中科三安供圖
近日， 在福建省廈門市的一些大型超市、酒店裡開始出現一種綠色安全且口感非常好的特殊蔬菜， 並且深受大眾喜愛。 這種蔬菜之所以特殊， 是因為它們生長在無須陽光和土壤的植物工廠裡， 不會受到環境的影響和污染。
11月底， 記者實地探訪了位於福建省安溪縣湖頭光電園區的全球最大植物工廠，
近年來， 中國科學院植物研究所（以下簡稱植物所）和福建三安集團共同發起成立的福建省中科生物股份有限公司（以下簡稱中科三安）， 採用光生物學的技術和理念， 進行植物工廠的技術研發和產業化應用。 11月28日， 雙方共同發起的福建省中科生物股份有限公司院士專家工作站正式成立。 同期， 由福建省科技廳主辦、中科三安承辦的以“光生物技術應用與植物工廠產業化”為主題的第二十四次鼓嶺科學會議舉行。
“院士專家工作站的成立， 非常合適也非常重要， 真正做到了強強聯合。 植物所扎實的光生物學科研基礎與中科三安雄厚的光電技術相碰撞， 打造一個戰略新興產業， 今後在國內外會有很強的競爭力。 ”中國科學院院士、植物所研究員匡廷雲在接受《中國科學報》記者採訪時如是說。
強強聯合探路千億級產業
隨著環境污染的加劇、水資源和土地資源的緊缺， 農業生產面臨越來越大的壓力。 科學家們開始探尋一種全新的顛覆性的生產模式——全智慧化植物工廠。
“植物工廠是光電產業與生物學產業結合的新興產業形式， 不受自然環境制約， 具有全天候高效的生產方式， 能大幅提高土地利用率、降低勞動成本，
福建三安集團也看到了植物工廠未來廣闊的發展前景。 隨著成本大幅降低， 照明滲透率逐步提高， LED成為高效節能的新一代綠色照明光源。 到2020年， 半導體照明產業整體產值要達到萬億元規模， LED的研發和應用， 將達到一個前所未有的黃金期。 LED照明產業的發展也正契合了植物工廠產業化和井噴爆發期的需求。
要想從光電產業跨界到“光生物”產業， 如何讓兩個領域擦出全新的火花， 如何發揮自身優勢將產業做大做強， 福建三安集團意識到需要科技的支撐，於是他們積極尋求植物所的幫助。2015年，雙方共同發起成立了中科三安，合力開展植物工廠的有關工作，以期共同推動光生物產業的快速發展。
“雙方的合作可以充分發揮各自在植物學領域與光電技術領域的特長，真正實現優勢互補。”中科三安總經理占卓在接受《中國科學報》記者採訪時表示。
協同創新誕生最大植物工廠
匡廷雲介紹，我國植物工廠起步雖然較晚，但發展速度非常快，科研與產業界近年來開展相關領域的一系列研究，並取得了較大突破與實際成果。
在植物所與福建三安集團共同努力下，產業基地首年完成投資超11億元，建成標準化廠房6萬平方米，成為全球最大的植物工廠。首個1萬平方米的植物工廠已於2016年6月順利投產，通過了食品安全管理體系ISO22000認證和品質管制體系ISO9001認證，日產綠色無污染、高品質蔬菜1.8噸，成為國內商業化人工光型植物工廠的傑出代表。
為了更有效地促進產學研有機結合和協同發展，“植物工廠研發中心”及技術指導委員會應運而生，由匡廷雲院士、方精雲院士擔任技術指導委員會主任。植物所先後優選了近20名博士長期派駐福建三安集團開展技術研發並提供技術支撐。
經過雙方努力，中科三安植物工廠專案被列入中科院“十三五”重點培育方向，同時得到了中科院科發局STS項目支援，與此同時，植物工廠專案也列入了福建省重點支持專案之一。
為了促進科研與實體產業更加緊密地結合，雙方合作組建了“植物工廠研究院”。植物所推薦李紹華研究員擔任院長，十多位國內外知名科學家擔任科研顧問。研究院設立以植物照明、生物製藥、裝備研究、資源開發、檢測檢驗為目標的研究方向，有機結合光生物學、園藝學、營養學、植物學、植物化學等學科開展工作。
