一种微型热力脱毒装置及植物脱毒方法
【专利摘要】本发明涉及植物脱毒【技术领域】，为一种微型热力脱毒装置及植物脱毒方法，由上培养室Ⅰ、下培养室Ⅱ、连接器、隔热片、可控温加热装置共同组成一个培养装置，由隔热片实现上下培养瓶的热量隔绝，将整个装置分隔为两个各独立的培养空间，上部培养瓶为组培苗茎尖提供高温空间使得在此环境中生长的茎尖甚至茎短达到脱毒效果；下部培养瓶为组培苗基部提供适宜的生长环境，在此环境中的组培苗段能够正常生长为保障整株苗正常生长，实现生长与脱毒的分割式一体化控温培养，降低植物高温脱毒死亡率；提高植物茎尖无病毒组织大小，组织越大，成活率越高，操作难度越小；提高植物茎尖培养成活率；提高植物脱毒效率；降低植物脱毒的技术难度。
【专利说明】一种微型热力脱毒装置及植物脱毒方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及植物脱毒【技术领域】，具体涉及一种微型热力脱毒装置及植物脱毒方 法。
【背景技术】
[0002] 植物病毒病是作物的重要病害种类之一，目前已发现的植物病毒病害已超过700 种，几乎每种作物上都有一种、几种甚至十几种病毒危害，它们防治困难，危害严重，给农业 生产带来了巨大的损失，特别是木本植物和靠营养繁殖的植物，危害性更大一些。目前，植 物脱毒的方法主要有茎尖组培脱毒、热治疗脱毒、热治疗和茎尖组培相结合脱毒等方法。
[0003] 1.茎尖培养脱毒 莖尖培养脱毒原理：在染病毒植株体内，病毒分布并不均勻，在生长点病毒含量最 低。病毒通过维管束和胞间连丝传播，在分生区内无维管束，病毒扩散慢，加之植物细胞 不断分裂增生，所以病毒含量少，在茎尖生长点几乎检测不出病毒，因此切取茎尖愈小愈 好，但实际操作中茎尖取太小（〇. 1-0. 3mm)不易培养成活，过大又不能去毒。
[0004] 2.热处理脱毒 热处理的原理是病毒由蛋白质组成，高温可以使蛋白质变性，所以通过高温钝化病 毒。热处理的材料可以是母株（已长芽的块茎），也可以是已经剥离的已长到Icm左右的 小植株。高温热处理是在恒温箱内进行，将籽球或小苗放入恒温箱中，起点温度可稍低 些，逐渐升至处理温度，一般在35-54°C条件下热处理几小时、几天甚至几个月，高温的成 长环境造成大量植株死亡。
[0005] 3.热处理和茎尖组培相结合脱除病毒 对于单纯用茎尖培养难以脱除的病毒，可以先进行热力处理，先使植株茎尖无毒化，再 采用茎尖剥离组织培养方法，其中植株热处理时间的长短以及新芽的伸长量对脱毒的效果 有较大的影响，一般情况下，若切取的茎尖较小，则热处理时间可以缩短。反之，热处理时间 应适当加长。
[0006] 对目前采用的技术进行分析可以知道现有的茎尖脱毒技术存在茎尖取太小不易 培养成活，过大又不能去毒的问题；热处理脱毒存在苗子在恒温箱中培养过程长，会由于 高温伤害出现苗子大量死亡的现象，不同植物受温度影响不同，适应能力稍差的植物十之 七八会死亡；第三种热治疗和茎尖组培相结合脱除病毒虽然从一定程度上减轻了上述技术 问题，但是仍然存在热力脱毒过程中的大量苗子死亡的问题，茎尖脱毒需要剥离的茎尖还 是太小，目前茎尖剥离要通过显微镜下操作，完成0. 1-0. 3mm长度的剥离，操作难度大，茎 尖过短,成活率也低。
【发明内容】
