DE60102404T2

DE60102404T2 - Setzlingszuchteinrichtung und diese Einrichtung anwendendes Setzlingszuchtverfahren

Info

Publication number: DE60102404T2
Application number: DE60102404T
Authority: DE
Inventors: S.M.A. Matsudo-shi Zobayed; Osamu Chuo-ku Hasegawa; Toyoki Matsudo-shi Kozai; Fawzia Matsudo-shi Afreen-Zobayed
Original assignee: Nisshinbo Industries Inc; Nisshin Spinning Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: EP1127482A3; EP1127482A2; DE60102404D1; EP1127482B1; CN1307795A; US20010017004A1; JP2001204283A

Description

Hintergrund der Erfindnug
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Aufzucht von Jungpflanzen und ein Verfahren zur Aufzucht von Jungpflanzen unter Verwendung der zuvor genannten Einrichtung. Im Besonderen betrifft es eine praktische Einrichtung zur Aufzucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum, in welcher die Einrichtung einheitliche Verteilung der Kohlendioxidkonzentration in der Nähe der Jungpflanzen im eingeschlossenen Kulturgefäß, leichte Kontrolle der Zufuhrmenge einer Kulturlösung und gleichmäßige Massenproduktion von einheitlichen Pflanzschulpflanzen mit exzellentem Maß an Wachstum bieten kann; und außerdem betrifft es ein Verfahren zur Aufzucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum, in welchem das Verfahren effiziente und gleichmäßige Massenproduktion von einheitlichen Pflanzschulpflanzen mit exzellentem Maß an Wachstum durch einen einfachen Arbeitsablauf bei der Verwendung dieser Einrichtung bieten kann.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Seit dem Beginn der Pflanzenaufzucht waren die hypogäischen Bedingungen in der Pflanzenproduktion bisher abhängig von der Erde. Jedoch ist es extrem schwierig, die hypogäische Umwelt durch die Erde zu kontrollieren wegen der Komplexität der Erde in Bezug auf physikalische, chemische und biologische Eigenschaften. In den letzten Jahren wurden deshalb Forschungen zur Aufzucht mit einer Nährstofflösung ohne die Verwendung von Erde gemacht.
Um gleichmäßige Massenproduktion der Pflanzen bei Aufzucht mit einer Nährstofflösung zu erreichen, wird einem Umweltkontrollsystem großes Gewicht beigemessen, welches imstande ist, gut an das Wachstum der Pflanzen angepasste Umweltbedingungen künstlich zu verleihen. Die Produktionstechnologie für Pflanzen mit dem Umweltkontrollsystem ist die Technologie, die bis zum Äußersten Wachstumskapazität zeigt, die den Pflanzen durch eine künstlich verliehene optimale Umwelt für das Wachstum der Pflanzen gegeben wird. Für den Zweck, die Technologie wie oben erwähnt zu realisieren, müssen die Faktoren, die mit dem Wachstum der Pflanzen zusammenhängen, umfassend kontrolliert werden, einschließlich Licht, Umgebungstemperatur, Kohlendioxidkonzentration, Sauerstoffkonzentration, Umgebungsluftfeuchtigkeit und Kulturlösung.
Methoden zur Kontrolle der Umwelt für das Wachstum einer Pflanze sind bisher in einer Vielfalt von Arten gefunden worden, in welchen der Aufbau klassifiziert werden kann nach Methoden zur Kontrolle der epigäischen und hypogäischen Anteile der Pflanze, in Arten der Gas – Uniphase, der Gas – Flüssigkeits – Biphase, Gas – Flüssigkeits – Feststoff – Terphase und Flüssigkeits – Uniphase. Unter diesen werden die Gas – Flüssigkeits – Biphase und die Gas – Flüssigkeits – Feststoff – Terphase, die beide in epigäischen Bereichen in der Gasphase sind, getrennt durch den Unterschied in der Umwelt der hypogäischen Anteile. In Ersterem schwimmen die Jungpflanzen auf der flüssigen Oberfläche, wobei sie von einer Polystyrolschaumplatte oder dergleichen unterstützt werden, und der Wurzelanteil liegt in einer Flüssigkeit. In Letztgenanntem wird an Stelle der Erde die Form eines Feststoffes wie Sand, Kies, geräucherte Kohle (smoked coal), faserhaltige Steinwolle, poröse Körper oder dergleichen als ein Träger der Jungpflanzen angewendet. Eine sogenannte Pflanzenfabrik, bereits zur heutigen Zeit kommerzialisiert, gehört hauptsächlich zu einer der ersteren und letzteren Arten, in welchen Aufzucht mit einer Nährstofflösung in den hypogäischen Bedingungen angewendet wird.
Als ein Verfahren zur Aufzucht von Jungpflanzen mit einem Umweltkontrollsystem wurde bisher ein photomixotrophisches Wachstumsverfahren benutzt, welches als Kohlenstoffquelle eine Kulturlösung, die Zucker oder dergleichen enthält, verwendet, weil geglaubt wurde, dass Zucker oder dergleichen als Kohlenstoffquelle zur Kulturlösung zugefügt werden musste auf Grund von schneller Verminderung der Kohlendioxidkonzentration in der Gasphase wegen einer eingeschlossenen Aufzucht von Jungpflanzen.
Dennoch war das Aufzuchtverfahren mit photomixotrophischem Wachstum (im Folgenden in einigen Fällen abgekürzt mit „photomixotrophische Aufzucht") verbunden mit den Problemen auf Grund der Zugabe von einem Zucker o. ä. zur Kulturlösung als einer Kohlenstoffquelle, einschließlich der Befürchtung, den Verlust einer zu züchtenden Jungpflanze zu verursachen auf Grund einer Verschlechterung durch verschiedenartige Keime und Bakterien, einfach genannt „Kontaminierung"; das Wachstum einer Jungpflanze während der Aufzuchtperiode ist gehemmt in Abhängigkeit von der gezuckerten Kultur, welche der photomixotrophische Zustand mit sich bringt; das Wachstum der Jungpflanze wird gehemmt während der Periode, in der die Pflanze in den photoautotrophen Zustand eintritt nach der Verpflanzung aus einem Kulturgefäß; und ähnliche Probleme.
Unter solchen Umständen wurde die Aufmerksamkeit in letzter Zeit auf ein Aufzuchtverfahren mit photoautotrophem Wachstum (im Folgenden in einigen Fällen abgekürzt mit „photoautotrophe Aufzucht") gelenkt als eine Technik, um die oben genannten Probleme zu lösen (siehe „Acta Hortic." Vol. 230, S. 121 bis 127, 1988). Die photoautotrophe Aufzucht benutzt eine Kulturlösung, die frei von der Zugabe von Zucker o. ä. als Kohlenstoffquelle ist, nutzt die Photosynthese der Pflanze per se, um kultiviert zu werden, und macht Gebrauch von Kohlendioxid als einer Kohlenstoffquelle, ermöglicht damit, die Probleme der oben genannten photomixotrophischen Aufzucht zu lösen.
Seit in der photoautotrophen Aufzucht Aufzucht unter Lichteinstrahlung durchgeführt wird, während die Kohlendioxidkonzentration in einem Kulturgefäß auf einem hohen Niveau gehalten wird, wird auf die Methode der Kohlendioxidversorgung Wert gelegt.
Die Methode der Kohlendioxidversorgung wird veranschaulicht durch eine Methode erzwungener Belüftung, in welcher kohlendioxidreiche Luft in ein Kulturgefäß gewaltsam zugeführt wird und eine Methode natürlicher Belüftung, bei welchen die Methode erzwungener Belüftung bekannt ist, vorteilhafter für das Jungpflanzenwachstum zu sein {siehe „Hort Science" vol. 27, S. 1312 bis 1314 (1992)}. Jedoch beinhaltet eine normale Methode erzwungener Belüftung das Problem, dass ein großer Unterschied im Maß des Wachstums der Jungpflanzen in der Nähe des Einlasses des Stromes und des Auslasses davon besteht, was es schwierig macht, einheitliche Pflanzschulpflanzen zu gewährleisten { siehe „Environ. Control in Biol." vol. 37, S. 83 bis 92 (1999)}.