李紹華向《中國科學報》記者透露，研究院將利用企業自身在技術、資金、人才方面的優勢，率先在國內主要特大型城市建設規模以上示範基地，為消費者提供綠色無污染、高品質的蔬菜、瓜果和保健食品，並在國外熱點地區建立示範基地，推廣具有我國自主智慧財產權的系統裝備和相關技術。
“植物工廠憑藉其在產能、食品安全上的優勢，相比傳統的大田栽培，會越來越有競爭力，更大範圍地惠及百姓。”李紹華說。
軟硬結合打造健康食材
“植物工廠的打造需要同時具備軟體和硬體，軟體就是首先要考慮培養什麼樣的植物，比如蔬菜、水果、花卉等。而硬體就是要具備高新技術，每種植物都需要瞭解具體的光配方、營養組合等等，根據植物的需要智慧化調節環境，通過合成生物學、基因工程等高新技術來‘改造’，使植物能滿足我們對品質的要求。”匡廷雲表示。
實際上，植物工廠給每個植物都進行了科學的“光配方”。“光配方”是一項根據不同植物品種在不同發育階段所需要的光照進行的長期複雜性研究，是開發的重點，“‘光配方’意味著更快的生長速度、更高的產量和更優秀的品質。”李紹華介紹。
植物工廠以節能LED植物生長燈為光源，採用製冷—加熱雙向調溫控濕、光照—二氧化碳耦聯光合與氣肥調控、營養液線上檢測與控制等相互關聯的控制子系統，可即時對植物工廠的溫度、濕度、光照、氣流、二氧化碳濃度以及營養液等環境要素進行自動監控，實現智慧化管理。
經過創新研發和科技攻關，中科三安科研團隊在兩年多的時間裡取得多項技術突破，包括植物光配方的研發以及植物照明產品的研製、高效均衡植物營養液的開發及其迴圈利用方式的創新、蔬菜品種的選擇及其栽培方式的優化、智慧化栽培設施的研製等等。
目前，中科三安植物工廠的蔬菜產品已在福建廈門、福州和泉州等地100多家大型商超、星級酒店和高檔餐廳陸續上市，得到了消費者的高度好評。
“他們只要用了我們的產品就離不開了，因為這種生產方式有很多特點是傳統農業沒有的，比如周年沒有季節變化、品質變化、價格變化，不再靠天吃飯，這種‘穩定’正是商業經濟需要的。”占卓表示，他們還在對蔬菜品質進行提升，讓口感、風味等進一步優化。
今年9月，中科三安植物工廠的產品作為金磚國家領導人會晤宴餐的指定產品，擺上了國宴餐桌，並得到各國賓客的青睞，這更讓科研人員增加了研發的動力。
除了在國內吃香，中科三安植物工廠以及配套技術同樣走出了國門。該公司已在美國內華達州拉斯維加斯投資建成了2萬平方米的生產基地，首個5千平方米的植物工廠將在今年年底投產，產品全部供應拉斯維加斯的米高梅MGM酒店等星級酒店。
占卓介紹，公司已獲授權84項專利，發明專利占65%以上，公司關鍵性技術設備的PCT國際專利已覆蓋歐美等國家和地區，並出口美國、歐洲、日本、新加坡等國，代表了我國先進室內設施農業的頂尖水準，已具備向發達國家輸出的能力。
新藥研發助力大健康產業
關於植物工廠的應用領域，中科三安還有一個重要的計畫就是對創新藥物的研發，這也是他們未來的主攻方向之一。
“我們要選一些在野外環境裡難以生存、難以複製、難以獲得，同時在工廠可以解決，而傳統生產方式或者培育方式不能培育的材料，通過工廠化技術調節讓材料裡面的植物化合物和代謝產物富集起來，這就為我們做生物醫藥材料開闢了新的途徑，獲得有效成分的成本和來源更穩定。”占卓說。
不僅如此，在匡廷雲看來，植物工廠在促進中醫藥產業發展方面也會發揮很大的作用。傳統中藥材種植，常常受到農藥污染或者重金屬污染的影響，而且有效成分含量並不穩定，這會大大影響配方治療效果。如果用植物工廠來生產名貴中藥材，其產量、品質以及有效成分都可以得到保證。
