CN1311729C - 组合式植物人工培养装置 - Google Patents

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Abstract

一种组合式植物人工培养装置，属于农业机械领域。培养容器以透明材质制成，其周边截面形状为等边六角形，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，调速电机设置在培养容器的底部，调速电机与培养容器内的CO2散气管相接，风机设置在培养容器箱体上部，风机进气口与培养容器箱体连接，风机出气口与回路管道相接，回路管道与温度控制装置连接。本发明解决了污染率高，植物生长发育不良、发育延缓或死亡等问题，可显著提高种苗质量，缩短培养周期。

Description

组合式植物人工培养装置
技术领域
本发明涉及一种植物人工培养装置，特别涉及一种利用纳米灯和自转式的光补偿系统及CO2输入系统的组合式植物人工培养装置，属于农业机械领域。
背景技术
通过人工环境调节改善植物生长的环境条件，使其植株自身进行光合作用，通过良好的光照及碳源补充，植株具有生长速度快、成活率等优点。在对现有技术文献查新检索中发现，中国专利申请号为：02221205.1，专利申请人为：昆明市环境科学研究所，名称为：组合式植物光自养组培快繁装置，该技术自述为：本装置在培养架各层隔段中放置有培养容器，各个培养容器进气口分别与进气管联接，进气管进口与消毒容器出口联接，消毒容器进口与流量控制板出口联接，流量控制板进口分别接二氧化碳碳源和空气泵；培养架上装有能控制每层培养容器中光源照度的电源控制盒，每个培养容器进气口处接有控制阀；空气压缩泵进出装有空气过滤器，培养架底部装有滑轮；培养容器出气孔处装有由压盖、过滤膜、联接管构成的可调式出气螺帽；消毒容器底部接有一根透明U形管。
上述技术由于采用普通日光灯照明(光波频率)及长时间来自于顶光光源照射(固定光源)的因素影响，其工作状况与自然生态存在较大的差异，同时，由于CO2加湿及温度控制均未实现系统化供给，植物的光合作用不能充分发挥，植物的生长因此受到制约，造成上述装置的缺点是占地面积大，组培植株成活率较低：另外，由于CO2出气管布局不合理，CO2利用效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种组合式植物人工培养装置。使其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，结合植物学、空气动力学、光学、物理学的基本原理，使其克服了植物叶面生长发育脆弱，植株移栽的成活率低的问题，本发明最大限度的节省组培空间和节约能源。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：培养容器、温度控制装置、营养液漫流装置、湿度控制装置、纳米灯、CO2装置、调速电机、风机，其连接方式为：培养容器以透明材质制成，其周边截面形状为等边六角形，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，调速电机设置在培养容器的底部，调速电机与培养容器内的CO2散气管相接，风机设置在培养容器箱体上部，风机进气口与培养容器箱体连接，风机出气口与回路管道相接，回路管道与温度控制装置连接。
培养容器以透明材质制成，其周边截面形状为等边六角形，呈密封状，在等边六边形培养容器内侧有三条边采用反光玻璃制成，反光玻璃边按六边形的六条边间隔排列，使培养容器外部自然光线可通过未安装反光玻璃的透明材质进入培养容器内部。这样培养容器内既有反光玻璃形成的反射光源，又有外部光源。
若干培养容器可以组合，呈蜂窝状排列，等边六角形的箱体设计可使培养容器的结构体积最大化，且结构较牢固，多个等边六角形培养容器体更容易可最大限度利用空间，同时也利于培养容器之间光源的相互传递，便于大规模、工厂化组培管理。
培养容器内部从上至下设置若干组培层，培养层呈扁平状圆椎体，横截面为梯形状，各培养层从垂直方向是由一根CO2散气管自上而下垂直连接。
