一、基于計算機(jī)智能控制的新型育苗技術(shù)體系---植物非試管快繁
植物非試管快繁技術(shù)是基于計算機(jī)環(huán)境控制技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合而形成的一種新型育苗技術(shù)。是植物的離體材料在計算機(jī)環(huán)境模擬條件下，實現(xiàn)全息性、全能性表達(dá)快速成苗的技術(shù)，也是依賴于計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)種苗周年生產(chǎn)工廠化培育的一項技術(shù)，它是當(dāng)前育苗效率較高成本較低實用性較強(qiáng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新技術(shù)，現(xiàn)就該技術(shù)得以實現(xiàn)的理論基礎(chǔ)與技術(shù)體系給予介紹。

1、環(huán)境是生物進(jìn)化的主動力，也是基因表達(dá)的決定因素
環(huán)境是生物進(jìn)化的主動力，是生物從低級生物進(jìn)化為高級生物，從常規(guī)物種演變?yōu)樾挛锓N的動力源，只有不斷變化的環(huán)境才能對生物進(jìn)行自然選擇，才讓生物在環(huán)境選擇中進(jìn)化。另外，適合的環(huán)境也極為重要，它是生物生存與發(fā)展的基礎(chǔ)。如植物的光合作用，需要適宜的溫度、濕度、光照、水份及二氧化碳甚至是地球的磁場等環(huán)境，離開了這些環(huán)境因子，生存與生長就不可能成立。從這個角度說，任何農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所相關(guān)的經(jīng)濟(jì)植物也同樣需要適合的環(huán)境與促進(jìn)進(jìn)化的變化環(huán)境，但這種環(huán)境在沒有計算機(jī)控制條件下只得依賴于自然，不能進(jìn)行最佳化的人為意志調(diào)節(jié)調(diào)控，培育與生產(chǎn)效率較低，如對于自然界的災(zāi)害天氣就根本難以抵御，而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受損。但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的提高，近年設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，許多經(jīng)濟(jì)植物栽培都從自然走進(jìn)了人工設(shè)施，環(huán)境問題有了很大改善，農(nóng)作物產(chǎn)量質(zhì)量也得以大幅度提高，可是離植物最佳的生長條件創(chuàng)造還有距離。

而植物的育苗技術(shù)如試管育苗，嫁接育苗及扦插育苗更是與氣候或環(huán)境因子息息相關(guān)的農(nóng)業(yè)技術(shù)。比如試管育苗就是利用試管與組培室的人工環(huán)境為細(xì)胞或組織的發(fā)育創(chuàng)造最佳的溫光氣熱營養(yǎng)激素條件，使這些組織細(xì)胞的全能性全息性得以表達(dá)發(fā)育，成為與母本具有相同性狀的植株。而嫁接也是一樣，利用砧木與接穗間的親和性，再借助環(huán)境的適應(yīng)性，使兩者的切口得以愈合發(fā)育，成一株完整的個體。同樣扦插育苗也然，它必須在適合的季節(jié)，適宜的環(huán)境條件下，才能讓離開母體的插穗重新恢復(fù)全能性發(fā)育，而成為一株完整的植株，上述的這些技術(shù)，它的效果與成活率基本上受限于環(huán)境條件創(chuàng)造與氣候因子，說明不管哪種育苗技術(shù)，環(huán)境是實現(xiàn)基因表達(dá)的關(guān)鍵，在多雨綿綿的季節(jié)，嫁接成活肯定差，在高溫干旱的環(huán)境，扦插成活率肯定低，但作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是人工參予的一種技術(shù)性工作，完全可以發(fā)揮人工創(chuàng)造環(huán)境的能力來解決這些氣候或環(huán)境的不利因素，使育苗效果得以改善。

更重要的是，環(huán)境能使植物在常規(guī)下不能表達(dá)的基因或潛能，在人工創(chuàng)造的環(huán)境下得以表達(dá)與體現(xiàn)。如傳統(tǒng)的組培育苗，就是讓植物體的微材料在人工培養(yǎng)基與人工環(huán)境下，使一些在常規(guī)下不能發(fā)育的微型離體材料，組織或細(xì)胞恢復(fù)分化分生能力與生根成苗潛能，才使它發(fā)育成完整的個體。傳統(tǒng)的全光照扦插育苗也然，就是通過水份的科學(xué)控制使一些常規(guī)條件下不能生根的插穗得以生根成活。那么，同樣的道理采用了計算機(jī)精確化的智能控制技術(shù)后，是否會形成新的技術(shù)體系與激發(fā)植物離體材料新的發(fā)育潛能呢？通過實踐與科研證明，植物的離體材料在計算機(jī)控制的最佳環(huán)境下，能使其基因的表達(dá)得以最大化發(fā)揮，一些常規(guī)技術(shù)下難以實現(xiàn)生根成苗的植物種類，采用該技術(shù)后，可以輕松實現(xiàn)，而且具有比常規(guī)方法有更高的效率與更低的生產(chǎn)成本更優(yōu)的苗木質(zhì)量。

