PL228068B1

PL228068B1 - Semi-hydroponiczny system do prowadzenia wzrostu roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych oraz sposób prowadzenia wzrostu roślin tego typu

Info

Publication number: PL228068B1
Application number: PL412973A
Authority: PL
Inventors: Michał Słota
Original assignee: Univ Śląski W Katowicach
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2018-02-28
Also published as: PL412973A1

Abstract

Semi - hydroponiczny system do prowadzenia wzrostu roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych, charakteryzuje się tym, że składa się z modułu sterującego (1), co najmniej jednej (korzystnie dwóch) pompy doprowadzającej (2, 4), co najmniej jednego (korzystnie dwóch) zbiornika z pożywką (3, 5), co najmniej jednego (korzystnie czterech) przewodu doprowadzającego (6, 7, 8, 9), co najmniej jednego (korzystnie czterdziestu ośmiu), elementu systemu w postaci przeźroczystej rury (17) do prowadzenia wzrostu roślin wypełnionej transparentnym podłożem wzrostowym imitującym substrat glebowy, umieszczonej w nieprzeźroczystej rurze (18) okrywowej, co najmniej jednego pojemnika zbiorczego (19), co najmniej jednej (korzystnie dwóch) pompy odprowadzającej (13, 15), co najmniej jednego (korzystnie dwóch) przewodu odprowadzającego (14, 16). Sposób prowadzenia wzrostu roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych polega na tym, że wzrost roślin prowadzi się w ten sposób, iż umieszcza się siewkę transparentnym podłożu wzrostowym imitującym substrat glebowy, korzystnie w postaci kulek, wypełniającym część elementu systemu w postaci przeźroczystej rury (17) do prowadzenia wzrostu roślin, zapewnia się siewce przestrzeń do wzrostu korzeni, o powierzchni porów w zakresie od 100 µm do 500 µm, korzystnie o powierzchni porów równej 300 µm, ogranicza się przy tym, korzystnie w sposób ciągły, dostęp światła do korzenia i zasila rośliny, korzystnie w sposób cykliczny, najkorzystniej przebiegający co 15 min, pożywką o odczynie pH dostosowanym do specyfiki danego gatunku, korzystnie o pH od 4 do 8, regulując tempo przepływu pożywki w ten sposób, że każdej roślinie w czasie 1 min podaje się 15 ml lub 30 ml lub 60 ml pożywki, po czym jej nadmiar usuwa się według cyklu analogicznego do jej dostarczania, z 5 min przesunięciem czasowym.

Description

Przedmiotem wynalazku jest semi-hydroponiczny system do prowadzenia wzrostu roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych oraz sposób prowadzenia wzrostu roślin tego typu.

Wynalazek znajduje zastosowanie w takich dziedzinach jak biotechnologia roślin, hodowla oraz uprawa roślin i może być stosowany do prowadzenia wzrostu, wraz ze szczegółową obserwacją prz yżyciową rozwoju siewek roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych.

Ze stanu techniki znane są rozmaite rozwiązania z zakresu pozagruntowej uprawy roślin, p ozwalających na prowadzenie wzrostu roślin w warunkach kontrolowanych.

Przykładowo z opisu polskiego zgłoszenia patentowego P. 299940 znany jest sposób uprawy roślin, zwłaszcza mikropropagacji młodej tkanki roślinnej z kultury tkankowej na podłożu stałym, który obejmuje etapy przygotowania żelowej warstwy podłoża i umieszczenia jej na wierzchu płyty formującej, posiadającej budowę podobną do plastra miodu, która tworzy dużą liczbę pustych kanałów otoczonych cienkimi ściankami. Eksplantaty młodej tkanki roślinnej układane są na żelowej warstwie tak, że każda bryłka młodej tkanki roślinnej jest umieszczona na osi jednego z kanałów. Młoda tkanka roślinna wzrasta do żądanej wielkości w standardowych warunkach wzrostu. Do warstwy doprowadzane jest następnie sprężone powietrze i zostaje ona wypchnięta i pofragmentowana przez ścianki płyty formującej, na pewną ilość odrębnych kostek, z których każda zawiera pojedynczą roślinę i zostaje wyrzucona z dolnej strony płyty formującej, do dalszej uprawy.

Zestaw do uprawy roślin ujawniony w ww. zgłoszeniu wynalazku, zawiera tacę dolną, płytę formującą o strukturze plastra miodu, półsztywną warstwę podłoża nad płytą formującą oraz przezroczystą tacę pokrywy, dopasowaną szczelnie do ściany obwodowej płyty formującej. Przedmiotem wynalazku jest także płyta sitowa, która ułatwia rozmieszczenie pojedynczych bryłek eksplantatu roślinnego na warstwie.

Z opisu patentowego PL175656 znane jest urządzenie do uprawy roślin posiadające instalację nawadniającą i lampy ogrzewająco-naświetlające, które składa się ze stojaka i obrotowo zawieszonego na nim sitowego bębna za pośrednictwem przebiegającej osiowo, wewnątrz i trwale mocowanej z nim rury. Rura wyposażona jest na obwodzie i długości bębna w otwory i wewnątrz niej w położony centralnie, luźno przebiegający króciec. Króciec ma na długości bębna szczelinę, najkorzystniej o jednakowym prześwicie, zwróconą wylotem ku jego górze. Króciec jest połączony nieruchomo, otwartym końcem z instalacją nawadniającą za pośrednictwem trójnika, a końcem zaślepionym podparty jest w uchwycie kłowym wewnątrz rury. Końcówka króćca wystająca z rury jest ślizgowo zawieszona w niej na tulejce i uszczelnieniu wciśniętych w jej koniec. Rura od końca przeciwległego do strony od której jest wprowadzony króciec ma zamknięcie korkiem. Rura na końcu wystającym poza bęben ma umocowane trwale koło napędowe. Na podstawie stojaka, najkorzystniej pod bębnem, są zamontowane lampy ogrzewająco-naświetlające.

