光生物技术快速发展 开启未来农业大门

    近日，在福建省厦门市的一些大型超市、酒店里开始出现一种绿色安全且口感非常好的特殊蔬菜，并且深受大众喜爱。这种蔬菜之所以特殊，是因为它们生长在无须阳光和土壤的植物工厂里，不会受到环境的影响和污染。
 
　　11月底，记者实地探访了位于福建省安溪县湖头光电园区的全球最大植物工厂，一排排架子上整整齐齐地生长着绿色蔬菜，有生菜、小白菜、水晶冰菜等，在节能LED灯的映照下光彩熠熠、精神抖擞，随意摘一片叶子品尝，感觉十分爽口。
 
　　近年来，中国科学院植物研究所(以下简称植物所)和福建三安集团共同发起成立的福建省中科生物股份有限公司(以下简称中科三安)，采用光生物学的技术和理念，进行植物工厂的技术研发和产业化应用。11月28日，双方共同发起的福建省中科生物股份有限公司院士专家工作站正式成立。同期，由福建省科技厅主办、中科三安承办的以“光生物技术应用与植物工厂产业化”为主题的第二十四次鼓岭科学会议举行。
 
　　“院士专家工作站的成立，非常合适也非常重要，真正做到了强强联合。植物所扎实的光生物学科研基础与中科三安雄厚的光电技术相碰撞，打造一个战略新兴产业，今后在国内外会有很强的竞争力。”中国科学院院士、植物所研究员匡廷云在接受记者采访时如是说。
 
　　强强联合探路千亿级产业
 
　　随着环境污染的加剧、水资源和土地资源的紧缺，农业生产面临越来越大的压力。科学家们开始探寻一种全新的颠覆性的生产模式——全智能化植物工厂。
 
　　“植物工厂是光电产业与生物学产业结合的新兴产业形式，不受自然环境制约，具有全天候高效的生产方式，能大幅提高土地利用率、降低劳动成本，代表着未来农业的发展方向。”匡廷云说，目前仅有美、日、欧等少数发达国家掌握这项技术并形成成熟产业。根据相关产业预测，到2020年全球用于植物生长的LED光源产值将达到数百亿美元，植物育成产值可达到数千亿美元。
 
　　福建三安集团也看到了植物工厂未来广阔的发展前景。随着成本大幅降低，照明渗透率逐步提高，LED成为高效节能的新一代绿色照明光源。到2020年，半导体照明产业整体产值要达到万亿元规模，LED的研发和应用，将达到一个前所未有的黄金期。LED照明产业的发展也正契合了植物工厂产业化和井喷爆发期的需求。
 
　　要想从光电产业跨界到“光生物”产业，如何让两个领域擦出全新的火花，如何发挥自身优势将产业做大做强，福建三安集团意识到需要科技的支撑，于是他们积极寻求植物所的帮助。2015年，双方共同发起成立了中科三安，合力开展植物工厂的有关工作，以期共同推动光生物产业的快速发展。
 
　　“双方的合作可以充分发挥各自在植物学领域与光电技术领域的特长，真正实现优势互补。”中科三安总经理占卓在接受《中国科学报》记者采访时表示。
 
　　协同创新诞生最大植物工厂
 
　　匡廷云介绍，我国植物工厂起步虽然较晚，但发展速度非常快，科研与产业界近年来开展相关领域的一系列研究，并取得了较大突破与实际成果。
 
　　在植物所与福建三安集团共同努力下，产业基地首年完成投资超11亿元，建成标准化厂房6万平方米，成为全球最大的植物工厂。首个1万平方米的植物工厂已于2016年6月顺利投产，通过了食品安全管理体系ISO22000认证和质量管理体系ISO9001认证，日产绿色无污染、高质量蔬菜1.8吨，成为国内商业化人工光型植物工厂的杰出代表。
 
　　为了更有效地促进产学研有机结合和协同发展，“植物工厂研发中心”及技术指导委员会应运而生，由匡廷云院士、方精云院士担任技术指导委员会主任。植物所先后优选了近20名博士长期派驻福建三安集团开展技术研发并提供技术支撑。
 
　　经过双方努力，中科三安植物工厂项目被列入中科院“十三五”重点培育方向，同时得到了中科院科发局STS项目支持，与此同时，植物工厂项目也列入了福建省重点支持项目之一。
 
　　为了促进科研与实体产业更加紧密地结合，双方合作组建了“植物工厂研究院”。植物所推荐李绍华研究员担任院长，十多位国内外知名科学家担任科研顾问。研究院设立以植物照明、生物制药、装备研究、资源开发、检测检验为目标的研究方向，有机结合光生物学、园艺学、营养学、植物学、植物化学等学科开展工作。
 
　　李绍华向记者透露，研究院将利用企业自身在技术、资金、人才方面的优势，率先在国内主要特大型城市建设规模以上示范基地，为消费者提供绿色无污染、高品质的蔬菜、瓜果和保健食品，并在国外热点地区建立示范基地，推广具有我国自主知识产权的系统装备和相关技术。
 
