УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ Arabidopsis thaliana L. МЕТОДОМ ГИДРОПОНИКИ
DEVICE FOR CULTIVATION OF Arabidopsis thaliana LINNAEUS PLANT BY HYDROPONICS METHOD

Изобретение относится к устройствам для выращивания растений на жидкой питательной среде в контролируемых условиях окружающей среды и может быть использовано для выращивания и научных исследований растений, имеющих мелкие семена, например, Arabidopsis thaliana L.
Известно устройство для выращивания растений с мелкими семенами (патент CN 202310795 U, A01G 31/02, дата публикации 11.07.2012), состоящее из контейнера, заполненного питательным раствором, и полупогруженной в контейнер верхней части, имеющей перфорации по всей поверхности, на которую насыпается песок с соответствующим диаметром частиц. Песок смачивается раствором. Семена растений высаживают на поверхность песка, через толщу которого корни растений проникают в питательный раствор.
Недостатком данного устройства является неравномерная смачиваемость семян питательным раствором и, как следствие, разное время прорастания семян. Высаживание растений на общей поверхности субстрата затрудняет работу с отдельными растениями. Кроме того, частицы песка или другого твердого субстрата, используемого для опоры растений, могут быть прочно связаны с поверхностью корней, что создает дополнительное затруднение при извлечении растений из резервуара для изучения индивидуальных растений. Выращивание растений в общем контейнере с питательным раствором, не разделенным на отдельные отсеки для индивидуальных растений, создает вероятность спутывания корней соседних растений, что создает опасность повреждения корней при извлечении растений из контейнера.
Известно устройство, предложенное для выращивания растений Arabidopsis thaliana L. (Gibeaut et al. Maximal biomass of Arabidopsis thaliana using a simple, low-maintenance hydroponic method and favourable environmental conditions // Plant Physiol. (1997) 115: 317-319), состоящее из контейнера и крышки из светонепроницаемого инертного материала. В крышке устройства имеются отверстия, в которые помещаются трубчатые держатели, в качестве которых используются фрагменты пробирок типа Eppendorf объемом 1,5 мл с вставленными в них отрезками минеральной ваты (например, типа Rockwool). Посев семян производится на поверхность минеральной ваты, по мере роста корни растений проникают в питательный раствор через твердый субстрат.
Недостатком данной системы является трудность извлечения корней растений из минеральной ваты для исследования корневой системы. Кроме того, корни растений не отделены в объеме контейнера друг от друга, что может привести к спутыванию корней и повреждению при извлечении отдельных растений из общего контейнера.
Известно устройство, предназначенное для выращивания растений Arabidopsis thaliana L. (патент WO 2003043410 A1, A01G 31/02, дата публикации 30.05.2003), содержащее светонепроницаемый контейнер для питательного раствора, закрываемый крышкой с отверстиями, в которые помещают адаптеры, заполненные агаризованной питательной средой и имеющие перфорированное дно. Посадка семян производится на поверхность агаризованной среды.
Недостатком данного устройства является нахождение корневых систем растений в общем объеме контейнера с питательным раствором, не разделенным на отсеки для отдельных растений, что приводит к переплетению корней в процессе выращивания, к повреждению растений, затрудняет извлечение растений из контейнера и последующее изучение корней растений.
Наиболее близким аналогом данного изобретения является устройство (Conn et al. Protocol: optimising hydroponic growth systems for nutritional and physiological analysis of Arabidopsis thaliana and other plants // Plant Methods (2013), 9:4), состоящее из контейнера и крышки из светонепроницаемого инертного материала. В крышке имеются отверстия, в которые вставляют пробирки типа Falcon объемом 50 мл с навинчивающимися крышками. Конусообразное дно пробирок удаляется. В крышках проделаны отверстия диаметром 10 миллиметров, в которые вставлены крышки от пробирок типа Eppendorf с проделанными в них отверстиями и заполненные 0,7-процентным агаром. Семена растений высаживаются на агар через отверстие в крышке пробирки типа Eppendorf и переносятся в крышки пробирок типа Falcon. Рост корней осуществляется в отдельном объеме, ограниченном стенками пробирки типа Falcon. Это препятствует переплетению корней растений. Циркуляция питательного раствора происходит в нижней части системы. Перемешивание раствора производится путем пропускания пузырьков воздуха через толщу раствора с помощью воздушного компрессора и распылителя. Система позволяет работать с индивидуальными растениями без каких-либо повреждений.
