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1、园艺产业现代化、多元化 和可持续发展,南京农业大学园艺学院,园艺产业的现代化,园艺学是一门传统学科，园艺产业是一个古老的产业。随着人类社会的发展，科学进步和技术创新使园艺科学和园艺产业不断发展，传统学科和古老产业进入了现代化进程。,园艺产业现代化就是以现代科学和现代工程技术的发展为基础，将最新科学研究成果和工程技术成就应用于园艺产业，引导园艺产业的现代化。 园艺产业现代化也是现代管理科学发展和应用的结果，也包含着产业经营管理的现代化。园艺产业现代化还包含园艺生态功能体现和人文作用的增强。,园艺产业的多元化,传统园艺产业的主要功能是生产，是为消费者提供园艺产品。因此，传统园艺产业的功能是单一的，
2、以物质生产为主要功能。随着人类社会的发展，园艺产业的功能也在不断拓展，呈现出多元化的趋势。,园艺产业现代化与多元化主要内容： （1）现代高新技术在园艺产业中的应用； （2）园艺产品及生产过程的标准化和园艺生产经营 的产业化； （3）可持续发展的理念和技术在园艺产业中的应用； （4）拓展园艺产业功能、实现城乡一体化的都市园艺 与观光园艺； （5）使园艺产业走向家庭的园艺文化与园艺疗法。,园艺产业可持续发展,当人类社会更加关注环境与可持续发展时，当生态环保与生存安全日益被人类所重视，园艺产业可持续发展的理念也越来越深入人心，可持续发展技术的应用也越来越普遍。 园艺产业可持续发展就是指要发展生态园艺
3、、无公害园艺和有机园艺。,一、高新技术在园艺业中的应用,高新技术包括空间技术、新能源、新材料、信息技术、生物技术等方面，每一个方面都有在园艺产业中应用的空间，都存在推动园艺产业的发展的巨大潜力。,1、 生物技术在园艺产业中的应用,植物生物技术是指对植物品种和性状进行改造的生物技术，主要包括植物组织培养、人工种子、细胞工程、性状的分子标记和分子育种以及基因遗传转化（基因工程）等。植物基因工程和与之相关的组织和细胞培养技术、分子标记辅助育种技术在园艺产业中均得到应用。,植物组织培养或称植物细胞工程是在园艺产业中应用最早、最广泛、成效最显著的植物生物技术。植物组织培养在园艺产业中的主要应用是种苗快速
4、繁殖、脱毒育苗、种质资源保存和创新、新品种选育等。,（1）植物组织培养,1965年，法国学者Morer率先建立了通过原球茎途径进行兰花扩繁的技术体系，利用兰花的一个芽经过原球茎，一年可获得400多万个兰花芽并再生成完整植株，从而促进了所谓“兰花工业”的形成。,兰花组织培养,兰花组培苗开花,目前，已有葡萄、苹果、柑桔、草莓、香蕉等大部分果树，马铃薯、大蒜、芋头等多种蔬菜，以及众多的木本和草本花卉，尤其是兰花、红掌、一品红等高档花卉，通过组织培养的方式进行快速繁殖，其中有相当多的种类和品种实现了产业化。,无性繁殖的园艺植物，如草莓、葡萄、香蕉、马铃薯、大蒜、非洲菊、一品红等，长期栽培和繁殖会感染并
5、积累病毒。当病毒积累较多时，就会导致生长变弱、产量降低、品质变差、效益减少低。但至目前为止，还没有一种有效的药剂防治方法。,大蒜胚性愈伤组织诱导,一品红组织培养,大岩桐组织培养,以植物组织培养技术为基础的微茎尖培养，能够有效脱除病毒，再利用获得的脱毒苗进行扩繁，可以进行脱毒种苗的繁育。已在葡萄、草莓、苹果、柑桔、香蕉、大蒜、马铃薯、非洲菊等多种园艺作物上获得成功，实现脱毒种苗的产业化生产。 我国马铃薯脱毒快繁产业化技术，已在国际上处于领先地位。,马铃薯脱毒种薯工厂化生产,脱 毒,未 脱 毒,植株生长势强，蒜头大,植株生长势弱，蒜头小,（2）分子标记辅助育种,分子标记技术在植物分类和遗传多样性、
