1、所谓植物非试管克隆技术就是运用计算机控制技术与生物技术有机结合的一种全新的育苗技术,通过计算机对环境的精确模拟,为植物离体材料的发育创造了最佳的温光气热营养激素环境,从而使植物的全息性得到尽快地表达,以实现种苗的快速成苗与几何倍增,这就是植物非试管克隆新技术的技术核心,它有别于传统的扦插嫁接,又有别于现代的组织培养技术,但同时又是对传统与现代各种育苗技术之集成与发展,它既有传统育苗的易操作性,又有现代育苗的高效性,也就是说它克服了传统育苗的季节限制与现代育苗的操作繁琐及高成本弊端,而开发成功的一项全新育苗技术。一、与种子育苗的区别种子育苗是农业生产上最常见的育苗技术,特别是在农作物及蔬菜上,它
2、是一种最主要的育苗方式,这种育苗方式具有操作简单而且种子来源广,成本又低的特点,所以它已是农业生产上最主要的一种育苗方式。但这种育苗方式对于那些种子价格高的或变异系数较大以及种子数量有限的情况下,种子育苗是难以达到良好而快速的效果的。除了 F1 代的杂交人工制种外,大多数种子留种培育的种苗,都存在后代性状分离,导致农艺性状及产量质量的参差不齐,影响了商品性和产量。另外,在种子数量极为有限或价格极高的情况下,种子育苗难以在短期内扩繁出大量性状一致的商品苗,而采用非试管克隆后就可轻松实现。既使在有足够种子数量的保障下,利用快繁也可改进种苗的综合性状与商品率,如大多种子苗表现为根系不整齐而且数量少,
3、移栽后的生长及发育都没有快繁苗表现得好,所以在发达国家,许多原本用种子育苗的品种如西瓜、黄瓜、豇豆等,它们都开始采用先播种出苗,再切茎断根育苗,待重新长出快繁的无性系根系后,再移植大田,这样除了产量提高外,抗逆性提高及缩短发育期都有明显的效果。 对于有些转基因的品种或者成本极高的太空种质,存在不能形成种子或种子少与昂贵的情况下,采用种子育苗难以满足生产需要时,非试管克隆技术可以得以有效解决。最近流行的转基因植物驱蚊草与荧光花卉,它不能形成种子,既使有少量种子成苗率也不高,而且后代分离与变异大,针对这些品种运用非试管克隆技术就可体现出极大的优势。还有一些品种,如西瓜在苗期极易患猝倒病,而用非试管
4、克隆后可以有效解决。采用种子育苗对于一些成本低,变异小的农作物或蔬菜瓜果是可以采用的,但在成本高、种源少的情况下,只有非试管克隆技术才能实现优良品种的短时间内扩繁。而采用种子育苗就难以实现,因种子需经开花授粉及成熟漫长的制种阶段,非试管克隆可随时取母本植株上的营养器官枝叶芽或根进行扩繁,以解决种子周期长、速度慢的问题。二、与嫁接育苗的区别嫁接育苗是传统育苗中实现无性系保留运用得最早最为常见的技术,在木本的果树及瓜类植物上近年运用极为广泛。这种方法能保持品种优良特性外,许多植物还可通过嫁接来提高植株的抗逆性或改善某些农艺性状,在生产上运用得到了很好的反响,但同时也存在着技术繁琐,时间周期过长,遇
5、到不利的气候环境,还会导致成活率低或苗势差的缺点,而且许多品种对嫁接砧木的选择存在专一性,如果两者不亲和,还会影响成活率与品质。所以在进行嫁接育苗前一定要选择适合的砧木品种进行砧木苗的培育,一般品种需 12 年时间,生长快的品种也需半年左右,这样无疑就延长了优良品种的繁苗周期,如果树类一般快的 1 年,时间长的需两年或三年,如枣苗,板栗苗,杨梅,枇杷等,都需较长时间的培育期,才能成为一株生长可用的商品苗。而采用非试管克隆新技术后,上述这些品种只需截取它的一叶一芽或一枝段及根段就可培育成一个完整的个体,如枣快只需 15 天即生根,25 天就可移栽大田,而嫁接苗需 23 年。更为繁琐的是工艺流程多
6、,成活率受天气制约大,如桃苗一遇雨天成活率就极低或者即使成活也会导致严重流胶,成活后还需解膜与除萌,管理繁杂而受季节影响大。而非试管克隆新技术,只要生根成苗后即可移栽,根系发达而成活率高,一年四季皆可移栽定植,用该方法培育的苗木,根系呈爆炸式,并且根冠比极大,适于远距离或反季节移栽,成活率高,缓苗期短,这是目前任何一种育苗技术所无法比拟的。另外,嫁接存在的不亲和现象或后期不亲和现象,运用快繁后可以有效解决,如最近金银花王苗木的培育大多采用嫁接,但它会出现后期不亲和,会于嫁接口处出现掐脖子现象,三年后遇台风一吹就断,给种植者带来严重经济损失,而采用快繁技术可以有效地解决,因为它属自根苗,不存在亲
