“十三五”我國蔬菜育苗技術研究進展

　　摘　要：育苗是蔬菜生產重要環節，近年來我國蔬菜育苗技術取得顯著進展。本文系統總結了“十三五”期間我國蔬菜育苗在種子處理、基質生產、生長發育調控、嫁接等方面取得的重要進展，分析了存在的主要問題，探討了未來的發展方向。

　　孫小武; 武占會; 馮一新; 施先鋒; 李平蘭; 尚慶茂， 中國蔬菜 發表時間：2021-08-13

　　關鍵詞：蔬菜;育苗技術;研究進展

　　育苗是蔬菜生產中的關鍵環節，“苗好三成收” 或“苗半作”，一語道出壯苗對蔬菜豐產高效的重要作用，然并未指出：“為何育苗?”“如何育壯苗?”。其實，育苗是蔬菜生產的必然初始，育苗高效，才有蔬菜生產高效;育苗低效，何談生產高效?為此，少量之地，集約人才、技術、資材和裝備，“精耕細作”，克服不良環境，安全培育壯苗，確保足量、適時定植，才是育苗根本所在。

　　鑒于育苗的重要性，生物學、農學、工程學的技術成果，多率先應用于育苗實踐。古代的瓦罐育苗、鹽水浸種，近代的釀熱溫床，現代的植物工廠，均是很好的佐證。21 世紀初，農業農村部審時度勢，基于蔬菜產業發展規律和現實需求，提出發展蔬菜集約化育苗，技術創新與產業示范并舉，有力推動了蔬菜育苗技術革新和產業形成。本文綜合“十三五”期間我國蔬菜育苗技術主要成果及應用狀況，簡述了蔬菜育苗技術最新研究進展，旨在為蔬菜育苗進一步創新發展提供參考。

　　1　產業概況

　　近年來，我國蔬菜生產規模趨于穩定，種植面積保持在 2 000 萬 hm(2 3 億畝)，產量 7 億 t 以上(薛亮 等，2021)，年移栽需苗量6 000億～7 300億株(張真和和馬兆紅，2017)。經過 20 余年的發展，目前主要以多孔連體穴盤為容器，草炭、蛭石、珍珠巖、椰糠等混配成的輕量基質替代土壤育苗。集約化批量生產商品苗，已成為我國蔬菜育苗的主要形式。根據各省(市)粗略統計，目前我國建有蔬菜集約化育苗場逾 3 000 個，包括各類種苗公司、育苗中心、育苗專業合作社等，部分規模化育苗場年育苗量已超過 10 億株，如浙江百龍農業有限公司。全國年生產蔬菜商品苗約 3 500 億株，其中實生苗約 3 000 億株，茄果類、瓜類嫁接苗約 500 億株。圍繞蔬菜育苗的種子精選加工、穴盤和播種機制造、商品基質生產、成苗包裝等外圍支撐性分支產業已基本形成，專業嫁接、專業播種等社會化服務得到快速發展。相較 21 世紀初，蔬菜育苗從設施條件到技術對策，應對自然災害的能力顯著提升，保供應、穩市場的作用更加明顯。

　　2　科技進展

　　2.1　種子處理技術

　　2.1.1　種子消毒　種子是傳播病原的主要途徑之一。種子消毒能夠有效殺滅種子表面甚至胚內部的病原，避免侵染種苗，阻遏種傳病害擴散蔓延。近年來，種帶病原檢測方法更加先進、準確，消毒方法更加低毒、高效、環保。如：1.0% CuSO4 或 1.5% 漂白粉對南瓜種子表皮攜帶果腐病，3% HCl 或 5% 甲醛浸種 20 min 對西瓜種子細菌性果腐病，均有較好防治效果(邵永發 等，2016;田金麗 等，2019)。葫蘆砧木種子經過 72 ℃干熱處理 72 h 后，嫁接西瓜在田間均未發生黃瓜綠斑駁病毒(CGMMV)(宋順華 等，2018)。劉昊等(2019)建議番茄種子消毒采用洗衣粉清洗 → 滅菌水沖洗 4～5 次 →75% 乙醇消毒 30 s→ 滅菌水沖洗 4～5 次 →8% 次氯酸鈉浸泡 5 min→ 滅菌水沖洗 4～5 次 →50 ℃滅菌水浸種 15 min 的方法。青島金媽媽農業科技有限公司已建成番茄、南瓜、瓠瓜等蔬菜種子干熱消毒線 13 條，批次處理種子量達 6 t，年處理量達 300 t。

