鄭錦榮，李艷紅，聶 俊，譚德龍，謝玉明，張長(zhǎng)遠(yuǎn)

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科研試驗(yàn)示范場(chǎng)/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

櫻桃番茄（Solanum. lycopersicum var cerasiforme）又名圣女果、微型番茄、迷你番茄，是番茄屬栽培亞種中的一個(gè)變種，原產(chǎn)于南美洲西部太平洋沿岸安第斯山脈的秘魯、厄瓜多爾、玻利維亞、智利等國(guó)的高原或谷地。其果實(shí)顏色和形狀多樣化，酸甜可口，柔軟多汁，營(yíng)養(yǎng)豐富，富含維生素 A（VA）、維生素 C（VC） 和礦質(zhì)元素，所含的番茄紅素和胡蘿卜素等具有降低血液膽固醇、減少心腦血管疾病發(fā)生及預(yù)防腫瘤等多種功效。櫻桃番茄食用和商品價(jià)值較高，深受消費(fèi)者喜愛(ài)，消費(fèi)需求量不斷增加，是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的水果型番茄，是聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織優(yōu)先推廣的“四大蔬果”之一［1］。

隨著鄉(xiāng)村振興、科技扶貧以及農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)的推進(jìn)，設(shè)施農(nóng)業(yè)已成為廣東現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向，近幾年廣東設(shè)施農(nóng)業(yè)面積快速增加，其中櫻桃番茄是設(shè)施栽培中主要品種之一。但是目前生產(chǎn)上優(yōu)質(zhì)品種大都是國(guó)外品種，貨源得不到保障，并且國(guó)外優(yōu)良品種在我省表現(xiàn)抗性差、耐熱性不好，嚴(yán)重影響櫻桃番茄生產(chǎn)。與此同時(shí)，隨著生活水平的提高，人們對(duì)櫻桃番茄的品質(zhì)要求越來(lái)越高［2-4］，要求風(fēng)味好、糖酸比適中、果型美觀、耐貯藏，能夠滿足的優(yōu)異櫻桃番茄品種更加缺乏。另外，目前生產(chǎn)上設(shè)施栽培櫻桃番茄基本是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)按時(shí)供肥供水，缺少精準(zhǔn)的水肥管理方案與生長(zhǎng)模型，以及適宜華南地區(qū)高溫高濕氣候特點(diǎn)的設(shè)施設(shè)備，嚴(yán)重制約著廣東設(shè)施櫻桃番茄生產(chǎn)的發(fā)展。

本文分析了我國(guó)特別是華南地區(qū)櫻桃番茄設(shè)施栽培產(chǎn)業(yè)面臨的問(wèn)題，概述了國(guó)內(nèi)外櫻桃番茄設(shè)施栽培專用品種培育的研究進(jìn)展以及工廠化育苗和光質(zhì)調(diào)控等精準(zhǔn)化栽培技術(shù)方面的研究情況，總結(jié)了廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院櫻桃番茄在品種培育與設(shè)施栽培模式研究上的主要進(jìn)展，并對(duì)櫻桃番茄設(shè)施栽培突破性新品種的培育、設(shè)施設(shè)備的優(yōu)化以及工廠化生產(chǎn)模式進(jìn)行了展望，以期為廣東設(shè)施櫻桃番茄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)和理論支撐。

1 國(guó)內(nèi)外設(shè)施櫻桃番茄產(chǎn)業(yè)概況

目前全世界櫻桃番茄種植面積100萬(wàn)hm2左右，主要分布在歐洲的荷蘭、西班牙、俄羅斯，非洲的尼日利亞，美洲的美國(guó)、哥倫比亞及亞洲的以色列、日本、中國(guó)等，我國(guó)櫻桃番茄種植面積約15萬(wàn)hm2，其中近8萬(wàn)hm2為設(shè)施櫻桃番茄，主要種植地區(qū)有山東、江蘇、廣西、廣東、海南等地［4］。隨著工業(yè)技術(shù)進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、LED技術(shù)、AI技術(shù)等發(fā)展，以及人們對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)需求增加，促使觀光農(nóng)業(yè)、都市農(nóng)業(yè)、休閑農(nóng)業(yè)中的設(shè)施櫻桃番茄面積不斷擴(kuò)大。我國(guó)設(shè)施櫻桃番茄產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)需求不斷升級(jí)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.1.1 設(shè)施專用品種 目前國(guó)內(nèi)種植的品種特別是高品質(zhì)品種大都來(lái)自國(guó)外，如以色列海澤拉的夏日陽(yáng)光、以色列TOP seeds的粉貝貝、韓國(guó)世農(nóng)種業(yè)百斯特種苗的釜山88、日本金子公司的黃妃等，但這些品種種子價(jià)格昂貴，如夏日陽(yáng)光8.0元/粒，高達(dá)4 000元/g，且供貨不穩(wěn)定，影響櫻桃番茄產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國(guó)相關(guān)育種團(tuán)隊(duì)近幾年先后培育出中櫻6號(hào)、京番黃星7號(hào)、粉貝貝、金陵美玉、浙櫻粉1號(hào)、櫻莎黃等品種，但這些品種的綜合性狀與國(guó)外優(yōu)良品種仍有差距，因此在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用面積不大。廣東省地處熱帶亞熱帶，早春低溫陰雨寡日照、夏季高溫高濕，對(duì)設(shè)施專用品種要求更高，生產(chǎn)上對(duì)優(yōu)良的專用品種特別是國(guó)產(chǎn)品種需求迫切。

