公开/公告号CN112840917A
专利类型发明专利
公开/公告日2021-05-28
原文格式PDF
申请/专利权人 甘肃农业大学;
申请/专利号CN202011611565.5
申请日2020-12-30
分类号A01G9/16(20060101);A01G9/24(20060101);A01G7/04(20060101);G01N33/00(20060101);G01D21/02(20060101);
代理机构11616 北京盛凡智荣知识产权代理有限公司;
代理人刘爽
地址 730000 甘肃省兰州市安宁区营门村1号
入库时间 2023-06-19 11:11:32
技术领域
本发明属于光调控植物生长发育技术领域，具体涉及一种研究多光质调控植物生长发育的组培试验箱。
背景技术
光作为影响植物生长发育的重要环境因子之一，是植物光合作用的主要能量来源。在植物生长的各个阶段都发挥着重要的作用。光对植物生长发育的影响主要体现在光照强度(Irradiance)、光照时间(Photoperiod)和光质(Lightquality)三个方面。相对于光照强度和光照时间而言，植物对光质变化的响应表现得更为复杂。光质对植物生长发育、形态构建、光合特性及生理代谢的影响，一直是植物光生物学领域的重要课题。因此，研究光质、光强度以及光照时间的差异在研究植物生长发育机理以及提高作物产量和品质等方面有着非常重要的意义。
随着光电技术的发展，发光二极管(Light-emittingdiode，LED)作为第四代新型照明光源不仅节能环保、光电转换效率高、寿命长、发热低、冷却负荷小，还具有光照强度、光质、频谱组合可调节等优点，已成为学者们研究光质对植物生长发育、光合作用及代谢调控的重要技术手段。
目前，我国农业生产方式将从“传统农业”模式逐步转变为“设施农业”模式，正逐步向工厂化栽培模式发展转变。植物工厂可以充分利用人工光调控以便对植物和作物产生积极影响，从而提高作物的生产率和生产量。这样既满足了作物对光的基本需求，又使得瓜果蔬菜的生产不再受天气影响而闹“菜荒”，还避免了病虫害的威胁，满足现代人们对健康饮食的需求。因此，合理地进行人工调控光质对植物的生长有着重要的意义。
研究适宜的光照条件对“设施农业”的发展非常重要。然而，在当前的工厂化生产系统上，受到温度、湿度、通风等环境因素不均一的限制，要通过精确的试验条件挖掘适宜的光照条件存在限制，会影响试验结果的不可重复性及准确性。还会造成人力和物力的投入大，以及生产上的浪费，从而使企业生产成本增高，不利于企业的发展。同时，工厂化不可控的环境因素太多，会对光调控植物生长发育机理方面的研究造成严重干扰，如果能够利用实验室组培技术将工厂化的“设施农业”概念整合到可控的实验室条件下，就可以大大减少企业研究的成本问题，还能解决研究光调控植物生长发育基础研究方面工厂化条件不可控，实验室空间小，人员少等问题。
通过实验室条件下将“设施农业”概念和组培技术相结合，来降低工厂化对光调控作物生产技术优化方面的研究成本，以及实现实验室对光调控植物生长发育及光调控作物产量、品质等科学问题研究存在的环境条件均一性培养问题。这个技术的关键就是在实验室中可实现环境干扰因素，如自然光照、温度、湿度、通风等均一条件下，单一光质以及单一光照强度和单一光照时间处理等的可控试验，从而更好的保证了试验的可重复性和准确性。
目前为止并没有这样的装置和方法来实现这一过程。如果要制作这样一种装置存在如下难点，该设备如何保证整个试验过程干扰环境均一；如何实现光质可单独调节；如何实现光照强度可单独调节；如何实现光照时间可单独调节等综合调控。这些问题都需要解决。
现有技术问题：现有技术中未见专门用于实验室进行科学研究的多光质、多功能一体化的光照组织培养装置，常见的光调控设施主要是工厂化生产，运行成本高，条件可控性差，不能满足实验室科学研究的需求。并且，实验室研究光调控植物生长发育等基础科学问题中，需要大型的光照培养室等设施，对于试验用地紧缺的实验室，操作起来比较困难；并且，要在大型光照培养室达到精确控制环境干扰因素的均一化非常困难，耗费资金非常大。为此，本专利旨在研发一种实验室进行科学研究的多光质、多功能的试验装置及快捷准确获得试验数据的方法。该装置可以很好地解决研究光调控作物产量和品质方面条件优化过程中不可控和高成本的难题，对未来进一步研究光质、光强度、光照时间等因素调控植物不同生长发育阶段形态构建、光合特性、生理代谢的分子机制，为设施栽培中的应用提供科学依据和参考实例。