中科三安有机金线莲的前世今生---一个博士团队的自述

原创：SANANBIO 2022-05-25

引言：“科技农夫”不再面朝黄土背朝天，而是身着洁净服，在厂房中作业，充满科技感。

近年来，随着社会需求的多样化，除了种植蔬菜瓜果花卉等作物，植物工厂也陆续开发出更多的生产功能，如药用植物工厂。根据海关统计，我国中药材（含中式成药）的出口额和出口量逐年递增，2021年1-12月我国中式成药累计出口量达到了11564吨，累计出口金额达到了304.57百万美元。此外，野生药用植物资源有限，药用植物对自身生长环境的条件要求较高，如，金线莲野生于人迹罕至的深山老林，资源稀少；而传统人工种植的金线莲存在病虫害发生严重导致农药泛用问题、区域差异导致产量和质量问题等。中科三安植物工厂为规避这一系列问题提供了解决方案，良好的种植环境和特殊的种植方式，配合公司自主研发的光源（光质、光量、光周期）调控、矿质营养调控、CO2/水分调控等技术措施，成功实现了植物工厂药用植物产量高、有效成分含量高，且产品质量稳定和一致性好的目标。同时，缩短了生长周期，提高了生产效率。

一份来自中科三安研究金线莲种植的博团队士的自述，将带大家更好的了解植物工厂优质产品是如何生产出来的？

中科三安郑延海博士

2015年12月，中国科学院植物研究所与福建三安集团强强联合，注册成立“福建省中科生物股份有限公司（下称中科三安）”，充分利用三安集团在照明芯片方面的硬件优势和中科院植物研究所在光生物领域的技术研发优势，打破“万物生长靠太阳”的传统理念，将LED人工光源应用到农作物种植领域，通过设施内高精准控制环境参数（光、温度、湿度、CO2浓度及养分平衡）来实现农作物的周年连续生产，从而摆脱自然条件的影响，力争为农业生产技术再上新台阶和保障国家食品安全做出贡献。

我就是第一批来自中科院植物研究所博士团队的成员之一，我带领的团队主要负责中药材植物工厂有机种植与活性成分合成调控技术研发，目的是要解决传统方式种植中产量低、农残含量高和质量一致性差的问题，获得高产优质、无农残、无重金属污染的上品中药材。

鉴于金线莲是福建省的传统道地药材，民间药食途径应用相当广泛，食用方法主要是炖汤、泡饮等，中药饮片应用广泛，并于2020年被福建省中医药管理局列为新型冠状病毒防治储备药物，资料记载其功能主治清热凉血、小儿热惊风、毒蛇咬伤、保肝护肝等，现代医学研究其对降血糖、降尿酸、提高免疫力效果显著。自然条件下，金线莲自然繁殖率低，再加上近年来野生资源的过度采挖，自然资源极为稀有，1990年福建省政府将其列为濒危珍稀药用植物。由此可见，利用植物工厂环境可控的优势条件，生产这种珍惜药材不仅具有良好的市场前景，而且对保护自然资源具有重要的意义。

野生金线莲与人工种植金线莲对比图

中科三安选定的第一个药用植物开发产品就定了“中科三安有机金线莲”，我虽然具有多年从事中药材（苦豆子、苦参）种植和“苦参碱系列产品”开发经验，但那都是田间野外的生产，对于室内控制条件下种植有机中药材还是个新的课题。我们团队成员也包括中药材栽培专业背景的硕士、学士和具有中医基础的专业人士，然而研发并不是一帆风顺的。

1、阳光总在风雨后：试验之路困难重重

野生金线莲喜欢生长在阴凉、潮湿的地方，尤其喜欢生长在阔叶林下土质松散的潮湿地带，要求温度20℃～30℃，光照约为正常日照的1/3，最忌阳光直射，人工种植也多以林下仿野生种植和大棚种植为主。金线莲属于兰科开唇兰属草本植物，不耐连作，茎部极易受到镰刀菌等病菌感染，产生猝倒病、软腐病等，传统种植中多采用硫磺或百菌清等烟雾剂进行土壤和空间消杀，对植株病虫害也是采用多菌灵、杀毒矾、百菌清等可湿性粉剂，进行叶面和土壤表面定期喷洒，这样做的直接后果是导致了产品的高农残含量。