　　2.1.2　種子加工　為了提高蔬菜種子機械適播性、出苗整齊度等，除種子精選外，種子引發、包衣、丸粒化等種子加工技術也取得顯著進展。腐植酸引發可以提高低溫(5 ℃，72 h)脅迫下西葫蘆種子發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數，緩解低溫對西葫蘆種子萌發的抑制作用(常佳悅 等， 2020)。對番茄砧木品種金棚砧木 1 號采用蛭石固體引發 5 d，種子發芽率提高約 19%(夏亞真 等， 2020)。菠菜種子經 15% PEG-6000 浸種 4 d，或 1.2 g · L-1 谷氨酸鈉浸種 6 h，緩解干旱脅迫效果顯著(劉天麗 等，2019)。-1.5 MPa KNO3 溶液滲透引發辣椒、茄子種子，出苗率可提高 5.7%～17.1%(吳凌云 等，2017)。

　　為了節本增效，蔬菜集約化育苗對出苗率、整齊度提出更高要求，種衣劑、種子加工機械、加工質量鑒定方法需隨之不斷改進。喻志成等(2017)針對蔬菜種子包衣過程中種子包衣完整性、包衣顏色深淺、包衣顏色均勻性 3 個重要指標，提出了基于機器視覺的蔬菜種子包衣品質鑒定方法。陳凱等(2018)對蔬菜種子丸粒化包衣的作業、丸粒化包衣機的試運行、生產作業、蔬菜種子丸粒化包衣質量、質量檢驗方法、安全性、標志及貯存、機具保養與存放、建檔提出了具體要求。此外，國內蔬菜種子商業化包衣、丸粒化服務日漸普遍。荷蘭Incotec 公司是國際著名的種子加工企業，2006 年進入中國，提供優質種衣劑，同時從事蔬菜、大田作物種子包衣、種子引發、種子包殼和丸粒化、種子檢測、種子消毒等服務。重慶迪巨農業技術有限公司，現有 10 條大型全自動種子丸粒化生產線和 10 套大型種子激光精選設備，選用符合歐盟環保要求的德國丸粒化材料 Eurocon、Bellerophon、 Valine、Rolexo 和德國百靈鴿系列專用種衣劑，主營蔬菜、花卉和藥材種子丸粒化加工和種子包衣。此外，青島住豐世茂農業科技有限公司、青島弘義融利農業發展有限公司、濰坊種丸農業科技有限公司、廈門丸美播農業科技有限公司等，也在開展蔬菜種子加工業務。

　　2.2　基質生產技術

　　國內外多用草炭、蛭石、珍珠巖、椰糠、木纖維為原料配制育苗基質，具有質量輕、孔隙度適宜等優點，如美國康奈爾大學經典配方，即 50% 苔蘚草炭 + 50% 珍珠巖或蛭石(V/V)。

　　我國草炭主要分布在東北大小興安嶺區域，腐熟度較高，粒徑小，但開采受生態保護限制，因此，國內持續進行了草炭替代性物料的篩選試驗，如菇渣、稻殼、牛糞、秸稈、醋糟或酒糟、中藥渣、河道底泥、蚯蚓糞等生物固體廢棄物，經堆置發酵，先后用于配制育苗基質(李洪卓，2019;汪樹生 等， 2019;和苗苗 等，2020;劉青 等，2020;馬艷 等， 2020;王濤 等，2020;趙艷艷 等，2020)。