2、計算機(jī)的環(huán)境控制是實現(xiàn)開放環(huán)境下離體材料發(fā)育的有力保障
植物種苗繁育的過程就是種子的胚或者無性的離體材料，在人工或自然環(huán)境下實現(xiàn)自身發(fā)育而成為完整個體的過程。而這種發(fā)育所需的環(huán)境條件與營養(yǎng)激素條件完全可以做到精確化科學(xué)化的人為調(diào)節(jié)控制，這樣就使胚或離體材料的發(fā)育速度大大加快，生理潛能大大激發(fā)。植物非試管快繁技術(shù)就是通過環(huán)控技術(shù)的優(yōu)化來實現(xiàn)的。通過環(huán)境優(yōu)化技術(shù)使組培創(chuàng)造環(huán)境的方法制限得以解放與發(fā)展，使植物離體材料從原本運(yùn)用密閉試管與培養(yǎng)室的環(huán)境走向大田走向設(shè)施，使這種原本需要大投入的育苗技術(shù)變得簡單而實用，使一些常規(guī)不能組培成活的植物也能在大田開放的環(huán)境下得以培育。它從試管密閉缺氧及少二氧化碳的環(huán)境走向了氧氣充足二氧化碳適宜的環(huán)境，從恒溫恒濕的環(huán)境走向了波動有變化的半自然環(huán)境，使育成幼苗對外界適性更強(qiáng)，從全人工組培異養(yǎng)環(huán)境走向了依整離體材料自身光合潛能依靠科學(xué)調(diào)控的自養(yǎng)環(huán)境，實現(xiàn)離體材料不加糖的環(huán)境下得以光合自養(yǎng)，為離體材料的成苗發(fā)育提供充足的碳源與營養(yǎng)。而這些環(huán)境的創(chuàng)造沒有計算機(jī)精確控制是難以實現(xiàn)的，也是難以在生產(chǎn)上運(yùn)用的。所以只有依賴于環(huán)控手段才能讓離體材料發(fā)育從試管與室內(nèi)走向大田與自然，只有這種環(huán)境與技術(shù)生產(chǎn)的種苗才具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，才能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更多發(fā)育健壯的商品苗，才可以克服組培的弊端而實現(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步與跨越，從試管的封閉育苗走向大田或苗床的開放式育苗是一大技術(shù)革新與進(jìn)步。

現(xiàn)就組培環(huán)境與非試管環(huán)境的比較分析來認(rèn)識植物非試管快繁技術(shù)的優(yōu)越性與創(chuàng)新所在。組培育苗時離體材料發(fā)育常因封閉不透氣環(huán)境而形成弱苗或玻璃化苗，這主要是試管內(nèi)濕度過高而氧氣及二氧化碳的又缺乏所造成氣孔發(fā)育及代謝不正常。而苗勢纖弱與根系稀少，又是由于光照不足及瓊脂固化缺氧所至，移栽成活率低又是由于在試管內(nèi)的異養(yǎng)發(fā)育，導(dǎo)致光合模式呼吸模式不能正常建立所至。苗易受病菌侵害與污染又是由于試管內(nèi)加糖所至，這也決定了組織培養(yǎng)須進(jìn)行嚴(yán)格無菌操作所帶來的各種技術(shù)局限。而非試管快繁技術(shù)是利用離體材料本身所具的光合潛能，再利用環(huán)境控制手段，讓其發(fā)揮到極限以實現(xiàn)自養(yǎng)供碳，自養(yǎng)發(fā)育的過程，離體材料的愈傷發(fā)育及根原基形成所需的營養(yǎng)及碳源都是通過自養(yǎng)來實現(xiàn)，無需在培育的苗床上加糖與其它有機(jī)物，這樣就可避免加糖的污染，因菌的發(fā)育在沒有外界現(xiàn)成碳源情況下是難以滋生繁衍的，這樣就可實現(xiàn)開放式的不加糖育苗。同樣開放多變的環(huán)境又會受到環(huán)境因子的影響而破壞離體材料的正常發(fā)育，那么如何實現(xiàn)這種開放環(huán)境所帶來的氣候因子調(diào)控的矛盾的，隨著計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，這種開放所帶來的環(huán)境問題可以有效地解決。使開放條件下離體材料的發(fā)育成苗得以實現(xiàn)，讓離體材料在一個開放而環(huán)境適宜的半自然條件下進(jìn)行發(fā)育成苗。