W opisie polskiego zgłoszenia patentowego P.328464 ujawniono sposób uprawiania roślin kwiatowych i liściastych, których łodygi i odnogi rosną wertykalnie, w których liczne części roślin jak na przykład przynajmniej jedna rozłoga i liczne pędy są wygięte poprzecznie jako całość i w sąsiedztwie wyrastają następne pędy, tworzące uprawiany produkt, zwłaszcza kwiaty cięte oraz element rurowy mający zastosowanie w tym sposobie. Każda roślina jest umieszczona w oddzielnym elemencie rur owym wypełnionym glebą uprawną lub podłożem wzrostowym, gdzie każdy element rurowy jest odsunięty od innych elementów rurowych, a stosunek jego długości do średnicy jest taki, że wygięte fragmenty rośliny wystają na większej części ich długości poza przynajmniej górną krawędź obwodowej ściany elementu rurowego do wolnej przestrzeni otaczającej element.

Z opisu patentowego PL190478 znana jest płyta uprawowa do ukorzeniania rozsad umieszczonych w rowkach ukształtowanych równolegle względem siebie do skierowanych do dołu doniczek z otworami w ich dnie i z obejmującą płytę uprawową krawędzią biegnącą wzdłuż obwodu, przy czym dno płyty jest usytuowane niżej niż krawędź i leżący między dwoma sąsiednimi rowkami obszar dna płyty uprawowej ma kształt dachowy, charakteryzująca się tym, że w rowkach zawieszone są umieszczone obok siebie doniczki wielokrotne, których górna krawędź jest tak ukształtowana, że zamyka całkowicie rowki.

Z tego samego opisu znany jest również sposób konstrukcji rzędu płyt uprawowych składający się z kilku połączonych ze sobą płyt uprawowych do ukorzeniania rozsad z ustawionymi poprzecznie w dnie płyty w odstępie względem siebie rowkami, charakteryzujący się tym, że składa się z płyty początkowej, co najmniej jednej płyty środkowej i płyty końcowej, z których każda ma ukształtowane równolegle względem siebie rowki do umieszczania skierowanych do dołu doniczek z otworami w ich dnie i z obejmującą płytę uprawową krawędzią biegnącą wzdłuż obwodu, przy czym dno płyty jest

PL 228 068 B1 usytuowane niżej niż krawędź i leżący między dwoma sąsiednimi rowkami obszar dna płyty uprawowej ma kształt dachowy i w rowkach zawieszone są umieszczone obok siebie doniczki wielokrotne, których górna krawędź jest tak ukształtowana, że zamyka całkowicie rowki.

Z dokumentacji zgłoszeniowej wynalazku P.367693 znany jest sposób uprawy roślin, obejmujący dostarczanie roślinom wody w taki sposób, że korzenie rośliny mają styczność z roztworem wo dnym, oraz doprowadzenie wody poprzez urządzenie ssące stykające się z masą wody do pierwszego przewodu połączonego na jednym końcu z urządzeniem ssącym i poprzez pierwszy przewód do drugiego przewodu połączonego z drugim końcem pierwszego przewodu, charakteryzujący się tym, że drugi przewód jest co najmniej częściowo wypełniony powietrzem, a woda jest uwaln iana z pierwszego przewodu do przestrzeni powietrznej w drugim przewodzie. Wynalazek ujawnia także urządzenie dostosowane do realizowania tego sposobu.

Z opisu patentowego PL214861 znany jest sposób monitorowania wzrostu jednej albo większej liczby uprawianych roślin, zgodnie z którym umieszcza się co najmniej jedną roślinę w podłożu wzrostowym zawierającym wodę, charakteryzujący się tym, że stosuje się układ monitorujący obejmujący pierwszą jednostkę przechowywania danych zawierającą zapamiętane dane o optymalnych zawartościach tlenu w wodzie dla co najmniej jednego, korzystnie dla co najmniej dwóch zestawów warunków wzrostu korzystnie wybranych z grupy obejmującej typ podłoża, typ rośliny, wiek rośliny, fazę rozwoju rośliny, porę dnia, porę roku, poziom oświetlenia, zawartość wody w podłożu, temperaturę otoczenia i wilgotność otoczenia, oraz pierwszą jednostkę liczącą do porównywania wejściowych rzeczywistych warunków wzrostu i rzeczywistych zawartości tlenu w wodzie z zapamiętanymi danymi i generowania pierwszego wyniku wyjściowego, oraz jednostkę wejściową do dostarczania do układu monitorującego rzeczywistych warunków wzrostu i rzeczywistych zawartości tlenu w wodzie, przy czym dokonuje się pomiarów rzeczywistej zawartości tlenu w wodzie w obszarze wokół korzeni dla co najmniej jednej rośliny; dostarcza się rzeczywistą zawartość tlenu w wodzie do pierwszej jednostki liczącej; określa się co najmniej jeden warunek wzrostu i dostarcza się warunek wzrostu do pierwszej jednostki liczącej, przy czym pierwsza jednostka licząca porównuje rzeczywistą zawartość tlenu w wodzie i ten co najmniej jeden warunek wzrostu z zapamiętanymi danymi i dostarcza pierwszy wynik wyjściowy.

