光生物技术开启未来农业大门

中国和科威特的三个安全计划

最近，一种绿色、安全、美味的特种蔬菜开始在福建省厦门市的一些大型超市和酒店出现，深受公众喜爱。这种蔬菜很特别，因为它生长在一个不需要阳光和土壤的工厂里，不会受到环境的影响或污染。

11月底，记者参观了位于福建省安溪县虎头光电园的世界最大工厂。绿色蔬菜，包括莴苣、大白菜和水晶冷冻蔬菜，整齐地种植在一排排架子上。在节能发光二极管灯光的反射下，记者容光焕发，精力充沛，随意摘下一片叶子来品尝，感觉非常清爽。

近年来，由中国科学院植物研究所(以下简称“植物研究所”)和福建三安集团共同赞助的福建中科生物有限公司(以下简称“中科三安”)采用光生物学的技术和理念，开展植物工厂的技术研发和工业应用。11月28日，双方共同赞助的福建中科生物有限公司院士专家工作站正式成立。与此同时，由福建省科技厅主办，中国科技部萨南主持召开了第24届牯岭科学大会，主题为“光生物学技术的应用与植物工厂的产业化”。

“院士专家工作站的建立是非常恰当和非常重要的，并且确实实现了一个强有力的结合。植物光生物学坚实的科学研究基础与中科三安强大的光电技术相碰撞，创造出一个战略性新兴产业，未来将在国内外具有强大的竞争力。”中国科学院院士、植物研究所研究员匡听云在接受《中国科学日报》采访时表示。

强大和强大的结合探索了几千亿个产业。

随着环境污染和水土资源短缺的加剧，农业生产面临着越来越大的压力。科学家已经开始探索一种全新的颠覆性生产模式——全智能工厂。

“植物工厂是光电工业和生物工业相结合的一种新的工业形式。它不受自然环境的限制，具有全天候、高效的生产方式。它能大大提高土地利用率，降低劳动力成本，代表了未来农业的发展方向。”匡听云说，目前只有美国、日本、欧洲等少数发达国家掌握了这项技术，形成了成熟的产业。根据相关行业预测，到2020年，全球植物生长用发光二极管光源的产值将达到数百亿美元，植物栽培的产值将达到数千亿美元。

福建三安集团也看到了工厂未来发展的广阔前景。随着成本的大幅降低和照明透过率的逐渐提高，发光二极管已经成为高效节能的新一代绿色照明光源。到2020年，半导体照明行业的总产值将达到一万亿元，发光二极管的开发和应用将达到一个前所未有的黄金时期。发光二极管照明行业的发展也满足了工厂工厂工业化和井喷爆发期的需要。

为了跨越从光电产业到“光生物”产业的边界，如何让这两个领域焕发出崭新的火花，如何充分发挥自身优势，使产业做大做强，福建三安集团意识到需要科技的支持，积极寻求植物的帮助。2015年，双方共同发起成立中国科技萨那，共同在植物工厂开展相关工作，共同推动光生物产业快速发展。

双方的合作可以充分发挥各自在植物学和光电技术领域的专长，真正实现优势互补萨那总经理张卓在接受《中国科学》采访时说。

合作创新造就最大工厂

匡听云说，虽然中国的工厂起步较晚，但发展很快。近年来，科研和工业在相关领域开展了一系列研究，取得了重大突破和实际成果。

在植物研究所和福建三安集团的共同努力下，该工业基地第一年完成投资11亿多元，建成标准化厂房6万平方米，成为世界上最大的植物工厂。首个10，000平方米的工厂于2016年6月成功投产。通过了食品安全管理体系的ISO22000认证和质量管理体系的ISO9001认证。它每天生产1.8吨绿色、无污染、高品质的蔬菜，已成为中国商业人造光工厂的杰出代表。

为了有效促进产学研的有机结合和协调发展，成立了“工厂研发中心”和技术指导委员会，由匡院士和院士担任技术指导委员会主任。植物研究所先后选派近20名医生长期驻扎在福建三安集团，开展技术研发并提供技术支持。

通过双方的努力，中国科学院萨南植物工厂项目已被纳入中国科学院“十三五”重点培育方向，并得到了中国科学院科学发展局STS项目的支持。同时，工厂项目也被列入福建省重点支持项目之一。

为了促进科学研究和实际工业的更紧密结合，双方共同建立了“工厂研究所”。研究员李少华被植物研究所推荐为院长，十几位国内外知名科学家担任科研顾问。研究所设立了针对植物照明、生物制药、设备研究、资源开发、检测和检验的研究方向，并将光生物学、园艺学、营养学、植物学、植物化学和其他学科有机结合开展工作。

李少华向《中国科学日报》记者透露，研究所将率先在国内主要特大城市建设规模以上示范基地，利用企业在技术、资金和人才方面的优势，为消费者提供绿色、无污染、高品质的蔬菜、水果和保健食品，并在国外热点地区设立示范基地，推广具有中国自主知识产权的系统设备及相关技术。

“植物工厂凭借其在生产率和食品安全方面的优势，将比传统的田间耕作更具竞争力，并在更大范围内造福于人们。”李少华说。

软硬结合打造健康食品

“建立工厂需要软件和硬件。软件是什么样的植物，如蔬菜、水果、花卉等。，应该首先考虑。硬件要有高新技术。每种植物都需要知道具体的光配方、营养组合等。它可以根据植物的需要智能地调整环境，并通过合成生物学和基因工程等高新技术进行“改造”，使植物能够满足我们对质量的要求。”匡听云说。

事实上，工厂已经给了每个工厂一个科学的“配方”。“光公式”是基于不同植物品种在不同发育阶段所需光的长期复杂性研究，是发展的重点。“轻配方”意味着更快的生长速度、更高的产量和更好的质量。“李少华介绍。

工厂采用节能发光二极管植物生长灯作为光源，并采用制冷-制热双向温湿度控制、光照-二氧化碳耦合光合作用与气肥控制、营养液在线检测与控制等相关控制子系统。，能实时自动监控工厂的温度、湿度、光照、气流、二氧化碳浓度、营养液等环境因素，实现智能管理。

经过创新研发和科技突破，中国科学院萨南科研团队在两年多的时间里取得了多项技术突破，包括植物光配方和植物照明产品的研发、高效平衡植物营养液及其循环模式的开发、蔬菜品种的选择及其栽培模式的优化、智能栽培设施的开发。

目前，中科三安植物厂的蔬菜产品已先后在厦门、福州、福建泉州的100多家大型超市、星级酒店和高档餐厅上市，受到消费者的好评。

“只要他们使用我们的产品，他们就离不开它们，因为这种生产方式具有传统农业所不具备的许多特征。例如，没有季节变化、质量变化、价格变化，也不再依赖天气获取食物。这种“稳定性”正是商业经济所需要的。”卓展说，他们仍在提高蔬菜质量，以进一步优化口味和风味。

今年9月，中国三安工厂的产品作为金砖国家*会议宴会的指定产品，被摆上了国宴桌，赢得了各国来宾的青睐，进一步增强了科研人员的研发动力。

除了在中国受欢迎之外，中国的三安工厂及其配套技术也走向了海外。该公司在内华达州拉斯维加斯投资了20，000平方米的生产基地。第一个5000平方米的工厂将于今年年底投产。所有产品将提供给星级酒店，如拉斯维加斯的米高梅酒店。

卓展表示，该公司已获得84项专利，占发明专利的65%以上。公司关键技术和设备的PCT国际专利已覆盖欧美等国家和地区，并已出口到美国、欧洲、日本、新加坡等国家，代表了中国先进室内设施农业的最高水平，有能力出口到发达国家。

新药开发帮助大型健康产业

在植物工厂的应用领域，中科三安也有开发创新药物的重要计划，这也是其未来的主要方向之一。

“我们需要选择一些在野生环境中难以生存、繁殖和获得的材料，这些材料可以在工厂中解决，但不能通过传统的生产方法或栽培方法来栽培。通过工业技术调整，丰富了材料中的植物化合物和代谢物，为我们制造生物医用材料开辟了新的途径，有效成分的成本和来源更加稳定。”卓展说。

不仅如此，在匡听云看来，植物工厂还将在促进中药产业发展方面发挥巨大作用。中药栽培经常受到农药污染或重金属污染的影响，且有效成分的含量不稳定，这将极大地影响配方的治疗效果。如果用植物工厂生产稀有中药材，其产量、质量和有效成分都可以得到保证。

位于湖头基地的工厂不仅生产优质安全蔬菜，还生产保健品、特殊药用植物和抗肿瘤等重大疾病的医药中间体。

自今年7月以来，该公司已正式开始在植物工厂生产药用植物。金线莲第一条生产线已经投产，并获得有机转化证书。记者在中科三安植物厂的生产车间看到了金线莲、石斛等名贵中草药的健康生长。

“创新药物的研发可以为未来人类健康产业做出贡献。然而，研究起步较晚，一切才刚刚开始，还有很长的路要走。”李少华说。

卓展认为工厂的发展前景是无限的。该公司生产的太阳能综合集装箱厂已被送往边境，将首次在海拔5公里的无人地带实现蔬菜生产，从而有助于保护边防人员的生活用品。

“植物工厂是设施农业最先进的发展阶段，可以大大提高土地利用率，解决日益突出的食品安全问题。不仅在都市农业，而且在特殊的环境领域，如国防设备、远洋船舶、沙漠岛屿、航空航天等。它具有重要的战略意义和广阔的应用空间。”卓展对工厂的未来充满信心。