大规模开展烟草次生代谢物表型鉴定的水培设备及方法与流程

本发明属于农业科技技术领域，尤其涉及一种大规模开展烟草次生代谢物表型鉴定的水培设备及方法。

背景技术：

植物次生代谢物为人类提供丰富药物、香料和工业原料，具有广泛的应用价值。次生代谢物种类丰富，按照化合物结构可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、甾体及其甙以及生物碱七大类。烟碱占烟草总生物碱含量的90％以上，是烟草品质的主要成分；另外一些萜烯、醇类、酸类、酚类等是烟草香气的前体物质，它们直接或间接影响烟草及其制品的质量，因此次生代谢物是烟草品质研究的热点。

次生代谢物并不是均匀分布在植物体内，其代谢途径一般定位于某一器官、组织或细胞中，受到独立的调控。代谢物的含量与植物的发育时期，组织部位有着密切的联系。为了提取特定次生代谢物，研究人员需根据该化合物的代谢途径选择植物发育时期、富集部位进行取样分析。影响烟草品质的次生代谢物多在烟草开花后，烟叶成熟期富集，因此研究取样多选用成熟期烟草。

现有技术中，主要采用以下两种方法对烟草次生代谢物进行研究：

第一种方法：大田种植不同烟草材料，在田间统一管理至成熟期，采集烟叶进行调制处理，然后分析次生代谢物的含量。

第二种方法：在温室种植，以培养盒或周转箱作为容器，采用营养液培养烟草，定时更换营养液至烟草成熟期，采集烟叶分析次生代谢物的含量。

综上所述，现有技术存在的一些问题，影响研究的效率。大田种植的局限性：(1)烟草整个生长期受到土壤病虫病和环境影响，缺少一致性的实验条件，次生代谢物的含量变化大；(2)烟草品种间的抗病性不同，有些品种受病害影响严重或植株死亡，采收不到合格样品；(3)烟碱等次生代谢物在植株中合成、储存部位不同，需要在不同植株部位取样。尤其地下部分取样易受到土壤杂质的干扰，样品不易纯化；(4)烟草整个生长期必须保持一致的田间管理，由此需要操作人员投入大量的时间和精力；

在温室用容器加营养液培养虽然降低了土壤病虫害的干扰，提高了培养环境的一致性，但是还有存在问题，限制烟草大规模表型鉴定。(1)进行烟草次生代谢物研究一般要等到烟叶成熟时期取样，所以必须长时间培养烟草，为了防止烟株在生长过程中根部因缺氧而腐烂，需要频繁更换营养液(3-5天)；(2)培养的容器之间受植物蒸腾作用，烟株数量不同等影响，培养液体积和成分会有差异；(3)为避免一些病菌侵害，将农药添加在营养液中，但是由于频繁更换营养液，药品有效但却丢弃，造成药品浪费(4)如有不同处理(实验组和对照组)，同样需要定期更换实验组培养液和和对照组培养液，由此需要消耗大量的人力和营养液。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种大规模开展烟草次生代谢物表型鉴定的水培设备及方法。

本发明是这样实现的，一种大规模开展烟草次生代谢物表型鉴定的水培方法，包括以下步骤：

步骤一、搭建烟草水培装置；

步骤二、配制营养液；

步骤三、向漂浮育苗盘中转入35天～40天的烟草小苗；

步骤四、设置定时控制装置的时间，启动抽水泵；

步骤五、根据植株生长高度，调节固定植株的绳架高度。

本发明另一目的在于提供一种大规模开展烟草次生代谢物表型鉴定的水培设备，包括多个周转箱，多个周转箱的底部均搭设有支架，多个周转箱的同一高度位置开设有排水口，所有的排水孔均与排水管道相连通，排水管道的末端与储液容器相连通；

储液容器内放置有抽水泵，抽水泵的出水端连通输液总管，输液总管上设置有若干与周转箱相匹配的输液支管，输液支管安装在周转箱的上方；每个周转箱均放置有漂浮育苗盘。

进一步，所述储液容器的外壁上通过螺栓固定安装有定时控制装置，定时控制装置的信号输出端与抽水泵的控制端电连接。

进一步，所述周转箱采用蓝色周转箱，蓝色周转箱采用外尺寸：66cm×40cm×16cm，内尺寸：62cm×36cm×15cm的长方体容器。

进一步，所述漂浮育苗盘采用4孔或20孔漂浮育苗盘。

进一步，所述排水口开设于周转箱上部位置；周转箱上方搭有绳架，用于固定植株。

本发明的优点及积极效果为：该大规模开展烟草次生代谢物表型鉴定的水培设备在进行烟草培养过程中，使营养液循环流动，保证其含氧量，无需频繁更换营养液，从而减少人力和营养液的消耗。另外，各个蓝色周转箱的营养液均与储液容器连通，从而增加了不同蓝色周转箱间营养液一致性，为烟草提供一致的生长环境，实现大规模烟草次生代谢物含量鉴定和烟叶品质评价。

现有温室用培养液水培溶液，植株苗期7天更换一次营养液，成株期3-5天更换一次营养液，平均培养90天，约更换15次营养液。以一次培养25个容器为例，一个62cm×36cm×15cm的周转箱，能够盛放营养液30l，培养期需要11250l营养液。更换一个容器的营养液需要移动植株，倾倒遗留营养液，注入新的营养液，再将植株恢复到原位，平均每个耗时4分钟左右，一次更换25个容器需要100分钟，培养期共需要1500分钟(25小时)。采用本方法，植株苗期14天更换一次，成株期7天更换一次，培养期共更换10次。更换营养液时，仅需要补充储液容器中的营养液，以25个周转箱为例，一般一次需补充260l营养液，共更换2600l营养液即可。每次更新溶液约8分钟，培养期共需要80分钟。营养液的配制需要大量营养元素，包括大量、中量和微量元素，这些药品都需要较高花费，相比原有方法，试剂药品和水的消耗量仅为原方法的23％，更换营养液耗时为原方法的5％。大大提高了培养的效率，降低了人力和药品的消耗量。此外，原方法，更换一个周转箱30l营养液即约30公斤的重量，需先倾倒遗留溶液，一般的女生做这种实验就非常困难，而男生也需要耗费不少体力。本方法，仅需向储液容器注入营养液母液，加水稀释即可，无需移动容器，简单轻便，对操作人员体力没有要求。本方法为不仅提高了培养条件的一致性，还为大规模开展烟草次生代谢物表型鉴定提供设备保障。下面结合下表的对比，体现本发明的创造性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的大规模开展烟草次生代谢物表型鉴定的水培方法流程图；

图2是本发明实施例提供的大规模开展烟草次生代谢物表型鉴定的水培设备的结构示意图；

图中：1、周转箱；2、输液总管；3、储液容器；4、抽水泵；5、定时控制装置；6、输液支管；7、排水管道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的大规模开展烟草次生代谢物表型鉴定的水培方法，包括以下步骤：

s101、搭建烟草水培装置；其中，针对烟草培养的规模，启用双侧或者单侧培养箱；并根据烟草植株的大小选择不同孔数的漂浮育苗盘；

s102、配制营养液；向水培装置的蓝色周转箱和储液容器中注入定量的营养液；

s103、向漂浮育苗盘中转入35～40天的烟草小苗；另外，漂浮育苗盘中转入烟草小苗时，同时采用海绵对烟草幼苗进行固定；

s104、设置定时控制装置的时间，启动抽水泵；

s105：根据植株生长高度，调节固定植株的绳架高度。

如图2所示，本发明实施例提供的大规模开展烟草次生代谢物表型鉴定的水培设备，包括多个周转箱1，多个周转箱1的底部均搭设有支架，多个周转箱1的同一高度位置开设有排水口，所有的排水孔均与排水管道7相连通，排水管道7的末端与储液容器3相连通；

储液容器3内放置有抽水泵4，抽水泵4的出水端连通输液总管2，输液总管2上设置有若干与周转箱1相匹配的输液支管6，输液支管6安装在周转箱1的上方；每个周转箱1均放置有漂浮育苗盘。

进一步，所述储液容器3的外壁上通过螺栓固定安装有定时控制装置5，定时控制装置5的信号输出端与抽水泵4的控制端电连接。

进一步，所述周转箱1采用蓝色周转箱，蓝色周转箱1采用外尺寸：66cm×40cm×16cm，内尺寸：62cm×36cm×15cm的长方体容器。

进一步，所述漂浮育苗盘采用4孔或20孔漂浮育苗盘。

进一步，所述排水口开设于周转箱1靠上位置；周转箱上方搭有绳架，用于固定植株。

本发明的工作原理：使用营养液对烟草进行培养时，需要多次更换营养液，由此导致操作人员工作量太大，进而无法实现大规模培养的问题，提出了一种营养液能够循环流动的烟草水培培养装置和培养方法，从而减少了人力物力，增加了不同蓝色周转箱1营养液的一致性，可实现大规模烟草次生代谢物表型鉴定和评价，具体内容如下：

实施例：

实际应用中，蓝色周转箱1的设置数量依据待测样品的数量而定，例如，为数十个；并且，蓝色周转箱1采用外尺寸：66cm×40cm×16cm，内尺寸：62cm×36cm×15cm的长方体容器。漂浮育苗盘的数量与蓝色周转箱1的设置数量相同，并且，可采用4孔漂浮育苗盘，当然，漂浮育苗盘的孔位数可根据材料的数量和植株大小进行适当的调整，例如小苗期可20孔。在图1中，未示出漂浮育苗盘的结构；并且，在图2中，是以设置3个蓝色周转箱1为例示出的。

在蓝色周转箱1下面搭设支架，然后将周转箱1放在支架上，将储液容器3置在地面，储液容器3可以为水桶，体积根据实际测试需求而定，例如，为260l等。抽水泵4可设置于储液容器3中，抽水泵4的进液管与储液容器3连通；抽水泵4的输液总管2上引出若干个输液支管6，每个输液支管6的输液口位于蓝色周转箱1的上方，可将储液容器3中的液体注入到蓝色周转箱1；在每个蓝色周转箱1的同一高度位置开设有排水口，排水口开设于蓝色周转箱1靠上的位置，用于当蓝色周转箱1中注入水量达到设定值时，通过排水口溢流。各个蓝色周转箱1的排水口通过排水管道7串联，排水管道7的排水端与储液容器3连通；可保证从各个蓝色周转箱1溢流后的液体返回到储液容器3中，实现液体的循环流动。另外，定时控制装置5与抽水泵4电连接，用于定时控制抽水泵4的启停，进而实现营养液的高效循环流动。

其中，每当抽水泵4启动后，抽水泵4将储液容器3中的营养液分别输送到各个蓝色周转箱1中；同时，由于蓝色周转箱1的上方等高度设置有排水口，因此，当蓝色周转箱1内已储存的水量达到排水口高度时，便通过排水口流出，并最终流回到储液容器3中，由此实现营养液的定期循环；通过定期循环营养液，保证了营养液的含氧量，从而不需要频繁更换营养液。

在经过一定培养时间后，观察烟株生长过程中的植株形态性状并取样检测次生代谢物含量，以及其合成代谢相关基因的表达水平。也可以培养至开花打顶后半个月可采样鉴定成熟烟叶的次生代谢物含量，评价烟叶品质。

另外，进行以下比较例：

试验例：对于本发明提供的水培装置，以营养液为介质，采用前述方法，抽水泵4每天启动两次，每次2小时，进而使营养液定期循环，在经过90天后，观察烟草农艺性状和烟草次生代谢物的含量。

对照例：采用常规的培养方法，即：以培养盒为容器，采用与试验例完全相同的营养液，并且，采用与试验例烟草苗期相同的烟草苗进行培养，每隔5天更换一次营养液，在经过90天后，观察烟草的形态性状和次生代谢物的含量。

经比较，可以看到，试验例所培养得到的烟草苗期的形态性状和生理指标，与对照例基本一致。由此证明本发明所采用的使营养液循环流动的方法，可达到与定期更换营养液基本一致的培养效果。但是，可以明显看出，本发明所提供的设备和方法，可以免去频繁更换营养液的麻烦和物质浪费，比如一个66cm×40cm×16cm的周转箱1，能够盛放营养液30l，即约30公斤的重量，一般的女生做这种实验就非常困难，而男生也需要耗费不少体力。不仅如此，每个周转箱1所用的营养液都需要大量营养元素，包括大量、中量和微量元素，这些药品都需要较高花费，而本发明，通过循环使用营养液，省去很多药品费用。因此，本发明明显节省了烟草次生代谢物研究用材料的费用、省去大量配制药品的时间和更换营养液的时间。本发明人利用本发明方法，已经开展了7份烟草种质培养，获得了3000多个形态和生理性状指标，且可以方便的研究烟草根系性状及根中合成的次生代谢物的代谢途径变化。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。