CN114391397A - 模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及生物工程技术领域，尤其涉及一种模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，包括培育箱和轨道，培育箱可拆卸地设置在轨道上，培育箱可沿轨道运动；轨道沿竖直方向放置，并且轨道为环形，轨道包括上升区和下降区，培育箱在上升区处于上升状态，培育箱在下降区处于下降状态；培育箱中放置种子，培育箱沿轨道运行到下降区时，种子处于失重状态。通过培育箱在轨道上的运行，可以模拟失重状态处理种子进而模拟太空育苗和育种，本公开结构简单，操作方便，可以降低育种成本，从而推广和发展太空育种。

Description

模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置和方法
技术领域
本公开涉及生物工程技术领域，尤其涉及一种模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置和方法。
背景技术
育种是一项古老的技术，是关系农业高质量发展的重要手段，现代育种技术提高了育种的质量和速度，是未来育种的重要方向。太空育种利用了射线、失重等环境条件，为育种提供了新的技术手段。经太空实验培育的“太空种子”具有发芽率高、根系发达、生长速度快、品质提高、产量增加等优点。但“太空育种”成本极高，育种条件受到需要失重状态环境等因素的限制，影响了“太空种子”的推广和发展。
发明内容
为了解决上述技术问题，本公开提供了一种模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置和方法。
本公开提供了一种模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，包括培育箱和轨道，培育箱可拆卸地设置在轨道上，培育箱可沿轨道运动；
轨道沿竖直方向放置，并且轨道为环形，轨道包括上升区和下降区，培育箱在上升区处于上升状态，培育箱在下降区处于下降状态；
培育箱中放置种子，培育箱沿轨道运行到下降区时，种子处于失重状态。
可选地，培育箱由内至外包括第一壳体、第二壳体和第三壳体，第一壳体内放置种子，第一壳体用于使种子保持恒温；第三壳体用于保护种子避免外部冲击。
可选地，第一壳体和第二壳体通过第一连接轴连接，第一连接轴可转动地设置在第一壳体的上侧；第二壳体和第三壳体通过第二连接轴连接，第二连接轴可转动地设置在第二壳体的中部；第一连接轴和第二连接轴用于保持种子的根部始终竖直向下。
可选地，包括调速装置，调速装置可拆卸地连接在培育箱靠近轨道的一侧，调速装置用于调节培育箱的运动速度。
可选地，调速装置包括电磁铁，电磁铁用于与培育箱连接。
可选地，调速装置还包括电机和调速轮，调速轮与轨道接触，调速轮用于调节培育箱的速度；电机连接调速轮，电机用于驱动调速轮的转动。
可选地，还包括缓冲区，缓冲区设置在轨道的一侧，缓冲区为半球状结构，培育箱停止运动时，缓冲区对培育箱缓冲。
可选地，培育箱沿轨道的顺时针方向运动，培育箱运行至下降区时为失重状态。
可选地，培育箱设有充电装置，充电装置利用培育箱的重力进行自动充电。
一种育种方法，基于上述模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置实现，包括以下步骤：
S1、在第一壳体中进行播种，然后在缓冲区中将培育箱与调速装置吸附在一起；
S2、培育箱和调速装置设置在轨道上，使用调速装置将培育箱运至轨道的最高点；
S3、在下降区利用培育箱本身的重力下降，到达轨道的最低点；
S4、在上升区利用调速装置进行培育箱的加速，使培育箱到达轨道的最高点；
S5、培育箱进行在下降区和上升区的往复运动。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本公开提供了一种模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，包括培育箱和轨道，培育箱可拆卸地设置在轨道上，培育箱可沿轨道运动；轨道沿竖直方向放置，并且轨道为环形，轨道包括上升区和下降区，培育箱在上升区处于上升状态，培育箱在下降区处于下降状态；培育箱中放置种子，培育箱沿轨道运行到下降区时，种子处于失重状态。通过培育箱在轨道上的运行，可以模拟失重状态处理种子进而模拟太空育苗和育种，本公开结构简单，操作方便，可以降低育种成本，从而推广和发展太空育种。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例所述育种装置整体结构图；
图2为本公开实施例所述培育箱剖视图；
图3为本公开实施例所述调速装置整体结构图。
