收稿日期 2020 10 13 基金項目 廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目 2018B020202006 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院新興學(xué)科團(tuán)隊 201804XX 中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項 2018 作者簡介 鄭錦榮 1964 男 碩士 研究員 研究方向為作物遺傳育種 E mail zhengjinrong 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020 47 12 212 220 Guangdong Agricultural Sciences DOI 10 16768 j issn 1004 874X 2020 12 022 鄭錦榮 李艷紅 聶俊 譚德龍 謝玉明 張長遠(yuǎn) 設(shè)施櫻桃番茄產(chǎn)業(yè)概況及研究進(jìn)展 J 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020 47 12 212 220 設(shè)施櫻桃番茄產(chǎn)業(yè)概況及研究進(jìn)展 鄭錦榮 李艷紅 聶 俊 譚德龍 謝玉明 張長遠(yuǎn) 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科研試驗示范場 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南都市農(nóng)業(yè)重點實驗室 廣東 廣州 510640 摘 要 櫻桃番茄是聯(lián)合國糧農(nóng)組織優(yōu)先推廣的 四大蔬果 之一 在全世界廣泛種植 我國近幾年也發(fā) 展迅速 設(shè)施栽培櫻桃番茄面積不斷擴(kuò)大 已成為鄉(xiāng)村振興 都市農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)主角 但設(shè)施番茄生產(chǎn)上還存 在不少問題 主要有3個方面 一是缺乏優(yōu)良國產(chǎn)品種 目前生產(chǎn)上優(yōu)良高效品種大都是從國外引進(jìn)的 二是營 養(yǎng)管理不夠精準(zhǔn) 三是缺乏可用的植株生長模型 以及設(shè)施設(shè)備落后 智能化程度低等 從我國華南設(shè)施櫻桃番 茄產(chǎn)業(yè)需求出發(fā) 根據(jù)設(shè)施栽培專用品種培育研究 植物工廠化技術(shù)及智能化設(shè)施設(shè)備研發(fā)等國內(nèi)外相關(guān)研究成 果 分析總結(jié)了廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院相關(guān)研究團(tuán)隊的最新研究進(jìn)展 特別是設(shè)施栽培櫻桃番茄種質(zhì)資源收集與創(chuàng) 新 品種培育以及工廠化栽培模式研發(fā)與應(yīng)用 并依據(jù)華南地區(qū)氣候特點對櫻桃番茄設(shè)施栽培突破性新品種的培 育 設(shè)施設(shè)備的優(yōu)化以及工廠化生產(chǎn)技術(shù)模式的未來研究進(jìn)行了展望 關(guān)鍵詞 設(shè)施園藝 設(shè)施櫻桃番茄 專用品種 栽培技術(shù) 研究進(jìn)展 中圖分類號 S626 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1004 874X 2020 12 0212 09 Overview and Research Progress of Protected Cherry Tomato Industry ZHENG Jinrong LI Yanhong NIE Jun TAN Delong XIE Yuming ZHANG Changyuan Agro innovative Demonstration Base Guangdong Academy of Agricultural Sciences Key Laboratory of Urban Agriculturein South China Ministry of Agriculture and Rural Affairs Guangzhou 510640 China Abstract Cherry tomatoes is one of the Four Fruits and Vegetables that the Food and Agriculture Organization of the United Nations preferentially promotes It is widely cultivated all over the world and has also developed rapidly in China in recent years The area of facility cultivation of cherry tomatoes has continued to expand and it has become a protagonist in rural revitalization urban agriculture and other modern agricultural fields However there are still many problems in production mainly including three aspects first the lack of good