Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАЗМНОЖЕНИЯ РАСТЕНИЙ IN VITRO - Патент РФ 2119744
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАЗМНОЖЕНИЯ РАСТЕНИЙ IN VITRO
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАЗМНОЖЕНИЯ РАСТЕНИЙ IN VITRO

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАЗМНОЖЕНИЯ РАСТЕНИЙ IN VITRO

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: В автомате ленту с расположенными вертикально ячейками (культуральными сосудами), в которых выросли растения, переводят в горизонтальное положение, с ленты снимают покрытие и выросшие в ячейках ленты растения разрезают на экспланты. Переносят их в ячейки движущейся в горизонтальной плоскости стерильной ленты, в ячейки которой налита жидкая питательная среда. К ленте присоединяют покрытие и переводят ее из горизонтального положения в вертикальное. Выросшие в ячейках ленты растения высаживают в субстрат вместе с лентой. Перед высадкой растений в субстрат с ленты частично снимают покрытие с верхних и нижних камер ячеек. В автомате разрезку растений на экспланты, захват эксплантов и их высадку в ячейки ленты производят с использованием комплекта дугообразных ножей с пересадочными лапками, выполненного в виде ножниц. Длина ножей и пересадочных лапок до центра оси, на которой они размещены, соответствует радиусу имеющей форму дуги нижней стороны ячейки. Ножи, жестко соединенные с пересадочными лапками, и пересадочные лапки без ножей расположены на одной оси, вдоль оси ячейки и чередуются между собой. Автомат позволяет без затрат ручного труда размножать 3200 растений в час. Сокращаются затраты ручного труда и увеличивается приживаемость растений при их высадке на адаптацию к условиям. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 18 ил, 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2119744
Класс(ы) патента: A01H4/00
Номер заявки: 95106133/13
Дата подачи заявки: 18.04.1995
Дата публикации: 10.10.1998
Заявитель(и): Зленко Валерий Анатолиевич (UA); Олейников Николай Петрович (UA); Котиков Илья Викторович (UA); Трошин Леонид Петрович (UA)
Автор(ы): Зленко Валерий Анатолиевич (UA); Олейников Николай Петрович (UA); Котиков Илья Викторович (UA); Трошин Леонид Петрович (UA)
Патентообладатель(и): Зленко Валерий Анатолиевич (UA); Олейников Николай Петрович (UA); Котиков Илья Викторович (UA); Трошин Леонид Петрович (UA)
Описание изобретения: Изобретение относится к сельскому хозяйству, а более конкретное - к вегетативному размножению растений в культуре ткани in vitro, например, винограда, полыни лимонной, яблони, черешни, картофеля, стевии, гвоздики и т.д.
Известен "Контейнер для микроразмножения растений" (а.с. N 1341114, СССР, A 01 G 31/02, 1987), в котором растения выращивают in vitro в культурных сосудах - контейнерах, состоящих из основания в виде листа с ячейками для размещения в них питательной среды и эксплантов, отделенными одна от другой перемычками. К основанию присоединено покрытие. К внутренней поверхности ячеек прикреплены опорные элементы для размещения эксплантов. Хотя устройство контейнеров предполагает автоматизированный разлив питательной среды в их ячейки при заводском изготовлении контейнеров, однако оно не предусматривает автоматизацию разрезки выросших в ячейках растений на экспланты, захват и пересадку эксплантов в стерильные ячейки с налитой в них питательной средой.
Известны способ и устройство для вегетативного размножения растений (заявка N WO 91/15110, кл. A 01 H 4/00, 1991), в котором делают ряд горизонтальных срезов с массы растений, выращенных на желеобразной питательной среде, для получения черенков, содержащих в среднем хотя бы одну верхушку или узел. Черенки переносят с помощью потока воздуха или под действием собственной тяжести на свежую питательную среду, по которой они равномерно рассеиваются. Однако требуются большие затраты времени и ручного труда для высадки каждого размноженного растения в условия in vivo. Нет технического решения автоматизации открытия культуральных сосудов для разрезки, выросших в них растений на экспланты и закрытия других культуральных сосудов, в которые высаживают экспланты.
Известны способ и приспособление для микроразмножения (заявка N WO 91/03929, МКИ A 01 H 4/00, 1991), в котором растения последовательно разрезают на экспланты лазерным лучом вместе со стенками культурального сосуда (контейнера). Однако требуются большие затраты времени и ручного труда для высадки каждого размноженного растения в условия in vivo. Нет технологического решения автоматизации открытия культуральных сосудов для разрезки выросших в них растений на экспланты и закрытия других культуральных сосудов, в которые высаживают экспланты. Отрезанные лучом лазера стенки культурального сосуда в процессе нарезки растений на экспланты будут препятствовать закрытию культуральных сосудов и росту в них растений. Недостаточна надежность размножения, так как при переворачивании сосуда в процессе разрезки растений на экспланты возможно выпадение питательной среды вместе с растениями из этого культурального сосуда. При падении эксплантов на твердую питательную среду, у некоторых из них будет плохой контакт с этой средой и в связи с этим возможны замедленный рост растений или гибель эксплантов.
Известны способ и устройство для асептического выращивания клеток или тканей (заявка N EP 0412621, МКИ A 01 H 4/00, 1991), особенно приемлемые для вегетативного размножения растений in vitro (прототип способа). Способ прототипа предусматривает ряд последовательных действий в автоматическом режиме в устройстве над сосудами, в которых выращивают растения in vitro. Культуральные сосуды выполнены в виде цепочки соединенных между собой индивидуальных, стерильных капсул. Капсулы сделаны в виде мешков из органического полимера с мягкими стенками и одной открытой стороной. Цепочку соединенных между собой индивидуальных стерильных капсул постепенно разматывают из горизонтальной упаковки и перемещают в вертикальном положении вдоль группы станций: на первой станции капсулы (мешки) раскрывают с помощью вакуумных присосок, воздействующих на стенки капсул, и заполняют их питательной средой; на второй станции в капсулы высаживают экспланты; на третьей станции капсулы, содержащие питательную среду и экспланты, заваривают для создания в них стерильности; на четвертой станции капсулы переводят в горизонтальное положение и складывают в емкость в виде упаковки. Однако в прототипе не автоматизирована разрезка растений на экспланты и высадка эксплантов в капсулы. Использование способа-прототипа не позволяет получать полноценные растения, способные к адаптации к условиям in vivo, в связи с отсутствием газообмена между газовой средой внутри культурального сосуда (капсулы) и внешней газовой средой. Поэтому требуется дополнительная пересадка растений в культуральные сосуды другого типа для получения растений, способных адаптироваться к условиям in vivo. Способ прототипа позволяет размножить растения только на промежуточном этапе, тогда как больше всего растений необходимо размножать на последнем этапе, перед их пересадкой в почву, в условия in vivo. Способ прототипа не дает возможности размножить растения in vitro в замкнутом цикле. Требуются большие затраты времени и ручного труда для высадки размноженных растений в почву, в условия in vivo.
Известен аппарат для срезания и перемещения растительной ткани и способ его применения (заявка N WO 88/04520, МКИ A 01 G 7/00, 1988) (прототип устройства). Устройство предназначено для разрезки стеблей растений на экспланты, захвата эксплантов и их высадки на питательную среду. Аппарат содержит нож в виде трубы с кольцевой режущей кромкой с возможностью ее вращения во время отрезка экспланта путем натяжения на ручку и вращения ручки, которая жестко соединена с ножом. Внутри ручки и трубы ножа установлен стержень с кольцом с возможностью поступательного движения стержня внутри ручки и конца стержня с кольцом внутри ножа. В ручке установлена пружина, которая выталкивает стержень с кольцом из трубы ножа. Труба ножа и конец стержня с кольцом образуют выемку. После отрезки экспланта кольцевой режущей кромкой ножа эксплант попадает в выемку ножа. Эксплант высаживают на поверхность питательной среды путем нажатия на стержень. При этом сжимается пружина, кольцо на конце стержня выталкивает эксплант из трубы ножа. Эксплант вдавливают в мягкую питательную среду. Для правильного размещения экспланта на поверхности питательной среды используют стержень с горизонтальным выступом, которым вдавливают нижнюю часть экспланта в питательную среду, с в результате чего эксплант занимает вертикальное положение. Таким образом, прототип устройства содержит два конструктивных элемента: конструктивный элемент - нож, который разрезает растения на экспланты, и конструктивный элемент - пересадочный захват, который захватывает отрезанные от растения экспланты и высаживает экспланты на питательную среду.
