“十三五”我国蔬菜育苗技术研究进展

　　摘　要：育苗是蔬菜生产重要环节，近年来我国蔬菜育苗技术取得显著进展。本文系统总结了“十三五”期间我国蔬菜育苗在种子处理、基质生产、生长发育调控、嫁接等方面取得的重要进展，分析了存在的主要问题，探讨了未来的发展方向。

　　孙小武; 武占会; 冯一新; 施先锋; 李平兰; 尚庆茂， 中国蔬菜 发表时间：2021-08-13

　　关键词：蔬菜;育苗技术;研究进展

　　育苗是蔬菜生产中的关键环节，“苗好三成收” 或“苗半作”，一语道出壮苗对蔬菜丰产高效的重要作用，然并未指出：“为何育苗?”“如何育壮苗?”。其实，育苗是蔬菜生产的必然初始，育苗高效，才有蔬菜生产高效;育苗低效，何谈生产高效?为此，少量之地，集约人才、技术、资材和装备，“精耕细作”，克服不良环境，安全培育壮苗，确保足量、适时定植，才是育苗根本所在。

　　鉴于育苗的重要性，生物学、农学、工程学的技术成果，多率先应用于育苗实践。古代的瓦罐育苗、盐水浸种，近代的酿热温床，现代的植物工厂，均是很好的佐证。21 世纪初，农业农村部审时度势，基于蔬菜产业发展规律和现实需求，提出发展蔬菜集约化育苗，技术创新与产业示范并举，有力推动了蔬菜育苗技术革新和产业形成。本文综合“十三五”期间我国蔬菜育苗技术主要成果及应用状况，简述了蔬菜育苗技术最新研究进展，旨在为蔬菜育苗进一步创新发展提供参考。

　　1　产业概况

　　近年来，我国蔬菜生产规模趋于稳定，种植面积保持在 2 000 万 hm(2 3 亿亩)，产量 7 亿 t 以上(薛亮 等，2021)，年移栽需苗量6 000亿～7 300亿株(张真和和马兆红，2017)。经过 20 余年的发展，目前主要以多孔连体穴盘为容器，草炭、蛭石、珍珠岩、椰糠等混配成的轻量基质替代土壤育苗。集约化批量生产商品苗，已成为我国蔬菜育苗的主要形式。根据各省(市)粗略统计，目前我国建有蔬菜集约化育苗场逾 3 000 个，包括各类种苗公司、育苗中心、育苗专业合作社等，部分规模化育苗场年育苗量已超过 10 亿株，如浙江百龙农业有限公司。全国年生产蔬菜商品苗约 3 500 亿株，其中实生苗约 3 000 亿株，茄果类、瓜类嫁接苗约 500 亿株。围绕蔬菜育苗的种子精选加工、穴盘和播种机制造、商品基质生产、成苗包装等外围支撑性分支产业已基本形成，专业嫁接、专业播种等社会化服务得到快速发展。相较 21 世纪初，蔬菜育苗从设施条件到技术对策，应对自然灾害的能力显著提升，保供应、稳市场的作用更加明显。

　　2　科技进展

　　2.1　种子处理技术

　　2.1.1　种子消毒　种子是传播病原的主要途径之一。种子消毒能够有效杀灭种子表面甚至胚内部的病原，避免侵染种苗，阻遏种传病害扩散蔓延。近年来，种带病原检测方法更加先进、准确，消毒方法更加低毒、高效、环保。如：1.0% CuSO4 或 1.5% 漂白粉对南瓜种子表皮携带果腐病，3% HCl 或 5% 甲醛浸种 20 min 对西瓜种子细菌性果腐病，均有较好防治效果(邵永发 等，2016;田金丽 等，2019)。葫芦砧木种子经过 72 ℃干热处理 72 h 后，嫁接西瓜在田间均未发生黄瓜绿斑驳病毒(CGMMV)(宋顺华 等，2018)。刘昊等(2019)建议番茄种子消毒采用洗衣粉清洗 → 灭菌水冲洗 4～5 次 →75% 乙醇消毒 30 s→ 灭菌水冲洗 4～5 次 →8% 次氯酸钠浸泡 5 min→ 灭菌水冲洗 4～5 次 →50 ℃灭菌水浸种 15 min 的方法。青岛金妈妈农业科技有限公司已建成番茄、南瓜、瓠瓜等蔬菜种子干热消毒线 13 条，批次处理种子量达 6 t，年处理量达 300 t。

