[发明专利]栽培小植物的装置和使用该装置栽培小植物的方法

说明书

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。