1.1.2 精準(zhǔn)栽培技術(shù) 我國(guó)設(shè)施櫻桃番茄種植模式大致分為土培和無(wú)土栽培。但普遍存在營(yíng)養(yǎng)管理不夠精準(zhǔn)，土培缺乏測(cè)土配方施肥，無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液配方比較單一，未能根據(jù)植株生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)、環(huán)境變化及時(shí)調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液配方、EC值、pH值。另外，在設(shè)施條件下，光和根際環(huán)境管理數(shù)據(jù)支撐不足，缺乏可用的植株生長(zhǎng)模型。

1.1.3 設(shè)施設(shè)備及環(huán)境調(diào)控技術(shù) 設(shè)施設(shè)備及環(huán)境調(diào)控技術(shù)有待進(jìn)一步提高。國(guó)外已進(jìn)入第五代智能溫室設(shè)備時(shí)代，而我國(guó)大都還是簡(jiǎn)易的薄膜大棚，特別是在華南地區(qū)、熱帶亞熱帶氣候條件下對(duì)設(shè)施設(shè)備的要求更高。在保護(hù)設(shè)施結(jié)構(gòu)功能及功能性覆蓋材料（具有散射光、濾光、降溫、保溫）、物聯(lián)網(wǎng)、LED光質(zhì)及人工智能AI等方面的研究相對(duì)較少，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有很大差距。

2 國(guó)內(nèi)外設(shè)施櫻桃番茄研究進(jìn)展

2014年中國(guó)科學(xué)家揭示番茄是從醋栗番茄到櫻桃番茄再到番茄，經(jīng)過(guò)兩次馴化改良而成［5］。番茄作為重要模式植物得到了深入且系統(tǒng)的研究，在此基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)施栽培需求的專用櫻桃番茄品種和精準(zhǔn)化管理等研究較多。

2.1 設(shè)施專用品種研究

近幾年，設(shè)施櫻桃番茄專用品種在生理生化、遺傳規(guī)律及分子生物學(xué)方面均有深入研究?，F(xiàn)從品質(zhì)、抗病、產(chǎn)量、抗逆等方面，綜合普通番茄和櫻桃番茄闡述相關(guān)研究進(jìn)展。

2.1.1 品質(zhì) 櫻桃番茄的品質(zhì)特性是決定其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的首要因素，包括風(fēng)味品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和外觀品質(zhì)3個(gè)方面。較高的品質(zhì)主要包括可溶性固形物含量高，風(fēng)味良好，VC和番茄紅素含量高，果實(shí)色澤鮮艷、耐裂。

果實(shí)可溶性固形物含量及揮發(fā)性物質(zhì)是構(gòu)成櫻桃番茄風(fēng)味品質(zhì)的關(guān)鍵因素?？扇苄怨绦挝锸翘牵ü呛推咸烟牵?、酸（檸檬酸和蘋果酸）以及微量成分的總和，是番茄風(fēng)味物質(zhì)的重要組成部分，是育種家衡量櫻桃番茄品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。良好的甜酸風(fēng)味要有較高的可溶性固形物含量，包括較高的含糖量、適宜的含酸量和合適的糖酸比（一般為7～10），糖酸比主要取決于果糖和檸檬酸、葡萄糖和蘋果酸的比率。番茄中已經(jīng)有200多種揮發(fā)性組分被分離鑒定出來(lái)，這些揮發(fā)性組分相互作用，對(duì)番茄的風(fēng)味起到了關(guān)鍵作用。我國(guó)科學(xué)家黃三文團(tuán)隊(duì)獲得了控制風(fēng)味的基因位點(diǎn)，為番茄風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的遺傳調(diào)控和全基因組設(shè)計(jì)育種提供了思路［1,6］?？扇苄怨绦挝锖吭诖蠖鄶?shù)雜交組合F1中表現(xiàn)為超親優(yōu)勢(shì)，因此可通過(guò)多次回交的方式將野生番茄高可溶性固形物相關(guān)基因?qū)肫胀ǚ阎校@得可溶性固形物較高的育種材料。1998年Bernacchi等利用高世代回交群體QTL分析方法同時(shí)對(duì)番茄的7個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行了分析與改良，成功地將多毛番茄和醋栗番茄的有益基因?qū)氲狡胀ǚ阎?，得到了一批可溶性固形物含量較對(duì)照高6%～22% 的材料［6］。