二、計算機(jī)控制的原理及運(yùn)用
離體材料在離開母體后，失去了水份與營養(yǎng)的維管供應(yīng)，又面臨著蒸騰失水干枯的危脅，如果不能科學(xué)地供給水分，讓其保持水分平衡，就根本不可能進(jìn)行光合的自養(yǎng)代謝，也就根本不可能為離體材料的發(fā)育提供自養(yǎng)碳源。而在生產(chǎn)上如何能夠準(zhǔn)確地掌握這種氣候多變環(huán)境下，離體材料的水分蒸騰變化呢，又是如何進(jìn)行科學(xué)的水份供給呢？這就當(dāng)然要涉及到水分的精確檢測與科學(xué)供給。這里所謂的檢測就是計算機(jī)需有檢測環(huán)境水份變化的功能，相當(dāng)于人要有感觸環(huán)境的感覺器官，這就是計算機(jī)控制中所必須的傳感器，起到感應(yīng)環(huán)境因子變化的作用。而科學(xué)準(zhǔn)確供給就涉及到科學(xué)的數(shù)據(jù)運(yùn)算、參數(shù)設(shè)定及動作執(zhí)行，其中運(yùn)算及參數(shù)設(shè)定由計算機(jī)的運(yùn)算貯存功能來完成，動作執(zhí)行由自動控制的相關(guān)部件完成，這樣就形成了，檢測---運(yùn)算---執(zhí)行的信息反饋控制系統(tǒng)，就如人一樣具有了感覺思考與執(zhí)行能力，這樣計算機(jī)系統(tǒng)就成了人功能的擴(kuò)展，成為生產(chǎn)科研者意志的體現(xiàn)，這就是計算機(jī)的人工智慧功能，我們稱之為智能。人們可以通過研究各種不同植物發(fā)育的最佳生長模式，研究不同植物離體材料的發(fā)育特性，把這些生長模式與特性轉(zhuǎn)化為計算機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)中的程序與軟件，形成了育苗的專家系統(tǒng)。而把植物離體材料發(fā)育相關(guān)的氣候因子，如溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、營養(yǎng)EC值等的感應(yīng)傳感器組成了檢測系統(tǒng)，再由水泵、電磁閥、熱風(fēng)爐、加溫線、補(bǔ)光燈、二氧化碳發(fā)生器、電場發(fā)生等組成了執(zhí)行部份。通過這些硬件及軟件的科學(xué)組合就形成了專業(yè)化育苗的計算機(jī)自動控制系統(tǒng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)離體材料發(fā)育相關(guān)環(huán)境因子的科學(xué)模擬創(chuàng)造，就能使其發(fā)育成苗的環(huán)境矛盾與障礙得以解決。

以下實現(xiàn)環(huán)控的理論及各個組成部份的構(gòu)建與控制進(jìn)行詳細(xì)的介紹，使生產(chǎn)科研者能對這種新型的育苗技術(shù)與體系有更深刻的了解，更好地服務(wù)于生產(chǎn)及科研。用于育苗或農(nóng)業(yè)的環(huán)境控制技術(shù)與工業(yè)控制不同，它是在多變的非線性混沌狀態(tài)下實現(xiàn)相關(guān)因子的區(qū)間調(diào)控，不是單一數(shù)值的控制，也不是大環(huán)境大空間的控制，它是基于微域及模糊控制理論基礎(chǔ)上的非線性運(yùn)算與控制。