7、和性问题。三、与扦插育苗的区别现代的扦插育苗技术已对于植物不同的季节,不同的基质,不同的环境,不同的药剂等进行了科学而系统的研究,而且开发了各种各样的生根粉,其中最有权威的就是中国林科院王涛研究员开发推广的 ABT 生根粉。这些技术及促进生根药剂的研究为扦插育苗技术的发展提供了强劲的技术支撑,但美中不足的是,并不是所有植物都能进行扦插,也不是在任何季节都可进行扦插繁殖,更为不足的是成活率影响的因素多,不稳定,难以在生产上大规模工厂化的实施。而非试管克隆技术能克服上述的各种缺点,又能延续传统育苗操作上的简易性,易掌握性,实现种苗的工厂化生产。如扦插育苗大多只有在气候适宜的春季或秋季进行,而采用非
8、试管克隆技术后,一年四季都可实施快繁,实现周年快繁。其实在计算机控制的精确模拟环境下,能为生根成苗创造最佳的环境条件,使离体材料的生根过程稳定而高效率,生根时间大大缩短,就是同样的生根成活率,非试管克隆苗它具有比扦插苗更为发达而整齐的根系,这点是任何育苗技术所无法比拟的。操作简单看似与传统扦插相似,但非试管克隆技术可以使用比扦插材料更小的微材料快速生根与成苗,如一叶一芽,或一叶半叶,或一枝,或一芽,或一根等,只要是全息性较强的植物离体器官都可当作快繁时的离体材料。而扦插大多选择具有较多贮藏养份的大枝段大枝条作为材料,从耗材上扦插用是更多些。从繁苗的密度上比扦插育苗更密,每平方米可达 40010
9、00 株,如结合立体多层次的架式育苗效率还可提高得更多。一个 240 平方米的快繁大棚,至少年生产 50100 万株苗,是大田扦插育苗的几倍或几十倍。从管理用工来说,投入的成本也大大地降低,传统扦插育苗除了扣膜保湿遮荫外,平时还需进行定时的浇水与病虫害防治,用工量大、成本高,而在非试管克隆的育苗环境下,一切可交给计算机控制自动完成,这样的话就可大大地降低劳动力投入,减少种苗的成本,大多数品种从繁殖至生根移栽,成本不会超过 1 分钱,是扦插育苗的 1/101/20。在适宜的品种上,采用非试管克隆新技术,几乎适用于所有的绿色植物,而扦插育苗只适于一些特定的品种与季节,就是传统或组织培养最难繁殖的松
10、树及濒危植物百山祖冷杉也得以快繁成功。其它的如瓜果蔬菜绿化药材等皆可,在适宜品种范围上有了质的提升。而且运用新技术培育的苗木根冠比大,适合周年移栽全年定植,大大加快优良品种的产业化进程。如果结合穴盘育苗,更可使苗木的培育、移栽、定植一体化,使种植时引起的生长不良、缓苗期过长的现象得以克服。采用新技术培育的苗木就是在盛夏也可移栽,这是其他任何一种育苗方法做不到的,这种新技术结合与采纳了传统育苗易操作性的优点,摒弃环境多变性的缺点,实现了种苗的周年快速培育与多代循环的几何倍增。在常规扦插育苗情况下,一根枝条经扦插后一年只能成为一株苗,而非试管克隆新技术可以实现几千倍上万倍甚至上百万倍的几何级扩增,
11、这是扦插以及其它育苗技术无可比拟的。四、与组培技术的区别组培技术全称为组织培养技术,就是运用植物组织或器官甚至是细胞,在密封的装有调配好营养基质的试管瓶中,完成它的分化增殖及生根过程,使接种后的植物组织经一段时间的培育后发育成为一个或数个完整的植株,这就是我们近代生物技术中常提及的组织培养技术。它是目前科研院校科教与试验的一项重要生物技术范畴,但在生产上一直因为存在的某些瓶颈而未被大面积的采纳与推广。除了组织培养技术投入及运行的成本较高外,更重要的一点是它适宜的品种不广,可操作性不强,特别是基层的生产者很难掌握与操作。所以,组织培养技术在我国发展的几十年中基本上还是处于研究阶段,如作为育种及基
12、因工程技术的辅助工具在运用,在生产上除了一些技术简单的香蕉、甘蔗、草莓商品苗及马铃薯脱毒外,在木本植物及瓜果蔬菜的运用上极少,除了成本因素外,技术也还是一个瓶颈。特别是木本植物的诱导生根上,存在的问题还很多,目前还难以在生产上推广运用。既使许多品种在试管内能良好发育,但也同样存在移栽后成活率低、缓苗难、生长势差等生理障碍现象。那么非试管克隆技术它是如何克服组培技术的缺点而实现了一种新型的组织培养新途径呢?其实植物非试管克隆新技术从广义的角度来说也是组织培养技术,但不同的是一个是在试管里,而一个是在快繁苗床的大田基地里,培育环境有着天壤之别。一个需要无菌的密闭环境,一个是在开放的环境;一个是在完
