Установки искусственного климата в которых выращивают растения

Обновлено: 04.10.2024

ИСКУССТВЕННЫЙ КЛИМАТ. Состояние воздуха, искусственно создаваемое в закрытом помещении, сообразно определенному заданию, с помощью нагревания, охлаждения, увлажнения или осушения воздуха, искусственного возбуждения движения воздуха, удаления из него пыли.[ . ]

С развитием науки и техники человечество ушло далеко вперед в вопросах создания искусственного климата. Созданы устройства, обеспечивающие благоприятные условия для человека в огромных объемах: на заводах, в общественных и жилых зданиях, метро и т. д. Большие успехи достигнуты в создании благоприятного микроклимата в самых различных областях техники: автомобилестроении, судостроении, на железнодорожном транспорте, в авиации.[ . ]

Метеорологические исследования опираются на новейшие технические средства, новые приборы с использованием камер искусственного климата, авиации, спутниковой информации, парка ЭВМ.[ . ]

В газациоиные камеры, состоящие из каркаса, покрытого полиэтиленовой пленкой (Майлар), вводят смесь воздуха с загрязнителем через подземные пластиковые трубы (рис. 3, 15) из установки искусственного климата. Конденсацию и адсорбцию загрязнителя в трубах предотвращают удалением влаги из несущего его воздуха путем лиофильной сушки (рис. 3, 1). Разбавление смеси загрязнитель — воздух до концентраций, применяемых при газации, производят в расположенной на крыше камеры распределительной головке (рис. 3, 16), причем наружный воздух засасывается в камеру через фильтры из активированного угля (рис. 3, 17). Затем смесь загрязнитель— воздух выкачивают по подземным трубам (рис. 3, 18) и после промывания удаляют через выпускную трубу (рис. 3, 22).[ . ]

Опыты проводят в специальных сооружениях — вегетационных домиках. В холодное время года домики оборудуют отопительными устройствами (такие домики называют теплицами или оранжереями). В последнее время для выращивания растений используют искусственные источники света: обычные лампы накаливания, ксеноиовые лампы и др. Сооружения, в которых можно регулировать все факторы роста и развития растений, называются лабораториями, или станциями, искусственного климата, а наиболее хорошо оборудованные из них — фитотронами.[ . ]

Научно-технический прогресс и связанные с ним грандиозные масштабы производственной деятельности человека привели к большим позитивным преобразованиям в мире — созданию мощного промышленного и сельскохозяйственного потенциала, широкому развитию вссх видов транспорта, ирригации и мелиорации больших земельных площадей, созданию систем искусственного климата. Вместе с тем резко ухудшилось состояние окружающей среды. Загрязнение атмосферы, водоемов и почвы твердыми, жидкими и газообразными отходами достигает угрожающих размеров, происходит истощение невозобновляемых природных ресурсов — в первую очередь полезных ископаемых и пресной воды. Дальнейшее ухудшение состояния экосферы может привести к далеко идущим отрицательным последствиям для человечества. Поэтому охрана природы, защита ее от загрязнении стала одной из важнейших глобальных проблем.[ . ]

Вегетационный метод исследования широко используется в физиологических и агрохимических экспериментах. Сосуды обычно ставят иа специальные вагонетки, которые помещают в вегетационный домин, имеющий застеклеыпую и пезастеклеппую часть. Вегетационный домик служит дня растений укрытием и защищает от дождя, ветра и небольших заморозков. В последнее время широкое распространение получили лаборатории искусственного климата, где растения выращивают в контролируемых условиях влажности, температуры и освещенности.[ . ]

Экспериментальная установка искусственного климата является уникальным комплексом, на базе которого осуществляются научно-исследовательские работы в области биотехнологии растений, молекулярной биологии, фитопатологии, физиологии, генетики и селекции растений. Исследования проводятся как на модельных растениях, так и на хозяйственно-ценных культурах. Все работы осуществляются на высокоточном современном научном оборудовании с применением новейших методик и качественных расходных материалов.

