园艺产业现代化多元化与可持续发展课件.ppt
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- 园艺 产业 现代化 多元化 可持续发展 课件
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1、园艺产业现代化、多元化园艺产业现代化、多元化和可持续发展和可持续发展南京农业大学园艺学院南京农业大学园艺学院 园艺产业的现代化园艺产业的现代化 园艺学是一门传统学科,园艺产业是一个古老的产业。随着人类社会的发展,科学进步和技术创新使园艺科学和园艺产业不断发展,传统学科和古老产业进入了现代化进程。园艺产业现代化就是以现代科学和现代工程技术的发展为基础,将最新科学研究成果和工程技术成就应用于园艺产业,引导园艺产业的现代化。园艺产业现代化也是现代管理科学发展和应用的结果,也包含着产业经营管理的现代化。园艺产业现代化还包含园艺生态功能体现和人文作用的增强。园艺产业的多元化园艺产业的多元化 传统园艺产业
2、的主要功能是生产,是为消费者提供园艺产品。因此,传统园艺产业的功能是单一的,以物质生产为主要功能。随着人类社会的发展,园艺产业的功能也在不断拓展,呈现出多元化的趋势。园艺产业的多元化,就是指园艺产业从单一的物质生产功能向陶冶情操、满足精神享受的文化功能转化,向美化环境、改善生态的生态功能转化,以及调节心理、增强心理和生理健康的医疗功能转化。园艺产业现代化与多元化主要内容:园艺产业现代化与多元化主要内容:(1)现代高新技术在园艺产业中的应用;(2)园艺产品及生产过程的标准化和园艺生产经营 的产业化;(3)可持续发展的理念和技术在园艺产业中的应用;(4)拓展园艺产业功能、实现城乡一体化的都市园艺
3、与观光园艺;(5)使园艺产业走向家庭的园艺文化与园艺疗法。园艺产业可持续发展 当人类社会更加关注环境与可持续发展时,当生态环保与生存安全日益被人类所重视,园艺产业可持续发展的理念也越来越深入人心,可持续发展技术的应用也越来越普遍。园艺产业可持续发展就是指要发展生态园艺、无公害园艺和有机园艺。一、高新技术在园艺业中的应用一、高新技术在园艺业中的应用 高新技术包括空间技术、新能源、新材料、信空间技术、新能源、新材料、信息技术、生物技术等方面,息技术、生物技术等方面,每一个方面都有在园艺产业中应用的空间,都存在推动园艺产业的发展的巨大潜力。1 1、生物技术在园艺产业中的应用生物技术在园艺产业中的应用
4、 植物生物技术是指对植物品种和性状进行改造的生物技术,主要包括植物组织培养、人工种子、细胞工程、性状的分子标记和分子育种以及基因遗传转化(基因工程)等。植物基因工程和与之相关的组织和细胞培养技术、分子标记辅助育种技术在园艺产业中均得到应用。植物组织培养或称植物细胞工程是在园艺产业中应用最早、最广泛、成效最显著的植物生物技术。植物组织培养在园艺产业中的主要应用是种苗快速繁殖、脱毒育苗、种质资源保存和创新、新品种选育等。(1 1)植物组织培养植物组织培养 1965年,法国学者Morer率先建立了通过原球茎途径进行兰花扩繁的技术体系,利用兰花的一个芽经过原球茎,一年可获得400多万个兰花芽并再生成完
5、整植株,从而促进了所谓“兰花工业”的形成。兰花组织培养兰花组织培养兰花组培苗开花兰花组培苗开花 目前,已有葡萄、苹果、柑桔、草莓、香蕉等大部分果树,马铃薯、大蒜、芋头等多种蔬菜,以及众多的木本和草本花卉,尤其是兰花、红掌、一品红等高档花卉,通过组织培养的方式进行快速繁殖,其中有相当多的种类和品种实现了产业化。无性繁殖的园艺植物,如草莓、葡萄、香蕉、马铃薯、大蒜、非洲菊、一品红等,长期栽培和繁殖会感染并积累病毒。当病毒积累较多时,就会导致生长变弱、产量降低、品质变差、效益减少低。但至目前为止,还没有一种有效的药剂防治方法。大蒜胚性愈伤组织诱导大蒜胚性愈伤组织诱导一品红组织培养一品红组织培养大岩桐