番茄果實(shí)的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是VC和番茄紅素。番茄紅素是目前自然界中抗氧化能力極強(qiáng)的類胡蘿卜素，其生物活性強(qiáng)于其他類胡蘿卜素。VC含量屬于數(shù)量遺傳性狀，一般符合加性效應(yīng)，遺傳力較高［7］。最新研究發(fā)現(xiàn)，SlbHLH59基因影響抗壞血酸積累［8］。番茄紅素含量也屬數(shù)量遺傳性狀，遺傳模型以基因加性效應(yīng)為主，并有少量的上位效應(yīng)，顯性效應(yīng)不顯著，雜交一代平均數(shù)接近中親值，一般配合力效應(yīng)為主，特殊配合力效應(yīng)不大。

番茄外觀品質(zhì)主要體現(xiàn)在果色、果形、硬度和耐裂性等。櫻桃番茄果色有鮮紅、粉紅、黃色、橙黃色、橘黃色、紫色、黑色、咖啡色、綠色、白色等，主要與果皮內(nèi)的類黃酮物質(zhì)、果肉中的葉綠素和類胡蘿卜素類物質(zhì)有關(guān)［9］。果實(shí)顏色被許多基因控制，目前已經(jīng)克隆的與果色相關(guān)的基因主要包括深紅色基因Ogc和等位基因B；使番茄類胡蘿卜素積累增加的基因?yàn)镠P1、HP2、HP3，綠果肉基因GF，白色果實(shí)基因L-2，黃色或橙黃色果肉基因R、Delta、T，粉果基因Y以及與果實(shí)中葉綠素分布相關(guān)的基因U和UG等［10-17］。

2.1.2 抗病性 迄今為止已發(fā)現(xiàn)200多種番茄病害，其中主要有40多種，在我國(guó)為害嚴(yán)重的有10多種，如黃化曲葉病毒、煙草花葉病毒、青枯病、細(xì)菌性斑點(diǎn)病、葉霉病、晚疫病、灰霉病、枯萎病、根結(jié)線蟲(chóng)病等，而南方特別是設(shè)施條件下主要病害有黃化曲葉病毒、青枯病、晚疫病等，對(duì)這些病害的遺傳規(guī)律已有大量研究。在育種應(yīng)用方面，已經(jīng)從野生番茄資源中找到了大部分抗源，一些抗性基因已經(jīng)通過(guò)雜交轉(zhuǎn)入普通番茄中，并通過(guò)基因聚合創(chuàng)制出兼抗多種病害的材料，育成一批抗病品種。大約有20種抗病基因或QTL被克隆或精細(xì)定位，分子標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)在很大程度上替代人工接種鑒定技術(shù)。

黃化曲葉病毒病是世界范圍內(nèi)流行的一種毀滅性病毒病，近年來(lái)由于天氣變暖和煙粉虱的大量繁殖，番茄病毒病逐年加重，并且由于病毒變異快，育種比較困難?，F(xiàn)已挖掘的抗性基因包括Ty-1、Ty-2、Ty-3、Ty-3a、Ty-4、Ty-5等，分子標(biāo)記鑒定與人工抗性鑒定符合率高達(dá)91.02%，這些分子標(biāo)記在櫻桃番茄育種中得到廣泛應(yīng)用［18］。我國(guó)已經(jīng)從國(guó)內(nèi)外引進(jìn)抗TYCLV材料，目前已成功選育多個(gè)抗病品種。

番茄青枯病屬土傳細(xì)菌維管束病害，多發(fā)于華南地區(qū)，目前關(guān)于該病的抗性遺傳規(guī)律仍不清楚。番茄抗青枯病育種仍以常規(guī)技術(shù)為主，分子標(biāo)記還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，而常規(guī)育種因?yàn)榉蛛x群體小、連鎖不良性狀基因（如小果、有棱肩）等因素，給抗青枯病育種造成了一定困難。自20世紀(jì)50年代末我國(guó)育種家從國(guó)外收集番茄抗青枯病材料，通過(guò)多年雜交及選擇，選育出了一批抗病品種，并在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用，對(duì)有效防治青枯病起到了一定作用［19］。

