中科生物植物工廠關(guān)鍵技術(shù)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化.pdf

06 特別策劃 Specially Curated 中科生物植物工廠關(guān)鍵技術(shù)科技 創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化 文 李陽 溫室彩椒 責(zé)編 楊平 07 中國農(nóng)村科技 2023 年 2 月 黨的二十大報告提出 要加強(qiáng)企業(yè)主導(dǎo)的產(chǎn)學(xué) 研深度融合 強(qiáng)化目標(biāo)導(dǎo)向 提高科技成果轉(zhuǎn)化和 產(chǎn)業(yè)化水平 在加快科技成果轉(zhuǎn)化 促進(jìn)面向國家 重大需求和國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場的技術(shù)研發(fā)工作方面 中國科學(xué)院一直在 率先行動 2015 年中國科 學(xué)院植物研究所聯(lián)合福建三安集團(tuán) 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 創(chuàng)立了福建省中 科生物股份有限公司 以下簡稱 中科生物 利用 LED 光譜技術(shù)應(yīng)用于植物生命科學(xué)領(lǐng)域 致 力于植物工廠的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化 經(jīng)過 7 年的發(fā)展 中科生物已走在了探索與自 主創(chuàng)新植物工廠技術(shù)前列 已成為唯一一家具備從 植物工廠科技創(chuàng)新到產(chǎn)業(yè)化推廣全產(chǎn)業(yè)鏈的高新技 術(shù)企業(yè) 在植物工廠生產(chǎn)系統(tǒng)與裝備 植物生產(chǎn)專 用光譜與照明燈具 植物專用營養(yǎng)液與穩(wěn)定性調(diào)控 和生產(chǎn)模式與專用新品種育種等方面進(jìn)行了重大創(chuàng) 新和產(chǎn)業(yè)化 中科生物創(chuàng)制了模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng) 無 人化垂直農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng) 節(jié)能免分栽植物工廠自動 生產(chǎn)系統(tǒng) 室內(nèi)多層育苗系統(tǒng) 集裝箱植物工廠和 家庭式植物工廠系統(tǒng)等植物工廠成套裝備 其中 模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)采用全新的模組化工業(yè)設(shè) 計(jì)理念 革新了傳統(tǒng)跑道式栽培裝備 解決了其成 本高和搭建復(fù)雜的難題 成為全球首套運(yùn)用于中大 型植物工廠的臺套化裝備 獲得德國 紅點(diǎn)獎 和 中 國設(shè)計(jì)智造大獎銅獎 已出口 28 個國家和地區(qū) 創(chuàng)制出全球首套無人植物工廠生產(chǎn)系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了從 播種 育苗 分栽 生產(chǎn) 采收到包裝及栽培設(shè)備 的清洗等植物生產(chǎn)全過程的自動化和無人化 解決 了已有的植物工廠勞動力成本高且需求量大導(dǎo)致的 生產(chǎn)成本居高不下的難題 獲 第一屆中國農(nóng)業(yè)機(jī) 器人創(chuàng)新大賽 一等獎 開發(fā)出第一代植物工廠多 層育苗系統(tǒng) 建成了國內(nèi)首個大型人工光多層育苗 工廠 實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)種苗標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn) 開發(fā)出的能源 自給型集裝箱式植物工廠已經(jīng)列裝我國西部某軍 區(qū) 2018 年首次在海拔超過 4300 米的無人區(qū)安全 一 植物工廠關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新 一 創(chuàng)制了模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng) 無人 化垂直農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)等成套裝備 