6、种质资源保护和利用、亲缘关系分析、品种鉴定、亲本选择等多方面得到广泛应用。,分子标记辅助育种是借助于对与目标基因紧密连锁的遗传标记的基因型分析，鉴定分离群体中含有目标基因的个体，提高选择的效率，减少育种过程中的盲目性，加速育种进程。,利用分子标记技术，可以对果树、蔬菜、花卉等多种园艺作物的重要经济性状进行标记，为这些重要性状的应用提供了方便快捷的途径。,分子标记种类： RFLP标记（限制性片段长度多态性）， RAPD标记（随机扩增多态性DNA）， AFLP标记（扩增片段长度多态性）， SSR标记（简单重复序列）等。,通过分子标记和遗传作用，已建立了西红柿、黄瓜等多种园艺作物分子图谱。而将分子标
7、记用于亲本之间遗传差异和亲缘关系的确立，有助于杂种优势群的划分，提高杂种优势潜力。,（3）植物基因工程技术,自从1983年世界上首次成功获得第一株转基因植物，植物基因工程技术在作物品种改良、抗虫剂、抗除草剂、杂种优势的利用等方面得到广泛应用。美国、加拿大等国家已有众多转基因作物品种得到应用，其中以大豆、玉米、水稻等粮食作物为主。,园艺作物转基因育种与大田作物相比还有一定差距，但部分品种已通过转基因技术获得了新的性状，成为具有某种特定性状和功能的转基因品种，如番茄、马铃薯、白菜、香蕉、木瓜、香木瓜、康乃馨等。,美国加州基因公司利用他们获得专利的生物基因技术，将番茄中引起腐烂的基因加以复制，获得第
8、一种转基因作物品种番茄。,1997年，我国第一例转基因耐贮藏番茄获准进行商业化生产，2002年又有抗病毒番茄、抗病毒甜椒、改变花色的矮牵牛花等园艺作物品种进入商品化生产。,我国第一例转基因番茄品种,转基因棉花 抗虫棉,2、信息技术在园艺产业中的应用,信息技术是当今世界发展最快的高新技术，它正推动着全球经济朝着以计算机及信息网络为基础的信息化方向发展。在这一背景下，信息技术目前被广泛应用在农业各个领域，农业信息化已成为现代农业的重要标志。,农业信息技术是信息技术与农业科学技术的有机地结合。农业信息技术着重研究农业系统中生物、土壤、气候、经济和社会等信息的综合管理和利用，通过建立智能化信息系统或决
9、策支持系统，为不同层次的用户提供单机决策或网络系统服务。,农业信息技术使得农业生产系统从定性理解到定量分析，从概念模式到模拟模型，从专家经验到优化决策，实现定时、定量、定位的智能化农作管理。,农业信息技术主要包括农业信息网络、农业数据库、管理信息系统、决策支持系统、专家系统、3S技术（遥感系统：RS；全球定位系统：GPS；地理信息系统：GIS；简称3S技术）、信息化自动控制技术、农业多媒体、精准农业、生物信息学、数字图书馆等内容。,在农业信息科学技术中，以3S技术和精准农业应用最为广泛和成功。而信息化自动控制技术在设施园艺和工厂化农业中应用广泛，生物信息学则是近年发展起来的生物学领域的前沿学科
10、，农业信息网络和农业数据库更是延伸到农业各个部门和领域，甚至开始走向千家万户。,现代信息技术应用于农业，大致始于20世纪60年代。经历了由简单向综合、由低级向高级、由单机到网络化的发展过程。在短短几十年中，以计算机为基础的现代信息技术，特别是微电子技术，迅速渗透到农业的各个领域，使农业生产实现了自动化，极大地提高了生产率。,“3S”技术和互联网等现代信息技术的发展及其相互间的渗透，形成了以地理信息系统为核心的集成化技术系统。这些现代信息技术在农业领域的综合发展及其应用日益深广，最终促使了“农业信息化”的产生与发展。,农业信息化在发达国家已被广泛应用，在美国的农业生产中，82%的土壤采样使用地理
11、信息系统（GIS），74%的农田用GIS制图，38%的收割机带有测产器，61%的作物采用产量分析系统，90%的耕地采用精确农业技术。,法国农业部植保总局建立了全国范围的病虫测报计算机网络系统，可适时提供病虫害实况、农药残毒预报和农药评价信息。 日本农林水产省建立了水稻、大豆、大麦等多种作物品种、品系的数据库系统。 新西兰农牧研究院利用信息技术向农场提供土地肥力测定、动物接种免疫、草场建设、饲料质量分析等信息服务。,我国引进农业信息化的概念是在20世纪80年代。经过20多年发展，我国农业科研部门已在系统开发、数据库、信息管理系统、遥感技术应用、专家系统、决策支持系统、地理信息系统等高端研究领域取