晚疫病是影響世界番茄生產(chǎn)的主要病害，由致病疫霉引起，高溫低濕天氣容易導(dǎo)致晚疫病害發(fā)生，遺傳規(guī)律尚不清楚，持久高抗品種選育難度大。目前，隨晚疫病菌的不斷進(jìn)化，生理小種不斷更新，Ph-1與Ph-2的抗性已漸漸被克服，而Ph-4、Ph-5、Ph-6基因的抗性也未在生產(chǎn)中得到檢驗(yàn)。目前關(guān)于Ph-3基因的報(bào)道最多，在育種上使用最頻繁。據(jù)研究，Ph-3基因?yàn)椴糠诛@性，能有效抵抗多個(gè)生理小種，就算是只含雜合的Ph-3基因的番茄植株，也能抵抗兩個(gè)優(yōu)勢(shì)小種［20-21］。

培育具有復(fù)合抗性的番茄雜種一代是主要的育種目標(biāo)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所利用分子標(biāo)記選育出具有7個(gè)抗病基因的多抗品系［21］。

2.1.3 產(chǎn)量 產(chǎn)量育種主要是利用番茄的雜種優(yōu)勢(shì)。櫻桃番茄的株型、果數(shù)和單果重與產(chǎn)量關(guān)系密切。番茄作為喜光蔬菜作物，株型對(duì)其光合物質(zhì)生產(chǎn)的影響尤為顯著。番茄的理想株型（指“幾何株型”）應(yīng)該是植株上部葉片上沖，中部葉片上揚(yáng)，下部葉片平展，葉片稀疏而短，株型緊湊。植物株型是通過(guò)側(cè)枝、節(jié)間生長(zhǎng)和莖封頂來(lái)維持植株有限和無(wú)限生長(zhǎng)的重要農(nóng)藝性狀［22］。側(cè)枝對(duì)番茄的株型和產(chǎn)量有重要影響，生產(chǎn)上通常采用摘除側(cè)枝等措施進(jìn)行整枝以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的。目前已知的控制番茄側(cè)枝形成的基因主要有LS、BL和BRC1a/b［23-24］。

櫻桃番茄單果重與結(jié)果數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，在櫻桃番茄豐產(chǎn)性育種中，選擇結(jié)果數(shù)這一性狀時(shí)，考慮單果重不宜太大，否則會(huì)影響總產(chǎn)量的提高［25］。番茄果實(shí)質(zhì)量是一個(gè)典型的數(shù)量性狀，由多個(gè)基因共同控制，目前已知的控制番茄果實(shí)質(zhì)量的主效QTL大約有10個(gè)，其中4個(gè)已經(jīng)被克隆，分別為fw2.2、fw3.2、lc和fas［26-28］。

櫻桃番茄育種過(guò)程中，由于櫻桃番茄的單果質(zhì)量不宜過(guò)大，為提高產(chǎn)量，每穗的結(jié)果數(shù)和單株結(jié)果數(shù)非常重要。當(dāng)親本單株結(jié)果數(shù)相差大時(shí)，其F1代的結(jié)果數(shù)大多中間稍偏多［29］。研究認(rèn)為櫻桃番茄單花序果數(shù)的一般配合力方差大于特殊配合力方差，說(shuō)明主要受基因的加性效應(yīng)控制，可以穩(wěn)定遺傳后代，應(yīng)通過(guò)選種和有性雜交育種等常規(guī)育種方法加以利用，且應(yīng)考慮一定環(huán)境因素的影響。

2.1.4 抗逆性 番茄屬于喜溫蔬菜，不耐低溫，在我國(guó)南方早春露地番茄生產(chǎn)經(jīng)常遭受低溫冷害。近年來(lái)，南方設(shè)施番茄面積不斷擴(kuò)大，塑料大棚面積增多，南方春季陰雨連綿，因此低溫寡照制約著設(shè)施櫻桃番茄的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。番茄的非生物脅迫如低溫、弱光等由于缺乏對(duì)其分子遺傳基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)，在分子育種方面還難以有所作為。主要還是通過(guò)在低溫和弱光的條件下進(jìn)行鑒定，挖掘具有相應(yīng)抗性的櫻桃番茄種質(zhì)資源。

低溫對(duì)番茄種子萌發(fā)、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、花芽分化及發(fā)育、開(kāi)花、坐果、果實(shí)發(fā)育和成熟等均產(chǎn)生不利影響。栽培番茄對(duì)低溫敏感，而番茄的某些野生近緣種如智利番茄、多毛番茄、醋栗番茄及類番茄具有較強(qiáng)的抗寒性［30］。近年來(lái)，番茄中也克隆鑒定了一些抗寒相關(guān)的基因，如CBF、ERF、FAD、GPAT、VED及GME［31-34］等。