位於湖頭基地的植物工廠，不僅生產高品質的安全蔬菜，更有保健品、特種藥用植物生產及抗腫瘤等重大疾病醫藥中間體材料等。
今年7月開始，公司正式開始藥用植物在植物工廠的生產，首條金線蓮生產線已投產，並取得有機轉換認證證書。記者在中科三安植物工廠的生產車間裡看到了健康生長的金線蓮、石斛等多種名貴中草藥材。
“創新藥物的研發，將來可以為人類大健康產業作出貢獻。不過，研究起步較晚，一切才剛剛開始，未來還有很長的路要走。”李紹華說。
占卓認為，植物工廠的發展前景不可限量。該公司生產的太陽能一體化集裝箱植物工廠已經發往邊疆，將首次在5千米海拔高度的無人區實現蔬菜生產，為保障邊防戰士的生活補給作出貢獻。
“植物工廠是設施農業的最高級發展階段，能大幅提高土地利用率，解決日益突出的食品安全問題；不僅在都市農業，還將在國防裝備、遠洋艦船、沙漠荒島、航空航太等特殊環境領域，具有重要的戰略意義和廣闊的應用空間。”占卓對植物工廠的未來充滿了信心。
福建三安集團意識到需要科技的支撐，於是他們積極尋求植物所的幫助。2015年，雙方共同發起成立了中科三安，合力開展植物工廠的有關工作，以期共同推動光生物產業的快速發展。“雙方的合作可以充分發揮各自在植物學領域與光電技術領域的特長，真正實現優勢互補。”中科三安總經理占卓在接受《中國科學報》記者採訪時表示。
協同創新誕生最大植物工廠
匡廷雲介紹，我國植物工廠起步雖然較晚，但發展速度非常快，科研與產業界近年來開展相關領域的一系列研究，並取得了較大突破與實際成果。
在植物所與福建三安集團共同努力下，產業基地首年完成投資超11億元，建成標準化廠房6萬平方米，成為全球最大的植物工廠。首個1萬平方米的植物工廠已於2016年6月順利投產，通過了食品安全管理體系ISO22000認證和品質管制體系ISO9001認證，日產綠色無污染、高品質蔬菜1.8噸，成為國內商業化人工光型植物工廠的傑出代表。
為了更有效地促進產學研有機結合和協同發展，“植物工廠研發中心”及技術指導委員會應運而生，由匡廷雲院士、方精雲院士擔任技術指導委員會主任。植物所先後優選了近20名博士長期派駐福建三安集團開展技術研發並提供技術支撐。
經過雙方努力，中科三安植物工廠專案被列入中科院“十三五”重點培育方向，同時得到了中科院科發局STS項目支援，與此同時，植物工廠專案也列入了福建省重點支持專案之一。
為了促進科研與實體產業更加緊密地結合，雙方合作組建了“植物工廠研究院”。植物所推薦李紹華研究員擔任院長，十多位國內外知名科學家擔任科研顧問。研究院設立以植物照明、生物製藥、裝備研究、資源開發、檢測檢驗為目標的研究方向，有機結合光生物學、園藝學、營養學、植物學、植物化學等學科開展工作。
李紹華向《中國科學報》記者透露，研究院將利用企業自身在技術、資金、人才方面的優勢，率先在國內主要特大型城市建設規模以上示範基地，為消費者提供綠色無污染、高品質的蔬菜、瓜果和保健食品，並在國外熱點地區建立示範基地，推廣具有我國自主智慧財產權的系統裝備和相關技術。
“植物工廠憑藉其在產能、食品安全上的優勢，相比傳統的大田栽培，會越來越有競爭力，更大範圍地惠及百姓。”李紹華說。
軟硬結合打造健康食材
“植物工廠的打造需要同時具備軟體和硬體，軟體就是首先要考慮培養什麼樣的植物，比如蔬菜、水果、花卉等。而硬體就是要具備高新技術，每種植物都需要瞭解具體的光配方、營養組合等等，根據植物的需要智慧化調節環境，通過合成生物學、基因工程等高新技術來‘改造’，使植物能滿足我們對品質的要求。”匡廷雲表示。