Технические характеристики установки
Экспериментальная установка расположена на открытом участке площадью 144 кв.м. и представляет собой стеклянное сооружение с двускатной крышей. Питание системы осуществляется от сети переменного тока напряжением 380 В, частоты 50 Гц, (потребляемая мощность до 193 КВт). ЭУИК состоит из коридора и пяти изолированных вегетационных кабин с застекленными перегородками.

В каждой кабине автоматически регулируется температурный режим (+10°С до +35°С), освещенность (до 100 КЛк), смена дня и ночи, полив и удобрение растений по заданным временным и количественным параметрам.

Нагрев кабин производится горячей водой от системы городского отопления (с температурой до +100°С), охлаждение — холодной водой (с температурой + 4°С) от специального охладителя (циркуляра). ЭУИК оснащена лампами SON-T 400 Вт – 25 шт., HPI-T 400 Вт – 25 шт., и наружной метеостанцией, постоянно фиксирующей: температуру воздуха; силу ветра м/сек.; освещенность КЛк; наличие атмосферных осадков (снег, дождь).

Преимущества и уникальность установки
Главным преимуществом и уникальностью установки является полная автоматизация процессов регулировки задаваемых параметров выращивания растений, управляемых компьютером ELAU Klima Pro-Sl с системой внутренних датчиков и регуляторов температуры, освещенности и наружной метеостанции. В каждой кабине возможно установить смену двух температурных режимов в сутки, любой продолжительности.

Дополнительно к естественному солнечному свету используются натриевые и ртутные лампы, дающие сбалансированный для фотосинтеза растений спектр излучения (до 100 КЛк). Наличие наружной метеостанции позволяет закрывать и открывать вентиляционные окна в зависимости от скорости ветра и наличия метеорологических осадков (дождь, снег). Указанная автоматическая работа всех систем ЭУИК и наличие пяти изолированных кабин даёт возможность одновременно создать пять различных режимов, т.е. проводить опыты с растениями в пяти различных климатических условиях.

Благодаря своим широким возможностям экспериментальная установка является идеальной базой для исследований в области генетики, селекции, физиологии и генетической инженерии растений. Проводятся работы по изучению наследования и проявления перенесенных генов в поколениях трансгенных растений, оценка их засухо- и солеустойчивости, устойчивости к гербицидам, вирусам и т.д. Эти исследования выполняются на различных видах растений, как модельных, так и сельскохозяйственноценных. В условиях искусственного климата также ведется поддерживающая селекция и подбор новых родительских компонентов для создания трансгенных и нетрансгенных гибридов сахарной свеклы и капусты белокочанной на основе цитоплазматической мужской стерильности. Изучается биоразнообразие и генетическая структура популяций дикорастущей Glycine soja и полукультурной сои Glycine gracilis.

С использованием экспериментальной установки искусственного климата ЭУИК подразделениями базовой организации выполнялись следующие научно-исследовательские работы:

Исследование структурно-функциональной вариабельности и эволюции геномов культивируемых растений и родственных дикорастущих видов;
Выяснение молекулярно-генетических механизмов взаимодействий вируса желтухи свеклы (ВЖС) с клеткой растения-хозяина;
Молекулярно-генетические механизмы регуляции цветения семейства Астровые (Asteraceae);
Комплексное молекулярно-генетическое исследование генофонда гороха Pisum sativum и родственных видов бобовых;
Функционально-эволюционная геномика растений;
Изучение нового индуктора устойчивости к бенивирусам с использованием биоинженерных подходов;
Закладка лабораторных сосудов для получения кормов первого класса качества с применением нового биологического консерванта, содержащего молочнокислые и пропионовокислые бактерии в лиофильно высушенной форме;
Поиск и маркирование генов хозяйственно-ценных признаков – содержание крахмала/сахаров в клубнях картофеля;
Геномный анализ как основа изучения механизмов эволюционной адаптации;
Исследование генетического разнообразия и структурно функциональной организации регуляторных генов, определяющих сроки вегетации и урожайность, и их вклада в формирование хозяйственно-ценных генотипов плодовоовощных культур семейства Solanaceae;
Разработка элементов системы рационального применения средств химической и биологической защиты от болезней винограда

Краткая информация :

Контакты:

Руководитель работ на УНУ
Камионская Анастасия Михайловна, к.б.н.