弱光影響番茄的光合作用，隨著光強(qiáng)降低，植株光合速率下降，同化產(chǎn)物積累量減少，表現(xiàn)出植株干鮮物質(zhì)量降低、含水量增加、莖稈徒長(zhǎng)等現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了植株正常生長(zhǎng)發(fā)育［35］。在育種過(guò)程中，選擇最佳親本是培育耐弱光品種的關(guān)鍵，目前沒(méi)有找到一個(gè)可以用于鑒定番茄耐弱光性的可靠性指標(biāo)，可以根據(jù)生殖生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)、凈光合速率、葉綠素含量等指標(biāo)進(jìn)行綜合篩選。

2.2 精準(zhǔn)化栽培技術(shù)研究

國(guó)內(nèi)外在精準(zhǔn)化管理已經(jīng)展開(kāi)研究并形成了成熟的技術(shù)體系，特別是在營(yíng)養(yǎng)液的管理、光溫調(diào)控、病蟲(chóng)害防控等方面。近幾年，主要在植物工廠、工廠化育苗及光調(diào)控等方面開(kāi)展研究。

2.2.1 植物工廠 植物工廠的類型普遍劃分為兩種，一種是人工光利用型植物工廠，在密閉可控且?guī)缀醪皇芡饨鐨夂驐l件影響的環(huán)境下，進(jìn)行植物周年連續(xù)工廠化生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，光源主要依靠人工補(bǔ)光的植物工廠；另一種是自然光（有補(bǔ)光或無(wú)補(bǔ)光）利用型植物工廠，其內(nèi)部環(huán)境相對(duì)可控，但由于其光源主要依靠自然光，因此一定程度上其內(nèi)部的微氣候受到外界環(huán)境的影響。國(guó)內(nèi)對(duì)植物工廠的研究起步較晚，但發(fā)展迅速。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，我國(guó)實(shí)際運(yùn)行且有一定規(guī)模的人工光植物工廠有200余座，主要分布在廣東、北京、上海、浙江、江蘇、山東、陜西、福建等地，其中栽培面積超過(guò)20 000 m2的植物工廠有兩座［36］。但是人工光植物工廠由于初期建設(shè)成本過(guò)高、后期維護(hù)費(fèi)用巨大以及光源與空調(diào)能耗較大，導(dǎo)致其無(wú)法持續(xù)快速的發(fā)展和難以大范圍的推廣，目前主要以自然光利用型植物工廠為主。廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院根據(jù)動(dòng)態(tài)漂浮原理，結(jié)合廣東華南熱帶亞熱帶氣候的特征，吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)集成創(chuàng)制了華南型櫻桃番茄植物工廠（水培）技術(shù)模式［37］，屬于自然光利用型植物工廠的技術(shù)模式。

2.2.2 工廠化育苗 工廠化育苗主要有兩種，即實(shí)生苗和嫁接苗。番茄嫁接具有植株長(zhǎng)勢(shì)好、光合能力強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，且土傳病害的發(fā)病率、病情指數(shù)明顯降低。20世紀(jì)80年代，蔬菜嫁接栽培技術(shù)遍及日本、中國(guó)和歐美各國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，荷蘭番茄嫁接栽培1 500 hm2，嫁接栽培比率97%；日本番茄嫁接栽培5 080 hm2，嫁接栽培比率40%；韓國(guó)番茄嫁接栽培1 536 hm2，嫁接栽培比率25%；我國(guó)番茄嫁接栽培14 545 hm2，嫁接栽培比率1%［38］。近幾年，我國(guó)在番茄嫁接方面也取得一些進(jìn)展，南方地區(qū)主要存在青枯病土傳病害，我國(guó)選育的抗青枯病砧木品種有浙砧1號(hào)、浙砧2號(hào)、英雄、砧木1號(hào)、桂砧1號(hào)等、海茄砧1號(hào)、海茄砧2號(hào)等［39］。嫁接技術(shù)主要有靠接、劈接、貼接、插接、平接、套管、針接等7種方法，目前主要推薦貼切的嫁接方式，該方式具有嫁接效率高、不易脫落、污染率低、對(duì)接穗莖粗要求較低的特點(diǎn)。為節(jié)約種子成本，嫁接育苗方式由一苗一頭向一苗四頭發(fā)展［40］。

2.2.3 光調(diào)控 目前設(shè)施內(nèi)普遍使用的是LED光源，LED光源能發(fā)出植物生長(zhǎng)所需要的各種單色光，能單獨(dú)控制不同光質(zhì)和發(fā)光強(qiáng)度，光能有效利用率可達(dá)85%左右，在植物工廠栽培中能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)不同作物的生長(zhǎng)需求對(duì)光質(zhì)及光強(qiáng)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，為植物生長(zhǎng)提供最佳的光源來(lái)調(diào)控植物形態(tài)建成和生長(zhǎng)代謝。補(bǔ)光方式、光強(qiáng)、光周期和光質(zhì)對(duì)設(shè)施番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān)。