[0007] 基于以上问题，本发明专利提供了一种植物脱毒方法以及微型热力脱毒装置，可 有效解决热治疗和茎尖组培相结合脱除病毒过程中热力脱毒过程中的大量苗子死亡的问 题，以及茎尖脱毒需要剥离的茎尖过小不易把握的问题。本专利用分割式一体控温培养，实 现组培苗基部处于常规组培环境以保障整株组培苗的正常生长、茎尖处于程序性高温可控 环境下实现热力脱毒的目的。
[0008] 为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是： 一种微型热力脱毒装置包括上部培养室I、下部培养室II、连接器、隔热片、可控温加 热装置，培养室I、II通过连接器上下连接，隔热片设置在连接器内，将上下培养室I、II隔 开，可控温加热装置设置在上培养室I外围，上培养室I顶部设置有通气孔，隔热片设置有 植株通过孔。
[0009] 通气孔为带有滤膜的圆形通气孔，其主要作用为滤菌、通气、散热。
[0010] 可控温加热装置包括保护罩、温度传感器、螺旋电热线组成，温度传感器设置在上 培养室I内，电热线螺旋套置在上培养室I外围，保护罩套置在电热线外围，保护罩为中空 筒状结构，其上部设置有横梁，电热线两端部固定在横梁底部，温度传感器固定在上培养室 I顶端，保护罩、电热线通过横梁固定设置在上培养室I顶端，电热线与上培养室I瓶壁及 保护罩内壁无接触。
[0011] 上下培养室均为一端开口的透明培养瓶，其中，上部培养瓶采用耐高温、高透明玻 璃材料，内径为15cm，外径为15. 8cm，高度为20cm，下培养室内径15cm，外径15. 8cm，高度为 12cm，上、下用培养瓶开口设置有外螺纹，连接器为中空，内设置有上螺纹、下螺纹的筒状连 接装置，上下培养室I、II可与连接器螺纹连接。
[0012] 所述的隔热片可分拆组装，隔热片可分为相互对接的两部分，植株通过孔的圆心 设置在对接线上，隔热片外径与下培养室II瓶口外径相同，其可放置在下培养室II瓶口上。
[0013] 所述的隔热片为两半圆插接而成，两半圆直径处设置有相互配合的插条和插槽， 其中一个半圆的插条可插接在另一半圆的插槽内，隔热片两部分对接后，中间对接线处有 多个圆形的植株通过孔，隔热片分离后植株通过孔也分离成两个半圆，植株通过孔内设置 有软性防挤压垫，沿隔热片半圆对接线分成两个小半圆，在无植株通过时，植株通过孔内两 个半圆型软性防挤压垫可对接密封植株通过孔。
[0014] 连接器为耐高温材质，隔热片的作用在于上下培养室的热量隔绝。
[0015] 所述软性防挤压垫作用是实现组培苗与隔热片的软性紧密连接。软性防挤压垫采 用耐高温橡胶软皮。
[0016] 可控温加热装置还包括温度控制装置，该装置包括温度传感器模块、温度变送器、 A/D转换模块、中央控制系统模块、加热部件、电源模块组成，温度传感器模块通过线路与上 培养室I内的温度传感器连接，其通过温度变送器、A/D转换模块与中央控制系统模块连 接，加热部件与电源模块连接，电源模块与中央控制系统模块连接，加热部件为电热丝。
[0017] 温度传感器模块，主要实现培养装置上半部分的温度信息采集。温度传感器采用 PT1000,其工作温度可以达到-200°c?+200°C，其精度等级在0. 2级，温度分辨率可以达到 ±0. 01°C。完全满足培养装置在整个实验过程中温度测量的需求。
[0018] 所述温度变送器主要完成了 PT1000信号的处理。PT1000的工作原理为自身阻值 随温度的变化而发生变化。进行温度信息采集时需要首先将其阻值信息转化为电量信息 (电压、电流)。本发明采用的是电阻桥的方式进行电阻变换，然后利用高精度的仪表AD620 放大器将温度信号转化为变化的电压信号。