　　2.1.2　种子加工　为了提高蔬菜种子机械适播性、出苗整齐度等，除种子精选外，种子引发、包衣、丸粒化等种子加工技术也取得显著进展。腐植酸引发可以提高低温(5 ℃，72 h)胁迫下西葫芦种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数，缓解低温对西葫芦种子萌发的抑制作用(常佳悦 等， 2020)。对番茄砧木品种金棚砧木 1 号采用蛭石固体引发 5 d，种子发芽率提高约 19%(夏亚真 等， 2020)。菠菜种子经 15% PEG-6000 浸种 4 d，或 1.2 g · L-1 谷氨酸钠浸种 6 h，缓解干旱胁迫效果显著(刘天丽 等，2019)。-1.5 MPa KNO3 溶液渗透引发辣椒、茄子种子，出苗率可提高 5.7%～17.1%(吴凌云 等，2017)。

　　为了节本增效，蔬菜集约化育苗对出苗率、整齐度提出更高要求，种衣剂、种子加工机械、加工质量鉴定方法需随之不断改进。喻志成等(2017)针对蔬菜种子包衣过程中种子包衣完整性、包衣颜色深浅、包衣颜色均匀性 3 个重要指标，提出了基于机器视觉的蔬菜种子包衣品质鉴定方法。陈凯等(2018)对蔬菜种子丸粒化包衣的作业、丸粒化包衣机的试运行、生产作业、蔬菜种子丸粒化包衣质量、质量检验方法、安全性、标志及贮存、机具保养与存放、建档提出了具体要求。此外，国内蔬菜种子商业化包衣、丸粒化服务日渐普遍。荷兰Incotec 公司是国际著名的种子加工企业，2006 年进入中国，提供优质种衣剂，同时从事蔬菜、大田作物种子包衣、种子引发、种子包壳和丸粒化、种子检测、种子消毒等服务。重庆迪巨农业技术有限公司，现有 10 条大型全自动种子丸粒化生产线和 10 套大型种子激光精选设备，选用符合欧盟环保要求的德国丸粒化材料 Eurocon、Bellerophon、 Valine、Rolexo 和德国百灵鸽系列专用种衣剂，主营蔬菜、花卉和药材种子丸粒化加工和种子包衣。此外，青岛住丰世茂农业科技有限公司、青岛弘义融利农业发展有限公司、潍坊种丸农业科技有限公司、厦门丸美播农业科技有限公司等，也在开展蔬菜种子加工业务。

　　2.2　基质生产技术

　　国内外多用草炭、蛭石、珍珠岩、椰糠、木纤维为原料配制育苗基质，具有质量轻、孔隙度适宜等优点，如美国康奈尔大学经典配方，即 50% 苔藓草炭 + 50% 珍珠岩或蛭石(V/V)。

　　我国草炭主要分布在东北大小兴安岭区域，腐熟度较高，粒径小，但开采受生态保护限制，因此，国内持续进行了草炭替代性物料的筛选试验，如菇渣、稻壳、牛粪、秸秆、醋糟或酒糟、中药渣、河道底泥、蚯蚓粪等生物固体废弃物，经堆置发酵，先后用于配制育苗基质(李洪卓，2019;汪树生 等， 2019;和苗苗 等，2020;刘青 等，2020;马艳 等， 2020;王涛 等，2020;赵艳艳 等，2020)。