1、基于微域環(huán)境的控制理論
什么叫微域環(huán)境？它在控制中有那些作用。植物非試管育苗讓離體材料從密閉的試管環(huán)境走下開放的大田苗床，這種半自然的環(huán)境要實現(xiàn)大空間的控制是不可能，即使做到了也會消耗大量的能源。而對于離體材料的發(fā)育，最重要的是葉片或材料表面所能直接作用的環(huán)境因子，離開了這個微域范圍，其它的大棚環(huán)境其實不重要。那么葉片表面的微環(huán)境是如何實現(xiàn)與感知呢，首先需在檢測環(huán)境因子的傳感器上要做到能代表微環(huán)境空間，把檢測各種環(huán)境參數(shù)的傳感器進(jìn)行集成，并把它擺放至距離體材料最接近的微環(huán)境空間里，這樣才能檢測到最接近離體材料葉片表面的溫光氣熱水等參數(shù)，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)控制傳感器大多布于大空間環(huán)境的各個區(qū)域，代表的是大空間的環(huán)境參數(shù)，要實現(xiàn)整個大棚空間環(huán)境參數(shù)的優(yōu)化，必須消耗大量的水能電能及各種人工能源，成本高效率低。就如風(fēng)扇與空調(diào)，啟動風(fēng)扇立即可以加快人體皮膚表面水份的蒸發(fā)，馬上可感覺到?jīng)鏊?，而空調(diào)則需消耗大量的電能，才可使整個空間的溫度下降，前者省電而快速，后者耗電或緩慢，用于離體材料快繁的環(huán)境控制技術(shù)也是同樣道理，在調(diào)節(jié)水份及溫度濕度時，以離體材料微環(huán)境的表面區(qū)域空間為主要調(diào)控對象，這樣就可以使能源消耗最小化。在與離體材料相關(guān)的環(huán)境因子中，溫度與濕度、水份的變化是最為頻繁而無規(guī)律的，為了能相對準(zhǔn)備的檢測到微環(huán)境參數(shù)，把傳感器模擬制造成如微小離體材料的帶葉莖段，并把各種傳感器科學(xué)分布集成于這張人工葉片上，我們把它叫作智能化葉片，它是一種集成傳感器，它具有檢測葉片表面水份蒸發(fā)系數(shù)的水份檢測功能，又具有相對準(zhǔn)確地檢測葉片表面溫度的空氣溫度傳感器功能，還可結(jié)合空氣濕度、基質(zhì)濕度、基質(zhì)溫度、基質(zhì)EC值等傳感器，在使用時把它插植于最能代表離體材料微環(huán)境的苗床內(nèi)，并用網(wǎng)絡(luò)屏蔽線與計算機(jī)相聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的檢測與運(yùn)算。這種基于微環(huán)境檢測的集成傳感器（以下稱智能葉片）可以在育苗中發(fā)揮科學(xué)檢測與最節(jié)能化控制的作用，這就是植物非試管快繁技術(shù)的微環(huán)境調(diào)控理論基礎(chǔ)。

2、區(qū)間模糊控制理論
農(nóng)業(yè)控制與工業(yè)控制不同之處就在于工業(yè)控制對象是機(jī)器與機(jī)械，而農(nóng)業(yè)控制是有生命的植物，植物是具有較強(qiáng)適應(yīng)性與較寬適應(yīng)范圍的有生命生物，它對于波動的環(huán)境適應(yīng)已在進(jìn)化過程中形成，不需像工業(yè)控制那樣要達(dá)到一個準(zhǔn)確的線性值。比如工業(yè)控制上濕度或溫度控制設(shè)定值都是單一的或是很窄的變幅空間，而植物對于濕度溫度的適應(yīng)則有較寬的適應(yīng)范圍，如溫度只需控制在15—33度間之間就可，基質(zhì)濕度在60-80%之間，光照強(qiáng)度在5000LX—80000LX之間，這么大的幅度更有利于環(huán)境控制，也更能適應(yīng)氣候多變環(huán)境下的準(zhǔn)確控制，否則采用單一值的線性控制，在開放多變環(huán)境下根本就難以做到，即使做到了也會使相關(guān)設(shè)備啟動頻繁而過早損壞。采用區(qū)間控制既不會影響離體材料發(fā)育，又有利于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備真實采集，因為，農(nóng)業(yè)傳感器檢測的對象是氣候因子，它是隨時在變化，而且是非線性的，比如天邊飄過一朵云，可能是瞬間，會使光照傳感器接收到光強(qiáng)時而降低又時而增強(qiáng)的信號，如立即作出開啟蔗陽網(wǎng)或打開補(bǔ)光燈的指令，就會對于使蔗陽網(wǎng)及補(bǔ)光系統(tǒng)長期處于頻繁的啟動關(guān)閉狀態(tài)，判斷失誤同時又造成設(shè)備的無用功操作。所以在農(nóng)業(yè)控制中常用延時執(zhí)行的控制方法，而且不達(dá)上下限的閾值，不發(fā)指令，即使發(fā)出執(zhí)行指令，也是采用間歇法，讓傳感器接受到真實信號后，再進(jìn)行執(zhí)行，如微噴增濕與增施營養(yǎng)，傳感器要檢測到上次執(zhí)行指令效果需一定的時間，噴下的營養(yǎng)液需緩緩地滲到基質(zhì)中才能被檢測到，所以在開關(guān)量的控制上采用間歇漸進(jìn)的方式進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整。

另外，在多線性動態(tài)的變化環(huán)境中，運(yùn)用模糊建模，模糊控制的方法是有效可行的解決方案。這樣不會出現(xiàn)太多控制上的矛盾問題產(chǎn)生。特別是一個變量會影響眾多參數(shù)時，就需進(jìn)行模糊的權(quán)衡運(yùn)算，作出一個較為折中的控制方案。常遇到的問題，就是一方面空氣溫度過高要求進(jìn)行微噴降溫，而一方面又是基質(zhì)水份過多，這樣的情況下，只能采用較大區(qū)間法與模糊控制法來實現(xiàn)環(huán)境的模擬。