[0019] 所述A/D转换模块实现了 PTlOOO温度信号到数字信号之间的转换。为提高系统 分辨率和采样精度。该系统采用16位AD采样芯片ADS8344,采样基准电压源选用AD586。
[0020] 所述加热部件可以完成培养装置中温度的提升。整个系统的控制稳定度也取决于 该模块的加热性能。本发明中选用硅橡胶螺旋电热线作为加热部件，其优点在于其温度上 升比较稳定、表面散热均匀、工作电压为5V-12V。
[0021] 所述中央控制系统模块为整个控制系统的核心。首先结合当前系统时间和控制方 案获取培养容器中的设定温度信息。然后利用温度变送器和A/D模块读取当前培养容器中 的温度信息，并与设定温度信息进行比较得到控制差值。在中央控制系统中集成了 PID控 制算法，通过将差值信息输入控制算法就可获得当前的控制策略。通过加热部件进行控制 策略的执行，使得培养装置稳定在设定温度信息左右，其误差精度不超过±〇. 5°C。
[0022] 所述电源模块提供整个系统运行所需要的电源，并且保证电压、电流和纹波及谐 波参数满足系统需要。
[0023] -种植物脱毒方法，首先将一棵组培苗置于上述微型热力脱毒装置中，即将隔热 片分离，调整组培苗上下位置，合并隔热片夹持组培苗放置到下培养室中，通过隔热片将组 培苗分为两部分进行培养，上部分为待剥离茎尖部分，通过上培养室与连接器连接，完成上 培养室固定，上培养室外套置上可调温控装置，通过温度传感器检测以及温控装置的设定 控制为上培养室提供程序性高温环境，使得在此环境中生长的茎尖甚至茎段达到脱毒效 果；同时下培养室为组培苗下部提供正常组培温度、组培液等环境，使此部分内的组培苗段 正常生长，为整株组培苗的生存和生长提供营养、激素等，确保上培养室中茎尖、茎短部分 营养供给，提高其成活率；待上培养室内茎尖部分高温脱毒后，剥离茎尖或包含茎尖的茎短 部分进行无毒组培。
[0024] 可调温控装置先结合当前系统时间和控制方案获取培养容器中的设定温度信息。 然后利用温度变送器和A/D模块读取当前培养容器中的温度信息，并与设定温度信息进行 比较得到控制差值。在中央控制系统中集成了 PID控制算法，通过将差值信息输入控制算 法就可获得当前的控制策略。通过加热部件进行控制策略的执行，使得培养装置稳定在设 定温度信息左右，其误差精度不超过±〇. 5°C，完成上培养室稳定的高温环境控制。
[0025] 由上培养室I、下培养室II、连接器、隔热片共同组成一个培养装置，由隔热片实 现上下培养瓶的热量隔绝，将整个装置分隔为两个各独立的培养空间，上部培养瓶为组培 苗茎尖提供高温空间使得在此环境中生长的茎尖甚至茎短达到脱毒效果；下部培养瓶为 组培苗基部提供适宜的生长环境，在此环境中的组培苗段能够正常生长为保障整株苗正常 生长，避免由于高温伤害造成热力脱毒苗死亡；软性防挤压垫将组培苗与真空隔热片实现 软性紧密连接，保护组培苗免受机械伤害和上下培养瓶的绝对分隔。保护罩能够防止热量 的散失，提高热量的利用效率和避免加热过程中人体接触电热丝造成的烫伤危害。温度传 感器用于测定上部培养瓶内的温度，以温度传感器测定的数据为温度自动控制系统提供依 据。电热丝用于上部培养瓶的加热，依据自动控制系统的指示进行温度控制。由此装置实 现了生长与脱毒的分割式一体化控温培养。
