[发明专利]太空环境蔬菜栽培方法

权利要求书

1.一种太空环境蔬菜栽培方法，其特征是包括：

（1） 栽培舱与环境模拟

（1.1） 栽培舱

栽培舱就是太空密闭栽培环境装置，是利用超强聚乙烯材料或钛铝合金制造而成；栽培舱是安装有能控制环境变化的感应器、密封的特殊太空舱；栽培舱在月球、火星上栽培蔬菜时要放置地下，减少辐射；在蔬菜育种是放置星球表面，增加辐射量，诱导基因突变，实现育种目的；栽培舱规格：长×宽×高=3-10m×2～5m×2～5m或直径2～5m、长度3～10m的圆柱体；

（1.2 ）环境模拟

（1.2.1） 空气、压强

（1）空气指标：以体积含量计：氧占20.95%、氮占78.09%、氩占0.932%，空气指标需要自动监测和控制系统；

（2）压强：1个标准大气压；

（1.2.2）重力指标

（1）重力指标：失重状态或微重力；

（2）生长方式：植株生长方向利用紫色光线诱导生长；

（1.2.3）辐射指标

（1）植物承受的辐射量：太空辐射是一种包含伽玛射线、高能质子和宇宙射线的特殊混合体，植物能承受的年辐射量≦52000毫雷姆；

（2）栽培舱减少太空辐射方法：一是利用飞船携带的低温流体液氢、水，把装有这些低温流体的罐子排列在栽培舱的四周，对抵御宇宙射线的侵袭；二是利用超强聚乙烯材料制作具有辐射防护作用的栽培舱，同时具有防止微陨星的撞击；

（3）太空辐射的合理利用：太空温室作物栽培，必须控制太空辐射，合理利用太空辐射实现太空育种的目的；

（1.2.4）空气湿度指标

空气湿度指标：空气湿度范围为60～80%；

（1.2.5）二氧化碳指标

二氧化碳指标：CO₂浓度保持在0.09% （1800mg/ m³）～ 0.18%（3600mg/ m³）范围，直至达到植物CO₂饱和点；

（1.2.6）温度指标

（1）温度指标： 5～30℃，昼夜温差大于10℃；

（2）植物对温度适应情况：许多蔬菜、花卉20～26℃生长最快，且昼夜温差大于10℃；

（1.2.7）光照强度

（1）光强范围：黑夜50Lax～白昼40000Lax；

（2）色光选择：不同蔬菜、花卉品种喜欢不同的色光，用选择性光；利用红光进行光合作用和生长，红光最节省能源；利用蓝光来指引植物生长方向和舒展，这就是植物的向光性；

（3）光照方式：用光伏电池自动控制光源，用密集的光纤系统光照或用太阳能LED自动控制光源选择性采光；

（4）光照时间：以地球年、月、日、时、分、秒为计时单位，即以24hr为1d，白昼为12～16hr，黑夜12～8hr；根据不同的植物生长习性，选择不同光照时间；

（5）要求：实现太阳光能吸收储存和再利用；利用密集的光纤等系统收集太阳光线，用于植物栽培；

（1.2.8）声肥

分贝指标：黑夜时播放优雅的古典轻音乐，白昼播放昂扬向上的音乐，并掺杂其它复合声音，分贝值：10～80分贝；

要求：选择不同的音乐用在植物上可以作声肥，实行定时自动控制；

（1.1.9）磁场

磁场指标：植物生长的磁场强度1000～3000Gs；

要求：栽培舱内的栽培装置，实现永磁磁场强度控制；

（1.1.10）太空育种

宇宙空间存在强辐射宇宙射线、微重力、高真空、弱磁场交变磁场、无振动和无菌特殊环境条件，保持和合理利用这些原始条件为蔬菜、花卉植物的定向培育提供安全可靠的实验场所和生产基地； 

（2）栽培装置

栽培装置就是栽培舱内安装的蔬菜、花卉等植物的栽培箱或桶等；对于无土栽培基质配置利用地球携带基质或人工制造具有营养缓释功能的基质；

（2.1）栽培装置设置

（1）栽培装置形状规格：栽培装置形状为透明塑料的斜面栽培面的箱体，规格大小根据栽培舱大小来决定；栽培装置的栽培面设有定植孔；栽培装置连接营养液池和营养液循环系统；栽培舱内的栽培装置实现永磁磁场强度控制；

