一种基础科研用的低浓度二氧化碳培养箱及控制方法

摘要

一种基础科研用的低浓度二氧化碳培养箱及控制方法，所述的培养箱包括由带有门体的培养室和设备安装区组成的箱体，其中培养室借助水平设置的均风板分隔为低浓度二氧化碳匀气区和待培养物培养区，低浓度二氧化碳匀气区中设置有输出新鲜空气的输出管路，待培养物培养区中设置有抽气管路，在均风板下方设置有日光灯，在侧壁上设置有空调室内机，在置物平台上设置有加湿器，在设备安装区中设置有无油气泵、二氧化碳吸收装置、空调压缩机、以及带有CPU的电控单元，所述的抽气管路、无油气泵、二氧化碳吸收装置、和空气进口依次连通，无油气泵的受控端与电控单元连接，所述的空调室内机、空调压缩机、加湿器、以及日光灯的受控端均与电控单元连接。

说明书

技术领域

本发明属于农业和生物学科研技术领域，涉及到一种用于植物生理学 基础科研用的低浓度二氧化碳的培养箱以及控制方法，其关键是低于大气 自然二氧化碳浓度的控制和稳定方法，为培养的植物创造稳定的低浓度二 氧化碳环境，且根据研究需要，稳定控制培养箱的光照、温度、湿度等生 长条件，且能够远程操控。

背景技术

光合作用是绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的 嗜盐古菌)利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水(细菌 为硫化氢和水)转化为储存着能量的有机物，并释放出氧气(细菌释放氢 气)的生化过程，同时也是将光能转变为有机物中化学能的能量转化过程。 对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的基础，也是 地球碳-氧平衡的重要媒介。

对高等植物而言，在整个光合作用过程中光是唯一的能量来源，二氧 化碳则是光合作用的基本原料。植物与光、二氧化碳环境的关系一直是植 物生理和植物生态学研究的热点问题。

然而，由于外界环境条件的不可操作性，不能获得任意组合的不同光 照和二氧化碳浓度的稳定环境条件，成为植物光合作用机理基础研究的障 碍，制约了植物、光、二氧化碳的生理生态学研究，也限制了作物育种中 筛选高光效亲本提高粮食产量等应用研究。本发明则为解决这些问题提供 了装置设施。

发明内容

本发明的目的是为了提供一个光照、温度、湿度和二氧化碳浓度可控， 环境相对稳定，且可远程监测的人工气候箱，为与植物光合作用相关的生 理生态及应用研究创造一个稳定可靠的环境条件。

本发明的技术方案是，一种植物生理学基础科研用的低浓度二氧化碳 培养箱，所述的培养箱包括由带有门体的培养室和设备安装区组成的箱体， 其中培养室借助水平设置的均风板分隔为低浓度二氧化碳匀气区和待培养 物培养区，

低浓度二氧化碳匀气区中设置有输出新鲜空气的输出管路，

待培养物培养区中设置有抽气管路，在均风板下方设置有日光灯，在 侧壁上设置有空调室内机，在置物平台上设置有加湿器，在待培养物培养 区中还设置有二氧化碳浓度传感器和光、温、湿传感器，

在设备安装区中设置有无油气泵、二氧化碳吸收装置、空调压缩机、 以及带有CPU的电控单元，

所述的抽气管路、无油气泵、二氧化碳吸收装置、和输出管路依次连 通，无油气泵的受控端与电控单元连接，所述的空调室内机、空调压缩机、 加湿器、以及日光灯的受控端均与电控单元连接。

所述的均风板中设置有长槽孔阵列。

所述的培养室的箱体为有机透明玻璃材料。

在均风板下方还设置有与日光灯配合的植物生长补光灯。

本发明还涉及一种如上述的培养箱的控制方法，所述的方法是设置电 控单元的CPU中的温度、湿度、光照度、以及二氧化碳浓度的阈值，培养 室的温度通过CPU控制空调压缩机与空调室内机来调节，培养室的湿度通 过CPU控制加湿器与空调压缩机、空调室内机来调节，培养室的光照度通 过CPU控制日光灯来调节，培养室的二氧化碳浓度通过CPU控制无油气泵 来调节。

所述的温度阈值控制在5～35℃。

所述的湿度阈值控制在50％～85％。

所述的光照度阈值根据待培养物的生长周期进行时序设定。

所述的二氧化碳浓度阈值控制在0～2000ppm。

本发明通过气体循环装置将培养箱内的空气抽入二氧化碳吸收装置 中，将箱体内二氧化碳的浓度降低到较低水平，同时通过自动控制装置与 空气混合扇装置将箱体内的二氧化碳的浓度维持在一个比较稳定的水平。

本发明的有益效果是，通过控制培养箱内的光照和二氧化碳浓度等环 境条件，使得光合作用的有关研究能够在研究所需的人工浓度下进行，并 可远程监测植物的生长发育状况，从而获得可靠实验数据为植物光合作用 基础研究，生态学研究及育种高光效材料鉴定筛选等应用研究提供设施。

附图说明

图1是本发明的培养箱结构示意图。

具体实施方式

本发明在具体实施时，参看图1，虚线代表电信号连接线，培养箱为玻 璃材质，便于观察内部情况以及有较好的透光性。最好选用钢化玻璃，强 度会高一些。培养箱上设置有密封门结构，方便拿取物品。地脚主要为了 方便培养箱进行移动。

所述的二氧化碳吸收装置10是一种装有钠石灰的过滤器。首先将植物 或农作物放入置物平台7上。光、温、湿传感器16和二氧化碳浓度传感器 15实时采集光照强度、温度、湿度、以及二氧化碳浓度的数值信息，当二 氧化碳浓度高于电控单元12中CPU的设定值，那么电控单元12开启无油 气泵9进行抽气，空气中的二氧化碳经过二氧化碳吸收装置后输出新鲜的 空气，所谓的新鲜空气，即经过二氧化碳吸收装置过滤后的低浓度二氧化 碳的空气。新鲜空气会经输出管路14以及均风板4后送入待培养物培养区 2。其中均风板4为具有阵列多孔结构，可以将新鲜空气均匀的送入待培养 物培养区2。二氧化碳浓度控制的同时，还对光照强度、温度与湿度进行控 制，通过电控单元12对日光灯5与植物生长补光灯17的开启与关闭，可 以控制光照时间，同时植物生长补光灯17可以配合日光灯5使用，避免照 射范围不均匀。电控单元12对空调压缩机11与空调室内机6的开启与关 闭，可以控制温度的高低以及降低空气湿度。电控单元12对加湿器8的开 启与关闭，可以提高空气湿度。通过综合控制光照强度、温度、湿度以及 二氧化碳浓度的范围，可以用于基础科研，实现对植物或农作物的光合效 率的判定。

微型风扇18可以补偿二氧化碳浓度。当二氧化碳浓度超出阈值时，此 时无油气泵9开启，同时微型风扇18关闭，通过二氧化碳吸收装置10来 降低空气中的二氧化碳浓度，当达到二氧化碳浓度最低阈值时，无油气泵9 关闭，之后可以手动控制微型风扇18开启，微型风扇18的设计原因在于 当二氧化碳浓度较低时，待培养物此时还需要进行光合作用的二氧化碳， 因此开启微型风扇18可以将外界的空气输送过来，进而实现在吸收二氧化 碳的同时可以补充二氧化碳，实现在一定时间内可以稳定控制二氧化碳浓 度的效果。