[0026] 本发明的有益效果为：通过微型热力脱毒装置及植物热力脱毒方法，提高植物茎 尖部分的生长最高温度；延长植物在高温环境中的生存时间；降低植物高温脱毒死亡率； 提高植物茎尖无病毒组织大小，组织越大，成活率越高，操作难度越小；提高植物茎尖培养 成活率；提高脱毒效率；降低脱毒的技术难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为本发明实施例结构示意图； 图2为图1俯视意图； 图3为图1中隔热片结构不意图； 图4为该发明中可调温控装置原理框图。
【具体实施方式】
[0028] 如附图所示的一种微型热力脱毒装置包括上部培养室I 1、下部培养室II 2、连接 器3、隔热片4、可控温加热装置，培养室I 1、II 2通过连接器3上下连接，隔热片4设置在 连接器3内，将上下培养室I、II隔开，可控温加热装置设置在上培养室I 1外围，上培养室 I 1顶部设置有通气孔8,隔热片4设置有植株通过孔。
[0029] 通气孔8为带有滤膜的圆形通气孔，其主要作用为滤菌、通气、散热，上培养室I 1 顶端共设置四个，分布在保护罩7横梁两侧。
[0030] 可控温加热装置包括保护罩7、温度传感器5、螺旋电热线6组成，温度传感器5设 置在上培养室I 1内顶端，上培养室I 1顶端设置有螺丝通过用孔，温度传感器5端部设置 有带外螺纹的电线终端穿过孔并通过螺丝固定在上培养室I顶端，电热线6螺旋套置在上 培养室I外围，保护罩7套置在电热线6外围，保护罩7为中空筒状结构，其上部设置有横 梁9,电热线6两端部固定在横梁9底部，温度传感器5固定在上培养室I顶端，保护罩7、 电热线6通过横梁9固定设置在上培养室I顶端，电热线6与上培养室I瓶壁及保护罩7 内壁无接触。
[0031] 上、下培养室均为一端开口的透明培养瓶，其中，上部培养瓶采用耐高温、高透明 玻璃材料，内径为15cm，外径为15. 8cm，高度为20cm，下培养室内径15cm，外径15. 8cm，高度 为12cm，上、下用培养瓶开口设置有外螺纹，连接器为中空，内设置有上螺纹、下螺纹的筒状 连接装置，上下培养室I、II可与连接器螺纹连接。
[0032] 所述的隔热片4可分拆组装，隔热片4可分为相互对接的两部分，植株通过孔的圆 心设置在对接线上，隔热片4外径与下培养室II瓶口外径相同，其可放置在下培养室II瓶 口上。
[0033] 所述的隔热片4为两半圆插接而成，两半圆直径处设置有相互配合的插条10和插 槽11，其中一个半圆的插条10可插接在另一半圆的插槽11内，隔热片4两部分对接后，中 间对接线处有多个圆形的植株通过孔，隔热片4分离后植株通过孔也分离成两个半圆，植 株通过孔内设置有软性防挤压垫12,沿隔热片4半圆对接线分成两个小半圆，在无植株通 过时，植株通过孔内两个半圆型软性防挤压垫12可对接密封植株通过孔。
[0034] 连接器3为耐高温材质，隔热片4的作用在于上下培养室的热量隔绝。
[0035] 所述软性防挤压垫12材质为耐高温橡胶软皮，其作用是实现组培苗与隔热片4的 软性紧密连接。
[0036] 可控温加热装置还包括温度控制装置，该装置包括温度传感器模块、温度变送器、 A/D转换模块、中央控制系统模块、加热部件、电源模块组成，温度传感器模块通过线路13 与上培养室I 1内的温度传感器5连接，其通过温度变送器、A/D转换模块与中央控制系统 模块连接，加热部件与电源模块连接，电源模块与中央控制系统模块连接，加热部件为电热 丝。