（2）栽培方法：一是使用营养液深池循环栽培或浅池循环栽培或雾培蔬菜、花卉等植物的栽培装置：栽培面设有定植孔，定植孔直径、密度根据栽培植物品种大小、特性来定；二是使用营养液无土栽培等方式栽培的蔬菜、花卉等植物，直接栽培到基质上；

（3）栽培说明：失重状态下的蔬菜、花卉等植物栽培适合用雾培；微重力下栽培的蔬菜、花卉植物栽培适合用上述各种方式栽培；

（4）栽培要点：栽培装置连接营养液池和营养液自动循环系统；

（2.2）营养液自动循环系统；

营养液自动循环系统：设有电脑自动控制系统，能控时喷雾、微循环等自动控制功能；

（3）脱毒蔬菜、花卉栽培

脱毒蔬菜、花卉栽培减轻或杜绝病害的发生，减少或杜绝施用农药，节约种量、增加产量、提高品质、提早收获；

（3.1）适宜品种

选择品质优、高抗病、产量高或花量多、花朵大、花期长、鲜艳奇特的蔬菜、花卉等植物品种；

（3.2）芽苗繁育

将选准的优良蔬菜、花卉等植物品种经过原原种的茎尖脱毒、雾培、原种的基质繁育、病毒检测过程，繁育出一、二级种；将三角瓶中一级种或二级种的脱毒苗取出，植于育苗盘中雾化培育壮苗，15～20d后生长成芽苗；

（3.3）芽苗移栽

将3.2中的芽苗栽于2.1的栽培装置上的定植孔中或栽于无土栽培的基质中，用海绵固定，苗入孔中深度达5～10cm；

（3.4）移栽密度

移栽密度根据定植孔密度或蔬菜、花卉的品种特性来定；一般3000～10000株/666.67m²；

（4）营养液配方

（4.1）配方

（1）以MS培养基配方为基础，根据品种特性适当增减某一项元素，并注意pH值酸碱度、EC值电导率、Ψπ值渗透势的大小，与栽培的蔬菜、花卉等生长习性相适应；   

（2）雾喷营养液以MS培养基为基础，提高浓度15～30%，pH值、EC值和Ψπ值指标：营养液的pH值5.5～7.5、EC值1～4mmhos/cm或mS/cm、Ψπ值-1—— -5Mpa；根据植物的要求，随时进行调整；

（5）群体管理

（5.1）营养液自动循环系统控制

根据不同生长时期进行不同的管理，注重控制好营养液自动循环系统；由于是在的无菌、无病虫害环境中和脱毒的状况下栽培，一般不会有病虫害发生；只是存在脱毒不彻底引起的微弱病害发生，使用生物防治—雾化喷根防治；

（5.2）物理肥料使用

一是声肥；5～60分贝为最佳范围，2～4hr/d；

二是光肥；多种植物对绿光呈排斥现象、禁用；紫色光、蓝光有利于蛋白质、脂肪和氨基酸的合成；光肥的成本很低，使用有颜色的农膜或色灯就行；不同的光谱对农作物生长也有不同的作用，马铃薯叶绿素喜好红光和橙光，这样有利于淀粉、糖份、纤维素等碳水化合物的合成；

三是电肥；雾化溶液等营养液电位差在25～100V之间；

四是气肥；栽培室内大气CO₂ 380 μL/L，根际CO₂浓度CO₂ 380～920 μL/L是雾培植株生长旺盛的条件之一，需要自动控制系统控制好室内CO₂浓度；

五是磁肥；每天保持2000～3000高斯的磁场强度；

六是风肥；风速介于微风；即3级风，相当风速3.4～5.4m/s～和风即4级风，风速在5.5～7.9m/s范围内；在光照充足的时，给农作物群体内安装气泵，增加风量，实现CO₂的循环施肥；

