【安溪报】植物工厂:叶片在LED光照下蓬勃生长

文章来源:安溪报 苏连锦   发布时间:2016-01-22 

  编者按 

  三安集团、中科院联手在我县建设的植物工厂项目开工在即,近日,记者深入位于厦门市思明区的三安光电植物工厂实验基地,采访项目旗下专家智囊团,全面了解植物工厂建设的各个关键链条,以飨读者。 

    

  裴克全:植物工厂是农业技术的一次革命 

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  裴克全,中国科学院微生物所博士,中科院植物所博士后,美国康奈尔大学访问学者。现任中科院植物所植物工厂研发中心主任。总体负责植物工厂科研及技术研发工作。 

  本报讯 “植物工厂的生产方式是农业技术上的一次突破,也是一次革命。”中科院植物所植物工厂研发中心主任裴克全表示,植物工厂避免季节气候天气等自然因素对植物生长的影响,室内环境可以通过电脑系统实现全天候调控,实现“周年生产”,如同工厂流水线生产一样,不间断生产。 

  “突破传统限制,植物工厂作物生长不靠太阳不用土,用LED光照加水培方式,让植物快速生长。”裴克全说,在植物工厂里,利用信息化技术打造的农业物联网,把各种传感器里的光照、温度、水分、肥料等收集起来,并实时监测环境中各种参数,并合理自动优化植物的生长环境。同时,也有专业技术人员定期进行监测,确保为作物提供最理想生长条件。 

  裴克全认为,植物工厂技术突破将解决人类发展面临的诸多瓶颈,甚至可以实现在荒漠、戈壁、海岛、极地等非耕地,以及在城市摩天大楼里进行正常生产。未来利用取之不尽的太阳能和其它各种清洁能源产生的电能,加上一定的种子、水源和矿质营养,就可源源不断地为人类生存所需要的农产品。“植物工厂是21世纪解决粮食安全、人口、资源、环境问题的重要途径,也是未来航天工程、月球和其他星球探索过程中实现食物自给的重要手段。” 

    

  郑延海:探索中草药种植广阔前景 

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  郑延海,山东农业大学博士,中科院植物所博士后、研究员,研究生导师,植物工厂研发中心专家。负责植物工厂中高附加值中药材种植技术研发。 

  本报讯 LED可给蔬菜最喜爱的光线,也能为中草药提供最适宜生长的‘阳光’。”源于古老中药与现代工艺相结合,抗疟疾药青蒿素研究获2015年诺贝尔奖,这触动植物工厂研发中心专家郑延海对中药材种植创新的思索。 

  “除蔬菜种植外,中药材培育是植物工厂一个重点发展方向。”郑延海介绍,在我国中药产业一直高速增长过程中,面临原材料紧缺难题,特别是濒危物种及难于繁殖的药材,其资源在自然界中越来越匮乏。 

  得益于植物工厂环境条件完全可控优势,培育种植中药材是未来植物工厂发展重点之一。郑延海认为,如何处理好中药材资源保护与开发利用的关系,是当前中医药发展的一大难题,比如野生中药材的过度采挖,造成资源枯竭等等。植物工厂不仅可以提供药材生长需要的条件,促进其药效成分合成与积累,而且还能创造条件进行濒危药用植物的快速繁殖,这样不仅可以保护日益稀缺的药材资源,也能解决中药材资源保护与开发利用的矛盾。 

  “加强与三安集团合作,进一步探索中草药种植的广阔前景。”郑延海表示,现阶段植物工厂联合植物所专家开展了红豆杉、牛耳草、蛇足石杉等多种药材的研发工作。蛇足石杉提取的石杉碱甲是一种治疗老年性痴呆症、重症肌无力和小儿麻痹症的珍贵药材。同时,未来植物工厂还将培育更多用于提取抗肿瘤、抗病毒、抗衰老的中草药珍稀植物等,同时利用细胞悬浮培养和生物反应器结合萃取技术,提取药用中间体材料,用于生产保健产品和生物制药,推进我国中医药事业快速发展。 

    

  龚化勤:营养液调配达国际领先水平 

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  龚化勤,北京大学生物学博士,中科院植物所植物工厂研发中心专家。负责植物工厂中营养液的研发工作。 

  本报讯 植物生长所需阳光被LED取代,没有土壤,植物生长养分从哪里来? 