[0037] 温度传感器模块，主要实现培养装置上半部分的温度信息采集。温度传感器5采 用PT 1000,其工作温度可以达到-200°c?+200°C，其精度等级在0. 2级，温度分辨率可以达 到±0.01°C。完全满足培养装置在整个实验过程中温度测量的需求。
[0038] 所述温度变送器主要完成了 PT1000信号的处理。PT1000的工作原理为自身阻值 随温度的变化而发生变化。进行温度信息采集时需要首先将其阻值信息转化为电量信息 (电压、电流)。本发明采用的是电阻桥的方式进行电阻变换，然后利用高精度的仪表AD620 放大器将温度信号转化为变化的电压信号。
[0039] 所述A/D转换模块实现了 PT1000温度信号到数字信号之间的转换。为提高系统 分辨率和采样精度。该系统采用16位AD采样芯片ADS8344,采样基准电压源选用AD586。
[0040] 所述加热部件可以完成培养装置中温度的提升。整个系统的控制稳定度也取决于 该模块的加热性能。本发明中选用硅橡胶螺旋电热线作为加热部件，其优点在于其温度上 升比较稳定、表面散热均匀、工作电压为5V-12V。
[0041] 所述中央控制系统模块为整个温度控制系统的核心。首先结合当前系统时间和控 制方案获取培养容器中的设定温度信息。然后利用温度变送器和A/D模块读取当前培养容 器中的温度信息，并与设定温度信息进行比较得到控制差值。在中央控制系统中集成了 PID 控制算法，通过将差值信息输入控制算法就可获得当前的控制策略。通过加热部件进行控 制策略的执行，使得培养装置稳定在设定温度信息左右，其误差精度不超过±0. 5°C。
[0042] 所述电源模块提供整个系统运行所需要的电源，并且保证电压、电流和纹波及谐 波参数满足系统需要。
[0043] 一种植物脱毒方法，首先将一棵组培苗置于上述微型热力脱毒装置中，即将隔热 片分离，调整组培苗上下位置，合并隔热片夹持组培苗放置到下培养室中，通过隔热片将组 培苗分为两部分进行培养，上部分为待剥离茎尖部分，通过上培养室与连接器连接，完成上 培养室固定，上培养室外套置上可调温控装置，通过温度传感器检测以及温控装置的设定 控制为上培养室提供程序性高温环境，使得在此环境中生长的茎尖甚至茎段达到脱毒效 果；同时下培养室为组培苗下部提供正常组培温度、组培液等环境，使此部分内的组培苗段 正常生长，为整株组培苗的生存和生长提供营养、激素等，确保上培养室中茎尖、茎短部分 营养供给，提高其成活率；待上培养室内茎尖部分高温脱毒后，剥离茎尖或包含茎尖的茎短 部分进行无毒组培。
[0044] 可调温控装置先结合当前系统时间和控制方案获取培养容器中的设定温度信息， 然后利用温度变送器和A/D模块读取当前培养容器中的温度信息，并与设定温度信息进行 比较得到控制差值，在中央控制系统中集成了 PID控制算法，通过将差值信息输入控制算 法就可获得当前的控制策略，通过加热部件进行控制策略的执行，使得培养装置稳定在设 定温度信息左右，其误差精度不超过±〇. 5°C，完成上培养室稳定的高温环境控制。
[0045] 该发明热力脱毒方法与传统脱毒方法的对比
【权利要求】
1. 一种微型热力脱毒装置，其特征在于：包括上部培养室I、下部培养室II、连接器、 隔热片、可控温加热装置，培养室I、11通过连接器上下连接，隔热片设置在连接器内，将上 下培养室I、II隔开，可控温加热装置设置在上培养室I外围，上培养室I顶部设置有通气 孔，隔热片设置有植株通过孔。
2. 根据权利要求1所述的微型热力脱毒装置，其特征在于：通气孔为带有滤膜的圆形 通气孔。
