专利名称：栽培小植物的装置和使用该装置栽培小植物的方法
技术领域：
本发明涉及栽培小植物的装置和使用该装置栽培小植物的方法。尤其是通过光能自养生长栽培小植物的实用装置和通过光能自养生长栽培小植物的方法，该装置能在封闭栽培容器中的小植物周围形成均匀的二氧化碳浓度分布，并便于控制培养液的饲给量和稳定地大量生产生长度极佳的一致营养苗；该方法就是利用这种装置经过简单操作来有效而稳定地大量生产生长度极佳的一致营养苗的。
自从开始有了植物栽培，迄今为止生产植物的地下条件一直依赖于土壤。但是，由于土壤具有复杂的物理、化学、生物学特性，通过土壤极难控制地下环境。因此，近年来人们对使用营养液而不用土壤的栽培进行了研究。
为了利用培养液栽培而稳定地大量生产植物，使环境控制系统能具有完全符合植物生长需要的人为控制环境条件是极为重要的。通过环境控制系统来生产植物的最好技术是给植物生长人为提供最适环境。为了实现如上所述的技术，就必须对影响植物生长的因素进行综合控制，包括光照、环境温度、二氧化碳浓度、氧气浓度、环境湿度和培养液。
迄今已发现的控制植物生长环境的方法有多种形式，根据对植物地上和地下部分控制的方法把它们分为单气相类、气液两相类、气液固三相类和单液相类，其中，根据地下部的环境差异划分的气液两相类和气液固三相类，其地上部均在气相中。气液两相类小植物浮在液体表面，由聚苯乙烯泡沫板等提供支撑，根部位于液体中。而气液固三相类是采用固体形式如沙子、砾石、烟煤以及包括矿棉、多孔体等纤维或类似物代替土壤来作为小植物的支撑体。现在已在商业中应用的所谓植物工厂主要属于采用适于在地下条件下的营养液栽培的气液两相类和气液固三相类中任何一种。
迄今为止，作为利用环境控制系统栽培小植物的方法，利用的是光混合促长方法，该方法中作为碳源使用的是与糖等结合的培养液，由于人们认为在封闭环境中栽培小植物的气相中二氧化碳会很快减少，所以，糖类必须加到培养液中作为碳源。
不过采用光混合促进生长的栽培方法(以后在某些情况下缩写为“光混合促进栽培”)由于要给培养液加糖等作为碳源而带来问题，这包括害怕混杂的芽孢和细菌(简称“污染物”)破坏被栽培的小植物而使小植物减少；依靠产生光混合促进状态的加糖栽培使小植物在栽培期间生长延缓；在把小植物从栽培容器移植后进入光能自养状态期间延迟小植物的生长等问题。
在这种情况下，为了解决上述的问题，最近人们注意到采用光能自养生长技术的栽培方法(以后在有些情况下简称“光能自养栽培”)来解决上述问题(参见“Acta Hortic”.Vol.230,pp121-127,1988)。这种光能自养栽培使用的培养液不是加糖等作为碳源的，而是利用了待栽培小植物自身的光合作用并利用二氧化碳作为碳源，从而解决了上述光混合促进栽培中存在的问题。
由于在光能自养栽培中，是在有光照射且栽培容器中的二氧化碳浓度保持高水平的情况下进行栽培的，这种方法的关键之处是提供二氧化碳。
提供二氧化碳方法的例子有强制通气法和自然通气法，强制通气法是在栽培容器中强制供给富含二氧化碳的空气，众所周知强制通气法对小植物的生长更为有利{参见“Hort Science”vol.27,pp1312-1314(1992)}。但普通的强制通气法存在问题是在气流入口附近和出口附近小植物的生长程度差异很大，难以确保营养苗的一致{参见“Environ.Control in Biol.”vol.37,pp83-92(1999)}。
在这种情况下，为了生产生长度均一的营养苗，尝试着在栽培装置中安排管道来使二氧化碳浓度分布均匀化{参见“In Vitro Cell.Dev.Biol.-Plant”vol.35,pp350-355(1999)}。上述方法虽然在小规模的栽培装置中很有效，但却导致了管道进口和管道出口之间的气压差。结果致使栽培装置中二氧化碳浓度分布又不均匀，从而难以生产生长度一致的营养苗。