Так как в прототипе способа используется устройство, которое не производит разрезку растений, выросших в культуральных сосудах, на экспланты и пересадку эксплантов в другие культуральные сосуды, с налитой в них питательной средой, то мы в качестве прототипа устройства для выполнения этих операций, являющихся главными в процессе размножения растений in vitro, выбрали аппарат для срезания и перемещения растительной ткани и способ его применения. Недостатком устройства прототипа является необходимость отрезки от растения экспланта и высадки экспланта ручным способом на агаризованную питательную среду (путем нажатия на ручку и вращения ее, во время отрезки экспланта от побега, затем нажатия на стержень, во время высадки экспланта), что требует больших затрат времени и труда для отрезки и высадки каждого экспланта.
Устройство прототипа недостаточно надежно, так как не все экспланты будут отрезаны и захвачены выемкой ножа с первого раза. Возможно выпадение экспланта из выемки ножа при переносе экспланта для его высадки на питательную среду, так как эксплант в трубе ножа (выемке) ничем не удерживается. Эксплант представляющий собой черенок стебля, содержащий как минимум один лист с пазушной почкой, по размеру может быть больше кольцевой кромки ножа, что делает невозможным его отрезку от стебля. Экспланты высаживают на агаризованную среду, для которой требуется дорогостоящее вещество агар-агар.
В основу изобретения поставлена задача создания способа размножения растений in vitro, в котором устройством в автоматическом режиме производят ряд последовательных действий: раскрытие культуральных сосудов, соединенных между собой в виде ленты, разрезку выросших в них растений на экспланты, переноску этих эксплантов в другие культуральные сосуды, с предварительно налитой в них в устройстве жидкой питательной средой, после чего осуществляют закрытие культуральных сосудов для дальнейшего выращивания из них растений in vitro, повторное размножение выросших растений в устройстве или высаживание их вместе с культуральными сосудами в почву, что обеспечивает ускорение размножения растений in vitro, механизацию процесса размножения, выполняемую устройством в замкнутом цикле, полностью в автоматическом режиме, за счет чего сокращаются затраты времени, ручного труда, электроэнергии, необходимые для размножения растений in vitro, уменьшаются затраты труда, необходимые для высадки растений в почву, повышается приживаемость растений при их пересадке в условия in vivo, что, следовательно, делает применение данного способа в производстве эффективным для быстрого размножения оздоровленного посадочного материала растений, новых клонов, устойчивых к болезням высокопродуктивных сортов.
Поставленная задача решается тем, что в способе размножения растений in vitro, содержащем общие с прототипом признаки, а именно проведение устройством ряда последовательных действий в автоматическом режиме над культуральными сосудами (капсулами), в которых выращивают растения in vitro: постепенное разматывание цепочки соединенных между собой индивидуальных стерильных капсул из упаковки и перемещение их вдоль группы станций: на первой станции заполнение капсул питательной средой; на второй станции высаживание в капсулы эксплантов; на третьей станции заваривание капсул, содержащих питательную среду и экспланты для создания в них стерильности; на четвертой станции укладывание капсул в емкость в виде упаковки, согласно изобретению вводится раскручивание лентопротяженным механизмом ленты с расположенными вертикально культуральными сосудами, в которых выросли растения in vitro, и за счет гибкости переведение ее из вертикального в горизонтальное положение (в прототипе действия над цепочкой соединенных между собой капсул, в которых выросли растения, отсутствуют); в узле снятия пленки покрытия удаление с основанием ленты термоактивной пленки покрытия путем ее нагрева нагреваемым валиком; в узле разрезки растений на экспланты и высадки эксплантов с использованием комплекта ножей и пересадочных лапок разрезание растения на экспланты и высаживание эксплантов в культуральные сосуды движущейся в горизонтальной плоскости другой стерильной ленты (в прототипе эта лента присутствует, но ее разматывают из горизонтальной упаковки и переводят в вертикальное положение). Предварительно перед высадкой эксплантов в культуральные сосуды этой ленты дозатором наливают в них жидкую питательную среду синхронно с подачей ленты. Жидкую питательную среду наливают в нижние и верхние камеры, а также на выпуклости культуральных сосудов, объединенных между собой в виде ленты, что ускоряет разлив среды в культуральные сосуды; способствует удерживанию эксплантов на их выпуклостях за счет сил смачивания, до присоединения к основанию ленты пленки покрытия, которой эксплант прижимают к выпуклости; обеспечивает выживание экспланта до образования корней, так как при переводе ленты из горизонтального в вертикальное положение жидкая среда перетекает из верхних в нижние камеры и на своем пути смачивает листья и стебли эксплантов. В случае, когда на выпуклость наливают концентрированный раствор углевода в питательной среде, содержащий количество углевода из расчета на весь объем наливаемой в культуральный сосуд среды, а в верхнюю камеру наливают среду без углевода, то эксплант лучше удерживается на выпуклости за счет вязкости концентрированного раствора углевода. Среда без углевода после переведения ленты из горизонтального в вертикальное положение перетекает из верхней в нижнюю камеру и при этом смывает концентрированный раствор углевода с выпуклости культурального сосуда. После высадки растений в культуральных сосудах, соединенных между собой в виде ленты, в почву в условия in vivo в верхней камере не развивается патогенная микрофлора, так как на стенках верхней камеры нет остатков питательной среды с углеводом. В узле присоединения пленки покрытия после разлива среды и высадки эксплантов в культуральные сосуды к основанию ленты присоединяют термоактивную пленку покрытия путем ее нагрева до необходимой температуры нагреваемым валиком (в прототипе капсулы заваривают горизонтальным швом). Ленту переводят лентопротяжным механизмом из горизонтального в вертикальное положение и сматывают в рулон на штативе (в прототипе, наоборот, цепочку капсул переводят из вертикального в горизонтальное положение и складывают эти капсулы в емкость в виде горизонтальной упаковки). Выросшие в культуральных сосудах этой ленты растения повторно размножают в устройстве, в результате чего получается замкнутый цикл автоматизированного размножения растений in vitro. В прототипе действия в автоматическом режиме над цепочкой культуральных сосудов (капсул) и над выросшими в них растениями отсутствуют. Также не предусмотрены операции раскрытия капсул, разрезки выросших в них растений на экспланты и высадки эксплантов в другие капсулы с налитой в них питательной средой. Поэтому в прототипе способа незамкнутый цикл размножения. В заявляемом способе перед размещением ленты в почве для адаптации и дальнейшего развития находящихся в культуральных сосудах ленты растений в условиях in vivo, с верхних и нижних частей ленты снимают пленку покрытия, что позволяет побегу расти выше ленты, а корням развиваться в почве. Растения удерживаются в культуральных сосудах во время высадки в почву оставшейся пленкой покрытия на средней части ленты. В случае высадки в почву растений в ленте расстояния между растениями в ряду регулируют шириной перемычек между культуральными сосудами, а в случае больших расстояний между растениями в ряду производят разрезы ленты по перемычкам и растения высаживают в культуральных сосудах по отдельности. Через бороздки, выполненные на основании ленты, происходит газообмен воздуха, находящегося внутри культуральных сосудов, с внешней средой, и поэтому в культуральных сосудах выращивают растения, адаптированные к более низкой влажности и к более интенсивным процессам дыхания и фотосинтеза, что повышает приживаемость растений при пересадке в условия in vivo. Способом прототипа выращивают растения, неспособные прижиться при их пересадке в субстрат в условиях in vivo, так как растения в капсулах закрыты герметично и отсутствует обмен газовой среды внутри капсул с внешней средой. Поэтому требуется дополнительная пересадка растений в культуральные сосуды другого типа для выращивания растений, способных адаптироваться к условиям in vivo.