3、溫光氣熱營養(yǎng)水份調(diào)控的實現(xiàn)
在開放環(huán)境下，離體材料的發(fā)育首先最為重要的是光合作用自養(yǎng)功能的激發(fā)與調(diào)控，也就是與光合作用相關(guān)因子的調(diào)控是實現(xiàn)自養(yǎng)快繁的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。離開母本的離體材料，不管是枝段、一葉一芽抑或是小切片與塊莖等都會面臨著水份的脅迫，這種脅迫存在會直接影響光合作用效率與正常代謝，因水份是光合最基本的原料是細(xì)胞維持膨壓進(jìn)行一切正常代謝的基礎(chǔ)。如何維持水份平衡直接關(guān)系到離體材料基因全能性與全息性的表達(dá)，在離體材料沒生根前，水份的蒸發(fā)得到不外界補(bǔ)充，則會抑制光合作用或者萎蔫。當(dāng)智能葉片檢測到葉片表面的水份低于臨界值時，就會自動打開彌霧系統(tǒng)進(jìn)行彌霧補(bǔ)水，當(dāng)檢測到空氣濕度不足時，也同樣會啟動彌霧系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境增濕，這些控制的過程都是基于傳感檢測及專家系統(tǒng)的運(yùn)算與執(zhí)行部件的執(zhí)行來完成的。同樣，溫度因子在開放環(huán)境下也是個多變而波動的因素，當(dāng)溫度過高超過一定閾值時，會出現(xiàn)高溫脅迫，導(dǎo)致光合效率下降，呼吸作用驟升而影響光合同化積累，或者會因高溫導(dǎo)致葉傷害而掉葉腐爛，失去光合葉面積后，生根發(fā)育的營養(yǎng)及能量供給受阻，使根原基發(fā)育不能正常進(jìn)行，基因不能啟動。對于離體發(fā)育葉片光合的適宜溫度范圍為15—33度，當(dāng)?shù)陀?5度時，一切代謝減緩，當(dāng)高于33度時，則會出現(xiàn)高溫脅迫，當(dāng)智能葉片傳感器檢測到低于15度時，計算機(jī)會發(fā)出加溫指令自動開啟加熱線或熱風(fēng)爐進(jìn)行環(huán)境加溫，當(dāng)溫度高于上限值時，會自動指令開啟微噴降溫系統(tǒng)以及相關(guān)的通風(fēng)或蔗陽設(shè)備。

另外，影響離體材料光合自養(yǎng)的二氧化碳?xì)怏w也是至關(guān)重要，植物非試管快繁技術(shù)的技術(shù)核心就是通過環(huán)境優(yōu)化控制技術(shù)，得以最大發(fā)揮離體材料光合本能為理論基礎(chǔ)。當(dāng)二氧化碳濃度提高至1000-1500ppm時，即使較小光合面積的離體微材料也能使光合效率大幅度提高，甚至可達(dá)3-5倍的增幅。按照實踐表明，在高濃度二氧化碳?xì)夤┙o情況下，那怕只有20平方毫米光合面積的微材料也能通過光自養(yǎng)而實現(xiàn)發(fā)育時營養(yǎng)能源的自給，這也是微材料一葉一芽或幼嫩莖尖能在開放環(huán)境下實現(xiàn)自養(yǎng)發(fā)育的關(guān)鍵所在。通過發(fā)揮自養(yǎng)的最大潛能來激發(fā)基因的快速表達(dá)，從而使微材料也能發(fā)育成完整植株。這種通過光自養(yǎng)完成生根的過程，離體材料所利用的是自身光合作用的碳源與合成的內(nèi)源激素，是最適合自身發(fā)育的天然培養(yǎng)基，與在試管環(huán)境下的全人工營養(yǎng)激素培養(yǎng)基相比，具有適應(yīng)性更強(qiáng)的特點(diǎn)。這也是一些在傳統(tǒng)組培或扦插條件下難以生根成苗的品種，采用自養(yǎng)微繁的方式后都能快速生根成苗的道理所在，因為離體材料本身是最好的天然培養(yǎng)基。