研究發(fā)現(xiàn)，LED側(cè)面補(bǔ)光可節(jié)能36.3%，因此50%側(cè)面補(bǔ)光狀態(tài)的高壓鈉燈可以取代頂部補(bǔ)光。株內(nèi)冠層補(bǔ)光促進(jìn)番茄可溶性固形物含量增加，而底部冠層補(bǔ)光能維持較低冠層相對(duì)穩(wěn)定的光照條件，促進(jìn)光合作用，提高果實(shí)產(chǎn)量。LED燈管和LED燈帶均能顯著提高櫻桃番茄掛果數(shù)、總產(chǎn)量和單果重，且LED燈管能顯著提高果實(shí)品質(zhì)［41］。

在補(bǔ)光照明中一般用光合有效輻射（PAR）定量表征，PAR單位為μmo1/m2·s。據(jù)報(bào)道，栽培番茄一般需要30 mo1/m2·d或更高的光照量，而對(duì)于番茄種苗培植則最好使用4.8～6.0 mo1/m2·d的光照量（對(duì)應(yīng)于光照周期為12 h下111～139 μmo1/m2·s的光強(qiáng)）。光強(qiáng)過(guò)低很有可能會(huì)減少果實(shí)產(chǎn)量和質(zhì)量，達(dá)不到補(bǔ)光照明的預(yù)期效果［42］。

一般番茄種植的光周期為12～16 h，光周期的延長(zhǎng)能在一定程度上促進(jìn)植株的生長(zhǎng)。但光周期也不宜太長(zhǎng)，當(dāng)連續(xù)數(shù)日光周期超過(guò)17 h時(shí)，葉片容易出現(xiàn)缺綠病。同時(shí)，一定不能中斷種植過(guò)程中的黑暗周期，否則會(huì)減緩生產(chǎn)而降低產(chǎn)量。目前對(duì)于番茄各個(gè)生長(zhǎng)階段的補(bǔ)光研究中，大多光周期設(shè)定為 12～14 h［43-44］。

不同光質(zhì)對(duì)番茄的幼苗發(fā)育、植株形態(tài)、果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)等產(chǎn)生不同影響。設(shè)施內(nèi)番茄補(bǔ)光多聚焦于紅光、藍(lán)光及紅藍(lán)光配比。紅光能夠增加番茄干、鮮質(zhì)量，增強(qiáng)根系活力，增加株高，促進(jìn)下胚軸生長(zhǎng)，提升光合速率，促進(jìn)乙烯的積累而提前成熟，提高番茄紅素、碳水化合物和可溶性糖含量等［45-46］；藍(lán)光促進(jìn)開(kāi)花，抑制莖伸長(zhǎng)和下胚軸的伸長(zhǎng)，調(diào)節(jié)氣孔，提高花青素含量和VC含量［47］；而紅藍(lán)光配比對(duì)番茄育苗及果實(shí)品質(zhì)均有較大的影響，可以壯苗，提高番茄果實(shí)品質(zhì)等［48-49］。

3 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)施櫻桃番茄研究進(jìn)展

早在20世紀(jì)90年代，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院就開(kāi)展了設(shè)施櫻桃番茄研究，包括專用品種選育、設(shè)施栽培模式研發(fā)、周年種植技術(shù)及管理等，形成浮根式水培技術(shù)模式并在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。近幾年，相關(guān)團(tuán)隊(duì)根據(jù)我國(guó)特別是華南地區(qū)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及產(chǎn)業(yè)需求對(duì)設(shè)施櫻桃番茄進(jìn)行深入研究，如設(shè)施專用品種培育、設(shè)施栽培模式集成創(chuàng)新及設(shè)施設(shè)備選型優(yōu)化等，初步形成了華南型櫻桃番茄工廠化生產(chǎn)技術(shù)模式，在生產(chǎn)上進(jìn)行示范推廣，取得較好效果。