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种研究多光质调控植物生长发育的组培试验箱，包括长方形箱体，所述箱体设有箱门，箱体内上部设有三排共9个小灯箱，所述小灯箱设有小箱门，小箱门上设有试验箱门把手；箱门上设有透明材料制成的箱门观察口，所述箱门观察口为口袋状，标签可放在口袋内，从而遮挡柱光线；小灯箱内两侧壁对称设有若干排纵向苗盘卡扣，苗盘可搭接在两侧苗盘卡扣上；小灯箱内顶部设有若干LED灯，小灯箱内设有温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器；小箱体后壁设有若干排箱体后侧通风口，上下两层小箱体之间的后壁上设有箱体背部出风口，箱体后侧通风口和箱体背部出风口通过空气通道与设于箱体下部的温度、湿度、通风调节机构相连通。
优选地，所述温度、湿度、通风调节机构包括压缩机、电热器、加湿器和风机，箱体内下部设有用于调节空气条件的回风管，回风管与箱体上部连通进行空气循环；回风管路上设有冷却罩和加热套，压缩机通过制冷管道与冷却罩连通，电热器通过线路与加热罩连接；加湿器的喷雾口与回风口连通；回风管上设有用于驱动空气循环的风机。
优选地，还包括设置在箱体内下部的控制箱，控制箱通过信号线路与温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器连接；控制箱通过控制线路分别与压缩机、超声波发生器的控制开关连接。
优选地，小灯箱内侧壁上设有LED灯控制开关。
优选地，所述箱门为对开转门，两侧箱门上设有门把手。
优选地，所述箱门上设有触控显示屏。
优选地，箱体前面下方设有电源指示灯。
优选地，箱体后侧通风口由金属板上冲压出若干水平槽口而成.
优选地，箱体宽度为1580mm，箱体高度为2240mm。
研究多光质调控植物生长发育的组培试验箱的使用方法：先通过大箱体对整体试验环境的温度、湿度、通风性能进行需要的设置；然后对每个小灯箱进行光质、光照强度、光照时间的设置；最后将植物的组培苗分别放入小灯箱中，进行光照处理；处理完成后根据需要进行生理生化及分子生物学检测，得到试验结果。
发明专利创新点：
1、提供一种快捷、准确获得试验数据的方法：在此发明中我们设计了包含9组可单独进行控制的灯箱的试验设备，每次试验能够进行9组处理，而9组处理的试验环境(温度、湿度、通风等)均可通过设置保持一致。这样大大缩减了试验所用的时间，同时还保持了试验中其它环境因素的一致性，确保了试验数据获得的快捷性、一致性和准确性。而以往的多光质处理植物生长发育相关试验中，大多使用单一灯箱，每次试验的处理组较少，因而需要进行多次试验，每次试验都存在其它环境因素不一致的风险，影响试验条件的一致性，从而影响了数据的准确性。而且进行多次试验还会造成人员成本、时间成本和经济成本的增加，试验的失败率比较高。还有一些在培养架上进行多组处理，但是培养架上试验存在环境干扰因素太多，占用空间较大，成本高等问题，较小的实验室很难实现。
2、提供一种可多功能操作的试验方法：九个小箱体之间单独又统一，每个箱体中的LED灯板可进行简单更换，每个箱体中的光照时间和光照强度也可单独设置。试验时可先通过大箱体对整体试验环境的温度、湿度、通风性能等进行需要的设置，然后对每个小灯箱进行光质、光照强度、光照时间的设置。试验中可根据不同试验者的不同试验需求进行设置，还可以对环境因子和光质、光波长、光强度进行交叉设置，摸索出不同交叉处理之间对不同植物生长发育有利的试验方法。此发明可基本满足所有跟光照处理相关的试验项目，使用范围广、试验性能综合性比较强。
3、操作便捷、实用性强：与以往的进行的光照处理试验相比，本发明在进行光照试验中操作非常便捷。整个设备箱体较小，不会占用太大的实验室空间，移动和放置便捷。同时，整机和9个单独的灯箱均可进行单独的控制，数字化设置简单、快捷、易操作、实用性强。
附图说明
图1为本发明研究多光质调控植物生长发育的组培试验箱打开柜门透视图。
图2为光质组培试验箱打开小柜门透视图。
图3为光质组培试验箱正立面图。
图4为光质组培试验箱侧立面图。
图5为光质组培试验箱打开柜门正面图。
图6为光质组培试验箱小箱体剖面图。
图7为光质组培试验箱小箱体背面图。
图8为光质组培试验箱小箱体上开门示意图。
图9为光质组培试验箱正剖面图。
图10为光质组培试验箱侧剖面图。
图中，1-试验箱门把手，2-标签放置处(箱门观察口)，3-箱体背部出风口，4-LED灯，5-箱体后侧通风口(冲压件)，6-苗盘卡扣，7-苗盘，8-触控显示屏，9-门把手，10-电源指示灯，11-LED控制开关，12-压缩机，13-加湿器，14-风机，15-加热器。