在這個過程中二氧化碳起到了碳源供給的作用，光合作用及代謝產(chǎn)物營養(yǎng)補(bǔ)充起到了礦質(zhì)營養(yǎng)及激素的最佳調(diào)配作用。那么開放環(huán)境下如何實現(xiàn)二氧化碳?xì)獾墓┙o呢？當(dāng)智能葉片檢測到二氧化碳濃度不足時，可立即開啟二氧化碳供氣系統(tǒng)的氣閥，進(jìn)行供氣（這種供氣方式適合冬季密閉環(huán)境下使用），或者打開彌霧系統(tǒng)噴施碳酸水，噴碳酸水的供氣方式最適夏季高溫開放通風(fēng)式大棚環(huán)境下使用，或者也適于全露天環(huán)境。但供氣的時間一般是在有光照的白天進(jìn)行，晚上即使?jié)舛绕鸵膊槐毓┙o，這一切都由計算機(jī)的專家系統(tǒng)或設(shè)置來實現(xiàn)。在二氧化碳的強(qiáng)制供應(yīng)下，植物離體材料獲取了最充足的光合碳源，所以根系特別發(fā)達(dá)，成活率特別高，是植物非試管快繁技術(shù)中最為重要的技術(shù)革新，在國外把它叫作二氧化碳強(qiáng)制供給的光自養(yǎng)微繁技術(shù)。

同樣，光照也是影響離體材料光自養(yǎng)效率的重要因子，當(dāng)光照過強(qiáng)時會出現(xiàn)光抑制或光灼傷現(xiàn)象，會影響到離體材料的正常發(fā)育，在其它因子適合的情況下，光合作用效率隨著強(qiáng)度的增大而增強(qiáng)，但當(dāng)光照超過一定強(qiáng)度時，反而會使光合效率降低，這就是光飽和現(xiàn)象，甚至還會出現(xiàn)葉片或離體材料的光氧化傷害現(xiàn)象。根據(jù)不同植物類型對光照最適值的要求，進(jìn)行光強(qiáng)環(huán)境的模擬控制，當(dāng)光照傳感器檢測的光照不足低于系統(tǒng)設(shè)置下限值時，會自動打開補(bǔ)光燈進(jìn)行人工補(bǔ)光，當(dāng)光照過強(qiáng)時超過上限臨界值時，會自動拉上蔗陽網(wǎng)進(jìn)行蔗陰。除此以外，還有些植物對光周期較為敏感，可以根據(jù)日照的長短進(jìn)行智能調(diào)控，在光照時間較短的冬季，可以采用人工補(bǔ)光光源補(bǔ)足10-14小時的光照量，這樣對于離體材料發(fā)育的促進(jìn)也有很大作用。

植物除了上述的空間環(huán)境調(diào)控外，基質(zhì)環(huán)境及營養(yǎng)環(huán)境也是采用相同的方法進(jìn)行調(diào)控，如離體材料發(fā)育過程中對于礦質(zhì)營養(yǎng)的需求，除了營養(yǎng)液適合的配方外，濃度大小及何時補(bǔ)充都得賴于計算機(jī)傳感與控制功能得以實現(xiàn)，當(dāng)智能葉片上的EC值傳感器檢測到濃度不足時，可自動打開營養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)采用彌霧的方法進(jìn)行養(yǎng)液補(bǔ)充。當(dāng)基質(zhì)濕度過干不利于發(fā)育時，也可通過彌霧增濕來創(chuàng)造最佳的基質(zhì)濕度環(huán)境；當(dāng)基質(zhì)溫度過低不利于根與愈傷組織生長時，會發(fā)出指令開啟地加熱線進(jìn)行苗床底部加溫，以確保離體材料發(fā)育所需的溫度條件。上述的這些環(huán)控技術(shù)是植物非試管快繁技術(shù)體系中常規(guī)而必須的環(huán)境模擬控制方案，它基本上能滿足絕大多數(shù)植物離體材料的發(fā)育需求，但對于一些極難生根的品種還可結(jié)合富氧水的補(bǔ)施或空間電場環(huán)境的創(chuàng)造來促進(jìn)激發(fā)生根能力。在高濕度的自動控制苗床環(huán)境下，離體材料切口的發(fā)育需旺盛的有氧呼吸來轉(zhuǎn)化光合碳源變?yōu)榛騿拥哪芰?，對于難生根品種可采用基質(zhì)中間歇周期性地噴酒富氧水方法來提高成活力，通過富氧水噴施能夠使切口呼吸作用最佳化，可以大大促進(jìn)生根與發(fā)育?？臻g電場的運(yùn)用除了電場殺菌的功效外，最關(guān)鍵的是它能提高離體材料的光合效率和酶活性，能大大促進(jìn)與發(fā)育相關(guān)的一切代謝過程，此時，空間環(huán)境電場場強(qiáng)的模擬也可通過計算機(jī)技術(shù)輕松實現(xiàn)。