13、全人工补光环境下,一个是在全天候的自然光环境下;一个是利用加糖的人工培养基为育苗基质,而一个是在没有任何有机质及糖的无机珍珠岩基质;一个是利用幼嫩的刚分化或无分化的组织或茎尖,一个是利用已完成形态分化的组织或器官;一个是通过分化不定芽以实现几何倍增,一个是利用芽茎的营养生长来实现离体材料的增殖,也有部分可以运用增生的不定芽来完成增殖,但大多数品种是利用茎的生长来扩大繁殖材料;一个需经过严格炼苗才能适应大田环境,一个只需简单炼苗就能培育成对环境有很强适应性的快繁苗。除了这些区别外,在生理上它们存在实质性的区别,正因为这些区别,而使传统的组培苗成活率低、适应性差而难以在生产上推广运用。现把它们的区
14、别分析如下,组织培养过程是一个以异养为主,自养为辅的寄生型育苗过程,试管内组织的发育所需的营养与能量,都是依靠培养基中的糖与矿质营养来提供的,属于异养型代谢。而非试管克隆技术,它的离体组织材料是在没有任何糖的无机基质环境中进行,它的能量代谢全赖于组织本身的光合作用能力与贮藏的营养物质,它的整个代谢过程是自力更生的自养型代谢。两种不同代谢类型所培育的苗对环境就存在完全不同的适应性,自养型的具有很强适应性,稍作炼苗就可移栽至自然环境,而试管内培育的小苗,长在瓶内时看起来苗势还是不错,但一旦移致大田,就出现死苗萎蔫。究其生理原因,发现在密闭瓶内生长的小苗,由于长期长在高度缺乏氧气与二氧化碳的环境下,
15、它的呼吸作用模式与光合作用模式没有完全建立,常出现气孔缺失现象或者所谓的玻璃苗现象。另外,在瓶内生长的小苗,它在营养器官的形成生长所需的能量与营养大多是由基质直接供应与满足,而非试管克隆苗它主要依靠自已自身的光合作用与叶片环境吸收为主,它在培育过程中已形成了完整而发达的维管束,有利于移栽后的营养吸收代谢,而瓶内组织苗常有维管束发育不好或不连通不发育的问题,所以当它移至大田后还会出现水分及营养吸收、光合作用、呼吸作用等生理之障碍问题,这是导致组培成活率低的最关键因子。而非试管克隆,它是依赖于组织或叶片自身的光合代谢能力以完成它整个植株发育所需的营养与能量,所以它的根系特别发达,因为它利用叶片源源
16、不断的光合作用能力提供了大量的自养碳源。而且再加上切口环境透气保湿良好,不像组培基质里的琼脂缺乏透气性,所以它的根系发育特别多而发达,是任何一种育苗技术无法比较的。除了这些区别外,非试管克隆技术具有比组培更高的增殖率,因为移栽后的小苗,在全价营养液及适宜自然环境下比在瓶内有更快的生长量与生物量,如驱蚊草小苗移至大田后,在 12 个月内至少可增殖 1520 个叶片与芽,为下代的继代循环提供了几何级增长的离体材料,这样一个叶芽在一年内致少可培育上百万株种苗,而且成本极低,只需一个塑料大棚与数个增殖培育大棚就可完成了,而如果采用组织培养技术,光组培相关设施设备与器具,就需投入几百万元,而且时间又长又
17、繁琐,一般人也难以掌握。植物非试管克隆技术的生产应用特点植物非试管克隆技术是一项实用技术,它的运用使中国的快繁产业从实验室开始走向田间,从科研院所及企业的专利走向农家,走向苗圃。是农民用得起的高新农业技术。(1)植物非试管快繁技术具有技术简单易操作与掌握的特点,极利于作为实用技术在农村普及推广,即使没有专业素质的生产者也可以运用它进行种苗的工厂化生产。(2)建立基地无特殊要求,只要是有电有水有光照的地方就可建立快繁基地,对土壤气候无特定要求。(3)投资省,只需投入几万元,就可建立一个年产几十万至上百万株苗的生产基地,而且运作成本极低,一般品种培育成本不会超过 1 分钱,是传统扦插育苗的 1/1
18、01/20,是组培育苗的 1/301/50,是生产低成本种苗获取市场竞争力最为有效的育苗方法。(4)适用于绝大多数植物的快繁,包括用于农林业生产及绿化工程的各种经济植物种苗,如农作物、蔬菜、瓜果、林木、绿化、药材等,是当前适普性最强的育苗技术。(5)采用计算机控制与育苗专家系统,实现种苗生产过程的自动化智能化,是劳动力成本投入最低的一项育苗技术,也是摆脱传统凭经验育苗走向工厂化科学育苗的一种新技术,生产的种苗整齐度好商品率高。(6)对离体材料要求不严格,小至一叶一芽大至一个树干的切段都可进行快繁,不像组培与扦插有特殊的要求,灵活性大适用范围广。(7)在隔离快繁情况下可以利用脱毒苗为母本,进行多
19、代循环,大量生产廉价低成本的脱毒种苗。(8)用于快繁的计算机控制系统,具有可升级多功能的特点,可以用于温室大棚的环境控制,也可用于智能灌溉,还可用于水培生产及芽苗菜智能化栽培,具有软件升级方便,硬件易于更换容易的特点,是农业生产上难得的一机多用产品。五、标准化非试管克隆基地的建立(一)基地建设植物非试管克隆技术属于设施农业,而且属于设施较为齐全的项目,可以建立钢架大棚或者北方的暖式大棚,有条件的最好是连栋大棚或玻璃温室,大棚的规格一般是选用 8米30 米的标准棚,或者 8 米3060 米的连栋大棚,这些钢构架的大棚除了牢固性好外,还有更好的采光度。如果条件有限,也可用竹或木条搭建简易大棚。这些