3. 根据权利要求1所述的微型热力脱毒装置，其特征在于：可控温加热装置包括保护 罩、温度传感器、螺旋电热线组成，温度传感器设置在上培养室I内，电热线螺旋套置在上 培养室I外围，保护罩套置在电热线外围，保护罩为中空筒状结构，其上部设置有横梁，电 热线两端部固定在横梁底部，温度传感器固定在上培养室I顶端，保护罩、电热线通过横梁 固定设置在上培养室I顶端，电热线与上培养室I瓶壁及保护罩内壁无接触。
4. 根据权利要求1所述的微型热力脱毒装置，其特征在于：上下培养室均为一端开口 的透明培养瓶，上、下用培养瓶开口设置有外螺纹，连接器为中空，内设置有上螺纹、下螺纹 的筒状连接装置，上下培养室I、II可与连接器螺纹连接。
5. 根据权利要求1所述的微型热力脱毒装置，其特征在于：所述的隔热片可分拆组装， 隔热片可分为相互对接的两部分，植株通过孔的圆心设置在对接线上，隔热片外径与下培 养室II瓶口外径相同，其放置在下培养室II瓶口上。
6. 根据权利要求5所述的微型热力脱毒装置，其特征在于：所述的隔热片为两半圆插 接而成，两半圆直径处设置有相互配合的插条和插槽，其中一个半圆的插条可插接在另一 半圆的插槽内，隔热片两部分对接后，中间对接线处有多个圆形的植株通过孔，隔热片分离 后植株通过孔也分离成两个半圆，植株通过孔内设置有软性防挤压垫，沿隔热片半圆对接 线分成两个小半圆，植株通过孔内两个半圆型软性防挤压垫可对接密封植株通过孔。
7. 根据权利要求1所述的微型热力脱毒装置，其特征在于：可控温加热装置还包括温 度控制装置，该装置包括温度传感器模块、温度变送器、A/D转换模块、中央控制系统模块、 加热部件、电源模块组成，温度传感器模块通过线路与上培养室I内的温度传感器连接，其 通过温度变送器、A/D转换模块与中央控制系统模块连接，加热部件与电源模块连接，电源 模块与中央控制系统模块连接，加热部件为电热丝。
8. -种植物脱毒方法，其特征为：首先将一棵组培苗置于上述微型热力脱毒装置中， 即将隔热片分离，调整组培苗上下位置，合并隔热片夹持组培苗放置到下培养室中，通过隔 热片将组培苗分为两部分进行培养，上部分为待剥离茎尖部分，通过上培养室与连接器连 接，完成上培养室固定，上培养室外套置上可调温控装置，通过温度传感器检测以及温控装 置的设定控制为上培养室提供程序性高温环境，使得在此环境中生长的茎尖甚至茎段达到 脱毒效果；同时下培养室为组培苗下部提供正常组培温度、组培液等环境，使此部分内的组 培苗段正常生长，为整株组培苗的生存和生长提供营养、激素等，确保上培养室中茎尖、茎 短部分营养供给，提高其成活率；待上培养室内茎尖部分高温脱毒后，剥离茎尖或包含茎尖 的茎短部分进行无毒组培。
9. 根据权利要求8所述的植物脱毒方法，其特征为：可调温控装置先结合当前系统 时间和控制方案获取培养容器中的设定温度信息，然后利用温度变送器和A/D模块读取 当前培养容器中的温度信息，并与设定温度信息进行比较得到控制差值，在中央控制系统 中集成了 PID控制算法，通过将差值信息输入控制算法就可获得当前的控制策略，通过加 热部件进行控制策略的执行，使得培养装置稳定在设定温度信息左右，其误差精度不超过 ±0. 5°C，完成上培养室稳定的高温环境控制。
【文档编号】A01H4/00GK104221857SQ201410433151
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】高东升, 肖伟, 李玲, 陈修德, 宁昕, 侯加林 申请人:山东农业大学