domestic varieties and most of the high quality and high efficiency varieties in current production are mostly introduced from foreign countries second the nutrition management is not accurate enough third the lack of available plant growth models backward facilities and equipment and low intelligence Starting from the needs of the protected cherry tomato industry in south China this article analyzes and summarizes the latest research by relevant research team of the Guangdong Academy of Agricultural Sciences based on domestic and foreign related research results namely the cultivation of special varieties for facility cultivation plant factory technology and the development of intelligent facilities and equipment Research progress especially in the collection and innovation of protected cherry tomato germplasm resources variety cultivation and the development and application of factory cultivation models and the cultivation of breakthrough varieties of cherry tomato under facility cultivation based on the climate characteristics of south China the optimization of facilities and equipment as well as the research of factory production technology mode are prospected Key words protected horticulture protected cherry tomato special variety cultivation technology research progress 櫻桃番茄 Solanum lycopersicum var cerasiforme 又名圣女果 微型番茄 迷你番茄 是番茄屬栽培亞種中的一個變種 原產(chǎn)于南美洲西 部太平洋沿岸安第斯山脈的秘魯 厄瓜多爾 玻利 213 維亞 智利等國的高原或谷地 其果實顏色和形狀 多樣化 酸甜可口 柔軟多汁 營養(yǎng)豐富 富含維 生素 A VA 維生素 C VC 和礦質(zhì)元素 所 含的番茄紅素和胡蘿卜素等具有降低血液膽固醇 減少心腦血管疾病發(fā)生及預(yù)防腫瘤等多種功效 櫻 桃番茄食用和商品價值較高 深受消費(fèi)者喜愛 消 費(fèi)需求量不斷增加 是一種經(jīng)濟(jì)價值較高的水果型 番茄 是聯(lián)合國糧農(nóng)組織優(yōu)先推廣的 四大蔬果 之一 1 隨著鄉(xiāng)村振興 科技扶貧以及農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代 化建設(shè)的推進(jìn) 設(shè)施農(nóng)業(yè)已成為廣東現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展 的重要方向 近幾年廣東設(shè)施農(nóng)業(yè)面積快速增加 其中櫻桃番茄是設(shè)施栽培中主要品種之一 但是目 前生產(chǎn)上優(yōu)質(zhì)品種大都是國外品種 貨源得不到保 障 并且國外優(yōu)良品種在我省表現(xiàn)抗性差 耐熱性 不好 嚴(yán)重影響櫻桃番茄生產(chǎn) 與此同時 隨著生 活水平的提高 人們對櫻桃番茄的品質(zhì)要求越來越 高 2 4 要求風(fēng)味好 糖酸比適中 果型美觀 耐 貯藏 能夠滿足的優(yōu)異櫻桃番茄品種更加缺乏 另 外 目前生產(chǎn)上設(shè)施栽培櫻桃番茄基本是依據(jù)經(jīng)驗 按時供肥供水 缺少精準(zhǔn)的水肥管理方案與生長模 型 以及適宜華南地區(qū)高溫高濕氣候特點的設(shè)施設(shè) 備 嚴(yán)重制約著廣東設(shè)施櫻桃番茄生產(chǎn)的發(fā)展 本文分析了我國特別是華南地區(qū)櫻桃番茄設(shè)施 栽培產(chǎn)業(yè)面臨的問題 概述了國內(nèi)外櫻桃番茄設(shè)施 栽培專用品種培育的研究進(jìn)展以及工廠化育苗和光 質(zhì)調(diào)控等精準(zhǔn)化栽培技術(shù)方面的研究情況 總結(jié)了 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院櫻桃番茄在品種培育與設(shè)施栽培 模式研究上的主要進(jìn)展 并對櫻桃番茄設(shè)施栽培突 破性新品種的培育 設(shè)施設(shè)備的優(yōu)化以及工廠化生 