БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗВИРУСНЫХ МИКРОКЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ IN VITRO Российский патент 2024 года по МПК A01G31/02 A01G31/06 

Изобретение относится к отрасли биотехнологии выращивания культурных растений, к области производства безвирусного посадочного материала культурных растений. Изобретение предназначено для клонального размножения растений в in vitro культуре с целью дальнейшего получения безвирусного посадочного материала в виде микроклубней картофеля в стерильной среде в условиях регулируемого климата.

Известен способ выращивания растений картофеля (патент SU 1677058) с целью выращивания оздоровленных безвирусных клубней картофеля, методом адаптации in vitro растений к условиям открытого грунта путем закаливания субнулевыми температурами, при котором в целях повышения жизнестойкости in vitro растений, перед высадкой в грунт производят адаптацию путем закаливания субнулевыми температурами, не приводящими к замерзанию растений. Способ сопряжен с дополнительными пересадочными мероприятиями, связанными с пересадкой растений в грунт, что требует дополнительных временных, трудовых и финансовых затрат, повышающих стоимость производства. К тому же, дальнейшее производство клубней картофеля предусматривается в нестерильной среде, что повышает вероятность заражения инфекционными болезнями.

Известно изобретение для выращивания растений in vitro, в которых черенки высаживаются в жидкую питательную среду с защитным слоем парафина (патент SU 1685323), используемого с целью уменьшения инфицированности питательной среды. Данное изобретение уменьшает вероятность появления возбудителей инфекции в питательном растворе, но не решает вопрос дальнейшего получения микроклубней в тех же условиях произрастания.

Известен сосуд для культивирования растений в стерильных условиях, снабженный отводами для отбора продуктов обмена, включающий питательную емкость с питательным субстратом, а содержимое сосуда изолировано от окружающей среды ватными фильтрами, которые размещаются в отводах и горлышке сосуда (патент РФ № RU 43119 U1). Однако, данное устройство не позволяет при выращивании клонированного материала обеспечить нормальный газообмен, в то время, когда в процессе клонального размножения существует необходимость в подаче газообразных регуляторов роста (например, этилена).

Цель изобретения является создание биотехнологического устройства предназначенного для культивирования растений клонального размножения в in vitro культуре с получением безвирусного материала, обеспечивающего автоматическое регулирование микроклимата и необходимых стерильных условий.

Технический результат достигается тем, что в специальных культуральных контейнерах, где происходит развитие растений на искусственной среде стерилизация воздуха и питательной среды производится за счет за счет периодических обработки ионизатором в комбинации с ультрафиолетовым обеззараживанием воздуха, а конструкция позволяет после достижения стадии клубнеобразования производить замену питательной среды без выемки из культуральных контейнеров и микрорастения проходят полный вегетационный цикл в стерильной питательной среде.

Использование вышеописанного метода получения микроклубней позволит существенно сократить длительность технологического процесса выращивания безвирусного посадочного материала и расход материально-технических ресурсов. Применение пластиковых культуральных контейнеров позволит обеспечить необходимые условия изоляции от внешних неблагоприятных факторов и минимизировать риск заражении растений болезнетворными патогенами и вредными микроорганизмами.

Культуральные контейнеры достаточно просторны, могут вместить до 10 культивируемых растений и выдерживают многоразовое повторное использование, т.к. выполнены из термостойких прозрачных пластиковых пленок, выдерживающих многоразовую стерилизацию. Периодическое принудительное вентилирование внутреннего пространства контейнеров стерилизованным воздушным потоком позволяет обогащать питательную среду кислородом воздуха и препятствует задыханию микроклубней, которые в процессе развития могут оказаться погруженными в питательный раствор.

Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность отличительных признаков заявляемого изделия не представлена в научно-технической литературе и, следовательно, соответствует условию -«новизна».

Биотехнологическое устройство (таб.) для выращивания микроклубней картофеля в in vitro культуре «Микроклон-1» собрано на алюминиевом каркасе (фиг.1). Стенки из твердого пластика толщиной 4 мм, оклеенные с внутренней стороны светоотражающим термоизоляционным материалом пенофолом. Все исполнительное оборудование, контролирующее условия внутреннего микроклимата находится в верхнем приборном отсеке, отделенный от рабочей камеры термоизоляционной перегородкой. На передней панели приборного отсека расположены контроллеры управления, регулирующие режим освещения и изменение температуры в режиме реального времени. Рабочая камера изделия изолирована от внешней окружающей среды за счет плотно прилегающих дверок. Все параметры задаются перед запуском технологического процесса и поддерживаются в автоматическом режиме до конца вегетационного цикла. Внешние размеры описываемого изделия 1 (фиг.2) составляют 1060×790×1030 мм. Источники освещения 2 размещаются на рампах 3, которые располагаются между стеллажами 4 таким образом, чтобы растения освещались с обеих сторон. В камере пять осветительных рамп 3, на каждой из которых на уровне каждого яруса стеллажа 4 установлено по две лампы 2. Внутри рабочей камеры размещаются всего четыре двухъярусных стеллажа 4. На каждом ярусе в один ряд размещается по четыре культуральных контейнера 5 размером 20×40 см, в каждом из которых по 10 микрорастений 8 и питательной средой 10. Всего в камеру устройства можно вместить до 32 культуральных контейнеров (фиг.3). Общее количество выращиваемых растений до 320 штук. Технические характеристики биотехнологического устройства приведены в таблице:

Культуральный контейнер 5 оборудован газовоздушным клапаном с воздушным фильтром 6, обеспечивающим свободный газообмен со стерильным воздухом в рабочей камере и запорным клапаном 7, через который производится безопасная смена питательной жидкости без нарушения герметизации культурального контейнера.

Блок исполнительного оборудования устройства расположен в верхнем отсеке над рабочей камерой и состоит из блока освещения 10, регулирующего световой режим, блока проветривания 11, блока охлаждения 12 и блока очистки воздуха 13 (фиг.4). Блок очистки воздуха (стерилизатор) очищает и обеззараживает проходящий сквозь него воздух с помощью ионизатора 14, озонатора 15 и ультрафиолетовой лампы 16, смонтированных внутри корпуса из нержавеющей трубы цилиндрической формы, с одной стороны которого вмонтирован воздушный компрессор 17, а с другой воздушный фильтр 18. Выход стерилизатора соединен с воздухораспределительной сетью 19, состоящей из магистрального канала, от которого отходят гибкие воздушные трубки. После прокачки воздуха через стерилизатор, очищенный воздух по трубкам поступает к растениям в контейнерах.

Изделие управляется в автоматическом режиме с выводом цифровых значений в режиме реального времени на дисплеях контроллеров управления, закрепленных на панели приборного отсека.

Управление светом осуществляется программируемым контроллером. Режим освещения задается программой и составляет 16 часов в сутки. Работа освещения дублируется светосигнальными лампами, смонтированными на лицевой панели отсека управления.

Система управления микроклиматом автоматически регулирует температуру внутреннего пространства в зависимости от времени суток. В дневной период температура воздуха поддерживается на уровне 23-25С в течение 16 часов. В ночной период температура поддерживается на уровне 18-19С в течение 8 часов. Нагрев воздуха контролируется датчиком контроллера, управляющего охладителем воздуха 12. Для снижения температуры в дневной период включаются вентиляторы системы проветривания 11, выбрасывающие нагретый воздух наружу через выпускные шахты до тех пор, пока температура не снизится до заданной точки. При включении охладителя 12 отключается система проветривания 11, и включаются вентиляторы охлаждающего устройства. При охлаждении воздуха в ночной период система проветривания 11 отключается, и включаются вентиляторы охладителя 12, нагнетающие холодный воздух внутрь камеры. Все функции нагрева и охлаждения дублируются светосигнальными лампами для осуществления визуального контроля работы оборудования.

Описание процесса

Перед закладкой растительного материала в культуральные контейнеры 5, в них предварительно заливают питательный раствор 9 и подвергают двухчасовой стерилизации при температуре 115°С С, после чего перевозят в культуральную комнату и остужают до температуры окружающей среды.

Растительный материал готовят из саженцев in vitro микрорастений. Саженцы либо высаживают целиком либо разрезают на черенки и помещают в контейнеры по 10 штук, после чего их горловины плотно закрывают и раскладывают на стеллажах по 4 культуральных контейнера на каждом ярусе. Стеллажи закатывают в рабочую камеру устройства и к воздушным клапанам контейнеров подсоединяют воздушные трубки, присоединенные к воздухораспределительной сети стерилизатора.

Растения в течение первых двух месяцев растут и развиваются на базовом питательном растворе, предназначенном для быстрого развития и формирования саженцев с развитой листовой массой и столонами. После двухмесячного развития, питательный раствор осторожно сливается через запорные клапаны 7 и через него же обратно заливают свежеприготовленный питательный раствор с модифицированным составом минеральных веществ, предназначенный для инициации процесса клубнеобразования. В это же время, производятся необходимые мероприятия по изменению режима освещения и температурных условий в целях инициации процесса образования клубней. Растения продолжают дальше вегетировать в контейнерах и образовывать клубни в стерильной среде еще в течение двух месяцев, чтобы сформировались достаточно развитые миниклубни, позволяющие выдержать длительное хранение и дальнейшую высадку в условиях грунта.

Весь технологический процесс от микроклонального размножения до получения микроклубней занимает 4 месяца - два месяца на развитие in vitro растений и два месяца на клубнеобразование в стерильной среде. За один календарный год можно провести до 3 оборотов. При этом, весь урожай, полученный от всех трех оборотов можно сохранить в холодильных помещениях до посадки в следующем году.