  在厦门三安光电植物工厂实验基地,记者看到,一株株绿色蔬菜,在白色泡沫板一个个“小格子间”蓬勃生长。掀开泡沫板一看,每棵蔬菜的根系都十分茂密,板下是精准调配的营养液,附着在架子上的水管时不时地传来水流声响。 

  中科院植物所植物工厂研发中心专家龚化勤介绍,植物根系不用长在土壤里,而是完全浸泡在营养液中。土壤的作用是提供营养元素和水分,而营养液除了提供水分外,也提供植物生长所需的各种元素,包括氮、磷、钾等大量元素及锌、铁、锰等微量元素,当前无土栽培技术已非常成熟,比土培生长周期要快很多,这也是使用水培的重要原因。 

  “水流声响就是营养液循环流动声音。”龚化勤说,经过多年研究,中科院植物所已经研发出自己的营养液配方,其技术已达到国际领先水平,在产量和品质上完全可以替代国际知名的营养液配方,甚至还能产生更好种植效果;同时,还能大幅降低种植成本,增加企业效益。 

  谈及优势,龚化勤认为,营养液是根据植物生长和吸收来调配,可以保证其正常生长,避免传统施肥产生的营养失调;其次,营养液所用原材料均是食品级别,具有足够安全性,保证所培养出来的植物重金属不会超标,也不会产生其它有害杂质。 

    

  李阳:为植物量身定做“光配方” 

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  李阳,中国科学院光生物学重点实验室,光生物学博士,植物工厂研发中心专家。主要负责植物工厂光环境精准调控及植物照明光源研发。 

  本报讯 婴儿成长需要配方奶粉,植物生长也需要“光配方”,这你听说过吗?在植物研究所的实验基地里,光生物学博士李阳的工作,就是为不同植物量身定做,开具一个个不同“光配方”。 

  “提高农作物产量的办法有多种,一种是生物技术,比如袁隆平院士培育的杂交水稻;一种是化学方法,比如化肥、农药和激素等。而‘光配方’是一种全新的物理方式,通过LED光的调控来促进植物光合作用,逐步减轻现代农业对化学技术的过度依赖。”光生物学博士李阳表示。 

  李阳介绍,光具有神奇的力量,对植物的光合作用、生长发育、形态建成和物质代谢等都有调控作用。而目前在温室与大棚种植中,弥补太阳光缺失所用的光源一般是荧光灯、高压钠灯和白炽灯等,这些光源的光谱能量分布是依据人眼对光的需求设计的,而植物生长所需要的光谱与人眼的需求是不一样的。 

  根据李阳研究,LED波长类型丰富,可调控余地较大,适合用于植物的照明灯。“LED灯可以为不同类型、不同生长期植物量身定制光质、光量、光周期。”李阳表示,不同蔬菜对光质配方各异,比如有的对蓝光要求高,而有的对红光要求高一些。“利用三安LED芯片成熟技术,研发不同‘光配方’,给植物最适宜生长的光照条件。” 

    

  常双艳:植物工厂蔬菜安全性更高 

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  常双艳,福建农林大学食品工程硕士,国家一级营养师。主要负责植物工厂功能性产品质量控制及功能性产品开发。 

  本报讯 处在封闭的环境中,完全不采用自然光照,而是依赖人工LED光照……对于这种违背自然规律的种植方式,普通大众难免会有这样的疑虑:如此生产出来的蔬菜安全吗?营养成分够吗? 