В основу изобретения поставлена задача создания устройства размножения растений in vitro, в котором находятся лентопротяжный механизм для транспортировки ленты с выросшими в ее культуральных сосудах растениями; узел снятия пленки покрытия с ленты, в культуральных сосудах которой выросли растения; узел разрезки находящихся в культуральных сосудах этой ленты растений на экспланты и высадки эксплантов в культуральные сосуды другой стерильной ленты; дозатор разлива питательной среды в ее культуральные сосуды; узел присоединения пленки покрытия к основанию этой второй ленты после разлива жидкой среды и высадки эксплантов в ее культуральные сосуды; второй лентопротяжный механизм для транспортировки в устройстве первой ленты и ее сматывания в рулон на штативе; узел дезинфекции ножей и пересадочных лапок, используемых для разрезки растений на экспланты и их высадки, что обеспечивает повышение надежности, механизацию процесса размножения растений in vitro, осуществляемую в автоматическом режиме на всех этапах, использование жидкой питательной среды для выращивания растений в культуральных сосудах, за счет чего повышается скорость размножения растений in vitro, сокращаются затраты ручного труда, электроэнергии, из питательной среды для роста растений исключается дорогостоящее вещество агар-агар.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве размножения растений in vitro, содержащем конструктивные элементы: нож с возможностью отрезки отдельных эксплантов от растений и пересадочный захват с возможностью захвата отрезанных от растений эксплантов и высадки эксплантов в культуральные сосуды на питательную среду, согласно изобретению вводятся два лентопротяжных механизма, состоящих из зубчатых валиков с электроприводом и направляющих пазов, один из которых раскручивает из рулона ленту, в культуральных сосудах которой выросли растения, транспортирует эту ленту в устройстве, переводит ее из вертикального в горизонтальное положение; узел снятия пленки покрытия с ленты, включающий нагреваемый валик, которым путем нагрева до определенной температуры снимают термоактивную пленку покрытия с основания ленты и сматывают снятое покрытие на катушку с электроприводом; узел разрезки находящихся в культуральных сосудах ленты растений на экспланты и высадки эксплантов, в котором конструктивные элементы - ножи и пересадочные захваты (пересадочные лапки) - выполнены в виде ножниц, расположены в механизме попарно и чередуются в момент разрезки растения на экспланты от нижней камеры к верхней части верхней камеры культурального сосуда следующим образом: ножи, пересадочные лапки, пересадочные лапки, ножи, пересадочные лапки, пересадочные лапки. .., ножи, пересадочные лапки, пересадочные лапки, что позволяет разрезать растение на экспланты и захватывать экспланты одновременно по всей длине стебля растения. Устройство прототипа позволяет отрезать от стебля растения и захватывать экспланты по отдельности, для чего требуется больше времени. Ножи и пересадочные лапки заявляемого устройства выполнены в виде ножниц, имеют дугообразную форму, что исключает соскальзывание стебля с ножей и пересадочных лапок во время его разрезки на экспланты и захвата эксплантов. Прямая линия, соединяющая концы ножей и пересадочных лапок с центром оси, на которой они размещены, равна радиусу имеющей форму дуги стенки культурального сосуда. Поэтому во время разрезки стебля на экспланты и захвата эксплантов ножи и пересадочные лапки скользят по стенке культурального сосуда с минимальным зазором и обеспечивают разрезку стебля на экспланты и захват эксплантов даже в случае, когда стебель растения находится возле стенки культурального сосуда. Каждый нож жестко соединен с пересадочной лапкой таким образом, что он выступает на несколько миллиметров вперед и в сторону, что, в свою очередь, обеспечивает надежный захват эксплантов сразу же после разрезки стебля на экспланты. Отрезка и захват эксплантов заявляемым устройством более надежны, чем устройством прототипа, так как твердые стебли могут быть не до конца разрезаны ножом прототипа, выполненным в виде трубы с кольцевой режущей кромкой, с возможностью ее вращения во время отрезки экспланта путем нажатия на ручку и вращения ручки, которая жестко соединена с ножом. Экспланты могут выпадать из конструктивного элемента прототипа, захватывающего эксплант, выполненного в виде выемки, образованной трубой ножа и концом стержня с кольцом, в которую попадает эксплант после его отрезки кольцевой режущей кромкой трубы ножа. В заявляемом устройстве пересадочными лапками в виде ножниц захватывают каждый эксплант с двух сторон возле разрезов стебля растения, сделанных ножами, переносят его к другой движущейся в горизонтальной плоскости стерильной ленте и высаживают на выпуклость ее культурального сосуда. В устройстве установлен дозатор разлива жидкой питательной среды, которым предварительно, перед высадкой эксплантов, наливают среду в культуральные сосуды второй ленты. Продолжения ножей с пересадочными лапками и пересадочных лапок без ножей выше оси, на которой они закреплены на втулках с возможностью их вращения, выполнены в виде сторон параллелограмма (вершины которого лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости основания ленты), в виде шарнира, к верхней точке которого или к продолжению пересадочных лапок прикреплена стягивающая пружина, смыкающая ножи с пересадочными лапками и пересадочные лапки без ножей во время разрезки ножами стебля растения на экспланты и захвата элементов пересадочными лапками. В устройстве установлено не менее трех компонентов ножей и пересадочных лапок с возможностью одновременного выполнения нескольких различных операций: разрезки растения на экспланты, высадки эксплантов на выпуклости культуральных сосудов стерильной ленты, дезинфекции ножей и пересадочных лапок, благодаря чему ускоряется размножение растений в устройстве. Альтернативным решением может быть размещение ножей и пересадочных лапок на втулках не на горизонтальной оси, а на кольцевом креплении в виде многогранника, количество граней которого соответствует количеству эксплантов, на которые разрезают стебель растения. Но в этом случае потребуется больше времени на разрезку растения на экспланты и захват эксплантов, так как каждый эксплант отрезают ножами от стебля и захватывают пересадочными лапками по отдельности. Преимущество заявляемого устройства по сравнению с прототипом также обеспечивается использованием жидкой среды для роста растений в культурных сосудах in vitro что не требует дорогостоящего вещества агар-агара.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 схематично изображена лента с культуральными сосудами для выращивания растения in vitro, с последующим их размножением в устройстве или высадкой растений вместе с культуральными сосудами в почву, в условия in vivo; на фиг. 2 - культуральный сосуд ленты; на фиг. 3 схематично изображено устройство размножения растений in vitro; на фиг. 4 - нагреваемый валик для снятия с основания ленты пленки покрытия; на фиг. 5 схематично изображены ножи с пересадочными лапками перед разрезкой растения ножами на экспланты и захватом эксплантов пересадочными лапками; на фиг. 6 - пересадочные лапки без ножей перед захватом экспланта; на фиг. 7 - чередование находящихся в комплекте на одной оси ножей с пересадочными лапками и пересадочных лапок без ножей; на фиг. 8 - захват экспланта пересадочными лапками; на фиг. 9 - высадка экспланта на выпуклость культурального сосуда ленты; на фиг. 10 - ножи с пересадочными лапками, не захватившие эксплант; на фиг. 11 - дозатор для разлива питательной среды в культуральный сосуд ленты; на фиг. 12 - использование в устройстве трех комплектов ножей и пересадочных лапок, выполняющих разные операции: разрезку растений на экспланты, захват эксплантов, высадку эксплантов в культуральные сосуды стерильной ленты, дезинфекцию ножей и пересадочных лапок в СВЧ-печи; на фиг. 13 - штатив для выращивания растений в культуральных сосудах ленты; на фиг. 14 - фиксирование конца ленты, находящейся на штативе; на фиг. 15 - скоба для фиксирования конца ленты, находящейся на штативе; на фиг. 16 - стеллаж с освещением, на полках которого размещают штативы с лентой и из эксплантов выращивают растения; на фиг. 17 - уголок на полке стеллажа, на котором поддерживается штатив с лентой; на фиг. 18 - процесс снятия находящимися на одной оси нагреваемыми валиками части пленки перекрытия с ленты перед высадкой растений в условия in vivo.