6、组织培养大岩桐组织培养 以植物组织培养技术为基础的微茎尖培养,能够有效脱除病毒,再利用获得的脱毒苗进行扩繁,可以进行脱毒种苗的繁育。已在葡萄、草莓、苹果、柑桔、香蕉、大蒜、马铃薯、非洲菊等多种园艺作物上获得成功,实现脱毒种苗的产业化生产。我国马铃薯脱毒快繁产业化技术,已在国际上处于领先地位。马铃薯脱毒种薯工厂化生产马铃薯脱毒种薯工厂化生产脱脱 毒毒未未 脱脱 毒毒植株生长势植株生长势强,蒜头大强,蒜头大植株生长势植株生长势弱,蒜头小弱,蒜头小(2 2)分子标记辅助育种分子标记辅助育种 分子标记技术在植物分类和遗传多样性、种质资源保护和利用、亲缘关系分析、品种鉴定、亲本选择等多方面得到广泛应用。
7、分子标记辅助育种是借助于对与目标基因紧密连锁的遗传标记的基因型分析,鉴定分离群体中含有目标基因的个体,提高选择的效率,减少育种过程中的盲目性,加速育种进程。利用分子标记技术,可以对果树、蔬菜、花卉等多种园艺作物的重要经济性状进行标记,为这些重要性状的应用提供了方便快捷的途径。分子标记种类:RFLP标记(限制性片段长度多态性),RAPD标记(随机扩增多态性DNA),AFLP标记(扩增片段长度多态性),SSR标记(简单重复序列)等。通过分子标记和遗传作用,已建立了西红柿、黄瓜等多种园艺作物分子图谱。而将分子标记用于亲本之间遗传差异和亲缘关系的确立,有助于杂种优势群的划分,提高杂种优势潜力。(3 3
8、)植物基因工程技术植物基因工程技术 自从1983年世界上首次成功获得第一株转基因植物,植物基因工程技术在作物品种改良、抗虫剂、抗除草剂、杂种优势的利用等方面得到广泛应用。美国、加拿大等国家已有众多转基因作物品种得到应用,其中以大豆、玉米、水稻等粮食作物为主。园艺作物转基因育种与大田作物相比还有一定差距,但部分品种已通过转基因技术获得了新的性状,成为具有某种特定性状和功能的转基因品种,如番茄、马铃薯、白菜、香蕉、木瓜、香木瓜、康乃馨等。美国加州基因公司利用他们获得专利的生物基因技术,将番茄中引起腐烂的基因加以复制,获得第一种转基因作物品种番茄。1997年,我国第一例转基因耐贮藏番茄获准进行商业化
9、生产,2002年又有抗病毒番茄、抗病毒甜椒、改变花色的矮牵牛花等园艺作物品种进入商品化生产。我国第一例转基因番茄品种我国第一例转基因番茄品种转基因棉花转基因棉花 抗虫棉抗虫棉2 2、信息技术在园艺产业中的应用信息技术在园艺产业中的应用信息技术是当今世界发展最快的高新技术,它正推动着全球经济朝着以计算机及信息网络为基础的信息化方向发展。在这一背景下,信息技术目前被广泛应用在农业各个领域,农业信息化已成为现代农业的重要标志。农业信息技术是信息技术与农业科学技术的有机地结合。农业信息技术着重研究农业系统中生物、土壤、气候、经济和社会等信息的综合管理和利用,通过建立智能化信息系统或决策支持系统,为不同
10、层次的用户提供单机决策或网络系统服务。农业信息技术使得农业生产系统从定性理解到定量分析,从概念模式到模拟模型,从专家经验到优化决策,实现定时、定量、定位的智能化农作管理。农业信息技术主要包括农业信息网络、农业数据库、管理信息系统、决策支持系统、专家系统、3S技术(遥感系统:RS;全球定位系统:GPS;地理信息系统:GIS;简称3S技术)、信息化自动控制技术、农业多媒体、精准农业、生物信息学、数字图书馆等内容。在农业信息科学技术中,以3S技术和精准农业应用最为广泛和成功。而信息化自动控制技术在设施园艺和工厂化农业中应用广泛,生物信息学则是近年发展起来的生物学领域的前沿学科,农业信息网络和农业数据