3.1 設(shè)施專用櫻桃番茄品種研究

3.1.1 種質(zhì)資源收集、創(chuàng)新與應(yīng)用 種質(zhì)資源是育種的基礎(chǔ)，由于櫻桃番茄是一種嚴(yán)格的自花授粉植物，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的馴化和選育，遺傳背景逐漸變窄，因此廣泛收集資源對(duì)櫻桃番茄育種研究尤為重要。目前全世界番茄種質(zhì)材料約75 000多份，其中櫻桃番茄約4 000多份，主要收藏在AVRDC、美國(guó)農(nóng)業(yè)部、美國(guó)加州大學(xué)等機(jī)構(gòu)。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，先后組織大規(guī)模收集工作，目前有番茄種質(zhì)資源10 000份。廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院從國(guó)內(nèi)外廣泛征集種質(zhì)資源，目前有櫻桃番茄種質(zhì)資源900多份，并建立了櫻桃番茄種質(zhì)資源庫(kù)，已成為我國(guó)特別是華南地區(qū)種質(zhì)資源保存最多單位之一。通過(guò)對(duì)種質(zhì)資源進(jìn)行大規(guī)模的鑒定，建立了有50 000多個(gè)數(shù)字的種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，包括櫻桃番茄生長(zhǎng)類型、品質(zhì)、抗病性、產(chǎn)量等30多個(gè)指標(biāo)，為種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)、創(chuàng)新利用提供數(shù)據(jù)支撐。

廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院在鑒定評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上進(jìn)行系譜選育，創(chuàng)制多份具有重大利用價(jià)值的育種材料，其中有高可溶性固形物含量（最高可達(dá)12%），果皮薄且耐裂的材料1份（相當(dāng)于日本的冰淇淋番茄），抗青枯病、TMV 、CMV、TYCLV及兼抗2～3種以上病害的抗病性材料。這些優(yōu)異材料的果實(shí)顏色有鮮紅色、粉紅色、桔黃色、黃色、淡黃色、咖啡色及黑紫色、綠色、白色等。果實(shí)最小3 g，最大近30 g，果型有圓形、橢圓形、果型指數(shù)0.7～1.3之間，這些材料為進(jìn)一步優(yōu)異品種選育研究提供了優(yōu)良親本。

3.1.2 品種選育 利用創(chuàng)新的優(yōu)異育種材料，根據(jù)雜交優(yōu)勢(shì)育種理論，配制雜交組合超1 000份，在設(shè)施條件及露地條件下測(cè)試配合力，經(jīng)過(guò)多季廣東春、秋試驗(yàn)，篩選出配合力高、雜交一代表現(xiàn)突出的組合近20份，對(duì)這些組合分別在廣西、云南、海南、西安等地進(jìn)行異地鑒定，同時(shí)進(jìn)行人工接種青枯病、TYCLV抗病性鑒定及分子標(biāo)記鑒定，以夏日陽(yáng)光、千禧等為對(duì)照初步選了3個(gè)優(yōu)異組合，分別命名為粵科達(dá)101、粵科達(dá)202和粵科達(dá)301，其中粵科達(dá)101為黃色高品質(zhì)櫻桃番茄品種，可溶性固形物含量9.0%以上，有香味，與夏日陽(yáng)光相比，品質(zhì)相當(dāng)，抗病性更強(qiáng)；粵科達(dá)202為紅色品種，口感佳，番茄紅素和VC含量較高；粵科達(dá)301為粉紅色有限生長(zhǎng)型品種，可串收，品質(zhì)好且抗病性強(qiáng)，具有抗黃化曲葉病毒的Ty1、Ty3a基因位點(diǎn)，抗青枯病Bw12基因位點(diǎn)，抗煙草花葉病毒Tm-2a基因位點(diǎn)［35］。此外，還培育出特色品種綠色粵科達(dá)401、咖啡色粵科達(dá)501和花色粵科達(dá)601，可用于觀光科普，形成系列櫻桃番茄專用品種。

3.1.3 育種技術(shù)研究 除常規(guī)育種技術(shù)和分子標(biāo)記技術(shù)外，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)還利用基因編輯技術(shù)、航天誘變技術(shù)創(chuàng)新育種材料。為創(chuàng)制抗青枯病櫻桃番茄材料，本研究團(tuán)隊(duì)利用構(gòu)建了CRISPR基因敲除載體，轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌獲得有基因敲除載體的農(nóng)桿菌菌株；建立了模式番茄和櫻桃番茄ZL035的遺傳轉(zhuǎn)化體系；獲得RRS1和ERF3基因敲除轉(zhuǎn)基因T0植株各15個(gè)株系。另外，利用基因編輯技術(shù)對(duì)番茄花粉發(fā)育過(guò)程中的特定基因LAP3進(jìn)行定向編輯操作，使得編輯植株無(wú)法產(chǎn)生活性花粉粒從而導(dǎo)致雄性不育，而其他所有性狀與原自交系無(wú)差異，即獲得相應(yīng)自交系對(duì)應(yīng)的不育系，未來(lái)可應(yīng)用于雜交種的種子生產(chǎn)中。2019年提供了7份優(yōu)異櫻桃番茄育種材料給中國(guó)航天航空技術(shù)中心搭載衛(wèi)星，并于2020年初返回，目前正在設(shè)施條件下進(jìn)行篩選鑒定，以期獲得較好變異材料。

