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　　光生物技術(shù)開啟未來農(nóng)業(yè)大門

中科三安供圖

近日，在福建省廈門市的一些大型超市、酒店里開始出現(xiàn)一種綠色安全且口感非常好的特殊蔬菜，并且深受大眾喜愛。這種蔬菜之所以特殊，是因?yàn)樗鼈兩L(zhǎng)在無須陽光和土壤的植物工廠里，不會(huì)受到環(huán)境的影響和污染。

11月底，記者實(shí)地探訪了位于福建省安溪縣湖頭光電園區(qū)的全球最大植物工廠，一排排架子上整整齊齊地生長(zhǎng)著綠色蔬菜，有生菜、小白菜、水晶冰菜等，在節(jié)能LED燈的映照下光彩熠熠、精神抖擻，隨意摘一片葉子品嘗，感覺十分爽口。

近年來，中國(guó)科學(xué)院植物研究所（以下簡(jiǎn)稱植物所）和福建三安集團(tuán)共同發(fā)起成立的福建省中科生物股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱中科三安），采用光生物學(xué)的技術(shù)和理念，進(jìn)行植物工廠的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

11月28日，雙方共同發(fā)起的福建省中科生物股份有限公司院士專家工作站正式成立。同期，由福建省科技廳主辦、中科三安承辦的以“光生物技術(shù)應(yīng)用與植物工廠產(chǎn)業(yè)化”為主題的第二十四次鼓嶺科學(xué)會(huì)議舉行。

“院士專家工作站的成立，非常合適也非常重要，真正做到了強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。植物所扎實(shí)的光生物學(xué)科研基礎(chǔ)與中科三安雄厚的光電技術(shù)相碰撞，打造一個(gè)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，今后在國(guó)內(nèi)外會(huì)有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、植物所研究員匡廷云在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)如是說。

強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合探路千億級(jí)產(chǎn)業(yè)

隨著環(huán)境污染的加劇、水資源和土地資源的緊缺，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨越來越大的壓力?？茖W(xué)家們開始探尋一種全新的顛覆性的生產(chǎn)模式——全智能化植物工廠。

“植物工廠是光電產(chǎn)業(yè)與生物學(xué)產(chǎn)業(yè)結(jié)合的新興產(chǎn)業(yè)形式，不受自然環(huán)境制約，具有全天候高效的生產(chǎn)方式，能大幅提高土地利用率、降低勞動(dòng)成本，代表著未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向?！笨锿⒃普f，目前僅有美、日、歐等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家掌握這項(xiàng)技術(shù)并形成成熟產(chǎn)業(yè)。根據(jù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)預(yù)測(cè)，到2020年全球用于植物生長(zhǎng)的LED光源產(chǎn)值將達(dá)到數(shù)百億美元，植物育成產(chǎn)值可達(dá)到數(shù)千億美元。

福建三安集團(tuán)也看到了植物工廠未來廣闊的發(fā)展前景。隨著成本大幅降低，照明滲透率逐步提高，LED成為高效節(jié)能的新一代綠色照明光源。到2020年，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)整體產(chǎn)值要達(dá)到萬億元規(guī)模，LED的研發(fā)和應(yīng)用，將達(dá)到一個(gè)前所未有的黃金期。LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也正契合了植物工廠產(chǎn)業(yè)化和井噴爆發(fā)期的需求。

要想從光電產(chǎn)業(yè)跨界到“光生物”產(chǎn)業(yè)，如何讓兩個(gè)領(lǐng)域擦出全新的火花，如何發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)將產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)，福建三安集團(tuán)意識(shí)到需要科技的支撐，于是他們積極尋求植物所的幫助。2015年，雙方共同發(fā)起成立了中科三安，合力開展植物工廠的有關(guān)工作，以期共同推動(dòng)光生物產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

“雙方的合作可以充分發(fā)揮各自在植物學(xué)領(lǐng)域與光電技術(shù)領(lǐng)域的特長(zhǎng)，真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)?！敝锌迫部偨?jīng)理占卓在接受記者采訪時(shí)表示。

協(xié)同創(chuàng)新誕生最大植物工廠

匡廷云介紹，我國(guó)植物工廠起步雖然較晚，但發(fā)展速度非?？欤蒲信c產(chǎn)業(yè)界近年來開展相關(guān)領(lǐng)域的一系列研究，并取得了較大突破與實(shí)際成果。

在植物所與福建三安集團(tuán)共同努力下，產(chǎn)業(yè)基地首年完成投資超11億元，建成標(biāo)準(zhǔn)化廠房6萬平方米，成為全球最大的植物工廠。首個(gè)1萬平方米的植物工廠已于2016年6月順利投產(chǎn)，通過了食品安全管理體系ISO22000認(rèn)證和質(zhì)量管理體系ISO9001認(rèn)證，日產(chǎn)綠色無污染、高質(zhì)量蔬菜1.8噸，成為國(guó)內(nèi)商業(yè)化人工光型植物工廠的杰出代表。

