专利名称：一种适用于植物根系生长对比观察的展示系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及不同生长条件下的植物根系生长对比观察展示系统，具体是一种利用 水培法平行培养的可以满足植物连续生长需求的用于观察植物根系生长对比实验的展示 系统。
背景技术：
根是固着植物，并从土壤中吸收和运输水分与养分的器官。“全面认识植物根系发 育、根群分布、不同生育时期根系吸收水分养分的活力，以及不同环境下根系的变化”，是根 系研究的主要内容。如何对植物根系的准确取样、测定、观察，成为制约根系相关研究的技 术瓶颈。传统的根系观察箱法、塑料管土柱法、网袋法、三维坐标容器法等实验方法基于土 培，存在不能原位直观观察、采样破坏性大、工作量大等弊端。而传统的气培法(雾培法)、 水培法，与土培相比，根系生长形态略有差异，影响根系三维构型观测、模拟的准确性。目前，植物根系原位观察、观测设备，或是基于土培法无法直观、全面的测量，或是 基于简单水培法，根系空间分布受限，模拟、观测结果不准确。并且，上述设备普遍缺乏对根 系生长环境的调控能力，以及缺乏对比观测功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用水培法平行培养的可以模拟土壤物理条件满足 植物连续生长需求的用于对比观察植物根系生长实验的展示系统，解决现有技术中存在的 无法直观、全面的测量，以及模拟、观测结果不准确、缺乏对比观测功能等问题。该系统采用 了便于观察的培养槽、透明颗粒状培养基质，通过控制营养液的成分、供给量等技术手段， 差异性地模拟、调控培养槽内的植物根系生长条件，实现根系生长环境的差异化，用于对不 同环境条件下的植物根系生长情况的原位连续对比观察。本发明的技术方案是—种适用于植物根系生长对比观察的展示系统，该系统设有培养槽、营养液循环 调控装置、移动架三个主要部分，培养槽和营养液循环调控装置分别设置于移动架上，培 养槽和营养液循环调控装置通过管路连通，培养槽所需的营养液由营养液循环调控装置提 供；所述培养槽为相互独立工作的培养室构成，培养室的前立面设有观察窗，培养室 的后立面上设有设备窗。所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，观察窗外立面上刻有具度量、 定位作用的标尺及网格线。所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，观察窗外立面安装遮光插板， 观察窗内立面安装有擦板。所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，设备窗外侧安装有光源和导光板。所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，培养室内填充模拟自然土壤物 理环境的颗粒状深色透明培养基质。所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，培养室底部有营养液收集口和 泄水阀门。所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，移动架设有支撑平台、调节立 柱和万向轮，调节立柱顶部安装支撑平台，培养槽和营养液循环调控装置安装于支撑平台 上，调节立柱底部安装万向轮。所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，营养液循环调控装置设有营养 液储备桶、输液管路，每个储备桶通过输液管路与培养槽内的相应培养室连通。所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，在储备桶与培养室连通的输液 管路上设有循环泵和过滤器，每个营养液储备桶上安装有加温器、加气泵，循环泵、加温器 和加气泵分别连至控制器。本发明的有益效果是1、本发明利用水培法平行培养植株，在营养液循环调控装置的支持下，供给各培 养室内的营养液的温度、含氧量、成分、供给量、供给频率、供给时间等因子均可以精确控 制，实现各培养室内的植物根系生长条件的差异性，可直观对比观察植株根系生长形态的 差异，适用于科研领域应用。2、本发明中，观察窗外立面上刻有具有度量、定位作用的标尺及网格线，观察窗内 立面安装有可以去除污垢的清洁擦板，培养槽设备窗上安装有可以提供均勻背光照明的 LED光源和导光板，培养槽内填装的深色透明培养基质，与根系颜色对比明显。这些措施，提 供了直观的便利的根系观察条件。3、本发明中，培养室内填充的颗粒状培养基质，可以根据实验方案不同，调整不同 粒径颗粒的配比，能够形成更接近实验土壤的物理环境，根系生长环境好。同传统水培法培 育的植物根系比较，根系生长形态、三维构型更接近自然环境，观测、模拟的结果更准确。4、本发明为植物根系生长提供了稳定的环境条件，可以在不影响根系正常生长的 前提下对根系发育情况的进行长期、连续观测，适用于科研领域研究利用，为进行根系生长 发育特征、植物营养及养分循环等方面的研究提供了便利的实验工具。
图1为本发明的结构示意图。图2为图1中培养槽的结构分解示意图。图3为图1中移动架的结构示意图。图4为本发明的系统工作流程图。图中，1培养槽；2营养液循环调控装置；3移动架；4培养室；5观察窗；6设备窗；7 凹槽；8遮光插板；9标尺及网格线；10擦板；11光源；12导光板；13培养基质；14收集口； 15泄水阀门；16储备桶；17循环泵；18过滤器；19输液管路；20控制器；21加温器；22加 气泵；23支撑平台；对调节立柱；25万向轮。
具体实施例方式如图1-4所示，本发明适用于植物根系生长对比观察的展示系统，该系统包括培 养槽1、营养液循环调控装置2、移动架3三个主要部分，培养槽1和营养液循环调控装置2 分别设置于移动架3上，培养槽1和营养液循环调控装置2通过管路连通，培养槽1所需的 营养液由营养液循环调控装置2提供。该系统采用了便于观察的培养槽1，营养液循环调控 装置2为培养槽1提供营养液，并对营养液的温度、含氧量、成分、供给量等进行控制，差异 性地模拟、调控培养室内的植物根系生长条件，实现植物根系生长的差异，为根系生长情况 的连续对比观察提供便利条件，整个系统集成于移动架3上。如图2所示，培养槽1由两个分隔的相互独立工作的培养室4组成，培养室4的前 立面设有透明材质制作的观察窗5，培养室4的后立面上设有透明材质制作的设备窗6，其 他部分不透光。观察窗5外立面的竖直凹槽7中可以插入透光率不同的遮光插板8 ；观察窗 5外立面上刻有具度量、定位作用的标尺及网格线9，便于直观比较根系长度、分布的差异； 观察窗5内立面安装有清洁擦板10，用于去除观察窗5上藻类等污垢。培养槽1的设备窗6 外侧安装有LED光源11以及与光源11配合使用的导光板12，提供均勻背光照明。培养室 4内填充颗粒状培养基质13，用以固定植株。培养室4底部有营养液收集口 14和泄水阀门
15。培养室4内所需的营养液由营养液循环调控装置2提供，喷洒在培养基质的上表面，在 重力作用下向下渗透。使用后的营养液通过培养室4下部的收集口 14、输液管路流出。实 验完成后，培养室4内残存的营养液由培养室底部的泄水阀门15排空。本发明中，采用深色、透明的不同粒径混合的颗粒状培养基质13，模拟自然土壤物 理环境，用以固定植株。如图3所示，移动架3包括支撑平台23、高度调节立柱M和万向轮25，高度调节 立柱M顶部安装支撑平台23，高度调节立柱M底部安装万向轮25，方便移动展示。本发明中，支撑平台23可以备有安装架、安装孔，可以固定设备。支架立柱对可 以为两节式，有高度调节功能。如图4所示，营养液循环调控装置2包括营养液储备桶16、循环泵17、过滤器18、 输液管路19及控制器20，该装置集成在箱体内。培养槽1的每个培养室4配有独立工作的 储备桶16、循环泵17、过滤器18、输液管路19、加温器21、加气泵22，每个营养液储备桶16 上安装有加温器21、加气泵22。每个储备桶16通过输液管路19与相应的培养室4连通， 在储备桶16与培养室4连通的输液管路19上设有循环泵17和过滤器18，在输液管路19 的连接下，储备桶16中的营养液由加温器21调温、加气泵22充氧后，经循环泵17加压、过 滤器18净化后输送到培养槽1中，培养槽1内使用过的营养液通过收集口 14流回储备桶
16。营养液循环流动闭合环路为储备桶16——循环泵17——过滤器18——培养室4—— 收集口 14——储备桶16。控制器20采用可编程控制器，循环泵17、加温器21和加气泵22分别连至控制器 20。本发明中，营养液循环调控装置2中的控制器20可以为多路可编程控制器，循环 泵17、加温器21和加气泵22分别连至控制器20，控制器20可分别控制加温器21、加气泵 22、循环泵17等部件的运行，根据实验方案要求，用以调整供给培养槽1内营养液的温度、 含氧量、养分供给量、供给频率、供给时间等，实现培养槽内差异性的生长条件。