  “较之于田地种植和大棚种植,植物工厂里的蔬菜生长在一个完全可控环境下,没有病虫害问题,完全不用农药、化肥,且在室内也隔绝包括酸雨、雾霾等污染源。”国家一级营养师、福建农林大学食品工程硕士常双艳认为,植物工厂的产生就是要解决上述问题,为人们提供更多更安全的蔬菜产品。 

  常双艳分析,整个田地种植环境,包括泥土与肥料都会含有硝酸盐,而LED光照加水培种植的蔬菜可以有效控制这些因素。因此,跟普通蔬菜相比,植物工厂种植的蔬菜硝酸盐含量更低,安全性更高,消费者可以放心使用。“经过各种数据比对,这种蔬菜非常安全。在日本,民众食用植物工厂的蔬菜已很多年。” 

  常双艳表示,接下来,植物工厂还将针对特殊人群,通过调控光谱及营养胁迫等方法,开发功能性蔬菜,以满足不同人群的营养摄入需求。“比如,针对肾脏病人开发低钾蔬菜,针对孕妇开发高叶酸的蔬菜等,满足不同人群不同需求。” 

    

  本报讯 (记者苏连锦)一粒生菜种子,在密闭净化环境中播于海绵之上,根须透过孔隙向底部延伸,浸润于特制营养液中,叶片则在红蓝相间的LED灯光照射下蓬勃生长。其生长与土壤和太阳毫无关联,所需温度、光照、湿度、营养等自然条件,都被人工控制在最有利状态…… 

  这种高端绿色“植物工厂”技术,仿佛科幻片或博览会才出现,但在安溪,正在成为现实:由三安集团和中国科学院植物研究所联手打造的“植物工厂”即将正式开工建设,将对全国农业现代化发展产生深远影响。 

    

  引领未来农业发展方向 

  “植物工厂”,于茶乡百姓还是一个新名词,而中科院植物所博士、植物工厂研发中心主任裴克全,却是该领域多年的专家。 

  “在欧美发达国家,植物工厂已不是什么新鲜事。”裴克全介绍,早在1957年,丹麦便成立世界上第一家“植物工厂”。进入20世纪六、七十年代,美国、日本、奥地利等国家也开始“植物工厂”研究。其中,日本“植物工厂”技术发展得最为迅速。 

  以日本为例,裴克全认为,当前日本正掀起新的一股“植物工厂热”。比如,富士通利用植物工厂技术生产出低钾生菜,为当地医院肾病患者提供食材;日本著名化妆品品牌“资生堂”旗下也有植物工厂培植蔬菜,用作化妆品和药品的原料……有数据统计,20113月,日本共有植物工厂93家,而在2013年上升到304家。 

  “不仅日本,欧美、台湾等地都兴起‘植物工厂’,这绝非偶然。”裴克全分析,在植物工厂,蔬菜一般都种在多层式立体栽培架上,这样节省下来的空间是相同大小露天耕地的数倍。加上近年来空气污染、耕地破坏严重,植物工厂生产环境能与外界污染源隔绝,从而生产出无污染的洁净蔬菜。这也是植物工厂蔬菜日趋流行原因之一。 

  传统农耕看天吃饭,不可控因素太多,如病虫害、极端天气等,但这些因素在“植物工厂”内都能得到很好控制。裴克全表示,跟露天耕作、大棚种植不同,植物工厂没有病虫害,根本不用喷洒农药。而用水代替土壤的种植方式,也能让蔬菜避免重金属污染。同时,依靠LED灯获取光照的植物工厂蔬菜,由于光谱组成和光照强度适宜植物生长,其硝酸盐含量也比一般蔬菜低。 

  业内人士认为,在食品安全问题日益突出的今天,植物工厂蔬菜“安全、营养”的特点逐渐凸显,未来将会受到越来越多消费者追捧。同时,在耕地面积锐减情况下,采用立体式种植的植物工厂被认为是“引领未来农业发展方向”,也是衡量一个国家农业技术水平的重要标志之一。 

    

  核“芯”魅力助推强强联合 

  在国内,植物工厂大多建在一、二线城市。而这一次,面对应接不暇的邀请,三安集团、中科院植物所联手建设的LED植物工厂为何会青睐茶乡? 