模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng) 模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng) 越冬 為邊防哨所 海島和荒漠等環(huán)境極端惡劣地 區(qū)的邊防部隊(duì)周年生產(chǎn)蔬菜 中科生物開發(fā)出不同植物生長發(fā)育的 80 余種 專用光譜和光環(huán)境調(diào)控技術(shù) 包括生菜 白菜等葉 菜類育苗與生產(chǎn) 番茄 甜椒 黃瓜等瓜果類蔬菜 育苗與生產(chǎn) 食用花卉與藍(lán)莓等花果生產(chǎn) 金線蓮 霍山石斛等藥用植物生產(chǎn) 水稻 玉米 小麥等農(nóng) 作物生長發(fā)育 溫室蔬菜 花卉 農(nóng)作物和瓜果補(bǔ) 光生產(chǎn)等光配方 基于光配方技術(shù) 結(jié)合LED優(yōu)勢 實(shí)現(xiàn) 50 余種植物照明產(chǎn)品的量產(chǎn) 形成了鳳凰 大嘴鳥 飛燕 火烈鳥和云雀等 5 大系列植物照明 產(chǎn)品 光環(huán)境調(diào)控技術(shù)以及 LED 植物照明技術(shù)處 于國際領(lǐng)先地位 基于專用光配方開發(fā)的植物照明 燈具產(chǎn)品已應(yīng)用到 34 個國家和地區(qū) 二 光環(huán)境調(diào)控技術(shù)以及 LED 植物照明技術(shù) 引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展 08 特別策劃 Specially Curated 溫條件的連續(xù)開花結(jié)果 一年 2 至 3 次采收 藍(lán)莓 實(shí)現(xiàn)一年四季在任何需要的時間向市場提供新采收 的果實(shí) 產(chǎn)量高 果實(shí)大 品質(zhì)好 打破了藍(lán)莓一 年只進(jìn)行一季采收的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式 成為今 后植物工廠的一個全新發(fā)展方向 首次建立了可大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的立體式 潮汐式 的集約化育苗體系 已經(jīng)應(yīng)用到茄果類 番茄 辣 椒 甜椒 茄子 瓜類 黃瓜 西瓜 甜瓜 西 葫蘆 架豆 大蔥 櫻桃蘿卜 不結(jié)球白菜 西 蘭花 火龍果 百香果等作物的育苗 育苗時間比 傳統(tǒng)育苗縮短 1 3 1 2 其中黃瓜成苗 13 天 傳統(tǒng) 育苗 23 25 天 番茄成苗 20 天 傳統(tǒng)育苗約 50 天 甜 辣 椒成苗 28 天 傳統(tǒng)育苗 40 50 天 且生產(chǎn)成本與傳統(tǒng)溫室育苗方式基本相當(dāng) 中科生物首次建立了藥用植物金線蓮植物工廠 生產(chǎn)技術(shù)體系 在育苗方面 革新了傳統(tǒng)組培莖段 培養(yǎng)和固體培養(yǎng)基培養(yǎng)的生產(chǎn)模式 創(chuàng)造了金線蓮 胚狀體成苗體系和液體組培技術(shù) 胚狀體成苗技術(shù) 中科生物開發(fā)出不同植物生長發(fā)育的 6 大類 10 余種通用型及專用型的植物水培營養(yǎng)液配方和調(diào)控 技術(shù) 包括滿足生菜 小白菜等葉菜類蔬菜 番茄 黃瓜 甜辣椒等果菜類蔬菜 冰菜 酸模等特菜 金線蓮 霍山石斛等藥用植物 花卉類和藍(lán)莓等果 樹類的營養(yǎng)液配方 開發(fā)出相應(yīng)的植物工廠營養(yǎng)液 商用產(chǎn)品 葉菜類蔬菜水培營養(yǎng)液的生產(chǎn)效果明顯 優(yōu)于傳統(tǒng)配方及市場競品 原創(chuàng)性突破植物生產(chǎn)技術(shù)和栽培模式 實(shí)現(xiàn)從 生菜和白菜種子從萌發(fā)到采收 35 天達(dá)到單株 120 克的產(chǎn)量 生菜 小白菜公斤耗電量低于 8 千瓦時 遠(yuǎn)低于國際植物工廠生菜公斤耗電量10 12千瓦 時 開發(fā)出果菜類蔬菜植物工廠栽培技術(shù) 坐果量 大 產(chǎn)量高 每年每平方米占地面積可收獲黃瓜超 過 250 千克 櫻桃番茄 100 千克 甜椒 120 千克 且品質(zhì)優(yōu) 黃瓜可溶性固形物含量高于 4 櫻桃 番茄和甜椒高于 9 開發(fā)藍(lán)莓植物工廠專用配套 栽培技術(shù) 首次實(shí)現(xiàn)藍(lán)莓在植物工廠中無需使用低 三 生產(chǎn)技術(shù)居國際植物工廠領(lǐng)先水平 植物照明系列產(chǎn)品 09 中國農(nóng)村科技 2023 年 2 月 四 建立植物工廠育種加速技術(shù)體系 育成 首個植物工廠專用的生菜品種 