如图1-4所示，本发明的工作原理及过程如下1、通过营养液循环调控装置实现培养槽内的生长环境差异。营养液的成分、配比预先处理后加入储备桶16中。根据实验方案，多路可编程控 制器20输出控制信号，通过加温器21、加气泵22调控储备桶16内营养液的温度、含氧量， 通过循环泵17调控营养液的供给量、供给频率、供给时间等。储备桶16中的营养液，由循 环泵17加压、过滤器18净化后经过输液管路19输送到培养槽1中，实现培养槽1中各培 养室4所需稳定的差异化的生长环境。使用过的营养液，在重力作用下通过培养槽底的收 集口 14，流回储备桶16，循环使用。2、培养槽稳定而又有差异的营养液环境，实现植物根系的形态差异。培养室4内颗粒状培养基质，对植物根系进行良好固定。营养液循环调控装置2 稳定供应植物生长所需的营养。培养槽1中的植物经过较长时间的稳定的差异化的平行培 养，实现根系的形态差异化。3、透过观察窗，实现对植物根系生长的连续对比观察。培养室4内深色透明的培养基质13、观察窗5上的擦板10、设备窗6上的LED光 源11、导光板12，以及输液管路19上的过滤器18，提供了培养槽内1良好的观察条件。观 察窗5上的标尺及网格线9，为植物根系长度和根系分布的连续观察提供了参照物。这些设 施，提供了直观的便利的根系观察条件。结果表明，本发明采用了便于观察的培养槽以及接近土壤物理环境条件的透明颗 粒状培养基质，通过控制营养液的成分、供给量等技术手段，差异性地模拟、调控培养室内 的植物根系生长条件，实现植物根系生长的差异，使根系生长情况的长期连续原位对比观 察成为可能。本发明既可以用于植物根系的向地性、向肥性、向水性等生长特性对比展示 等教学工作，又为连续对比观察不同环境条件下的植物根系生长情况提供了便利的实验工 具。
权利要求
1.一种适用于植物根系生长对比观察的展示系统，其特征在于该系统设有培养槽、 营养液循环调控装置、移动架三个主要部分，培养槽和营养液循环调控装置分别设置于移 动架上，培养槽和营养液循环调控装置通过管路连通，培养槽所需的营养液由营养液循环 调控装置提供；所述培养槽为相互独立工作的培养室构成，培养室的前立面设有观察窗，培养室的后 立面上设有设备窗。
2.按照权利要求1所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，其特征在于观 察窗外立面上刻有具度量、定位作用的标尺及网格线。
3.按照权利要求1所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，其特征在于观 察窗外立面安装遮光插板，观察窗内立面安装有擦板。
4.按照权利要求1所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，其特征在于设 备窗外侧安装有光源和导光板。
5.按照权利要求1所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，其特征在于培 养室内填充模拟自然土壤物理环境的颗粒状深色透明培养基质。
6.按照权利要求1所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，其特征在于培 养室底部有营养液收集口和泄水阀门。
7.按照权利要求1所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，其特征在于移 动架设有支撑平台、调节立柱和万向轮，调节立柱顶部安装支撑平台，培养槽和营养液循环 调控装置安装于支撑平台上，调节立柱底部安装万向轮。
8.按照权利要求1所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，其特征在于营 养液循环调控装置设有营养液储备桶、输液管路，每个储备桶通过输液管路与培养槽内的 相应培养室连通。
9.按照权利要求8所述的适用于植物根系生长对比观察的展示系统，其特征在于在 储备桶与培养室连通的输液管路上设有循环泵和过滤器，每个营养液储备桶上安装有加温 器、加气泵，循环泵、加温器和加气泵分别连至控制器。
全文摘要
本发明涉及不同生长条件下的植物根系生长对比观察展示系统，具体是一种利用水培法平行培养的可以满足植物连续生长需求的用于观察植物根系生长对比实验的展示系统。该系统设有培养槽、营养液循环调控装置、移动架三个主要部分，培养槽和营养液循环调控装置分别设置于移动架上，培养槽和营养液循环调控装置通过管路连通，培养槽所需的营养液由营养液循环调控装置提供。本发明既可以用于植物根系的向地性、向肥性、向水性等生长特性对比展示等教学工作，又为连续对比观察不同环境条件下的植物根系生长情况提供了便利的实验工具，解决现有技术中存在的无法直观、全面的测量，以及模拟、观测结果不准确、缺乏对比观测功能等问题。
文档编号A01G31/06GK102106252SQ200910248848
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者孙雨, 张粤, 陈玮 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所