其中，1、培育箱；11、第一壳体；12、第二壳体；13、第三壳体；14、第一连接轴；15、第二连接轴；2、轨道；3、调速装置；31、电磁铁；32、电机；33、调速轮；4、缓冲区。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
本公开提供了一种模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，包括培育箱1和轨道2，培育箱1可拆卸地设置在轨道2上，培育箱1可沿轨道2运动；轨道2沿竖直方向放置，并且轨道2为环形，轨道2包括上升区和下降区，培育箱1在上升区处于上升状态，培育箱1在下降区处于下降状态；培育箱1中放置种子，培育箱1沿轨道2运行到下降区时，种子处于失重状态。如图1所示，本实施例中的轨道2为环形轨道2，根据培育箱1在轨道2上的运行状态将轨道2分为上升区和下降区，培育箱1沿轨道2运动时会周期性处于下降状态，此时培育箱1里需要培育的种子也会处于微重力或无重力状态，为模拟失重条件下的作物栽培及育种提供条件。
在本实施例中，如图2所示，培育箱1由内至外包括第一壳体11、第二壳体12和第三壳体13，第一壳体11内放置种子，第一壳体11用于使种子保持恒温；第三壳体13用于保护种子避免外部冲击。在实验过程中会受到温度对育种过程产生的影响，因此培育箱1需要设置保温设施。而且在培育箱1运动过程中，可能会受到高速运动的气流或者外部物体的冲击，第三壳体13可以用于保护种子避免遭受这些冲击。
进一步地，第一壳体11和第二壳体12通过第一连接轴14连接，第一连接轴14可转动地设置在第一壳体11的上侧；第二壳体12和第三壳体13通过第二连接轴15连接，第二连接轴15可转动地设置在第二壳体12的中部；第一连接轴14和第二连接轴15用于保持种子的根部始终竖直向下。在培育箱1沿轨道2运行过程中，由于运动过程需要变向、加速或减速，为了保证位于第一壳体11内的种子的根始终处于竖直向下方向，本实施例采用陀螺仪原理，如图2所示，由于第一连接轴14设置在第一壳体11的上侧，所以位于第一连接轴14下侧的重量大于位于第一连接轴14上侧的重量。所以在重力作用下，可以始终保持第一壳体11朝向一个方向。
本公开还包括调速装置3，调速装置3可拆卸地连接在培育箱1靠近轨道2的一侧，调速装置3用于调节培育箱1的运动速度。本实施例中的培育箱1在沿轨道2运动过程中既要靠自身的重力作用进行下降过程，又需要外力推动其进行上升运动，所以设置调速装置3可以在培育箱1的上升过程中给其施加外力，通过改变调速装置3的作用时间和加速度改变培育箱1的速度。
进一步地，如图3所示，调速装置3包括电磁铁31，电磁铁31用于与培育箱1连接。在本公开开始工作时，电磁铁31的吸附力将培育箱1和调速装置3连接在一起，然后将培育箱1和调速装置3放在轨道2上，通过调速装置3的作用使培育箱1运动。
更进一步地，调速装置3包括电机32和调速轮33，调速轮33与轨道2接触，调速轮33用于调节培育箱1的速度；电机32连接调速轮33，电机32用于驱动调速轮33的转动。本实施例中的调速装置3与培育箱1通过电磁铁31连接在一起后，调速轮33与轨道2接触，通过调速轮33与轨道2之间的摩擦力可以实现培育箱1的加速或者减速。如图3所示，本实施例中的调速轮33的数量设置为三个，根据实际情况也可以设置为其它数量，三个调速轮33通过电机32驱动同步转动，带动与培育箱1的运动。
而且本育种装置还包括缓冲区4，缓冲区4设置在轨道2的一侧，缓冲区4为半球状结构，培育箱1停止运动时，缓冲区4对培育箱1缓冲。缓冲区4的直径与轨道2的直径相同，在实验过程中，缓冲区4主要有两个作用，其一是在实验开始前放置调速装置3，然后将位于缓冲区4的调速装置3和培育箱1结合，最后把调速装置3和培育箱1运至轨道2。其二是在实验结束后，调速装置3加速使培育箱1和调速装置3均脱离轨道2进入缓冲区4，在缓冲区4进行培育箱1和调速装置3两者速度的缓冲。
进一步地，培育箱1沿轨道2的顺时针方向运动，培育箱1运行至下降区时为失重状态。本实施例可以制造出最大3g的失重状态。
在本实施例中，培育箱1设有充电装置，充电装置利用培育箱1的重力进行自动充电。这样可以实现培育箱1的全自动工作过程。
一种育种方法，基于上述模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置实现，包括以下步骤：
S1、在第一壳体11中进行播种，然后在缓冲区4中将培育箱1与调速装置3吸附在一起；
S2、培育箱1和调速装置3设移动至轨道2上，使用调速装置3将培育箱1运至轨道2的最高点；
其中，位于轨道2的最高点时，培育箱1的速度和动量均为零。
S3、在下降区利用培育箱1本身的重力下降，到达轨道2的最低点；
其中，下降过程中加速度为g，到达底部的动量根据调速装置3的质量MT和培育箱1的质量MX以及到达底部的速度V1决定，即第一次到达底部时，动量为(MT+MX)V1。
S4、在上升区利用调速装置3进行培育箱1的加速上升，到达轨道2的最高点；