（6）适时收获。

2.根据权利要求1所述的太空环境蔬菜栽培方法，其特征是：所述的太空环境蔬菜栽培方法为太空环境马铃薯栽培方法，包括：

（1）太空密闭环境与栽培装置

本发明是在航天器、国际空间站、月球、火星等外空间、星球的密闭空间内，使用地球先进的雾化栽培装置栽培马铃薯，同时进行太空育种；

（1.1）太空密闭环境

（1.1.1）空气指标；以体积含量计---氧占20.95%、氮占78.09%、氩占0.932%；

（1.1.2）压力指标；压力指标1个标准大气压；在一个标准大气压每立方米空气，20摄氏度时，取1.205kg/m³；

（1.1.3）水蒸气指标；空气湿度60～80%；

（1.1.4） 二氧化碳指标；CO₂浓度保持在0.09% （1800mg/m³）～ 0.18%（3600mg/m³）范围；

（1.1.5）温度指标；温度范围3～25℃，昼夜温差10℃；育种时保持太空接近低温；

（1.1.6）光照强度；光强范围：黑夜50Lax～白昼40000Lax或黑夜50Lax～白昼3000Lax；马铃薯生长用光纤系统引入红光和蓝光；红光用于光合作用、蓝光引导生长方向；

（1.1.7）光照时间：白昼为12～16hr，黑夜12～8hr；育种栽培进行无遮盖太空强辐射；

（1.1.8 ）音乐；黑夜时播放优雅的古典轻音乐，白昼播放昂扬向上的音乐，并掺杂其它复合声音，分贝值在10～60分贝；

（1.1.9）栽培管理人员需要的色彩；空间四周五颜六色齐备，以与绿色植物和谐的色彩为主流；

（1.1.10 ）磁场；磁场强度2000～3000Gs，获得了明显高产、加快农作物生长的作用；育种时保持太空弱磁场状态；

（1.1.11）太空育种；宇宙空间存在强辐射宇宙射线、微重力、高真空、弱磁场交变磁场、无振动和无菌特殊环境条件，保持和合理利用这些原始条件为蔬菜、花卉植物的定向培育提供安全可靠的实验场所和生产基地； 

（1.2） 栽培装置

（1.2.1）马铃薯栽培装置；马铃薯雾化栽培槽为“U”型或倒“A”型暗箱，规格为长×宽×高=100cm以上×20～40cm×20～40cm；槽上方有厚度1cm的与槽等宽的盖板，长度自定；盖板中央有一直径1～3cm开孔，即栽培孔；开孔下方对应扇形高雾化喷嘴；各雾化喷嘴用PERT管连接到高压泵上，泵的进、出水口和栽培槽出水口连接到营养液池中，形成“营养液池、泵、栽培槽、喷嘴、植株、营养液池”的循环；泵体由微电脑控时装置控制，泵体进水口安装营养液过滤系统，防止雾化喷嘴堵塞；

（1.2.2）营养循环系统；营养循环系统设有电脑自动控制系统，能控时喷雾、延时、关闭等自动循环喷雾；雾化栽培就是利用喷雾设备及控时装置，把根据作物营养生理特点配制好的营养液雾化，定时供给作物根系吸收利用的栽培方式；应用于脱毒微型薯的繁殖、芽培；

（2）脱毒马铃薯雾化栽培芽苗

马铃薯芽栽是根据马铃薯具有多个芽眼的特点,使每个芽眼发苗移栽,达到多繁、快繁,保证品种种性的目的；

（2.1）适宜品种

在微型薯的雾化栽培中，有目的地选择具有合理株型结构、良好结薯性能的马铃薯品种是提高雾化栽培微型薯生产能力的有效手段；适宜太空雾化芽栽的马铃薯品种选择2个品种：费乌瑞它马铃薯和马铃薯品种陇薯3号，原代号161-2；

（2.2）芽苗雾化繁育

本发明提供的马铃薯脱毒苗雾培方法采用马铃薯育种学阐述的方法，将选准的优良马铃薯品种经过茎尖脱毒（原原种）、雾培、基质繁育（原种）、病毒检测等过程，繁育出一、二级种；将三角瓶中一级种或二级种（生产种）的脱毒苗，至少无严重为害马铃薯的10种病毒：马铃薯普通花叶病毒(PVX)、马铃薯重花叶病毒(PVY)、马铃薯轻花叶病毒(PVA)、马铃薯潜隐花叶病毒(PVS)、马铃薯卷叶病毒(PLRV)、马铃薯纺锤块茎微病毒(PSTV)、马铃薯副皱缩病毒(PVM)、马铃薯黄斑花叶病毒(PAMV)、烟草脆裂病毒(TRV)、苜蓿花叶病毒(AMV)及紫菀黄化菌原质取出，植于育苗盘中雾化培育壮苗，15～20d后，即成芽苗；

（3）芽苗移栽

将2.2中的芽苗从育苗盘中剪下、苗高15～20cm，不带根，将苗栽于槽盖板上的定植孔中，用海绵固定，苗入槽中6～10cm，利于多生匍匐茎和结薯或者选择芽长15～20cm、粗壮、完整且无病的幼芽，芽上带有须根芽苗，淘汰细瘦、芽尖变色、干枯或容易折断的幼芽；将苗栽于槽盖板上的定植孔中，用海绵固定，苗入槽中6～10cm，利于多生匍匐茎和结薯；

（3.1）移栽时期

芽长15～20cm、粗壮、完整且无病的幼芽为移栽最佳时期；

（3.2）移栽密度

芽苗株距15～25cm，行距30～40cm，密度在14000～6667株/666.67m₂；

（4）雾化肥水配方

每生产1000kg马铃薯块茎，需吸收氮5kg、磷2kg、钾10kg，硫1kg，钙1kg，镁1kg；马铃薯生长周期中，结薯期是其需肥高峰期；生育期结合施药用0.2%硼砂或0.2%磷酸二氢钾水溶液叶面喷施追肥；

（4.1）肥水配方

马铃薯茎尖脱毒培养基配方：硝酸铵1650mg/L，硝酸钾1900 mg/L，氯化钙440 mg/L，硫酸镁370 mg/L，磷酸二氢钾170 mg/L，硫酸铁27.8 mg/L，四醋酸钠37.3 mg/L，硼酸6.2 mg/L，硫酸锰22.3 mg/L，硫酸铜0.025 mg/L，硫酸锌8.6 mg/L，氯化钴0.025 mg/L，烟酸0.5 mg/L，维生素B10.1 mg/L，肌醇100 mg/L，甘氨酸2.0 mg/L，吲哚-3-乙酸5～25 mg/L，激动素0.04～10 mg/L，维生素B60.5 mg/L，蔗糖30 g/L，琼脂5～8 g/L；

马铃薯茎切段培养基配方：硝酸铵1650mg/L，硝酸钾1900 mg/L，氯化钙440 mg/L，硫酸镁500 mg/L，磷酸二氢钾170 mg/L，硫酸铁27.8 mg/L，四醋酸钠38mg/L，硼酸6.2 mg/L，硫酸锰22.3 mg/L，硫酸铜0.03mg/L，硫酸锌8.6 mg/L，钼酸钠0.25 mg/L，烟酸0.5 mg/L，维生素B60.5mg/L，肌醇100 mg/L，甘氨酸2.0 mg/L，吲哚-3-丁酸1.0 mg/L，水解蛋白1000 mg/L，蔗糖30 g/L，琼脂9.5 g/L；

马铃薯雾培营养液配方：以MS配方为基础；

（4.1.1）大量元素；指含量占植物总重量万分之一以上的元素，包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等；其中C为最基本元素，C、H、O、N为基本元素，C、H、O、N、P、S这六种元素的含量占到了原生质总量的97%，称为主要元素；植物需要量或含量较大的元素；包括碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫和硅等；禁止使用含有三聚酰胺的氮肥；

（4.1.2）微量元素；植物有机体中含量小于0.01%的化学元素如铁、锌、铜、锰、铬、硒、钼、钴、氟等，称为微量元素；

（4.1.3）植物农药；根据脱毒效果和田间马铃薯生长表现，确定使用植物农药的种类和剂量和施用时期；

（4.1.4）pH值；pH范围5.0～6.0；马铃薯是较喜酸性土壤的作物，土壤氢离子浓度100～1580纳摩/升（pH 4.8～7.0）马铃薯生长都比较正常；氢离子浓度为897.1～2305.2纳摩/升(pH5.64～6.05)时有增加块茎淀粉含量的趋势；

（4.1.5）电导率（EC值）；营养液浓度即EC值在2000～2500μs/cm；

（4.1.6）渗透势（Ψπ值）；营养液渗透势控制在-0.1～0.2Mpa之间；

（4.2）雾化方法

白昼：芽条生长期喷雾20～30s，停喷2～3min；幼苗期雾喷30s,停喷3～5min；块茎形成期喷雾25s，停喷5～6min；块茎增长期喷雾25～35s，停喷10～15min；淀粉积累期喷雾25～35s，停喷12～16min；收获期停喷；

黑夜：间隔1～2hr喷一次；

（5）群体管理

马铃薯生育时期分为芽条生长期：从萌发开始，经历芽条生长、根系形成，至幼苗出土为芽条生长期；这期农作物措施关键是能把种薯的养分、水分及内源激素调动起来，促进早发芽，多发根、快出芽、出壮苗，30d以上；幼苗期：从幼苗长出，经历根系发育、主茎孕苗期；此期的生长中心是茎叶与块茎的生长，10～15d、块茎形成期：从块茎具有雏形开始，经历地上茎顶端封顶叶展开、第一花序开始开花、全株匍匐茎顶端均开始膨大、直到最大块茎直径达3～4厘米、地下上部茎叶干物重和块茎干物重平衡为止，为块茎形成期；本期是决定单株结薯数的关键时期，农作措施以水肥促进茎叶生长，迅速建成同化体系，同时中耕结合培土为茎膨大创造条件，一般经历30d左右，块茎增长期从地上部与地下部干重平衡开始，即进入块茎增长时期，此期叶面积已达最大值，茎叶生长逐渐缓慢并停止；地上部制造的养分不断向块茎输送，块茎的体积重量不断增长，是决定块茎体积大小的关键时期、淀粉积累期从茎叶开始逐渐衰老，到块茎体积和重量继续增加；该期生长特点是地上部向块茎中转运碳水化合物、蛋白质和灰分，块茎日增重达最大值；淀粉的积累一直延续到茎叶全部枯死之前，农作物措施主要是昼保持根、茎、叶减缓衰亡，加速同化物向块茎中转移成熟期、收获期决定于生产目的和轮作、连作等要求；一般当植物地上部茎叶黄枯，茎块内淀粉积累充分时，即为成熟收获期六个时期；根据不同时期进行不同的管理，一般为白昼：芽条生长期喷雾20～30s，停喷2～3min；幼苗期雾喷30s,停喷3～5min；块茎形成期喷雾25s，停喷5～6min；块茎增长期喷雾25～35s，停喷10～15min；淀粉积累期喷雾25～35s，停喷12～16min；收获期停喷；黑夜间隔1～2hr喷一次；雾喷营养液以MS培养基为基础，适当提高浓度15～30%，并注意pH值、EC值和Ψπ值；相当于地球上田间管理；由于是在的无菌、无病虫害环境中和脱毒的状况下栽培，一般不会有病虫害发生，只是存在脱毒不彻底引起的微弱病害发生，使用植物防治—雾化喷根即可；

（5.1）适期营养液配方

雾喷营养液以MS培养基为基础，提高浓度15～30%，并注意最佳pH值、EC值和Ψπ值；调整如下3种配方：

（1）硝酸钠10克、过磷酸钙70克、硫酸铵25克、硫酸钾35克、硫酸镁40克；

用法：利用以上配方配制营养液时，先将其与水混合，然后再按每100升水加3克的比例加入混合好的微量元素才可使用，微量元素通常以硫酸亚铁100克、硼酸粉14克、硫酸锰10克混匀研成粉末；

或（2）硝酸钾0.7克/升、硼酸0.0006克/升、硝酸钙0.7克/升、硫酸锰0.0006克/升、过磷酸钙0.8克/升、硫酸锌0.0006克/升、硫酸镁0.28克/升、硫酸铜0.0006克/升、硫酸铁0.12克/升、钼酸铵0.0006克/升；

用法：使用时，将各种元素混合在一起，加水1公升，即成为营养液；在配制上述营养液时，可以根据不同作物、不同生育时期的要求，对元素的种类和用量予以增减；

或（3）尿素5克、磷酸二氢钾3克、硫酸钙1克、硫酸镁0.5克、硫酸锌0.001克、硫酸铁0.003克、硫酸铜0.001克、硫酸锰0.003克、硼酸粉0.002克；加水10升，溶解后即制成营养液；

