茶树良种化是茶叶优质高效生产的基础,世界各产茶国都把推广无性系良种作为提高产品质量、占领茶叶市场的首要举措。目前,国内茶树无性繁育技术普遍采用短穗扦插,育苗周期一般为13-18个月,周期长,管理成本高。设施农业是近年来快速发展的农业新技术,在国内外蔬菜、花齐和林木等行业有了较多的应用,温室大棚智能快速繁殖是发展茶树无性系良种较快的主要方式之一,与传统的茶树短穗扦插繁殖相比,具有环境因子可人为控制,繁殖周期短,速度快、效率高,可周年生产,节省育种材料,保持茶树原有优良性状等优点,能在短期内得到大量遗传性状一致的植株品系。
贵州省茶叶研究所于2008年引进茶树智能快繁育苗技术,通过两年多的试验研究,取得了初步成效,达到了1年出圃两批茶苗的良好效果。为加快茶树智能快繁育苗技术的推广,促进贵州茶树良种化的普及,笔者等对智能快繁技术进行总结,以期为贵州特色茶业产业发展提供快繁共享平台。
一、茶树种苗智能温室大棚建设
温室大棚智能快繁体系主要由大棚、土建、快繁 智能化控制系统3个主要部分构成(图1)。
1.1 大棚建造
连栋阳光温室大棚于2008年9月建成,占地1000m2,大棚展开面积2000m2,整个大棚材料采 热镀锌管以及中空有机阳光板,确保经久耐用,使 用寿命达20年以上。大棚两侧开窗,全自动外遮阳系统。
1.2 土建
在棚内设有4个快繁区,32个苗床,每个苗床面积30m2。各苗床预埋线管与主机相连。另有水泥地坪、排水沟、风机台;棚外设避风墙、边沟、水泥地坪、蓄水池。
1.3 快繁智能化控制设备
1.3.1 快繁智能化控制设备由智能系统、智能控制辅助系统以及管道系统3部分构成。
智能系统智能系统由快繁主机、分控器、智能叶片、气候棒和传感器组成。其中,快繁主机和分控器为快繁设备的智能运算系统,智能叶片、气候棒和传感器为计算机的信号数据收集系统。
1)主机。由4台快繁计算机组成,是整个快繁智能化计算机的操作平台,面向整个快繁区进行控制命令输出和信号数据的收集与处理。
2)分控器。快繁计算机共有4个分控器,各分控器仅针对各控制分区进行信号收集处理和命令输出,共有4个分区32个苗床。
3)智能叶片。智能叶片是分区控制器的信号采集设备,安装在各分区的苗床内,与各分控器相连接,为各分控器采集大棚内对应分区的各项气候因子数据。采集的数据包括:温度(各分区苗床内叶片的微域环境温度)、叶片水膜(各分区苗床内叶片上的水膜厚度)、基质温度(各分区苗床内基质温度)、 基质湿度(各分区苗床内基质湿度)、环境光照(各分区苗床自然日照光照量)。.
