本文作者：郭世榮孫錦束勝李晶作者單位：南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院

國外設施園藝發(fā)展的特點

1工業(yè)技術植入園藝作物生產(chǎn)，實現(xiàn)了設施園藝生產(chǎn)的自動化

工業(yè)技術植入園藝作物生產(chǎn)之中，使設施園藝賦予了工廠化農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵，成為工業(yè)化大體系不可分割的部分。溫室生產(chǎn)的高投入、高產(chǎn)出、高效率管理模式要求應用大量的高新技術，當前工業(yè)領域內(nèi)的科技成果(如機器人技術等)不斷運用于溫室園藝配套裝備之中，已取得初步成果。國外發(fā)達國家一直致力于把自動化技術應用于園藝作物的耕種、施肥、灌溉、病蟲害防治、收獲以及農(nóng)產(chǎn)品加工、儲藏、保鮮的全過程，可以根據(jù)作物生長發(fā)育的特點，創(chuàng)造最適宜的溫室環(huán)境條件，基本擺脫了外界環(huán)境條件對作物生產(chǎn)的影響，實現(xiàn)了作物周年生產(chǎn)和均衡上市。目前，這種自動控制技術逐步向智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展［31］。20世紀70年代以來，發(fā)達國家的設施園藝已具備了設施設備完善、生產(chǎn)技術規(guī)范、產(chǎn)量穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量安全性強等特點，并且已形成了溫室制造、生產(chǎn)資料配套、產(chǎn)品生產(chǎn)、物流等為一體的設施園藝產(chǎn)業(yè)體系。目前，日本、美國、荷蘭、以色列、韓國、英國開發(fā)出的耕耘、移栽、施肥、噴藥、蔬菜嫁接、蔬菜水果采摘、育苗移栽、苗盤覆土消毒等機器人裝備相對比較成熟，可用于設施園藝生產(chǎn)。溫室園藝機器人的使用，不僅大幅提高勞動生產(chǎn)率，改善設施生產(chǎn)勞動環(huán)境，而且保證了作業(yè)的一致性和均一性［32］。日本、韓國等國研究開發(fā)了多種設施園藝耕作機具、播種育苗裝備、灌水施肥裝備以及自動嫁接裝備等，提高了溫室管理水平和勞動生產(chǎn)率;荷蘭研制溫室屋面清洗機械裝置，用于清洗屋面灰塵，大幅度提高了溫室的透光率［33－34］。另外，荷蘭還開發(fā)出自動通風窗開閉、溫濕度調(diào)節(jié)裝置，被越來越多的溫室采用。發(fā)達國家在設施園藝產(chǎn)品的采收和后加工過程中，廣泛使用包裝機具、高效運輸裝置、盆花轉(zhuǎn)運機械、快速分級系統(tǒng)等設備，提高了園藝農(nóng)產(chǎn)品的商品性，如荷蘭采運、包裝設備能同時實現(xiàn)10～20個不同花卉品種的自動分類，X射線可用于分辨盆花莖干的長度和葉色［35］。

2高新技術在設施園藝中的應用，推動了設施園藝向“植物工廠”方向發(fā)展

無土栽培、計算機技術、生物技術、產(chǎn)品采后處理、新能源利用等高新技術在設施園藝中的應用，使設施園藝逐步向“植物工廠”方向發(fā)展。在美國、日本、英國、奧地利、丹麥等國都建有高度自動化的“植物工廠”，可用來生產(chǎn)蔬菜、花卉和果樹，并且一些高附加值的作物如香料、工業(yè)原料植物、藥用植物、食用菌等也采用“植物工廠”進行生產(chǎn)。目前，“植物工廠”主要用于生菜、菠菜、萵苣、三葉芹、番茄等蔬菜作物的生產(chǎn)，由于充分利用空間，實現(xiàn)立體多層種植，單位面積的栽培效率可提高數(shù)倍。如日本在“植物工廠”內(nèi)利用無土栽培技術和環(huán)境自動調(diào)控技術，一年內(nèi)可多茬栽培生菜和菠菜，收獲期比露地縮短一半時間，產(chǎn)量可達180kg•m－2左右，為露地栽培的30倍以上［26］。此外，隨著人類對太空探索的日益增多，太空農(nóng)業(yè)成為研究的熱點，美國宇航局(NASA)在國際空間站上探索“植物工廠”技術，目前已在綠豆、菜豆和馬鈴薯等作物上獲得了成功。

一、園林植物與觀賞園藝專業(yè)分子生物學實驗教學的常遇問題

1.實驗教學內(nèi)容缺乏整體性和連貫性。高等農(nóng)業(yè)院校中，除了生物科學等相關專業(yè)外，包括農(nóng)學、林學、園藝、畜牧獸醫(yī)、食品科學等專業(yè)，在本科生階段開設的分子生物學內(nèi)容較為簡單，主要表現(xiàn)在課時數(shù)少和實驗內(nèi)容簡單缺乏連貫性。園林植物與觀賞園藝專業(yè)在研究生階段開設分子生物學課程的主要目的，一方面是在先前的學習基礎上在學習過程中掌握分子生物學國際動態(tài)和前沿知識，更加充實自己的理論知識；另一方面是利用先進的科研儀器進一步提高和完善研究生的分子生物學實驗操作能力。另外，研究生來源較為廣泛，當前我院本專業(yè)的研究生，本科專業(yè)有園林植物、農(nóng)學、林學、生物科學和園藝等多專業(yè)的學生，不同院校不同專業(yè)的本科階段分子生物學課程教學內(nèi)容略有偏差，側(cè)重點不同，尤其體現(xiàn)在實驗課教學內(nèi)容上，所造成的學生知識儲備的實際差異對研究生分子生物學實驗教學帶來較大影響。再加上分子生物學這門課程理論知識比較抽象和微觀，尤其是分子作用的原理內(nèi)容抽象性較強，在理論教學過程中需要結(jié)合大量的實驗教學進行講解和演示。為達到對學生實驗動手能力，創(chuàng)新能力和探索精神的培養(yǎng)，需要增加綜合性實驗和研究性實驗。然而在這方面當前的教學過程中明顯不足，現(xiàn)在的實驗內(nèi)容主要包括一些基本的實驗操作技術：如植物和質(zhì)粒的核酸提取、DNA酶切與重組、感受態(tài)細胞制備、目的基因連接與轉(zhuǎn)化、常規(guī)PCR和熒光定量PCR擴增技術等，缺少綜合性實驗和研究性實驗。這種教學方式不利于培養(yǎng)學生的學習興趣，更不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和探索精神，與研究生教學目標不符。

2.實驗室建設投入不足。近年來研究生招生人數(shù)逐年增長和分子生物學領域的飛速發(fā)展，實驗室建設上投入表現(xiàn)出明顯的不足，主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，在研究生實驗教學中，由于上課人數(shù)較多，實驗儀器設備數(shù)量上的不足，不能滿足每個研究生都能進行實驗操作的需求；第二，已有的實驗儀器設備更新較慢，由于儀器設備老舊，造成的實驗精度和準確性上的問題常有發(fā)生，得不到預期的實驗結(jié)果，使授課教師在實驗教學過程中陷入尷尬；第三，實驗室購置大型儀器和先進儀器的進度較慢，與分子生物學科研領域的飛速發(fā)展形成了鮮明的對比，沒辦法滿足傳授學生分子生物學國際最新動態(tài)和前沿知識的教學要求，在開展綜合性實驗和研究性實驗的教學過程中，常遇到技術障礙，不利于運用最新的實驗技術方法開展教學，對培養(yǎng)研究生的學習興趣和探索精神產(chǎn)生不良影響。

二、園林植物與觀賞園藝專業(yè)分子生物學實驗教學改革的內(nèi)容

1.創(chuàng)新實驗課程授課形式，優(yōu)化實驗教學內(nèi)容和考核方式。在基礎實驗的基礎上，增加綜合性實驗和研究性實驗。在研究生分子生物學實驗課程中，適當縮減技術實驗內(nèi)容，絕大部分研究生在本科階段已經(jīng)修過分子生物學實驗課程，此部分內(nèi)容的教學目的只為補平由于生源的差異引起的知識儲備的差異，不宜占去大量的課時安排。利用較少課時進行完植物和質(zhì)粒的核酸提取、DNA酶切與重組、感受態(tài)細胞制備、目的基因連接與轉(zhuǎn)化和常規(guī)PCR等基礎實驗，使研究生熟悉實驗原理和實驗操作，然后重點開展綜合性實驗和研究性實驗。開展綜合性實驗和研究性實驗過程中，任課教師可以讓研究生根據(jù)自己的課題科研需要進行合理分組組成研究小組，充分發(fā)揮研究生的主觀能動性根據(jù)已學內(nèi)容查閱參考資料和自己設計實驗，利用基礎實驗的常規(guī)技術進行綜合和研究性實驗。在此階段實驗過程中，任課教師可以Seminar討論會的形式讓學生進行匯報，讓學生參與討論相互學習，在此過程中，指導教師可以將前瞻性、先進性的科研技術引入到研究生的實驗教學中去，使研究生了解和掌握現(xiàn)代最先進的技術思想，全面提升實踐能力和科研創(chuàng)新能力。重點把關學生的實驗設計合理性與可行性，經(jīng)過反復討論和修改，確定優(yōu)化后的實驗設計，指導教師可以從新穎性、科學性以及可行性幾方面去評價各個研究小組的實驗設計。實驗進行過程中，指導教師可以定期組織Seminar討論會，共同討論和分析各個研究小組實驗過程中遇到的問題和解決方案，鍛煉研究生解決問題和分析問題的能力，并以作業(yè)的形式定期檢查各個研究小組的實驗記錄，關注每個實驗過程，檢查研究生的科研動手能力。在本階段實驗結(jié)束后，重點考核各個研究小組的實驗報告，實驗報告應按照科研論文的格式撰寫（包括題目、作者、中英文摘要、關鍵詞、綜述及實驗設計、實驗方法、實驗結(jié)果、討論分析及參考文獻等內(nèi)容），根據(jù)實驗報告的規(guī)范性、討論的充分性以及觀點的創(chuàng)新性等方面對該部分進行評價。這樣的分子生物學實驗課程授課形式既做到了在研究生分子生物學實驗教學過程中分層次和分階段的多元化考核，也鍛煉了研究生解決問題和分析問題的能力，培養(yǎng)了研究生的獨立思考查閱科研資料和書寫科研論文的能力。從選題到實驗設計，從實驗材料準備到實驗設備使用，從實驗結(jié)果的分析到實驗報告的撰寫，全方位地讓研究生參與其中，提高學生運用分子生物學實驗技術的能力，起到最大可能地發(fā)掘自身科研潛力和提高自身創(chuàng)新能力的效果。

2.完善研究生分子生物學綜合實驗教學平臺。隨著園林植物與觀賞園藝專業(yè)方向碩士點的獲批，2007年開始招收第一屆碩士研究生，園林植物與觀賞園藝專業(yè)研究生實驗室建設還處于起步階段，大部分情況下與本科教學共用教學資源，教學和研究基礎都較薄弱。在2010年園林植物與觀賞園藝被授予北京市重點（建設）學科，在學校各級領導的支持下建立了園林植物與觀賞園藝專業(yè)方向的研究生實驗室，并配套連棟溫室等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設施。經(jīng)過多年的設備更新和補充，添置了研究生科研實踐所需部分試劑與耗材；提供經(jīng)費供研究生導師外出調(diào)研及參加學術會議；提供經(jīng)費供學科導師發(fā)表高水平論文、申請專利、購買文獻資料，提供專家咨詢費供學科聘請專家對學科發(fā)展方向調(diào)整進行把關。從硬件建設和軟件建設兩個方面加強學科建設。我們研究生分子生物學綜合實驗教學平臺逐步得到完善。能夠開展核酸提取、基因擴增、分子標記、Southern和Northern雜交、基因重組與轉(zhuǎn)化、蛋白質(zhì)分離與純化、蛋白質(zhì)體外表達和酶聯(lián)免疫等一系列分子生物學實驗。既滿足了分子生物學綜合性實驗和探索性實驗課程的開設要求，也為學生的實驗教學與科研構(gòu)建了一個良好的平臺。實驗室建設得到升級優(yōu)化后教學效果的提升也是顯而易見的，從2007級17人碩士研究生中只有1人從事利用分子生物學實驗技術的研究并發(fā)表核心論文1篇，到2010級18人碩士研究生中只有10人從事利用分子生物學實驗技術的研究并發(fā)表核心論文10余篇和申報發(fā)明專利3項，其中已經(jīng)授權1項，可見實驗室硬件設施的升級改造是與教學質(zhì)量成正比的。教學質(zhì)量和科研質(zhì)量的提高，反過來也為實驗室建設爭取更多的資源和提供更多的有力支持，進而為園林植物與觀賞園藝專業(yè)的分子生物學實驗課教學改革提供了有力的配套保障。

