一種基礎(chǔ)科研用的低濃度二氧化碳培養(yǎng)箱及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)和生物學(xué)科研技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種用于植物生理學(xué)基礎(chǔ)科研用的低濃度二氧化碳的培養(yǎng)箱以及控制方法，其關(guān)鍵是低于大氣自然二氧化碳濃度的控制和穩(wěn)定方法，為培養(yǎng)的植物創(chuàng)造穩(wěn)定的低濃度二氧化碳環(huán)境，且根據(jù)研究需要，穩(wěn)定控制培養(yǎng)箱的光照、溫度、濕度等生長(zhǎng)條件，且能夠遠(yuǎn)程操控。
【背景技術(shù)】
[0002]光合作用是綠色植物利用葉綠素等光合色素和某些細(xì)菌(如帶紫膜的嗜鹽古菌)利用其細(xì)胞本身，在可見(jiàn)光的照射下，將二氧化碳和水(細(xì)菌為硫化氫和水)轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并釋放出氧氣(細(xì)菌釋放氫氣)的生化過(guò)程，同時(shí)也是將光能轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物中化學(xué)能的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。對(duì)于生物界的幾乎所有生物來(lái)說(shuō)，這個(gè)過(guò)程是它們賴以生存的基礎(chǔ)，也是地球碳-氧平衡的重要媒介。
[0003]對(duì)高等植物而言，在整個(gè)光合作用過(guò)程中光是唯一的能量來(lái)源，二氧化碳則是光合作用的基本原料。植物與光、二氧化碳環(huán)境的關(guān)系一直是植物生理和植物生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
[0004]然而，由于外界環(huán)境條件的不可操作性，不能獲得任意組合的不同光照和二氧化碳濃度的穩(wěn)定環(huán)境條件，成為植物光合作用機(jī)理基礎(chǔ)研究的障礙，制約了植物、光、二氧化碳的生理生態(tài)學(xué)研究，也限制了作物育種中篩選高光效親本提高糧食產(chǎn)量等應(yīng)用研究。本發(fā)明則為解決這些問(wèn)題提供了裝置設(shè)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了提供一個(gè)光照、溫度、濕度和二氧化碳濃度可控，環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，且可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的人工氣候箱，為與植物光合作用相關(guān)的生理生態(tài)及應(yīng)用研究創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定可靠的環(huán)境條件。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種植物生理學(xué)基礎(chǔ)科研用的低濃度二氧化碳培養(yǎng)箱，所述的培養(yǎng)箱包括由帶有門(mén)體的培養(yǎng)室和設(shè)備安裝區(qū)組成的箱體，其中培養(yǎng)室借助水平設(shè)置的均風(fēng)板分隔為低濃度二氧化碳勻氣區(qū)和待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)，
[0007]低濃度二氧化碳勻氣區(qū)中設(shè)置有輸出新鮮空氣的輸出管路，
[0008]待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)中設(shè)置有抽氣管路，在均風(fēng)板下方設(shè)置有日光燈，在側(cè)壁上設(shè)置有空調(diào)室內(nèi)機(jī)，在置物平臺(tái)上設(shè)置有加濕器，在待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)中還設(shè)置有二氧化碳濃度傳感器和光、溫、濕傳感器，
[0009]在設(shè)備安裝區(qū)中設(shè)置有無(wú)油氣栗、二氧化碳吸收裝置、空調(diào)壓縮機(jī)、以及帶有CPU的電控單元，
[0010]所述的抽氣管路、無(wú)油氣栗、二氧化碳吸收裝置、和輸出管路依次連通，無(wú)油氣栗的受控端與電控單元連接，所述的空調(diào)室內(nèi)機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、加濕器、以及日光燈的受控端均與電控單元連接。
[0011]所述的均風(fēng)板中設(shè)置有長(zhǎng)槽孔陣列。
[0012]所述的培養(yǎng)室的箱體為有機(jī)透明玻璃材料。
[0013]在均風(fēng)板下方還設(shè)置有與日光燈配合的植物生長(zhǎng)補(bǔ)光燈。
[0014]本發(fā)明還涉及一種如上述的培養(yǎng)箱的控制方法，所述的方法是設(shè)置電控單元的CPU中的溫度、濕度、光照度、以及二氧化碳濃度的閾值，培養(yǎng)室的溫度通過(guò)CPU控制空調(diào)壓縮機(jī)與空調(diào)室內(nèi)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)，培養(yǎng)室的濕度通過(guò)CPU控制加濕器與空調(diào)壓縮機(jī)、空調(diào)室內(nèi)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)，培養(yǎng)室的光照度通過(guò)CPU控制日光燈來(lái)調(diào)節(jié)，培養(yǎng)室的二氧化碳濃度通過(guò)CPU控制無(wú)油氣栗來(lái)調(diào)節(jié)。
[0015]所述的溫度閾值控制在5?35°C。