　　为了改善育苗基质理化性质和生物学性状，可以加入湿润剂，降低或消除水分子表面张力，促进水分向基质的快速渗透(胡文超 等，2011;董春娟和尚庆茂，2013)，或加入适量保水剂，增强水分持续、稳定供给能力(于茜 等 2016;和苗苗 等， 2020)。在基质中添加植物促生菌，如地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、丛枝菌根菌、木霉菌等，可抑制病原菌的发生，提高幼苗对磷、钾等矿质元素的吸收利用率(文春燕 等，2016;张杰，2016;李静，2017;张扬 等，2017;王康， 2018;赵忠娟 等，2021)。基质配制过程中混拌入腐殖酸、聚谷氨酸等有机大分子物质，可以补充碳源，促进基质对矿质养分吸持、持续释放能力，有助于提高养分利用率和壮苗育成(禇群 等，2016;刘美 等，2016)。

　　“十三五”期间，蔬菜育苗基质商品化生产与供给取得显著进展。依托国家公益性行业(农业)科研专项，现代农装科技股份有限公司研制了蔬菜育苗基质标准化生产工艺。无锡悦扬机械制造有限公司开发了微量给料机、配料秤、破碎机、齿轮筛等核心装备，集成原料粒径筛选、原料分库、配料、微量添加、增湿、混合、成品包装、入库工艺流程，实现时产基质 10～150 m3 ，使生产线国产化。山东商道生物科技股份有限公司引进国际先进全自动基质生产线，广州市生升农业有限公司、杭州锦海农业科技有限公司、寿光鲁盛生物科技股份有限公司、湖南省湘晖农业技术开发有限公司、镇江培蕾基质科技发展有限公司等大型育苗基质生产企业快速成长，除生产各类蔬菜专用或通用育苗基质外，还可提供花卉、草莓、水稻等育苗基质和林木扦插基质。

　　2.3　幼苗生长发育调控技术

　　2.3.1　幼苗生长发育对环境的应答机制　幼苗生长发育，是内在遗传信息和外在环境因子互作下细胞分裂、膨大、分化的过程。探知细胞行为及分子作用机制，尽可能利用细胞的可塑性，精准调控组织或器官发育，是培育耐逆、紧凑、丰产、优质壮苗的基础。“十三五”期间，蔬菜幼苗发育及环境响应机制研究主要集中在 3 个方面。

　　① 内在机制。特异伸长的胚轴，特别是下胚轴，导致幼苗易倒伏，增加了苗期管理和机械移栽难度等，因此，胚轴长度是壮苗的重要指标。蔡和序等(2020)利用 95 份黄瓜核心种质为试验材料，检测到 8 个与下胚轴长度显著关联的位点，获得 8 个与黄瓜下胚轴长度有关的候选基因，涉及光形态建成、泛素化、激素信号通路等。

　　众多的基因、转录因子参与了幼苗的发育进程。RSM1(RADIALIS-LIKE SANT/MYB 1)，属于 MYB 家族成员，与 HY5/HYH 相互作用，进而调控拟南芥种子萌发、幼苗形态建成以及对 ABA 和盐胁迫的应答(Yang et al.，2018)。GSM1 (glucose-hypersensitive mutant 1)通过 ABI4 介导的葡萄糖 -ABA 信号通路，在拟南芥幼苗早期发育中发挥重要作用(Zheng et al.，2019)。PIF (phytochrome-interacting factor)以 PYL3、PYL6、 PYL12、SnRK2.2、CPK4、CPK6、ABI5、ABF3、KIN1 等 ABA 响应元件为靶标，进而调控 ABA 信号和幼苗生长(Liang et al.，2020)。CsNPF7.2 则对氮亏缺条件下黄瓜幼苗维管束发育起到重要调节作用(Hu et al.，2020)。其实，国内关于种苗发育调控的基础理论研究还多以拟南芥为材料，且以单基因功能解析为主，而对多基因综合调控机制鲜有报道。