各培养层从垂直方向以螺旋状连接，形成由上而下由多个培养层组成的营养液漫流装置，营养液漫流装置顶端与营养液进液管相接，营养液漫流装置底端与营养液出液管相接。
CO2散气管自上而下贯穿培养容器，并与营养液漫流装置相连，该箱体内的CO2散气管上均匀密布着针眼状的小孔，CO2气体可通过CO2散气管上密布的小孔进入培养容器中，使培养容器中的CO2气体均匀分布。
纳米灯在沿箱体内径自上而下设置，与CO2散气管呈平行状，位于培养容器内的CO2散气管周围，随CO2散气管同向同速运动。纳米灯能均匀发出波长为640-660nm的红光和波长为430-450nm的蓝光，
温度控制装置与CO2进气管连接，CO2进气管与带有碳源的CO2装置连接，温度控制装置通过CO2出气管与水雾出气管连接，呈“”状，水雾出气管与湿度控制装置相接，湿度控制装置又与水雾进气管连接。
风机设置在培养容器箱体上部，风机进气口与箱体相接，风机出气口与回路管道相接，回路管道与温度控制装置连接。
本实用新型的工作原理如下：CO2碳源通过CO2进气管，经温度控制装置进入CO2出气管，CO2气体在出气管中经过水雾进气管时被加湿处理成为富含水份(植物营养液水份)的CO2气体，富含水份的CO2气体经CO2出气管进入培养容器中的CO2散气管，通过CO2散气管表面分布的细小针孔状气眼，自下而上随着CO2气体的上浮，从CO2出气管的针孔小洞中均匀渗出，使培养容器内的CO2气体均匀分布。
风机将箱体内温度过高的CO2气体抽出，温度较高的CO2气体经回路管道进入温度控制装置，温度控制装置根据设定的温值，将高温的CO2气体实施降温冷却，使其达到符合标准温度的CO2气体，同时温度控制装置还将对冷却后的CO2气体进行气体浓度检测，并根据设定的气体浓度值，从CO2进气管自动补充CO2气体，经降温、补充后的CO2气体又循环至CO2出气管，并经CO2出气管进入培养容器内。这既提高了CO2气体的使用效率，又节省了培养容器的降温成本。
在CO2气体循环的同时，植株生长所需的营养液经营养液进液管源源不断地流入培养容器内的营养液漫流装置，并沿营养液漫流旋转下倾角度缓慢流至营养液漫流装置底部，并从营养液出液管流出，经外部循环再次流入营养液进液管。
本发明通过在培养容器内径放置纳米灯作为培养容器内的固定光源，由于在CO2出气管上安装的纳米灯可随轴承座转动，因此作为动态光源。根据光波理论，波长为640-660nm的红光，可以激发叶绿素光合作用的能力，有利于植物对碳水化合物的积累，波长为430-450nm的蓝光，可促进了植物蛋白质与非碳水化合物的积累。本发明在该波长范围是根据植物的叶绿素吸收光谱最强区而确定的，该波长最适宜植物的生长，可使植物的光合作用效率最高。同时安置在培养容器内的固定光源，随着CO2出气管的缓慢转动，利用螺旋状营养液漫流旋梯的倾斜角度与固定光源产生的光波波长差距，模拟植株在自然界中的自然光源的照射，产生强弱光的不间断变化，从而使植株能够象在自然环境中生长一样，植物叶面正常的气孔开闭可得到充分煅炼，植株生命力旺盛。本发明克服了原有装置采用静止的顶光照射所造成的植物叶面叶绿素胞子及其光合磷酸化合酶系统生长发育脆弱的问题，这使得培养容器内的植株的叶面气孔开闭受阻，植株移栽的成活率低。
另外，植株通过培养容器内不断变化的侧光光波的照射，使植株叶面、茎都可接受到光波照射，叶和茎同时进行光合作用，这加快了植株的生长速度，从而提高了植株的移栽至自然环境中的生存调节能力。
二氧化碳浓度和光照条件是植物进行光合作用的二个最重要因素，大气中的二氧化碳浓度只有330ppm，如果以容积表示，仅为大气的0.03％，植物每合成一克葡萄糖，叶片要从2250升空气中才能均匀吸收到足够(一克葡萄糖)的二氧化碳，因此二氧化碳浓度往往成为植物光合作用的限制因子。CO2浓度对植物的光合速率的影响既有“饱和点”也有“补偿点”，因此培养容器中植株对二氧化碳气体吸收效率尤其重要。由于原装置容器为扁平状，其CO2进气孔与CO2出气孔为同一平面和垂线，根据空气动力学原理分析，CO2气体从进气孔到出气孔的过程中，箱内四周会因气流产生气体循环死角，使得箱体内的CO2气体分布不均匀，气体有效作用面积在箱体内呈“橄榄状”分布。