二 植物工廠技術(shù)成果 三 植物工廠產(chǎn)業(yè)化 一 建成了全國面積最大 植物工廠類型和 種植品種最多的植物工廠生產(chǎn)示范基地 為獲得科研成果的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù) 中科生物已 申請涵蓋植物工廠裝備 植物專用光譜技術(shù)與燈具 營養(yǎng)液技術(shù) 栽培技術(shù)等領(lǐng)域的專利成果 511 件 含發(fā)明專利和實(shí)用新型專利分別為241件和220件 為進(jìn)一步保護(hù)核心專利在主要市場國家的權(quán)益 擴(kuò) 展申請了美國 歐盟 日本等國外專利 220 件 含 65項(xiàng)PCT 截至目前 已累計(jì)獲得授權(quán)專利370件 其中國內(nèi)發(fā)明專利和實(shí)用新型專利分別為 57 件和 210 件 國外發(fā)明專利 58 件 中科生物自主研發(fā)的植物工廠裝備和技術(shù)已出 口到歐美亞澳等國家和地區(qū) 已成為國際上植物工 中科生物在福建省泉州市安溪縣建設(shè)了占地面 積200畝的植物工廠生產(chǎn)示范基地 2016年利用 公司自己研發(fā)的模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)裝備 建 成了全球首個建筑面積 1 萬平方米的大型商業(yè)化蔬 菜植物工廠 進(jìn)行生菜的生產(chǎn)與銷售 探索我國植 物工廠蔬菜生產(chǎn)的盈利模式 這一植物工廠的建 成標(biāo)志著我國的植物工廠真正由示范階段進(jìn)入了產(chǎn) 業(yè)化階段 之后 團(tuán)隊(duì)陸續(xù)建成了全球首個商業(yè) 化烹飪類蔬菜 2017 年 商業(yè)化食用花卉 2017 年 商業(yè)化藥用植物 2017年 等植物工廠 植物產(chǎn)品在商超 高檔飯店與賓館銷售 同時建立 了示范推廣性質(zhì)的果菜類蔬菜植物工廠 2019年 藍(lán)莓植物工廠 2020 年 茶葉植物工廠 2020 年 集裝箱植物工廠 2017年 和無人化垂直 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)植物工廠 2018 年 商業(yè)化生產(chǎn) 與示范植物工廠在國內(nèi)外產(chǎn)生了重要影響 共有國 內(nèi)外 1700 多批 3 萬余人次來基地參觀學(xué)習(xí) 促進(jìn) 了全球植物工廠產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展 金線蓮工廠化生產(chǎn)技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用 利用植物工廠優(yōu)勢 中科生物通過精準(zhǔn)控制光 質(zhì)與光照時間 調(diào)節(jié)不同作物生長階段的營養(yǎng)液濃 度 設(shè)定最佳環(huán)境溫度與濕度 縮短作物營養(yǎng)生長 期和加速其進(jìn)入生殖生理狀態(tài) 并實(shí)現(xiàn)盡早開花 創(chuàng)造出全新的植物工廠育種加速器 植物工廠育種 加速器適宜于所有的作物種類 能克服南繁基地僅 適宜夏季作物且需異地種植的缺陷 與傳統(tǒng)室外或 溫室育種相比 主要作物由每年繁殖 1 2 代增加到 每年 3 4 代 植株生長周期縮短 15 20 種子 采收周期縮短40 50 并且通過兩年多的努力 在 2020 年育成 2 個不燒心 不焦邊 生長速度快 產(chǎn)量高的生菜新品種 已申請 DUS 保護(hù) 這也 成為首例利用植物工廠育種加速器育成的作物新品 種 一年擴(kuò)繁系數(shù)較傳統(tǒng)技術(shù)提高 23 倍 液體組培體 系組培 4 個月植株單株鮮重提高 30 以上 6 個月 超過 50 種植時清洗效率提高 30 開發(fā)出了全 新的金線蓮植物工廠種植技術(shù)及大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的生 產(chǎn)系統(tǒng) 所生產(chǎn)的金線蓮生長速度快 產(chǎn)品功能性 化合物含量高 金線蓮苷和總黃酮含量比產(chǎn)地其他 傳統(tǒng)生產(chǎn)的 20 家企業(yè)平均高約 50 且不同批次 產(chǎn)品含量穩(wěn)定 目前 該技術(shù)已應(yīng)用到國際上最大 的商業(yè)化藥用植物工廠內(nèi) 實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn) 廠系統(tǒng)解決方案的重要供應(yīng)商 是一家在國際植物 工廠領(lǐng)域有重大影響力的光生物產(chǎn)業(yè)企業(yè) 10 特別策劃 Specially Curated 的局面 2016年項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建成全球首個1萬平方 米植物工廠 植物工廠科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化成果引起 社會的廣泛關(guān)注 獲得中科院 科技部和當(dāng)?shù)卣?