產(chǎn)模式進(jìn)行了展望 以期為廣東設(shè)施櫻桃番茄產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展提供技術(shù)和理論支撐 1 國內(nèi)外設(shè)施櫻桃番茄產(chǎn)業(yè)概況 目前全世界櫻桃番茄種植面積 100 萬 hm 2 左 右 主要分布在歐洲的荷蘭 西班牙 俄羅斯 非洲的尼日利亞 美洲的美國 哥倫比亞及亞洲 的以色列 日本 中國等 我國櫻桃番茄種植面 積約 15 萬 hm 2 其中近 8 萬 hm 2 為設(shè)施櫻桃番茄 主要種植地區(qū)有山東 江蘇 廣西 廣東 海南 等地 4 隨著工業(yè)技術(shù)進(jìn)步 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) LED 技術(shù) AI 技術(shù)等發(fā)展 以及人們對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè) 需求增加 促使觀光農(nóng)業(yè) 都市農(nóng)業(yè) 休閑農(nóng)業(yè) 中的設(shè)施櫻桃番茄面積不斷擴(kuò)大 我國設(shè)施櫻桃 番茄產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展 對產(chǎn)業(yè)技術(shù)需求不斷升級 主要體現(xiàn)在以下幾個方面 1 1 1 設(shè)施專用品種 目前國內(nèi)種植的品種特別是 高品質(zhì)品種大都來自國外 如以色列海澤拉的夏日 陽光 以色列 TOP seeds 的粉貝貝 韓國世農(nóng)種業(yè) 百斯特種苗的釜山 88 日本金子公司的黃妃等 但這些品種種子價格昂貴 如夏日陽光 8 0 元 粒 高達(dá) 4 000 元 g 且供貨不穩(wěn)定 影響櫻桃番茄產(chǎn) 業(yè)發(fā)展 我國相關(guān)育種團(tuán)隊近幾年先后培育出中櫻 6 號 京番黃星 7 號 粉貝貝 金陵美玉 浙櫻粉 1 號 櫻莎黃等品種 但這些品種的綜合性狀與國外優(yōu)良 品種仍有差距 因此在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用面積不大 廣東省地處熱帶亞熱帶 早春低溫陰雨寡日照 夏 季高溫高濕 對設(shè)施專用品種要求更高 生產(chǎn)上對 優(yōu)良的專用品種特別是國產(chǎn)品種需求迫切 1 1 2 精準(zhǔn)栽培技術(shù) 我國設(shè)施櫻桃番茄種植模式 大致分為土培和無土栽培 但普遍存在營養(yǎng)管理不 夠精準(zhǔn) 土培缺乏測土配方施肥 無土栽培營養(yǎng)液 配方比較單一 未能根據(jù)植株生長動態(tài) 環(huán)境變化 及時調(diào)整營養(yǎng)液配方 EC 值 pH 值 另外 在設(shè) 施條件下 光和根際環(huán)境管理數(shù)據(jù)支撐不足 缺乏 可用的植株生長模型 1 1 3 設(shè)施設(shè)備及環(huán)境調(diào)控技術(shù) 設(shè)施設(shè)備及環(huán)境 調(diào)控技術(shù)有待進(jìn)一步提高 國外已進(jìn)入第五代智能 溫室設(shè)備時代 而我國大都還是簡易的薄膜大棚 特別是在華南地區(qū) 熱帶亞熱帶氣候條件下對設(shè)施 設(shè)備的要求更高 在保護(hù)設(shè)施結(jié)構(gòu)功能及功能性覆 蓋材料 具有散射光 濾光 降溫 保溫 物聯(lián) 網(wǎng) LED 光質(zhì)及人工智能 AI 等方面的研究相對較 少 與發(fā)達(dá)國家相比仍有很大差距 2 國內(nèi)外設(shè)施櫻桃番茄研究進(jìn)展 2014 年中國科學(xué)家揭示番茄是從醋栗番茄到 櫻桃番茄再到番茄 經(jīng)過兩次馴化改良而成 5 番茄作為重要模式植物得到了深入且系統(tǒng)的研究 在此基礎(chǔ)上 對設(shè)施栽培需求的專用櫻桃番茄品種 和精準(zhǔn)化管理等研究較多 2 1 設(shè)施專用品種研究 近幾年 設(shè)施櫻桃番茄專用品種在生理生化 遺傳規(guī)律及分子生物學(xué)方面均有深入研究 現(xiàn)從品 質(zhì) 抗病 產(chǎn)量 抗逆等方面 綜合普通番茄和櫻 桃番茄闡述相關(guān)研究進(jìn)展 2 1 1 品質(zhì) 櫻桃番茄的品質(zhì)特性是決定其市場競 爭力的首要因素 包括風(fēng)味品質(zhì) 營養(yǎng)價值和外觀 品質(zhì) 3 個方面 較高的品質(zhì)主要包括可溶性固形物 含量高 風(fēng)味良好 VC 和番茄紅素含量高 果實 色澤鮮艷 耐裂 果實可溶性固形物含量及揮發(fā)性物質(zhì)是構(gòu)成 214 櫻桃番茄風(fēng)味品質(zhì)的關(guān)鍵因素 可溶性固形物是 糖 果糖和葡萄糖 酸 檸檬酸和蘋果酸 以 及微量成分的總和 是番茄風(fēng)味物質(zhì)的重要組成部 分 是育種家衡量櫻桃番茄品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo) 良好 的甜酸風(fēng)味要有較高的可溶性固形物含量 包括較 高的含糖量 適宜的含酸量和合適的糖酸比 一般 為 7 10 糖酸比主要取決于果糖和檸檬酸 葡 萄糖和蘋果酸的比率 番茄中已經(jīng)有 200 多種揮發(fā) 性組分被分離鑒定出來 這些揮發(fā)性組分相互作 用 對番茄的風(fēng)味起到了關(guān)鍵作用 我國科學(xué)家黃 三文團(tuán)隊獲得了控制風(fēng)味的基因位點 為番茄風(fēng) 味和營養(yǎng)物質(zhì)的遺傳調(diào)控和全基因組設(shè)計育種提 供了思路 1 6 可溶性固形物含量在大多數(shù)雜交組 合F 1 中表現(xiàn)為超親優(yōu)勢 因此可通過多次回交的 方式將野生番茄高可溶性固形物相關(guān)基因?qū)肫胀?