В процессе выращивания, питательную среду в контейнерах сливают через специальные сливные клапаны, закачивают новую стерильную среду и снова герметично запирают.Этот метод решает одну из главных задач по сохранению стерильности в зоне развитии растений и позволяет обходиться без дополнительных мероприятий по пересадке саженцев в новую среду произрастания. Культуральные контейнеры оборудованы газо-воздушными клапанами с фильтрующими элементами, обеспечивающими свободный газообмен и запорные клапана для безопасной смены питательной среды без открывания мешка в процессе культивирования. Питательная среда и пространство внутри культурального контейнера периодически аэрируется и вентилируется очищенным воздухом, обеззараживаемым штатным стерилизатором воздуха.

Клональное микроразмножение завершается конечным результатом получения безвирусных микроклубней, и позволяет избежать дополнительных работ вследствие необходимости пересадки саженцев в грунт, как это принято в традиционном производстве миниклубней. Растения в описываемом устройстве вегетируют от посадки и до конца, позволяя при этом производить безопасную смену питательной среды не нарушая стерильность и не повреждая корневую систему, вследствие чего, можно получать здоровые безвирусные миниклубни в стерильной культуре.

Питательная среда периодически вентилируется и насыщается кислородом воздуха. При смене питательного раствора готовят новую питательную среду с модифицированным составом минеральных веществ, благоприятствующим процессу клубнеобразования. Благоприятные условия и необходимые параметры микроклимата в рабочей камере устройства поддерживаются за счет встроенного штатного оборудования.

В традиционном производстве посадочный материал в виде миниклубней картофеля выращивается в отдельной технологической цепи, когда микрорастения выращиваются отдельно, после чего микрорастения извлекают из in vitro среды и высаживаются в тепличной, либо в другой альтернативной культуре в нестерильных in vivo условиях. Это означает отдельный этап технологического процесса, повторную адаптацию растений к новым условиям и новый вегетационный период, что автоматически удлиняет срок получения посадочного материала. В лучшем случае, по этой схеме можно провести до двух оборотов в год, но при этом потребуется значительно больше энергомощностей и трудовых ресурсов. Предлагаемое устройство позволит значительно ускорить технологический процесс массового тиражирования исходного безвирусного посадочного материала, минимизировав трудовые, материальные и временные затраты и в значительной степени увеличит количественные и качественные показатели производства исходного безвирусного посадочного материала картофеля.

Литература

1. Патент SU 1677058 - Способ выращивания растений картофеля

2. Патент SU1685323 - Способ выращивания растений in vitro

3. Патент RU 43119 U1 - Сосуд для культивирования растений в стерильных условиях

Изобретение относится к отрасли биотехнологии. Биотехнологическое устройство для получения безвирусных микроклубней картофеля in vitro содержит верхний приборный отсек, включающий оборудование, контролирующее условия внутреннего микроклимата, и блок исполнительного оборудования, и изолированную от внешней среды рабочую камеру, отделенную от верхнего отсека термоизоляционной перегородкой, при этом рабочая камера содержит стеллажи с культуральными контейнерами с растительным материалом, оборудованными газовоздушными и запорными клапанами, между стеллажами располагаются рампы с источниками освещения, а блок исполнительного оборудования состоит из блока освещения, блока проветривания, блока охлаждения и блока очистки и обеззараживания воздуха, включающего ионизатор, озонатор и ультрафиолетовую лампу, смонтированные внутри корпуса, с одной стороны которой вмонтирован воздушный компрессор, а с другой - воздушный фильтр, при этом выход блока очистки и обеззараживания соединен с воздухораспределительной сетью, подключенной к культуральным контейнерам через газовоздушные клапаны. Изобретение позволяет сократить длительность технологического процесса выращивания и расход материально-технических ресурсов. 4 ил., 1 табл.

Биотехнологическое устройство для получения безвирусных микроклубней картофеля in vitro, содержащее верхний приборный отсек, включающий оборудование, контролирующее условия внутреннего микроклимата, и блок исполнительного оборудования, и изолированную от внешней среды рабочую камеру, отделенную от верхнего отсека термоизоляционной перегородкой, при этом рабочая камера содержит стеллажи с культуральными контейнерами с растительным материалом, оборудованными газовоздушными и запорными клапанами, между стеллажами располагаются рампы с источниками освещения так, чтобы освещать растительный материал с обеих сторон, а блок исполнительного оборудования состоит из блока освещения, блока проветривания, блока охлаждения и блока очистки и обеззараживания воздуха, включающего ионизатор, озонатор и ультрафиолетовую лампу, смонтированные внутри корпуса из нержавеющей трубы цилиндрической формы, с одной стороны которой вмонтирован воздушный компрессор, а с другой - воздушный фильтр, при этом выход блока очистки и обеззараживания соединен с воздухораспределительной сетью, подключенной к культуральным контейнерам через газовоздушные клапаны.