ИРКУТСКАЯ СТАНЦИЯ ИСКУССТВЕННОГО КЛИМАТА

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН (основан в 1961 г.) — один из ведущих научных центров страны в области физиологии растений, молекулярной биологии и экологии растительных организмов. Здесь в 1969 г. был спроектирован и создан первый отечественный фитотрон — станция искусственного климата, где изучают влияние факторов внешней среды на растительные организмы —

ключевой вопрос в селекционной работе. Задуманная как инструмент коллективного пользования, она существенно расширила экспериментальные возможности лабораторий института и стала главной опорой в реализации поисковых исследований специалистов научных учреждений ВАСХНИЛ, иркутских государственного университета, сельскохозяйственного института, научного центра, а также ученых из Новосибирска, Якутска, Красноярска, Болгарской АН и Монголии.

ИЗ ИСТОРИИ ЗИМНИХ САДОВ

Прежде чем рассказать об уникальном иркутском комплексе стационарных камер, позволяющих имитировать различные климаты и разрабатывать современные технологии выращивания растений в условиях защищенного грунта, обратимся к истории комнатных и кадочных растений. Она начинается в

Древнем Египте. На живописных изображениях, которым свыше 3000 лет, можно увидеть маленькие деревья и кустики в каменных вазах и лотках. Неотъемлемой частью богатого патрицианского дома всегда был внутренний сад, оформленный статуями и окруженный колоннадой, где, как правило, выращивали травы и цветы (розы, фиалки, лилии).

Экскурсия в оранжерее тропических растений.

В XVI в. в Европе стали популярны померанцевые домики, предназначенные для выращивания цитрусовых. В конце XVIII — начале XIX вв. традиция разведения апельсиновых и лимонных деревьев стала утихать, ее сменила мода на тропические растения, привозимые моряками и путешественниками из дальних стран. Но и их нелегко было сохранить: родина экзотических экземпляров была известна ботаникам лишь приблизительно, а об условиях роста можно было только догадываться.

Мода на такие строения достигла и российской глубинки, в том числе сибирских окраин. Есть до-

Для научных исследований комплексы искусственного климата (фитотроны*) впервые появились в 1949 г. в Калифорнии (США). В нашей стране первое такое сооружение построили в московском Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева АН СССР (1949—1957 гг.). Позднее аналогичный инструмент появился на биологическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова. В 1960-х годах опытную станцию начали строить в Сибирском институте физиологии и биохимии растений СО АН СССР.

У истоков создания фитотрона стояли один из ведущих физиологов растений страны доктор биологических наук Аркадий Коровин (1959—1961 гг.) и Владимир Курец — инженер по образованию, впоследствии получивший степень доктора биологических наук. Он стал основным разработчиком конструкции такого комплекса. Оба создателя нового инструментария до появления в Иркутске работали в Институте биологии Карельского филиала АН СССР. Владимир Константинович в тесной кооперации с биоло-

*Фитотрон (от греч. phyton — растение и thronos — местопребывание, средоточие) — камера или комплекс камер для выращивания растений в регулируемых искусственных условиях (прим. ред.).

гами разрабатывал термовегетационные домики и установки для изучения влияния низких температур почвы на минеральное питание растений и летних заморозков — на их продуктивность и устойчивость. Благодаря Курецу Агробиологическую станцию Института биологии удалось оснастить современными на тот период авторскими установками искусственного климата. Талантливый инженер в соавторстве с Коровиным сформулировал принципы организации исследований, связанных с воздействием экстремальных факторов среды на растения, выращенные в искусственных условиях. Доклад на эту тему, представленный в СО АН СССР, произвел впечатление на сибиряков. Поэтому не случайно в 1963 г. Владимира Константиновича и Аркадия Ивановича пригласили для проектирования иркутского фитотрона. Его построили в 1969 г. с использованием только серийного отечественного оборудования.