12、得了成果，某些领域已达到了国际先进水平。,农业信息技术在园艺产业得到广泛应用。如果树、蔬菜的专家管理系统，园艺作物栽培管理、施肥技术和病虫害防治辅助专家决策系统，工厂化农业的作物生长模拟和信息自动控制系统，农业数据库和园产品交易信息网络系统，“3S” 技术在果树、蔬菜精确种植及农产品安全生产监测检测，农业信息技术在园林绿化中的应用等。 可以说，农业信息技术渗透到园艺产业和园艺科研的所有方面，显示出巨大大应用和发展潜力。,3、植物工厂,植物工厂（Plant Factory）是在设施园艺的基础上发展起来的高度自动化的植物生产系统，是现代生物技术、工程技术和信息技术的综合应用和高度体现。,植物工厂是
13、指通过对栽培设施内的环境进行高精度的控制，实现农作物，主要是蔬菜等园艺作物的周年连续高效生产的系统。 也就是利用计算机对植物生长发育的温度、光照、湿度、CO2浓度以及营养液供应等环境条件进行自动控制，使设施内环境条件不受或少受自然环境条件制约，完全按植物生长发育要求设置，实现集约型、高效率、省力化生产。 植物工厂的生产对象包括蔬菜、花卉、果品、药材和食用菌园艺作物等。,植物工厂的建立和生产管理依托建筑工程、环境工程、材料科学、生物技术、信息技术（包括网络通讯、人工智能、模拟与控制）等学科技术为基础，是知识与技术密集的集约型农业生产方式，集中体现了高新技术在园艺产业的综合应用。,植物工厂具有以下
14、特点：, 产品生产计划性强，可实现周年均衡生产。 植物生长速度快、生长周期短、生产效率高。 环境自动调控，生产管理机械化和自动化程度高，甚至有 机器人参与生产和管理。 能有效地防止有害昆虫和病原物侵入，不必施用农药，不 仅产品安全性高，对环境也没有污染，实现清洗生产。 可采用多层立体方式栽培，节省土地和能源。 不受或很少受地理、气候、环境等自然条件限制，摆脱了 灾害性气候的影响，对场地条件没有特殊要求。,植物工厂的应用还存在一些问题。主要问题是投资大、建设成本高，限制了其在经济欠发达地区的应用和发展。此外，在环境控制技术方面还有待于完善和提高，才能更加符合植物生长发育的需求。,根据1987年日
15、本电力中央研究所资料，建造的一座1000m2人工光源利用型植物工厂，仅空调和照明、厂房建筑及栽培设施三项，每平方米造价折合人民币7820元，其中空调和照明设备占39%，厂房建筑占28%，栽培设施占22%，其他占11%。如果加上附属设备，则每平方米造价折合人民币约10000元左右。不仅建造成本高，运行成本也高，其中最大支出是电能成本，全人工光源的电能成本约占总成本的40%。,不同生产方式的特性比较,从上个世纪50年开始，国际上开始研究植物工厂的可行性。1953年和1957年日本和前苏联相继建成了大型人工气候室，进行人工可控环境下植物栽培的试验。世界上第一座植物工厂于1957年在丹麦约克里斯顿农场
16、建成，面积1000m2。,1973年，英国温室作物研究所Coopre教授发明营养液膜法（NFT）无土栽培方式，推动了植物工厂的发展。这一时期，美国、日本、英国、奥地利、挪威、希腊等国近20个企业都曾利用植物工厂进行莴苣（生菜）、番茄、菠菜、药材的生产，但除日本发展较快外，其它国家大都停留在小规模研究示范阶段。,20世纪80年代中期，欧美各国及日本相继建起具有实用价值的植物工厂，如美国亚基塔尼约卢米德兰农场建立的一座面积为18000m2的植物工厂为迄今世界上规模最大的植物工厂。,1985年在筑波世博会上，日本展示了一套三层楼高的塔式人工光源植物工厂，随后千叶、东京等地陆续出现了生产莴苣、苜蓿苗、豆芽菜和菠菜等蔬菜的植物工厂。 从1992年到2002年的10年间，日本建成和运行的植物工厂有26个，总规模达18900m2，其中以神内公司的植物工厂规模最大。其总面积为8828.46m2，生产“沙拉莴苣”和“桑秋莴苣”。,我国“九五”期间，原国家科委立项“国家重大科技产业化工程工厂化高效农业示范工程”在北京、上海、广东、浙江和