[0016]所述的濕度閾值控制在50%?85%。
[0017]所述的光照度閾值根據(jù)待培養(yǎng)物的生長(zhǎng)周期進(jìn)行時(shí)序設(shè)定。
[0018]所述的二氧化碳濃度閾值控制在O?2000ppm。
[0019]本發(fā)明通過(guò)氣體循環(huán)裝置將培養(yǎng)箱內(nèi)的空氣抽入二氧化碳吸收裝置中，將箱體內(nèi)二氧化碳的濃度降低到較低水平，同時(shí)通過(guò)自動(dòng)控制裝置與空氣混合扇裝置將箱體內(nèi)的二氧化碳的濃度維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的水平。
[0020]本發(fā)明的有益效果是，通過(guò)控制培養(yǎng)箱內(nèi)的光照和二氧化碳濃度等環(huán)境條件，使得光合作用的有關(guān)研究能夠在研究所需的人工濃度下進(jìn)行，并可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)植物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況，從而獲得可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為植物光合作用基礎(chǔ)研究，生態(tài)學(xué)研究及育種高光效材料鑒定篩選等應(yīng)用研究提供設(shè)施。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明的培養(yǎng)箱結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)，參看圖1，虛線代表電信號(hào)連接線，培養(yǎng)箱為玻璃材質(zhì)，便于觀察內(nèi)部情況以及有較好的透光性。最好選用鋼化玻璃，強(qiáng)度會(huì)高一些。培養(yǎng)箱上設(shè)置有密封門(mén)結(jié)構(gòu)，方便拿取物品。地腳主要為了方便培養(yǎng)箱進(jìn)行移動(dòng)。
[0023]所述的二氧化碳吸收裝置10是一種裝有鈉石灰的過(guò)濾器。首先將植物或農(nóng)作物放入置物平臺(tái)7上。光、溫、濕傳感器16和二氧化碳濃度傳感器15實(shí)時(shí)采集光照強(qiáng)度、溫度、濕度、以及二氧化碳濃度的數(shù)值信息，當(dāng)二氧化碳濃度高于電控單元12中CPU的設(shè)定值，那么電控單元12開(kāi)啟無(wú)油氣栗9進(jìn)行抽氣，空氣中的二氧化碳經(jīng)過(guò)二氧化碳吸收裝置后輸出新鮮的空氣，所謂的新鮮空氣，即經(jīng)過(guò)二氧化碳吸收裝置過(guò)濾后的低濃度二氧化碳的空氣。新鮮空氣會(huì)經(jīng)輸出管路14以及均風(fēng)板4后送入待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)2。其中均風(fēng)板4為具有陣列多孔結(jié)構(gòu)，可以將新鮮空氣均勻的送入待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)2。二氧化碳濃度控制的同時(shí)，還對(duì)光照強(qiáng)度、溫度與濕度進(jìn)行控制，通過(guò)電控單元12對(duì)日光燈5與植物生長(zhǎng)補(bǔ)光燈17的開(kāi)啟與關(guān)閉，可以控制光照時(shí)間，同時(shí)植物生長(zhǎng)補(bǔ)光燈17可以配合日光燈5使用，避免照射范圍不均勻。電控單元12對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)11與空調(diào)室內(nèi)機(jī)6的開(kāi)啟與關(guān)閉，可以控制溫度的高低以及降低空氣濕度。電控單元12對(duì)加濕器8的開(kāi)啟與關(guān)閉，可以提高空氣濕度。通過(guò)綜合控制光照強(qiáng)度、溫度、濕度以及二氧化碳濃度的范圍，可以用于基礎(chǔ)科研，實(shí)現(xiàn)對(duì)植物或農(nóng)作物的光合效率的判定。
[0024]微型風(fēng)扇18可以補(bǔ)償二氧化碳濃度。當(dāng)二氧化碳濃度超出閾值時(shí)，此時(shí)無(wú)油氣栗9開(kāi)啟，同時(shí)微型風(fēng)扇18關(guān)閉，通過(guò)二氧化碳吸收裝置10來(lái)降低空氣中的二氧化碳濃度，當(dāng)達(dá)到二氧化碳濃度最低閾值時(shí)，無(wú)油氣栗9關(guān)閉，之后可以手動(dòng)控制微型風(fēng)扇18開(kāi)啟，微型風(fēng)扇18的設(shè)計(jì)原因在于當(dāng)二氧化碳濃度較低時(shí)，待培養(yǎng)物此時(shí)還需要進(jìn)行光合作用的二氧化碳，因此開(kāi)啟微型風(fēng)扇18可以將外界的空氣輸送過(guò)來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在吸收二氧化碳的同時(shí)可以補(bǔ)充二氧化碳，實(shí)現(xiàn)在一定時(shí)間內(nèi)可以穩(wěn)定控制二氧化碳濃度的效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種植物生理學(xué)基礎(chǔ)科研用的低濃度二氧化碳培養(yǎng)箱，其特征在于:所述的培養(yǎng)箱包括由帶有門(mén)體的培養(yǎng)室和設(shè)備安裝區(qū)(3)組成的箱體，其中培養(yǎng)室借助水平設(shè)置的均風(fēng)板(4)分隔為低濃度二氧化碳勻氣區(qū)(I)和待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)(2)， 低濃度二氧化碳勻氣區(qū)(I)中設(shè)置有輸出新鮮空氣的輸出管路(14)， 