Unter solchen Umständen wird versucht, die Verteilung der Kohlendioxidkonzentration zu vereinheitlichen durch eine Anordnung von Rohrleitungen in einer Kultureinrichtung, zu dem Zweck, Pflanzen mit einheitlichem Maß an Wachstum zu produzieren { siehe „In Vitro Cell. Dev. Biol. – Plant" vol. 35, S. 350 bis 355 (1999)}. Die oben erwähnte Methode, obwohl durchaus effektiv im Fall von kleinmaßstäblichen Kultureinrichtungen, führt zu einem Unterschied im Luftdruck zwischen dem Einlass der Rohrleitungen und deren Auslass. Als ein Resultat ergibt sich das Problem, dass die Verteilung der Kohlendioxidkonzentration in der Kultureinrichtung ungleichmäßig ist, was es schwierig macht, Pflanzschulpflanzen mit einem einheitlichen Maß an Wachstum zu produzieren.
Auf der einen Seite ist es üblicherweise schwierig, eine Kulturlösung, die einmal in eine Kultureinrichtung gegeben wurde, unbehindert einzufüllen und wieder herauszunehmen, bis die Jungpflanzen entfernt werden, was es auch schwierig macht, die Schwankungen im Nährstoffgehalt zu kompensieren oder eine geeignete Nährstoffmenge und den Lösungsfüllhöhenstand zu erhalten.
Da dies der Fall ist, wird versucht, einen Kulturlösungstank außen am Kulturgefäß anzubringen, sodass eine Kulturlösung von dort zum Kulturgefäß zugegeben wird, was es möglich macht, die Menge und Qualität der Kulturlösung im Verlauf der Aufzucht zu variieren und zu kontrollieren {siehe „In Vitro Cell. Dev. Biol. – Plant" vol 35, S. 350 bis 355 (1999)}. Jedoch konnte sogar die genannte Methode nicht als vollständig kontrollierende Methode bezeichnet werden, da es unmöglich war, die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der Kulturlösung zu kontrollieren und erzwungene Trockenlegung durchzuführen.
GB-A-2234415 offenbart eine Pflanzenwachstumskammer mit vertikalen Rohren oberhalb der Pflanzen zur Zuführ von CO₂ und O₂.
Zusammenfassung der Erfindung
Unter solchen Umständen ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine praktische Einrichtung zur Aufzucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum bereitzustellen, bei der die Einrichtung es erlaubt, die Kohlendioxidkonzentration in einem geschlossenen Kulturgefäß zu vereinheitlichen, eine Kulturlösung unbehindert aus dem Kulturgefäß zu entfernen und hinzuzugeben, die Menge und Qualität der Kulturlösung und den Gehalt des gelösten Sauerstoffs zu kontrollieren, ebenso die Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Kulturgefäß zu kontrollieren und eine gleichmäßige Masse einheitlicher Pflanzschulpflanzen mit exzellentem Maß an Wachstum zu produzieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein praktisches Verfahren zur Aufzucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum bereitzustellen, bei welchem das Verfahren eine effiziente und gleichmäßige Massenproduktion einheitlicher Pflanzschulpflanzen mit einem exzellenten Maß an Wachstum durch einen einfachen Arbeitsablauf unter Verwendung der oben genannten Einrichtung ermöglicht.
Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden im nachfolgenden Text dieser Beschreibung deutlich.
Als ein Ergebnis der intensiven und ausführlichen Forschung und Recherche, zusammengetragen durch die vorliegenden Erfinder mit dem Ziel, die vorangegangenen Aufgaben zu lösen, wurde herausgefunden, dass die Aufgaben gelöst werden können durch eine Einrichtung zur Aufzucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum, einschließlich grundlegender Bestandteile, im wesentlichen bestehend aus einem lichtdurchlässigen und geschlossenen Kulturgefäß, einer kohlendioxidreiche Luft enthaltenden Versorgungskammer, welche in Kontakt mit dem Boden des Kulturgefäßes angebracht ist und die als Pufferkammer dient, und einem Kulturlösungstank; einer Vielzahl vertikaler feiner Röhren, die es der kohlendioxidreiche Luft enthaltenden Versorgungskammer und dem Kulturgefäß erlauben, miteinander zu kommunizieren; und einer am Kulturlösungstank befestigten Luftpumpe. Es wurde außerdem herausgefunden, dass einheitliche Pflanzschulpflanzen mit exzellentem Maß an Wachstum effizient und gleichmäßig durch einen einfachen Arbeitsablauf unter Verwendung der oben genannten Einrichtung massenproduziert werden können. Die vorliegende Erfindung wurde erreicht durch die vorangegangenen Forschungsergebnisse und Informationen.
Das heißt, die vorliegende Erfindung stellt eine Einrichtung zur Aufzucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum bereit, einschließlich grundlegender Bestandteile, im wesentlichen bestehend aus einem lichtdurchlässigen und geschlossenen Kulturgefäß, mit wenigstens einer Austrittsöffnung an dessen oberem Teil, einer kohlendioxidreiche Luft enthaltenden Versorgungskammer, welche in Kontakt mit dem Boden des Kulturgefäßes angebracht ist, und einem Kulturlösungstank, um das Kulturgefäß mit einer Kulturlösung zu versorgen, wobei die Versorgungskammer mit einer Versorgungsquelle von kohlendioxidreicher Luft verbunden ist und mit dem Kulturgefäß über eine Vielzahl vertikaler feiner Röhren kommunizieren kann, von denen jede an jedem Ende eine Öffnung besitzt und die am Boden des Kulturgefäßes so angebracht sind, dass ein oberes Ende einer jeden der Röhren über die flüssige Oberfläche der Kulturlösung im Kulturgefäß herausragt, und der Kulturlösungstank mit dem Kulturgefäß über einen Schlauch verbunden ist und mit einer Luftpumpe zur Versorgung des Kulturgefäßes mit der Kulturlösung ausgestattet ist.
Darüber hinaus wird dadurch außerdem ein Verfahren zur Aufzucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum unter Verwendung der zuvor genannten Aufzuchteinrichtung bereit gestellt, welches die Versorgung eines geschlossenen Kulturgefäßes, in welches Jungpflanzen auf Träger verpflanzt wurden, mit einer Kulturlösung in einem Kulturlösungstank unter Verwendung einer Luftpumpe, Kontrolle der Zufuhrmenge der Kulturlösung durch Nutzen des Drucks der Luftpumpe und Höhendifferenz zwischen dem Kulturgefäß und dem Kulturlösungstank und Versorgung des Kulturgefäßes mit kohlendioxidreicher Luft aus einer kohlendioxidreiche Luft enthaltenden Versorgungskammer, umfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Einrichtung zur Aufzucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Graph, der Änderungen in den Kohlendioxidkonzentrationen in einem Kulturgefäß im Verlauf der Zeit von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt; und
3 beinhaltet eine räumliche Illustration (a), die die Konzentration des Kohlendioxids an jeder Position im Kulturgefäß am 28. Tag nach dem Start der Aufzucht in Beispiel 1 zeigt, und eine räumliche Illustration (b), die die Höhe einer Eukalyptus-Pflanzschulpflanze in Beispiel 1 zeigt.
Die Ziffern haben folgende Bedeutungen:

1: geschlossenes Kulturgefäß,
2: kohlendioxidreiche Luft enthaltende Versorgungskammer,
3: Kulturlösungstank,
4: Lufteinführungsrohr,
5: vertikale feine Röhre,
6: Luftpumpe,
7: flexibler Schlauch,
8: Drucklufteinführungsschlauch,
9: Öffnung,
10: aufzuziehende Jungpflanze,
11: Träger,
12: Trägertopf,
20: Aufzuchteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Einrichtung zur Aufzucht eines Pflanzenkörpers durch photoautotrophes Wachstum umfasst als grundlegende Bestandteile ein lichtdurchlässiges und geschlossenes Kulturgefäß, eine kohlendioxidreiche Luft enthaltende Luftversorgungskammer und einen Kulturlösungstank.