總之，計算機(jī)環(huán)控技術(shù)的充分運(yùn)用，使這種基于光自養(yǎng)技術(shù)的植物非試管快繁才能得以實現(xiàn)，才能實現(xiàn)離體材料的快速生根快速增殖，達(dá)到高效率高速度的集約化工廠化智能化育苗效果。特別是一些常規(guī)環(huán)境下難以培育的品種，通過環(huán)境模擬優(yōu)化技術(shù)后可以得到有效的改善。計算機(jī)環(huán)控制技術(shù)快繁上的運(yùn)用除了效果更佳外，更重要的是生根成苗時間短，周年不受季節(jié)局限快繁，更適于工廠化規(guī)?；瘜I(yè)化甚至無人化的生產(chǎn)模式，它的運(yùn)用將給種苗生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)開辟了一條嶄新的技術(shù)之路。

三、基于環(huán)控技術(shù)的植物非試管快繁體系
植物非試管快繁技術(shù)是基于計算機(jī)環(huán)控技術(shù)基礎(chǔ)上的一項新型育苗技術(shù)，離開了計算機(jī)智能化自動化的控制就很難實現(xiàn)開放多變環(huán)境下溫光氣熱水份營養(yǎng)等發(fā)育相關(guān)因子的優(yōu)化與調(diào)控。也難以發(fā)揮自養(yǎng)潛能實現(xiàn)開放環(huán)境的無糖培養(yǎng)，更難做到不受季節(jié)變化的周年育苗。有了環(huán)境優(yōu)化技術(shù)為離體材料開放環(huán)境下的培養(yǎng)創(chuàng)造了最佳自養(yǎng)同化條件，離體材料可以在無糖開放的環(huán)境下通過光合作用來完成碳源的供給，通過營養(yǎng)液彌霧補(bǔ)充方法實現(xiàn)礦質(zhì)營養(yǎng)代謝的正常進(jìn)行，通過二氧化碳?xì)饣蛱妓崴墓┙o，以提高離體材料的光合效率。這些技術(shù)的實現(xiàn)，讓離體材料生根培養(yǎng)的成本大大降低，生根速度大大加快，適應(yīng)的品種范圍得以更大擴(kuò)展，基本上可以實現(xiàn)絕大多數(shù)綠色植物離體材料的無性系快繁?，F(xiàn)把這種基于環(huán)控技術(shù)的新型育苗體系介紹如下：

1、基地建設(shè)：
選擇光照充足、水電路三通的地片建立8X30m的標(biāo)準(zhǔn)鋼架大棚或北方的日光溫室，再于棚內(nèi)按寬1.2m，高15-20cm，長度為14.5m的規(guī)格建立水泥苗床8個，其間留好縱橫相通操作的走道。

2、鋪設(shè)基質(zhì)：
于苗床底部先鋪設(shè)排水通氣的鵝卵石一層，再于卵石上布設(shè)電場網(wǎng)的負(fù)極網(wǎng)，爾后鋪設(shè)8-10cm厚的園藝級珍珠巖。這樣的苗床透氣排水性良好，不會因水分積累而缺氧腐爛。同時珍珠巖又是一種無機(jī)礦物質(zhì)，不含任何有機(jī)物，避除了細(xì)菌及真菌滋生的營養(yǎng)基礎(chǔ)，還有相對穩(wěn)定的保溫性，比其它基質(zhì)育苗溫度波動較小些。再加上基質(zhì)比重極小而輕疏，移栽拔苗時不傷根，操作方便。

3、系統(tǒng)安裝：
按照植物離體發(fā)育對環(huán)境因子的要求，建立相應(yīng)的彌霧加濕系統(tǒng)，人工補(bǔ)光系統(tǒng)、空氣加溫基質(zhì)加熱系統(tǒng)、營養(yǎng)液補(bǔ)充系統(tǒng)、電場殺菌與光合促進(jìn)系統(tǒng)、碳酸水生成系統(tǒng)、富氧水制備系統(tǒng)、這些系統(tǒng)最后聯(lián)接上計算機(jī)智能控制系統(tǒng)就可實現(xiàn)育苗過程的自動化智能化精確化高效化管理。

4、操作流程：
采用計算機(jī)環(huán)控技術(shù)后，環(huán)境控制這個最繁瑣的管理環(huán)節(jié)交給了計算機(jī)，使育苗操作變得極為簡單。只需從母本植株上取下帶葉枝段或一葉一芽作為離體材料，對其切口進(jìn)行生長激素處理，然后接種于以珍珠巖為基質(zhì)的苗床中，開啟計算機(jī)運(yùn)得即可。但在接種時注意密度以葉片不重疊為準(zhǔn)，通常品種，每平方米可快繁離體材料400-1000個。接種于苗床的離體材料在計算機(jī)自動控制下，維持與激發(fā)了它強(qiáng)大的自養(yǎng)功能，離體材料很快就恢復(fù)切口細(xì)胞的分化及根原基的形成，大多品種通過10-15天培育即可生根，20-25天就可移栽大田。