20、可以从当地具体情况与条件出发灵活搭建。搭好大棚骨架后,就是选择大棚薄膜,用于快繁基地的大棚膜,一般选择无滴膜为好,这种膜具有更好的透光性,现在国外发达的国家已研制出一种纳米薄膜,它具有自洁功能,除了能去除水珠凝露外,还可以把污染至膜上的有机物分解,始终保持膜表面的洁净,而且膜具有很好的亲水性,在夏天结合喷淋降温效果比普通膜更佳,现在日本已在生产上开始运用,而我国才刚刚开始研制。还有一些多功能膜,它能滤除一些植物不需要的光线而让有效光透过;还有一些膜能随着外界光照强度的变化而改变光的透射率,可以使棚内的光照强度更为稳定与有效。膜在快繁过程中所起的作用主要是保温、挡风、避雨、防虫、滤光,还有创造相
21、对独立空间环境之作用,特别是在二氧化碳强制供应情况下,棚膜有防止气体逃逸之作用。这是大棚外膜的选择。另外,最好还在棚内设置内膜,内膜包括扣于小拱棚上的保温薄膜,在冬季寒冷季节扣于苗床上起到双层保温之效果,或者在于棚内侧面与顶部均匀挂设一些反光板或反光膜,以提高光的利用率,特别是冬季日照少的季节,挂设反光膜可大大提高棚内的光照度。快繁大棚苗床效果图大棚建设及扣棚工作是最基础的工作,这步工作完成后,开始建设苗床,苗床是种苗繁殖场所,也是环境控制的核心对象,它的建设不像传统土壤育苗那样简单作畦就行,它是在工厂化洁净化的环境下生产,必须建设成布局整齐,走道平整清洁、排水良好、管理方便、床体标准的水泥苗
22、床,或者也可建成利用率较高的立体苗床。目前,生产上运用较多的是平面的水泥苗床,现就水泥苗床的建设作些介绍。选择红砖与水泥为施工材料,在施工前先对基地进行平整与划石灰线规划,一般标准大棚为 8 米30 米,可作纵向四畦苗床,也可在大棚中间设定一个横向走道,把纵四畦苗床横切分为 8 畦,这样每畦的长度为1415 米左右,而畦宽一般设定为 1.21.5 米,这样的宽度可使畦面弥雾全面而均匀,也有利于人在苗床两边的人工操作,过宽不利管理,过窄利用率降低。在规划苗床的同时,还需规划管理走道,营养液池及排水沟,其中中间主走道宜宽些,可设为 0.81 米,两侧的边道可设为 0.60.8 米,这些标准的建立对
23、于苗床管理及提高育苗效率很有好处,但也要与实际结合,可作些灵活的变动。打样线画好后就进行施工,施工的第一步是按线砌砖作床,床沿的高度一般为 1520 厘米即可,砌好床沿后就是用水泥浆刮平表面,使床体平滑而不藏污垢。做完苗床叠砌工作后,就是用混凝土填平修整好苗床间的管理走道,走道要求做得平滑或稍带馒头形,以利于排水与今后的清洁管理,也需要水泥磨平,甚至有条件的还可贴上瓷砖,更能造就出工厂化的清洁无菌场所。建设好走道及苗床的边框后,就要进行挖槽建池与排水沟的设计,为了便于排水,或于每条走道紧靠苗床外壁的地方挖一小排水沟,每一水排水沟都按一定的比降往大棚外侧排水,这些小排水沟的建设,其实在铺建走道时
24、就要一起施工完成,如果在用水紧张的地区,最好在设计排水沟时,能够考虑到回流后的再利用,也就是把各排水沟设计成回流至统一的一个蓄水池内,这些水经水处理系统后又可重新利用。营养池可建于大棚内的边角也可建于棚外,如果为了使棚内规划更为整齐可建于棚外的大棚入口处,如果为了使营养液的温度更稳定也可建于棚内,特别是在冬季棚内液温会较高些,如果是多个大棚合用一个营养液池可选择一个布设水管最为方便的地方建池或槽,可以是地上式也可以是地下式,一般地下式液温会较稳定些,而且占的空间也少。池的大小按大棚数量而定,一般大小以一个大棚 0.51 立方米的标准去建设。上述工作全都完成后,可以说基础设施建设的土建部分已完毕
25、,接下去的工作就是铺设基质与安装好各种设施、管道及控制系统。大棚及苗床等基础土建工程完工后,接下去就是进行系统的安装,按照植物非试管克隆技术体系的要求建设,整个育苗工厂由以下几个部分组成:(1)磁化而透气的苗床;(2)微喷弥雾管道;(3)人工补光系统;(4)电场发生系统;(5)二氧化碳及氧气补充系统(6)通风排气系统;(7)计算机控制系统;(8)视频及远程监控系统;(9)营养液供应系统;(10)温度控制系统;(11)相关辅助设施等组成。其中有些是快繁最基本的必不可少的系统设施,而有些是功能得到扩展后的辅助系统,具体安装哪些设施设备可按实际情况确定,也不是千篇一律。(二)磁化透气苗床的建设磁化技