其中，调速装置3的加速度aT的可调范围是10m/s2-250m/s2。
S5、培育箱1进行在下降区和上升区的往复运动。
本实施例中的上升区高度设置为160m，调速模块的加速度aT的调速时间范围为0s-2.5s，可以自行设定。
育种装置可设计为完全失重和非完全失重两种状态。
非完全失重状态：aT的工作时间取值范围0s-1s，aT的调速范围为0m/s2-10m/s2。
完全失重状态：则根据实验范围不限制参数。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，其特征在于，包括培育箱(1)和轨道(2)，所述培育箱(1)可拆卸地设置在所述轨道(2)上，所述培育箱(1)可沿所述轨道(2)运动；
所述轨道(2)沿竖直方向放置，并且所述轨道(2)为环形，所述轨道(2)包括上升区和下降区，所述培育箱(1)在所述上升区处于上升状态，所述培育箱(1)在所述下降区处于下降状态；
所述培育箱(1)中放置种子，所述培育箱(1)沿所述轨道(2)运行到所述下降区时，所述种子处于失重状态以模拟太空育种。
2.根据权利要求1所述的模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，其特征在于，所述培育箱(1)由内至外包括第一壳体(11)、第二壳体(12)和第三壳体(13)，所述第一壳体(11)内放置种子，所述第一壳体(11)用于使所述种子保持恒温，所述第三壳体(13)用于保护所述种子避免外部冲击。
3.根据权利要求2所述的模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，其特征在于，所述第一壳体(11)和所述第二壳体(12)通过第一连接轴(14)连接，所述第一连接轴(14)可转动地设置在所述第一壳体(11)的上侧；所述第二壳体(12)和所述第三壳体(13)通过第二连接轴(15)连接，所述第二连接轴(15)可转动地设置在所述第二壳体(12)的中部；所述第一连接轴(14)和所述第二连接轴(15)用于保持所述种子的根部始终竖直向下。
4.根据权利要求1所述的模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，其特征在于，包括调速装置(3)，所述调速装置(3)可拆卸地连接在所述培育箱(1)靠近所述轨道的一侧，所述调速装置(3)用于调节所述培育箱(1)的运动速度。
5.根据权利要求4所述的模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，其特征在于，所述调速装置(3)包括电磁铁(31)，所述电磁铁(31)与所述培育箱(1)连接。
6.根据权利要求4所述的模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，其特征在于，所述调速装置(3)还包括电机(32)和调速轮(33)，所述调速轮(33)与所述轨道(2)接触，所述调速轮(33)用于调节所述培育箱(1)的速度；所述电机(32)连接所述调速轮(33)，所述电机(32)用于驱动所述调速轮(33)的转动。
7.根据权利要求1所述的模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，其特征在于，还包括缓冲区(4)，所述缓冲区(4)设置在所述轨道(2)的一侧，所述缓冲区(4)为半球状结构，所述培育箱(1)停止运动时，所述缓冲区(4)对所述培育箱(1)缓冲。
8.根据权利要求1所述的模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，其特征在于，所述培育箱(1)沿所述轨道(2)的顺时针方向运动，所述培育箱(1)运行至所述下降区时为失重状态。
9.根据权利要求8所述的模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置，其特征在于，所述培育箱(1)设有充电装置，所述充电装置利用所述培育箱(1)的重力进行自动充电。
10.一种育种方法，基于权利要求1-9任一项所述的模拟失重条件下的作物栽培加代育种装置实现，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在第一壳体(11)中进行播种，然后在缓冲区(4)中将培育箱(1)与调速装置(3)吸附在一起；
S2、培育箱(1)和调速装置(3)移动至轨道(2)上，使用所述调速装置(3)将所述培育箱(1)运至所述轨道(2)的最高点；
S3、在下降区利用培育箱(1)本身的重力下降，到达轨道(2)的最低点；
S4、在上升区利用调速装置(3)进行培育箱(1)的加速，使培育箱(1)到达轨道(2)的最高点；
S5、培育箱(1)进行在下降区和上升区的往复运动。
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