Z tego samego opisu patentowego znany jest także układ monitorujący do stosowania w sp osobie monitorowania uprawy roślin, charakteryzujący się tym, że obejmuje pierwszą jednostkę przechowywania danych zawierającą zapamiętane dane o optymalnych zawartościach tlenu w wodzie dla co najmniej dwóch zestawów warunków wzrostu, pierwszą jednostkę liczącą porównującą rzeczywiste warunki wzrostu i rzeczywistą zawartość tlenu w wodzie z zapamiętanymi danymi, oraz jednostkę wejściową dostarczającą do układu monitorującego rzeczywiste warunki wzrostu i rzeczywiste zawartości tlenu w wodzie, ewentualnie drugą jednostkę przechowywania danych zawierającą zapamiętane dane modyfikujące dotyczące sposobów zwiększania lub zmniejszania zawartości tlenu w wodzie, oraz drugą jednostkę liczącą porównującą pierwszy wynik wyjściowy z zapamiętanymi danymi modyfikującymi i wyprowadzającą drugi wynik wyjściowy określający konieczne modyfikacje warunków wzrostu do uzyskania optymalnego zawartości tlenu w wodzie, i wyświetlacz odbierający pierwszy wynik wyjściowy i/lub drugi wynik wyjściowy i wyświetlający je. Układ monitorujący obejmuje ponadto czujnik do mierzenia zawartości tlenu w wodzie w obszarze wokół korzeni rośliny, której wzrost prowadzony jest w podłożu wzrostowym. Czujnik ten stanowi układ przekazujący pomiar zawartości tlenu w wodzie automatycznie do jednostki wejściowej. Podłoże wzrostowe w układzie, stanowi podłoże z wełny mineralnej.

Ze stanu techniki znany jest także system Rhizoscope opracowany przez instytut CIRAD (Centre de Cooperation Internationale en Recherche Agronomique pour le Developpement, Montpellier, France). System ten pozwala na jednoczesne prowadzenie wzrostu 192 roślin umieszczanych w akrylowych pojemnikach o wymiarach 50 cm x 20 cm x 2 cm wypełnionych kulkami szklanymi o średnicy 1,5 mm. System ten umożliwia stałą cyrkulację pożywki (w stałej objętości 3000 l) dzięki zastosowaniu układu hydraulicznego z czterema niezależnymi obiegami. Słabą stroną systemu jest to, iż jest on przystosowany jedynie do prowadzenia wzrostu roślin dobrze tolerujących warunki pełnej hydroponiki, przykładowo takich jak ryż.

Ze stanu techniki znane są w głównej mierze rozwiązania techniczne pozwalające na wykonanie instalacji nawadniających w klasycznym systemie przypływowo-odpływowym (flood and drain) przykładowo rozwiązanie ujawnione w opisie wynalazku US8725301 czy US20130074408. Brak jest rozwiązań oferujących możliwość punktowego nawadniania roślin przy zastosowaniu linii kroplujących i jednoczesnym drenażu przez niezależny układ odprowadzenia wody i/lub pożywki. Systemy znane

PL 228 068 B1 ze stanu techniki, nie są dodatkowo dostosowane do prowadzenia przyżyciowych obserwacji wzrostu korzenia.

Niedogodnością komercyjnych rozwiązań z zakresu zautomatyzowanych kultur hydroponicznych jest to, że umożliwiają prowadzenie eksperymentów dla niewielkiej liczby roślin o umiarkowanym pokroju. Z uwagi na kubaturę pojemników, w których prowadzony jest wzrost roślin, systemy te nie są przystosowane do hodowli roślin jednoliściennych, cechujących się szybkim tempem elongacji korzenia. Stosowane w tego typu systemach układy wzrostu nie pozwalają na przyżyciową obserwację rozwoju systemu korzeniowego. Większość znanych układów nie umożliwia ponadto pełnej kontroli tempa i częstotliwości przepływu wody i/lub pożywki.

Zaistniała zatem potrzeba opracowania nowego systemu do prowadzenia wzrostu roślin, eliminującego powyższe niedogodności.

Osiągnięto to poprzez opracowanie semi-hydroponicznego systemu do prowadzenia wzrostu roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych, którego istotą jest to, że składa się z modułu sterującego, co najmniej jednej (korzystnie dwóch) pompy doprowadzającej, co najmniej jednego (korzystnie dwóch) zbiornika z pożywką, co najmniej jednego (korzystnie czterech) przewodu doprowadzającego, co najmniej jednego (korzystnie czterdziestu ośmiu), elementu systemu w postaci przeźroczystej rury do prowadzenia wzrostu roślin wypełnionej transparentnym podłożem wzrostowym imitującym substrat glebowy, umieszczonej w nieprzeźroczystej rurze okrywowej, co najmniej jednego pojemnika zbiorczego, co najmniej jednej (korzystnie dwóch) pompy odprowadzającej, co najmniej jednego (korzystnie dwóch) przewodu odprowadzającego, połączonych ze sobą w taki sposób, że każda pompa doprowadzająca umieszczona jest w zbiorniku z pożywką i zaopatrzona w co najmniej jeden (korzystnie dwa) przewód doprowadzający pożywkę do elementu systemu w postaci przeźroczystej rury do prowadzenia wzrostu roślin wypełnionej transparentnym podłożem wzrostowym imitującym substrat glebowy, umieszczonej w nieprzeźroczystej rurze okrywowej, umieszczonego w pojemniku zbiorczym, w którym zainstalowana jest co najmniej jedna (korzystnie dwie) pompa odprowadzająca zaopatrzona w co najmniej i korzystnie jeden przewód odprowadzający.

Korzystnie moduł sterujący stanowią co najmniej dwa (korzystnie cztery) transformatory cz asowe podłączone do listwy zasilającej, przy czym najkorzystniej listwa zasilająca, połączona jest ze sterownikiem.

