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林木Photoautotrophic Micropropagation管理系统研制及三次设计在优化复合因子的应用研究

丁国昌  
【摘要】: 光自养微繁殖技术(Photoautotrophic micropropagation)是针对传统组织培养中存在易污染、材料变异、生长不良、生根难及驯化期和移苗期间较高的死亡率的的缺点,日本的千叶大学T.Kozai教授,----发明的一种全新的植物组培技术。该技术是环境控制技术在植物组培苗生产中的典型应用,其特点是采用人工环境控制手段,用CO2替代糖作为碳源,并提供植株生长适宜的光、温、水、气、营养等条件,促进植株的光合作用,从而促进植株的生长发育。 本研究是在T.Kozai教授的指导下,以前期自主开发光自养微繁殖设备(正在申请两个相关专利,专利申请号分别为:20071004506.X,200810071155.9)为基础,进行了林木种苗光自养微繁殖的研究;针对林木种苗繁殖周期长,环境参数优化效率低的特点,本研究以桉树为试验材料,探索新的参数优化方法,把在工业上广泛应用的可计算性三次设计方法,引入到光自养微繁殖技术中;在参数设计阶段,采用单纯形法,进行物理环境因子参数组合优化。除此之外,运用叶绿素荧光成像系统及根系扫描系统,本研究对参数的优化效果进行了研究,并对三次设计方法的应用效果进行了有效验证。 1、本研究研制了一套针对林木种苗繁育特点的光自养微繁殖系统,包括硬件系统和软件系统。系统可进行液相培养,也可进行固相培养。其中液相培养采用雾化的方法,大大提高了培养液的溶氧量。软件系统具有远程监控功能,包括客户端和服务器端两部分。 2、客户端是基于Window XP操作系统、C++ builder 6.0和SQL Server 2000,结合软件timer组件和serialport组件开发的一套林木种苗光自养微繁殖用户端管理系统。该系统数据安全性高,性能稳定,可移植性好,使用方便,完全能够达控制要求。 3、服务器端是基于Window XP操作系统、C++ builder 6.0和SQL Server 2000,结合TclientSocket组件和TserverSocket组件,开发的一套林木种苗光自养微繁殖服务器端管理系统,可实现远程监制。该系统使用了Microsoft Windows图形用户界面的许多先进特性和设计思想,允许多个用户对一个表中的数据进行检索、更新、删除等操作,且无需等待,和完整性。系统运行安全稳定,而且程序运行速度快,界面友好,移植性好。 4、本研究以桉树为材料,采用可计算性三次设计(系统设计、参数设计、容差设计)的方法,探索影响林木种苗光自养微繁殖的4个主要物理环境因子(温度、湿度、光照强度、CO2浓度因子)的优化组合。 (1)在系统设计阶段,以生根率为衡量指标,应用二次回归正交设计建立主要物理环境因子(温度、湿度、光照强度、CO2浓度)的控制模型; (2)在参数设计阶段,采用改进的单纯形法进行参数设计,共用了12次试验,取得最佳生根率响应值93.96%。这时光照强度、CO2浓度、温度、湿度等4个因素值分别是(125.00μmolm-2s-1、1500.00ppm、24.00℃、75%)。 5、参数优化对叶绿素荧光参数影响都起到积极的作用,但只有Rfd、Fm’和Qy_max的影响达到显著差异,而对其他的荧光能参数的都未达到显著差异。因此,在进行优化效果验证时,叶绿素荧光参数应该以Rfd、Fm’和Qy_max为判别指标。 6、参数优化对不同的根系形态指标,其影响程度不同。不同的物理环境参数组合对桉树光自养微繁殖苗的根总长、根尖数及叉点数有显著影响,而对根系投影面积、根系总表面、平均直径、根系总体积的影响不显著。因此,在优化效果的验证中,根系形态指标应以根总长、根尖数及叉点数作为衡量指标。 本论文是对林木种苗繁育新理论与新技术的研究,也是对光自养微繁殖技术中新方法的应用研究,不仅为林木种苗光自养微繁殖奠定基础,而且进一步丰富和发展林木种苗繁育理论;它既可以降低组培苗生产成本,缩短良种推广的周期,提升种苗质量,大大提高林木种苗的工厂化育苗水平,又可以解决目前优良苗木的供需矛盾,满足市场需求,具有广阔的市场前景。


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