Станция искусственного климата общей площадью почти 3000 м2 долгие годы служила биологам и после многоступенчатого, объемного капитального ремонта стала центральным объектом экспериментальной базы Сибирского института физиологии и биохимии растений. Создавая контролируемые условия освещения, температуры и влажности, она дает возможность круглогодично работать с экспериментальными, в том числе трансгенными, растениями.

Фитотрон оснащен камерами размером 2,7*2,7*2,5м, оборудованными под ростовые комнаты. В них установлены светильники с лампами дневного света разного количества и кондиционеры. Здесь же функци-

онируют экспериментальные мини-теплицы с естественным светом, имеющие дополнительное освещение, и большая теплица с подсветкой и гидропонными установками.

В 2011 г. на станцию поступило современное оборудование: 16 мобильных камер фирмы BINDER (Германия) с оригинальным программным обеспечением. Ростовые камеры объемом от 240 до 720 л способны поддерживать температуру от 0 до + 70оС без освещения и от + 5 до + 60оС с 100%-ной интенсивностью освещения. Испытательные камеры на 240 л работают в температурном диапазоне от —70 до + 180оС.

Кроме того, на фитотроне функционируют две климатические камеры фирмы CLF PlantClimatics (Германия) для разработки новых средств терапии на основе современных методов биотехнологии растений, грибов и микроорганизмов, изучения генетических и физиолого-биохимических механизмов роста и устойчивости растений, исследования растительно-микробных взаимодействий в условиях биотических и абиотических стрессов, генетического контроля функций растительных органелл (внутриклеточных структур), селекционной работы, создания быстрорастущих форм растений с использованием методов генетической инженерии.

На станции изучают физиологические и биохимические реакции трансгенных растений, в том числе мягкой пшеницы, которую выращивают в климатической камере Plant Master при заданных параметрах освещения, влажности и температуры воздуха. Большой объем камеры позволяет одновременно выра-

Камера CLF Plant Climatics.

Камера CLF Plant Climatics внутри.

щивать до 40—45 линий злака и проводить опыты в течение года независимо от сезона.

Специалисты института проводят здесь эксперименты по отбору высокоустойчивых сортов и форм плодовых деревьев и кустарников для культивирования в Сибири и их селекции по признакам морозоустойчивости и зимостойкости. Одна из проблем в работе с многолетними кустарниками — продолжительный по времени период между получением гибридных семян и первым урожаем, позволяющим провести начальную оценку качества полученных плодов. Использование ростовых камер в 2 раза сокращает селекционный период. Уже на второй—третий год после посева можно получить первый урожай и, соответственно, сделать предварительную оценку материала.

Сотрудники нашего института работают в кооперации с вузовской наукой. Специалисты и студенты изучают проблемы зимних повреждений семечковых, косточковых плодовых и ягодных культур, разрабатывают методы эффективного использования закрытого грунта в сложных условиях Прибайкалья.

Оранжерея Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН была организована в 1970-х годах известным иркутским дендрологом Антониной Тельпуховской. При ее активном участии Академгородок озеленили необычными для того времени породами деревьев — голубыми елями, липами, уссурийскими грушами и декоративными кустарниками. Появление в наших широтах, где большую

часть года занимает зима и межсезонье, зеленого оазиса, принимающего круглый год сибиряков, стало настоящим событием, городской и региональной достопримечательностью. С 2013 г. этот уникальный уголок природы вошел в структуру фитотрона.

Площадь оранжереи 561 м2. Коллекцию формировали несколько лет. Большую часть крупных растений, сохранившихся до наших дней, посадили в первые годы становления искусственной экосистемы. Сотрудники привозили материал из ботанических садов разных городов России. В то время каждое профильное учреждение почитало за честь дать черенки растений для з

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Фитотрон - климатическая камера для выращивания растений в закрытом объеме в регулируемых условиях.