　　② 环境应答。高温、低磷、重金属、盐胁迫，导致番茄、黄瓜、白菜等幼苗叶片磷脂酶 Dα (CsPLDα)和促分裂原活化蛋白激酶(CsNMAPK)基因差异表达，抗氧化系统失衡，膜结构损伤，光合功能下降(梁颖 等，2020;李阳 等，2020;姚佳丽 等，2020;崔庆梅 等，2021)。Wang 和 Shang (2019，2020)研究发现高温、高水势、弱光均可显著诱导白菜下胚轴伸长，其中光照强度是调控下胚轴伸长的主效环境因子，且光照强度、温度和水势之间存在交互作用;而下胚轴伸长过程中细胞壁的形成受严格调控，弱光、高温和高水势主要通过阻抑细胞壁形成，特别是果胶的合成，从而调控下胚轴细胞伸长;蛋白组学和基因功能验证表明，光敏色素(phyB)介导的信号传导在光照强度、温度和水势调控白菜下胚轴伸长过程中发挥至关重要作用。

　　③ 外源信号物质。外源施用 NO、谷胱甘肽(GSH)、H2S、CO、水杨酸、2，4- 表油菜素内酯、肌醇、调环酸钙、H2O2、5- 氨基乙酰丙酸等，能提高植株肌醇加氧酶基因 CsMIOX1 的表达水平和核酮糖 -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- 二磷酸醛缩酶的活性，进而促进抗坏血酸(AsA)的合成和光合碳同化，可以缓解高温、低温、NaCl 胁迫对番茄、黄瓜等幼苗的伤害(董荣荣 等，2019;蒋景龙 等，2019;李瑞 等，2020;潘东云 等，2020;吴帼秀 等，2020;杨志峰 等，2020;张文博 等， 2020;杨莲 等，2021;苗田田 等，2021;赵蕾等， 2021)。

　　2.3.2　育苗设施环境控制技术及装备　目前，蔬菜育苗设施环境因子基本实现单一或综合自动监测。 “十三五”期间，为了减少空气污染和雾霾，各地出台了禁止温室加温燃煤管理办法或规定。蔬菜集约化育苗企业开始“煤改气”“煤改电”，节能成为亮点。碳晶电热膜、空气源热泵、太阳能热泵、太阳能 - 空气能双能源加温系统以及基于毛细管网的苗床加温系统相继应用于育苗温室的空气加温和根际加温(何芬 等，2017，2021;张东凤 等，2017;和永康 等，2019;王强 等，2019)。

　　弱光是导致蔬菜幼苗徒长、抗逆性下降的重要诱因。LED(light emitting diode)光源具有节能、光质可调、寿命长等优点，其对番茄、辣椒、黄瓜、甜瓜、苦瓜、瓠瓜、叶用莴苣(生菜)的苗期影响得到广泛研究，并被应用于育苗实践(崔晓辉 等， 2017;徐文硕 等，2017;刘振威 等，2018;朱鹿坤 等，2019，2020;季方 等，2020;李艳伟 等， 2020;徐博娅 等，2020)。为了实现育苗环境智能监控，李颀等(2017)研制了基于图像处理的育苗箱环境控制系统;岳云东(2018)针对作物苗期适宜生长的温度、湿度、CO2 浓度等环境参数，设计了育苗温室大棚智能控制系统;冯一新等(2018)研究了寒地日光节能温室通风自动控制系统及控制方法，采用“活塞挤压式 + 环流风机”结构，通风方向与流量均可控，排湿、降温效果显著。

　　2.3.3　灌溉施肥技术及装备　目前，蔬菜集约化育苗普遍采用灌溉施肥一体化供给技术，主要有喷灌、漂浮灌溉、潮汐灌溉 3 种形式，其中多元水溶肥、比例施肥器、双臂行走式喷灌车联用的顶部喷灌最为广泛，但由于是开放式，“有出路，没回路”，存在水肥利用率低、幼苗叶片触水触肥、增加环境湿度等问题。潮汐灌溉属于底部灌溉，利用育苗基质毛细孔隙吸水能力，使水肥进入根际，均匀分布，由于实现了水肥闭合循环利用，具有水肥利用率高、易于智能化组网控制等优点(董春娟 等， 2018)。