一方面，一旦把培养液放进栽培装置后，在小植物被取出前，常难以自由地加进和取出培养液，从而也难以补偿营养成分变化或保持适当的营养量和溶液水平。
这样以来，为了将培养液提供给栽培容器从而可能在栽培期改变和控制供给栽培容器的培养液质量及数量，偿试着在栽培容器外部安装一个培养液桶{参见“In Vitro cell.Dev.Biol.-Plant”vol.35,pp350-355(1999)}。但不能说这种方法是一个完全控制法，因为它不能控制培养液中溶解的氧浓度并进行强制排放。
鉴于现有技术中存在问题，本发明的一个目的是提供利用光能自养生长栽培小植物的实用装置，该装置能将封闭栽培容器中的二氧化碳浓度均匀化，能自由地把培养液排出和放进栽培容器，能控制培养液的质量和数量以及溶解的氧量，也能控制栽培容器中的温度和湿度，能稳定大量生产生长度极佳的一致营养苗。
本发明的另一个目的是提供利用光能自养生长栽培小植物的实用方法，该方法使用上述装置通过简便地操作就能有效稳定地大量生产生长度极佳的一致营养苗。
本发明的其它目的会明显地体现在下述公开的说明内容中。
为了达到上述目的，本发明人经过创造性的深入研究，发现利用光能自养生长栽培小植物的装置能满足上述目的，其主要组成部分包括可透光且封闭的栽培容器、接触栽培容器底部安装的且作为缓冲室的供应富含二氧化碳空气的供给室、培养液桶、把富含二氧化碳空气供给室与栽培容器彼此连通的多个垂直细管以及安装在培养液桶上的空气泵。研究结果表明，通过使用上述装置利用简便地操作就能有效稳定地大量生产生长度极佳的一致营养苗。本发明是根据上述结果和信息来完成的。
即，本发明提供了通过光能自养生长栽培小植物的装置，它的主要组成部分包括可透光且至少在其顶部有一个排气孔的封闭栽培容器，接触栽培容器底部安装的富含二氧化碳空气供给室，以及给栽培容器提供培养液的培养液桶，其特征在于供气室与富含二氧化碳空气的供给源相连并通过多个垂直细管与栽培容器连通，每个细管在每一末端有一开口，细管安装在栽培容器的底部以便每个细管的上末端从栽培容器中的培养液液体表面突出，培养液桶通过一个管连接到栽培容器上并配置有用于给栽培容器提供培养液的空气泵。
此外，还提供了利用上述栽培装置通过光能自养生长栽培小植物的方法，它包括提供一个封闭栽培容器，其中在具有培养液的支持体上移植有小植物，该培养液是使用空气泵由培养液桶提供的；利用空气泵的压力和栽培容器与培养液桶间的高度差异来控制培养液的饲给速率；以及从富含二氧化碳空气供给室给栽培容器供给富含二氧化碳的空气。
图1表示本发明通过光能自养生长栽培小植物的装置实施例示意图2是表示实施例1和比较实施例1的栽培容器中二氧化碳浓度随时间变化图；图3包括(a)表示实施例1栽培开始后第28天栽培容器每部位二氧化碳浓度三维分布图；(b)表示实施例1中桉树营养苗高度的三维示意图。
数字符号表示的部分如下1封闭栽培容器；2富含二氧化碳空气的供给室；3培养液桶；4空气导管；5垂直细管；6空气泵；7挠性管；8压缩空气的导管；9排气孔；10栽培的小植物；11支持体；12支持盆；20本发明的栽培装置。
通过光能自养生长栽培植物体的装置主要组成部分包括一个可透光的封闭栽培容器、一个富含二氧化碳空气的供给室以及一个培养液桶。
上述封闭栽培容器要有透光特性、重量轻、加工性能好、抗高压等，为此，它最好由透光材料构成，优选以透明塑料为例，可以是丙烯酸类树脂、聚丙烯和聚碳酸酯。
对该封闭栽培容器的结构和形状并不需要特殊限定，一般采用长方体的形式。其大小也不用特殊限定，能大量生产目标小植物且同时生产效率高就可以。这种封闭栽培容器唯一要限定的是要足以确保被栽培小植物的密度和小植物的高度。