番茄中 獲得可溶性固形物較高的育種材料 1998 年 Bernacchi 等利用高世代回交群體 QTL 分析方法 同時對番茄的 7 個數(shù)量性狀進(jìn)行了分析與改良 成 功地將多毛番茄和醋栗番茄的有益基因?qū)氲狡胀?番茄中 得到了一批可溶性固形物含量較對照高 6 22 的材料 6 番茄果實的主要營養(yǎng)物質(zhì)是 VC 和番茄紅素 番茄紅素是目前自然界中抗氧化能力極強(qiáng)的類胡蘿 卜素 其生物活性強(qiáng)于其他類胡蘿卜素 VC 含量 屬于數(shù)量遺傳性狀 一般符合加性效應(yīng) 遺傳力較 高 7 最新研究發(fā)現(xiàn) SlbHLH59 基因影響抗壞血 酸積累 8 番茄紅素含量也屬數(shù)量遺傳性狀 遺 傳模型以基因加性效應(yīng)為主 并有少量的上位效應(yīng) 顯性效應(yīng)不顯著 雜交一代平均數(shù)接近中親值 一 般配合力效應(yīng)為主 特殊配合力效應(yīng)不大 番茄外觀品質(zhì)主要體現(xiàn)在果色 果形 硬度和 耐裂性等 櫻桃番茄果色有鮮紅 粉紅 黃色 橙 黃色 橘黃色 紫色 黑色 咖啡色 綠色 白色 等 主要與果皮內(nèi)的類黃酮物質(zhì) 果肉中的葉綠素 和類胡蘿卜素類物質(zhì)有關(guān) 9 果實顏色被許多基 因控制 目前已經(jīng)克隆的與果色相關(guān)的基因主要包 括深紅色基因 Og c 和等位基因 B 使番茄類胡蘿卜 素積累增加的基因為 HP1 HP2 HP3 綠果肉基 因 GF 白色果實基因 L 2 黃色或橙黃色果肉基 因 R Delta T 粉果基因 Y 以及與果實中葉綠素 分布相關(guān)的基因 U 和 UG 等 10 17 2 1 2 抗病性 迄今為止已發(fā)現(xiàn) 200 多種番茄病 害 其中主要有 40 多種 在我國為害嚴(yán)重的有 10 多種 如黃化曲葉病毒 煙草花葉病毒 青枯病 細(xì)菌性斑點病 葉霉病 晚疫病 灰霉病 枯萎病 根結(jié)線蟲病等 而南方特別是設(shè)施條件下主要病害 有黃化曲葉病毒 青枯病 晚疫病等 對這些病害 的遺傳規(guī)律已有大量研究 在育種應(yīng)用方面 已經(jīng) 從野生番茄資源中找到了大部分抗源 一些抗性基 因已經(jīng)通過雜交轉(zhuǎn)入普通番茄中 并通過基因聚合 創(chuàng)制出兼抗多種病害的材料 育成一批抗病品種 大約有 20 種抗病基因或 QTL 被克隆或精細(xì)定位 分子標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)在很大程度上替代人工接種鑒定 技術(shù) 黃化曲葉病毒病是世界范圍內(nèi)流行的一種毀滅 性病毒病 近年來由于天氣變暖和煙粉虱的大量繁 殖 番茄病毒病逐年加重 并且由于病毒變異快 育種比較困難 現(xiàn)已挖掘的抗性基因包括 Ty 1 Ty 2 Ty 3 Ty 3a Ty 4 Ty 5 等 分子標(biāo)記鑒定 與人工抗性鑒定符合率高達(dá) 91 02 這些分子標(biāo) 記在櫻桃番茄育種中得到廣泛應(yīng)用 18 我國已經(jīng) 從國內(nèi)外引進(jìn)抗 TYCLV 材料 目前已成功選育多 個抗病品種 番茄青枯病屬土傳細(xì)菌維管束病害 多發(fā)于華 南地區(qū) 目前關(guān)于該病的抗性遺傳規(guī)律仍不清楚 番茄抗青枯病育種仍以常規(guī)技術(shù)為主 分子標(biāo)記還 沒有得到廣泛應(yīng)用 而常規(guī)育種因為分離群體小 連鎖不良性狀基因 如小果 有棱肩 等因素 給 抗青枯病育種造成了一定困難 自 20 世紀(jì) 50 年代 末我國育種家從國外收集番茄抗青枯病材料 通過 多年雜交及選擇 選育出了一批抗病品種 并在生 產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用 對有效防治青枯病起到了一 定作用 19 晚疫病是影響世界番茄生產(chǎn)的主要病害 由 致病疫霉引起 高溫低濕天氣容易導(dǎo)致晚疫病害發(fā) 生 遺傳規(guī)律尚不清楚 持久高抗品種選育難度大 目前 隨晚疫病菌的不斷進(jìn)化 生理小種不斷更 新 Ph 1 與 Ph 2 的抗性已漸漸被克服 而 Ph 4 Ph 5 Ph 6 基因的抗性也未在生產(chǎn)中得到檢驗 目 前關(guān)于 Ph 3 基因的報道最多 在育種上使用最頻 繁 據(jù)研究 Ph 3 基因為部分顯性 能有效抵抗 多個生理小種 就算是只含雜合的 Ph 3 基因的番 茄植株 也能抵抗兩個優(yōu)勢小種 20 21 培育具有復(fù)合抗性的番茄雜種一代是主要的育 種目標(biāo) 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所利用分子 標(biāo)記選育出具有 7 個抗病基因的多抗品系 21 2 1 3 產(chǎn)量 產(chǎn)量育種主要是利用番茄的雜種優(yōu) 勢 櫻桃番茄的株型 果數(shù)和單果重與產(chǎn)量關(guān)系 密切 番茄作為喜光蔬菜作物 株型對其光合物 質(zhì)生產(chǎn)的影響尤為顯著 番茄的理想株型 指 幾 何株型 應(yīng)該是植株上部葉片上沖 中部葉片 上揚(yáng) 下部葉片平展 葉片稀疏而短 株型緊湊 215 植物株型是通過側(cè)枝 節(jié)間生長和莖封頂來維持 