（5.2）叶面喷肥，重力或微重力条件下此方法有效；

根据马铃薯不同的生育时期和不同表现，喷施大量元素肥料和微肥；用0.2%硼砂或0.2%磷酸二氢钾水溶液叶面喷施追肥；营养液配方如步骤（5.1）所述；

（5.3）物理肥料使用

一是声肥；分贝值为5～60分贝、2～4hr/d的轻音乐； 

二是光肥；利用红光和橙光等LED色灯每天照射马铃薯12～14hr/d；马铃薯叶绿素喜好红光和橙光，这样有利于淀粉、糖份、纤维素等碳水化合物的合成；

三是电肥；雾化溶液的电位差在25～100V之间；

四是气肥；栽培室内大气CO₂ 380 μL/L，根际CO₂浓度，CO₂ 380～920 μL/L是汽雾栽培马铃薯植株生长旺盛的条件之一；

五是磁肥；每天保持2000～3000高斯的磁场强度；将灌溉用水经3000高斯的磁场处理后再灌溉；将肥料磨细，经磁场处理后再溶解、雾化喷施，起到了以磁肥结合的目的，加快农作物生长的作用；

六是风肥；风速介于微风即3级风相当风速m/s与和风即4级风，风速在5.5～7.9m/s范围；在光照充足的时，给马铃薯群体内安装气泵，增加风量，实现风循环；

（5.4）马铃薯病害防治

马铃薯的病毒病防治主要集中在生产健康马铃薯种薯、培育马铃薯抗病毒品种和利用抗病毒物质三个方面；

（5.4.1）马铃薯脱毒种薯生产；

一是马铃薯脱毒---茎尖培养和热处理；(1)茎尖培养:在靠近茎端或根尖的一个变化的长度内不含有病毒或仅含有极少量的病毒,因而可以通过茎尖离体培养来脱除病毒； (2)热处理：在35～40℃高温下培养一段时间已经在几种无性繁殖植物中以脱毒；当热处理与组织培养结合使用时,效果更加明显；用5～10℃低温处理块茎继而剥离茎尖分生组织培养脱除PSTVd；此外,在茎尖培养前进行电处理脱除马铃薯的PVX；

二是传毒媒介的控制；太空雾化栽培马铃薯杜绝了害虫滋生，也杜绝了蚜传病害；

三是种薯认证；种薯质量必须符合“GB18133马铃薯脱毒种薯”的要求，避免使用不合格的种薯和商品薯作种；

（5.4.2）利用抗病毒物质控制马铃薯病毒；

病毒唑(三氮唑核苷), 30 mg/L浓度下对十几种植物病毒有抗病毒活性,其中包括PVX、PVY常见植物病毒；三嗪类衍植物DHT(2,4-二酮-六氢化1,3,5-三嗪)及从DHT的衍植物中筛选出的DA·DHT(1,3-二乙酰-2,4-二酮-六氢化1,3,5-三嗪)对PVX有很好的抑制作用,同时对PVY、PVA、PVS、PVM、PLRV病毒也都有不同程度的治疗效果；

（6）适时收获

当植物上部茎叶停止生长或失绿时，下部茎块内淀粉积累充分时，为成熟收获期；

（6.1）根据生育期特点收获

马铃薯淀粉积累期，茎叶开始逐渐衰老或失绿，到块茎体积和重量继续增加；该期生长特点是地上部向块茎中转运碳水化合物、蛋白质和灰分，块茎日增重达最大值；淀粉的积累一直延续到茎叶全部失绿之前，农作物措施主要是昼保持根、茎、叶减缓衰老或失绿，加速同化物向块茎中转移，成熟期收获；

（6.2）根据探测结果收获

雾培马铃薯有一个优势，在马铃薯淀粉积累期随时检查、探测薯块的生长情况，薯块表现出品种特性或商品特性的时候，即可采摘，促进其它薯块继续生长；

（6.3）块茎收获与贮藏

地上茎叶变黄、枯萎脱落时即可收获；收获前除去病株；收后薯块不要立即装袋或贮藏，应适当晾晒后再行包装和贮藏；贮藏温度1～3 ℃，贮藏做到通风透气，且贮藏室内湿度保持60～65%，湿度不宜过大。