11、库更是延伸到农业各个部门和领域,甚至开始走向千家万户。现代信息技术应用于农业,大致始于20世纪60年代。经历了由简单向综合、由低级向高级、由单机到网络化的发展过程。在短短几十年中,以计算机为基础的现代信息技术,特别是微电子技术,迅速渗透到农业的各个领域,使农业生产实现了自动化,极大地提高了生产率。“3S”技术和互联网等现代信息技术的发展及其相互间的渗透,形成了以地理信息系统为核心的集成化技术系统。这些现代信息技术在农业领域的综合发展及其应用日益深广,最终促使了“农业信息化”的产生与发展。农业信息化在发达国家已被广泛应用,在美国的农业生产中,82%的土壤采样使用地理信息系统(GIS),74%的农
12、田用GIS制图,38%的收割机带有测产器,61%的作物采用产量分析系统,90%的耕地采用精确农业技术。法国农业部植保总局建立了全国范围的病虫测报计算机网络系统,可适时提供病虫害实况、农药残毒预报和农药评价信息。日本农林水产省建立了水稻、大豆、大麦等多种作物品种、品系的数据库系统。新西兰农牧研究院利用信息技术向农场提供土地肥力测定、动物接种免疫、草场建设、饲料质量分析等信息服务。我国引进农业信息化的概念是在20世纪80年代。经过20多年发展,我国农业科研部门已在系统开发、数据库、信息管理系统、遥感技术应用、专家系统、决策支持系统、地理信息系统等高端研究领域取得了成果,某些领域已达到了国际先进水平
13、。农业信息技术在园艺产业得到广泛应用。如果树、蔬菜的专家管理系统,园艺作物栽培管理、施肥技术和病虫害防治辅助专家决策系统,工厂化农业的作物生长模拟和信息自动控制系统,农业数据库和园产品交易信息网络系统,“3S”技术在果树、蔬菜精确种植及农产品安全生产监测检测,农业信息技术在园林绿化中的应用等。可以说,农业信息技术渗透到园艺产业和园艺科研的所有方面,显示出巨大大应用和发展潜力。3 3、植物工厂植物工厂 植物工厂(Plant Factory)是在设施园艺的基础上发展起来的高度自动化的植物生产系统,是现代生物技术、工程技术和信息技术的综合应用和高度体现。植物工厂植物工厂是指通过对栽培设施内的环境进行
14、高精度的控制,实现农作物,主要是蔬菜等园艺作物的周年连续高效生产的系统。也就是利用计算机对植物生长发育的温度、光照、湿度、CO2浓度以及营养液供应等环境条件进行自动控制,使设施内环境条件不受或少受自然环境条件制约,完全按植物生长发育要求设置,实现集约型、高效率、省力化生产。植物工厂的生产对象包括蔬菜、花卉、果品、药材和食用菌园艺作物等。植物工厂的建立和生产管理依托建筑工程、环境工程、材料科学、生物技术、信息技术(包括网络通讯、人工智能、模拟与控制)等学科技术为基础,是知识与技术密集的集约型农业生产方式,集中体现了高新技术在园艺产业的综合应用。植物工厂具有以下特点:植物工厂具有以下特点:产品生产
15、计划性强,可实现周年均衡生产。植物生长速度快、生长周期短、生产效率高。环境自动调控,生产管理机械化和自动化程度高,甚至有 机器人参与生产和管理。能有效地防止有害昆虫和病原物侵入,不必施用农药,不 仅产品安全性高,对环境也没有污染,实现清洗生产。可采用多层立体方式栽培,节省土地和能源。不受或很少受地理、气候、环境等自然条件限制,摆脱了 灾害性气候的影响,对场地条件没有特殊要求。植物工厂的应用还存在一些问题。主要问题主要问题是投资大、建设成本高,限制了其在经济欠发达地区的应用和发展。此外,在环境控制技术方面还有待于完善和提高,才能更加符合植物生长发育的需求。根据1987年日本电力中央研究所资料,建