26、术在农业上的运用,是物理农业领域中研究与应用较早且最为成熟的一项技术,它的生物磁效应用于农业的各个方面,如磁化水灌溉可提高作物产量,磁化肥的施用可提高肥料的吸收利用率,磁化水的浸种可以提高萌芽率与提高发芽势。而在种苗的繁育上,采用磁化水与埋于基质底部的磁化苗床技术相结合,对离体材料生根发育能够产生明显的生物效应。磁处理除了影响水的缔合度、溶解力与渗透力产生的物理效应,以促进离体材料对水分的吸收外,更重要的是能影响酶的活性及内源激素的成份,从而促进愈伤组织发育与生根基因的表达。从微观的生物效应分析,任何物质,小到离子、电子,大到宇宙都具有一定的磁场。同样,由核酸和蛋白质等多分子系统构成的生物体也
27、具有磁场。在地球这个大磁场中,生物体内能量的传递和物质的交换,都与体内电荷行为有关,外界磁场的变化必然影响生物体的新陈代谢,这是磁场效应的基本原理。磁化环境中培育的离体材料内,各种酶的活性会受到影响,如淀粉酶活性得以提高可为生根提供更多可利用碳源;过氧化氢酶及超氧化物岐化酶、同工酶的数量与活性的增强,可加速与离体材料生根相关的各种代谢过程;在能量与物质代谢上,可以提高离体材料内 ATP、DNA 等物质的增加,对根原基形成与表达起到了较大促进作用;在内源激素的影响上,可以抑制 ABA 的形成,并提高材料内 GA、IAA、CTK 的含量,这些激素含量的提高,对于生根促进根系发育及幼苗生长起到了明显
28、的增进效应。此外,在 0.8T(特拉斯)磁场作用下,还可抑制基质中某些细菌及放线菌的生长,对于创造无菌环境也起到一定作用。基于生物磁效应,科学利用于离体材料的快繁过程,对于提高种苗质量,加快育苗速度都起到了不可估量的作用,现就在重瓣黄刺玫快繁上的促根效应,来证明磁化苗床及磁化水技术运用的重要性。在对重瓣黄刺玫快繁时,采用磁化苗床技术与磁化水弥雾结合,根系比没经磁化的普通自来水要发达得多。在快繁弥雾系统安装时,在主水管的出水处安装一个强力磁化器,使水流过时产生磁化。试验表明,嫩枝的黄刺玫离体材料在磁化水喷雾与苗床强磁场作用下,生根率与对照相比虽无多大区别,但生根量却大有提高(见下表)。经磁化技术
29、处理的离体材料平均生根量为 31 条,1 级侧根率为 l00,比对照清水处理的多 14 条,提高 14.8个百分点。处理 离体材料数 生根数 生根率(%)平均根量 1 级侧根率(% )磁处理 167 166 99 31 100对照 120 118 98 17 85.2从生产及试验表明,采用磁化处理技术,不仅能促进生根,而且能使种苗的根系更发达,可以使一级侧根率大大提高,那么如何在生产中建立科学合理的磁化苗床,以实现这种无需耗能的物理促根方法呢?具体操作如下:排放磁铁通常与铺放基质、拉地热线、布电场地网同时进行,这样确保施工按程序进行。从苗床的剖面看,由龟背形床底鹅卵石排水层电场地网磁铁加热线珍
30、珠岩基质,这样的层次与次序组成(如下图)。现就有关磁化透气苗床系的构建作如下说明。鹅卵石厚5-8cm珍珠岩厚10-15cm床底成龟背形(利于排水)电场地网磁化苗床( 每平方米铺3块)磁化技术实施有两种方法,但通常这两者都是结合的,其中磁化水产生较为简单,只需在主水管上安装一个强力磁化器即可。下面着重介绍磁化透气苗床部分的建造。为了使苗床具有良好的排水透气性,最好把苗床的底部制成中间稍高,两边低的龟背形,这样更利于排水。施工时,先于床底平铺一层厚 58cm 的鹅卵石作为排水透气层,然后在鹅卵石层上均匀排放磁强为 0.8T 的永磁体,也就是磁铁,排放密度以每平方米 34 块,摆放磁向以同极朝上或朝
31、下的顺磁为好,这样可形成磁铁相互间的磁共振,会产生更佳的磁化效果。均匀排放好磁铁后,再于上方铺设粒径中等(约 35cm)的园艺级珍珠岩作为基质,这种基质尽管在弥雾频繁的快繁环境下,始终能保持良好的透气性与保湿性, 可以促进不定根的发育与防止缺氧烂根现象的发生。(三)微喷弥雾系统的安装微喷弥雾系统是最为重要的系统,它是确保离体材料的发育有充足而适宜的水分,是空气湿度及基质湿度的保障系统。目前,用于环境水分控制的方法有微喷弥雾法与超声波雾化法。但在生产上前者用得最多,具有易建设,便于操作与控制,系统较为稳定,而后者大多用于室内或植物工厂内建设所用,在大棚或露天情况下以选择微喷弥雾化较好。该系统主要