的大力支持 植物工廠成功突破關(guān)鍵技術(shù) 并成為 新興前沿技術(shù) 中科生物先后通過知識產(chǎn)權(quán)貫標(biāo)和 兩化融合管理體系認(rèn)證 獲得了 國家高新技術(shù)企 業(yè) 福建省科技小巨人領(lǐng)軍企業(yè) 福建省科技 型企業(yè) 福建省院士工作站 福建省智能制造 示范企業(yè) 博士后科研工作站 福建省植物工 廠工程研究中心 泉州市院士示范工作站 和 新 型研發(fā)機(jī)構(gòu) 等榮譽(yù)稱號 促進(jìn)了我國植物工廠裝 備與關(guān)鍵技術(shù)躍居國際領(lǐng)跑地位 提高了裝備產(chǎn)品 技術(shù)的國際競爭力 近幾年 成果在全球范圍內(nèi)推 廣 在行業(yè)內(nèi)形成巨大的示范效應(yīng) 產(chǎn)生了顯著的 社會效益與間接經(jīng)濟(jì)效益 作者單位 中國科學(xué)院植物研究所 四 植物工廠產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)生的影響 中科生物的植物工廠成套裝備與生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù) 創(chuàng)新成果得到大規(guī)模推廣應(yīng)用 極大地推動了我國 乃至全球植物工廠產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展 為解決土地資 源緊缺 環(huán)境污染與食品安全等問題 提供了全新 途徑 也為未來保障我國大糧食安全開辟出重要的 發(fā)展方向 在裝備和技術(shù)方面 團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新成果的應(yīng) 用 一改我國早期植物工廠 2009 年我國建成首 個試驗(yàn)性質(zhì)的 100m 2 LED 植物工廠 完全依賴進(jìn)口 西藏集裝箱植物工廠 二 代表中國先進(jìn)植物工廠技術(shù)的裝備技術(shù) 出口多個發(fā)達(dá)國家和地區(qū) 中科生物還致力于服務(wù)國防后勤保障的國家戰(zhàn) 略需求 2018 年能源自供型集裝箱植物工廠安裝 在我國海拔超過 4300 米的邊防站 首次實(shí)現(xiàn)了特 高海拔地區(qū)的蔬菜周年生產(chǎn) 2019 年啟動 陸軍 機(jī)關(guān)暖心惠兵樣板工程 一批集裝箱植物工廠已 在國內(nèi) 中科生物研發(fā)的模塊式整合栽培生產(chǎn) 系統(tǒng)的植物工廠已在 25 個省 市 自治區(qū) 推廣 應(yīng)用 如 2016 年利用自主研發(fā)的裝備和技術(shù)建成 全球單體面積最大的1萬平方米植物工廠 日產(chǎn) 1 8 噸無農(nóng)藥 無重金屬污染的高品質(zhì)蔬菜 成為 了 2017 年金磚國家領(lǐng)導(dǎo)人廈門會晤餐宴的唯一生 食類蔬菜 在國際上 模塊式整合栽培生產(chǎn)系統(tǒng)的 植物工廠被推廣到含歐美在內(nèi)的27個國家和地區(qū) 全自動化智能生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)植物工廠真正意義上的 數(shù)字化 無人化 兩座自動化植物工廠落地陜西和 海南 分別服務(wù)于楊凌國家農(nóng)高區(qū)和三亞種子創(chuàng)新 研究院 集裝箱式植物工廠除在國內(nèi)推廣應(yīng)用外 也開始向馬來西亞出口 作物育苗生產(chǎn)系統(tǒng)植物工 廠 已應(yīng)用于蔬菜和煙草的規(guī)?；?楊凌自動化植物工廠 列裝陸軍部隊(duì) 部分安裝在了海拔超過 5000 米的 無人區(qū)邊防哨所 2021 年模塊式整合栽培生產(chǎn)系 統(tǒng)植物工廠首次安裝在沙漠腹地的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中 心 為航天員的蔬菜安全供給提供保障 2019 年 特別研制的艦船專用植物工廠安裝在了海軍大型艦 船上 開創(chuàng)了保障海軍戰(zhàn)士海外執(zhí)行任務(wù)期間新鮮 蔬菜供給的先河