　　潮汐式育苗系统，从结构上可清晰地分为 4 个部分：幼苗生长部分、植床部分、循环管路部分和控制部分(董春娟 等，2018)。“十三五”期间，从穴盘类型、基质配方、营养液浓度、供液高度、水分和养分吸收利用率、营养液循环过程细菌和真菌群落结构等进行了大量研究，与智能监控系统相配套，初步建立了现代高效潮汐式育苗体系，用于番茄、黄瓜等蔬菜育苗(高艳明 等，2016;台连丽， 2017;李倩，2019;田雅楠 等，2020;杨巍 等， 2020)。

　　“十三五”期间，蔬菜育苗灌溉施肥装备智能化水平显著提升，山东安信种苗股份有限公司率先将 5G 技术引入苗期灌溉施肥(韩吉书 等， 2019)。尚庆茂和董春娟(2017)发明了一种蔬菜潮汐式穴盘育苗营养液处理方法，等离子气体经气泵作用进入回液池，与营养液充分接触，显著降低了营养液中病原菌数量，减少苗期病害发生。温江丽等(2021)综合考虑潮汐育苗灌水技术参数、环境因子、基质类型、幼苗生育阶段、幼苗蒸腾规律、幼苗不同生育阶段获得最佳的水分需求量等因素，并基于基质水分吸持特性、阶段太阳辐射值控制和幼苗蒸腾等综合灌溉决策模式，发明了基于多源信息的潮汐育苗灌溉决策方法和系统，灌溉精准度显著提高。

　　2.4　嫁接育苗技术

　　嫁接是防治土传病害、克服连作障碍、提高抗逆性和丰产性的有效技术措施，已广泛用于瓜类、茄果类蔬菜生产。“十三五”期间，我国砧木品种引进及选育(表 1)、嫁接方法及相关器具、愈合装置等，取得显著进展。

　　嫁接方法直接影响嫁接工效和嫁接苗质量。近年来，研究人员不断革新传统嫁接方法，开发了双断根双头嫁接、砧木零子叶嫁接、双砧木嫁接等新方法。番茄双断根双头嫁接技术，主要优势是苗期即保留 2 个结果蔓，减少单位面积定植株数，降低菜农购苗成本，产量比常规嫁接苗可提高 8%～10% (王希波 等，2019)。黄瓜砧木零子叶顶端套管嫁接育苗法，具有操作简单、砧木无萌蘖再生、嫁接成活率高、发病率低、定植后丰产性好等优点(尚庆茂和董春娟，2020)。双砧木嫁接方法，综合了两个砧木的优良特性，能够增强西瓜嫁接植株生长势和抗逆性，提高产量和品质(陈文明 等，2017)。

　　愈合是嫁接育苗关键环节。嫁接苗愈合速率、愈合质量与愈合环境条件密切相关。普遍认为蔬菜嫁接愈合进程可为 3 个阶段，包括创伤响应、愈伤组织形成、维管束重连。按照每个阶段细胞生理学、组织形态建成要求，进行变温、变湿、变光管理，更有利于嫁接愈合(赵渊渊 等，2015;刘方园等，2019;廖自月 等，2020;谢露露 等，2020;储玉凡 等，2021)。为了实现愈合环境的智能精准调控，简易型或智能型愈合室正在成为大型育苗场的标配。

　　嫁接育苗季节性、时效性很强，劳动高度密集，面对从业人员短缺、老龄化及用工成本快速攀高等社会性问题，机器化嫁接育苗是未来发展必然趋势。北京农业信息技术研究中心、浙江理工大学、华南农业大学、中国农业大学等科研教学单位相继研发出多款嫁接装备(表2)，但鉴于幼苗质量要求、嫁接操作效率、性价比等因素，并未在生产中大规模推广应用。华南农业大学、浙江博仁工贸有限公司还推出了多工位组合式嫁接平台，实现了砧木幼苗、接穗幼苗、嫁接苗分层机械传送，大幅度提高了嫁接操作效率。