该封闭栽培容器至少在其上部设置有一个排气孔。排气孔的位置并没有特殊限定。不过当该容器为长方体时排气孔最好设置在相对两侧面上垂直中心线的上部相同位置处。排气孔可以设置两对之间相对两侧面的一对上，共计为两个排气孔；或在其两对上都设置孔，使总排气孔为4个。从加工性来看，排气孔可以设置为管道，优选是用与容器相同的材料制成的塑料管，以便伸向容器外。排气孔的直径没有特殊限定，但可以由富含二氧化碳空气的饲给速率来确定。一般该封闭栽培容器配备有温度检测器和湿度检测器。
每个排气孔在其出口配备有所需孔径大小的过滤盘，例如，为了防止因混杂的芽孢和细菌透进容器引起的污染，过滤盘的孔直径不大于0.5μm。
此外，把富含二氧化碳空气的供给室(以后有时缩写为“供气室”)接触前述栽培容器的底部安装，与富含二氧化碳空气供给源相连，并且，通过多个垂直细管与该栽培容器连通，每个细管的每个末端有一个开口，细管安装在栽培容器的底部以便使每个细管的上末端从培养液的液体表面突出。
基于重量轻、加工性好、抗高压等因素，上述的供气室的制作材料最好与栽培容器的制作材料相同。供气室的高度并没特殊限定，但供气室需要保留一定的空间起缓冲空间的功能，当供气室提供的富含二氧化碳的空气通过多个垂直细管流进栽培容器时，使富含二氧化碳空气的流动速率在每个垂直细管中几乎平衡。
为了给供气室提供富含二氧化碳的空气，该室与一个富含二氧化碳空气的供应源连接。一般这种连接是采用挠性管连接实现的。朝外安装在供气室底部的一个或多个管朝向一个或多个喷嘴，该喷嘴安装在空气泵释放处的空气分布排气管上。空气泵一般在出口处配置有一个用于测定富含二氧化碳空气流速的流量表和一个具有一定孔径大小的过滤盘，例如，为了防止因混杂的芽孢和细菌透进容器引起的污染，过滤盘的孔直径不大于0.5μm。
对安装在供气室底部的管的数目、直径和制作材料并没有特殊的限定，但基于加工性和抗高压性，管材最好与制作供气室的材料相同。
垂直细管的直径一般在0.1-10mm，最好0.5-5mm的范围内选择。但必须使每个管的上末端从培养液液体表面突出。所以，自栽培容器底算起的管高度依赖于培养液的表面，一般可以为1-50mm，最好为2-25mm。虽然垂直细管的数量和制作材料并没特殊限定，但数量最好限定为能确保每个植物体周围的二氧化碳浓度均匀化，基于加工性和抗高压性，材料最好与制作栽培容器的材料相同。
通过配置具有这种结构的供气室，能使该室对富含二氧化碳的空气起缓冲室的作用，并能通过多个装配在容器底部的垂直细管给栽培容器内部提供浓度稳定而均匀的富含二氧化碳的空气，从而使栽培容器里的富含二氧化碳空气分布均匀。
为了控制栽培容器内的湿度，当需要时，本发明还能装配一个给供气室提供培养液和/或无菌水的部件。在这种情况下，最好安装上能延伸进供气室底部的空气导管，该管安装在供气室的底部，用于导入富含二氧化碳的空气。
如果需要，最好在供气室内安装一个诸如加热器这样的温度调节件。这样的机构便于栽培容器中温度和湿度的控制。
为了把培养液桶中培养液供给栽培容器，把培养液桶的下部与栽培容器的下部用管连接，最好是挠性管连接。在培养液桶上还配置一空气泵。通过安装连接到该空气泵释放口上的管，使其末端位于培养液桶中溶液的上部或溶液里面，并且操作该空气泵，给培养液桶提供压力，使培养液桶中的培养液通过挠性管提供给栽培容器，使栽培容器中的液面保持在前述水平，以便把被栽培的小植物根部浸入培养液中。在这个步骤中，当把连接到空气泵上的管末端放进培养液桶的培养液中时，通过调节管末端的垂直位置就能控制培养液中溶解的氧浓度。一般在空气泵的出口端配置有具有一定孔径大小的过滤盘，例如，为了防止因混杂的芽孢和细菌透进培养液引起的污染，过滤盘的孔直径不大于0.5μm。
在本发明中最好将培养液桶安置为桶内培养液液面低于栽培容器中培养液液面。通过这种配置并结合停止空气泵的操作就能利用重力作用使栽培容器中的培养液返回到培养液桶中。最好在栽培容器的最低部排出和放进培养液，这样能使支持体中还没有被吸收的所有过量培养液返回到培养液桶中。