Для размножения растения в устройстве используют культуральные сосуды, соединенные между собой в виде ленты (фиг. 1, 2). Лента состоит из основания 1 в виде листа с выштампованными в нем культуральными сосудами 2 для размещения питательной среды и эксплантов, отделенными один от другого перемычками 3. К ленте присоединяют пленку покрытия 4 из одного листа прозрачной термоактивной пленки. На ленте в культуральном сосуде выштампована выпуклость 5, на которой фиксируют эксплант путем прижатия его к выпуклости 5 пленкой покрытия 4. Выпуклость 5 разделяет культуральный сосуд на две неравные по объему камеры: нижнюю 6 - для размещения жидкой среды, роста корней и верхнюю 7 - для роста побега растения. На основании 1 ленты выштампованы бороздки 8, которые обеспечивают газообмен между культуральным сосудом и внешней средой. На основании ленты находятся отверстия перфораций 9 для транспортировки ленты в устройстве. Устройство размножения растений in vitro (фиг. 3) размещают в двух сочлененных ламинарных боксах 10 (пылезащитных камерах типа УО-БГ или в аналогичных ламинарных боксах) с регулируемой скоростью потока воздуха, что обеспечивает стерильность процесса размножения растений in vitro. В устройстве находятся рулон стерильной ленты 11, а также рулон 12 стерильной пленки покрытия 4, которую присоединяют к основанию 1 ленты 11; рулон ленты 13, с выросшими растениями, предназначенными для разрезки на экспланты, с которой снимают и сматывают на катушку 14 пленку покрытия 4 с использованием электропривода.
В устройстве установлены узел снятия пленки покрытия 4, в котором имеется нагреваемый валик 15 с возможностью путем нагрева отсоединения термоактивной пленки покрытия 4 от основания 1 ленты 13; дозатор 16, которым наливают стерильную жидкую питательную среду в культуральные сосуды стерильной ленты 11; бак 17, в котором находится стерильная жидкая питательная среда; комплект ножей с пересадочными лапками 18, ножами которого разрезают на экспланты растения, выросшие в культуральных сосудах ленты 13, а пересадочными лапками, находящимися в этом же комплекте 18, захватывают и высаживают экспланты в культуральные сосуды стерильной ленты 11; СВЧ-печь 19, с возможностью дезинфицирования ножей и пересадочных лапок комплекта 18; лентопротяжные механизмы, состоящие из направляющих пазов и зубчатых барабанов 20 с электроприводами, которыми путем зацепления за отверстия перфораций 9 раскручивают ленту 13 из рулона, переводят ее из вертикального в горизонтальное положение, транспортируют ленту 13 в устройстве, раскручивают ленту 11 из рулона, транспортируют ее в устройстве и переводят из горизонтального в вертикальное положение; нагреваемый валик 21 с возможностью путем нагрева присоединения к основанию 1 ленты 11 пленки покрытия 4, раскручиваемой из катушки 12; рулон 22, в который сматывают ленту 11, раскрученную из рулона 11, после разлива в ее культуральные сосуды жидкой среды дозатором 16, высадки в них эксплантов комплектом 18 ножей с пересадочными лапками, присоединения к ее основанию 1 пленки покрытия 4, перевода этой ленты из горизонтального в вертикальное положение; рулон 23, в который сматывают ленту 13 после ее перевода из вертикального в горизонтальное положение, снятия с ее основания 1 пленки покрытия 4, разрезки на экспланты растений, выросших в ее культуральных сосудах, комплектом 18 ножей и пересадочных лапок. На нагреваемых валиках 15 и 21 находятся (фиг. 4) углубления 24, соответствующие форме культуральных сосудов, благодаря которым не происходит перегрев растений в процессе снятия пленки покрытия 4 с основания 1 ленты 13 и присоединения пленки покрытия 4 к основанию 1 ленты 11. Также на нагреваемых валиках имеются углубления 25, обеспечивающие контакт бороздок с внешней средой. В устройстве установлены (фиг. 3) узел разрезки растений на экспланты и высадки эксплантов, который состоит из комплектов 18 ножей и пересадочных лапок; ленточный привод (ременная или цепная передача), на котором закреплены эти комплекты, приводимый в движение электромотором, три катушки соленоидов, сердечники которых обеспечивают: 1) разрезку ножами растений на экспланты и их захват пересадочными лапками, 2) высадку эксплантов, 3) дезинфекцию ножей и пересадочных лапок. В комплекте 18 (фиг. 3) находятся (фиг. 5) выполненные в виде ножниц дугообразные ножи 26, жестко соединенные с пересадочными лапками 27, а (фиг. 6) также выполненные в виде ножниц дугообразные пересадочные лапки 27 без ножей. Ножи 26 с пересадочными лапками 27 (фиг. 5) и пересадочные лапки 27 без ножей (фиг. 6) находятся на втулках на одной оси 28. Прямая линия, соединяющая конец ножей 26 с центром оси 28 или конец пересадочных лапок 27 с центром оси 28, равна радиусу имеющей форму дуги внутренней поверхности стенки культурального сосуда 2 с возможностью скольжения с минимальным зазором концов ножной 26 и концов пересадочных лапок 27 по внутренней поверхности стенки культурального сосуда 2 в процессе разрезки растений ножами 26 на экспланты и захвата эксплантов пересадочными лапками 27. Ножи 26 жестко соединены с пересадочными лапками 27. Ножи 26 (фиг. 5) выступают вперед и (фиг. 7) в сторону от пересадочных лапок 27 на несколько миллиметров. В комплекте пересадочные лапки с ножами (фиг. 5) и пересадочные лапки без ножей (фиг. 6) чередуются вдоль оси 28, на которой они закреплены на втулках, как показано на фиг. 7. Ножи 26 с пересадочными лапками 27 и пересадочные лапки 27 без ножей, расположенные попарно, чередуются в момент разрезки растения на экспланты от нижней камеры, где отрезается часть корневой системы, к верхней части верхней камеры, где отрезается и захватывается верхушка растения следующим образом: ножи с пересадочными лапками, пересадочные лапки с ножами, пересадочные лапки без ножей, пересадочные лапки без ножей, ножи с пересадочными лапками и т.д., ..., пересадочные лапки с ножами, пересадочные лапки без ножей, пересадочные лапки без ножей, в зависимости от количества эксплантов, на которые разрезают растение. Продолжение (фиг. 8) каждого ножа с пересадочной лапкой 27 или пересадочной лапки без ножа выше втулки, находящейся на оси 28, является одной из сторон 29 параллелограмма в виде шарнира с подвижными осями 28, 30, 31, 32. Вершины параллелограмма находятся в плоскости, перпендикулярной плоскости основания ленты. К осям 30, 31 прикреплена стягивающая пружина 33, которая смыкает ножи 26 с пересадочными лапками 27 или пересадочные лапки 27 без ножей, что обеспечивает разрезку ножами стебля растения на экспланты и захват каждого экспланта с двух сторон пересадочными лапками 27 (фиг. 7). В устройстве имеется (фиг. 8, 9, 10) контакт 34 управления приводом подачи ленты 11, который замыкается пересадочными лапками в случае, если в них находится эксплант, и контакт 35 остановки подачи ленты, одновременно подающий сигнал на соленоид, сердечник 36 которого раздвигает пересадочные лапки, в результате чего происходит высадка экспланта на выпуклость 5 культурального сосуда ленты 11. В устройстве находится (фиг. 11) дозатор 37, которым наливают жидкую питательную среду в нижнюю камеру 6, на выпуклость 5 и в верхнюю камеру 7 культурального сосуда. В узле разрезки растений на экспланты и пересадки эксплантов (фиг. 12) установлено не менее чем три комплекта 18 ножей с пересадочными лапками и пересадочных лапок без ножей, ножами 26 которых производят разрезку растений на экспланты, пересадочными лапками 27 выполняют захват и высадку эксплантов на выпуклости 5 культуральных сосудов 2 стерильной ленты 11, а также дезинфицируют ножи 26 и пересадочные лапки 27 путем их стерилизации в СВЧ-печи 19, имеющей крышку 38. В устройстве имеется (фиг. 3) узел присоединения пленки покрытия 4 к основанию 1 ленты 11, состоящей из нагреваемого валика 21, которым путем разогрева термоактивной пленки покрытия 4 до определенной температуры присоединяют пленку покрытия 4 к основанию 1 ленты 11, в культуральные сосуды 2 который налили дозатором 16 питательную среду и высадили экспланты комплектом 18. В этом узле имеется катушка 12 с пленкой покрытия 4. Пленку покрытия 4 постепенно разматывают из катушки 12 и присоединяют нагреваемым валиком 21 к основанию 1 ленты 11. Состоящий из зубчатых валиков 20 с электроприводами и направляющих пазов лентопротяжный механизм переводит гибкую ленту 11 с налитой в ее культуральные сосуды жидкой средой с высаженными на выпуклости эксплантами и присоединенной к ее основанию 1 пленкой покрытия 4 из горизонтального в вертикальное положение и сматывает эту ленту в рулон 22 на штативе 39 (фиг. 13). На квадратную ось 40 этого штатива сматывают ленту путем фиксации ее конца в отверстии 41. После окончания сматывания ленты на штатив ее конец (фиг. 14, 15) закрепляют скобой 42. Внутри боковых сторон скобы 42 выполнены сквозные прорези, в которые заходят перемычки двух последних витков ленты в рулоне 22.