　　為了改善育苗基質理化性質和生物學性狀，可以加入濕潤劑，降低或消除水分子表面張力，促進水分向基質的快速滲透(胡文超 等，2011;董春娟和尚慶茂，2013)，或加入適量保水劑，增強水分持續、穩定供給能力(于茜 等 2016;和苗苗 等， 2020)。在基質中添加植物促生菌，如地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、叢枝菌根菌、木霉菌等，可抑制病原菌的發生，提高幼苗對磷、鉀等礦質元素的吸收利用率(文春燕 等，2016;張杰，2016;李靜，2017;張揚 等，2017;王康， 2018;趙忠娟 等，2021)。基質配制過程中混拌入腐殖酸、聚谷氨酸等有機大分子物質，可以補充碳源，促進基質對礦質養分吸持、持續釋放能力，有助于提高養分利用率和壯苗育成(禇群 等，2016;劉美 等，2016)。

　　“十三五”期間，蔬菜育苗基質商品化生產與供給取得顯著進展。依托國家公益性行業(農業)科研專項，現代農裝科技股份有限公司研制了蔬菜育苗基質標準化生產工藝。無錫悅揚機械制造有限公司開發了微量給料機、配料秤、破碎機、齒輪篩等核心裝備，集成原料粒徑篩選、原料分庫、配料、微量添加、增濕、混合、成品包裝、入庫工藝流程，實現時產基質 10～150 m3 ，使生產線國產化。山東商道生物科技股份有限公司引進國際先進全自動基質生產線，廣州市生升農業有限公司、杭州錦海農業科技有限公司、壽光魯盛生物科技股份有限公司、湖南省湘暉農業技術開發有限公司、鎮江培蕾基質科技發展有限公司等大型育苗基質生產企業快速成長，除生產各類蔬菜專用或通用育苗基質外，還可提供花卉、草莓、水稻等育苗基質和林木扦插基質。

　　2.3　幼苗生長發育調控技術

　　2.3.1　幼苗生長發育對環境的應答機制　幼苗生長發育，是內在遺傳信息和外在環境因子互作下細胞分裂、膨大、分化的過程。探知細胞行為及分子作用機制，盡可能利用細胞的可塑性，精準調控組織或器官發育，是培育耐逆、緊湊、豐產、優質壯苗的基礎。“十三五”期間，蔬菜幼苗發育及環境響應機制研究主要集中在 3 個方面。

　　① 內在機制。特異伸長的胚軸，特別是下胚軸，導致幼苗易倒伏，增加了苗期管理和機械移栽難度等，因此，胚軸長度是壯苗的重要指標。蔡和序等(2020)利用 95 份黃瓜核心種質為試驗材料，檢測到 8 個與下胚軸長度顯著關聯的位點，獲得 8 個與黃瓜下胚軸長度有關的候選基因，涉及光形態建成、泛素化、激素信號通路等。

　　眾多的基因、轉錄因子參與了幼苗的發育進程。RSM1(RADIALIS-LIKE SANT/MYB 1)，屬于 MYB 家族成員，與 HY5/HYH 相互作用，進而調控擬南芥種子萌發、幼苗形態建成以及對 ABA 和鹽脅迫的應答(Yang et al.，2018)。GSM1 (glucose-hypersensitive mutant 1)通過 ABI4 介導的葡萄糖 -ABA 信號通路，在擬南芥幼苗早期發育中發揮重要作用(Zheng et al.，2019)。PIF (phytochrome-interacting factor)以 PYL3、PYL6、 PYL12、SnRK2.2、CPK4、CPK6、ABI5、ABF3、KIN1 等 ABA 響應元件為靶標，進而調控 ABA 信號和幼苗生長(Liang et al.，2020)。CsNPF7.2 則對氮虧缺條件下黃瓜幼苗維管束發育起到重要調節作用(Hu et al.，2020)。其實，國內關于種苗發育調控的基礎理論研究還多以擬南芥為材料，且以單基因功能解析為主，而對多基因綜合調控機制鮮有報道。

　　② 環境應答。高溫、低磷、重金屬、鹽脅迫，導致番茄、黃瓜、白菜等幼苗葉片磷脂酶 Dα (CsPLDα)和促分裂原活化蛋白激酶(CsNMAPK)基因差異表達，抗氧化系統失衡，膜結構損傷，光合功能下降(梁穎 等，2020;李陽 等，2020;姚佳麗 等，2020;崔慶梅 等，2021)。Wang 和 Shang (2019，2020)研究發現高溫、高水勢、弱光均可顯著誘導白菜下胚軸伸長，其中光照強度是調控下胚軸伸長的主效環境因子，且光照強度、溫度和水勢之間存在交互作用;而下胚軸伸長過程中細胞壁的形成受嚴格調控，弱光、高溫和高水勢主要通過阻抑細胞壁形成，特別是果膠的合成，從而調控下胚軸細胞伸長;蛋白組學和基因功能驗證表明，光敏色素(phyB)介導的信號傳導在光照強度、溫度和水勢調控白菜下胚軸伸長過程中發揮至關重要作用。

　　③ 外源信號物質。外源施用 NO、谷胱甘肽(GSH)、H2S、CO、水楊酸、2，4- 表油菜素內酯、肌醇、調環酸鈣、H2O2、5- 氨基乙酰丙酸等，能提高植株肌醇加氧酶基因 CsMIOX1 的表達水平和核酮糖 -1，5- 二磷酸羧化酶、Rubisco 活化酶、景天庚酮糖 -1，7- 二磷酸酯酶和果糖 -1，6- 二磷酸醛縮酶的活性，進而促進抗壞血酸(AsA)的合成和光合碳同化，可以緩解高溫、低溫、NaCl 脅迫對番茄、黃瓜等幼苗的傷害(董榮榮 等，2019;蔣景龍 等，2019;李瑞 等，2020;潘東云 等，2020;吳幗秀 等，2020;楊志峰 等，2020;張文博 等， 2020;楊蓮 等，2021;苗田田 等，2021;趙蕾等， 2021)。

　　2.3.2　育苗設施環境控制技術及裝備　目前，蔬菜育苗設施環境因子基本實現單一或綜合自動監測。 “十三五”期間，為了減少空氣污染和霧霾，各地出臺了禁止溫室加溫燃煤管理辦法或規定。蔬菜集約化育苗企業開始“煤改氣”“煤改電”，節能成為亮點。碳晶電熱膜、空氣源熱泵、太陽能熱泵、太陽能 - 空氣能雙能源加溫系統以及基于毛細管網的苗床加溫系統相繼應用于育苗溫室的空氣加溫和根際加溫(何芬 等，2017，2021;張東鳳 等，2017;和永康 等，2019;王強 等，2019)。

　　弱光是導致蔬菜幼苗徒長、抗逆性下降的重要誘因。LED(light emitting diode)光源具有節能、光質可調、壽命長等優點，其對番茄、辣椒、黃瓜、甜瓜、苦瓜、瓠瓜、葉用萵苣(生菜)的苗期影響得到廣泛研究，并被應用于育苗實踐(崔曉輝 等， 2017;徐文碩 等，2017;劉振威 等，2018;朱鹿坤 等，2019，2020;季方 等，2020;李艷偉 等， 2020;徐博婭 等，2020)。為了實現育苗環境智能監控，李頎等(2017)研制了基于圖像處理的育苗箱環境控制系統;岳云東(2018)針對作物苗期適宜生長的溫度、濕度、CO2 濃度等環境參數，設計了育苗溫室大棚智能控制系統;馮一新等(2018)研究了寒地日光節能溫室通風自動控制系統及控制方法，采用“活塞擠壓式 + 環流風機”結構，通風方向與流量均可控，排濕、降溫效果顯著。

　　2.3.3　灌溉施肥技術及裝備　目前，蔬菜集約化育苗普遍采用灌溉施肥一體化供給技術，主要有噴灌、漂浮灌溉、潮汐灌溉 3 種形式，其中多元水溶肥、比例施肥器、雙臂行走式噴灌車聯用的頂部噴灌最為廣泛，但由于是開放式，“有出路，沒回路”，存在水肥利用率低、幼苗葉片觸水觸肥、增加環境濕度等問題。潮汐灌溉屬于底部灌溉，利用育苗基質毛細孔隙吸水能力，使水肥進入根際，均勻分布，由于實現了水肥閉合循環利用，具有水肥利用率高、易于智能化組網控制等優點(董春娟 等， 2018)。

　　潮汐式育苗系統，從結構上可清晰地分為 4 個部分：幼苗生長部分、植床部分、循環管路部分和控制部分(董春娟 等，2018)。“十三五”期間，從穴盤類型、基質配方、營養液濃度、供液高度、水分和養分吸收利用率、營養液循環過程細菌和真菌群落結構等進行了大量研究，與智能監控系統相配套，初步建立了現代高效潮汐式育苗體系，用于番茄、黃瓜等蔬菜育苗(高艷明 等，2016;臺連麗， 2017;李倩，2019;田雅楠 等，2020;楊巍 等， 2020)。

　　“十三五”期間，蔬菜育苗灌溉施肥裝備智能化水平顯著提升，山東安信種苗股份有限公司率先將 5G 技術引入苗期灌溉施肥(韓吉書 等， 2019)。尚慶茂和董春娟(2017)發明了一種蔬菜潮汐式穴盤育苗營養液處理方法，等離子氣體經氣泵作用進入回液池，與營養液充分接觸，顯著降低了營養液中病原菌數量，減少苗期病害發生。溫江麗等(2021)綜合考慮潮汐育苗灌水技術參數、環境因子、基質類型、幼苗生育階段、幼苗蒸騰規律、幼苗不同生育階段獲得最佳的水分需求量等因素，并基于基質水分吸持特性、階段太陽輻射值控制和幼苗蒸騰等綜合灌溉決策模式，發明了基于多源信息的潮汐育苗灌溉決策方法和系統，灌溉精準度顯著提高。

　　2.4　嫁接育苗技術

　　嫁接是防治土傳病害、克服連作障礙、提高抗逆性和豐產性的有效技術措施，已廣泛用于瓜類、茄果類蔬菜生產。“十三五”期間，我國砧木品種引進及選育(表 1)、嫁接方法及相關器具、愈合裝置等，取得顯著進展。

　　嫁接方法直接影響嫁接工效和嫁接苗質量。近年來，研究人員不斷革新傳統嫁接方法，開發了雙斷根雙頭嫁接、砧木零子葉嫁接、雙砧木嫁接等新方法。番茄雙斷根雙頭嫁接技術，主要優勢是苗期即保留 2 個結果蔓，減少單位面積定植株數，降低菜農購苗成本，產量比常規嫁接苗可提高 8%～10% (王希波 等，2019)。黃瓜砧木零子葉頂端套管嫁接育苗法，具有操作簡單、砧木無萌蘗再生、嫁接成活率高、發病率低、定植后豐產性好等優點(尚慶茂和董春娟，2020)。雙砧木嫁接方法，綜合了兩個砧木的優良特性，能夠增強西瓜嫁接植株生長勢和抗逆性，提高產量和品質(陳文明 等，2017)。

　　愈合是嫁接育苗關鍵環節。嫁接苗愈合速率、愈合質量與愈合環境條件密切相關。普遍認為蔬菜嫁接愈合進程可為 3 個階段，包括創傷響應、愈傷組織形成、維管束重連。按照每個階段細胞生理學、組織形態建成要求，進行變溫、變濕、變光管理，更有利于嫁接愈合(趙淵淵 等，2015;劉方園等，2019;廖自月 等，2020;謝露露 等，2020;儲玉凡 等，2021)。為了實現愈合環境的智能精準調控，簡易型或智能型愈合室正在成為大型育苗場的標配。

　　嫁接育苗季節性、時效性很強，勞動高度密集，面對從業人員短缺、老齡化及用工成本快速攀高等社會性問題，機器化嫁接育苗是未來發展必然趨勢。北京農業信息技術研究中心、浙江理工大學、華南農業大學、中國農業大學等科研教學單位相繼研發出多款嫁接裝備(表2)，但鑒于幼苗質量要求、嫁接操作效率、性價比等因素，并未在生產中大規模推廣應用。華南農業大學、浙江博仁工貿有限公司還推出了多工位組合式嫁接平臺，實現了砧木幼苗、接穗幼苗、嫁接苗分層機械傳送，大幅度提高了嫁接操作效率。