3.2 設(shè)施栽培技術(shù)模式研究

廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院相關(guān)課題組根據(jù)動(dòng)態(tài)漂浮培原理，結(jié)合華南熱帶亞熱帶氣候特點(diǎn)吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)集成創(chuàng)新形成了華南型工廠化生產(chǎn)（水培）技術(shù)模式。該模式具有五大特點(diǎn)：（1）適宜華南熱帶亞熱帶氣候，具有較好的降溫降濕、防臺(tái)風(fēng)等特點(diǎn)。（2）具有穩(wěn)定的且豐氧的根際環(huán)境，不會(huì)受短時(shí)間停電影響，營(yíng)養(yǎng)液動(dòng)態(tài)流動(dòng)對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)穩(wěn)定。（3）技術(shù)成熟且簡(jiǎn)單、易建設(shè)，包括設(shè)施、專用品種、周年管理技術(shù)等。（4）投資低，投入產(chǎn)出比高。（5）周年生產(chǎn)，產(chǎn)品潔凈化、可全年進(jìn)行作物生產(chǎn)，提高種植效益。該關(guān)鍵技術(shù)模式包括5個(gè)方面，即設(shè)施設(shè)備、專用品種、營(yíng)養(yǎng)液管理、根際環(huán)境調(diào)控及周年管理技術(shù)等。設(shè)施設(shè)備包括保護(hù)系統(tǒng)、栽培系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、調(diào)控系統(tǒng)及加氧系統(tǒng)等5個(gè)系統(tǒng)；專用品種方面，已經(jīng)選育出一系列專用品種，另外還篩選出一批適宜的專用品種；在營(yíng)養(yǎng)液管理方面，研究出櫻桃番茄專用營(yíng)養(yǎng)液配方，并根據(jù)不同生育期、氣候因子及作物生長(zhǎng)狀況等進(jìn)行調(diào)控；根際環(huán)境調(diào)控采用浮板式水培模式，既可保證植株的營(yíng)養(yǎng)需求，又可保證根系氧氣的供應(yīng)；采用熱傳導(dǎo)能力低的聚苯系材料做栽培槽和定植板，可營(yíng)造溫度相對(duì)穩(wěn)定的根際環(huán)境，形成了從播種、育苗、定植、整枝、采收、拉秧的周年技術(shù)管理規(guī)范及病蟲(chóng)害防控技術(shù)及設(shè)施內(nèi)消毒技術(shù)。

4 展望

4.1 培育突破性新品種

在新品種選育方面，加強(qiáng)種質(zhì)資源研究如育種數(shù)字分析管理，利用QTL技術(shù)對(duì)資源多態(tài)性分布、分類、遺傳特性進(jìn)行研究，提高雜交優(yōu)勢(shì)育種效率，同時(shí)，進(jìn)一步征集野生種質(zhì)資源并挖掘和利用優(yōu)異基因，特別是在可溶性固形物性狀方面。在基因編輯及航天育種方面深入研究，利用基因編輯技術(shù)創(chuàng)制優(yōu)質(zhì)且抗病抗逆育種材料，以期培育出品質(zhì)優(yōu)良兼抗3～4種病害的突破性新品種，打破設(shè)施櫻桃番茄高端品種被國(guó)外壟斷的局面，為我國(guó)種業(yè)科技作出貢獻(xiàn)。

4.2 優(yōu)化設(shè)施設(shè)備

華南地區(qū)早春低溫陰雨，夏季高溫高濕且有臺(tái)風(fēng)，對(duì)設(shè)施要求較高，要求保護(hù)設(shè)施能抗臺(tái)風(fēng)，能降溫保溫且光照充足。進(jìn)一步選型優(yōu)化以滿足設(shè)施櫻桃番茄基本生長(zhǎng)需求，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)需求，觀光農(nóng)業(yè)、休閑農(nóng)業(yè)、都市農(nóng)業(yè)等的需要。另外，隨著5G技術(shù)、AI技術(shù)、LED技術(shù)發(fā)展，未來(lái)設(shè)備不斷添加現(xiàn)代元素，形成華南地區(qū)特色的現(xiàn)代設(shè)施設(shè)備模式，以滿足生產(chǎn)上人們不斷提高的技術(shù)需求。

4.3 創(chuàng)新工廠化生產(chǎn)技術(shù)模式

在設(shè)施栽培技術(shù)模式方面不斷優(yōu)化，達(dá)到高效低碳環(huán)保，形成工廠化生產(chǎn)技術(shù)體系。創(chuàng)新研發(fā)包括設(shè)施設(shè)備升級(jí)優(yōu)化、設(shè)施光溫調(diào)控、配套專用品種、工廠化育苗、水肥精準(zhǔn)管理、病蟲(chóng)害綜合防控的全套技術(shù)體系。