Недостатком данной системы является расположение крышки пробирки типа Falcon на значительном расстоянии над поверхностью питательного раствора, что приводит к подсыханию основания корня растения и нарушению нормального роста растения в целом. Кроме того, затруднена циркуляция питательного раствора в объеме, ограниченном стенками пробирки типа Falcon, что может привести к нарушению режима минерального питания и создать условия недостатка кислорода для растения.
Цель изобретения - создание наиболее благоприятных условий выращивания растений Arabidopsis thaliana и других растений с мелкими семенами с использованием метода гидропоники путем более глубокого погружения растений в питательный раствор, обеспечения интенсивной циркуляции раствора вокруг корня растений и дальнейшего научного изучения корневой системы растений.
Поставленная цель достигается путем уменьшения расстояния между поверхностью, на которой располагается растение, и поверхностью питательного раствора. Для этого используется устройство для выращивания мелкосемянных растений, например Arabidopsis thaliana L. методом гидропоники, включающее резервуар, закрытый крышкой с пробирками типа Falcon модифицированными путем удаления конусообразной части дна пробирок и проделанным дополнительным отверстием в боковой стенке пробирки, отличающееся тем, что уровень поверхности крышки резервуара находится ниже верхнего края резервуара, края крышки опираются на края резервуара, крышка резервуара оборудована дополнительными опорными кольцами для установки модифицированных пробирок типа Falcon, модифицированные пробирки типа Falcon дополнительно снабжены отверстием на боковой поверхности, расположенным ниже уровня раствора, в крышке резервуара имеются отверстия для воздуховодных трубок для перемешивания и аэрации раствора, при этом посев семян растений производится на поверхность твердой питательной среды, содержащей агарозу.
На фиг. 1 изображена система для выращивания и научных исследований растений Arabidopsis thaliana L. и мелкосемянных растений методом гидропоники: а - вид сверху; б - вид сбоку.
Устройство включает крышку резервуара 1 с отверстиями 6, опорные кольца 2 для установки крышек 3 модифицированных пробирок типа Falcon 4, имеющих отверстия 5. В крышках 3 имеются отверстия 8 диаметром 9-11 миллиметров и отверстия 9 диаметром 1-1,5 миллиметра. В отверстия 8 устанавливаются крышки 11 с отверстием и заполненные твердой питательной средой, содержащей агарозу. Крышка резервуара 1 имеет отверстия 10 для установки аэрирующего устройства. Крышка резервуара 1 устанавливается на резервуар 7, заполняемый питательным раствором, при этом уровень поверхности крышки резервуара 1 находится ниже верхнего края резервуара 7.
Устройство работает следующим образом. Резервуар 7 заполняют питательным раствором, в качестве которого могут быть использованы среды разного состава (например, среда Хогланда-Арнона или его модификации) (Hoagland D.R., Arnon D.I. The Water-Culture Method for Growing Plants without Soil. California Agricultural Experiment Station Circular (1950) 347, 1-32). Уровень раствора доводят вплотную к нижней поверхности крышки резервуара 1.
Крышку резервуара 1 помещают на резервуар 7. Края крышки резервуара 1 опираются на края резервуара 7. Пробирки 4 типа Falcon с отрезанной конической частью дна, дополнительным отверстием 5 и плотно прикрученной крышкой 3 помещают в отверстия 6 крышки резервуара 1 до устойчивого соприкосновения крышки 3 с опорным кольцом 2. Крышку 11, заполненную твердой питательной средой, содержащей 0,4-0,6 процента агарозы, помещают в отверстие 8 крышки 3. Семена мелкосемянных растений, например Arabidopsis thaliana L., помещают в отверстие в крышке 11 на твердую питательную среду, содержащую агарозу.
Перемешивание и аэрация раствора производятся путем использования воздушных компрессоров, пропуская воздуховодные трубки через отверстие 10 в крышке резервуара 1. Циркуляция насыщенного воздухом питательного раствора в прикорневой зоне осуществляется за счет наличия отверстия 5 в пробирке 4. Выход воздуха осуществляется через отверстия 9 в крышке 3.
Таким образом, в процессе выращивания, благодаря введению в конструкцию крышки дополнительного опорного кольца, растения располагаются ближе к питательному раствору, что предотвращает высыхание основания корня. Кроме того, наличие в пробирке типа Falcon дополнительного отверстия позволяет раствору циркулировать в прикорневой зоне, что позволяет растениям равномерно поглощать элементы минерального питания из питательного раствора и предотвращает возникновение условий недостатка кислорода около корня. Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает более благоприятные условия культивирования растений Arabidopsis thaliana L. и других мелкосемянных растений, что позволяет получать более развитые и выравненные по размеру и массе растения, что удовлетворяет целям выращивания растений и научных исследований.