植株有限和無限生長的重要農(nóng)藝性狀 22 側(cè)枝對 番茄的株型和產(chǎn)量有重要影響 生產(chǎn)上通常采用 摘除側(cè)枝等措施進(jìn)行整枝以實現(xiàn)增產(chǎn)的目的 目 前已知的控制番茄側(cè)枝形成的基因主要有 LS BL 和 BRC1a b 23 24 櫻桃番茄單果重與結(jié)果數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān) 在櫻桃番茄豐產(chǎn)性育種中 選擇結(jié)果數(shù)這一性狀 時 考慮單果重不宜太大 否則會影響總產(chǎn)量的提 高 25 番茄果實質(zhì)量是一個典型的數(shù)量性狀 由 多個基因共同控制 目前已知的控制番茄果實質(zhì)量 的主效QTL大約有10個 其中4個已經(jīng)被克隆 分 別為fw2 2 fw3 2 lc和fas 26 28 櫻桃番茄育種過程中 由于櫻桃番茄的單果質(zhì) 量不宜過大 為提高產(chǎn)量 每穗的結(jié)果數(shù)和單株結(jié) 果數(shù)非常重要 當(dāng)親本單株結(jié)果數(shù)相差大時 其 F 1 代的結(jié)果數(shù)大多中間稍偏多 29 研究認(rèn)為櫻桃番 茄單花序果數(shù)的一般配合力方差大于特殊配合力方 差 說明主要受基因的加性效應(yīng)控制 可以穩(wěn)定遺 傳后代 應(yīng)通過選種和有性雜交育種等常規(guī)育種方 法加以利用 且應(yīng)考慮一定環(huán)境因素的影響 2 1 4 抗逆性 番茄屬于喜溫蔬菜 不耐低溫 在 我國南方早春露地番茄生產(chǎn)經(jīng)常遭受低溫冷害 近 年來 南方設(shè)施番茄面積不斷擴(kuò)大 塑料大棚面積 增多 南方春季陰雨連綿 因此低溫寡照制約著設(shè) 施櫻桃番茄的產(chǎn)業(yè)發(fā)展 番茄的非生物脅迫如低溫 弱光等由于缺乏對其分子遺傳基礎(chǔ)的認(rèn)識 在分子 育種方面還難以有所作為 主要還是通過在低溫和 弱光的條件下進(jìn)行鑒定 挖掘具有相應(yīng)抗性的櫻桃 番茄種質(zhì)資源 低溫對番茄種子萌發(fā) 營養(yǎng)生長 花芽分化 及發(fā)育 開花 坐果 果實發(fā)育和成熟等均產(chǎn)生不 利影響 栽培番茄對低溫敏感 而番茄的某些野生 近緣種如智利番茄 多毛番茄 醋栗番茄及類番茄 具有較強(qiáng)的抗寒性 30 近年來 番茄中也克隆鑒 定了一些抗寒相關(guān)的基因 如 CBF ERF FA D G PAT VED 及 GME 31 34 等 弱光影響番茄的光合作用 隨著光強(qiáng)降低 植 株光合速率下降 同化產(chǎn)物積累量減少 表現(xiàn)出植 株干鮮物質(zhì)量降低 含水量增加 莖稈徒長等現(xiàn)象 嚴(yán)重制約了植株正常生長發(fā)育 35 在育種過程中 選擇最佳親本是培育耐弱光品種的關(guān)鍵 目前沒有 找到一個可以用于鑒定番茄耐弱光性的可靠性指 標(biāo) 可以根據(jù)生殖生長 營養(yǎng)生長 光飽和點 光 補(bǔ)償點 凈光合速率 葉綠素含量等指標(biāo)進(jìn)行綜合 篩選 2 2 精準(zhǔn)化栽培技術(shù)研究 國內(nèi)外在精準(zhǔn)化管理已經(jīng)展開研究并形成了成 熟的技術(shù)體系 特別是在營養(yǎng)液的管理 光溫調(diào)控 病蟲害防控等方面 近幾年 主要在植物工廠 工 廠化育苗及光調(diào)控等方面開展研究 2 2 1 植物工廠 植物工廠的類型普遍劃分為兩 種 一種是人工光利用型植物工廠 在密閉可控且 幾乎不受外界氣候條件影響的環(huán)境下 進(jìn)行植物周 年連續(xù)工廠化生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng) 光源主要依靠 人工補(bǔ)光的植物工廠 另一種是自然光 有補(bǔ)光或 無補(bǔ)光 利用型植物工廠 其內(nèi)部環(huán)境相對可控 但由于其光源主要依靠自然光 因此一定程度上其 內(nèi)部的微氣候受到外界環(huán)境的影響 國內(nèi)對植物工 廠的研究起步較晚 但發(fā)展迅速 據(jù)不完全統(tǒng)計 截至 2018 年底 我國實際運(yùn)行且有一定規(guī)模的人 工光植物工廠有 200 余座 主要分布在廣東 北京 上海 浙江 江蘇 山東 陜西 福建等地 其中 栽培面積超過 20 000 m 2 的植物工廠有兩座 36 但是人工光植物工廠由于初期建設(shè)成本過高 后期 維護(hù)費(fèi)用巨大以及光源與空調(diào)能耗較大 導(dǎo)致其無 法持續(xù)快速的發(fā)展和難以大范圍的推廣 目前主要 以自然光利用型植物工廠為主 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 根據(jù)動態(tài)漂浮原理 結(jié)合廣東華南熱帶亞熱帶氣候 的特征 吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)集成創(chuàng)制了華南型櫻 桃番茄植物工廠 水培 技術(shù)模式 37 屬于自然 光利用型植物工廠的技術(shù)模式 2 2 2 工廠化育苗 工廠化育苗主要有兩種 即實 生苗和嫁接苗 番茄嫁接具有植株長勢好 光合能 力強(qiáng) 抗逆性強(qiáng)等特點 且土傳病害的發(fā)病率 病 情指數(shù)明顯降低 20 世紀(jì) 80 年代 蔬菜嫁接栽培 技術(shù)遍及日本 中國和歐美各國 據(jù)統(tǒng)計 荷蘭番 茄嫁接栽培 1 500 hm 2 嫁接栽培比率 97 日本 番茄嫁接栽培 5 080 hm 2 嫁接栽培比率 40 韓 國番茄嫁接栽培 1 536 hm 2 嫁接栽培比率 25 我國番茄嫁接栽培1 4 5 4 5 h m 2 嫁接栽培比率 1 38 近幾年 我國在番茄嫁接方面也取得一些 進(jìn)展 南方地區(qū)主要存在青枯病土傳病害 我國選 育的抗青枯病砧木品種有浙砧 1 號 浙砧 2 號 英 雄 砧木 1 號 桂砧 1 號等 海茄砧 1 號 海茄砧 2 號等 39 嫁接技術(shù)主要有靠接 劈接 貼接 插接 平接 套管 針接等 7 種方法 目前主要推 薦貼切的嫁接方式 該方式具有嫁接效率高 不易 脫落 污染率低 對接穗莖粗要求較低的特點 為 節(jié)約種子成本 嫁接育苗方式由一苗一頭向一苗四 頭發(fā)展 40 2 2 3 光調(diào)控 目前設(shè)施內(nèi)普遍使用的是 LED 光 216 源 LED 光源能發(fā)出植物生長所需要的各種單色光 能單獨控制不同光質(zhì)和發(fā)光強(qiáng)度 光能有效利用率 可達(dá) 85 左右 在植物工廠栽培中能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù) 不同作物的生長需求對光質(zhì)及光強(qiáng)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控 為植物生長提供最佳的光源來調(diào)控植物形態(tài)建成和 生長代謝 補(bǔ)光方式 光強(qiáng) 光周期和光質(zhì)對設(shè)施 番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān) 研究發(fā)現(xiàn) LED 側(cè)面補(bǔ)光可節(jié)能 36 3 因此 50 側(cè)面補(bǔ)光狀態(tài)的高壓鈉燈可以取代頂部補(bǔ)光 株內(nèi)冠層補(bǔ)光促進(jìn)番茄可溶性固形物含量增加 而 底部冠層補(bǔ)光能維持較低冠層相對穩(wěn)定的光照條 件 促進(jìn)光合作用 提高果實產(chǎn)量 LED 燈管和 LED 燈帶均能顯著提高櫻桃番茄掛果數(shù) 總產(chǎn)量和 單果重 且 LED 燈管能顯著提高果實品質(zhì) 41 在補(bǔ)光照明中一般用光合有效輻射 PAR 定 量表征 PAR 單位為 mo1 m 2 s 據(jù)報道 栽培番 茄一般需要 30 mo1 m 2 d 或更高的光照量 而對于 番茄種苗培植則最好使用 4 8 6 0 mo1 m 2 d 的光照 量 對應(yīng)于光照周期為 12 h 下 111 139 mo1 m 2 s 的光強(qiáng) 光強(qiáng)過低很有可能會減少果實產(chǎn)量和質(zhì)量 達(dá)不到補(bǔ)光照明的預(yù)期效果 42 一般番茄種植的光周期為 12 16 h 光周期的 延長能在一定程度上促進(jìn)植株的生長 但光周期也 不宜太長 當(dāng)連續(xù)數(shù)日光周期超過 17 h 時 葉片 容易出現(xiàn)缺綠病 同時 一定不能中斷種植過程中 的黑暗周期 否則會減緩生產(chǎn)而降低產(chǎn)量 目前對 于番茄各個生長階段的補(bǔ)光研究中 大多光周期設(shè) 定為 12 14 h 43 44 不同光質(zhì)對番茄的幼苗發(fā)育 植株形態(tài) 果 實產(chǎn)量及品質(zhì)等產(chǎn)生不同影響 設(shè)施內(nèi)番茄補(bǔ)光多 聚焦于紅光 藍(lán)光及紅藍(lán)光配比 紅光能夠增加番 茄干 鮮質(zhì)量 增強(qiáng)根系活力 增加株高 促進(jìn)下 胚軸生長 提升光合速率 促進(jìn)乙烯的積累而提前 成熟 提高番茄紅素 碳水化合物和可溶性糖含量 等 45 46 藍(lán)光促進(jìn)開花 抑制莖伸長和下胚軸的 伸長 調(diào)節(jié)氣孔 提高花青素含量和 VC 含量 47 而紅藍(lán)光配比對番茄育苗及果實品質(zhì)均有較大的影 響 可以壯苗 提高番茄果實品質(zhì)等 48 49 3 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施櫻桃番茄研究 進(jìn)展 早在 20 世紀(jì) 90 年代 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院就開 展了設(shè)施櫻桃番茄研究 包括專用品種選育 設(shè)施 栽培模式研發(fā) 周年種植技術(shù)及管理等 形成浮根 式水培技術(shù)模式并在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用 近幾年 相 關(guān)團(tuán)隊根據(jù)我國特別是華南地區(qū)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展 趨勢及產(chǎn)業(yè)需求對設(shè)施櫻桃番茄進(jìn)行深入研究 如 設(shè)施專用品種培育 設(shè)施栽培模式集成創(chuàng)新及設(shè)施 設(shè)備選型優(yōu)化等 初步形成了華南型櫻桃番茄工廠 化生產(chǎn)技術(shù)模式 在生產(chǎn)上進(jìn)行示范推廣 取得較 好效果 3 1 設(shè)施專用櫻桃番茄品種研究 3 1 1 種質(zhì)資源收集 創(chuàng)新與應(yīng)用 種質(zhì)資源是育 種的基礎(chǔ) 由于櫻桃番茄是一種嚴(yán)格的自花授粉植 物 經(jīng)過長期的馴化和選育 遺傳背景逐漸變窄 因此廣泛收集資源對櫻桃番茄育種研究尤為重要 目前全世界番茄種質(zhì)材料約 75 000 多份 