对培养液桶的大小和材料并没有特殊限定，但基于重量轻、加工性能好、抗高压等因素考虑，最好用塑料制作。此外，至少培养液桶一部分是透明的，以便观察液面。
图1表示本发明通过光能自养生长栽培小植物装置的一个实施例示意图。
根据本发明，栽培装置20主要组成包括一个透光的至少具有一个排气孔9的封闭栽培容器1、一个接触栽培容器1底部安装的提供富含二氧化碳空气的供给室2以及一个配置有空气泵6的培养液桶3。
提供富含二氧化碳空气的供气室2通过空气导管(图中未示出)连接到富含二氧化碳的空气供给源上，并且通过多个垂直细管5与栽培容器1连通，每个垂直细管5在其每个末端都有开口，并且把垂直细管5安装在栽培容器1的底部，以使每个管的上末端从栽培容器1中的培养液液面突出。
一方面，通过挠性管7把培养液桶3连接到栽培容器1上以便给栽培容器1提供培养液，并通过一个压缩空气导入管8将培养液桶3的上表面与空气泵6相连。此外，可以装配管8使其末端位于培养液中。把培养液桶3装配成其中的液面低于栽培容器1中的液面。
此外，
图1表示了栽培容器1中的内部状态，其中，已被移植到支持体(固体支持材料)11上的要栽培的小植物10和支持体11一起被各自放进多个支持盆12中，每个支持盆12至少在其侧面和底部有一个通孔以易于培养液渗进。多个支持盆12可以是自身相连的，这种情况下可以在支持盆的连接部分制有通孔，以便垂直细管从中穿过。
下面，将详细说明本发明通过光能自养生长栽培小植物的方法。
在光能自养栽培中(本发明方法采用该栽培方法)，使用无糖的培养液。对无糖培养液并没有特殊的限定，但可以选用目前光能自养栽培中常用的培养液。以这些培养液为例说明；这些培养液含有无机营养成分，如大量元素包括氮、磷、钾、镁和钙，微量元素包括铁、锰、铜和锌。培养液还可含有维生素、有机营养物和生长调节剂，维生素如尼克酸和盐酸硫胺素，有机营养物如氨基酸，但上述所举成分并不总是必要的。以成分浓度半量的MS培养基为特例说明培养液。
以mg/l为浓度单位，MS培养基成分含有NH4NO31650、KNO31900、CaCl2·2H2O440、MgSO4·7H2O 370、KH2PO4170、FeSO4·7H2O 27.8、Na2-EDTA 37.3、MnSO4·4H2O22.3、ZnSO4·4H2O 8.6、CaCl2·6H2O 0.025、CuSO4·5H2O 0.025、Na2MoO4·2H2O0.25、KI 0.83、H3BO36.2、尼克酸0.5、盐酸吡哆素0.5、盐酸硫胺素0.1、肌醇100和甘氨酸2。
能使用本发明栽培方法的小植物可以包括能在气液固三相的环境控制系统中栽培的任何种类小植物，对其起源没有特殊限定。例如能栽培的小植物包括一株小植物和用一种方法形成的多个辅助嫩枝，形成多个辅助嫩枝的方法是把利用细胞培养、顶端分生组织培养等得到的组织进行初级培养和连续的继代培养、然后对产生的小植物，并且最好是带有叶片或具有小植物的茎部一节进行早期分枝法、类原球茎体法、枝芽原基法等，所述小植物中多个节按节单元切成节段。这些小植物的特殊例子包括所有药草、花、树，如卡特兰属、蝶兰属、石斛属、兰属、兜兰属、万带兰属、Ascoscenda属、树兰属、米尔顿属、唇瓣兰属、Odontglossum属、Epiphlonitis属、虾脊兰属、肾鳞蕨属、花叶万年青属、白蝶兰属、兰属、Burceraceae属、森格尼属、好望角苣苔属、铁线莲、老鹳草、一品红、杜鹃花、大岩桐、六出花属、萱草属、香雪兰、鸢尾、麝香石竹、缕丝花、补血草、菊花、扶郎花、樱草、非洲紫罗兰属、仙客来属、百合、唐菖蒲、大丽花、致瑰花、鲍伐德属、杜鹃花、龙胆、水仙、朱顶兰、风信子、秋海棠属、萨瓦提厄紫菀(astersavatieri)、米尔顿属、铁角蕨属、贝加明延令草属、Spathiphyllum属、绿萝、海芋属、龟背竹属、喜林芋属、Syndabsis属、五彩芋属、凤梨属、Neoregelia属、龙血树属、桫椤属、铁线蕨属、鸟巢铁角蕨(Asplenium nidus)、蕨类植物门、花烛属、结缕草属、草莓、大蒜、日本辣根、黄瓜、番茄、茄子、马铃薯、甘薯、天南星科植物、薯蓣、山药、胡罗卜、西瓜、摩芋、bogrhubarb、天门冬属、芸苔属、稻属、大麦、棉株、洋麻、香蕉、菠萝、油棕、咖啡、可可、苹果、梨、日本柿子、葡萄、桃树、日本杏树、柑桔、日本茶、悬钩子、越桔、巴旦杏、樱桃、荔枝属、倒捻子、senkyu、半夏、Jiou属、关苍术、颠茄属、乌头属植物、赛茛菪属、吐根、大黄、樱花、苦苏(kozo)、白桦、六道木属、桉属、金合欢、橡胶木、泡桐属、杨属、山杨、檀木属、柚木属、拉坦棕属、榆树、桦树、桑树、栎树种类、罗汉松(hiba)、雪松、柏树、云杉属、冷杉、松树、红豆杉(yew)、红杉、柳桉、龙脑香科、石梓、桃花心木。
在本发明中，对生长和发育上述小植物的支持体(固体支持材料)并没有特殊限定，可以适当任选地选用目前已在气液固三相环境控制体系的栽培方法中使用的众所周知的传统支持体。这类支持体的例子包括纤维和/或多孔材料，如沙子、砾石、烟煤、蛭石、珍珠岩、纤维素纤维、聚酯纤维、陶瓷纤维、上述列举的支持体可以单独使用也可至少与另一种结合使用。其中，从生根特性和生长促进特性等来看，尤其优选使用蛭石和纤维素纤维的混合物(如“Florialite”，由Nisshinbo Industries Inc.制造)。
本发明使用的光源可是太阳光或人造光源。虽然太阳光有利于生产成本，但太阳光变化明显难以控制，所以一般使用人造光源。人造光源的例子包括荧光灯、水银蒸气灯、金属卤化物灯、高压钠蒸气灯和光发射二极管。
下面参照
图1详细说明本发明栽培小植物的方法。首先，把被栽培的小植物10移放到支持体11上，支持体各自是装填在多个支持盆12中的，每个支持盆至少在其侧壁或底部有一个穿通孔，便于培养液的渗透。接着，把小植物10及支持体用封闭栽培容器1盖住。
其次，启动空气泵6将压力施加于培养液桶3，从而给栽培容器1的里面提供培养液。当培养液的液体水平达到规定水平时，停止空气泵6。在重力的作用下，立刻或在适当时间后，栽培容器1中的培养液通过挠性管7返回培养液桶3。可以在栽培期间以适当的时间间隔重复该过程。
为了使培养液的位置保持在规定高度，在挠性管7上安装一个阀门或塞子，并且在培养液已供给栽培容器1后关闭该阀门或塞子。
在本发明中，培养液的饲给量调节是利用空气泵压力以及栽培容器与培养液桶间高度差来进行的。
一方面，利用一个空气泵(图中未示出)通过空气导管4向富含二氧化碳空气的供给室2供应富含二氧化碳的空气，该导管4是安装在供气室2底部的。提供的富含二氧化碳的空气经过许多垂直细管5而进到栽培容器1的里面，并通过排气孔9排出系统。一般将二氧化碳的浓度控制为300-3000μmol/mol，最好控制为350-2000μmol/mol.当二氧化碳浓度不合理的低时，不能进行有效的光合作用，而当二氧化碳浓度超过一定限制，不能成比例加强光合作用。当被栽培的小植物大小、数量和质量以及栽培环境一定时，小植物生长消耗的二氧化碳变化方式几乎总是相同的。所以，全面掌握它们之间的关系就能把栽培容器中的二氧化碳浓度保持在规定范围内，而不必定期或随时进行测量。
在栽培期间，用系统外的光辐照小植物。为了说明光照条件，一般采用光合作用的光子通量(此后有时缩写为“PPF”)。PPF因栽培小植物的种类等因素而异，一般选择范围为50-500μmolm-2s-1，最好为100-300μmolm-2s-1。当PPF不合理的低时会降低被栽培的小植物的光合作用效率，而当PPF不合理的高时有时会抑制小植物的生长，此外，也不利于成本。光辐照常常并不是连续的，而是包括光照期和黑暗期的间歇式辐照。例如，光辐照条件可以采用12-16小时的光照期和12-8小时的黑暗期。