Устройство размножения растений in vitro работает следующим образом (фиг. 3). Перед размножением растений включают ламинарные боксы за 15-20 мин до включения устройства. С рулона ленты снимают целлофановую пленку, которая предохраняет ленту от попадания на нее пыли и микроорганизмов в процессе выращивания растений в ее культуральных сосудах в световой комнате в течение одного-двух месяцев. Штатив с этим рулоном ленты 13 вставляют на ось в устройстве. Ленту 13, в культуральных сосудах 2 которой находятся растения, предназначенные для разрезки на экспланты, раскручивают из рулона 13 и заправляют в направляющие пазы лентопротяжного механизма до ее захвата зубчатыми валиками 20 за отверстия перфораций 9. В дальнейшем транспортировку ленты в устройстве осуществляет лентопротяжный механизм с электроприводом. Этот механизм переводит ленту 13 из вертикального в горизонтальное положение путем ее движения по направляющим пазам. С основания ленты 13 снимают термоактивную пленку покрытия 4, разогретую до необходимой температуры нагреваемым валиком 15. Пленку покрытия закрепляют на катушке 14 и сматывают ее на эту катушку 14 за счет действия привода, обеспечивающего вращение катушки 14 от электромотора. Узел разрезки растений на экспланты и пересадки эксплантов осуществляет эти операции в устройстве следующим образом. Движущаяся в устройстве лента 13 воздействует на датчик, который замыкает электрические контакты катушки соленоида, в результате чего сердечник соленоида придвигает комплект 18 ножей и пересадочных лапок к культуральному сосуду (фиг. 5, 6, 7). При дальнейшем своем движении сердечник этого соленоида воздействует на храповик, препятствовавший смыканию пересадочных лапок 27, жестко соединенных с ножами 26, и пересадочных лапок 27 без ножей. В результате, под воздействием стягивающей пружины 33 ножи 26 разрезают стебель растения на экспланты, а пересадочные лапки 27 сразу же захватывают экспланты. Под действием пружин возврата комплект 18 ножей и пересадочных лапок поднимается вверх над культуральным сосудом. Сердечник соленоида также под действием своей пружины возврата поднимается вверх. Под воздействием электромотора (фиг. 3) комплект 18 ножей с пересадочными лапками, закрепленный на цепи, перемещается по направляющей рейке и останавливается над культуральным сосудом другой стерильной ленты 11 с предварительно налитой в ее культуральные сосуды жидкой питательной средой дозатором 16. Дозатор 16 одновременно наливает жидкую среду в нижнюю камеру 6, на выпуклость 5 культурального сосуда и в верхнюю камеру 7. Если (фиг. 8) в пересадочных лапках 27 находится эксплант, дугообразные пересадочные лапки 27 в виде ножниц не смыкаются до конца (не заходят друг за друга), так как между двумя пересадочными лапками 27 находится эксплант. В этом случае продолжения 29 пересадочных лапок 27 воздействуют на датчик 34, который дает электрический сигнал для сдвига ленты 11 на один культуральный сосуд. В свою очередь, сдвинутый культуральный сосуд воздействует на датчик 35, дающий электрический сигнал на движение сердечника 36 соленоида, который (фиг. 9) путем нажатия на оси 32 двух соседних шарниров, сторонами которых являются продолжения 29 пересадочных лапок 27, удерживающие с двух сторон один эксплант, размыкает эти две пары пересадочных лапок 27. Эксплант освобождается от удерживания пересадочными лапками 27 и падает под действием силы тяжести на выпуклость 5 культурального сосуда ленты 11. После этого сердечник 36 соленоида поднимается вверх под действием пружины возврата сердечника соленоида. При своем движении вверх сердечник соленоида воздействует на датчик, который подает сигнал на сдвиг комплекта 18 ножей с пересадочными лапками и следующие две пары пересадочных лапок 27, удерживающие с двух сторон один эксплант, останавливаются над выпуклостью 5 культурального сосуда 2. Процесс высадки экспланта пересадочными лапками 27 повторяется снова. После высадки всех эксплантов, бывших в пересадочных лапках комплекта 18, движущийся вверх сердечник 36 соленоида, находящийся над лентой 11, куда высаживают экспланты, воздействует на датчик, который подает сигнал на сдвиг этого комплекта 18 к СВЧ-печи 19, а также на движение другого комплекта к ленте 11, пересадочные лапки 27 которого, несущие эксплант, располагаются над выпуклостью 5 культурального сосуда 2. Процесс высадки эксплантов пересадочными лапками 27 другого комплекта 18 повторяется таким же образом. В случае (фиг. 10), если пересадочные лапки 27 не захватывают эксплант, то они без препятствия заходят друг за друга, в результате чего не формируется сигнал на контакте 34, на сдвиг ленты 11, что, в свою очередь, не приводит к подаче сигнала с датчика 35 на движение сердечника 36 соленоида. Сдвиг культурального сосуда с налитой средой происходит только при наличии экспланта в пересадочных лапках 27, находящихся над выпуклостью 5 ленты 11. После высадки эксплантов (фиг. 12) комплект 18 ножей и пересадочных лапок, закрепленный на цепи, сдвигается по направляющей рейке к СВЧ-печи 19, где этот комплект 18 воздействует на датчик, который подает электрический сигнал на соленоид, находящийся над СВЧ-печью 19, сердечник которого путем давления на оси 32 всех шарниров пересадочных лапок 27, имеющихся в комплекте 18, сдвигает эти лапки вниз и погружает их через прорези в СВЧ-печи 19 в эту печь, где они дезинфицируются в течение двух-трех секунд (время, необходимое для высадки эксплантов, движущемуся за этим комплектом, следующему комплекту 18). При дальнейшем давлении на оси 32 комплекта 18 сердечник соленоида размыкает пересадочные лапки 27 с ножами 26 и пересадочные лапки 27 без ножей до их фиксации в разомкнутом положении храповиком. После дезинфекции пересадочных лапок 27 с ножами 26 и пересадочных лапок 27 без ножей сердечник соленоида под действием пружины возврата движется вверх, пересадочные лапки 27 с ножами 26 и пересадочные лапки 27 без ножей находящейся в комплекте пружиной возврата выдвигаются вверх из СВЧ-печи 19 и этот комплект 18 с разомкнутыми пересадочными лапками 27 с ножами 26 и с разомкнутыми пересадочными лапками 27 без ножей сдвигается по направляющей рейке под действием электромотора к ленте 13 для разрезки растений, имеющихся в ее культуральных сосудах, на экспланты и захвата эксплантов. Процесс разрезки растений на экспланты и высадки эксплантов повторяется снова. В устройстве используют одновременно (фиг. 12) несколько комплектов 18 ножей и пересадочных лапок: один комплект производит разрезку растения на экспланты, другой высаживает экспланты на выпуклости стерильной ленты, третий дезинфицируется. Каждый комплект 18 ножей и пересадочных лапок находится на прямолинейной оси 28 или выполнен на кольцевом креплении в виде многогранника, количество граней которого соответствует количеству эксплантов, на которые разрезают стебель растения, с возможностью вращения многогранника во время разрезки растений на экспланты, высадки эксплантов и дезинфекции ножей и пересадочных лапок. Узел присоединения термоактивной пленки покрытия 4 к основанию 1 ленты 11 работает следующим образом (фиг. 3). Нагреваемый валик 21 нагревается до необходимой температуры вмонтированной в него спиралью разогрева под действием электрического тока. Термоактивную пленку покрытия 4 раскручивают на катушки 12 и заправляют под нагреваемый валик 21, который, нагревая термоактивную пленку покрытия 4 до необходимой температуры, присоединяет ее к основанию 1 ленты 11. Вращение нагреваемого валика 21 осуществляет электромотор. Нагреваемый валик 21 раскручивает пленку покрытия 4 из катушки 12. Кроме термоактивной пленки покрытия можно использовать обычную прозрачную пленку и присоединять ее к основанию ленты путем предварительного нанесения термоактивного клея на сторону, соприкасающуюся с основанием ленты, или использовать пленку типа липкой ленты при условии, если клей не будет растворим в жидкой питательной среде и не будет вредным для роста растений. Лентопротяжный механизм переводит ленту 11 из горизонтального в вертикальное положение путем ее транспортировки по направляющим пазам, сматывает эту ленту в рулон 22 на штатив, соединенный с приводом от электромотора через вращающуюся ось, на которой закреплен этот штатив. Ленту, раскрученную из рулона 13, в которой разрезаны растения на экспланты, сматывают в рулон 23 на катушку, закрепленную на оси и соединенную с приводом ее вращения от электромотора. Эту ленту в рулоне 23 переплавляют и повторно используют пластмассу для изготовления стерильной ленты.