具体实施方式
如图1-10所示，本发明公开了一种研究多光质调控植物生长发育的组培试验箱，组培试验箱为长方体结构，箱体宽度为1580MM，箱体高度为2240MM，箱体为中间双开门结构，箱门两侧设有对拉式门把手9，一侧箱门上设有触控显示屏8，箱体前面下方设有电源指示灯10。箱内上下三排共设有9个小灯箱，所述小灯箱设有箱门，箱门上设有试验箱门把手1，拉动门把手，箱门可绕底部的折页向外转动，箱门上设有箱门观察口2，箱门观察口2为口袋状，由透明材料制成，标签可放在口袋内，从而遮挡柱光线。
小灯箱内两侧壁对称设有若干排纵向苗盘卡扣6，苗盘7可搭接在两侧苗盘卡扣6上，类似冰箱的隔板结构；小箱体内顶部设有若干LED灯4，小箱体后壁设有若干箱体后侧通风口5，箱体后侧通风口5由金属板上冲压出若干水平槽口而成，小箱体内侧壁设有LED灯控制开关11。
所述小灯箱内壁上设有反光纸或反光板，反光纸材质可以为PET。
上下两层小箱体中间后壁上设有箱体背部出风口3，箱体内小灯箱下部设有压缩机12、风机14、加湿器13、加热器15。
箱体下部包括用于调节空气条件的回风管，回风管与箱体上部连通进行空气循环；回风管路上设有冷却罩和加热套，下侧箱体内设有压缩机，压缩机通过制冷管道与冷却罩连通，下侧箱体内的电热器通过线路与加热罩连接；箱体内下部还设有加湿器，加湿器的喷雾口与回风口连通；回风管上设有用于驱动空气循环的风机。
调节机构还包括设置在箱体内下部的控制箱，小灯箱内设有通过信号线路与控制箱连接的温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器，控制箱可以单独调节光质、光照强度、光照时间；控制箱通过控制线路分别与压缩机、加湿器的控制开关连接。
实施例1
不同光质调控植物生长发育实验：
在进行不同光质调控植物生长发育试验中，首先更换试验所需要的不同光质LED灯板，可根据试验需要设置9种处理波长，例如，全光谱白、390nm、435nm、470nm、525nm、570nm、620nm、670nm、780nm。然后对9个处理箱的光照时间和光照强度进行单独设置，例如，9个处理箱的光照时间均设置为16:8h,光照强度统一设置为4500lx。在对整体的试验环境在大箱体上进行设置，例如，温度、湿度、通风，最后将拟南芥或其它植物的组培苗分别放入小灯箱中，进行光照处理。处理完成后根据需要进行生理生化及分子生物学检测，得到试验结果。
实施例2
不同光强度调控植物生长发育实验：
在进行不同光强度调控植物生长发育试验中，首先更换试验所需要的同一种光质LED灯板，可根据试验需要设置9个光照强度梯度，例如，500lx、1000lx、1500lx、2000lx、3500lx、5000lx、8000lx、10000lx、20000lx。然后对9个处理箱的光谱波长和光照时间进行单独设置，例如，9个处理箱的光照时间均设置为16:8h,光质统一设置为全光谱白。在对整体的试验环境在大箱体上进行设置，例如，温度、湿度、通风，最后将拟南芥或其它植物的组培苗分别放入小灯箱中，进行光照处理。处理完成后根据需要进行生理生化及分子生物学检测，得到试验结果。
实施例3
不同光照时间调控植物生长发育实验：
在进行不同光时间调控植物生长发育试验中，首先更换试验所需要的同一种光质LED灯板，可根据试验需要设置9个光照时间梯度，例如，30min、1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h、48。然后对9个处理箱的光谱波长和光照强度进行单独设置，例如，9个处理箱的光照强度均设置为5000lx,光质统一设置为全光谱白。在对整体的试验环境在大箱体上进行设置，例如，温度、湿度、通风，最后将拟南芥或其它植物的组培苗分别放入小灯箱中，进行光照处理。处理完成后根据需要进行生理生化及分子生物学检测，得到试验结果。
因此，通过本实验装置和方法，可在实验室开展与光调控植物生长发育相关的多种试验，此方法的优点是：能够保证试验条件可控，光照条件可根据不同的研究课题进行可控调节，试验数据获得快捷、准确，可实现LED灯板的简单更换、以及光强度和光照时间的单独调节，实验室使用便携，功能全面、投入成本低，可操作性强。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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