待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)(2)中設(shè)置有抽氣管路(13)，在均風(fēng)板(4)下方設(shè)置有日光燈(5)，在側(cè)壁上設(shè)置有空調(diào)室內(nèi)機(jī)(6)，在置物平臺(tái)(7)上設(shè)置有加濕器(8)，在待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)(2)中還設(shè)置有二氧化碳濃度傳感器(15)和光、溫、濕傳感器(16)， 在設(shè)備安裝區(qū)(3)中設(shè)置有無(wú)油氣栗(9)、二氧化碳吸收裝置(10)、空調(diào)壓縮機(jī)(11)、以及帶有CPU的電控單元(12)， 所述的抽氣管路(13)、無(wú)油氣栗(9)、二氧化碳吸收裝置(10)、和輸出管路(14)依次連通，無(wú)油氣栗(9)的受控端與電控單元(12)連接，所述的空調(diào)室內(nèi)機(jī)(6)、空調(diào)壓縮機(jī)(11)、加濕器(8)、以及日光燈(5)的受控端均與電控單元(12)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物生理學(xué)基礎(chǔ)科研用的低濃度二氧化碳培養(yǎng)箱，其特征在于:所述的均風(fēng)板(4)中設(shè)置有長(zhǎng)槽孔陣列。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物生理學(xué)基礎(chǔ)科研用的低濃度二氧化碳培養(yǎng)箱，其特征在于:所述的培養(yǎng)室的箱體為有機(jī)透明玻璃材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物生理學(xué)基礎(chǔ)科研用的低濃度二氧化碳培養(yǎng)箱，其特征在于:在均風(fēng)板(4)下方還設(shè)置有與日光燈(5)配合的植物生長(zhǎng)補(bǔ)光燈(17)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種植物生理學(xué)基礎(chǔ)科研用的低濃度二氧化碳培養(yǎng)箱，其特征在于:待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)(2)的側(cè)壁上設(shè)置有補(bǔ)償待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)(2) 二氧化碳濃度的微型風(fēng)扇(18)，微型風(fēng)扇(18)與電控單元(12)連接。6.如權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)箱的控制方法，其特征在于:所述的方法是設(shè)置電控單元(12)的CPU中的溫度、濕度、光照度、以及二氧化碳濃度的閾值，培養(yǎng)室的溫度通過(guò)CPU控制空調(diào)壓縮機(jī)(11)與空調(diào)室內(nèi)機(jī)(6)來(lái)調(diào)節(jié)，培養(yǎng)室的濕度通過(guò)CPU控制加濕器(8)與空調(diào)壓縮機(jī)(II)、空調(diào)室內(nèi)機(jī)(6)來(lái)調(diào)節(jié)，培養(yǎng)室的光照度通過(guò)CPU控制日光燈(5)來(lái)調(diào)節(jié)，培養(yǎng)室的二氧化碳濃度通過(guò)CPU控制無(wú)油氣栗(9)來(lái)調(diào)節(jié)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于:所述的溫度閾值控制在5?35°C。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于:所述的濕度閾值控制在50%?85 %。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于:所述的光照度閾值根據(jù)待培養(yǎng)物的生長(zhǎng)周期進(jìn)行時(shí)序設(shè)定。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于:所述的二氧化碳濃度閾值控制在O?2000ppmo
【專利摘要】一種基礎(chǔ)科研用的低濃度二氧化碳培養(yǎng)箱及控制方法，所述的培養(yǎng)箱包括由帶有門(mén)體的培養(yǎng)室和設(shè)備安裝區(qū)組成的箱體，其中培養(yǎng)室借助水平設(shè)置的均風(fēng)板分隔為低濃度二氧化碳勻氣區(qū)和待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)，低濃度二氧化碳勻氣區(qū)中設(shè)置有輸出新鮮空氣的輸出管路，待培養(yǎng)物培養(yǎng)區(qū)中設(shè)置有抽氣管路，在均風(fēng)板下方設(shè)置有日光燈，在側(cè)壁上設(shè)置有空調(diào)室內(nèi)機(jī)，在置物平臺(tái)上設(shè)置有加濕器，在設(shè)備安裝區(qū)中設(shè)置有無(wú)油氣泵、二氧化碳吸收裝置、空調(diào)壓縮機(jī)、以及帶有CPU的電控單元，所述的抽氣管路、無(wú)油氣泵、二氧化碳吸收裝置、和空氣進(jìn)口依次連通，無(wú)油氣泵的受控端與電控單元連接，所述的空調(diào)室內(nèi)機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、加濕器、以及日光燈的受控端均與電控單元連接。
【IPC分類】A01G9/18
【公開(kāi)號(hào)】CN105532314
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610015521
【發(fā)明人】刁現(xiàn)民, 唐蟬娟, 羅明昭, 陳淑萍, 張碩, 孫豐樂(lè), 馬洪彬
【申請(qǐng)人】中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所, 馬洪彬
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年1月11日