Korzystnie pompa doprowadzająca jest połączona z transformatorem czasowym, mogącym pracować w module ciągłym lub w wybranych interwałach czasowych, najkorzystniej co 15 min.

Korzystnie pompa doprowadzająca posiada otwór wlotowy zabezpieczony filtrem, minimum jeden otwór wylotowy, silnik elektryczny z wirnikiem o maksymalnym ciśnieniu operacyjnym 1 bara (14 psi) i maksymalnej wydajności przepływu 250 l/h.

Korzystnie pompa odprowadzająca jest połączona z transformatorem czasowym, mogącym pracować w module ciągłym lub w wybranych interwałach czasowych, najkorzystniej co 15 min.

Korzystnie pompa odprowadzająca posiada otwór wlotowy zabezpieczony filtrem, minimum jeden otwór wylotowy, silnik elektryczny z wirnikiem o maksymalnym ciśnieniu operacyjnym 1 bara (14 psi) i maksymalnej wydajności przepływu 250 l/h.

Korzystnie przewód doprowadzający podłączony do pompy doprowadzającej jest zakończony rozdzielnikiem, najkorzystniej posiadającym dwanaście wyjść, przy czym co najmniej jedno wyjście rozdzielnika połączone jest z przewodem kroplującym, najkorzystniej zakończonym kroplospływem.

Korzystnie rozdzielnik ma wydajność przepływu cieczy wynoszącą 15 ml/min lub 30 ml/min lub 60 ml/min.

Korzystnie zbiornik z pożywką ma pojemność 25 l.

Korzystnie przeźroczysta rura do prowadzenia wzrostu roślin ma od 100 mm do 1000 mm, najkorzystniej 500 mm długości i przekrój kołowy o średnicy od 15 mm do 100 mm, najkorzystniej 32 mm.

Korzystnie przeźroczysta rura do prowadzenia wzrostu roślin, jest zakończona od dołu denkiem zaopatrzonym w co najmniej jeden otwór drenażowy, najkorzystniej o średnicy 3 mm.

Korzystnie nieprzeźroczysta rura okrywowa ma od 100 mm do 1000 mm, najkorzystniej 500 mm długości i przekrój kołowy o średnicy od 18 mm do 103 mm, najkorzystniej 35 mm.

Korzystnie nieprzeźroczysta rura okrywowa od dołu pozostaje otwarta lub jest zakończona od dołu denkiem zaopatrzonym w co najmniej jeden otwór drenażowy, najkorzystniej o średnicy 3 mm.

Korzystnie przeźroczysta rura do prowadzenia wzrostu roślin, jest umieszczona w nieprzeźroczystej rurze okrywowej w sposób rozłączny, najkorzystniej na wcisk.

PL 228 068 B1

Korzystnie transparentne podłoże wzrostowe, ma postać kulek o średnicy od 1 mm do 3 mm, najkorzystniej 2 mm.

Korzystnie transparentne podłoże wzrostowe, wykonane jest ze szkła sodowo-wapniowego.

Istotą sposobu prowadzenia wzrostu roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych jest to, że wzrost roślin prowadzi się w ten sposób, iż umieszcza się siewkę w transparentnym podłożu wzrostowym imitującym substrat glebowy, korzystnie w postaci kulek, wypełniającym część elementu systemu w postaci przeźroczystej rury do prowadzenia wzrostu roślin, zapewnia się siewce przestrzeń do wzrostu korzeni, o powierzchni porów w zakresie od 100 μm do 500 μm, korzystnie o powierzchni porów równej 300 μm, ogranicza się przy tym, korzystnie w sposób ciągły, dostęp światła do korzenia i zasila rośliny, korzystnie w sposób cykliczny, najkorzystniej przebiegający co 15 min, pożywką o odczynie pH dostosowanym do specyfiki danego gatunku, korzystnie o pH od 4 do 8, regulując tempo przepływu pożywki w ten sposób, że każdej roślinie w czasie 1 min podaje się 15 ml lub 30 ml lub 60 ml pożywki, po czym jej nadmiar usuwa się według cyklu analogicznego do jej dostarczania, z 5 min przesunięciem czasowym.

Korzystnie rośliny zasila się pożywką o następującym składzie jonowym soli (w g-dm^- dH₂O): 115,03 NH4H2PO4; 606,6 KNO3; 656,4 Ca(NO)3 - 4H2O; 240,76 MgSO4 - 7H2O; 2,86 H3BO3; 1,81 MnCl₂ - 4H2O; 0,22 ZnSO4 - 7H2O; 0,016 H₂MoO4 - H₂O; 0,08 CUSO4 - 5H2O; 5,32 Fe2(C4^O6h.

Korzystnie pożywka jest napowietrzana, najkorzystniej w sposób ciągły, za pomocą pomp o wydajności co najmniej 320 l/h.

Korzystnie tempo przepływu pożywki reguluje się za pomocą pompy doprowadzającej i odprowadzającej, sterowanych przy użyciu transformatorów czasowych, umożliwiających pracę tych pomp w module ciągłym lub w wybranych interwałach czasowych, najkorzystniej co 15 min.

Korzystnie temperatura pożywki wynosi od 16°C do 24°C.

Korzystnie do prowadzenia wzrostu stosuje się siewki, które przygotowuje się w ten sposób, że przeznaczone do zabiegów hodowlanych ziarniaki poddaje się sterylizacji, po czym inkubuje się je w ciemności w temperaturze 4°C przez 24 h a następnie w temp. 24°C przez 48 h.

Korzystnie pojedynczą siewkę umieszcza się w przeźroczystej rurze do prowadzenia wzrostu, na głębokości 10 mm poniżej poziomu wypełnienia podłożem wzrostowym.

Korzystnie prowadzi się jednocześnie wzrost czterdziestu ośmiu siewek.