　　3　我國蔬菜育苗“十四五”展望及建議

　　3.1　主要問題

　　3.1.1　發育調控理論創新不足　良好的株型，是莖葉和根系整體均衡表觀，包括：① 莖葉部分，如下胚軸、上胚軸、節間長度，子葉開展度，真葉葉柄長度和葉面積;② 根系構型，如主根長度和粗度，側根數量、長度和粗度。運用現代生物學研究方法和手段，探知幼苗組織或器官發育規律，明確遺傳 - 環境互作機制，是育苗資材與技術開發的前提，也是規模化高效育苗的基礎。此外，瓜類、茄果類蔬菜花芽分化多在苗期完成，明確花芽分化和形成規律，改進環境管理技術，是提高花芽質量以及蔬菜優質豐產高效的必然要求。

　　3.1.2　高效實用技術裝備缺乏　降低勞動強度，減少用工量，是蔬菜育苗提質增效的重要途徑。目前，我國育苗專用設施、環境精準監控裝備、高效操作裝備等依然缺乏，特別是與區域或茬口、規模水平的適配性，應用的精準穩定性，操作的高效便捷性等，均有待進一步提高和完善。

　　3.1.3　運營管理技術亟待加強　蔬菜育苗的規模化、商品化已取得長足進步，企業內、外運營管控卻比較滯后，如育苗場(基地、中心)內部科學化、高效化布局，企業內部人、財、物科學配置及成本管控，種—苗—訂單—種植戶—田塊—市場—消費可溯源品控等系統尚未建立，嚴重影響企業經營效益提升。

　　3.2　展望與建議

　　3.2.1　加強基礎理論創新與應用　幼苗組織或器官發育內在規律及環境互作是核心。采用現代影像學、生理生化學、多組學關聯分析等手段，探知種子萌發，莖、葉、花芽、根系發生及發育規律，提高種子萌發速率和整齊度，以及組織或器官發育的人為可控性，開發種苗發育調控新產品，培育生理活力高、適應性強、株型緊湊的壯苗，不斷適應小根域、高密度、機械化移栽的需求。

　　3.2.2　研發新型裝備及配套應用技術　建立種子質量、基質質量、苗期在線養分快速檢測技術體系，包括檢測方法、檢測設備、標準化可鑒量值等;開發節能、高效、智能化專用育苗設施;開發育苗設施內外溫、光、氣、濕(空氣相對濕度和基質濕度)、風速等環境因子綜合采集以及與幼苗發育需求偶聯的數學模型及控制系統;研制省工高效轉運傳送裝置、人工輔助型嫁接機械等。

　　3.2.3　構建數字種苗生產系統　數字種苗生產系統至少應包括 3 個單元：① 物料貯備。如種子、基質物料、穴盤、水源、肥料、植保制品及機械裝備等，不單單是基于經濟性的貯備數量，更是特性或特征參數的數字化。② 育苗流程。播種至出苗整個育苗過程(包括運輸)，包括種苗生物學需求、育苗環境實時采集、需求與環境信息耦合、數字制御等。③ 市場反饋。農戶對秧苗質量的完整信息反饋，包括移栽質量、緩苗時間、采收時間、豐產性、優質性、經濟性等數字化，可以反向倒推育苗企業思考、改進育苗技術。通過 3 個單元頻繁磨合、融會貫通、修正提高，從而構建數字種苗生產系統。

　　3.2.4　完善產學研協同創新機制　高效種苗生產體系建立，非一個學科，亦非一個單位可以完成，需要大聯合，才能高效推進。長期以來，政府從政策制定、項目設置等方面積極鼓勵種苗產、學、研聯合，協同創新，快速推動種苗產業提質增效。其實，從產業發展與科技進步角度來看，產、學、研聯合也是必由之路。中國農業科學院蔬菜花卉研究所牽頭，于 2018 年聯合全國 30 余個科研院所，依托山東安信種苗股份有限公司，組織成立全國蔬菜種苗科技協同創新中心，在技術與產品創新、試驗示范、運行機制等方面已取得一定效果。