Das oben genannte geschlossene Kulturgefäß muss eine gute Lichtdurchlässigkeit besitzen und besteht dementsprechend aus einem lichtdurchlässigen Konstruktionsmaterial, vorzugsweise transparentem Plastik, zum Beispiel einem Acrylharz, Polypropylen und Polycarbonat unter dem Gesichtspunkt der Lichtdurchlässigkeit, Gewichtsersparnis, Verarbeitbarkeit, Widerstandsverhalten gegenüber einem Autoklaven und weiteren diesbezüglichen Faktoren.
Form und Gestalt des zu benutzenden geschlossenen Kulturgefäßes sind nicht ausdrücklich festgelegt, aber gewöhnlich ist es in der Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds. Weiterhin ist sein Volumen nicht ausdrücklich festgelegt, vorausgesetzt, dass Massenproduktion einer angestrebten Jungpflanze ermöglicht wird und gleichzeitig die Produktionseffizienz erhöht wird. Das geschlossene Kulturgefäß muss nur darauf ausgelegt sein, die Vegetationsdichte und die Höhe der zu pflanzenden Jungpflanzen ausreichend zu garantieren.
Das geschlossene Kulturgefäß ist im oberen Bereich mit mindestens einer Öffnung ausgestattet. Die Position der zu montierenden Öffnung ist nicht ausdrücklich festgelegt, falls das Gefäß jedoch die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds hat, sollten die Öffnungen vorzugsweise an gleicher Stelle der oberen Teile vertikaler, zentraler Linien auf gegenüberliegenden Seitenflächen liegen. Die Öffnungen können paarweise auf nur zwei gegenüberliegenden Seitenflächen angebracht werden, was insgesamt zwei Öffnungen ergibt, oder können auf beiden sich gegenüberliegenden Seitenflächen angebracht werden, was insgesamt vier Öffnungen ergibt. Die Öffnung kann unter Berücksichtigung der Verarbeitbarkeit an ein Rohr angebracht werden, vorzugsweise ein Plastikrohr aus demselben Material wie das der Kammer, um nach außen gerichtet zu werden. Der Durchmesser der Öffnung ist nicht ausdrücklich festgelegt, sollte aber aus der Zufuhrrate der kohlendioxidreichen Luft bestimmt werden.
Das geschlossene Kulturgefäß ist üblicherweise mit einem Temperaturfühler und einem Feuchtigkeitssensor ausgestattet.
Jede der Öffnungen ist an ihrem Ende mit einer Filterscheibe mit wünschenswerter Porengröße ausgestattet, zum Beispiel nicht größer als 0,5 µm im Durchmesser, um Kontaminierung durch das Eindringen von verschiedenen Keimen und Bakterien in das Gefäß zu verhindern.
Zusätzlich ist die kohlendioxidreiche Luft enthaltende Versorgungskammer (im Folgenden manchmal als „Luftversorgungskammer" abgekürzt) in Kontakt mit dem Boden des genannten geschlossenen Kulturgefäßes angebracht, ist verbunden mit einer Versorgungsquelle für kohlendioxidreiche Luft und kann mit dem Kulturgefäß über eine Vielzahl vertikaler feiner Röhren kommunizieren, von denen jede an jedem Ende eine Öffnung besitzt und die am Boden des Kulturgefäßes so angebracht sind, dass ein oberes Ende einer jeden der Röhren über die flüssige Oberfläche der Kulturlösung im Kulturgefäß herausragt.
Vorzugsweise ist die obengenannte Luftversorgungskammer aus demselben Material wie das Kulturgefäß hergestellt, unter dem Gesichtspunkt der Gewichtsersparnis, Verarbeitbarkeit, Widerstand gegenüber einem Autoklaven und weiteren diesbezüglichen Faktoren. Die Höhe der Luftversorgungskammer ist nicht ausdrücklich festgelegt, aber die Kammer muss ein Volumen, das als Puffer fungiert, vorrätig halten, damit die Durchflussrate der kohlendioxidreichen Luft fast gleich in jeder der vertikalen feinen Röhren ist, wenn die kohlendioxidreiche Luft, die von der Luftversorgungskammer bereitgestellt wird, durch eine Vielzahl vertikaler feiner Röhren in das Kulturgefäß fließt.
Um die Luftversorgungskammer mit kohlendioxidreicher Luft zu versorgen, ist die Kammer mit einer Versorgungsquelle kohlendioxidreicher Luft verbunden. Eine solche Verbindung wird üblicherweise realisiert durch Verbinden mit einem flexiblen Schlauch, einer oder einer Mehrzahl von Röhren, die auswärts gerichtet am unteren Ende der Luftversorgungskammer an einer oder einer Mehrzahl von Düsen befestigt sind , die an einer Luftverteilungsröhre am Ausgang der Luftpumpe angebracht sind. Die Luftpumpe ist üblicherweise an ihrem Ausgang mit einem Durchflusszähler ausgestattet, um die Durchflussrate der kohlendioxidreichen Luft zu messen, und einer Filterscheibe mit einer Porengröße, die zum Beispiel nicht größer als 0,5 µm im Durchmesser beträgt, um Kontaminierung durch das Eindringen von verschiedenen Keimen und Bakterien in das Gefäß zu verhindern.
Die Anzahl, der Durchmesser und das Material der Röhren, die am Boden der Luftversorgungskammer eingesetzt werden sollen, sind nicht ausdrücklich festgelegt, jedoch ist das Material dieser vorzugsweise das gleiche wie das der Luftversorgungskammer unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitbarkeit und des Widerstandsverhaltens gegenüber einem Autoklaven.
Der Durchmesser der vertikalen, feinen Röhren wird üblicherweise im Bereich zwischen 0,1 und 10 mm gewählt, vorzugsweise 0,5 bis 5 mm. Es ist notwendig, dass ein oberes Ende jeder Röhre über die flüssige Oberfläche der Kulturlösung herausragt. Dementsprechend hängt die Höhe der Röhren vom Boden des Kulturgefäßes von der flüssigen Oberfläche der Kulturlösung ab und wird üblicherweise im Bereich zwischen 1 und 50 mm gewählt, vorzugsweise 2 bis 25 mm. Die Anzahl und das Material der vertikalen feinen Röhren sind nicht ausdrücklich festgelegt, jedoch wird die Anzahl dieser vorzugsweise so bestimmt, dass die Kohlendioxidkonzentrationen in der Umgebung jeder der Pflanzen gleich ist und das Material ist vorzugsweise das gleiche wie das des Kulturgefäßes unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitbarkeit und dem Widerstandsverhalten gegenüber einem Autoklaven.
Durch Errichten der Luftversorgungskammer mit solcher Beschaffenheit wird es der Kammer ermöglicht, die Rolle als Pufferkammer gegenüber der kohlendioxidreichen Luft zu erfüllen, und auch das Innere des Kulturgefäßes mit kohlendioxidreicher Luft mit konstanter und einheitlicher Konzentration durch eine große Anzahl vertikaler feiner Röhren, die am Boden des Gefäßes angebracht sind, zu versorgen und somit die Verteilung der kohlendioxidreichen Luft im Kulturgefäß zu vereinheitlichen.
Es ist bei der vorliegenden Erfindung möglich, falls gewünscht, Mittel zur Versorgung der Luftversorgungskammer mit einer Kulturlösung und/ oder sterilisiertem Wasser zur Kontrolle der Luftfeuchtigkeit im Kulturgefäß zu montieren. In diesem Fall ist es vorzuziehen, das Lufteinführungsrohr so zu montieren, dass es in das untere Ende der Luftversorgungskammer hereinreicht, wo auch ein Rohr angebracht ist, um kohlendioxidreiche Luft einzuführen.
Weiterhin wird es ermöglicht, falls gewünscht, einen Temperaturregulationsmechanismus wie eine Heizung in der Luftversorgungskammer zu montieren. Ein solcher Mechanismus erleichtert Temperatur- und Luftfeuchtigkeitskontrollen im Kulturgefäß.