5、多代循環(huán)：
經(jīng)過上述生根培養(yǎng)，一個離體材料只能成為一株苗，還沒有達(dá)到快速擴(kuò)繁的目的，需對其進(jìn)行營養(yǎng)液栽培，讓其不斷生長發(fā)育形成更多的枝葉芽，再把這些枝葉芽取下作為培育下一代苗的離體材料，如此循環(huán)就形成了植物非試管快繁技術(shù)的多代循環(huán)技術(shù)體系。采用多代循環(huán)技術(shù)后，可以讓離體材料實現(xiàn)幾何級的增殖，特別對于一些種源稀少的品種來說，擴(kuò)繁的意義更加重大，一般一個離體材料經(jīng)多代循環(huán)一年就可以達(dá)到幾千甚至上萬上十萬的增殖量，生長快速增殖系數(shù)大的品種一年內(nèi)可達(dá)幾百萬株的苗的擴(kuò)繁量。

6、智能控制：
運(yùn)用專家系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制技術(shù)，使育苗管理變得簡單而易操作，生產(chǎn)上只需按照離體材料發(fā)育的三個階段（細(xì)胞活化期、愈傷組織期、生根煉苗期）于計算機(jī)界面上進(jìn)行菜單選定即可，對于植物種類的差異也可于菜單中選定相應(yīng)的植物類型，這就是借助系統(tǒng)內(nèi)置專家系統(tǒng)來使操作設(shè)置簡單化的智能技術(shù)，可以使不管育苗技術(shù)的人也能進(jìn)行傻瓜式的操作。另外智能控制系統(tǒng)不像普通的家用電器，它具有很強(qiáng)的功能可擴(kuò)展性，模塊的可增減性，可以因育苗規(guī)模的變化或生產(chǎn)的需要進(jìn)行靈活的系統(tǒng)升級，同時，系統(tǒng)還具有多功能性，只需更換傳感器與專家系統(tǒng)就可以把植物非試管快繁的育苗計算機(jī)系統(tǒng)改成農(nóng)業(yè)其他用途的環(huán)控計算機(jī)，如溫室大棚控制，智能灌溉控制，芽苗菜生產(chǎn)等。

運(yùn)用非試管快繁技術(shù)除了實現(xiàn)種苗的幾何級倍增為生產(chǎn)提供大量標(biāo)準(zhǔn)化的商品苗外，更重要的是它的育苗成本極低只是種子育苗與扦插嫁接育苗成本的1/10-1/20，組培育苗成本1/20-1/50，而且速度大大加快，育苗周期大大縮短。運(yùn)用計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行周年種苗快繁，可以大大加快我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整步伐，可以使農(nóng)民朋友們以更低的成本栽培更優(yōu)良的瓜果蔬菜藥材林木等新品種，為我國實施種苗生產(chǎn)工廠化集約化低成本化開辟了一條新的路徑。

計算機(jī)控制這種看似工業(yè)上的技術(shù)，一旦與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合后，卻形成了一種新的技術(shù)體系，說明交叉學(xué)科的研究應(yīng)用，對于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平，具有極為重要的研究與生產(chǎn)意義。計算機(jī)技術(shù)除了用于育苗環(huán)節(jié)的環(huán)境優(yōu)化，實現(xiàn)高效率育苗外，它還是當(dāng)前組培苗煉苗上最佳系統(tǒng)，運(yùn)用它進(jìn)行組培苗的試管外生根及成苗后的煉苗過渡，可以使試管苗成活率低的問題得以有效的解決。還可用于一些對環(huán)境條件要求苛刻植物的人工模擬栽培，如鐵皮石斛的人工氣候仿生栽培?？傊?，計算機(jī)環(huán)控技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的運(yùn)用，不管是育苗還是栽培或是科研都具有廣闊的運(yùn)用前景。如果再結(jié)合信息、視頻、軟件技術(shù)，還可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與遠(yuǎn)程管理，做到在家就可種田的夢想，是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走向現(xiàn)代化的必由之路，是提高農(nóng)業(yè)綜合實力的必然選擇，計算機(jī)環(huán)控技術(shù)在不久將來將成為普通生產(chǎn)工具一樣在生產(chǎn)科研中被廣泛采用，具有廣闊的發(fā)展前景。
（ 來源：中國農(nóng)業(yè)硅谷網(wǎng) ）