16、造的一座1000m2人工光源利用型植物工厂人工光源利用型植物工厂,仅空调和照明、厂房建筑及栽培设施三项,每平方米造价折合人民币7820元,其中空调和照明设备占39%,厂房建筑占28%,栽培设施占22%,其他占11%。如果加上附属设备,则每平方米造价折合人民币约10000元左右。不仅建造成本高,运行成本也高,其中最大支出是电能成本,全人工光源的电能成本约占总成本的40%。性能指标露地栽培设施栽培栽物工厂产 量低较高,为露地栽培的35倍或更高高,为露地栽培的1020倍价 格低较高,产品质量好于露地栽培高,产品无污染、质量高产 值低较高,为露地栽培的510倍高,为露地栽培的3060倍周年生产做不到有
17、限做到,困难较大完全可以地理气候影响影响大有一定影响,可以克服没有或很少农药施用必要较 少一般不用,有时消毒用少量药剂劳动强度繁 重稍 轻轻机械化程度低较 高很 高不同生产方式的特性比较不同生产方式的特性比较 从上个世纪50年开始,国际上开始研究植物工厂的可行性。1953年和1957年日本和前苏联相继建成了大型人工气候室,进行人工可控环境下植物栽培的试验。世界上第一座植物工厂于1957年在丹麦约克里斯顿农场建成,面积1000m2。1973年,英国温室作物研究所Coopre教授发明营养液膜法(NFT)无土栽培方式,推动了植物工厂的发展。这一时期,美国、日本、英国、奥地利、挪威、希腊等国近20个企
18、业都曾利用植物工厂进行莴苣(生菜)、番茄、菠菜、药材的生产,但除日本发展较快外,其它国家大都停留在小规模研究示范阶段。20世纪80年代中期,欧美各国及日本相继建起具有实用价值的植物工厂,如美国亚基塔尼约卢米德兰农场建立的一座面积为18000m2的植物工厂为迄今世界上规模最大的植物工厂。1985年在筑波世博会上,日本展示了一套三层楼高的塔式人工光源植物工厂,随后千叶、东京等地陆续出现了生产莴苣、苜蓿苗、豆芽菜和菠菜等蔬菜的植物工厂。从1992年到2002年的10年间,日本建成和运行的植物工厂有26个,总规模达18900m2,其中以神内公司的植物工厂规模最大。其总面积为8828.46m2,生产“沙
19、拉莴苣”和“桑秋莴苣”。我国“九五”期间,原国家科委立项“国家重大科技产业化工程工厂化高效农业示范工程”在北京、上海、广东、浙江和辽宁同时展开,对我国工厂化农业的发展起了重要推动作用。1999年前后,我国还分别在北京和深圳引进两套加拿大植物工厂水培生产系统,生产水培生菜,对我国植物工厂有一定示范作用。但真正意义上的植物工厂在我国仍属空白,与国外有较大差距。准植物工厂准植物工厂黄瓜无土栽培黄瓜无土栽培生菜无土栽培生菜无土栽培生生 菜菜 深深 水水 培培植植 物物 工工 厂厂4 4、航天育种航天育种 航天育种也称太空育种、空间诱变育种,是利用卫星、飞船等返回式航天器将作物的种子、组织、器官或生命个
20、体搭载到宇宙空间,在太空诱变因子作用下,使其发生性状变异,利用有益的变异选育出作物新品种的技术。目前太空育种主要采用两种方法:目前太空育种主要采用两种方法:一种是利用返回式卫星或飞船作为运输工具,将种子带到200千米到300千米的空间,经过815天的太空旅行,使作物基因产生一定的变异;另一种是让作物种子依赖高空气球运行到30千米至40千米的高度,停留10小时左右,也能导致作物基因变异。航天育种的原理:航天育种的原理:利用空间宇宙射线、微重力、高真空、交变磁场等因素,对农作物种子或微生物产生诱变作用,使其产生变异,再经地面常规选育,培育出新种质、新品系、新品种的育种新技术。由于航天环境有许多地面