Способ размножения растений in vitro осуществляют следующим образом. Из растений выделяют меристемы, почки и высаживают на питательную среду в стеклянные пробирки, колбы или в другие культуральные сосуды для развития растений. На первом этапе обычным ручным способом размножения получают растения с побегами. Побеги черенкуют на экспланты и укладывают ручным способом на выпуклости 5 культуральных сосудов стерильной ленты 11 с налитой в культуральные сосуды 2 питательной средой дозатором 16. Пошаговый сдвиг ленты 11 на одну ячейку для высадки экспланта осуществляют электроприводом, полуавтоматически, путем замыкания электрических контактов ножным педальным включателем.
В устройстве (фиг. 3) в узле присоединения пленки покрытия 4 к основанию 1 ленты 11 присоединяют или термоактивную пленку, или обычную прозрачную пленку с нанесенным на нее термоактивным клеем, или пленку типа липкой ленты. В случае использования термоактивной пленки покрытия 4 ее раскручивают из катушки 12 и заправляют под нагреваемый валик 21, с приводом его вращения от электромотора. Лентопротяжным механизмом с электроприводом раскручивают ленту из рулона 11 путем зацепления зубчатыми валиками 20 за отверстия перфораций 9 и транспортируют ее в устройстве по направляющим пазам. После разлива дозатором 16 в культуральные сосуды 2 жидкой среды, высадки эксплантов на выпуклости 5 и присоединения к ленте 11 пленки покрытия ленту 11 переводят из горизонтального в вертикальное положение и сматывают в рулон 22 на штативе 39, вращающемся на оси, с приводом вращения от электромотора. На втором этапе через один-два месяца после развития в световой комнате из эсплантов растений на всю длину культурального сосуда (вырастает 8 - 20 листьев в зависимости от вида растения) рулон ленты 13 с выросшими в культуральных сосудах растениями, вставляют в устройство. Далее, растения размножают in vitro заявляемым устройством полностью в автоматическом режиме. Лентопротяжным механизмом раскручивают ленту из рулона 13, транспортируют в устройстве по направляющим пазам, зацепляя ее за отверстия перфораций 9 зубчатыми валиками 20, с приводом их вращения от электромотора. При этом посредством направляющих пазов переводят ленту 13 из вертикального в горизонтальное положение. В узле снятия пленки покрытия 4 снимают термоактивную пленку покрытия 4 с основания 1 ленты 13 путем разогрева пленки до необходимой температуры нагреваемым валиком 15 с приводом его вращения от электромотора. Пленку покрытия 4, снятую с ленты 13, закрепляют и сматывают на катушку 14 с приводом ее вращения от электромотора. Главным конструктивным элементом узла разрезки растений на экспланты и пересадки эксплантов (фиг. 5-12) является комплект 18 ножей 26 и пересадочных лапок 27. Ножами 26 разрезают стебель растения, находящегося в горизонтальном положении в культуральном сосуде 2 ленты 13, на экспланты, захватывают экспланты пересадочными лапками 27, переносят их к другой ленте 11 и высаживают на выпуклости 5 культуральных сосудов 2 этой ленты 11. Эти операции полностью автоматизированы. Устройство и работа узла разрезки растений в культуральных сосудах 2 ленты 13 на экспланты и их высадки в культуральные сосуды 2 другой стерильной ленты 11 описаны выше и схематически изображены на фиг. 5-12. Ножи и пересадочные лапки (фиг. 12) после каждого черенкования и высадки эксплантов во избежание переноса инфекции в случае, если будет расчеренковано инфицированное растение, стерилизуются в СВЧ-печи 19. В СВЧ-печи есть прорези, в которые погружают ножи 26, пересадочные лапки 27 и ось 28, на которой они находятся. Когда ножи и пересадочные лапки не стерилизуются, прорези закрываются заслонкой 38. Для изменения размера экспланта, в зависимости от расстояния между листьями размножаемого вида растения, меняют расстояние (фиг. 7) между ножами 26 с пересадочными лапками 27 и пересадочными лапками 27 без ножей путем их сдвига с фиксацией вдоль оси 28, на которой они размещены. Растения разных видов разрезают на экспланты разной длины таким образом, чтобы каждый эксплант был как минимум с одним листом, с пазушной (аксиллярной) или верхушечной почкой. У некоторых эксплантов может быть 2, 3 и большее количество листьев с почками. Так, например, у винограда длина экспланта может быть 2,5 - 3 см, а у полыни лимонной 1,5 - 2 см.