32、由以下几大部份组成,包括动力泵、供水管道、微喷头,另外还有起控制作用的电磁阀及手动式备用阀门。这几部分所起的作用各异,其中动力泵是为系统供水加压用的,通过它使水具有一定的压力从而产生细雾,一般按基地面积及喷头数量的多少来选择扬程或功率。具体施工时,可先对系统进行计算,即喷头数量及每个喷头所需的雾化压力,再估算出适合的功率与扬程。否则会出现匹配不当而导致压力不足雾化不好,或压力过大冲落喷头而影响育苗。动力泵有增压泵、潜水泵、普通水泵之分,具体因情况选用。在自来水压力大的时候可不必安装水泵,只需直接在管道上安装电磁阀门即可。另外在使用压力罐作为水的增压系统时,也可以取代动力泵,而且运用压力罐系统增
33、压时,压力可调而较为稳定,现在也在生产上被选用。在购置动力泵时可因基地大棚数量确定,一般一个区一个,也可多区共用,这可因生产实际而定。但这些工作都需在施工前就规划好,以免完工后又进行翻工。供水管道是水的输送系统,也是营养液的供给系统,是基地建设较为重要的部分,在施工前先进行科学区划,要针对基地进行合理分区,再按分区情况去配制选购水管,分区也是基地建设工作中较为关键的,它是按照面积大小以及所培育品种的数量或者不同植物的培育周期或生产周期来进行区划的,一般一个分区就相当于一个相对独立的微环境,它在水供应、二氧化碳供应或者营养供应来说都是相对独立的,一般 8 米30 米的标准大棚,以棚中间的横向走道
34、为界分为两个区,每个区在计算机分控器的控制下,能创造出相对独立的微域环境。所以在布管安装供水管时就要预先作好区划。区划过小影响效率及增加投资成本,区划过大会造成同区内环境因子差异大,影响控制的精确度。通常以 100 平方米左右的面积为一个区。科学合理的分区,对于育苗时品种安排及阶段性控制都会带来方便,你可以同一个品种或相类似的品种繁育在同一个区,也可以是同一个育苗阶段的品种培育在同一个区,还可按生产周期的需要,不同区间进行套繁。分区完毕后,就可购置水管进行分区安装,水管一般以自来水管为好,可以是钢管也可以是塑料管,生产上大多为了安装方便而选择塑料管,以 PVC 管为多,在管道及配件的购置上也要
35、先做个计划,一般整个管道系统分为主管与支管,主管是总进水管宜粗,支管是架设于每个苗床上方的喷雾管宜细,具体规格可按压力及需水量来定,而配件之类就是如三通、手阀、堵头、弯头、止回阀等,一般每个苗床上方的喷雾管两端都要装一个手动阀门,进水端的阀门是为了检修或电磁阀损坏时启用,而末端的手阀是为了管内排污时用,其它的配件按需灵活选用。在水管布设安装时,还需在每个区的主水管上安装一个电磁阀门与并联的手动阀门,电磁阀门起到控制整个区自动弥雾时启用,并联手阀是在电磁阀损坏或停电应急时启用。在安装时,管与管的连接一般用专用胶水,使用胶水时,动作要求利索而且一次拧紧成形。另外,还需用抹布擦试管壁再涂胶水,这样才
36、能做到密封防漏,在条件许可时最好请水管工按图配合安装。水管安装虽是简单的工作,但事先的画图规划还是极为重要的,它是整个育苗工厂的血液循环系统,是极为重要的部分,一定要有计划再安装,以免布错管道而翻工。这里还需补充的一点就是,管的安装与架设有两种形式,一种是明管,一种是暗管,所谓明管,主管与支管都是装于走道或苗床上,它的优点是检修方便,更改也方便。而暗管是埋设于走道下或者苗床底部只引出喷雾的毛管,这种暗管布设,美观而整洁,不露管道,但整修更改不便,选择哪种布设方式按生产者实际灵活选择。安装好主管、支管或毛管后就是打孔摁上喷头,喷头是产生雾化与加湿的主要部件,它的选择对于育苗时雾化的效果影响很大,
37、用于工厂化快繁的喷头要求较为严格,一定要选择造雾程度高,水滴细小的喷头,现在生产所用的有离心式喷头、折射式喷头、涡流式喷头及旋转式喷头,型号与规格也各异,在选择时一个是看雾化程度及方向,一些雾化后会产生死角的不能用,雾化范围过小与过大都不宜用,耗水量过大、雾滴过大的也不能用,雾化范围最好以架设高度 0.81 米时,能把 1.21.5 米宽的苗床整床喷遍为好。通过生产运用,以涡流式的塑料喷头效果较好,生产者可参考选用。备好喷头后就是按照一定距离在水管上方打孔,喷头间的距离一般以 11.2 米为好,这样可以做到不留死角整个苗床淋遍,让两个喷头间稍有交叉较为保险。间隔喷头距确定后,就是于管上画线定位