實際上，植物工廠給每個植物都進行了科學的“光配方”。“光配方”是一項根據不同植物品種在不同發育階段所需要的光照進行的長期複雜性研究，是開發的重點，“‘光配方’意味著更快的生長速度、更高的產量和更優秀的品質。”李紹華介紹。
植物工廠以節能LED植物生長燈為光源，採用製冷—加熱雙向調溫控濕、光照—二氧化碳耦聯光合與氣肥調控、營養液線上檢測與控制等相互關聯的控制子系統，可即時對植物工廠的溫度、濕度、光照、氣流、二氧化碳濃度以及營養液等環境要素進行自動監控，實現智慧化管理。
經過創新研發和科技攻關，中科三安科研團隊在兩年多的時間裡取得多項技術突破，包括植物光配方的研發以及植物照明產品的研製、高效均衡植物營養液的開發及其迴圈利用方式的創新、蔬菜品種的選擇及其栽培方式的優化、智慧化栽培設施的研製等等。
目前，中科三安植物工廠的蔬菜產品已在福建廈門、福州和泉州等地100多家大型商超、星級酒店和高檔餐廳陸續上市，得到了消費者的高度好評。
“他們只要用了我們的產品就離不開了，因為這種生產方式有很多特點是傳統農業沒有的，比如周年沒有季節變化、品質變化、價格變化，不再靠天吃飯，這種‘穩定’正是商業經濟需要的。”占卓表示，他們還在對蔬菜品質進行提升，讓口感、風味等進一步優化。
今年9月，中科三安植物工廠的產品作為金磚國家領導人會晤宴餐的指定產品，擺上了國宴餐桌，並得到各國賓客的青睞，這更讓科研人員增加了研發的動力。
除了在國內吃香，中科三安植物工廠以及配套技術同樣走出了國門。該公司已在美國內華達州拉斯維加斯投資建成了2萬平方米的生產基地，首個5千平方米的植物工廠將在今年年底投產，產品全部供應拉斯維加斯的米高梅MGM酒店等星級酒店。
占卓介紹，公司已獲授權84項專利，發明專利占65%以上，公司關鍵性技術設備的PCT國際專利已覆蓋歐美等國家和地區，並出口美國、歐洲、日本、新加坡等國，代表了我國先進室內設施農業的頂尖水準，已具備向發達國家輸出的能力。
新藥研發助力大健康產業
關於植物工廠的應用領域，中科三安還有一個重要的計畫就是對創新藥物的研發，這也是他們未來的主攻方向之一。
“我們要選一些在野外環境裡難以生存、難以複製、難以獲得，同時在工廠可以解決，而傳統生產方式或者培育方式不能培育的材料，通過工廠化技術調節讓材料裡面的植物化合物和代謝產物富集起來，這就為我們做生物醫藥材料開闢了新的途徑，獲得有效成分的成本和來源更穩定。”占卓說。
不僅如此，在匡廷雲看來，植物工廠在促進中醫藥產業發展方面也會發揮很大的作用。傳統中藥材種植，常常受到農藥污染或者重金屬污染的影響，而且有效成分含量並不穩定，這會大大影響配方治療效果。如果用植物工廠來生產名貴中藥材，其產量、品質以及有效成分都可以得到保證。
位於湖頭基地的植物工廠，不僅生產高品質的安全蔬菜，更有保健品、特種藥用植物生產及抗腫瘤等重大疾病醫藥中間體材料等。
今年7月開始，公司正式開始藥用植物在植物工廠的生產，首條金線蓮生產線已投產，並取得有機轉換認證證書。記者在中科三安植物工廠的生產車間裡看到了健康生長的金線蓮、石斛等多種名貴中草藥材。
“創新藥物的研發，將來可以為人類大健康產業作出貢獻。不過，研究起步較晚，一切才剛剛開始，未來還有很長的路要走。”李紹華說。
占卓認為，植物工廠的發展前景不可限量。該公司生產的太陽能一體化集裝箱植物工廠已經發往邊疆，將首次在5千米海拔高度的無人區實現蔬菜生產，為保障邊防戰士的生活補給作出貢獻。
“植物工廠是設施農業的最高級發展階段，能大幅提高土地利用率，解決日益突出的食品安全問題；不僅在都市農業，還將在國防裝備、遠洋艦船、沙漠荒島、航空航太等特殊環境領域，具有重要的戰略意義和廣闊的應用空間。”占卓對植物工廠的未來充滿了信心。