其中櫻 桃番茄約 4 000 多份 主要收藏在 AVRDC 美國 農(nóng)業(yè)部 美國加州大學(xué)等機(jī)構(gòu) 我國從 20 世紀(jì) 80 年代開始 先后組織大規(guī)模收集工作 目前有番茄 種質(zhì)資源 10 000 份 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院從國內(nèi)外 廣泛征集種質(zhì)資源 目前有櫻桃番茄種質(zhì)資源 900 多份 并建立了櫻桃番茄種質(zhì)資源庫 已成為我國 特別是華南地區(qū)種質(zhì)資源保存最多單位之一 通 過對種質(zhì)資源進(jìn)行大規(guī)模的鑒定 建立了有 50 000 多個數(shù)字的種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫 包括櫻桃番茄生長類 型 品質(zhì) 抗病性 產(chǎn)量等 30 多個指標(biāo) 為種質(zhì) 資源的評價 創(chuàng)新利用提供數(shù)據(jù)支撐 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院在鑒定評價基礎(chǔ)上進(jìn)行系譜 選育 創(chuàng)制多份具有重大利用價值的育種材料 其 中有高可溶性固形物含量 最高可達(dá) 12 果皮 薄且耐裂的材料 1 份 相當(dāng)于日本的冰淇淋番茄 抗青枯病 TMV CMV TYCLV 及兼抗 2 3 種以 上病害的抗病性材料 這些優(yōu)異材料的果實顏色有 鮮紅色 粉紅色 桔黃色 黃色 淡黃色 咖啡色 及黑紫色 綠色 白色等 果實最小 3 g 最大近 30 g 果型有圓形 橢圓形 果型指數(shù) 0 7 1 3 之 間 這些材料為進(jìn)一步優(yōu)異品種選育研究提供了優(yōu) 良親本 3 1 2 品種選育 利用創(chuàng)新的優(yōu)異育種材料 根據(jù) 雜交優(yōu)勢育種理論 配制雜交組合超 1 000 份 在 設(shè)施條件及露地條件下測試配合力 經(jīng)過多季廣東 春 秋試驗 篩選出配合力高 雜交一代表現(xiàn)突出 的組合近 20 份 對這些組合分別在廣西 云南 海南 西安等地進(jìn)行異地鑒定 同時進(jìn)行人工接 種青枯病 TYCLV 抗病性鑒定及分子標(biāo)記鑒定 以夏日陽光 千禧等為對照初步選了 3 個優(yōu)異組 合 分別命名為粵科達(dá) 101 粵科達(dá) 202 和粵科達(dá) 301 其中粵科達(dá) 101 為黃色高品質(zhì)櫻桃番茄品種 可溶性固形物含量 9 0 以上 有香味 與夏日陽 光相比 品質(zhì)相當(dāng) 抗病性更強(qiáng) 粵科達(dá) 202 為紅 色品種 口感佳 番茄紅素和 VC 含量較高 粵科 217 達(dá) 301 為粉紅色有限生長型品種 可串收 品質(zhì)好 且抗病性強(qiáng) 具有抗黃化曲葉病毒的 Ty1 Ty3a 基 因位點 抗青枯病 Bw12 基因位點 抗煙草花葉病 毒 Tm 2a 基因位點 35 此外 還培育出特色品種 綠色粵科達(dá) 401 咖啡色粵科達(dá) 501 和花色粵科達(dá) 601 可用于觀光科普 形成系列櫻桃番茄專用品種 3 1 3 育種技術(shù)研究 除常規(guī)育種技術(shù)和分子標(biāo) 記技術(shù)外 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究團(tuán)隊還利用基 因編輯技術(shù) 航天誘變技術(shù)創(chuàng)新育種材料 為創(chuàng) 制抗青枯病櫻桃番茄材料 本研究團(tuán)隊利用構(gòu)建了 CRISPR 基因敲除載體 轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌獲得有基因敲 除載體的農(nóng)桿菌菌株 建立了模式番茄和櫻桃番茄 ZL035 的遺傳轉(zhuǎn)化體系 獲得 RRS1 和 ERF3 基因 敲除轉(zhuǎn)基因 T 0 植株各 15 個株系 另外 利用基因 編輯技術(shù)對番茄花粉發(fā)育過程中的特定基因 LAP3 進(jìn)行定向編輯操作 使得編輯植株無法產(chǎn)生活性花 粉粒從而導(dǎo)致雄性不育 而其他所有性狀與原自交 系無差異 即獲得相應(yīng)自交系對應(yīng)的不育系 未 來可應(yīng)用于雜交種的種子生產(chǎn)中 2019 年提供了 7 份優(yōu)異櫻桃番茄育種材料給中國航天航空技術(shù)中心 搭載衛(wèi)星 并于 2020 年初返回 目前正在設(shè)施條 件下進(jìn)行篩選鑒定 以期獲得較好變異材料 3 2 設(shè)施栽培技術(shù)模式研究 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院相關(guān)課題組根據(jù)動態(tài)漂浮培 原理 結(jié)合華南熱帶亞熱帶氣候特點吸收國內(nèi)外先 進(jìn)技術(shù)集成創(chuàng)新形成了華南型工廠化生產(chǎn) 水培 技術(shù)模式 該模式具有五大特點 1 適宜華南 熱帶亞熱帶氣候 具有較好的降溫降濕 防臺風(fēng)等 特點 2 具有穩(wěn)定的且豐氧的根際環(huán)境 不會 受短時間停電影響 營養(yǎng)液動態(tài)流動對植物營養(yǎng)供 應(yīng)穩(wěn)定 3 技術(shù)成熟且簡單 易建設(shè) 包括設(shè)施 專用品種 周年管理技術(shù)等 4 投資低 投入 產(chǎn)出比高 5 周年生產(chǎn) 產(chǎn)品潔凈化 