38、,让每个喷头摁上后能成一直线,在同一水平面上,这样才能为苗床创造出均匀的雾化效果。画线定点作记号完成后,用专用打孔器(适用于软管) 或钻头与喷头接合口径相同的手电钻进行打孔。打孔工作完成后,用专用胶水涂抹喷头接脚然后一一摁入孔中,再用胶水涂抹孔周密封良好,以防渗漏。上述这些工作看似简单,但操作时需极为认真,一旦调试时漏水,翻工时极为不便。喷头安装完毕后,再于苗床上按一定距离布设支架,把水管水平地架设苗床上方,或者把水管也可绑扎在苗床上的小棚架上。通过上述工作管道系统的布设已基本完成。做好管道布设工作后,还需在主管道上安装电磁阀,它是与主管手阀回型并联安装,在工作时手阀通常是关闭而电磁阀是处于启
39、动工作状态,一旦遇到电磁阀损坏不能启动时,备用手阀就可打开应急。电磁阀是用电来启动的阀门,运用它可以只受计算机控制系统发出的电信号指令而实现自动开启与关闭,它是自动喷雾加湿系统中必不可少的重要部件。电磁阀也分直流与交流,以及常开与常闭之分,在选用时可按需配置,生产上运用最多是交流常开电磁阀。而直流电磁阀也有,通常是在利用太阳能发电装置为系统供电时即可选用。另外,还需考虑阀体的耐腐蚀性,因为营养液的控制也需通过供水电磁阀,这种耐腐蚀的电磁阀在市场上已有销售。在安装时,要选择与管道口径相当大小的阀门外,还需注意水流方向,按阀门上标注的方向安装,如果反装,会造成调试时不通水的故障。在安装好电磁阀后,
40、还需在电磁阀体上扣个人工剪制的可乐瓶底,以防长期处于弥雾的高湿环境而生锈腐蚀与发生故障。井水营养止回阀过滤器电磁阀水泵手阀快繁苗床水管安装示意图01# 02#25mm40-50mm功率1.1-1.5kw功率1.1kw01#区电磁阀 02#区电磁阀32mm1.2m1.0m1.2m磁铁(每平方米铺3块)(四)人工补光系统的安装植物非试管克隆技术,是光自养为基础的一种快繁技术,主要通过光合作用提供能量与物质,以完成器官的发育过程。在大棚进行工厂化繁育,光照条件基本上是利用自然光照,在大多数的季节里是可以满足离体材料光合作用对光照的需求,但是在日照短的冬季或遇到阴雨连绵的天气,棚内的光照度极差,或者日
41、照时间过少,这样除了影响光合效率外,还会使材料或植株进入由于短日照引起的生理休眠现象,特点是一些对于日照时数较为敏感的植物就会进入生长抑制或休眠现象,人为地为苗床环境创造适宜的光照环境显得极为必要。植物的叶片是光合作用的场所,也是接受外界信号的感受体,当外界气候因子发生变化时,叶片都会作出相应的反应,并且能把这种信号进行传递以指令机体作出适应反应。这在高温寒冷短日照等胁迫反应中都能得到体现,而光照时数的变化也会让植物发育进程作出相应反应,所以在快繁时一般要求苗床的日照时数达到 1014 小时以上,才有利于器官的发育。另外叶片光合作用对于强度及光质也有要求,最好在工厂化控制的环境下,能为离体材料
42、的发育创造最佳的光照强度、光照时间及光质条件,才能使材料的发育最优化最快化。针对植物的这些生理,人为地建造补光系统为植物创造最佳的光照环境,就可实现种苗繁殖效率的最高化。目前,农业生产上,特别是设施栽培中,补光栽培已越来越被重视,通过补光实现反季栽培,通过补光提高产量与质量,通过补光打破休眠,通过补光来达到一种特殊的培育效果。在植物快繁过程中,补光的运用更显得高效率,因为它是在高度集约的环境下生产,比栽培上的补光效率更佳,即使增加了较大的成本,但还是极为合算,所以补光已成为工厂化快速育苗中必不可少的一项农业技术措施。补光就是利用人工光源为植物创造良好的光合环境,目前国内外用的较多的人工光源是高
43、压钠灯,它具有强度高,色谱广的优点,但同时也存在耗电大,光转化效率低的缺点。在目前能源愈显紧缺的时代还得选用耗能较少的专用补光灯,目前国内已推广运用较多的就是植物生长灯,它是一种荧光光源的补光灯,较为节能,而且发光光谱可按植物所需进行科学搭配。目前主要有两种被广泛运用,就是蓝光与红光的植物生长灯,因为对植物光合作用来说,红光与蓝光是光合效率最高的两种可见光,运用这两种光源,在同样耗电量情况下,可取得更好的效果,也就是说光转化率大大地被提高。但也存在着安装不便,灯架易受潮而出现短路等故障,针对这种情况国内外又出现了一种最为先进与新型的补光灯就是半导体二极管也叫 LED,这种补光灯首先它是不放热的
44、冷光源,另外它也可发出专用所需的光谱,更为可贵的是它是直流供电,极便于安装,也不怕潮湿环境,而且它的耗电量是普通补光灯的 1/8,是种最为节能而效率最高的补光灯,这种技术国外植物工厂内已被大面积使用,而我国运用则刚刚起步。在选择好补光光源后,就可进行安装操作,在安装前必须对于每个大棚的安装数量及功率和强度都要有所了解,一般用于快繁育苗的光照强度在 1000LX 以上,光谱以蓝光与红光 5:110:1 配合补光为好。以按照 40 瓦的植物生长灯为例,一般每 3 个平方米安装一支灯管,一个标准大棚的可利用苗床面积为 180 平方米左右,按这样计算,一个 8 米30 米标准大棚的快繁基地需安装 40