栽培容器中的温度根据被栽培小植物的种类等而定，一般选择5-40℃，最好为20-35℃。湿度用相对湿度表示，栽培容器中的湿度根据所栽培小植物的起源、种类、生长程度等而定。例如，苗圃培养体系中的小苗需要高湿度，而生长到不再需要练苗的程度的植物需要低湿度。不过一般湿度范围为40-98％，最好为50-95％。
对于通气指数(用每单位时间内栽培容器中通气量除以栽培容器的体积所得的商值)来说，可采用一种方法，其中在栽培初期其数值低，随着栽培时间的延续而增加其数值。
在本发明方法中，通过控制富含二氧化碳空气的湿度和培养液的饲给量能控制栽培容器中的湿度，此外，通过控制培养液和/或富含二氧化碳空气的温度能控制栽培容器中的温度。
在本发明方法中，当需要时还可以给富含二氧化碳空气供给室提供培养液或无菌水，也可以调节所供给培养液或无菌水的温度。上述控制进一步便于控制栽培容器中的湿度和温度。当需要时也可以在通过加压将空气放进培养液桶而排出培养液时通过加压使空气进入培养液中来控制培养液中被溶解的氧浓度。
总之，本发明的效果在于，利用光能自养生长栽培小植物的装置以及使用该装置栽培小植物的方法，能使封闭栽培容器中的二氧化碳浓度均匀分布，且容易控制培养液的饲给量，通过简单的操作就能有效而稳定地大量生产具有极好生长度的一致营养苗，从实践角度来看，本发明提供的技术有很高的使用价值。
下面参照比较实施例和本发明实施例更详细地说明本发明，但这并不作为对本发明的限定。
实施例1把
图1所示的装置用作栽培装置。封闭栽培容器1呈一个内部体积约为20升的平行六面体的形式，用厚度为2mm的丙烯酸树脂板材制备的，其长度为610mm，宽度为310mm，高度为105mm。富含二氧化碳空气(此后有时缩写为“空气”)供给室2是用与栽培容器1相同的丙烯酸树脂板材制成的，并且其深度为10mm。配置有4个各自用丙烯酸树脂制的空气导管4，管长25mm，管内径为1.5mm，每个管都连接有一个喷嘴，喷嘴是装在空气分布排气管上的，空气分布排气管装在用于提供空气的空气泵释放口上。在空气泵的释放口上安装有一个流量计和一个过滤盘，过滤盘的直径为50mm，孔直径为0.5μm。多个用丙烯酸树脂管制的垂直细管5把供气室2和栽培容器1相互连通，细管5的长度为3.5mm，内径为0.5mm。各自用丙烯酸树脂制的排气孔9的长度为10mm，内径为1.5mm，安装在容器的两个纵向相对侧面的垂直中心线的上部，并且每个末端都配置有直径为50mm、孔直径为0.5μm的过滤盘，以便防止因混杂的芽孢和细菌渗透进容器引起污染。
用塑料制的培养液桶3内部容积为2.5升，其中的培养液液体表面低于栽培容器1底部15cm，该桶的下部用挠性管7连接到栽培容器1的最下部。把由定时器操纵的空气泵6释放口用压缩空气导管8经过直径50mm、孔直径0.5μm的过滤盘连接到培养液桶3的上表面。
被栽培的小植物是各自具有两叶一节的小苗，它是把桉树苗生长在试管中经过传统方法培养30天形成的，培养液使用的是没有任何糖和维生素的改良MS成分培养液。
第一步是把448株所述桉树小苗分别移放到支持体上，该支持体是由蛭石和纤维素纤维的混合物(“Florialite”，由Nisshinbo Industries Inc.制造)构成的，把该支持体装进具有多个通孔的支持盆中，随后用栽培容器盖住，栽植密度约为2.4×103小苗/m2。
前四天供给栽培容器中的培养液能使部分支持体浸入培养液中而不排出培养液。从第五天开始，当培养液返回培养液桶时再启动空气泵5分钟把培养液供进栽培容器，并使栽培容器中过量的培养液返回液桶。间隔24小时重复上述作业。