可全年 進(jìn)行作物生產(chǎn) 提高種植效益 該關(guān)鍵技術(shù)模式包 括 5 個方面 即設(shè)施設(shè)備 專用品種 營養(yǎng)液管理 根際環(huán)境調(diào)控及周年管理技術(shù)等 設(shè)施設(shè)備包括 保護(hù)系統(tǒng) 栽培系統(tǒng) 循環(huán)系統(tǒng) 調(diào)控系統(tǒng)及加氧 系統(tǒng)等 5 個系統(tǒng) 專用品種方面 已經(jīng)選育出一系 列專用品種 另外還篩選出一批適宜的專用品種 在營養(yǎng)液管理方面 研究出櫻桃番茄專用營養(yǎng)液配 方 并根據(jù)不同生育期 氣候因子及作物生長狀況 等進(jìn)行調(diào)控 根際環(huán)境調(diào)控采用浮板式水培模式 既可保證植株的營養(yǎng)需求 又可保證根系氧氣的供 應(yīng) 采用熱傳導(dǎo)能力低的聚苯系材料做栽培槽和定 植板 可營造溫度相對穩(wěn)定的根際環(huán)境 形成了從 播種 育苗 定植 整枝 采收 拉秧的周年技術(shù) 管理規(guī)范及病蟲害防控技術(shù)及設(shè)施內(nèi)消毒技術(shù) 4 展望 4 1 培育突破性新品種 在新品種選育方面 加強(qiáng)種質(zhì)資源研究如育種 數(shù)字分析管理 利用 QTL 技術(shù)對資源多態(tài)性分布 分類 遺傳特性進(jìn)行研究 提高雜交優(yōu)勢育種效率 同時 進(jìn)一步征集野生種質(zhì)資源并挖掘和利用優(yōu)異 基因 特別是在可溶性固形物性狀方面 在基因編 輯及航天育種方面深入研究 利用基因編輯技術(shù)創(chuàng) 制優(yōu)質(zhì)且抗病抗逆育種材料 以期培育出品質(zhì)優(yōu)良 兼抗 3 4 種病害的突破性新品種 打破設(shè)施櫻桃番 茄高端品種被國外壟斷的局面 為我國種業(yè)科技作 出貢獻(xiàn) 4 2 優(yōu)化設(shè)施設(shè)備 華南地區(qū)早春低溫陰雨 夏季高溫高濕且有臺 風(fēng) 對設(shè)施要求較高 要求保護(hù)設(shè)施能抗臺風(fēng) 能 降溫保溫且光照充足 進(jìn)一步選型優(yōu)化以滿足設(shè)施 櫻桃番茄基本生長需求 同時結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展趨 勢和市場需求 觀光農(nóng)業(yè) 休閑農(nóng)業(yè) 都市農(nóng)業(yè)等 的需要 另外 隨著 5G 技術(shù) AI 技術(shù) LED 技術(shù) 發(fā)展 未來設(shè)備不斷添加現(xiàn)代元素 形成華南地區(qū) 特色的現(xiàn)代設(shè)施設(shè)備模式 以滿足生產(chǎn)上人們不斷 提高的技術(shù)需求 4 3 創(chuàng)新工廠化生產(chǎn)技術(shù)模式 在設(shè)施栽培技術(shù)模式方面不斷優(yōu)化 達(dá)到高效 低碳環(huán)保 形成工廠化生產(chǎn)技術(shù)體系 創(chuàng)新研發(fā)包 括設(shè)施設(shè)備升級優(yōu)化 設(shè)施光溫調(diào)控 配套專用品 種 工廠化育苗 水肥精準(zhǔn)管理 病蟲害綜合防控 的全套技術(shù)體系 參考文獻(xiàn) References 1 TIEMAN D ZHU G T RESENDE M F R LIN T NGUYEN C BIES D RAMBLA J R BELTRAN K S O TAYLOR M ZHANG B IKEDA H LIU Z Y FISHER J ZEMACH I MONFORTE A ZAMIR D GRANELL A KIRST M HUANG S W KLEE H A chemical genetic roadmap to improved tomato flavor J Science 2017 355 6323 391 DOI 10 1126 science aal1556 2 聶俊 李艷紅 譚德龍 張長遠(yuǎn) 謝玉明 史亮亮 鄭錦榮 優(yōu)質(zhì)多 抗 櫻 桃 番 茄 新 品 種 粵 科 達(dá) 3 0 1 的 選 育 J 廣 東 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 2 0 1 9 46 9 34 39 DOI 10 16768 j issn 1004 874X 2019 09 005 NIE J LI Y H TAN D L ZHANG C Y XIE Y M SHI L L ZHENG J R Breeding of new cherry tomato hybrid Yuekeda 301 with high quality and multi resistance J Guangdong Agricultural Sciences 2019 46 9 34 39 DOI 10 16768 j issn 1004 874X 2019 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YANG C K CAO X HAN X WANG X X V AN DER KNAAP E ZHANG Z H CUI X KLEE H FERNIE A R LUO J HUANG S W Rewiring of the fruit metabolome in tomato breeding J Cell 2018 172 1 2 249 261 e12 DOI 10 1016 j cell 2017 12 019 7 駱巧娟 馬文靜 宿梅飛 趙穎