4)气候棒和传感器。气候棒为快繁主机的信号数据采集设备,悬挂在大棚内整个快繁区的正上方,气候棒收集的数据有:环境温度(整个快繁区的环境温度)、环境湿度(整个快繁区的空气湿度)、环境光照(整个快繁区自然日照光照强度)。
传感器也属快繁主机的信号数据采集设备,分营养EC液传感器、营养液缺水传感器和清水池缺水传感器3种,它们均与计算机内的快繁主机相连接。营养液EC传感器收集检测营养液EC值及营养液的电导率,即营养液的浓度;营养液缺水传感器采集营 养液缺水信号,营养液桶内是否缺水;清水池缺水传 感器采集清水池缺水信号,清水池内是否缺水。
1.3.2智能控制辅助系统快繁计算机的智能控制辅助系统是快繁计算机实现控制输出的手段。由弥雾控制系统、加温系统、营养补充系统、光照系统和降温系统组成。
1)弥雾控制系统。由各分区的控制器控制,根据智能叶片的温度、湿度、水分蒸发系数、基质温度、基质湿度等信息反馈到快繁主机专家系统。专家系统智能地控制外围设备(电磁阀、水泵等)的启停,使水分或营养液通过管道系统得到适时的补充和调节。另外,利用此管道系统也可在“人工干预”模式下进行施肥、打药。
2)加温系统。由各分区控制器控制,在各苗床底部均安置有加热线,当温度变化时,计算机会智能调控开启加温设备。
3)营养补充系统。由快繁主机控制,对整个快繁区进行营养液喷施。此系统主要在“人工干预”模式下操作,喷施时,先将快繁主机状态设定为“人工干预”模式,然后按“营养选项”,即实现整个快繁区的营养喷施。
4)光照系统。由各分区的控制器控制,智能叶片的感光材料记录每天的光照时间和强度累计量, 与预先在“参数设置”中设置的光照时间、强度及茶树需光照类型相对比后进行运算,促使控制光设备运行达到最佳光照计量。补光系统只在19:00至第二天凌晨4:00运行。
5)降温系统。由快繁主机控制的2台风机组成,当气候棒检测到环境温度和湿度发生变化时,根据“参数设置“的范围,主机自动控制2台风机的启停。
6)管道补偿系统。在弥雾时,由于管道过长,管道的起始端和末尾端受水流的速度、压力、管道的粗细等参数的影响,其水在还没有喷到末端时,系统启动水泵或电磁阀的执行已经停止。因此,计算机还附加有管道补偿功能,设置好后,由计算机自动控制。
1.3.3 管道系统管道系统分为2个部分,清水管道和营养管道。清水管道由蓄水池、1个压力泵、 1个过滤器、4个电磁阀、4个止回阀、淸水主管道、 弥雾管道及喷头构成;营养管道系统由蓄水池、1个营养液桶、1个压力泵、1个过滤器、4个电磁阀、4个止回阀、营养主管道、弥雾管道及喷头构成。
蓄水池实现蓄放并净化井水,连接清水和营养2个系统;营养液桶用于存放配制好的营养液;压力泵为实现弥雾效果.而对管道中的淸水或营养液增强压力;过滤器用于过滤掉水中的杂质;电磁阀即为电动控制管道的开闭连接到计算机上;止回阀是限制管道中的水流仅向一个方向流动;主管道使仅流动清水或营养液的管道与苗床上的弥雾管道接通;弥雾管道是铺架在各亩床上方并装有喷头的管道,为清水管道系统和营养管道系统共用,各苗床的弥雾管道上都装有手阀,可以通过手动关闭前面的手阀来控制单个苗床的弥雾,或手动开启后面的手阀来进行管道清洗。喷头实现弥雾功能。
二、 温室大棚茶树智能快繁的技术流程及技术要点
2.1 技术流程
茶树母本园—穗条的留养与管理—快繁材料的 采集与制作处理—接种于智能化苗床—计算机自动 控制(施肥、防虫)—成苗一良种茶苗推广应用。
2.2 技术要点
2.2.1 扦插时间扦插时间宜控制在8月上旬前或11月中旬后,可确保育苗周期为47个月。
2.2.2 基质用珍珠岩与酸性土混合作为基质,利用珍珠岩通透性好,保湿性好的特点很快产生爆发根,同时土壤中有各种营养元素供茶苗生长利用, 培养出的快繁苗根系更加发达,生长健壮(图2)。
2.2.3 剪穗形态一芽1叶、二芽2叶、三芽3叶等不同剪穗形态均能产生爆发根,二芽2叶或三芽3叶在芽周围还形成了二层楼根,从节约育种材料角度考虑,以一芽1叶效果为好。
三、 温室大棚茶树智能快繁的效果
2009年秋季及2010年春、夏季分别在智能阳光大棚开展茶树快繁试验,获得较好的快繁效果。