Перед высадкой эксплантов предварительно наливают жидкую питательную среду в культуральные сосуды 2 стерильной ленты 11 (фиг. 11) дозатором 37. Среду наливают в нижнюю камеру 6, в верхнюю камеру 7 и на выпуклость 5 культурального сосуда 2 одновременно. В случае разлива питательной среды на выпуклость 5 эксплант во время высадки прилипает к выпуклости за счет эффекта смачивания. Для лучшей фиксации экспланта на выпуклости 5 (эксплант падает на выпуклость 5 после разжатия пересадочных лапок 27) на нее наливают концентрированный раствор углевода из расчета на весь объем наливаемой в культуральный сосуд среды. Эксплант прилипает к выпуклости за счет вязкости концентрированного раствора углевода, например сахарозы. В верхнюю камеру 7 наливают среду без углевода. После присоединения (фиг. 3) к ленте 11 пленки покрытия 4, перевода этой ленты из горизонтального в вертикальное положение и сматывания ее в рулон 22 среда без сахарозы, налитая в верхнюю камеру 7, перетекает в нижнюю камеру 6 и смывает концентрированный раствор углевода с выпуклости 5, смачивает высаженный эксплант по всей его поверхности, что приводит к развитию корней на длину, достаточную для их соприкосновения со средой в нижней камере 6. Благодаря этому также не развивается патогенная микрофлора в верхней камере 7 культурального сосуда (что определяется отсутствием сахарозы в среде на стенках верхней камеры 7) после высадки находящихся в культуральных сосудах ленты растений вместе с лентой на адаптацию к условиям in vivo. На втором этапе размножения термоактивную пленку покрытия 4 (фиг. 3) присоединяют к основанию 1 ленты 11, в культуральные сосуды которой уже налита питательная среда и высажены экспланты, что сделано таким же образом, как и на первом этапе. Для этого пленку покрытия 4 раскручивают из катушки 12 и заправляют под нагреваемый валик 21 с приводом его вращения от электромотора. На нагреваемых валиках 15 и 21 (фиг. 4) для отсоединения и для присоединения соответственно пленки покрытия 4 выполнены углубления 24, имеющие форму культуральных сосудов 2, благодаря чему не происходит перегрев растений, находящихся в культуральных сосудах ленты 13, а также эксплантов, высаженных в культуральные сосуды ленты 11. На нагреваемых валиках 15 и 21 имеются также углубления 25, что приводит к частичному неприсоединению пленки покрытия 4 к основанию 1 ленты, в результате чего обеспечивается контакт бороздок с внешней средой у ленты, смотанной в рулон 22 на штативе 39. В случае остановки движения лент 13 и 11 на время, большее, например, чем 5 с, эти нагреваемые валики 15 и 21 автоматически приподнимаются над лентами 13 и 11, что исключает перегрев растений в культуральных сосудах 2 ленты 13 и перегрев высаженных эксплантов, находящихся на выпуклостях 5 в культуральных сосудах 2 ленты 11. Лентопротяжным механизмом ленту 11 переводят из горизонтального в вертикальное положение и сматывают в рулон 22 на штативе 39. Предварительно пустой штатив 39 надевают на ось с приводом ее вращения от электромотора. На штативе 39 имеется (фиг. 13) квадратная ось 40 для придания рулону 22 формы квадрата. В начале сматывания ленты в рулон 22 культуральный сосуд ленты вставляют в отверстие 41 на оси 40. После окончания наматывания ленты в рулон (фиг. 14, 15) конец ленты фиксируют скобой 42 путем зацепления перемычек двух витков ленты (фиг. 15). Во избежание попадания инфекции и пыли штатив с лентой 22 обворачивают листом тонкой целлофановой пленки, которая пропускает кислород, углекислый газ, пар воды и обеспечивает через бороздки 8 обмен газовой среды внутри культуральных сосудов с внешней средой. Ленту в штативах выставляют на стеллаж (фиг. 16). На полках 43 штативы поддерживают на уголках 44 (фиг. 17). Над каждой полкой 43 (фиг. 16) размещают люминесцентные лампы 45. После загрузки стеллажа штативами его транспортируют на колесах 46 в световую комнату, где в культуральных сосудах ленты растут и развиваются растения. После развития растений на всю длину культурального сосуда (8 - 20 листьев с пазушными почками, в зависимости от вида растений) стеллаж транспортируют на колесах 46 к устройству для размножения растений in vitro. Штативы снимают с полок 43. Со штативов снимают целлофановую пленку и помещают их в устройство (фиг. 3). Растения, предназначенные для размножения (разрезки на экспланты), находятся в культуральных сосудах ленты в рулоне 13. Цикл автоматизированного размножения повторяется. После размножения достаточного количества растений in vitro выросшие в культуральных сосудах лент растения вместе с лентой высаживают в субстрат на адаптацию к условиям in vivo. Перед высадкой растений на адаптацию в условия in vivo штатив с выросшими в культуральных сосудах ленты растениями (фиг. 3) вставляют в автомат на место рулона ленты 13. Заменяют нагреваемый валик 15 (фиг. 18) на два нагреваемых валика, находящихся на одной оси: нагреваемый валик 48 для снятия пленки покрытия 49 с ленты в верхней части верхней камеры 7 и нагреваемый валик 50 для снятия пленки покрытия 51 с выпуклости 5 и с нижней камеры 6 культурального сосуда. При частичном снятии пленки покрытия в устройстве работают не все механизмы, а только лентопротяжный механизм 20, нагреваемые валики 48, 50 и катушка 14, сматывающая отсоединенные от основания части 49 и 51 пленки покрытия. Лента с предназначенными для высадки в почву растениями сматывается в рулон 23. Оставшаяся на основании ленты часть пленки покрытия 52 удерживается растения в культуральных сосудах ленты. Частичное снятие пленок покрытия 49 и 51 обеспечивает в дальнейшем после высадки ленты с растениями в субстрат рост побега in vivo выше культурального сосуда и развитие корней в субстрате. Растения с лентой высаживают на адаптацию к условиям in vivo таким образом, что нижняя камера 6, выпуклость 5 и нижняя часть верхней камеры 7 находятся в субстрате, а средняя и верхняя части верхней камеры 7 - на поверхности. Ленту притеняют от попадания прямых солнечных лучей на растения первые 20 - 30 дней после высадки в субстрат на адаптацию. Расстояние между растениями в ряду регулируют шириной перемычек 3 (фиг. 1, 2) при изготовлении ленты. В случае необходимости больших расстояний между растениями в ряду делают разрезы ленты по перемычкам 3 и высаживают в культуральные сосуды с растениями в почву по отдельности. При высадке растений, например, винограда в культуральных сосудах ленты на адаптацию к условиям in vivo в конце апреля - начале июня к концу вегетации вырастают саженцы с вызревшей лозой длиной более 50 см. Саженцы пригодны к высадке на постоянное место в поле.
В таблице даны технико-экономические показатели группы изобретений: способа и устройства, и их эффективность по сравнению с прототипами. Время размножения в устройстве определяется скоростью заполнения культурального сосуда необходимым объемом среды и присоединения (фиг. 3) пленки покрытия 12 к основанию 1 ленты 11. На каждую из этих операций, которые выполняются одновременно, требуется не более 1 с. Теоретически в час может быть размножено 3600 растений. Но так как потребуется время для замены ленты 13 с растениями, предназначенными для разрезки на эксплантаты, стерильной ленты 11, а также пленок покрытия на катушках 12 и 14, то мы приводим в таблице более низкую скорость размножения заявляемыми способом и устройством - 3200 растений в час. Так как в прототипе способа не автоматизирована разрезка растений на экспланты и высадка эксплантов в культуральные сосуды с уже налитой в них питательной средой, то в час способом прототипа может быть размножено около 500 растений. Предлагаемыми способом и устройством будет размножено в час на 2700 растений больше, чем прототипом способа (в 6,4 раза быстрее). Отсюда следует, что для размножения заявляемыми способом и устройством одного миллиона растений потребуется 39 человеко/смен, а для размножения способом прототипа 250 человеко/смен, что на 211 человеко/смен больше. Производительность труда при размножении растений заявляемым способом и устройством в 6,4 раза выше, чем размножение способом прототипа.
Растения, размножаемые in vitro предлагаемым способом, растут быстрее по сравнению с растениями, размножаемыми способом прототипа за счет нормально протекающих процессов фотосинтеза и дыхания. При нормальном прохождении процессов фотосинтеза и дыхания растения вырастают in vitro из высаженных эксплантов за более короткий срок, что дает возможность сэкономить электроэнергию, необходимую для выращивания растений в световой комнате (поддержание нужной температуры, освещения, влажности).
Один человек может высадить в субстрат в условиях in vivo за один час как минимум 1000 растений, находящихся в культуральных сосудах ленты (растения высаживают в субстрат вместе с лентой), а в случае прототипа, когда высаживают каждое растение по отдельности, - 100 растений. Следовательно, для высадки 1.000.000 растений, размноженных предлагаемым способом, потребуется на 1125 человеко/смен меньше по сравнению с прототипом (производительность труда в 10 раз выше). Растения, размножаемые предлагаемым способом, частично адаптируются к более низкой влажности (фиг. 1, 2) за счет воздухообмена верхней камеры 7 культурального сосуда 2 с внешней средой через бороздки 8. В прототипе способа отсутствует газообмен между воздухом внутри культуральных сосудов (капсул) и внешней средой, отсутствуют условия для обычно протекающего процесса фотосинтеза. Кроме того (фиг. 18), после частичного снятия пленки покрытия 49 с верхней камеры (часть пленки покрытия 52 остается присоединенной к основанию ленты) и высадки растений вместе с культуральными сосудами в субстрат, растения продолжают постепенно адаптироваться к более низкой влажности в условиях in vivo. В таблице приводится приживаемость растений винограда, адаптированных в культуральных сосудах к более низкой влажности и к нормально протекающему процессу фотосинтеза, которые были размножены предлагаемым способом (приживаемость 4-х сортов винограда 90-96%), а также способом прототипа, - высаженных in vivo без предварительной адаптации в культуральных сосудах (приживаемость 4-х сортов винограда 79-83%). И в первом и во втором вариантах первые 14 дней после высадки в условиях in vivo для растений создавали повышенную влажность путем их накрытия полиэтиленовой пленкой. Затраты электроэнергии при размножении растений in vitro предлагаемым способом будут в течение часа работы на 1 кВт/ч больше по сравнению с прототипом, но так как скорость размножения предлагаемым способом выше, для размножения 1 млн. растений нашим способом потребуется на 3062 кВт/ч электроэнергии меньше (необходимо в 4,3 раза меньше электроэнергии), чем при размножении способом прототипа.