Korzystnie siewki rozmieszcza się w pojemniku zbiorczym w układzie sześć na osiem sztuk.

Korzystnie dostęp światła do korzenia siewki umieszczonej w przeźroczystej rurze do prowadzenia wzrostu ogranicza się za pomocą rury okrywowej.

Korzystnie wzrost roślin prowadzi się w kontrolowanych warunkach szklarniowych, przy następujących parametrach wzrostu: temperatura dzienna od 21°C do 22°C, czas naświetlania 16/8 h i oświetlenie przez lampy sodowe o natężeniu 305 μmol·m^- -s^- .

Wynalazek ukazano w przykładzie realizacji na rysunkach, na których: fig. 1 przedstawia schemat budowy systemu, a fig. 2 element systemu do prowadzenia wzrostu rośliny w postaci rury z wypełnieniem do prowadzenia wzrostu siewki, umieszczonej w rurze osłonowej.

Semi-hydroponiczny system do prowadzenia wzrostu roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych przedstawiony w przykładzie realizacji, pozwala na prowadzenie wzrostu od jednej do czterdziestu ośmiu roślin i składa się z następujących elementów: modułu sterującego 1, pierwszej pompy doprowadzającej 2, pierwszego zbiornika z pożywką 3, drugiej pompy doprowadzającej 4, drugiego zbiornika z pożywką 5, pierwszego przewodu doprowadzającego przedniego 6, pierwszego przewodu doprowadzającego tylnego 7, drugiego przewodu doprowadzającego przedniego 8, drugiego przewodu doprowadzającego tylnego 9, rozdzielnika 10, przewodów kroplujących 11, kroplospływów 12, pierwszej pompy odprowadzającej 13, pierwszego przewodu odprowadzającego 14, drugiej pompy odprowadzającej 15, drugiego przewodu odprowadzającego 16, przeźroczystej rury 17 do prowadzenia wzrostu, nieprzeźroczystej rury okrywowej 18, oraz z pojemnika zbiorczego 19.

Pierwsza pompa doprowadzająca 2 i druga pompa doprowadzająca 4, zainstalowane są w nieprzeźroczystych zbiornikach 3 i 5 z pożywką, ograniczających maksymalnie dostęp światła do pożywki tak, aby zapobiec wzrostowi mikroorganizmów. Pompy doprowadzające 2 i 4 i pompy odprowadzające 13 i 15, sterowane są przy użyciu modułu sterującego 1, który korzystnie składa się z co najmniej dwóch (korzystnie czterech) transformatorów czasowych 22, korzystnie podłączonych do listwy 23 zasilającej, co pozwala regulować tempo przepływu pożywki. Transformatory czasowe 22 opcjonalnie mogą być sterowane za pomocą sterownika 24, który umożliwia niezależne programowanie pracy pomp doprowadzających 2 i 4 oraz odprowadzających 13 i 15 tak, że mogą pracować w module cią6

PL 228 068 B1 głym lub w wybranych interwałach czasowych. Każda pompa doprowadzająca 2 i 4 oraz odprowadzająca 13 i 15 posiada otwór wlotowy zabezpieczony filtrem, minimum jeden otwór wylotowy, silnik elektryczny z wirnikiem o maksymalnym ciśnieniu operacyjnym 1 bara (14 psi) i maksymalnej wydajności przepływu 250 l/h. Pożywka dozowana jest ze zbiorników 3 i 5 przewodami doprowadzającymi 6, 7, 8

9, zakończonymi rozdzielnikami 10. W systemie stosuje się zamiennie trzy typy rozdzielników 10 o wydajności przepływu cieczy wynoszącej 15 ml/min lub 30 ml/min lub 60 ml/min. Pozwala to dostosować przepustowość systemu do liczby zasilanych roślin i ich zapotrzebowania na wodę. W opisywanym przykładzie realizacji, każdy rozdzielnik 10 posiada dwanaście wyjść i połączony jest z przewodami kroplującymi 11 w postaci przewodów LDPE zakończonych kroplospływami 12 typu drip-line. Zakończenia kroplospływów 12 osadzone są w przeźroczystych rurach 17 do prowadzenia wzrostu roślin, korzystnie akrylowych lub szklanych, o długości od 100 mm do 1000 mm, najkorzystniej 500 mm długości i przekroju kołowym o średnicy od 15 mm do 100 mm, najkorzystniej 32 mm.

Przeźroczyste rury 17 do prowadzenia wzrostu, wypełnione są transparentnym podłożem wzrostowym imitującym substrat glebowy, w postaci kulek 20 o średnicy od 1 mm do 3 mm, najlepiej 2 mm, korzystnie wykonanych ze szkła sodowo-wapniowego, w których osadza się siewkę 27.

Zastosowanie jako podłoża wzrostowego kulek 20 o średnicy od 1 mm do 3 mm, najlepiej mm, pozwoliło uzyskać pory zapewniające przestrzeń do wzrostu korzeni, o średnicy od 100 μm do 500 μm, najlepiej 300 μm (dla średnicy kulek 2 mm). Wartości te, są szczególnie korzystne dla wzrostu systemu korzeniowego roślin jednoliściennych, o czym świadczą korzystne zmiany dotyczące szczegółowych cech architektury systemu korzeniowego, takich jak: powierzchnia i objętość korzenia oraz liczba i zagęszczenie korzeni bocznych.