3.1 插穗生根量大.缩短育苗周期
插穗接种在智能阳光大棚苗床上,1520d愈伤组织开始形成,3040d 80%以上短穗伤口愈合、根伸出、腋芽分化生长,60d大量爆炸根形成(图3)。育苗周期春、夏季为45个月,秋、冬季为5 6个月,育苗时间比常规短穗扦插缩短50%。快繁 技术缩短了育苗周期,实现一年两季茶苗出圃,提高了土地利用率。
3.2 炼苗过程科学合理,操作简便
智能快繁技术在计算机程序设定控制下,可在苗床上模拟过渡至自然环境,实现就地炼苗,节省了很多繁琐的操作与专门的炼苗用地在智能化控制的环境下,炼苗是在自然状态下过渡的过程,也是根系不断形成二次根、三次根的过程,一般当三次根开启发育时,苗木已具有发达的根系与较强的适应性,此时的根冠比也较大,能够适应低湿与少水的自然环境,此时就可进行移栽定植工作。在智能化控制的环境下可形成周年快繁且周年移栽的良种茶苗繁 新模式。
3.3 快繁苗移栽成活率高
智能快繁技术繁育的茶苗比常规短穗扦插生产 的茶苗根系发达,因为植物在最适宜的环境及营养调节下,根原基得到充分表达,呈爆炸性生根,快繁苗根系要比常规短穗扞插苗根系大几倍,因此,移栽到大田的成活率髙。快繁苗移栽成活率可达95% 以上。
四、茶树智能快繁技术的优势
智能快繁技术是集温度、湿度、光照、二氧化碳浓度、蒸发系数、营养液浓度等为一体的传感器(即智能叶片),并通过计算机控制系统为植物的离体材料创造最佳生长的生态环境,实现苗木快速繁殖的一项高新技术,是计算机智能控制技术与生物技术有机结合的一项全新的育苗技术。
4.1 实用性强,易学易操作
操作简单,只需通过12d的技术培训,即可操作与生产。只取植物的一芽一叶,插人苗床,在计算机智能系统模拟植物生长最佳条件监控下实施快速繁殖,插穗一般通过46个月的培育即可生根移栽。
4.2 育苗效率高
每批可繁茶苗400600株/m2,每667m2即可 产26万40万株,每年出2批,1年可育苗50万 80万株/667m2。比常规短穗扦插(正常状态下年出圃茶苗15万株/667m2左右)高45倍。智能快繁技术运用计算机模拟植物快繁生长因子,可对植物的生长环境进行智能控制,不受季节限制,全年可繁。通过智能计算机系统,能感知环境的湿度、温度、光照、二氧化碳、基质湿度、营养EC值等,并把各项环境因子数字化,通过计算机的运算,与人为设定的植物生长模式、环境参数进行比较运算,发出执行信号,指挥苗床设施如弥雾、加温、补光、增气等反应,使整个育苗过程实现智能化、自动化,节省大量的管理用工。
4.3 茶树遗传基因稳定
茶树智能快繁属无性繁殖,也称植物克隆,在基因遗传上属稳定型,一般不会发生性状突变与变异,可广泛用于快速繁育。
4.4 加速新材料的繁育速度
温室大棚智能快繁适宜育种材料少、新选株系或稀有品种的快繁。如按现行方法,一个茶树新品种育成后需经过10年左右的时间进行原种扩繁,才能形成一定规模的育苗能力,达到大规模生产应用阶段,而采用智能快繁育苗技术,仅需34年时间就可完成过去10年才能完成的工作,对加速新品种的推广应用起重要作用。
4.5 设备多功能
植物快繁模拟计算机是一种农业智能计算机系统,采用专业设计的硬件和软件可实现远程控制、网上控制及集中群控制等,并支持功能扩展与升级,用于快繁的计算机控制系统,除了快繁的基质繁外还 适用于植物气繁、水繁,植物水耕栽培,组培的试管 外生根及炼苗,土壤智能灌溉,无土栽培及大棚温室环境控制与管理等。
五、贵州茶树快繁技术应用展望
智能快繁技术具有突出的优势,适用于各种植物的快繁。将智能快繁技术应用于贵州特色茶树种苗繁育必将发挥其积极作用。可在短期内提高贵州特色优良品种的繁殖速度,加快繁育进度,促进贵州 特色茶树母本园的建立,推动贵州特色茶叶优势的 形成。智能快繁技术的应用必将改变贵州特色茶树种植规模小的局面,加快特色茶树优良品种本地化的进程,提升茶树良种繁育的科技含量,以适应贵州茶叶发展的新形势,满足贵州省扩大茶叶种植面积 对优质茶树种苗的需求。
另外,在茶树育种研究中,通过周年多代循环快繁,可缩短茶树良种选育时间,及时推出符合生产和市场需要的茶树优良品种,提高贵州优良品种种植比例,推动贵州茶叶可持续发展。