Um das Kulturgefäß mit der Kulturlösung im Kulturlösungstank zu versorgen, wird der untere Teil des Kulturlösungstanks mit dem unteren Teil des Kulturgefäßes über einen Schlauch verbunden, vorzugsweise einen flexiblen Schlauch. Weiterhin ist der Kulturlösungstank mit einer Luftpumpe ausgestattet. Durch Anordnung der Röhre, die verbunden ist mit dem Zufuhranschluss der Luftpumpe, so dass das Endstück im oberen Teil oder in der Lösung im Kulturlösungstank liegt, und Bedienung der Luftpumpe, wird Druck auf den Kulturlösungstank ausgeübt, mit den Ergebnissen, dass die Kulturlösung im Kulturlösungstank durch den flexiblen Schlauch dem Kulturgefäß zugeführt wird und die flüssige Oberfläche im Kulturgefäß auf einem vorgegebenen Stand gehalten wird, so dass die Wurzelregion der zu züchtenden Jungpflanze in die Kulturlösung eintaucht. Während dieses Schrittes, im Falle, dass das Endstück der Röhre, die verbunden ist mit der Luftpumpe, in der Lösung des Kulturlösungstanks liegt, kann die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der Kulturlösung durch Regulation der vertikalen Position der Röhre kontrolliert werden. Die Luftpumpe ist üblicherweise an ihrem Ausgang mit einer Filterscheibe mit einer Porengröße, die zum Beispiel nicht mehr als 0,5 µm im Durchmesser beträgt, um Kontaminierung durch das Eindringen von verschiedenen Keimen und Bakterien in die Kulturlösung zu verhindern, ausgestattet.
Es ist bei der vorliegenden Erfindung vorzuziehen, den Kulturlösungstank so aufzustellen, dass die flüssige Oberfläche der darin enthaltenen Kulturlösung unterhalb der flüssigen Oberfläche der Kulturlösung im Kulturgefäß positioniert ist. Durch eine solche Anordnung und durch Anhalten der Luftpumpe kann die Kulturlösung im Kulturgefäß in den Kulturlösungstank durch Schwerkraft rückgeführt werden. Vorzugsweise wird die Kulturlösung an der niedrigsten Stelle herausgenommen und in das Kulturgefäß gegeben, so dass die gesamte überschüssige Kulturlösung, die noch nicht in den Träger aufgenommen wurde, in den Kulturlösungstank rückgeführt werden kann.
Die Größe und das Material des Kulturlösungstanks sind nicht ausdrücklich festgelegt, aber vorzugsweise ist er aus Plastik, vom Gesichtspunkt der Gewichtsersparnis, Verarbeitbarkeit, Widerstandsverhalten gegenüber einem Autoklaven und weiteren diesbezüglichen Faktoren. Zusätzlich kann wenigstens ein Teil des Kulturlösungstanks durchsichtig sein, um die flüssige Oberfläche sichtbar zu machen.
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Einrichtung zur Aufzucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Aufzuchteinrichtung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung besteht hauptsächlich aus einem lichtdurchlässigen und geschlossenen Kulturgefäß 1, mit mindestens einer Öffnung 9, einer kohlendioxidreiche Luft enthaltenden Versorgungskammer 2, die in Kontakt mit dem Boden des Kulturgefäßes 1 angebracht ist, und einem Kulturlösungstank 3, ausgestattet mit einer Luftpumpe 6.
Die kohlendioxidreiche Luft enthaltende Versorgungskammer 2 ist verbunden mit einer Versorgungsquelle von kohlendioxidreicher Luft durch ein Luftversorgungsrohr (nicht eingezeichnet in der Abbildung), und kann mit dem Kulturgefäß 1 über eine Vielzahl vertikaler feiner Röhren 5 kommunizieren, von denen jede an jedem Ende eine Öffnung besitzt und die am Boden des Kulturgefäßes 1 so angebracht sind, dass ein oberes Ende einer jeden der Röhren über die flüssige Oberfläche der Kulturlösung im Kulturgefäß 1 herausragt.
Auf der einen Seite ist der Kulturlösungstank 3 mit dem Kulturgefäß 1 durch einen flexiblen Schlauch 7 verbunden, um das Kulturgefäß 1 mit der Kulturlösung darin zu versorgen und die obere Oberfläche davon ist mit einer Luftpumpe 6 durch einen Drucklufteinführungsschlauch 8 verbunden. Zusätzlich kann der Schlauch 8 so angeordnet werden, dass das Endstück in der Kulturlösung liegt. Der Kulturlösungstank 3 ist so angeordnet, dass die flüssige Oberfläche darin unterhalb der flüssigen Oberfläche im Kulturgefäß 1 liegt.
Darüber hinaus zeigt 1 den Innenraum des Kulturgefäßes 1 mit zu züchtenden Jungpflanzen 10, die auf Träger (festes Trägermaterial) 11 verpflanzt wurden, zusammen mit den Trägern 11 sind sie jeweils in eine große Anzahl von Trägertöpfen 12 eingepasst und eingesetzt, wobei jeder mindestens ein durchgehendes Loch an der Seite und am Boden hat, um die Durchdringung mit der Kulturlösung zu erleichtern. Die große Anzahl von Trägertöpfen 12 kann so angeordnet sein, dass die Trägertöpfe an sich verbunden sind, wobei in diesem Fall Durchgangslöcher im Verbindungsteil der Trägertöpfe sein können, damit vertikale feine Röhren dadurch hineindringen können.
Im folgenden wird eine detaillierte Beschreibung des Verfahrens zur Aufzucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben. In der photoautotrophen Aufzucht, welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wird eine zuckerfreie Kulturlösung eingesetzt. Die zuckerfreie Kulturlösung ist nicht ausdrücklich festgelegt, sondern kann aus den Kulturlösungen, die bisher gebräuchlicherweise für photoautotrophe Aufzucht eingesetzt wurden, gewählt werden. Die Kulturlösungen werden beispielhaft dargestellt an solchen, die zum Beispiel anorganische Nährstoffanteile enthalten, wie Makroelemente einschließlich Stickstoff, Phosphor, Kalium, Magnesium und Kalzium, und Spurenelemente einschließlich Eisen, Mangan, Kupfer und Zink. Weiterhin können die Kulturlösungen ein Vitamin wie Nikotinsäure und Thiaminhydrochlorid, einen organischen Nährstoff wie Aminosäuren und einen Wachstumsregulator enthalten, aber die obengenannten Komponenten sind nicht immer unentbehrlich. Die Kulturlösungen werden beispielhaft erläutert durch die MS-Aufzuchtmediumzusammensetzung von halber Konzentration.
Die MS-Aufzuchtmediumzusammensetzung enthält in der Konzentration mg/ Liter: 1650 NH₄NO₃, 1900 KNO₃, 440 CaCl₂·2H₂O, 370 MgSO₄·7H₂O, 170 KH₂PO₄, 27,8 FeSO₄·7H₂O, 37,3 Na₂ – EDTA, 22,3 MnSO₄·4 H₂O, 8,6 ZnSO₄·4H₂O, 0,025 CaCl₂·6 H₂O, 0,025 CuSO₄·5H₂O, 0,25 Na₂MoO₄·2H₂O, 0,83 KI, 6,2 H₃BO₃, 0,5 Nikotinsäure, 0,5 Pyridoxinhydrochlorid, 0,1 Thiaminhydrochlorid, 100 Myo-Inositol und 2 Glycin.