Korzystnie jest, jeśli każda rura 17 do prowadzenia wzrostu, zakończona jest od dołu denkiem zaopatrzonym w co najmniej jeden otwór drenażowy 21, najkorzystniej jeden otwór drenażowy 21 o średnicy 3 mm. Otwór drenażowy 21 zapewnia prawidłowe odprowadzanie nadmiaru pożywki z rury 17 do prowadzenia wzrostu do pojemnika zbiorczego 19. Zebrany w pojemniku zbiorczym 19 nadmiar pożywki, za pomocą pierwszej i drugiej pompy odprowadzającej 13 i 15 poprzez pierwszy i drugi przewód odprowadzający 14 i 16 jest zawracany do zbiorników z pożywką 3 i 5. Przeźroczyste rury 17 do prowadzenia wzrostu roślin, osłonięte są nieprzeźroczystymi rurami okrywowymi 18, korzystnie wykonanymi z PCV, chroniącymi korzenie przed dostępem światła. Każda nieprzeźroczysta rura okrywowa 18 ma od 100 mm do 1000 mm, najkorzystniej 500 mm długości i przekrój kołowy o średnicy od 18 mm do 103 mm, najkorzystniej 35 mm.

Sposób prowadzenia wzrostu roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych charakteryzuje się tym, że wzrost rośliny prowadzi się w przeźroczystej rurze 17 do prowadzenia wzrostu opisanego powyżej systemu według wynalazku, wypełnionej przeźroczystym podłożem wzrostowym imitującym substrat glebowy, w postaci kulek 20 o średnicy od 1 mm do 3 mm (najlepiej 2 mm), korzystnie wykonanych ze szkła sodowo-wapniowego, ograniczając jednocześnie (w sposób ciągły) dostęp światła do korzenia za pomocą rury okrywowej 18. Przeźroczysta rura 17 do prowadzenia wzrostu oraz okrywowa rura 18 są ze sobą połączone w sposób rozłączny, na wcisk, i wspólnie tworzą element systemu, który umieszcza się w pojemniku zbiorczym 19, korzystnie w ilości czterdziestu ośmiu sztuk, korzystnie rozmieszczonych w układzie sześć na osiem sztuk. Przeznaczone do zabiegów hodowlanych ziarniaki poddaje się sterylizacji, po czym inkubuje się je w ciemności w temperaturze 4°C przez 24 h a następnie w temp. 24°C przez 48 h. Przygotowane w ten sposób siewki 27, umieszcza się w przeźroczystych rurach 17 do prowadzenia wzrostu, na głębokości 10 mm poniżej poziomu kulek 20 i zasila się pożywką dostosowaną do specyfiki danego gatunku, korzystnie o odczynie pH od 4 do 8, przykładowo o składzie jonowym soli (w g-dm^-3dH₂O): 115,03 NH₄H₂PO₄; 606,6 KNO₃; 656,4 Ca(NO)₃ · 4H₂O; 240,76 MgSO4 · 7H2O; 2,86 H3BO3; 1,81 MnCl₂ · 4H2O; 0,22 ZnSO4 · 7H2O; 0,016 H₂MoO4 · H₂O; 0,08 CuSO₄ · 5H₂O; 5,32 Fe₂(C₄H₄O₆)₃ podawaną w ten sposób, że w ciągu 1 min za pomocą każdej z pomp doprowadzających 2 i 4 podaje się 15 ml lub 30 ml lub 60 ml pożywki do każdej przeźroczystej rury 17 do prowadzenia wzrostu. Czynność tą powtarza się cyklicznie, co 15 min. Nadmiar pożywki z pojemnika zbiorczego 19 jest usuwany przez pompy odprowadzające 13 i 15 według cyklu pracy analogicznego do pomp doprowadzających 2 i 4, z 5 min przesunięciem czasowym. Pożywka w każdym ze zbiorników 3 i 5 może być opcjonalnie napowietrzana w sposób ciągły, z wykorzystaniem pomp 25 napowietrzających korzystnie o wydajności min. 320 l/h, tłoczących powietrze do zbiorników z pożywką 3 i 5 poprzez przewody napowietrzające 26. Temperaturę pożywki utrzymuje się w zakresie od 16°C do 24°C, a pH w zakresie optymalnym dla danego gatunku, korzystnie od 4 do 8.

PL 228 068 B1

Wzrost roślin prowadzi się w kontrolowanych warunkach szklarniowych: temperatura dzienna od 21°C do 22°C, czas naświetlania (fotoperiod) 16/8 h i oświetleniu przez lampy sodowe o natężeniu 305 gmol-m'²-s'¹.

System według wynalazku umożliwia wysokoprzepustową, precyzyjną i cechującą się wysoką powtarzalnością analizę cech morfologicznych korzenia oraz pędu siewek roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych.

Dzięki zastosowaniu przeźroczystych rur do prowadzenia wzrostu oraz przeźroczystego podłoża wzrostowego w postaci kulek, umożliwiono przeżyciową obserwację dynamiki wzrostu systemu korzeniowego roślin. Pozwala to na prowadzenie analiz dynamiki wzrostu systemu korzeniowego roślin w stadium siewki.

Zastosowanie podłoża wzrostowego w postaci kulek, o średnicy od 1 mm do 3 mm, korzystnie o średnicy 2 mm, pozwoliło również w najlepszy sposób odwzorować warunki wymagane do prawidłowego rozwoju korzenia, zapewniając optymalne tarcie mechaniczne oraz wielkość i kształt porów pomiędzy cząsteczkami podłoża wzrostowego, zapewniając tym samym najlepszy wzrost systemu korzeniowego. Dodatkowym atutem zaproponowanego rozwiązania jest możliwość łatwego oczyszczania systemów korzeniowych roślin z podłoża wzrostowego po zakończeniu eksperymentu, co zapewnia redukcję tła obrazów uzyskiwanych poprzez skanowanie lub archiwizację fotograficzną.