　　“植物工厂凭借其在产能、食品安全上的优势，相比传统的大田栽培，会越来越有竞争力，更大范围地惠及百姓。”李绍华说。
 
　　软硬结合打造健康食材
 
　　“植物工厂的打造需要同时具备软件和硬件，软件就是首先要考虑培养什么样的植物，比如蔬菜、水果、花卉等。而硬件就是要具备高新技术，每种植物都需要了解具体的光配方、营养组合等等，根据植物的需要智能化调节环境，通过合成生物学、基因工程等高新技术来‘改造’，使植物能满足我们对品质的要求。”匡廷云表示。
 
　　实际上，植物工厂给每个植物都进行了科学的“光配方”。“光配方”是一项根据不同植物品种在不同发育阶段所需要的光照进行的长期复杂性研究，是开发的重点，“‘光配方’意味着更快的生长速度、更高的产量和更优秀的品质。”李绍华介绍。
 
　　植物工厂以节能LED植物生长灯为光源，采用制冷—加热双向调温控湿、光照—二氧化碳耦联光合与气肥调控、营养液在线检测与控制等相互关联的控制子系统，可实时对植物工厂的温度、湿度、光照、气流、二氧化碳浓度以及营养液等环境要素进行自动监控，实现智能化管理。
 
　　经过创新研发和科技攻关，中科三安科研团队在两年多的时间里取得多项技术突破，包括植物光配方的研发以及植物照明产品的研制、高效均衡植物营养液的开发及其循环利用方式的创新、蔬菜品种的选择及其栽培方式的优化、智能化栽培设施的研制等等。
 
　　目前，中科三安植物工厂的蔬菜产品已在福建厦门、福州和泉州等地100多家大型商超、星级酒店和高档餐厅陆续上市，得到了消费者的高度好评。
 
　　“他们只要用了我们的产品就离不开了，因为这种生产方式有很多特点是传统农业没有的，比如周年没有季节变化、品质变化、价格变化，不再靠天吃饭，这种‘稳定’正是商业经济需要的。”占卓表示，他们还在对蔬菜品质进行提升，让口感、风味等进一步优化。
 
　　今年9月，中科三安植物工厂的产品作为金砖国家领导人会晤宴餐的指定产品，摆上了国宴餐桌，并得到各国宾客的青睐，这更让科研人员增加了研发的动力。
 
　　除了在国内吃香，中科三安植物工厂以及配套技术同样走出了国门。该公司已在美国内华达州拉斯维加斯投资建成了2万平方米的生产基地，首个5千平方米的植物工厂将在今年年底投产，产品全部供应拉斯维加斯的米高梅MGM酒店等星级酒店。
 
　　占卓介绍，公司已获授权84项专利，发明专利占65%以上，公司关键性技术设备的PCT国际专利已覆盖欧美等国家和地区，并出口美国、欧洲、日本、新加坡等国，代表了我国先进室内设施农业的顶尖水平，已具备向发达国家输出的能力。
 
　　新药研发助力大健康产业
 
　　关于植物工厂的应用领域，中科三安还有一个重要的计划就是对创新药物的研发，这也是他们未来的主攻方向之一。
 
　　“我们要选一些在野外环境里难以生存、难以复制、难以获得，同时在工厂可以解决，而传统生产方式或者培育方式不能培育的材料，通过工厂化技术调节让材料里面的植物化合物和代谢产物富集起来，这就为我们做生物医药材料开辟了新的途径，获得有效成分的成本和来源更稳定。”占卓说。
 
　　不仅如此，在匡廷云看来，植物工厂在促进中医药产业发展方面也会发挥很大的作用。传统中药材种植，常常受到农药污染或者重金属污染的影响，而且有效成分含量并不稳定，这会大大影响配方治疗效果。如果用植物工厂来生产名贵中药材，其产量、品质以及有效成分都可以得到保证。
 
　　位于湖头基地的植物工厂，不仅生产高品质的安全蔬菜，更有保健品、特种药用植物生产及抗肿瘤等重大疾病医药中间体材料等。
 
　　今年7月开始，公司正式开始药用植物在植物工厂的生产，首条金线莲生产线已投产，并取得有机转换认证证书。记者在中科三安植物工厂的生产车间里看到了健康生长的金线莲、石斛等多种名贵中草药材。
 
　　“创新药物的研发，将来可以为人类大健康产业作出贡献。不过，研究起步较晚，一切才刚刚开始，未来还有很长的路要走。”李绍华说。
 
　　占卓认为，植物工厂的发展前景不可限量。该公司生产的太阳能一体化集装箱植物工厂已经发往边疆，将首次在5千米海拔高度的无人区实现蔬菜生产，为保障边防战士的生活补给作出贡献。
 
　　“植物工厂是设施农业的最高级发展阶段，能大幅提高土地利用率，解决日益突出的食品安全问题；不仅在都市农业，还将在国防装备、远洋舰船、沙漠荒岛、航空航天等特殊环境领域，具有重要的战略意义和广阔的应用空间。”占卓对植物工厂的未来充满了信心。