  “家乡发展的前瞻意识、创业激情以及高效服务的投资环境,深深吸引我们;同时安溪是故乡,回报家乡是义不容辞的责任。”三安光电掌舵人林秀成表示。 

  “十二五”期间,县委、县政府提出“抢占高端,一步到位”产业发展思路。在这一思路引领下,20119月,三安光电总投资25亿元蓝宝石衬底项目在泉州(湖头)光电产业园正式启动,随后,信达光电、深圳天电、珈玮照明等一大批实力型企业,纷纷跟进,落户湖头,创造茶乡人引以为豪的“光电速度”。 

  历史总是惊人的相似。从“光电子”到“光通信”,再到如今的“光生物”,手握植物生长照明成熟技术的三安光电,再次携手中科院植物所打造“植物工厂”,为我县经济发展注入另一股强劲动力。 

  正是LED散发出的核“芯”魅力之光,吸引中国科学院植物研究所专家眼球。从事光生物学研究的李阳博士说,三安光电是国内LED行业拥有自主知识产权的龙头企业,植物生长照明技术已达到世界先进水平,成功研发出可应用于植物生长照明的LED芯片,全面应用于蔬菜、水果、花卉等农作物、中草药及生物医药原料的生产,这也是促使双方强强联合的重要原因之一。 

  LED光源具有寿命长、省电、体积小,易于光谱配比、热辐射极低等优点。在安溪,依托三安集团光电产业优势,植物工厂可在国内快速崛起。”李阳表示,三安不仅具有LED核“芯”技术,同时掌握新能源技术,如太阳能发电,这可大大降低后期生产成本,让植物工厂的蔬菜更快端上普通百姓的餐桌。 

  “坚持高标准服务,让企业放心做好生产经营,在茶乡这么好的生态环境中发展植物工厂,我们专家团队信心十足。”在裴克全看来,除三安领先的光电产业技术和雄厚资本外,政府积极招商引资,为项目落地提供优良配套服务,也是吸引LED植物工厂落户安溪又一原因。 

    

  预计年产值超80亿元 

  植物工厂在国内发展时间尚短,目前还处于科研、试验、示范阶段。截至20156月,我国已建植物工厂80多家。中科院植物所、三安集团联手建设的LED植物工厂,又剑指何处? 

  走进位于厦门三安光电植物工厂的实验基地里,在400多平方米空间里,只见一排排矩形铁架整齐排列,一株株品类不同的绿色蔬菜,长势喜人。而在不久的将来,大此百倍的“旗舰版”植物工厂将在湖头光电产业园强势崛起。 

  “打造国内特大型产业化植物工厂,立足自主创新,集科研、生产、示范、孵化等功能为一体、高产高效高质的植物工厂产业示范基地。”作为领衔专家,裴克全表示,安溪LED植物工厂研发及产业化项目分5年投入70亿元,建设占地200亩的光生物研究院,与占地300亩的中科生物产业化基地及仓储、营销、配送系统,预计达产后可创造年产值80亿元。 

  作为研发中心的光生物研究院,将设立北方分院和南方分院,成立技术委员会,由匡廷云院士、方精云院士任学术委员会主任,二十多位国内外著名科学家担任委员,容纳两百多位科研人员从事科研工作。研究院下设植物照明技术中心、植物生长技术工程中心、资源开发与利用中心、检测检验及鉴定中心等4个技术中心,由院士牵头,并设立院士工作站与博士后工作站,还将积极申报国家级工程技术中心和实验室。 

  “目前,已成功选育出适合工厂种植的莴苣类、十字花科类等叶菜几十种,后期还将针对不同人群研发不同产品。”专门负责植物工厂营养液研发的龚化勤博士介绍,除日常安全蔬菜外,产业化基地还将培育中草药以及用于提取抗肿瘤、抗病毒、抗抑郁、抗衰老药物的珍稀植物原材料等,同时利用细胞悬浮培养和光生物反应器等技术,结合萃取技术,提取用于生产保健产品和生物制药的中间体,推进我国中草药材料产业蓬勃发展。 

  与此同时,中科院植物所和三安集团还将加大在产业链上下游的投资布局,实现垂直分工一体化,强化市场优势地位,争取在LED光源、营养液配方和自动化系统设备方面取得更大突破,并进一步扩大在抗癌治癌药品研发和珍稀濒危物种保护方面投入。 

  业内人士表示,植物工厂借助先进的LED农业照明技术,按照植物需要,智能调节光环境,实现作物优质、高产、稳产。未来还可与物联网、照明等组合叠加,创造出几千亿元,甚至上万亿元的产业“大蛋糕”。 


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