含量與產量。

（中國農業大學賀冬仙翻譯）

關于長季節高產番茄無土栽培的氮素利用效率最大化

維姆·沃格特 研究員

荷蘭瓦赫寧根大學

無土栽培的小容積也能完全提供或控制植物的營養，但對于能被根系大量吸收的營養元素如NO3-和K+的快速消耗可能是個嚴重問題。在作物生長的不同階段，根據基質和水質等條件選擇適合的營養液，并提供充足的NH4+和NO3-是種植成功的關鍵因素。栽培過程的過度灌溉（自由排水系統）或溢流（水培營養液）會使大量的氮素流失到環境中。本文討論了過去十年為減少無土栽培的氮素損失而開發的新技術。

營養液循環利用是降低養分損失的有效途徑。回液再利用會造成Na+和Cl-等離子的累積，該類非必需離子的累積程度受營養液循環速率的制約。盡管封閉式系統具有節水和節肥等諸多優勢，常規做法也會適時更換營養液以降低病菌污染或養分不平衡的風險，故在實際生產中常會制定一些運行策略以減少氮素損失。無土栽培進行養分管理的關鍵因素是營養液的EC 水平，常推薦最佳的EC 為控制目標。保持營養液的目標EC 是實現作物高產和優質生產的有效措施。然而，最佳EC 的各營養元素的離子濃度遠高于作物生長所需的最佳濃度。因此，調控營養液的EC 小于最佳EC 方能滿足作物生長的營養需求。最佳EC 和需求EC 之間的差異可以通過營養離子或非營養離子來彌補，如陰離子Cl-或SO42-可用于減少這兩個參數之間的差異，從而降低NO3-濃度。

試驗表明：在根際環境用Cl-離子代替營養液中高達50%的NO3-濃度，不會影響作物生長或產量，而調節NO3-與Cl-的比例有利于Ca2+的吸收。降低根際環境的NO3-濃度可以顯著地減少潛在的氮素損失。荷蘭溫室園藝的生產實踐已驗證了調控NO3-與Cl-的比例可以減少營養液氮素損失，這是一項具有普適性的技術方法。

在基于巖棉的番茄長季節吊蔓栽培中，對長達11 個月的溫室生產性能，如番茄產量、果實品質、水分和礦物質平衡、植株養分吸收進行了長期監測。與對照相比，當營養液供應的N（NO3-）濃度降低13%～18%，根際環境（回液）產生的NO3-濃度則降低40%～55%，但并未影響番茄產量和果實品質。與對照相比，調控NO3-與Cl-比例時，番茄作物對氮素的吸收僅下降了不足10%，該結果充分證實了番茄對氮素的高效吸收機制，故利用“水流”模型可以估算無土栽培氮素損失的潛在收益。為此，與未調控NO3-與Cl-比例的長季節吊蔓栽培的溫室番茄生產相比，有效地調控NO3-與Cl-比例可以減少營養液55%～85%的氮素損失，即每年每公頃可減少80 kg和120 kg的氮素損失或氮排放量。

（中國農業大學賀冬仙翻譯）

韓國草莓產業發展現狀及基于植物工廠技術的草莓種苗繁育

全旭厚 教授

韓國首爾大學

韓國草莓產量在2017 年為20.9 萬t，產值約12.31 億美元，占韓國蔬菜總產值的12.6%；然而在2005 年韓國草莓產量已達20.2 t，但產值僅為5.7億美元。與此同期草莓種植面積已從6 969 hm2減少到5 907 hm2。2018 年韓國草莓出口量為4 895 t，產值約4 750 萬美元，主要銷往東南亞國家。近15年來，韓國培育并注冊了40 個草莓新品種，所有權分屬于私營企業、非盈利組織和地方政府機構。草莓品種Seolhyang、Jukhyang、Maehyang 和Santa在2018 年的種植面積高達94.5%，而在2005、2010、2015 年時分別為9.2%、61.7%、90.8%。韓國草莓育苗具有一套專業的技術認證體系，所有繁育用的組培苗、原原種苗、原種苗必須通過病毒檢測。為了提高草莓種苗的繁殖效率，本文開發了一種基于人工光型植物工廠的草莓新型育苗方法。用冠徑約5 mm 的子苗作為母株在植物工廠環境下進行草莓種苗繁育，將該子苗上新長出的匍匐莖頂端固定于穴盤基質中。當新生子苗的冠徑大小接近母株冠徑初始大小時，將其從母株分離后作為下一代母株使用。上述母株培育40 天后產生3 個新的匍匐莖，該母株的冠徑約12 mm 時將其剪切后貯存于冷庫，之后可作為母株或種苗使用。在使用熒光燈的人工光型植物工廠中，3.6 m2的栽培面積內種植9 株草莓母株，一年生產出3 497 株種苗，這比常規的草莓繁育數量提高了110～140 倍。在基于白色和藍色組合LED 光照的人工光型植物工廠，利用18 m2和36 m2的栽培面積每年可分別生產19 103 株和36 345 株草莓種苗。鑒于植物工廠繁育草莓種苗的高效性，韓國政府正在計劃利用該技術進行草莓原原種繁育。

（中國農業大學賀冬仙、季方翻譯）

日本種子繁殖型草莓的育種狀況及其在草莓生產中的意義

丸尾達 教授

日本千葉大學，日本植物工廠研究會

隨著農業就業人口的迅速減少，日本迫切需

要擴大生產規模以節約勞動力。脫毒草莓苗生產已經成為制約規模化草莓生產的最大問題，故種子繁殖型草莓品種開發和引種在日本受到廣泛關注。種子繁殖型草莓可以將包括病毒在內的種苗病害風險降到最低，還便于實現育苗全程自動化和移栽機械化，適用于草莓集約化和規模化生產。但是，草莓的種子繁殖型品種選育還存在諸多問題，故日本的草莓生產依然以營養繁殖品種為主。此外，草莓屬于八倍體作物，極易產生變異，這是目前種子繁殖型草莓選育的主要問題。日本通過十多年來在種子繁殖型草莓的品種選育及其配套新型栽培技術方面的研發，新品種培育、種子高效生產、育苗技術與移栽方法等關鍵問題在近年來逐一得到了解決，正在進行產業化推廣。目前，種子繁殖型草莓品種為一代雜種，主要由私營公司進行選育推廣，不久可能會實現向海外出口草莓種子及其栽培技術。

（中國農業大學賀冬仙、季方翻譯）