Jungpflanzen, auf die das Aufzuchtverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, können beliebige und alle Arten von Jungpflanzen einschließen vorausgesetzt, sie können in einem Umweltkontrollsystem aus einer Gas-Flüssigkeits-Fest-Terphase, ohne spezifische Begrenzung des Ursprungs davon, gezüchtet werden. Beispiele von zur Aufzucht einsetzbaren Jungpflanzen schließen ein eine Jungpflanze und mehrere Nebensprossen, die erzeugt werden durch eine Methode, bei der Pflanzengewebe aus Zellkulturen, Apikal-Meristem-Kultur oder ähnlichem gewonnen wird, werden Primäraufzucht und erfolgreicher Nachaufzucht unterworfen, wonach eine frühzeitige Verzweigungsmethode, Protocorm-ähnliche Körpermethode, Schößlingsprimordiummethode oder ähnliches auf die resultierende Jungpflanze angewendet werden und vorzugsweise ein Knoten mit Blättern oder einem Stängelteil einer Jungpflanze, bei der eine Vielzahl von Knoten in Stücke pro Knoten geschnitten wird. Besondere Beispiele dieser Jungpflanzen sind alle Kräuter, Blumen, Bäume, wie Cattleya, Phalaenopsis, Dendrobium, Cymbidium, Paphiopedilum, Vanda, Ascoscenda, Epidendrum, Miltonia, Oncidium, Odontglossum, Epiphlonitis, Calanthe, Nephrolepis, Dieffenbachia, Pecteilis, Cymbidium, Burceraceae, Syngonium, Streptocarpus, Clematis, Geranie, Weihnachtsstern, Rhododendron, Gloxinie, Alstroemeria, Hemerocallis, Freesie, Iris, Nelke, Gypsophila elegans, Statice, Chrysantheme, Gerbera, Aurikel, Saintpaulia, Zyclamen, Lilie, Gladiole, Dahlie, Rose, Bouvardia, Azalee, Enzian, Narzisse, Amaryllis, Hyazinthe, Begonie, Aster savatieri, Miltonia, Asplenium, Benjamin, Spathiphyllum, Epipremnum aureum, Alocasia, Monstera, Philodendron, Syndabsis, Caladium, Ananas, Neoregelia, Dracaena, Cyathea, Adiantum, Asplenium nidus, Pteridophyte, Anthurium, Zoysia, Erdbeere, Knoblauch, Japanischer Meerrettich, Gurke, Tomate, Aubergine, Kartoffel, Süßkartoffel, Aroid, Yamswurzel, Chinesische Yamswurzel, Karotte, Melone, Konjak, Bogrhubarb, Spargel, Brassica, Oryzae, Gerste, Baumwollpflanze, Kenaf, Banane, Ananas, Ölpalme, Kaffee, Kakao, Apfel, Birne, Japanische Dattelpflaume, Weintraube, Pfirsich, Japanische Aprikose, Zitrone, Japanischer Tee, Himbeere, Blaubeere, Mandel, Kirsche, Litchi, Mangostin, Senkyu, Pinellia ternata, Jiou, Atractylodes japonica, Tollkirsche, Eisenhut, Scopolia, Brechwurzel, Rhabarber, Kirschblüte, Kozo, Weiße Birke, Abelia, Eukalyptus, Akazie, Gummibaum, Paulonia, Pappel, Espe, Sandelholz, Tectona, Latania, Ulme, Birke, Maulbeerbaum, Eichearten, Hiba, Zeder, Zypresse, Picea, Fichte, Pinie, Eibe, Mammutbaum, Lauan, Dipterocarpaceae, Gmelina und Mahagoni.
In der vorliegenden Erfindung ist der Träger (festes Trägermaterial), auf welchem die genannte Jungpflanze wächst und sich entwickelt, nicht ausdrücklich festgelegt, kann aber eigentlich optional für den Gebrauch ausgewählt werden aus konventionellen, bekannten Trägern, die bisher im Aufzuchtverfahren bei einem Umweltkontrollsystem mit einer Gas-Flüssigkeits-Feststoff- Terphase benutzt wurden. Beispiele für solche Träger schließen faserförmige und/oder poröse Materialien wie Sand, Kies, geräucherte Kohle (smoked coal), Vermiculit, Perlit, Zellulosefaser, Polyesterfaser und Keramikfaser. Jeder der oben beispielhaft genannten Träger kann allein oder in Kombination mit mindestens einem anderen benutzt werden. Unter diesen ist die Mischung aus Vermiculit und Zellulosefaser besonders bevorzugt (z.B. „Florialite", hergestellt von Nisshinbo Industries Inc.) vom Aspekt der Durchwurzelungseigenschaft, der wachstumsunterstützenden Eigenschaft und ähnlichem.
Bei der vorliegenden Erfindung können Sonnenlicht oder künstliche Lichtquellen als Lichtquelle verwendet werden. Sonnenlicht ist vorteilhaft bezüglich Produktionskosten, aber es ist schwierig zu kontrollieren auf Grund von merklichen Schwankungen, und dementsprechend wird üblicherweise eine künstliche Lichtquelle verwendet. Beispiele für eine künstliche Lichtquelle schließen ein Fluoreszenzlampe, Quecksilberdampflampe, Metallhalogenidlampe, Hochdrucknatriumdampflampe und lichtemittierende Diode.
Im Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung des Verfahrens zur Aufzucht von Jungpflanzen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die vorhergehende 1 gegeben. Als erstes werden die zu züchtenden Jungpflanzen 10 auf die Träger 11 gepflanzt, die jeweils in eine große Anzahl von Trägertöpfen 12 eingepasst und eingesetzt sind, wobei jeder mindestens ein durchgehendes Loch an der Seite und am Boden hat, um die Durchdringung mit Kulturlösung zu erleichtern. Anschließend werden die Jungpflanzen 10 zusammen mit den Trägern in das geschlossene Kulturgefäß 1 eingesetzt.
Als nächstes wird die Luftpumpe 6 betätigt, um Druck auf den Kulturlösungstank 3 auszuüben, um die darin befindliche Kulturlösung in das Innere des Kulturgefäßes 1 zuzuführen. Zu dem Zeitpunkt, wenn das Flüssigkeitsniveau der Kulturlösung ein vorgeschriebenes Niveau erreicht, wird die Betätigung der Luftpumpe 6 beendet. Sofort danach oder nach der Dauer einer angemessenen Zeit wird die Kulturlösung im Kulturgefäß 1 zurückgeführt in den Kulturlösungstank 3 durch Schwerkraft durch den flexiblen Schlauch 7. Der Vorgang kann in einem angemessenen Zeitintervall während der Aufzucht wiederholt werden.
Um die Position der Kulturlösung bei einer vorgeschriebenen Höhe zu erhalten, wird ein Ventil oder Stopper an den flexiblen Schlauch 7 befestigt, und wird geschlossen gehalten, nachdem die Kulturlösung in das Kulturgefäß 1 zugegeben wurde.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Zufuhrmenge der Kulturlösung durch Benutzung des Luftpumpendrucks und durch die Höhendifferenz zwischen dem Kulturgefäß und dem Kulturlösungstank reguliert.
Auf der einen Seite wird kohlendioxidreiche Luft in die kohlendioxidreiche Luft enthaltende Versorgungskammer 2 mit einer Luftpumpe (in der Zeichnung nicht dargestellt) zugeführt durch das Lufteinführungsrohr 4, welches am Boden der Luftversorgungskammer 2 angebracht ist. Die so zugeführte kohlendioxidreiche Luft durchquert eine große Zahl von vertikalen, feinen Röhren 5, wird in das Innere des Kulturgefäßes 1 eingefülut und aus dem System entfernt durch die Öffnung 9. Die Kohlendioxidkonzentration wird kontrolliert, um in einem Bereich von üblicherweise 300 bis 3000 μmol/mol, bevorzugt 350 bis 2000 μmol/mol gehalten zu werden. Ist die Kohlendioxidkonzentration unangemessen niedrig, resultiert eine Störung beim Erreichen effizienter Fotosynthese, wohingegen aus der Konzentration, wenn sie ein endgültiges Limit übersteigt, eine Störung bei der Steigerung der Fotosynthese im Verhältnis dazu resultiert. Wenn die Größe, Zahl und Quantität der zu züchtenden Jungpflanzen und die Aufzuchtumwelt konstant sind, variiert der Verbrauch des Kohlendioxids auf Grund des Wachstums der Pflanzen nahezu auf die gleiche Weise wie immer. Dementsprechend ermöglicht es ein volles Verständnis der Beziehungen untereinander die Kohlendioxidkonzentration im Kulturgefäß in einem vorgeschriebenen Bereich zu halten, ohne es periodisch oder zu irgendeiner Zeit zu messen.