21、难以获得的诱变因素和多因子综合作用的条件,某些作物品种可能出现一些在地面难以出现的特异性状,这为遗传育种提供了新的种质资源,从而创造出更优良的作物新品种。空间植物和微生物变异理论由美俄科学家率先提出,但国外航天育种工作开展的很少。美国曾将玫瑰和大豆进行太空诱变,以期获得高玫瑰油产量的玫瑰植株突变体,以及优良的大豆新性状。俄罗斯则将圣诞树进行太空诱变,诱变后的圣诞树长得非常高大。太空育种是我国独创的育种方式,自1987年中期以来,我国成功进行了10多次搭载试验,作物涉及粮棉油及蔬菜等。航天育种有以下特点:航天育种有以下特点:能诱发作物种子产生遗传变异。多数变异性状稳定较快,有利于加速育种过程。能
22、提高农作物产量。具试验,番茄、黄瓜不仅口感好、耐 贮存;还可提高产量20%以上。能改良农作物的品质。航天青椒果实大、品质优,平均单 果重350,果实中的Vc含量提高10%25%。具有变异谱宽、变异率高、有益变异多,抗病抗逆性提高 等特点。可出现常规育种不易出现的变异航天育种显现出。太空育种图解太空育种图解 1987年我国开始将农作物种子搭载卫星上天。中科院植物所、微生物所、遗传所、上海植物生理所、昆明植物所和解放军兽医大学等单位,调来20多种微生物材料和植物种子,总重量不足5kg。将上述种子等材料密封在玻璃管中,送入太空转了7,从此揭开了中国航天育种的序幕。目前我国已进行10多次航天搭载育种中
23、,共搭载了包括粮食作物、经济作物、蔬菜、花卉、微生物菌株等800多个品种,经全国23个省市109个科研和生产单位的农业专家和技术人员的试验选育,取得了可喜成果。已培育出了一批高产、优质的粮食、蔬菜新品系及有特殊性状的种质资源。目前已有水稻、小麦、油菜、青椒、黄瓜、番茄、大葱、西瓜等作物在试种、示范和推广。园艺作物航天育种的重要成果表现在“航天蔬菜品种”的成功培育。青椒通过航天搭载,变得果大色艳,又嫩又香,子少肉厚,除了产量提高20%左右外,平均单果重达350,最大单果重达500以上,保护地单产910.5万kg/hm2。果实Vc和可溶性固态物及铜、铁等微量元素含量比原来高出7%20%。太空樱桃番
24、茄含糖量高达13%,口感鲜甜,可当水果食用。中国科学院遗传研究所将卫星搭载的黄瓜种子后代经5年选育,已经获得产量高、口味好、果型大的新品系,单产达9万kg/hm2左右。太空黄瓜不仅口感好、耐贮存,而且产量提高20%以上。一条黄瓜最重可达1500 g。这些品种还具有很强的地面环境适应性和抵御病虫害的能力。中国科学院遗传研究所在1996年搭载了20种花卉种子,后代出现了一些有益性状突变。一串红获得了花朵大、花期长、分枝多、矮化性状明显等变化;三色堇的花色变为浅红色,花期更长;纯红色的矮牵牛出现了花色相间,一株上 长出不同颜色的花朵。一般认为,航天技术育成的新品种,不存在基因安全性的问题,不存在放射
25、性的问题,不存在辐射剂量过高的问题,也不存在有毒有害物质的问题。因此,人们食用航天育成的农作物新产品是安全的,不会发生遗传性的影响和为害。二、园艺产业的标准化与产业化二、园艺产业的标准化与产业化1 1、园艺产业的标准化、园艺产业的标准化 标准的定义:标准的定义:国家标准GB/T3935.1-1996标准化和有关领域的通过术语第1部分:基本术语中,根据ISO/IEC对标准概念进行规定:“标准是为在一定范标准是为在一定范围内获得最佳秩序,对活动或其结果规定共同的和重围内获得最佳秩序,对活动或其结果规定共同的和重复使用的规则、导则或特性文件。该文件经协商一致复使用的规则、导则或特性文件。该文件经协商
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