CN100464632C - 气培式植物无糖组培装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种农业机械技术领域的植物培养装置，特别涉及一种气培式植物无糖组培装置。包括：培养容器、培养架、光照系统、环境检测装置、植物生长环境维护系统，培养容器内部从上至下设置若干培养架，植物体安置于培养架上，培养容器内设置光照系统、环境检测装置，植物生长环境维护系统置于培养容器外部，通过喷雾管道与培养容器相接。本发明在保证无糖培养微繁殖的光照及碳源得到充分满足的前提下，综合解决了无糖组培过程中对组培容器的温度、湿度的控制问题，通过对结构的改进，有效地利用了组培装置的空间和节约能源，克服了植物叶面生长发育脆弱，提高植株移栽的成活率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种农业机械技术领域的植物培养装置，特别涉及一种气培式植物无糖组培装置。
背景技术
现代植物培养技术对传统的植株种植工艺方面有了很大的突破，部分解决和正在较全面地解决传统组织培养中存在的污染率高，植物生长发育不良，生理形态紊乱，畸形，生长发育延缓或死亡等问题，现有技术中通过人工环境调节改善植物生长的环境条件，通过良好的光照及碳源及其他营养的补充，使得植株具有更快的生长速度和更高的成活率。目前科技人员正在通过不断调整技术条件和改进技术设计来进一步提高植株成活率，有效改良植物品种，有效节约能源和所占空间，这对提高农业生产技术水平，保障物种的优良品质，物种的多样性，改善生态环境，增加农民收入，具有重大的意义。
现有技术文献中，国际PCT专利公布号为：WO 2005/058022 A1，专利申请人为：章永泰，名称为：组合式植物无糖组织培养快速繁殖装置及其方法，该专利技术摘要为：培养容器以透明材质制成，其周边截面为等边六角形，呈密封状，等边六角形的培养容器若干个组合呈蜂窝状排列，培养容器内设置营养液漫流装置、纳米灯，湿度控制装置、CO2装置设置在培养容器外，分别通过管道连接到培养容器内，风机出气口与回路管道相接，又与温度控制装置连接。
名称为：组合式植物无糖组织培养快速繁殖装置及其方法的现有技术属于水培植物范畴，水培植物根系对于水份及矿质营养的吸收受限于营养液中的溶解氧水平，当栽培营养液中的溶解氧含量低时，尽管根系是直接浸渍于养液中，但会因氧气不足而影响有氧呼吸的正常进行，从而使根系不能获取更多的呼吸代谢转换能，不能发挥最佳的根系吸收功能，只有营养液中的溶氧达到适宜或超富氧状态，才可使根系吸收营养及水份的优势得以最大发挥，也就是说营养液中的溶解氧是水培技术中最关键的限制因子。同时，该现有技术将植物纳米灯直接置于培养容器内部，其光照过程中所产生的热能，直接影响了培养容器的温度变化，使植物体生长环境昼夜温差大。该现有技术由于将CO2气体直接通过进气管输入培养容器内，在CO2气体比重影响下，培养容器内CO2气体呈现上下不均匀现象(CO2气体在培养容器上部浓度高，下部浓度低)，对植株生长影响因素大，易形成上下部植株的差异性。另外，该现有技术对培养容器内的温、湿度进行调节，仅通过CO2气体进行降温加湿，由于培养容器内的气体浓度标准的限制，该现有技术不能持续进行降温除湿作业，在环境控制方面存在极大的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种气培式植物无糖组培装置。本发明在保证无糖培养微繁殖的光照及碳源得到充分满足的前提下，综合解决了无糖组培过程中对组培容器的温度、湿度的控制问题，通过对结构的改进，有效地利用了组培装置的空间和节约能源，克服了植物叶面生长发育脆弱，提高植株移栽的成活率。本发明对植株采用气雾式培养，可使植物体在无糖培养环境下，植物生长状态达到最佳。有效提高培养容器的空间利用率与单位时间植物培养数量，是大规模、低成本的资源节约优化技术。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：培养容器、培养架、光照系统、植物生长环境维护系统、环境检测装置，培养容器内部从上至下设置若干培养架，植物体可安置或附着于与培养架上，培养容器内设置光照系统、环境检测装置，植物生长环境维护系统置于培养容器外部，通过喷雾管道与培养容器相接。
本发明的光照系统包括发光二极管、灯盒、风机，发光二极管置于灯盒内部灯盒与风机相接，风机与培养容器相接，并置于培养架上方。植物生长环境维护系统置包括CO2气源，电磁阀，营养液弥雾装置、冷却装置、气泵、喷雾管道。CO2气源通过管道与电磁阀相接，电磁阀通过管道与营养液弥雾装置相接，营养液弥雾装置通过管道与气泵相接，气泵通过管道与培养容器相接并延伸至培养容器内部。环境检测装置包括温度、湿度、光照度检测探头，环境检测装置与电磁阀及气泵相接，安装于培养容器内。
所述的风机与灯盒形成封闭型结构；
所述的发光二极管的红色发光二极管与蓝色发光二极管的安装比例为2：1，其中：红色发光二极管光波频率为660nm，蓝色发光二极管光波频率为450nm。
植物能否正常或快速的生长，主要由两大代谢所决定，一个是以枝叶为中心的光合代谢，另一个是以根系为中心的吸收代谢。本发明将CO2气体循环管道与营养液循环系统进行功能合并，通过培养容器外部的植物生长环境维护系统处理将营养液进行雾化，使营养液从而来的液态变为雾态，雾态的营养液可与CO2气体随喷雾管道进入培养容器，现有技术的CO2气体在进入培养容器后，由于CO2气体较其它气体比重大，培养容器内的CO2气体主要沉降于培养容器底部，使培养容器内的CO2气体浓度分布不均匀，造成培养容器上部植株所处环境的CO2气体浓度低，而下部CO2气体浓度高的不平衡现象。现有技术用风机通过气管将培养容器内温度过高的CO2气体抽出，从而达到降温的效果。由于缺乏流动性，其降温效果并不理想，同时当培养容器内的温度高于外界温度时，培养容器内壁易凝结水滴，使空气湿度增大，气体湿度不易控制。另一方面，现有技术采用的营养液漫流方式，由于植物根系生长不规则，易造成营养液在营养液漫流旋梯上的分布不均，造成培养容器上部与下部的植物体生长不均匀，植物体产生差异，营养液浓度、酸碱度、温度以及水分存量在流动过程中会发生变动，对植株的生长产生不利影响。
本发明明显简化了现有技术CO2气体循环管道、增加了培养容器内部的空间，又有具有营养液循环系统的复杂管道系统。本发明将植物体根系悬于一个高湿度的雾化空间中，营养液采用雾化供液方式，在强压喷雾的环境下，一方面可以让营养液均匀及时地分布于植物体根表面，同时，水在雾化过程中，可以让水分子团变小，分裂为简单耦合或者单分子水，使植物根系对于水份吸收的促进具有明显的效果，营养及水份的吸收效率得以大大提高。
本发明的环境检测装置根据培养容器内的温度及CO2气体浓度，根据设定值启动电磁阀，电磁阀启动后可将CO2气源中的CO2气体定时、定量抽入营养液弥雾装置，CO2气体与营养液弥雾装置中的雾化状营养液气体混合后，由气泵抽出经喷雾管道至培养容器内，并在气泵的抽吸压力下，喷射至放置于培养架上的植物体根部。当培养容器内温度高于设定值时，环境检测装置即启动冷却装置，包裹于喷雾管道外层的冷却装置可将经过喷雾管道的混合气体(雾化状营养液气体与CO2气体)除温冷却，在进入培养容器对植物体根部进行喷射时，可对培养容器内实施降温处理，同时对培养容器内部也具有加湿效果。光照系统为植物体提供光合作用所需环境。
本发明因现有技术纳米灯所产生的热能使培养容器内温度上升，降温成本较高等原因，改进了采用植物纳米灯。本发明由于降温气体随雾化状营养液气体在培养容器的喷射，其喷射范围可弥漫至整个培养容器，培养容器内不存在降温“死角”，降温效率高。本发明采用间歇雾化方式可以科学地供给植物生长所需的水份与营养，而且是直接喷洒到根系表面，可以让根系以最直接最快速地进行选择吸收，保证了培养容器内的湿度及温度。
本发明采用的气培式无糖组培技术可以让植物体的根构型及生长方式得以最充分最自由的体现，通常植物的根构型会因根域环境的不同而表现不同的根构型，不同的根构型对于根系吸收营养及水份有不同的效率与适应性，在气雾环境下，根构型大多是不定根的二叉分枝构型，这种构型吸收营养与水份最为直接，运输的路径最短、级数最少更利于快速的营养运转。而且不管是木本或草本植物，一旦置于气雾空间中，其出根与分级的方式立即就会发生变化，形成大量的不定根，这种不定根具有水生根及呼吸根的双重特性，具有极强的呼吸作用功能，而且有些植物还会形成大量的根毛，这种根毛发育比任何一种栽培方式都要发达，具有吸收营养最广的表面积，这些根形态与构型的形成只有在无限制无阻力的空间环境中才能得以发育。
在气雾环境中大多数植物的根系能保持较为发达的薄壁组织，具有更强的再生与修复能力，如果对其进行根修剪，能以最快的速度得以恢复，这也为生理调控与生长控制创造了方便，可以通过根系修剪来调控生理及发育。这种发达的不定根根系，在气雾环境下，根的伸长区特长，这也是快速生长与修复的生理基础。
本发明所采用的气培式无糖组培技术为植物根系的生长发育、生理代谢、功能基因的表达创造了最佳的环境，应用本发明进行植物气雾栽培，植物生长速度比基质培快3-5倍，比水培快1.5-3倍。本发明生根率达到100％，宜生根快，植物根系发达呈白色，平均叶面积生长速度较现有技术快1.5倍，植株叶面积较现有技术平均提高1.5倍、叶数多37％，植株健壮，鲜重平均达575mg/株，植物无黄化和玻璃苗现象产生。同时，由于在培养容器外部采用植物生长环境维护系统，而培养容器内部仅包括光照系统与检测系统，使得培养容器的空间利用率有大幅提升，单套植物生长环境维护系统可与多个培养容器进行组合使用，使植物生长环境维护系统利用显著提高，且培植成本低廉。
附图说明
图1本发明正面结构示意图
图2本发明侧面结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1、图2所示，本实施例包括：培养容器1、培养架2、光照系统3、植物生长环境维护系统4、环境检测装置5，其连接方式为：培养容器1内部从上至下设置若干培养架2，培养架2可呈不规则排列，植物体可安置或附着于与培养架2上，培养容器1内设置光照系统3、环境检测装置5，植物生长环境维护系统4置于培养容器1外部，通过喷雾管道与培养容器1相接。培养容器1根据喷雾管道的喷射压力确定其空间布置区域，培养容器1以太阳板材质制成，可将太阳能转化为电能供应光照系统运行。
光照系统3包括发光二极管6、灯盒7、风机8，发光二极管6置于灯盒内部，灯盒7与风机8相接，风机8与培养容器1相接，并置于培养架2上方。由于发光二极管6属于冷光源，其发热量小，且光的利用率很高，可达到99％。发光二极管6红色：蓝色安装比例为2：1，红色发光二极管6光波频率为660nm，用于促进植物长高，变细长。蓝色发光二极管6光波频率为450nm，用于保持植物的外形高度和质量。风机8与灯盒7形成封闭型结构，风机8可将发光二极管6产生的热能抽出排至培养容器1外部，可有效提高培养容器的降温效率。
植物生长环境维护系统4包括CO2气源9、电磁阀10、营养液弥雾装置11、冷却装置12、气泵13、喷雾管道14，CO2气源9通过喷雾管道14与电磁阀10相接，电磁阀10通过喷雾管道14与营养液弥雾装置11相接，营养液弥雾装置11通过喷雾管道14与气泵相接，气泵13通过喷雾管道14与培养容器1相接并延伸至培养容器1内部。冷却装置12呈散热片状，冷却装置12包裹在营养液弥雾装置11与气泵13相接的喷雾管道14外部。电磁阀10与环境检测装置5相接，气泵13与环境检测装置5相接。
环境检测装置5是检测探头，检测探头安装于培养容器1内。环境检测装置5与电磁阀10及气泵13相接，并对其进行控制。环境检测装置5在培养容器1内可对温度、湿度、光照度进行实时检测，本实施例可实现光照度控制范围与精度：25-125±10％ μmol m-2s-1；二氧化碳浓度控制范围与精度：350-5000±5％ μmol mol-1；温度控制范围与精度：18-35±0.5℃。
采用同样的营养液配方，相同的种苗与定植时间，甚至是营养液具有相同的溶氧\EC\温度，本实施例采用气培环境控制技术栽培方式，比现有技术的水培(营养液漫流)方式栽培的植株间品质具有明显优势，表现为生长速率，抗高温强光性，根系的抗氧化性等都出现了明显的差异性。
本实施例确保了培养容器1内的湿度及温度营养液弥漫至根域环境及培养容器的整个空间，让根系有充足的水分保障，不会像土壤栽培那样出现水分过多或过少时的生理吸收障碍。而且采用这种水份供给方式(加湿)，能够最大化地提高水的利用率。同时，环境检测装置5根据设定值启动电磁阀10对CO2气体进行定时、定量控制，实现对二氧化碳含量进行精确的控制，其CO2气体浓度配比精度范围可达0.3-19.9％，CO2气体输入压力为0.3kg/cm2。
本实施例生根率达到100％，宜生根快，植物根系发达呈白色，平均叶面积生长速度较现有技术快1.5倍。，本实施例以非洲菊培养20天的培养期内，植株叶面积平均可达1.5cm2，较现有技术提高1.5倍。叶数较原装置多37％，植株健壮，鲜重平均达575mg/株(现有技术：412mg/株)，过渡成活率达98％以上(现有技术：83％)，植物无黄化、玻璃苗现象产生。
Claims (9)
1、一种气培式植物无糖组培装置，包括：培养容器(1)、培养架(2)、光照系统(3)和环境检测装置(5)，其特征在于，还包括：植物生长环境维护系统(4)，培养容器(1)内部从上至下设置若干培养架(2)，植物体安置于培养架(2)上，培养容器(1)内设置光照系统(3)和环境检测装置(5)，植物生长环境维护系统(4)置于培养容器(1)外部，通过喷雾管道与培养容器(1)相接；
所述的植物生长环境维护系统(4)包括：CO2气源(9)、电磁阀(10)、营养液弥雾装置(11)、冷却装置(12)、气泵(13)和喷雾管道(14)；
所述的环境检测装置(5)是检测温度、湿度和光照度的检测探头。
2、根据权利要求1所述的气培式植物无糖组培装置，其特征是，在所述的植物生长环境维护系统(4)中：CO2气源(9)通过喷雾管道(14)与电磁阀(10)相接，电磁阀(10)通过喷雾管道(14)与营养液弥雾装置(11)相接，营养液弥雾装置(11)通过喷雾管道(14)与气泵(13)相接，气泵(13)通过喷雾管道(14)与培养容器(1)相接并延伸至培养容器(1)内部，冷却装置(12)包裹在营养液弥雾装置(11)与气泵(13)相接的喷雾管道(14)外部。
3、根据权利要求1或者2所述的气培式植物无糖组培装置，其特征是，所述的植物生长环境维护系统(4)内的电磁阀(10)和气泵(13)分别与环境检测装置(5)相接。
4、根据权利要求1所述的气培式植物无糖组培装置，其特征是，所述的光照系统(3)包括发光二极管(6)、灯盒(7)和风机(8)，其中：发光二极管(6)置于灯盒(7)内部，灯盒(7)与风机(8)相接，风机(8)与培养容器(1)相接，光照系统(3)置于培养架(2)上方。
5、根据权利要求4所述的气培式植物无糖组培装置，其特征是，所述的风机(8)与灯盒(7)形成封闭型结构。
6、根据权利要求4所述的气培式植物无糖组培装置，其特征是，所述的发光二极管(6)的红色发光二极管与蓝色发光二极管的安装比例为2：1。
7、根据权利要求6所述的气培式植物无糖组培装置，其特征是，红色发光二极管光波频率为660nm。
8、根据权利要求6所述的气培式植物无糖组培装置，其特征是，蓝色发光二极管光波频率为450nm。
9、根据权利要求1所述的气培式植物无糖组培装置，其特征是，所述的检测探头安装于培养容器(1)内。
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