花卉種苗設(shè)施栽培的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

吳 瑤，周 榮

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 510000）

1 設(shè)施栽培的概念

設(shè)施栽培是人為地利用現(xiàn)代設(shè)備，以適合植物生長發(fā)育的最佳環(huán)境為要求，在植物生長過程中控制適合植物生長的光、熱、水、氣、肥等一系列的外界環(huán)境，降低自然環(huán)境對植物的影響，實現(xiàn)反季節(jié)栽培的一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。

2 花卉設(shè)施栽培的當前發(fā)展狀態(tài)

2.1 國外研究進展

國外花卉設(shè)施栽培的發(fā)展以古羅馬帝國為最早，15世紀—16世紀，英國、荷蘭、法國和日本建造簡易的溫室，進行一些簡單的栽培；17世紀，法國、德國制作由玻璃制作的溫室；19世紀中葉，興起溫室建筑業(yè)；20世紀后，相繼在日本、荷蘭、美國出現(xiàn)單屋面溫室、高級溫室，直至70年代后形成一套完整規(guī)范的技術(shù)體系。目前從世界設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展來看，荷蘭、以色列、美國、日本等國的花卉業(yè)相對發(fā)達，也較重視設(shè)施栽培在花卉上的應(yīng)用。其中，荷蘭已經(jīng)實現(xiàn)了高度自動化的現(xiàn)代化園藝栽培技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計，荷蘭無土栽培已超過總栽培面積的70%，已成為世界上在花卉設(shè)施栽培方面首屈一指的國家。

2.2 國內(nèi)研究進展

由于我國花卉行業(yè)起步較遲，在種植品種、設(shè)施裝備、栽培技術(shù)、產(chǎn)量、品質(zhì)、周年供應(yīng)等方面與國外相比仍有很大差距，尤其是設(shè)施農(nóng)業(yè)。我國的花卉消費量相對較低，是國內(nèi)花卉發(fā)展最主要的瓶頸。我國花卉科研水平較低，科研與生產(chǎn)脫節(jié)現(xiàn)象嚴重，多年來一直依靠進口國外花卉品種。

近年來，我國的花卉種植面積、花卉產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值迅速增加，花卉生產(chǎn)越來越趨向于高品質(zhì)，設(shè)施栽培也勢在必行。但我國花卉設(shè)施栽培起步較晚，盆栽花卉的產(chǎn)量質(zhì)量和效益與花卉生產(chǎn)發(fā)達國家相比，存在著較大差距，主要問題是設(shè)施栽培規(guī)模小、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差、經(jīng)濟效益差。

3 花卉植物工廠種苗高效繁育

3.1 影響種苗生長和品質(zhì)的環(huán)境因子

種苗生長和品質(zhì)受到光照、溫度、濕度、營養(yǎng)（礦物質(zhì)元素、生長調(diào)節(jié)劑、有機添加劑等）、外植體狀態(tài)等因素的影響。

3.2 種苗轉(zhuǎn)化體系構(gòu)建

運用能顯著影響種苗的環(huán)境因子，優(yōu)化種苗的遺傳轉(zhuǎn)化體系，通過愈傷組織誘導(dǎo)及與其適合條件共培優(yōu)化，研究植物種苗環(huán)境適應(yīng)性的理想模型。自20世紀以來，植物基因工程發(fā)展飛速，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育新品種已成為現(xiàn)代育種的重要途徑，主要有農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、基因槍轉(zhuǎn)化法、聚乙二醇介導(dǎo)法、電激法、顯微注射法、花粉管通道法等方法，以葉片、體細胞胚、莖段、花器官等外植體誘導(dǎo)愈傷組織，建立起高效穩(wěn)定的再生和遺傳轉(zhuǎn)化體系。目前，已建立遺傳轉(zhuǎn)化體系的花卉種類有牡丹、百合、菊花、月季、香石竹、芍藥、水仙、紅掌、一品紅、石蒜等。

3.3 種苗雜交后代表型智能篩選技術(shù)

雜交育種是農(nóng)作物品種選育的傳統(tǒng)手段。雜交育種是找到控制作物最佳性狀的基因，對其進行標記，在后代中檢測追蹤，從而有目的地對單一目標性狀進行基因改良，大大提高了育種效率和精準度。以基因家族代替單個基因為單位隨機分配訓(xùn)練集和測試集數(shù)據(jù)，以解決“進化依賴”造成的模型“過擬合”問題。接著進一步利用多種算法對模型進行解析獲得基因表達的關(guān)鍵DNA基序。深度學(xué)習(xí)模型通過模擬分子生物學(xué)過程，可以在自然群體中預(yù)測直接造成表型的因果變異，而非和因果變異緊密連鎖的變異。室內(nèi)植物表型監(jiān)測如圖1所示。

圖1 室內(nèi)植物表型監(jiān)測及其分析對象（徐凌翔等，2020）Fig.1 Phenotypic monitoring and analysis objects of indoor plants

3.4 試管開花技術(shù)

試管開花技術(shù)是以植物體上具有繁殖性的器官和試管苗為材料，運用適合植物的培養(yǎng)基配方和激素，使之形成花器官的過程。試管花卉通常可以通過試管內(nèi)形成花芽、試管外形成花芽2種方式獲得。試管內(nèi)形成花芽是通過對組培苗進行花芽誘導(dǎo)。試管外形成花芽是將花芽作為外植體在試管內(nèi)誘導(dǎo)開花。試管開花具有受外界環(huán)境影響較小、成花時間較短、觀賞性較強等特點。

目前，能應(yīng)用此項技術(shù)的約有30多個科、100多種植物。20世紀40年代，我國學(xué)者羅偉在培養(yǎng)菟絲子莖尖時，發(fā)現(xiàn)其能夠在試管中成花，這是我國首次關(guān)于試管開花的研究報道。自此以后有關(guān)植物試管開花的報道越來越多，報道的對象多為雙子葉植物，也有少數(shù)單子葉植物及裸子植物。一年多次花芽分化的花卉植物比較適宜進行試管開花研究，比如石斛、一串紅、石竹、月季、菊花花卉等。蘭花試管開花實驗如圖2所示。

圖2 蘭花試管開花實驗圖示Fig.2 Diagram of test tube flowering experiment of orchid

4 未來花卉設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展

當前國內(nèi)基于物聯(lián)網(wǎng)的水肥氣熱的精準設(shè)施控制技術(shù)還處于初步研究階段，生產(chǎn)效率還有待進一步提高。近年來，由于政府的高度重視，不斷加大設(shè)施農(nóng)業(yè)的投入,科研單位和企業(yè)也更加重視花卉智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)的精準度、智能化和提質(zhì)增效進程加快。未來花卉設(shè)施生產(chǎn)結(jié)合水肥一體化技術(shù)、LED光質(zhì)調(diào)控技術(shù)、CO2加富技術(shù)等環(huán)境智能化調(diào)控和立體視覺、高光譜、近紅外等圖像識別和品質(zhì)檢測技術(shù)等，進而建立花卉種苗的標準化、智能化生產(chǎn)和表型組學(xué)輔助育種技術(shù)，以及設(shè)施栽培環(huán)境精準調(diào)控、營養(yǎng)供給精準調(diào)控、花期精準調(diào)控、品質(zhì)精準調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)和云平臺數(shù)據(jù)庫，從而最終實現(xiàn)花卉設(shè)施智能化生產(chǎn)管控技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，提升花卉的觀賞品質(zhì)、藥用品質(zhì)和商品品質(zhì)。