Während der Aufzucht werden die Pflanzen von außerhalb des Systems mit Licht bestrahlt. Um die Beschaffenheit des Lichtes zu beschreiben, wird generell fotosynthetischer Photonenfluss (im Folgenden manchmal abgekürzt zu „PPF") angewendet. Der PPF, welcher in Abhängigkeit von den Arten, etc. der zu züchtenden Pflanzen variiert, wird gewählt im Bereich von gewöhnlich 50 bis 500 μmol m^–2s^–1 , bevorzugt 100 bis 300 μmol m^–2s^–1. Der PPF, wenn er unangemessen niedrig ist, verursacht eine Minderung in fotosynthetischer Effizienz der zu züchtenden Pflanzen, wohingegen der PPF, wenn er unangemessen hoch ist, manchmal verhindertes Wachstum der Jungpflanzen mit sich bringt und daneben nachteilige Kosten. Die Bestrahlung mit Licht wird normalerweise nicht kontinuierlich durchgeführt, sondern intermittierend, eine helle und eine dunkle Zeitspanne beinhaltend. Beispielsweise ist eine Bedingung für die Lichtbestrahlung annehmbar mit 12 bis 16 Stunden heller Zeitspanne und 12 bis 8 Stunden dunkler Zeitspanne.
Die Temperatur im Kulturgefäß, die von der Art und ähnlichem der zu züchtenden Jungpflanzen abhängt, wird in einem Bereich von gewöhnlich 5 bis 40°C, bevorzugt 20 bis 35°C, gewählt. Die Luftfeuchtigkeit in Form von relativer Luftfeuchtigkeit im Kulturgefäß variiert abhängig vom Ursprung, von der Art, der Wachstumsrate und ähnlichem der zu züchtenden Jungpflanzen, zum Beispiel benötigt eine Pflanzschulpflanze aus einem Pflanzschulaufzuchtsystem hohe Luftfeuchtigkeit, wohingegen eine Pflanze, die zu einem Ausmaß gewachsen ist, dass sie keine weitere Akklimatisierung braucht, eine niedrige Luftfeuchtigkeit benötigt. Im Allgemeinen jedoch wird sie in einem Bereich von gewöhnlich 40 bis 98 %, bevorzugt 50 bis 95 %, gewählt.
Hinsichtlich der Zahl der Belüftungen (der Quotient, erhalten aus Belüftungsmenge im Kulturgefäß pro Zeiteinheit geteilt durch das Volumen des Gefäßes) ist eine Methode annehmbar, in welcher die Zahl davon im anfänglichen Bereich der Aufzucht niedrig ist und während der Züchtungszeit erhöht wird.
Im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit der kohlendioxidreichen Luft und der Zufuhrmenge der Kulturlösung die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit im Kulturgefäß ermöglicht und daneben wird durch Kontrolle der Temperatur der Kulturlösung und/oder der kohlendioxidreichen Luft die Kontrolle der Temperatur im Kulturgefäß ermöglicht.
Weiterhin ist es im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, wenn erwünscht, die kohlendioxidreiche Luft enthaltende Versorgungskammer mit der Kulturlösung oder sterilisiertem Wasser zu versorgen und auch die Temperatur der so zugeführten Kulturlösung oder des sterilisierten Wassers zu regulieren. Die oben erwähnten Kontrollen vereinfachen weiter die Kontrollen der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur im Kulturgefäß. Es kann ebenfalls ermöglicht werden, wenn erwünscht, die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der Kulturlösung zu kontrollieren, indem durch Druck Luft in die Kulturlösung gelassen wird zu einem Zeitpunkt, wenn die Kulturlösung entfernt wird, indem durch Druck Luft in den Kulturlösungstank gelassen wird.
Um den Arbeitseffekt der vorliegenden Erfindung zusammenzufassen, ist es möglich gemacht worden durch die Einrichtung zur Aufzucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum und das Verfahren zur Aufzucht von Jungpflanzen unter Verwendung dieser Aufzuchteinrichtung, die Kohlendioxidkonzentration im geschlossenen Kulturgefäß gleichmäßig zu verteilen, einfache Kontrolle der Zufuhrmenge der Kulturlösung zu erhalten und effiziente und gleichmäßige Massenproduktion von einheitlichen Pflanzschulpflanzen mit exzellentem Maß an Wachstum durch eine einfache Anwendung zu erhalten, wodurch die Technologie der vorliegenden Erfindung in einem hohen Maße wertvoll gemacht wird unter praktischem Gesichtspunkt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter beschrieben mit Bezug auf Vergleichsbeispiele und Ausführungsbeispiele, welche jedoch die vorliegende Erfindung in keiner Weise limitieren sollen.
Beispiel 1
Die Einrichtung, wie in 1 abgebildet, wurde als Aufzuchteinrichtung verwendet. Das geschlossene Kulturgefäß 1 hatte die Form eines Parallelepipeds mit einem inneren Volumen von ca. 20 Liter, war aus Acrylharzplatten mit einer Dicke von 2 mm hergestellt und maß 610 mm in der Länge, 310 mm in der Tiefe und 105 mm in der Höhe. Die kohlendioxidreiche Luft (im Folgenden manchmal abgekürzt als „Luft") enthaltende Versorgungskammer 2 wurde hergestellt aus den gleichen Acrylharzplatten wie das Kulturgefäß 1 und hatte eine Tiefe von 10 mm. Es wurden vier Lufteinlassröhren 4 angebracht, welche alle aus Acrylharzrohr gemacht waren, mit einer Länge von 25 mm und einem inneren Durchmesser von 1,5 mm, und alle waren verbunden mit einer Düse, befestigt an einem Luftverteilerauslassrohr, welches angeschlossen war an den Zufuhranschluss einer Luftpumpe, um Luft zur Verfügung zu stellen. An den Zufuhranschluss der Luftpumpe waren ein Durchflussmesser und eine Filterscheibe mit einem Durchmesser von 50 mm und einem Porendurchmesser von 0,5 µm angebracht. Eine große Zahl vertikaler feiner Röhren 5, die es der Luftversorgungskammer 2 und dem Kulturgefäß 1 erlauben, miteinander zu kommunizieren, waren aus Acrylharzröhren hergestellt mit einer Länge von 3,5 mm und einem inneren Durchrriesser von 0,5 mm.
Die Öffnungen 9, jede aus einem Acrylharzrohr mit einer Länge von 10 mm und einem inneren Durchmesser von 1,5 mm gemacht, wurden an den oberen Teilen vertikaler, zentraler Linien auf den der Länge nach gegenüberliegenden Seitenflächen des Gefäßes angebracht, und waren an jedem Ende mit einer Filterscheibe mit einem Durchmesser von 50 mm und einem Porendurchmesser von 0,5 µm ausgestattet, um Kontaminierung durch das Eindringen von verschiedenen Keimen und Bakterien in das Kulturgefäß zu verhindern.
Der Kulturlösungstank 3, hergestellt aus Plastik, hatte ein inneres Volumen von 2,5 Liter, in welchem die flüssige Oberfläche der Kulturlösung so angepasst wurde, dass sie 15 cm tiefer als der Boden des Kulturgefäßes 1 war, und der untere Teil des Tanks wurde mit dem untersten Teil des Kulturgefäßes 1 mit dem flexiblen Schlauch 7 verbunden. Der Zufuhranschluss der Luftpumpe 6, welche mit einem Zeitschalter bedient wurde, wurde verbunden mit der oberen Oberfläche des Kulturlösungstanks 3 mit dem Drucklufteinführungsschlauch 8 durch eine Filterscheibe mit einem Durchmesser von 50 mm und einem Porendurchmesser von 0,5 µm.