为了获得金线莲有机产品，我们在实验室条件下做了石灰水处理、苦参碱液体喷洒、空气扰动、紫外线杀菌等方法，由于空间环境杂菌较多，湿度较大，都没能保障金线莲完成整个生育周期，大多在种植30~60天时出现茎腐病，茎基部腐烂死掉，这种困扰大约持续了一年的时间，当时团队成员甚至有些灰心了，有的承受不住压力选择了离职，我也进入了事业的混沌期。

中科三安金线莲瓶苗

工作多坎坷，但克服困难的尝试一刻也不能停歇。一天在实验室里，我和团队几位同事看着组培瓶里长势旺盛的金线莲瓶苗发呆，讨论着金线莲在组培瓶里为什么就不生病呢？也正是从这里产生了灵感，我们能不能将金线莲土培阶段也种植在一个空间洁净的密闭容器内呢？这样只要保证移栽过程的少菌甚至无菌，后面的种植培养过程良性管理，也许就能保障金线莲完成整个生长周期，这个想法确实让我们有些激动，于是大家说干就干，在接种组培苗用的超净工作台内完成组培苗移栽到盒子里的过程，密封后再拿出放到培养室的栽培架上，过了60天没有出现病症，这让我们兴奋不已，但好景不长，在培养90天时又出现了烂茎、枯叶、倒伏的症状，大家又被浇了一盆冷水，透心凉！

中科三安金线莲盆苗

没有过不去的火焰山，我们始终坚信只要肯努力办法总会有的。基于团队的力量，我们的思维又回到了生态平衡和中医相克理论，既然用高温灭菌法处理复合土不能达到阻止植物病害发生的效果，我们能否用土壤微生物生态平衡和有益微生物与有害微生物相生相克的方法，来达到植株不被感染的目的呢？于是我们在人工复合土配置过程中，加入了一定浓度的木霉、芽孢杆菌等微生物，目的是用有益微生物来抑制有害微生物活动，从而实现控制病害发生的效果。功夫不负有心人，经过几个生长周期的种植实验，终获成功，可喜可贺！

2、拨云见日无限好：金线莲植物工厂投产

有机金线莲种植实验的成功，为药用植物植物工厂投产提供了基础。中科三安公司2017年7月决策投产了首个商业化金线莲植物工厂，采用层架式多层种植，实际种植面积达10000 m²，采用“特定光配方”的LED灯提供光源，兰科植物“专用营养配方”的人工复合土作为其生长介质，并采用了微生物生态调控的方法，实现了金线莲的有机生产。

（1）组培阶段：规范种源、健康育苗

为了保障中科三安有机金线莲生产的顺利进行，首先要保证金线莲种苗的基源纯真，为此公司建立了金线莲组培苗生产车间，从福建金线莲优质母苗的获取、无化学生长调节剂培养基的筛选、外植体无菌接种到组培苗培养等各个环节，严格把关，确保金线莲种苗的纯正、健壮和整齐划一。

中科三安金线莲组培苗培养间

（2）土培阶段：标准化种植、智能化管理

标准化生产：中科三安植物工厂金线莲土培种植，采用了相对封闭的小型独立单元分散种植的新型模式，这种方式通过容器顶部的通气孔与外界进行气体交换，而且气孔附有过滤膜，可以阻止病菌的进入，也便于小环境控制和洁净空间保持，成功避免了病虫害的发生，从而杜绝了农药的使用，再加上高品质腐殖土等生长介质的使用，实现了植物工厂金线莲无农残、无重金属污染的目标。中科三安金线生产特点可以归结为：① 洁净的生长环境；② 标准化生产流程；③ 生长条件智能化精准控制；④ 高净度RO水源；⑤ 生长全程无农药；⑥ 不使用化学生长调节剂；⑦ 产品质量一致性高。

中科三安金线莲规模化生产车间

碳源管理：二氧化碳（CO₂）是植物光合作用的基础物质，金线莲生长空间的CO₂浓度直接影响到其碳同化效率和干物质积累。我们设计了相关的CO₂浓度升高实验，结果表明：适当增加CO₂浓度可以大幅提高金线莲的产量。基于这一研究结果，中科三安规模化生产上采用了分别向栽培容器中通入CO₂的方法，实现了金线莲的高产、优质、高效生产。