Размножение растений in vitro заявляемым способом по сравнению со способом прототипа будет в 6,4 раза быстрее. Производительность труда в 6,4 раза выше, а при высадке растений на адаптацию к условиям in vivo в 10 раз выше. Приживаемость растений винограда при адаптации к условиям in vivo на 11 - 14% выше. Затраты электроэнергии в 4,3 раза меньше.
Заявляемое устройство размножения растений in vitro, включающее комплект ножей и пересадочных лапок, осуществляющий разрезку растений на экспланты, захват и высадку эксплантов, в отличие от устройства прототипа не требует затрат ручного труда для выполнения этих операций. Устройством прототипа может быть отрезано и высажено на среду около 300 эксплантов в час. Заявляемым устройством будет высажено на 2900 эксплантов больше (в 10,7 раза больше). При использовании устройства прототипа затраты труды для размножения одного миллиона растений с учетом раскрытия культуральных сосудов, разлива в них агаризованной среды, закрытия культуральных сосудов будут на 406 человеко/смен больше (в 11,4 раза больше). Кроме того, несмотря на то, что для размножения растений устройством прототипа для работы ламинарного бокса требуется меньше электроэнергии - 0,5 кВт/ч - по сравнению с размножением в заявляемом устройстве 4 кВт/ч, в связи с большей производительностью заявляемого устройства, для размножения 1 млн. растений в нем потребуется на 312 кВт/ч электроэнергии меньше. Размножение растений устройством прототипа производят путем высадки эксплантов на агаризованную среду, а заявляемым устройством экспланты высаживают в культуральные сосуды ленты с жидкой средой. Для размножения 1 млн. растений устройством прототипа требуется 21 кг агар-агара (если для выращивания одного растения используют 3 мл агаризованной среды) стоимостью 788 долларов (агар-агар фирмы "SIGMA") (таблица), а размножение заявляемым устройством не требует дорогостоящего вещества агар-агара, и поэтому является более эффективным.
Таким образом, использование группы изобретений "Способ и устройство размножения растений in vitro" по всем показателям обеспечивает преимущественный результат по сравнению с прототипом способа и устройства.
Биографические сведения
1. А. С. 1341114 СССР, МКИ3 B 65 D 85/52, A 01 G 31/02. Контейнер для микроразмножения растений. Украинский проектный конструкторско-технологический институт местной промышленности /Танклевский М.М., Голодрига П.Я., Зленко В. А. , Танклевский А.М. - N 3912544/30-13; заявлено 08.04.85; опубликовано Б.И. N 36. 30.09.87. - 3 с.
2. Международная заявка WO 88/04520, МКИ A 01 G 7/00. Apparatus for and methods of cutting and/of moving plant tissue. Заявитель: Brown, Frank Raymond (GB), Приоритет N 86 30610 от 22.12.1986 (GB). Опубликовано 30.06.1988.
3. Заявка ЕПВ ЕР 0412621, МКИ A 01 H 4/00. A method and device for aseptically propagating cells or tissues. Заявитель: Van Oweren, Jacodus Johannea, BE. Приоритет N 8902032 от 08.08.1989, NL. Опубликовано 13.02.1991.
4. Международная заявка WO 91/03929, МКИ A 01 H 4/00. Method and apparatus for use in micropropagation. Заявитель: Brown F.R. (GB), Billington W. P. (GB). Приоритет N 8921403.5 от 21.09.1989, (GB). Опубликовано 04.04.1991.
5. Международная заявка WO 91/15110, МКИ A 01 H 4/00. Method and apparatus relating to micropropagation. Заявитель: Allard G.M. (GB), Blake J. (GB), Griffin D. P. (GB), Hutchinson M. (GB). Приоритет N 9007685.2 от 05.04.1990, GB. Опубликовано 17.10.1991.
Формула изобретения: 1. Способ размножения растений in vitro, включающий разматывание цепочки последовательно соединенных культуральных сосудов, заполнение культуральных сосудов питательной средой, высаживание в культуральные сосуды эксплантов, заваривание культуральных сосудов и помещение заваренных культуральных сосудов в емкость, в которой происходит выращивание растений из эксплантов, отличающийся тем, что выращивание растений проводят в вертикально расположенных культуральных сосудах, соединенных между собой в виде ленты с присоединенной к ее основанию пленкой покрытия, ленту, с выращенными растениями, разматывают с одновременным переводом ее в горизонтальное положение, снимают пленку покрытия с ленты, выращенные растений разрезают на экспланты, переносят полученные экспланты в культуральные сосуды, предварительно заполненные жидкой питательной средой и расположенные на второй ленте, герметизируют культуральные сосуды посредством присоединения пленки покрытия к основанию ленты и сматывают вторую ленту в вертикально установленный рулон.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что культуральные сосуды содержат верхнюю и нижнюю камеры, разделенные выпуклостью, а питательную среду наливают в верхнюю и нижнюю камеры и также на выпуклость.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что на выпуклость наливают концентрированный раствор углевода в жидкой питательной среде из расчета на весь объем наливаемой среды, а в верхнюю камеру наливают жидкую питательную среду без углевода.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выращенные в рулоне растения в культуральных сосудах высаживают в почву.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выращенные в рулоне растения повторно размножают.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед высаживанием в почву с культуральных сосудов частично снимают пленку покрытия.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояния между растениями в ряду регулируют шириной перемычек между культуральными сосудами.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что при посадке в почву растений вместе с культуральными сосудами ленту разрезают по перемычкам.
9. Устройство размножения растений in vitro, содержащее нож и пересадочный элемент, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит первый лентопротяжный механизм для ленты с культуральными сосудами, в которых находятся растения, состоящий из зубчатых валиков с электроприводом и направляющих пазов, узел снятия пленки покрытия с основания ленты, состоящий из нагреваемого валика и катушки с электроприводом, узел разрезания растений и пересадки эксплантов, состоящий из дугообразных ножей, выполненных в виде ножниц, жестко соединенных с пересадочными лапками, и пересадочных лапок без ножей, чередующихся от нижней части культурального сосуда, причем число пар ножей с пересадочными лапками и пересадочных лапок без ножей зависит от числа получаемых эксплантов, второй лентопротяжный механизм для ленты с культуральными сосудами для высаживаемых эксплантов, состоящий из зубчатых валиков с электроприводом и направляющих пазов, узел присоединения пленки покрытия к основанию ленты, состоящей из нагреваемого валика, катушки с пленкой покрытия, причем первый лентопротяжный механизм выполнен с возможностью перевода ленты из вертикального положения в горизонтальное, а второй - из горизонтального в вертикальное положение.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что ножи и пересадочные лапки размещены в комплекте на одной оси и имеют такую длину, что прямая линия, содержащая концы ножей и пересадочных лапок с центром оси, на которой они размещены, равна радиусу дуги ножа или пересадочной лапки.
11. Устройство по п. 9 или 10, отличающееся тем, что нож жестко соединен с пересадочной лапкой со смещением вперед и в сторону от пересадочной лапки.
12. Устройство по любому из пп. 9 - 11, отличающееся тем, что продолжения ножей и пересадочных лапок выше оси закрепления представляют собой стороны шарнирного параллелограмма, вершины которого лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости основания ленты и стянуты пружиной.
13. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что оно содержит не менее трех компонентов ножей и пересадочных лапок с возможностью выполнения одновременно разрезки растения на экспланты, высадки, эксплантов, дезинфекции ножей и пересадочных лапок.
14. Устройство по п. 9 или 13, отличающееся тем, что каждый комплект ножей и пересадочных лапок установлен на креплении в виде многогранника, число граней которого соответствует количеству эксплантов, на которое разделяют стебель растения, причем многогранник выполнен с возможностью вращения.