Als zu züchtende Pflanzen wurden Pflanzschulpflanzen verwendet, von welchen jede zwei Blätter mit einem Knoten hatte und die durch Wachstum von Eukalyptussetzlingen für 30 Tage in Reagenzgläsern durch eine konventionelle Methode geschaffen wurden, und als Kulturlösung eine Kulturlösung mit verbesserter MS-Zusammensetzung, frei von allen Zuckern und Vitaminen.
Als erster Schritt wurden 448 der oben genannten Eukalyptus-Pflanzschulpflanzen auf einen Träger verpflanzt, der aus einer Mischung aus Vermiculit und Zellulosefaser zusammengesetzt war („Florialite", hergestellt von Nisshinbo Industries Inc.) und welcher in einen Trägertopf eingepasst wurde, welcher eine Vielzahl von durchgehenden Löchern hatte, und anschließend in das Kulturgefäß mit einer Bepflanzungsdichte von ca. 2,4 · 10^³ Pflanzschulpflanzen / m² eingesetzt.
Die Kulturlösung wurde für die ersten vier Tage so in das Kulturgefäß zugegeben, dass ein Teil des Trägers ohne Entleerung in die Kulturlösung eintauchte. Am und ab dem fünften Tag wurde die Kulturlösung einmal in den Kulturlösungstank zurückgeführt und danach wieder in das Kulturgefäß zugegeben unter Benutzung der Luftpumpe für 5 Minuten, und dann wurde überschüssige Kulturlösung im Kulturgefäß in den Tank zurückgeführt. Der beschriebene Vorgang wurde mit einem Intervall von 24 Stunden wiederholt.
Die kohlendioxidreiche Luft wurde an den ersten zwei Tagen nicht zugegeben, und dann wurde sie mit einer Zufuhrmenge von 12 Liter/Stunde (Zahl der Belüftungen 0,6 h^–1) bis zum siebten Tag zugegeben. Anschließend wurde die Zufuhrmenge davon alle 3 bis 4 Tage erhöht, so dass die maximale Zufuhrmenge 210 Liter / Stunde (Zahl der Belüftungen 10,4 h^–1) am 28. Tag betrug. Während der Zugabe der kohlendioxidreichen Luft wurde die Kohlendioxidkonzentration im Kulturgefäß in einem Bereich von 850 bis 900 µmol / mol gehalten und die Kohlendioxidkonzentration in der Luft, die dem Kulturgefäß zugeführt wurde, wurde im Bereich von 1100 bis 1200 µmol / mol gehalten.
Lichteinstrahlung wurde durchgeführt durch Verwendung einer weißen Fluoreszenzlampe während einer hellen Zeitspanne von 16 Stunden, ausschließend eine dunkle Zeitspanne von 8 Stunden, während die Temperatur im Kulturgefäß bei 26 ± 2 °C gehalten wurde. Während der Lichteinstrahlung betrug der fotosynthetische Photonenfluss (PPF) 120 μmolm^–2s^–1 und die relative Luftfeuchtigkeit in der kohlendioxidreichen Luft, die in das Kulturgefäß zugeführt wurde, wurde auf 60 bis 70 % eingestellt.
Nachdem für 28 Tage in der genannten Weise gezüchtet wurde, wurden die gewachsenen Pflanzschulpflanzen aus dem Kulturgefäß entnommen, um die Fläche und Zahl der Blätter, die Länge der Stängel und Frischgewicht und Trockengewicht von Blättern, Stängel und Wurzeln zu messen. Die Aufzuchtbedingung und das Ergebnis der Aufzucht sind in Tabelle 1 und entsprechend in Tabelle 2 wiedergegeben.
Von den auf diese Weise gezüchteten Pflanzschulpflanzen wurden 100 Individuen ohne Akklimatisierung aus dem Kulturgefäß verpflanzt und die Überlebensrate nach zehn Tagen nach der Verpflanzung wurde bestimmt. Als Ergebnis ergab sich 86 %.
2 ist ein Graph, der die Konzentrationsänderungen des Kohlendioxids in einem Kulturgefäß im Verlauf der Zeit zeigt. Die Konzentration davon wurde erhalten, indem 250 μl des Gases an der Öffnung am 7., 14., 21. und 28. Tag gesammelt wurden und durch gaschromatographische Analyse gemessen wurden (der Mittelwert aus drei Messungen).
3 beinhaltet eine räumliche Illustration (a), die die Konzentration des Kohlendioxids im Kulturgefäß an jeder Position am 28. Tag nach dem Start der Aufzucht zeigt, und eine räumliche Illustration (b), die die Höhe der Eukalyptus-Pflanzschulpflanzen zeigt. Die Messungen der Kohlendioxidkonzentrationen wurden gemacht, indem an 20 Positionen mit einem Abstand von 10 mm von der oberen Fläche des Kulturgefäßes (Deckel) 250 μl von jedem Gas entnommen wurde und durch gaschromatographische Analyse gemessen wurden (der Mittelwert aus drei Messungen).
Außerdem wurde eine Auswertung der Fotosyntheserate der Pflanzschulpflanzen am 28. Tag gemacht, und es wurden Messungen von der relativen Luftfeuchtigkeit im Kulturgefäß am 14. und am 28. Tag mit einem Miniaturluftfeuchtigkeitssensor gemacht, und die Ethylenkonzentration im Kulturgefäß wurde am 14. und 28. Tag bestimmt, indem das Gas darin gesammelt wurde und durch gaschromatographische Analyse gemessen wurde (der Mittelwert aus fünf Messungen). Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Es ist weithin bekannt, dass das Vorhandensein von Ethylen Einfluss ausübt auf das Wachstum und die Ausdifferenzierung einer Pflanze und dass eine Pflanze unter bestimmten Bedingungen selbst Ethylen produziert.
Die Fotosyntheserate der oben genannten Pflanzschulpflanzen wurde mit der folgenden Formel berechnet: Pn = { kEV ( Cout – Cin ) } / N

worin Pn: Fotosyntheserate (mol · h^–1 / Zahl der Pflanzschulpflanzen)
k: Umrechnungsfaktor des CO₂ von Volumen nach Mol
E: Zahl der Belüftungen (h^–1)
V: Gasphasenvolumen des Kulturgefäßes (m^³)
C_out: CO₂-Konzentration (mol/mol) in der Versorgungsluft im Fließgleichgewicht während der Fotosynthese
C_in: CO₂-Konzentration (mol/mol) im Kulturgefäß im Fließgleichgewicht während der Fotosynthese
N: Zahl der Pflanzschulpflanzen pro einem Kulturgefäß

Vergleichsbeispiel 1
Unter Verwendung von zehn Einheiten von Magenta-Typ-Aufzuchtgefäßen als Aufzuchteinrichtung, welche je ein inneres Volumen von 0,4 Liter hatten und welche bisher üblicherweise benutzt wurden, wurden 4 der gleichen Eukalyptus-Pflanzschulpflanzen wie in Beispiel 1 verwendet, jede auf einen Träger „Florialite" gepflanzt, welcher in einen Trägertopf eingepasst wurde und anschließend in das Kulturgefäß eingesetzt wurde mit einer Bepflanzungsdichte von ca. 1,1 · 10^³ Pflanzschulpflanzen / m². Die gleiche Kulturlösung wie in Beispiel 1, also eine Kulturlösung mit verbesserter MS-Zusammensetzung, frei von allen Zuckern und Vitaminen, wurde in einer Menge von 60 ml in jedes der Kulturgefäße gegeben, welche alle mit einer Standardabdeckkappe abgedeckt wurden und dann mit Parafilm luftdicht abgeschlossen wurden. Jedes der Kulturgefäße wurde mit zwei Löchern mit einem Durchmesser von 2 mm, mit einer Filterscheibe mit einem Porendurchmesser von 0,5 µm, ausgestattet und natürlicher Belüftung mit einer Belüftungszahl von 2, 5 h^–1 während der Aufzucht unterworfen.
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde Lichteinstrahlung durchgeführt, während die Temperatur im Inneren des Kulturgefäßes auf 26 ± 2 °C gehalten wurde, ohne während der ersten zwei Tage Belüftung zu erwirken, gefolgt von natürlicher Belüftung. Während der Aufzucht wurde die Kohlendioxidkonzentration in der Außenatmosphäre kontrolliert im Bereich von 1100 bis 1200 µmol / mol gehalten und die relative Luftfeuchtigkeit wurde kontrolliert zwischen 60 und 70 % gehalten.
Nach einer Aufzuchtdauer von 28 Tagen wurden die gewachsenen Pflanzschulpflanzen aus jedem der Kulturgefäße entnommen, um sie in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 auszuwerten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Von den auf diese Weise gezüchteten Pflanzschulpflanzen wurden 20 Individuen ohne Akklimatisierung aus dem Kulturgefäß verpflanzt und die Überlebensrate nach zehn Tagen nach der Verpflanzung wurde bestimmt. Als Ergebnis ergab sich 46 %.
2 ist ein Graph, der die Konzentrationsänderungen des Kohlendioxids in einem Kulturgefäß im Verlauf der Zeit zeigt. Die Konzentration davon wurde erhalten, indem das Gas im oberen Teil im Inneren jedes der Gefäße am 7., 14., 21. und 28. Tag gesammelt wurde und in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen wurde.
Des weiteren wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 eine Auswertung der Fotosyntheserate der Pflanzschulpflanzen am 28. Tag gemacht, und Messungen der relativen Luftfeuchtigkeit im Kulturgefäß am 14. und am 28. Tag wurden gemacht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Aus den Ergebnissen in Tabelle 1 ist ersichtlich, dass in Beispiel 1 die relative Luftfeuchtigkeit im oberen Teil des Kulturgefäßes, welche am 14. Tag 86% betrug, sich nur auf 90% am 28. Tag erhöhte, wohingegen in Vergleichsbeispiel 1 sich während der Aufzuchtdauer die relative Luftfeuchtigkeit darin merklich auf bis zu 95 bis 98% erhöhte, obwohl die relative Luftfeuchtigkeit in der Versorgungsluft in beiden, Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1, 60 bis 70% betrug.
Wie aus 2 zu verstehen ist, zeigt Beispiel 1 eine Kohlendioxidkonzentration im Kulturgefäß, die nahezu konstant im Bereich von ca. 870 bis 900 µmol während der Aufzucht vom 7. bis zum 28. Tag ist, wohingegen Vergleichsbeispiel 1 eine merkliche Verringerung der Kohlendioxidkonzentration von 320 µmol am 14. Tag bis zu 180 µmol am 28. Tag zeigt, wobei die Verringerung der natürlichen Belüftung zuzuschreiben ist, bei welcher Gasaustausch zwischen dem Inneren des Kulturgefäßes und dem äußeren System begrenzt ist und damit die fotosynthetische Aktivität der Pflanzschulpflanzen.
Darüber hinaus wurde in Beispiel 1 kein Ethylen im Kulturgefäß registriert, im Vergleichsbeispiel 1 hingegen wurde es am 14. und am 28. Tag registriert, was bedeutet, dass es unmöglich ist, mit natürlicher Belüftung das von den Pflanzschulpflanzen erzeugte Ethylen hinreichend zu entfernen.
Wie aus 2 zu verstehen ist, zeigt Beispiel 1 exzellentes Wachstum der Blätter, Stängel und Wurzeln verglichen mit Vergleichsbeispiel 1 trotz der hohen Bepflanzungsdichte, die 2,2 mal so hoch ist wie im Vergleichsbeispiel 1.
Des weiteren zeigt Beispiel 1 eine Fotosyntheserate pro Pflanzschulpflanze am 28. Tag von 9,1 μmolh^–1 auf, wohingegen Vergleichsbeispiel 1 eine Fotosyntheserate unter der gleichen Bedingung von 7,8 μmolh^–1 aufzeigt. Der Unterschied zwischen den beiden wird angesehen als die Fähigkeit, die Kohlendioxidkonzentration im Kulturgefäß auf einem hohen Niveau zu halten durch die erzwungene Belüftung im Fall von Beispiel 1.
Weiterhin zeigte in dem Fall, wenn die gezüchteten Pflanzschulpflanzen ohne Akklimatisierung aus dem Kulturgefäß verpflanzt wurden, Vergleichsbeispiel 1 eine Überlebensrate hiervon von nur 46% und daneben wurde der Nachteil aufgedeckt, dass selbst bei den überlebenden Pflanzschulpflanzen fast alle der Blätter direkt nach der Verpflanzung verwelkt waren, und einige von ihnen konnten nicht wiederhergestellt werden; wohingegen Beispiel 1 eine Überlebensrate davon in einer Höhe von 86 % zeigte, und außerdem konnten die Blätter der überlebenden Pflanzschulpflanzen, selbst wenn sie verwelkt waren, innerhalb einer kurzen Zeitspanne wiederhergestellt werden.
Darüber hinaus, wie aus den 2 und 3 deutlich erkannt werden kann, zeigt Beispiel 1 eine fast einheitliche Konzentration von Kohlendioxid im Kulturgefäß mit den Ergebnissen, dass gewachsene Pflanzschulpflanzen mit einheitlicher Länge des Stängels und einheitlichem Maß an Wachstum erhalten wurden.

Claims

Eine Einrichtung zur Zucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum, umfassend Hauptbestandteile, die im wesentlichen aus einem lichtdurchlässigen und eingeschlossenen Kulturgefäß (1) mit wenigstens einer Austrittsöffnung an dessen oberem Teil, einer kohlendioxidreiche Luft enthaltenden Versorgungskammer (2), welche in Kontakt mit dem Boden des Kulturgefäßes angebracht ist, und einem Kulturlösungstank (3) zur Versorgung des Kulturgefäßes mit einer Kulturlösung bestehen, wobei die Versorgungskammer mit einer Versorgungsquelle für kohlendioxidreiche Luft verbunden ist und mit dem Kulturgefäß über eine Vielzahl vertikaler feiner Röhren (5) kommunizieren kann, von denen jede an jedem Ende eine Öffnung besitzt und die am Boden des Kulturgefäßes so angebracht sind, daß ein oberes Ende einer jeden der Röhren über die flüssige Oberfläche der Kulturlösung im Kulturgefäß herausragt, und der Kulturlösungstank (3) mit dem Kulturgefäß über Schlauchmaterial (7) verbunden ist und mit einer Luftpumpe (6) zur Versorgung des Kulturgefäßes mit der Kulturlösung ausgestattet ist.
Die Einrichtung zur Zucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum gemäß Anspruch 1, wobei der Kulturlösungstank so angebracht ist, daß die Flüssigkeitsoberfläche darin unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche im eingeschlossenen Kulturgefäß positioniert ist.
Die Einrichtung zur Zucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum gemäß Anspruch 1 oder 2, welche des weiteren ein Mittel zur Versorgung der Versorgungskammer für kohlendioxidreiche Luft mit einer Kulturlösung und/oder sterilisiertem Wasser umfaßt.
Ein Verfahren zur Zucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum unter Verwendung der Zuchteinrichtung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 3 aufgeführt ist, welches die Versorgung eines eingeschlossenen Kulturgefäßes (1), welches eine Vielzahl von Jungpflanzen (10) beherbergt, die auf Träger (11) verpflanzt wurden, mit einer Kulturlösung in einem Kulturlösungstank (3) unter Verwendung einer Luftpumpe (6), Kontrolle der Zufuhrmenge der Kulturlösung durch Nutzen des Drucks der Luftpumpe und Höhendifferenz zwischen dem Kulturgefäß und dem Kulturlösungstank (3), und Versorgen des Kulturgefäßes (1) mit kohlendioxidreicher Luft aus einer kohlendioxidreiche Luft enthaltenden Versorgungskammer (2), umfaßt.
Das Verfahren zur Zucht von Jungpflanzen durch photoautotrophes Wachstum gemäß Anspruch 4, welches des weiteren das Versorgen der kohlendioxidreiche Luft enthaltenden Versorgungskammer mit einer Kulturlösung und/oder sterilisiertem Wasser umfaßt und so die Feuchtigkeit der kohlendioxidreichen Luft kontrolliert.