箱体约2/5的植株因无法得到新鲜的CO2气体补充，使植株的生长和健康受到严重影响。本发明CO2气体经温度控制箱进入回路管道，通过回路管道上的湿度控制箱，对CO2气体加湿，加湿后的CO2气体通过回路管道进入内置于培养容器的CO2出气管，并从CO2出气管的针孔小洞中均匀渗出，使培养容器内各角落的CO2气体均匀分布。通过培养容器内植物的吸收及光合作用，由置于培养容器外部的风机抽出，抽出的CO2气体温度较高，高温的CO2气体经回路管道进入温度控制箱，通过温度控制箱对气体的冷却后，通过回路管道得到CO2气体碳源的补充，再加湿回流到组培箱内，这样既保证了CO2的使用效率，克服了气体“死角”，又能够对组培箱内的温度进行有效调节。
原装置没有解决循环营养液设计，其组培基质只能使用琼脂、珍珠岩、砂、蛭石及其他载体生成，组培效率降低，组培成本高，且组培基质必须经120℃的高温灭菌后方可使用，操作上增加了组培植株的污染机率。另外，由于基质间隙小透气不良，会引起植株的烂根现象，若基质的PH值控制不当，固体基质会积累了大量的有害成分，对植株的生长造成极大影响。本发明采用营养液漫流技术，通过人工创造的作物根系生长环境取代土壤环境，使营养液直接与植物根系接触，不用基质固定根系的组培方法。当营养液沿营养液漫流旋梯流过植株根系，循环供应，植物从营养液中便可获取生长所需的各种养份。该方法省水、省肥、省工，还可使植株根、茎、叶均衡健壮，不污染环境，有利于对植株的规模化、工厂化组培应用。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明在传统的植株种植工艺方面有很大的突破，解决了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，可显著提高种苗质量，缩短培养周期，提高劳动生产率，降低生产成本。该项技术的使用，对提高我省农业生产技术水平，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。
附图说明
图1本发明结构示意图(一)
图2本发明结构示意图(二)
图3本发明空间布置示意图(三)
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，本发明包括：培养容器1、温度控制装置2、营养液漫流装置3、湿度控制装置4、纳米灯5、CO2装置6、调速电机7，风机8，CO2散气管9，反光玻璃10，培养层11。其连接方式为：培养容器1以透明材质制成，其周边截面形状为等边六角形，呈密封状，等边六角形的培养容器1若干个组合呈蜂窝状排列，培养容器1内设置营养液漫流装置3、纳米灯5，湿度控制装置4、CO2装置6设置在培养容器1外，分别通过管道连接到培养容器1内，调速电机7设置在培养容器1的底部，调速电机7与培养容器内的CO2散气管9相接，风机8设置在培养容器1箱体上部，风机8进气口与培养容器1箱体连接，风机8出气口与回路管道相接，回路管道与温度控制装置4连接。
在等边六边形培养容器1内侧设置有三条边采用反光玻璃10，反光玻璃10边按六边形的六条边间隔排列。
培养容器1内部从上至下设置若干培养层11，培养层11呈扁平状圆椎体，横截面为梯形状，各培养层11从垂直方向是由一根CO2散气管9自上而下垂直连接。
各培养层11从平面方向以螺旋状连接，形成由上而下由多个培养层11组成的营养液漫流装置3，营养液漫流装置3顶端与营养液进液管相接，营养液漫流装置3底端与营养液出液管相接。
CO2散气管9自上而下贯穿培养容器1，并与营养液漫流装置3相连，CO2散气管9上均匀密布着针眼状的小孔。
纳米灯5在沿培养容器1箱体内径自上而下设置，按等边六边形培养容器的六个角间隔安装，安装于CO2散气管9上的纳米灯5与CO2散气管9呈平行状，位于培养容器1内的CO2散气管9周围，随CO2散气管9同向同速运动。纳米灯5发出的波长为640-660nm的红光和波长为430-450nm的蓝光。
温度控制装置2与CO2进气管连接，CO2进气管与带有碳源的CO2装置6连接，温度控制装置2通过CO2出气管与水雾出气管连接，呈“”状，水雾出气管与湿度控制装置4相接，湿度控制装置4又与水雾进气管连接。