　　3　我国蔬菜育苗“十四五”展望及建议

　　3.1　主要问题

　　3.1.1　发育调控理论创新不足　良好的株型，是茎叶和根系整体均衡表观，包括：① 茎叶部分，如下胚轴、上胚轴、节间长度，子叶开展度，真叶叶柄长度和叶面积;② 根系构型，如主根长度和粗度，侧根数量、长度和粗度。运用现代生物学研究方法和手段，探知幼苗组织或器官发育规律，明确遗传 - 环境互作机制，是育苗资材与技术开发的前提，也是规模化高效育苗的基础。此外，瓜类、茄果类蔬菜花芽分化多在苗期完成，明确花芽分化和形成规律，改进环境管理技术，是提高花芽质量以及蔬菜优质丰产高效的必然要求。

　　3.1.2　高效实用技术装备缺乏　降低劳动强度，减少用工量，是蔬菜育苗提质增效的重要途径。目前，我国育苗专用设施、环境精准监控装备、高效操作装备等依然缺乏，特别是与区域或茬口、规模水平的适配性，应用的精准稳定性，操作的高效便捷性等，均有待进一步提高和完善。

　　3.1.3　运营管理技术亟待加强　蔬菜育苗的规模化、商品化已取得长足进步，企业内、外运营管控却比较滞后，如育苗场(基地、中心)内部科学化、高效化布局，企业内部人、财、物科学配置及成本管控，种—苗—订单—种植户—田块—市场—消费可溯源品控等系统尚未建立，严重影响企业经营效益提升。

　　3.2　展望与建议

　　3.2.1　加强基础理论创新与应用　幼苗组织或器官发育内在规律及环境互作是核心。采用现代影像学、生理生化学、多组学关联分析等手段，探知种子萌发，茎、叶、花芽、根系发生及发育规律，提高种子萌发速率和整齐度，以及组织或器官发育的人为可控性，开发种苗发育调控新产品，培育生理活力高、适应性强、株型紧凑的壮苗，不断适应小根域、高密度、机械化移栽的需求。

　　3.2.2　研发新型装备及配套应用技术　建立种子质量、基质质量、苗期在线养分快速检测技术体系，包括检测方法、检测设备、标准化可鉴量值等;开发节能、高效、智能化专用育苗设施;开发育苗设施内外温、光、气、湿(空气相对湿度和基质湿度)、风速等环境因子综合采集以及与幼苗发育需求偶联的数学模型及控制系统;研制省工高效转运传送装置、人工辅助型嫁接机械等。

　　3.2.3　构建数字种苗生产系统　数字种苗生产系统至少应包括 3 个单元：① 物料贮备。如种子、基质物料、穴盘、水源、肥料、植保制品及机械装备等，不单单是基于经济性的贮备数量，更是特性或特征参数的数字化。② 育苗流程。播种至出苗整个育苗过程(包括运输)，包括种苗生物学需求、育苗环境实时采集、需求与环境信息耦合、数字制御等。③ 市场反馈。农户对秧苗质量的完整信息反馈，包括移栽质量、缓苗时间、采收时间、丰产性、优质性、经济性等数字化，可以反向倒推育苗企业思考、改进育苗技术。通过 3 个单元频繁磨合、融会贯通、修正提高，从而构建数字种苗生产系统。

　　3.2.4　完善产学研协同创新机制　高效种苗生产体系建立，非一个学科，亦非一个单位可以完成，需要大联合，才能高效推进。长期以来，政府从政策制定、项目设置等方面积极鼓励种苗产、学、研联合，协同创新，快速推动种苗产业提质增效。其实，从产业发展与科技进步角度来看，产、学、研联合也是必由之路。中国农业科学院蔬菜花卉研究所牵头，于 2018 年联合全国 30 余个科研院所，依托山东安信种苗股份有限公司，组织成立全国蔬菜种苗科技协同创新中心，在技术与产品创新、试验示范、运行机制等方面已取得一定效果。