前两天不供给富含二氧化碳的空气，随后在第七天之前以12L/小时(通气指数为0.6h-1)饲给速率供给。之后，每3-4天增加饲给速率，在第28天达到最大饲给速率210L/小时(通气指数为10.4h-1)。在供给富含二氧化碳空气期间，栽培容器内二氧化碳浓度保持在850-900μmol/mol范围内，供给栽培容器的空气中二氧化碳的浓度保持在1100-1200μmol/mol范围内。
除了8小时的暗期外，在16小时的光照期使用白色荧光灯进行辐照，同时，栽培容器内的温度保持为26±2℃。在光照期间光合作用光子通量(PPF)为120μmol m-2s-1，供给栽培容器的富含二氧化碳空气的相对湿度控制在60-70％。
以前述方式栽培28天后，把栽培容器中生长过的营养苗取出测定叶面积和叶数、茎长度以及叶、茎、根的鲜重和干重。栽培条件和栽培结果分别列于表1和表2中。
从栽培的营养苗中将100个单株移出栽培容器而不经过练苗，10天后测定移栽苗的成活率，其结果为86％。
图2是表示栽培容器中二氧化碳浓度随栽培时间而变化的图形。测定浓度的样品取自第7、14、21、28天排气口处250μl气体，使用气相色谱分析仪进行测定(三次测定的平均值)。
图3包括(a)表示栽培开始后第28天栽培容器中每部位处二氧化碳浓度的三维示意图；(b)表示桉树营养苗高度的三维示意图。测定二氧化碳浓度的取样为自栽培容器(盖体)上表面10mm距离的20个部位处各250μl气体，使用气相色谱分析仪测定(三次测定的平均值)。
还评价了第28天营养苗的光合速率，并用微型湿度传感器测定了第14天和第28天栽培容器内相对湿度；通过对其中的气体取样并使用气相色谱分析仪测定(五次测定的平均值)第14天和第28天栽培容器内的乙烯浓度，结果列于表1中。众所周知，乙烯会影响植物的生长和分化，在特定的条件下植物自身都会产生乙烯。
上述营养苗的光合速率用下列公式计算
Pn={kEV(C出-C进)}/N其中，Pn光合速率(mol·h-1/营养苗数)k从体积到摩尔的CO2的转化系数E通气指数(h-1)V栽培容器的气相体积(m3)C出光合作用期间稳态供给的空气中CO2浓度(mol/mol)C进光合作用期间栽培容器里的稳态CO2浓度(mol/mol)N每个栽培容器中的营养苗数比较实施例1栽培装置使用目前常用的内部体积为0.4升的10单元Magenta型栽培容器。用4组与实施例1相同的桉树苗移植到置于支持盆内的支持体“Florialite”上，随后放进栽培容器中，栽培密度约为1.1×103个营养苗/m2。培养液与实施例1的相同，使用无糖或维生素的改良MS配方的培养液，每个栽培容器中有培养液60ml。用标准盖盖住每个栽培容器，然后用Parafilm密封。每个栽培容器有两个直径为2mm的通孔，每个孔上带有孔直径为0.5μm的过滤盘。栽培期间自然通气的通气指数为2.5h-1。
与实施例1相同的方式进行光照，栽培前两天在不进行通气的条件下保持栽培容器内的温度为26±2℃而，以后自然通气。在栽培期间，外部气氛中的二氧化碳浓度控制在1100-1200μmol/mol范围内，其中的相对湿度控制为60-70％。
栽培28天后，从每个栽培容器中取出生长过的营养苗，按同实施例1相同的方式进行评价。结果列于表2中。
在栽培的营养苗中，把没有经过练苗的20个单株移出栽培容器，10天后测定移栽苗的成活率。结果为46％。
图2是表示栽培容器中的二氧化碳浓度随时间变化的图示。测定浓度的样品取自第7、14、21、28天每个容器内上部的气体，与实施例1相同的方式进行测定。
采用与实施例1相同的方式，评价第28天营养苗的光合速率，并测定了第14天和第28天栽培容器内相对湿度。结果列于表1中。
表1
表2
符号解释干重wt.％是根据鲜重计算的*t检验显著水平P=0.01**t检验显著水平P=0.05从表1的结果可以看出，尽管实施例1和比较实施例1中供应空气中的相对湿度在整个栽培期为60-70％，但实施例1中栽培容器上部中的相对湿度在第14天时为86％，在第28天时只增加为90％，而比实实施例1中相对湿度显著地高，达到95％和98％。