System według wynalazku daje możliwość regulacji tempa i częstotliwości przepływu pożywki, zapewnia dogodne warunki do wzrostu dla gatunków o różnym zapotrzebowaniu na wodę/pożywkę. Kolejnym atutem wyróżniającym opracowany system jest jego modułowość, pozwalająca na równoległą pracę kilku układów eksperymentalnych. Zapewnia to mniejszą awaryjność, dzięki zastosow aniu odrębnych zestawów niskonapięciowych pomp odpowiedzialnych za niezależną pracę układu doprowadzenia i odprowadzenia pożywki. Zaproponowany system pozwala ponadto na testow anie w jednym eksperymencie różnych kombinacji (2 warianty na moduł) składu pożywki lub tempa nawadniania.

Podstawowe zalety i korzyści wynikające z wynalazku to zatem: wysoka powtarzalność prowadzonych doświadczeń hodowlanych, możliwość utrzymania pożądanych warunków eksperymentu, zdalna kontrola cykli nawadniania, możliwość zastosowania dwóch kombinacji składu pożywki/cykli nawadniania (dwadzieścia cztery + dwadzieścia cztery rośliny), opcjonalne monitorowanie i zapis p arametrów fizykochemicznych pożywki (temperatura, pH, potencjał redoks, stężenie wybranych jonów), możliwość przyżyciowej obserwacji dynamiki wzrostu systemu korzeniowego, możliwość łatwego oczyszczania systemów korzeniowych roślin z podłoża wzrostowego po zakończeniu eksperymentu i dalszej, szczegółowej analizy parametrów morfologicznych korzenia.

Spis oznaczeń na rysunkach

1. Moduł sterujący

2. Pompa doprowadzająca I

3. Zbiornik z pożywką I

4. Pompa doprowadzająca II

5. Zbiornik z pożywką II

6. Przewód doprowadzający I P (przedni)

7. Przewód doprowadzający I T (tylni)

8. Przewód doprowadzający II P (przedni)

9. Przewód doprowadzający II T (tylni)

10. Rozdzielnik (12 wyjść)

11. Przewód kroplujący

12. Kroplospływ

13. Pompa odprowadzająca I

14. Przewód odprowadzający I

15. Pompa odprowadzająca II

16. Przewód odprowadzający II

17. Rura do prowadzenia wzrostu

18. Rura okrywowa

19. Pojemnik zbiorczy

20. Kulki

21. Otwór drenażowy

PL 228 068 B1

22. Transformator czasowy

23. Listwa zasilająca

24. Sterownik

25. Pompa napowietrzająca

26. Przewód napowietrzający

27. Siewka

Claims

1. Semi-hydroponiczny system doprowadzenia wzrostu roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych, znamienny tym, że składa się z modułu sterującego (1), co najmniej jednej (korzystnie dwóch) pompy doprowadzającej (2, 4), co najmniej jednego (korzystnie dwóch) zbiornika z pożywką (3, 5), co najmniej jednego (korzystnie czterech) przewodu doprowadzającego (6, 7, 8, 9), co najmniej jednego (korzystnie czterdziestu ośmiu), elementu systemu w postaci przeźroczystej rury (17) do prowadzenia wzrostu roślin wypełnionej transparentnym podłożem wzrostowym imitującym substrat glebowy, umieszczonej w nieprzeźroczystej rurze (18) okrywowej, co najmniej jednego pojemnika zbiorczego (19), co najmniej jednej (korzystnie dwóch) pompy odprowadzającej (13, 15), co najmniej jednego (korzystnie dwóch) przewodu odprowadzającego (14, 16), połączonych ze sobą w taki sposób, że każda pompa doprowadzająca (2, 4) umieszczona jest w zbiorniku (3, 5) z pożywką i zaopatrzona w co najmniej jeden (korzystnie dwa) przewód doprowadzający (6, 7 lub 8, 9) pożywkę do elementu systemu w postaci przeźroczystej rury (17) do prowadzenia wzrostu roślin wypełnionej transparentnym podłożem wzrostowym imitującym substrat glebowy, umieszczonej w nieprzeźroczystej rurze (18) okrywowej, umieszczonego w pojemniku zbiorczym (19), w którym zainstalowana jest co najmniej jedna (korzystnie dwie) pompa odprowadzająca (13, 15) zaopatrzona w co najmniej i korzystnie jeden przewód odprowadzający (14, 16).

2. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że moduł sterujący (1) stanowią co najmniej dwa (korzystnie cztery) transformatory czasowe (22) podłączone do listwy zasilającej (23), przy czym najkorzystniej listwa zasilająca (23), połączona jest ze sterownikiem (24).

3. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że pompa doprowadzająca (2, 4) jest połączona z transformatorem czasowym (22), mogącym pracować w module ciągłym lub w wybranych interwałach czasowych, najkorzystniej co 15 min.

4. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1 lub 3, znamienny tym, że pompa doprowadzająca (2, 4) posiada otwór wlotowy zabezpieczony filtrem, minimum jeden otwór wylotowy, silnik elektryczny z wirnikiem o maksymalnym ciśnieniu operacyjnym 1 bara (14 psi) i maksymalnej wydajności przepływu 250 l/h.

5. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że pompa odprowadzająca (13, 15) jest połączona z transformatorem czasowym (22), mogącym pracować w module ciągłym lub w wybranych interwałach czasowych, najkorzystniej co 15 min.

6. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1 lub 3, znamienny tym, że pompa odprowadzająca (13, 15) posiada otwór wlotowy zabezpieczony filtrem, minimum jeden otwór wylotowy, silnik elektryczny z wirnikiem o maksymalnym ciśnieniu operacyjnym 1 bara (14 psi) i maksymalnej wydajności przepływu 250 l/h.

7. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód doprowadzający (6, 7, 8, 9) podłączony do pompy doprowadzającej (2, 4) jest zakończony rozdzielnikiem (10), najkorzystniej posiadającym dwanaście wyjść, przy czym co najmniej jedno wyjście rozdzielnika (10) połączone jest z przewodem kroplującym (11), najkorzystniej zakończonym kroplospływem (12).

8. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1 lub 7, znamienny tym, że rozdzielnik (10) ma wydajność przepływu cieczy wynoszącą 15 ml/min lub 30 ml/min lub 60 ml/min.

9. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik (3, 5) z pożywką ma pojemność 25 l.

PL 228 068 B1

10. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że przeźroczysta rura (17) do prowadzenia wzrostu roślin ma od 100 mm do 1000 mm, najkorzystniej 500 mm długości i przekrój kołowy o średnicy od 15 mm do 100 mm, najkorzystniej 32 mm.

11. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że przeźroczysta rura (17) do prowadzenia wzrostu roślin, jest zakończona od dołu denkiem zaopatrzonym w co najmniej jeden otwór (21) drenażowy, najkorzystniej o średnicy 3 mm.

12. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że nieprzeźroczysta rura okrywowa ma od 100 mm do 1000 mm, najkorzystniej 500 mm długości i przekrój kołowy o średnicy od 18 mm do 103 mm, najkorzystniej 35 mm.

13. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że nieprzeźroczysta rura (18) okrywowa od dołu pozostaje otwarta lub jest zakończona od dołu denkiem zaopatrzonym w co najmniej jeden otwór (21) drenażowy, najkorzystniej o średnicy 3 mm.

14. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że przeźroczysta rura (17) do prowadzenia wzrostu roślin, jest umieszczona w nieprzeźroczystej rurze (18) okrywowej w sposób rozłączny, najkorzystniej na wcisk.

15. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że transparentne podłoże wzrostowe, ma postać kulek o średnicy od 1 mm do 3 mm, najkorzystniej 2 mm.

16. Semi-hydroponiczny system według zastrz. 1, znamienny tym, że transparentne podłoże wzrostowe, wykonane jest ze szkła sodowo-wapniowego.

17. Sposób prowadzenia wzrostu roślin jednoliściennych, zwłaszcza zbożowych, znamienny tym, że wzrost roślin prowadzi się w ten sposób, iż umieszcza się siewkę (27) w transparentnym podłożu wzrostowym imitującym substrat glebowy, korzystnie w postaci kulek (20), wypełniającym część elementu systemu w postaci przeźroczystej rury (17) do prowadzenia wzrostu roślin, zapewnia się siewce (27) przestrzeń do wzrostu korzeni, o powierzchni porów w zakresie od 100 μm do 500 μm, korzystnie o powierzchni porów równej 300 μm, ogranicza się przy tym, korzystnie w sposób ciągły, dostęp światła do korzenia i zasila rośliny, korzystnie w sposób cykliczny, najkorzystniej przebiegający co 15 min, pożywką o odczynie pH dostosowanym do specyfiki danego gatunku, korzystnie o pH od 4 do 8, regulując tempo przepływu pożywki w ten sposób, że każdej roślinie w czasie 1 min podaje się 15 ml lub 30 ml lub 60 ml pożywki, po czym jej nadmiar usuwa się według cyklu analogicznego do jej dostarczania, z 5 min przesunięciem czasowym.

18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że rośliny zasila się pożywką o następującym składzie jonowym soli (w g-dm^-3dH₂O): 115,03 NH₄H₂PO₄; 606,6 KNO₃; 656,4 Ca(NO)₃ · 4H₂O; 240,76 MgSO4 · 7H2O; 2,86 H3BO3; 1,81 MnCfe · 4H2O; 0,22 ZnSO4 · 7H2O; 0,016 H2MoO4 · H₂O; 0,08 CUSO4 · 5H₂O; 5,32 Fe₂(C4H4O6)3.

19. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że pożywka jest napowietrzana, najkorzystniej w sposób ciągły, za pomocą pomp (25) o wydajności co najmniej 320 l/h.

20. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że tempo przepływu pożywki reguluje się za pomocą pompy doprowadzającej (2, 4) i odprowadzającej (13, 15), sterowanych przy użyciu transformatorów czasowych (22), umożliwiających pracę tych pomp w module ciągłym lub w wybranych interwałach czasowych, najkorzystniej co 15 min.

21. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że temperatura pożywki wynosi od 16°C do 24°C.

22. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że do prowadzenia wzrostu stosuje się siewki (27), które przygotowuje się w ten sposób, że przeznaczone do zabiegów hodowlanych ziarniaki poddaje się sterylizacji, po czym inkubuje się je w ciemności w temperaturze 4°C przez 24 h a następnie w temp. 24°C przez 48 h.

23. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że pojedynczą siewkę (27) umieszcza się w przeźroczystej rurze (17) do prowadzenia wzrostu, na głębokości 10 mm poniżej poziomu wypełnienia podłożem wzrostowym.

24. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że prowadzi się jednocześnie wzrost czterdziestu ośmiu siewek (27).

25. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że siewki (27) rozmieszcza się w pojemniku zbiorczym (19) w układzie sześć na osiem sztuk.

PL 228 068 Β1

26. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że dostęp światła do korzenia siewki (27) umieszczonej w przeźroczystej rurze (17) do prowadzenia wzrostu ogranicza się za pomocą rury okrywowej (18).

27. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że wzrost roślin prowadzi się w kontrolowanych warunkach szklarniowych, przy następujących parametrach wzrostu: temperatura dzienna od 21 °C do 22°C, czas naświetlania 16/8 h i oświetlenie przez lampy sodowe o natężeniu 305 μητιοΙ-πί²-s¹.