本文作者：李征陳儒鋼黃煒逯明輝李大偉鞏振輝作者單位：西北農(nóng)林科技大學

園藝植物生物技術的課程特點

1擁有自編教材

目前，園藝學院教學團隊使用的教材為我校鞏振輝教授主編的全國普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材園藝植物生物技術。該教材在選題、內(nèi)容編排、章節(jié)設置等方面均有獨到之處，全書共分14個章節(jié)，內(nèi)容新穎，起點較高，能充分體現(xiàn)本學科的新技術與新方法。每章后有小結(jié)、復習思考題及推薦讀物，書后還附有參考文獻，便于學生自學及課后復習。該教材內(nèi)容上體現(xiàn)了技術的成熟性與前瞻性的統(tǒng)一，選材上體現(xiàn)了基礎理論與實踐操作的統(tǒng)一，是一部寬口徑、厚基礎、重實踐的教科書。該門課程的教案、課件是在該教材的基礎上制定和制作的，其教學內(nèi)容符合大學本科園藝專業(yè)生物技術教學基本目標，結(jié)構(gòu)層次分明，便于循序漸進的學習。

2課外學習資料豐富

植物生物技術是新興學科，知識更新速度較快。該課程教學團隊根據(jù)學科特點，依托西北農(nóng)林科技大學圖書館的豐富館藏資源，向?qū)W生推薦國內(nèi)外植物生物技術方面的經(jīng)典教材和論著。同時利用西北農(nóng)林科技大學購買的多個數(shù)據(jù)庫，如SpringerLink、ElsevierScienceDi-rect、Wiley－Blackwell等，指導、鼓勵學生在課余時間接觸學科前沿知識，拓寬視野。

一、園藝植物生物技術開放式實驗教學模式

1.實驗內(nèi)容開放園藝植物生物技術實驗教學本著豐富實驗教學內(nèi)容、革新實驗教學方式的核心原則，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為最基本的目標，提出以下園藝植物生物技術開放式實驗教學模式。實驗性質(zhì)由驗證性實驗過度為綜合性、設計性實驗。傳統(tǒng)教學中驗證性實驗占總實驗學時的80%以上，采用開放性實驗教學，驗證性實驗壓縮到20%以內(nèi)，增加了綜合性、設計性實驗內(nèi)容。

2.實驗場地開放實驗場地是制約學生開展創(chuàng)新性實驗的主要原因。以國家級植物生產(chǎn)類實驗教學中心為平臺，采用開放式實驗室運行機制，結(jié)合學科點開放實驗室，為學生自主選擇和設計實驗提供了良好的條件。實驗室配2～3名研究生協(xié)助管理，儀器設備采用預約登記制度，使用前須經(jīng)專人培訓合格后才能使用。實驗耗材按實驗計劃，由實驗室統(tǒng)一提供。

3.實驗時間開放以3～4人為一個實驗小組，以小組為單位安排實驗時間，實驗室一次可以同時安排6個小組開展實驗。實驗時間由以前固定時間，改為課程理論授課3周開始至學期末前1周結(jié)束。學生可以根據(jù)自己的課程安排，合理選擇實驗時間。實驗室時間采用預約制，由實驗室管理人員統(tǒng)一安排。上班時間由實驗室管理人員負責實驗室，節(jié)假日和晚上由研究生協(xié)助管理實驗室，為學生開展開放實驗提供充足的時間。

二、開放式實驗教學取得的效果

1.實驗教學方式開放，激發(fā)學生興趣在大多數(shù)同學印象中園藝植物生物技術實驗教學以實驗方法、手段、技術為主要內(nèi)容，這些內(nèi)容過于抽象，通過授課形式講授或單獨的驗證性實驗，學生理解效果很差，很難達到掌握實驗內(nèi)容的目的。任何研究都是從好奇和懷疑開始的，通過典型的生物技術實例，如柑橘細胞融合獲得原生質(zhì)體雜種、植物遺傳轉(zhuǎn)化獲得轉(zhuǎn)基因植株，人類基因組測序及園藝植物基因組測序的不斷完成，生物信息學預測基因的功能分析等，這些實例在網(wǎng)絡上的介紹與視頻非常多，通過網(wǎng)站瀏覽和視頻觀看，讓同學們真正了解生物技術的神秘與貼近生活的兩個方面，將抽象的概念轉(zhuǎn)化為切實可行的操作行動。

