無糖組織培養技術

0利用珍珠巖進行組培苗的固定,增加材料的氣調和生長無糖組織培養是一種新的植物組織培養方法，其特點是采用人工環境控制手段，利用co代替糖作為植物的碳源，為植物生長提供最適宜的光照條件、加熱、水、氣、營養等條件，促進植物的光合作用，促進植物的生長發育。由于無糖組織培養采用自然換氣或強制換氣來提高組織培養空間內的CO2濃度和氣流速度,需要進行組織培養空間與環境之間大量的氣體交換,氣流的擾動常使培養基水分損失加大,易造成干旱脅迫和生根階段培養基中的養分虧缺。用珍珠巖將組培苗固定在栽培容器中,定時供給營養液到栽培容器為組培苗提供養分和水分,可以解決以上問題。營養液的pH值、電導率值、液體溫度、溶存氧的穩定以及調節對于組培苗的生長十分重要。為了降低營養液頻繁排放對環境造成的污染,營養液應該循環使用。因此,營養液供給系統是無糖組織培養中的關鍵技術之一。1砂濾段反滲透+離子交換樹脂營養液處理工藝營養液系統由母液桶、計量泵、電磁閥、水處理裝置、滅菌裝置、加熱器、營養液混合桶、水泵、管道、傳感器和計算機等構成。營養液系統結構如圖1所示。工作原理如下:自來水經砂濾、離子交換樹脂去除水中雜質后注入營養液混合桶,用pH和電導率傳感器檢測液體參數,計算機控制計量泵分別輸入濃縮母液和酸堿緩沖液,并通過水流噴射器攪拌液體來控制營養液的電導率值和pH值。用溶存氧、溫度傳感器檢測液體溶存氧和溫度,計算機控制無油空壓機與加熱器調節營養液的溶存氧和溫度。供液泵將營養液輸送到培養箱的水槽,并經管道回流到回液桶,由回液泵將回液桶中的營養液經紫外線滅菌器送回營養液混合桶,從而使營養液循環使用。2管理系統的設計2.1多變量輸出系統控制系統主要由傳感器、A/D采集板、開關量輸出板、繼電器驅動板、工業計算機和執行機構等組成,如圖2所示。控制系統為多變量輸入輸出系統。傳感器檢測營養液的各個參數,并轉換成模擬信號,經過A/D接口板采集數據,用計算機進行數字濾波和標度變換處理,將輸入量與設定值比較,并計算偏差后,依據控制策略輸出開關量,通過繼電器驅動板控制各執行機構。2.2系統停止供液系統按設定的時間周期將營養液輸送到培養箱的水培槽內,持續供液達到設定時間后,系統停止供液。培養槽中的營養液持續經瀉流孔流入回液桶,最終培養槽中只留下淺薄層營養液,使得栽培容器暴露在空氣中,以便模擬植物自然生長中的干—濕—干栽培狀態,確保組培苗根系的氧氣供給和不爛根。2.2.1營養液濃度計算營養液的濃度S與營養液的電導率EC值成正相關,其線性回歸方程表達式為EC=a+bS在確定營養液配方后,可通過試驗求出式(1)中系數a和b的值,得到具體的回歸方程。用電導率傳感器檢測出營養液的電導率值,然后代入具體的回歸方程,即可算出營養液的濃度。本系統營養液采用1/4MS配方,用3個塑料桶分別儲存濃縮200倍的大量元素母液、微量元素母液和鐵鹽母液。當營養液濃度低于栽培要求時,計算機輸出開關量驅動3個計量泵工作,同時將塑料桶中的母液輸入到混合桶中進行混合,計量泵的工作頻率按照不同母液配比分別設定。為了保證電導率EC值的控制精度,采用模糊-積分控制器進行控制。2.2.2模糊-積分控制器設計營養液pH值是一個很重要的參數,對組培苗生長有直接的影響。一般營養液pH值在5.5～6.5之間時,即可滿足組培苗生長。由于pH值是對數定義形式,因此確定精確的中和劑量有一定的困難。本系統用模糊-積分控制器控制兩個計量泵分別輸入堿緩沖液和酸緩沖液來調整營養液的pH值。模糊-積分控制流程如圖3所示。圖3中,fepH為pH值誤差,epH是由基本論域(變化范圍)到模糊論域的變換量,upHS和upHJ分別為模糊-積分控制器的加酸或加堿輸出量。在長達22d的培養試驗期間,開始階段pH值由6.79逐漸下降接近設定值6,調節時間為59min,無超調。在以后的試驗期間,pH值穩定在設定值附近,穩態誤差為0.08。2.2.3生活溫度對組培苗生長的影響采用營養液培養組培苗時,液體溫度在冬季不得低于15℃,夏季不得高于28℃。在此溫度范圍以外的液體溫度都將影響組培苗的生長。系統根據季節分別采用上下限控制策略控制,具體為:在夏季,控制營養液的溫度上限值,采用制冷的方法降低營養液溫度;在冬季,控制營養液溫度的下限值,采用加熱棒加熱的方法提高營養液溫度。2.2.4系統控制策略組培苗在生長過程中,其根部需要呼吸氧氣以利于根系的發育,營養液的溶存氧的濃度一般要求保持在飽和溶解度50%以上。系統采用下限值控制策略控制營養液的溶存氧。當營養液溶存氧低于飽和溶解度50%時,啟動無油空壓機對營養液輸氣的方法來增加營養液溶存氧;當營養液溶存氧高于飽和溶解度50%時,停止無油空壓機工作。3系統的軟件設計營養液控制系統的軟件采用WindowsXP環境下的可視化編程語言Delphi5.0進行編程,人機界面為虛擬儀表界面。系統以2s為周期采集營養液的各個參數,采用5點滑動平均濾波技術對采集到的模擬信號進行處理,并顯示在屏幕上;控制程序采用事件觸發機理編程;系統自動建立每天的數據文件。4無糖組培苗的監控系統