45、 瓦的植物生长灯 60 支,总功率为 2400 瓦。而如果采用二极管补光技术可以做到更加节能,不妨选择一试。一般一个标准大棚的补光要达到上述效果,只需 3000 个超强度的发光二极管即可,以每个功率 0.1 瓦计算,总功率为 300瓦,耗电量只需植物生长灯的 1/8,而且是直流供电又更便安装。现在许多地方已开始运用二极管补光以代替传统的补光光源。计算与规划每个大棚的安装数量后,就可进行均匀布局施工了。如果采用植物生长灯进行补光安装,可以采用两种方式,对于需光量较为重要与敏感的植物,可以采用近距离安装,让光源尽量离叶片近一些,但作为这种补光灯,它在发光时是会放出热量的,也不宜太近,以免影响环境温
46、度或伤害植物,一般以距离叶片高度 0.81.0 米为佳,而对于只起到光刺激作用而不需太严格光照强度的植物,可以把补光灯悬挂安装于棚顶的拱架上,这样较为方便易于施工操作。而近距离安装可以把植物生长灯固定安装于小拱棚的纵向横杆上。另外,在安装时,近距离安装的植物生长灯通常处于高湿的弥雾环境,要求对灯管进行石英管密封处理,也就是把灯管与灯座全套装于一个规格大小适宜的石英管内,这样即使弥雾高湿也不会出现漏电短路,而装于棚顶的补光灯,只需选择防水性较好的灯架即可。装于棚顶的均匀布局,一般分为四道,每道都对应于一个纵向的苗床,道间距均匀,同道相邻灯管间距为 1.52 米左右。而装于低位的近距离补光灯,或对
47、应于每个苗床的上方 0.81 米处安装,距离也是 1.52 米。安装时要求布局整齐而成直线,间距及道距相同而有规则,这样才能为苗床创造一个相对均一的光照环境。为了提高光照利用率,还可结合布置反光板或反光膜进行反光折射而提高光效率。安装时电源线最好采用电线套管进行套线安装,一是创造整洁环境,二是防电线损破漏电而影响安全。这些工作可叫专业电工施工安成。还需提醒注意的是,蓝光与红光一定要按比例均匀布局,为离体材料创造最佳的光质条件。如果选用 LED 补光灯或模块,安装与使用更为方便,因二极管属于冷光源,自身不发热,可以让光源更贴近植物叶片的表面,这样光效率与利用率会更高。安装距离可离叶片20CM 左
48、右,而且可置于雾化的淋水中也不会漏电。它的利用可以真正解决补光效率与节能的目的。不同发光二极管的色谱比例也是红色与蓝色为 5:110:1 为好。安装时只需引出直流电源进行模块或灯串的串联即行,节省了很多布线及防水处理的工作,而且可随意调整高度距离及增减数量,是目前施工最为方便的一种补光光源。一个大棚约需由 3000 个二极管组成的灯串或模块,生产上大多把二极管元件制作成模块使用,这样施工时更为方便些。加热营养 弥雾 光照输入输出交流接触器营养弥雾水泵加热光照01#营养弥雾水泵加热光照02#营养弥雾水泵加热光照n#网线 网线 网线火线总水源水泵营养水泵01#区分区电磁阀02#区分区电磁阀 电源零
49、线止回阀止回阀过滤阀零线零线零线A1 A1 A1 A1A2 A2 A2 A2接植物生长灯火线 接地热线火线零线火线一、项目背景大家都对土壤栽培及水培有较为熟悉的认识与生产经验,可对气雾栽培可能还是较为陌生与少见,但从技术角度来说,前两者的生产运用较为普及,不管是传统农耕还是现代设施栽培中都可见到,是蔬菜生产长期以来的主体技术。但是随着科技进步与发展,新栽培模式的革命正在掀起,特别是工业革命给人类带来的伟大成果,以及人们对生物领域取得的诸多成就,都为栽培的革命奠定了基础与条件。工业化生产是一种集约化程度极高的蔬菜生产方式,这种生产方法充分体现了车间作业、无土化生长、快速高效运行、空间立体最大化的利用,更体现出人们生产力水平的提高,与省力化轻巧化耕作制度的形成,也体现出生产过程的数字化自动化,上班人员渐趋白领化的一种新农业。这在竞争激烈的今天,在这社会高度分工分化的情况下,生产方式的转型是至关重要的,是实现农业生产力水平提高与从业者素质改变与加速社会分工与职业环境优化的重大创新与措施。只有让农业生产工业化,才能使生产者的水平与素质得以提高,才能实现农业生产过程的省力化,工作人员的白领化,才能革命性地让农业生产者成为一个令人尊重与关注的产业。所以蔬菜工业的产生,也是社会发展的必然,更是生产者的一直期望。二、