本文作者：郭世榮孫錦束勝陸曉民田婧王軍偉作者單位：南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院

我國設施園藝發(fā)展的特點

1設施園藝生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴大，涉及領域不斷拓展，區(qū)域化分布趨于合理

首先，設施園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度較快，增幅明顯。改革開放以來，我國設施園藝面積已從不足1萬hm2發(fā)展到2010年的367萬hm2，增加了逾360倍。此外，我國還有超過2億m2塑料遮陽網(wǎng)、3000萬m2防蟲網(wǎng)（覆蓋面積約10萬hm2）以及400萬m2的地膜覆蓋用于蔬菜生產(chǎn)，我國已成為世界設施園藝第一生產(chǎn)大國（農(nóng)業(yè)部設施園藝發(fā)展對策研究課題組，2011）；其次，設施園藝涉及領域不斷拓展，設施園藝生產(chǎn)作物已從單一蔬菜拓展到花卉、瓜果、食用菌、中草藥等多種經(jīng)濟作物領域；第三，設施園藝栽培地域范圍不斷擴大，目前我國所有的省、自治區(qū)、直轄市都有設施園藝生產(chǎn)，從我國南端的海南三沙市永興島到最北端的素有北極之稱的黑龍江漠河縣北極村，從東端的撫遠縣到最西端的新疆烏恰市都在大力發(fā)展設施園藝。我國南北氣候差異較大。經(jīng)過生態(tài)、市場和社會經(jīng)濟的長期綜合選擇發(fā)展，我國設施園藝產(chǎn)業(yè)目前主要集中在環(huán)渤海灣及黃淮地區(qū)，約占全國的57.2%（劉華鋒等，2011）。設施形態(tài)也呈現(xiàn)出區(qū)域化分布的態(tài)勢，北方（北緯33°～46°）以發(fā)展高效節(jié)能日光溫室為主，南方則以塑料大棚多重覆蓋和夏季簡易設施栽培為主；現(xiàn)代化加溫自控溫室，在能耗小或能源便宜的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)或大中城市郊區(qū)作為都市農(nóng)業(yè)、外向型農(nóng)業(yè)和軍工特需農(nóng)業(yè)定位發(fā)展；現(xiàn)代化溫室向冬季光熱資源豐富的黃淮海地區(qū)和亞熱帶南方地區(qū)或能源資源特別豐富的某些北方地區(qū)集中。

2設施園藝生產(chǎn)效益明顯，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的重要途徑

設施園藝生產(chǎn)產(chǎn)值較高，比較效益明顯。2008年，全國設施園藝總產(chǎn)值7079.8億元，占園藝產(chǎn)業(yè)的51.3%，占種植業(yè)的25.3%，其中設施蔬菜種植面積344萬hm2，產(chǎn)量5億t，產(chǎn)值6769.7億元，凈產(chǎn)值5248.9億元，用22%的播種面積，創(chuàng)造了36.8%的產(chǎn)量、61%的產(chǎn)值、61.5%的凈產(chǎn)值，設施蔬菜產(chǎn)值占種植業(yè)的21%，相當于畜牧業(yè)的39%，是漁業(yè)的1.3倍和林業(yè)的1倍。2010年，設施園藝產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值逾7400億元，凈產(chǎn)值逾5700億元，使全國鄉(xiāng)村人均增收856.7元，設施園藝重點產(chǎn)區(qū)對鄉(xiāng)村人均純收入的貢獻額都在2000元以上。以設施蔬菜為例，2010年全國設施蔬菜的產(chǎn)值6965.3億元，占蔬菜產(chǎn)業(yè)的68%，占種植業(yè)的18.9%，相當于畜牧業(yè)的34%，是漁業(yè)的1.4倍，是林業(yè)的7倍。與露地栽培相比較，具有較高技術含量的設施園藝通過對生產(chǎn)環(huán)境的調(diào)控，能夠大幅提高單產(chǎn)效益，2008年的抽樣調(diào)查分析顯示，設施園藝生產(chǎn)的每667m2綜合平均產(chǎn)值13485.5元，凈產(chǎn)值10456.1元，比露地生產(chǎn)高3～5倍，投入產(chǎn)出達到1∶45。以大棚黃瓜為例，平均每公頃每年產(chǎn)量為77t，與露地種植相比較，產(chǎn)量增加23%；由于能夠提前上市且品質(zhì)較好，所以與露地種植相比，銷售收入提高了61.5%，凈利潤增加35.3%（魏曉明等，2010）。