為了更有效地促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研有機(jī)結(jié)合和協(xié)同發(fā)展，“植物工廠研發(fā)中心”及技術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)應(yīng)運(yùn)而生，由匡廷云院士、方精云院士擔(dān)任技術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)主任。植物所先后優(yōu)選了近20名博士長(zhǎng)期派駐福建三安集團(tuán)開展技術(shù)研發(fā)并提供技術(shù)支撐。

經(jīng)過雙方努力，中科三安植物工廠項(xiàng)目被列入中科院“十三五”重點(diǎn)培育方向，同時(shí)得到了中科院科發(fā)局STS項(xiàng)目支持，與此同時(shí)，植物工廠項(xiàng)目也列入了福建省重點(diǎn)支持項(xiàng)目之一。

為了促進(jìn)科研與實(shí)體產(chǎn)業(yè)更加緊密地結(jié)合，雙方合作組建了“植物工廠研究院”。植物所推薦李紹華研究員擔(dān)任院長(zhǎng)，十多位國(guó)內(nèi)外知名科學(xué)家擔(dān)任科研顧問。研究院設(shè)立以植物照明、生物制藥、裝備研究、資源開發(fā)、檢測(cè)檢驗(yàn)為目標(biāo)的研究方向，有機(jī)結(jié)合光生物學(xué)、園藝學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)、植物學(xué)、植物化學(xué)等學(xué)科開展工作。

李紹華向記者透露，研究院將利用企業(yè)自身在技術(shù)、資金、人才方面的優(yōu)勢(shì)，率先在國(guó)內(nèi)主要特大型城市建設(shè)規(guī)模以上示范基地，為消費(fèi)者提供綠色無污染、高品質(zhì)的蔬菜、瓜果和保健食品，并在國(guó)外熱點(diǎn)地區(qū)建立示范基地，推廣具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)裝備和相關(guān)技術(shù)。

“植物工廠憑借其在產(chǎn)能、食品安全上的優(yōu)勢(shì)，相比傳統(tǒng)的大田栽培，會(huì)越來越有競(jìng)爭(zhēng)力，更大范圍地惠及百姓。”李紹華說。

軟硬結(jié)合打造健康食材

“植物工廠的打造需要同時(shí)具備軟件和硬件，軟件就是首先要考慮培養(yǎng)什么樣的植物，比如蔬菜、水果、花卉等。而硬件就是要具備高新技術(shù)，每種植物都需要了解具體的光配方、營(yíng)養(yǎng)組合等等，根據(jù)植物的需要智能化調(diào)節(jié)環(huán)境，通過合成生物學(xué)、基因工程等高新技術(shù)來‘改造’，使植物能滿足我們對(duì)品質(zhì)的要求。”匡廷云表示。

實(shí)際上，植物工廠給每個(gè)植物都進(jìn)行了科學(xué)的“光配方”?！肮馀浞健笔且豁?xiàng)根據(jù)不同植物品種在不同發(fā)育階段所需要的光照進(jìn)行的長(zhǎng)期復(fù)雜性研究，是開發(fā)的重點(diǎn)，“‘光配方’意味著更快的生長(zhǎng)速度、更高的產(chǎn)量和更優(yōu)秀的品質(zhì)?！崩罱B華介紹。

植物工廠以節(jié)能LED植物生長(zhǎng)燈為光源，采用制冷—加熱雙向調(diào)溫控濕、光照—二氧化碳耦聯(lián)光合與氣肥調(diào)控、營(yíng)養(yǎng)液在線檢測(cè)與控制等相互關(guān)聯(lián)的控制子系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)對(duì)植物工廠的溫度、濕度、光照、氣流、二氧化碳濃度以及營(yíng)養(yǎng)液等環(huán)境要素進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

經(jīng)過創(chuàng)新研發(fā)和科技攻關(guān)，中科三安科研團(tuán)隊(duì)在兩年多的時(shí)間里取得多項(xiàng)技術(shù)突破，包括植物光配方的研發(fā)以及植物照明產(chǎn)品的研制、高效均衡植物營(yíng)養(yǎng)液的開發(fā)及其循環(huán)利用方式的創(chuàng)新、蔬菜品種的選擇及其栽培方式的優(yōu)化、智能化栽培設(shè)施的研制等等。

目前，中科三安植物工廠的蔬菜產(chǎn)品已在福建廈門、福州和泉州等地100多家大型商超、星級(jí)酒店和高檔餐廳陸續(xù)上市，得到了消費(fèi)者的高度好評(píng)。