Claims (9)

1、一种组合式植物人工培养装置，包括：培养容器(1)、CO2装置(6)、风机(8)，其特征在于，还包括：温度控制装置(2)、营养液漫流装置(3)、湿度控制装置(4)、纳米灯(5)、调速电机(7)，其连接方式为：所述的温度控制装置(2)与CO2进气管连接，CO2进气管与带有碳源的CO2装置(6)连接，所述的培养容器(1)以透明材质制成，其周边截面形状为等边六角形，呈密封状，等边六角形的培养容器(1)若干个组合呈蜂窝状排列，培养容器(1)内设置营养液漫流装置(3)、纳米灯(5)，湿度控制装置(4)、CO2装置(6)设置在培养容器(1)外，分别通过管道连接到培养容器(1)内，调速电机(7)设置在培养容器(1)的底部，调速电机(7)与培养容器(1)内的CO2散气管(9)相接，风机(8)设置在培养容器(1)箱体上部，风机(8)进气口与培养容器(1)箱体连接，风机(8)出气口与回路管道相接，回路管道与温度控制装置(4)连接。
2、根据权利要求1所述的组合式植物人工培养装置，其特征是，所述的培养容器(1)内侧设置有三条边采用反光玻璃(10)，反光玻璃(10)边按六边形的六条边间隔排列。
3、根据权利要求1所述的组合式植物人工培养装置，其特征是，所述的培养容器(1)内部从上至下设置若干培养层(11)，培养层(11)呈扁平状圆椎体，横截面为梯形状，各培养层(11)从垂直方向是由一根CO2散气管(9)自上而下垂直连接。
4、根据权利要求3所述的组合式植物人工培养装置，其特征是，所述的各培养层(11)从平面方向以螺旋状连接，形成由上而下由多个培养层(11)组成的营养液漫流装置(3)，营养液漫流装置(3)顶端与营养液进液管相接，营养液漫流装置(3)底端与营养液出液管相接。
5、根据权利要求1或者3所述的组合式植物人工培养装置，其特征是，所述的培养容器(1)自上而下贯穿CO2散气管(9)，CO2散气管(9)与营养液漫流装置(3)相连，CO2散气管(9)上均匀密布着针眼状的小孔。
6、根据权利要求1所述的组合式植物人工培养装置，其特征是，所述的纳米灯(5)在沿培养容器(1)箱体内径自上而下设置，按等边六边形培养容器的六个角间隔安装，安装于CO2散气管(9)上的纳米灯(5)与CO2散气管(9)呈平行状，位于培养容器(1)内的CO2散气管(9)周围，随CO2散气管(9)同向同速运动。
7、根据权利要求6所述的组合式植物人工培养装置，其特征是，所述的纳米灯(5)发出的波长为640-660nm的红光和波长为430-450nm的蓝光。
8、根据权利要求1所述的组合式植物人工培养装置，其特征是，所述的温度控制装置(2)通过CO2出气管与水雾出气管连接，呈“”状。
9、根据权利要求8所述的组合式植物人工培养装置，其特征是，所述的水雾出气管与湿度控制装置(4)相接，湿度控制装置(4)又与水雾进气管连接。
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Granted publication date: 20070425

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