Климатическая камера обеспечивает выбор и поддержание сбалансированных условий для биологических экспериментов путем стабильного автомотического поддержания:

температуры
полива
влажности
воздухообмена
освещенности различными типами источников света

Производится в рамках направления "Агрофотоника", которое открылось на предприятии с 2013 года.

Был разработан "Лазеры и аппаратура" (патент РФ №2557572) при участии специалистов Тимирязевской Сельскохозяйственной академии. Прошел испытания в натуральных условиях в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, общеобразовательных школах с биологическим уклоном, а также в частном секторе.

Производится в нескольких размерах и различных комплектациях.

Сферы применения:

Сельское хозяйство - выращивание рассады, зеленых и цветочных культур
Частный сектор - рестораны, магазины, экопитание, выращивание микрозелени, салатов.
Научная деятельность - биологические исследования, селекционные эксперименты, размножение микроорганизмов и насекомых, эксперименты в области применения агрохимии
Пищевая промышленность - тесты на сохранение продуктов питания
Образовательные учреждения - исследования в области биологии, химии, географии, учебный огород, биологические исследования с высоким уровнем вовлеченности учащихся в процесс

Темы учебных проектов для учащихся 9-11 классов обшеобразовательных школ, которые возможно выполнять на базе Фитотронов ЛиА.

• Возможность выращивания съедобных растений при отсутствии естественного освещения. Расчет для городской фермы.

Подробная информация по техническим характеристикам, ценам и наличию - по запросу и на сайте нашего официального поставщика "Чистая Усадьба".

В конце 19го века русскими ботаниками начали использоваться керосиновые лампы, а уже в 20м веке стали доступным выращивание при электрическом искусственном освещении – сначала при помощи ламп накаливания, а затем при помощи других источников – люминисцентных и натриевых ламп, и, наконец, светодиодов.

Распространение светодиодных источников света для выращивания съедобных и лекарственных растений связано с двумя основными факторами: энергоэффективностью диодов и их длительным сроком службы, многократно превышающим все аналоги. Кроме того, на сегодняшний день возможно спроектировать и изготовить диодную панели практически с любым желаемым спектром.

Диодное освещение дало техническую возможность совершенно по-другому организовывать пространство и выращивать растения в не предназначенных для этого изначально местах – создавать многоярусные конструкции, располагать на одном квадратном метре площади на порядок большее число растений. Это связано с минимальным нагревом светодиодов и минимизацией опасности термического ожога растений. Именно диодной освещение дало старт коммерческим проектам в сельском хозяйстве связанным с выращиванием на многоярусных городских фермах, на заброшенных ветках метрополитена и т.д.

При этом оказалось, что новая эффективная технология требует существенной доработки существующих методов агротехники. Эксперименты показывают, что есть более и менее подходящие сорта для выращивания в условиях искуственного освещения, и если раньше исследования и селекция шли в направлении увеличения теневыносливости, лежкости, устойчивости к низким температурам и заморозкам, выведению районированных сортов, оказалось что теперь необходимо проводить огромную работу по отбору и даже выведению сортов, которые максимально эффективно растут в условиях максимума света.

Кроме того, в связи с запросом выращивать еду максимально близко к месту потребления, выращивать в местах и географических широтах совершенно не приспособленных для выращивания в открытом грунте, использовать не предназначенные изначально для выращивания растений территории (заброшенные заводы, вокзалы, линии метро) также стали актуальными вопросы экспериментов в области выращивания растений в искусственных условиях, создания систем и оборудования, позволяющих это сделать.

Какие сорта выращивать в каких именно условиях, с какими настройками систем, в каком грунте, в каком режиме осуществлять подкормку, через какое время следует снимать урожай, возможно ли делать замкнутые и самоочищающиеся системы, в которых одновременно живут и растения и животные? Как изменяются свойства растений под влиянием искусственного освещения? Все эти вопросы чрезвычайно актуальны на сегодняшний день и эксперименты, в ходе проведения которых могут быть найдены ответы на них лучше всего осуществлять как раз на базе компактных климатических камер типа "Фитотрон" ЛиА.

Читайте также: