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组培微环境与规模化育苗设施环境调控的研究

徐志刚

  植物组培育苗是一项能获得大量同源母本基因幼苗的生物技术,具有其它育苗方法所无法比拟的优点,已成为植物良种繁育的重要手段。组培苗在园艺、农业和林业科研和生产具有广泛的应用前景。但是,传统组培育苗手段与设施极大地制约了其商品化生产的发展及其大规模应用。运用工程技术措施能够实现以较低的成本,大量生产生长一致、发育正常、无病毒或少病毒和驯化期短的组培苗。采用先进的环境综合调控大型育苗设施,组织工厂化、规模化组培苗生产,是实现组培苗成为商品普遍应用于农业生产的必然前提。从长远的观点来看,组培苗的规模化、工厂化生产会成为一种产业,将是21世纪大农业生产的重要支柱之一。组培苗会象农业生产资料、农业机械一样由种苗公司在种苗工厂中生产,成为商品供应于生产。本研究在全面总结国内外有关组培微生态环境及其控制的研究成果的基础上,针对国内组培育苗环境研究及设施现状,做了一些基础性和探索性研究。本文致力于进一步研究组培微环境问题,尝试了新的研究思路和研究方法:评价优选高效组培光源,探索光对微环境热平衡过程的影响和降温措施;研究评价有关封口材料的透气率及其对微环境气体因子的影响;研究不同光合光量子通量密度(Ⅰ)和CO_2浓度(C_o)对组培苗光合速率(P_n)的影响,及其它们的交互影响与优化匹配,建立叶用甘薯组培苗的光合模型,即P_n~(C_o,Ⅰ)数学表达式;研究湿度对组培苗生长的影响;开展了大规模组培育苗生长实验等等。本研究主要内容与成果如下:1、开展评价优选组培室补光光源的研究。选择在生物补光应用中有代表性的4种光源作补光效能的测定与计算分析,研究表明:在目前市场可选的范围内,稀土元素粉荧光灯是能够适合于组培室使用的高效补光光源。首次提出了组培补光光源的评判与选择的准则。并为研制高光合效应的组培专用光源提出了设计准则:(1)应是管状光源;(2)红橙光与蓝紫光波段的辐射比率应尽可能高于0.9,且红橙光波段辐射比率应高于0.5;(3)功率应在 100W以下;(4)发光效能要高于 50lin/W。2、研究调查了补光光源对组培微环境热平衡的影响过程,首次提出了有效降低补光光源致使组培环境温度升高的3个措施:(1)降低灯管及其附件的温度;(2)阻断光源与组培箱之间的热对流;(3)阻隔红外射线进入组培箱和组培瓶内,减少进入量。并根据上述原理,设计研制出组培微环境的光温控制设施,可将组培微环境温度保持在25℃-27℃之间,PPFD可以根据需要任意做 4种调节。该光温调控装置对组培微环境光照和温度的调控是间接的,不会对组培微环境的气体环境成分造咸任何扰动。微环境的光温调控和气体环境调控能够各自独立进行、互不干扰。3、在总结已有研究工作成果的基础上,首次提出大型育苗设施及其环境调控系统研制的2个设计思想,即:开放式组培设施及其环境调控和半开放式组培设施及其环境调控。开放式组培设施及其环境调控系统最有利于实现在所有组培育苗环节上的工厂化生产』代表了工厂化组培育苗的根本方向。但基于现阶段的经济和设备条件基础,半开放式育苗设施及其环境调控系统是目前较适宜的选择。4、基于半开放式育苗设施及其环境调控系统的设计理念,做了如下基础性和探索性研究,为研制半开放式育苗设施及其环境调控系统提供理论准备:(1)分析研究了封口材料透气率的测量原理和测量方法,研制出国内首台封口材料透气率的测量装置;测得2种常用封口材料的透气率值:4层硫酸纸的E值为0.一次儿;透气纸的E值为1刀次川,为研究组培苗的光合作用特性提供了基础。在国内率先测定了封口材料的失水速率,研究了组培容器的失水机理以及调控组培容器微环境湿度的途径和方法,即控制组培小客器内环境相对湿度可从3个角度着手:降低外环境相对湿度、采用吸水性和水分扩散性高的封口材料、促进外环境气体流动。(2)由于组培苗生长所处的独特环境,测量其光合速率十分困难,使得在测量装置上至今未有突破。在综合分析研究已有测量装置性能的基础上,设计研制成全新的组培苗光合速率半开放式自动化测量系统,完全克服了已有测量装置的弊端,实现了真正意义上的对组培苗生长环境无扰动的光合速率实时连续测量。5、利用研制的光合速率测量装置作处于生根培养阶段叶用甘薯组培苗的光合速率测定,分析了在半开放式设施系统中,组培箱内CO;浓度(C。)和 PPFD(I)对组培苗光合特性的影响过程,给出了适宜 CO;浓度和 PPFD二组合,即(C。,I)-(8 7 3 5,2 5 0)。通过不同外环境相对湿度对组培苗生长作用的实验研究,给出了适宜外环境的相对湿度值,即当采用透气纸作封口材料时,外环境的相对湿度应控制在50%-65%之间。结合所测得的4层硫酸纸和透气纸的失水速率,推断出当采用4层硫酸纸作封口材料时,外环境湿度应取 75%-85%较为适宜。6、首次研制出国内?……   
[关键词]:植物组培;微环境;规摸化;育苗设施;环境调控
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京农业大学2002年