从图2可以看出，实施例1中栽培容器内的二氧化碳浓度在栽培第7天至28天几乎保持恒定在大约870-900μmol范围内；而比较实施例1中二氧化碳浓度从第14天的320μmol显著减小为第28天的180μmol，这种减小是由于自然通气中栽培容器内侧与体系外侧间气体交换受到限制以及营养苗的光合活性所造成的。
此外，在栽培期间没有测定到实施例1中栽培容器内的乙烯，但测定到比较实施例1中第14天和第28天的乙烯。很明显自然通气不可能充分地除去营养苗所产生的乙烯。
从图2还能看出，尽管实施例1的栽植密度是比较实施例1的大约2.2倍，但与比较实施例1相比，实施例1的叶、茎和根生长极佳。
另外，实施例1中每株营养苗在第28天的光合速率为9.1μmolh-1，而比较实施例1中在相同条件下光合速率为7.8μmolh-1。我们认为二者之间的这种差异是由于实施例1采用强迫通气使栽培容器内的二氧化碳浓度能保持在高水平之故。
此外，不经过练苗把被栽培的营养苗移出栽培容器的情况下，比较实施例1的存活率仅为46％，而且即使存活的营养苗也表现极差，在移植后几乎所有的叶子都立即萎蔫，并且其中的一些不能再恢复；而实施例1的存活率高达86％，而且存活着的营养苗的叶即使萎蔫也能在短期内恢复。
此外，从图2和图3明显可以看出，实施例1栽培容器中的二氧化碳浓度几乎是均匀的，结果使生长过的营养苗有一致的茎长度和一致的生长度。
权利要求
1.一种利用光能自养生长栽培小植物的装置，主要组成部分包括一个可透光且在其上部有至少一个排气孔的封闭栽培容器、一个接触该栽培容器底部装配的富含二氧化域空气的供给室和一个给栽培容器提供培养液的培养液桶，其特征在于供气室与富含二氧化碳空气的供应源连接并通过多个垂直细管与栽培容器连通，每个细管的每个末端都有一个开口，并且细管安装在栽培容器的底部，以便每个细管的上末端从栽培容器中的培养液液面中突出，把培养液桶用管连接到栽培容器上，并在培养液桶上配置给栽培容器提供培养液的空气泵。
2.根据权利要求1所述的利用光能自养生长栽培小植物的装置，其特征在于培养液桶安装为其中的液体表面低于封闭栽培容器中的液体表面。
3.根据权利要求1或2所述的利用光能自养生长栽培小植物的装置，其特征在于还包括一个给富含二氧化碳空气的供给室提供培养液和/或无菌水的部件。
4.一种利用权利要求1至3之一所述的栽培装置通过光能自养生长栽培小植物的方法，包括用空气泵从培养液桶给一个盖在多个小植物上的封闭栽培容器提供培养液，这些小植物被置于支持体上；利用空气泵的压力和栽培容器与培养液桶间的高度差异来控制培养液的饲给量；从富含二氧化碳空气的供给室给栽培容器供应富含二氧化碳的空气。
5.根据权利要求4所述的通过光能自养生长栽培小植物的方法，其特征在于还包括给富含二氧化碳空气的供给室提供培养液和/或无菌水，从而控制富含二氧化碳空气中的湿度。
全文摘要
通过光能自养生长栽培小植物的装置以及利用该装置通过光能自养生长栽培小植物的方法,该装置主要组成部分包括可透光的封闭栽培容器1、接触该栽培容器底部装配的提供富含二氧化碳空气的供给室2和一个培养液桶3,其特征在于供气室2通过多个垂直细管与栽培容器1连通,培养液桶用管连接到栽培容器上,并在培养液桶上配置给栽培容器提供培养液的空气泵。利用上述装置和方法通过简单的操作就能有效稳定地提供大量具有极佳生长度的一致营养苗。
文档编号A01G9/18GK1307795SQ0111163
公开日2001年8月15日 申请日期2001年1月19日 优先权日2000年1月21日
发明者S·M·A·佐巴叶德, 长谷川修, 古在丰树, F·A·佐巴叶德 申请人:日清纺织株式会社