“他們只要用了我們的產(chǎn)品就離不開了，因?yàn)檫@種生產(chǎn)方式有很多特點(diǎn)是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)沒有的，比如周年沒有季節(jié)變化、品質(zhì)變化、價(jià)格變化，不再靠天吃飯，這種‘穩(wěn)定’正是商業(yè)經(jīng)濟(jì)需要的?！闭甲勘硎?，他們還在對(duì)蔬菜品質(zhì)進(jìn)行提升，讓口感、風(fēng)味等進(jìn)一步優(yōu)化。

今年9月，中科三安植物工廠的產(chǎn)品作為金磚國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人會(huì)晤宴餐的指定產(chǎn)品，擺上了國(guó)宴餐桌，并得到各國(guó)賓客的青睞，這更讓科研人員增加了研發(fā)的動(dòng)力。

除了在國(guó)內(nèi)吃香，中科三安植物工廠以及配套技術(shù)同樣走出了國(guó)門。該公司已在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州拉斯維加斯投資建成了2萬平方米的生產(chǎn)基地，首個(gè)5千平方米的植物工廠將在今年年底投產(chǎn)，產(chǎn)品全部供應(yīng)拉斯維加斯的米高梅MGM酒店等星級(jí)酒店。

占卓介紹，公司已獲授權(quán)84項(xiàng)專利，發(fā)明專利占65%以上，公司關(guān)鍵性技術(shù)設(shè)備的PCT國(guó)際專利已覆蓋歐美等國(guó)家和地區(qū)，并出口美國(guó)、歐洲、日本、新加坡等國(guó)，代表了我國(guó)先進(jìn)室內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)的頂尖水平，已具備向發(fā)達(dá)國(guó)家輸出的能力。

新藥研發(fā)助力大健康產(chǎn)業(yè)

關(guān)于植物工廠的應(yīng)用領(lǐng)域，中科三安還有一個(gè)重要的計(jì)劃就是對(duì)創(chuàng)新藥物的研發(fā)，這也是他們未來的主攻方向之一。

“我們要選一些在野外環(huán)境里難以生存、難以復(fù)制、難以獲得，同時(shí)在工廠可以解決，而傳統(tǒng)生產(chǎn)方式或者培育方式不能培育的材料，通過工廠化技術(shù)調(diào)節(jié)讓材料里面的植物化合物和代謝產(chǎn)物富集起來，這就為我們做生物醫(yī)藥材料開辟了新的途徑，獲得有效成分的成本和來源更穩(wěn)定?！闭甲空f。

不僅如此，在匡廷云看來，植物工廠在促進(jìn)中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面也會(huì)發(fā)揮很大的作用。傳統(tǒng)中藥材種植，常常受到農(nóng)藥污染或者重金屬污染的影響，而且有效成分含量并不穩(wěn)定，這會(huì)大大影響配方治療效果。如果用植物工廠來生產(chǎn)名貴中藥材，其產(chǎn)量、品質(zhì)以及有效成分都可以得到保證。

位于湖頭基地的植物工廠，不僅生產(chǎn)高品質(zhì)的安全蔬菜，更有保健品、特種藥用植物生產(chǎn)及抗腫瘤等重大疾病醫(yī)藥中間體材料等。

今年7月開始，公司正式開始藥用植物在植物工廠的生產(chǎn)，首條金線蓮生產(chǎn)線已投產(chǎn)，并取得有機(jī)轉(zhuǎn)換認(rèn)證證書。記者在中科三安植物工廠的生產(chǎn)車間里看到了健康生長(zhǎng)的金線蓮、石斛等多種名貴中草藥材。

“創(chuàng)新藥物的研發(fā)，將來可以為人類大健康產(chǎn)業(yè)作出貢獻(xiàn)。不過，研究起步較晚，一切才剛剛開始，未來還有很長(zhǎng)的路要走?！崩罱B華說。

占卓認(rèn)為，植物工廠的發(fā)展前景不可限量。該公司生產(chǎn)的太陽能一體化集裝箱植物工廠已經(jīng)發(fā)往邊疆，將首次在5千米海拔高度的無人區(qū)實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)，為保障邊防戰(zhàn)士的生活補(bǔ)給作出貢獻(xiàn)。

“植物工廠是設(shè)施農(nóng)業(yè)的最高級(jí)發(fā)展階段，能大幅提高土地利用率，解決日益突出的食品安全問題；不僅在都市農(nóng)業(yè)，還將在國(guó)防裝備、遠(yuǎn)洋艦船、沙漠荒島、航空航天等特殊環(huán)境領(lǐng)域，具有重要的戰(zhàn)略意義和廣闊的應(yīng)用空間。”占卓對(duì)植物工廠的未來充滿了信心。