本發(fā)明涉及空間生物學(xué)工程領(lǐng)域，尤其涉及一種用于植物微重力效應(yīng)模擬的回轉(zhuǎn)器及方法。

背景技術(shù)：

1、模擬微重力環(huán)境是空間科學(xué)研究的重要基礎(chǔ)。近年來利用國際空間站(iss，即internat?iona?l?space?stat?i?on)的真實(shí)微重力環(huán)境對多種作物和模式植物進(jìn)行了生長情況的初判，然而空間站除了高額成本，其有限的實(shí)驗(yàn)空間無法滿足對批量實(shí)驗(yàn)材料的篩選、生長發(fā)育的大量測量以及種植環(huán)境的控制。因此，如何降低成本在地面模擬微重力、進(jìn)行大規(guī)模測試成為空間科學(xué)需解決的技術(shù)問題。

2、國內(nèi)外模擬微重力基本有兩項(xiàng)策略，其一利用強(qiáng)磁場與重力抵消，其二利用旋轉(zhuǎn)或隨機(jī)改變位置使得樣品感受的重力方向不斷改變。前者使用強(qiáng)磁場對于長期跟蹤植物發(fā)育過程同樣帶來高額成本，相較之下后者成本較低、部分研究機(jī)構(gòu)有所購置。然而，目前國內(nèi)外模擬植物微重力效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)裝置和隨機(jī)定位機(jī)均未對植物地上部分包括株高、側(cè)枝數(shù)量和角度、結(jié)實(shí)率等性狀進(jìn)行大規(guī)模測量與發(fā)育情況的實(shí)驗(yàn)跟蹤；目前裝置針對的實(shí)驗(yàn)材料是動物細(xì)胞、植物幼苗、單一成熟植物等，不能滿足在統(tǒng)一環(huán)境下的大批量微重力模擬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于植物微重力效應(yīng)模擬的回轉(zhuǎn)器及方法，用于批量測試各類植物的地上部分在微重力下的生長發(fā)育反應(yīng)，特別適合于同時處理多個樣品。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種用于植物微重力效應(yīng)模擬的回轉(zhuǎn)器，包括：主體箱以及可移動光源，所述主體箱包括：串聯(lián)拼接的多組模塊，所述模塊上設(shè)置有多個夾具，所述夾具用于放置植物培養(yǎng)容器并帶動所述植物培養(yǎng)容器旋轉(zhuǎn)；

3、所述可移動光源設(shè)置于所述主體箱的前側(cè)、并相對于所述主體箱的距離可調(diào)，用于為植物樣品提供光照。

4、本發(fā)明的有益效果是：克服了目前國內(nèi)植物微重力模擬裝置無法對植物進(jìn)行大規(guī)模測量和發(fā)育情況跟蹤的技術(shù)難題。通過本回轉(zhuǎn)器能夠?qū)崿F(xiàn)批量測試各類成熟植物在微重力下的生長發(fā)育反應(yīng)，特別適用于同時處理多個樣品，可通過串聯(lián)需要數(shù)量的模塊，以低成本達(dá)到用戶需求的樣品數(shù)目，并且每個模塊之間可單獨(dú)運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)對于批量相同或不同的樣品同時進(jìn)行相同、不同梯度轉(zhuǎn)速的微重力模擬效應(yīng)，達(dá)到不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的批量數(shù)據(jù)收集；此外，可實(shí)現(xiàn)黑暗環(huán)境從而去除向光性生長，單一檢測微重力效應(yīng)，或者實(shí)現(xiàn)頂側(cè)或側(cè)面光源從而誘發(fā)向光性生長，檢測微重力下的向光性反應(yīng)。

5、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

6、進(jìn)一步，多組所述模塊豎直設(shè)置于底座上，每個所述模塊上沿豎直方向均勻間隔設(shè)置有多個所述夾具。

7、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：增加模塊可以增加同期測試數(shù)量，尤其適用于對多個品種、多種基因型、同一種基因型不同發(fā)育時期等植物材料進(jìn)行批量比較。此外，可以調(diào)節(jié)可移動光源的相對位置，檢測不同方向光照、不同光強(qiáng)下植物的微重力效應(yīng)。

8、進(jìn)一步，所述夾具包括：與所述模塊連接的連接臺，所述連接臺上延伸設(shè)置出多個瓣體，用于夾緊所述植物培養(yǎng)容器。

9、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：夾具是各自獨(dú)立與模塊進(jìn)行連接，因此單一夾具元件損壞，不影響其他夾具的旋轉(zhuǎn)，不需要整體進(jìn)行維護(hù)和更換；連接臺靠近可移動燈源的一側(cè)延伸出的多個瓣體，為植物培養(yǎng)容器提供了穩(wěn)定的夾持環(huán)境。實(shí)現(xiàn)對植物培養(yǎng)容器的緊密夾緊，有效防止了在旋轉(zhuǎn)過程中因夾持不穩(wěn)導(dǎo)致植物品種掉落或損壞，從而保障了實(shí)驗(yàn)的安全性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

10、進(jìn)一步，所述模塊背離所述夾具的一側(cè)設(shè)置有動力裝置，每個所述夾具連接一個所述動力裝置，通過所述動力裝置帶動所述連接臺以及所述瓣體旋轉(zhuǎn)。

11、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：每個夾具對應(yīng)一個動力裝置，實(shí)現(xiàn)了對單個植物培養(yǎng)容器的獨(dú)立控制，此方式使得實(shí)驗(yàn)中可以根據(jù)需要單獨(dú)調(diào)整每個植物培養(yǎng)容器的旋轉(zhuǎn)速度、方向和時長，從而滿足對不同植物品種、不同實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)行微重力效應(yīng)的模擬，同時獨(dú)立控制還提高了實(shí)驗(yàn)的靈活性，精準(zhǔn)控制有助于減少實(shí)驗(yàn)中的誤差，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

12、進(jìn)一步，還包括：控制器，所述控制器與所述動力裝置電連接，用于控制所述動力裝置的啟停、旋轉(zhuǎn)速度以及旋轉(zhuǎn)時間。

13、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：控制器作為回轉(zhuǎn)器的總控制，能夠集中控制回轉(zhuǎn)器上多個夾具對應(yīng)的動力裝置的啟停、旋轉(zhuǎn)速度以及旋轉(zhuǎn)時間。尤其在增加模塊時，在控制器中增加芯片數(shù)量進(jìn)行各個模塊的單獨(dú)控制即可。

14、進(jìn)一步，所述控制器上設(shè)置有觸摸屏和開關(guān)按鈕，所述觸摸屏用于手動觸發(fā)以設(shè)置所述動力裝置的旋轉(zhuǎn)速度以及旋轉(zhuǎn)時間，所述開關(guān)按鈕用于觸發(fā)以啟動回轉(zhuǎn)器。

15、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過開關(guān)按鈕控制啟動回轉(zhuǎn)器，通過觸摸屏手動觸發(fā)以設(shè)置動力裝置的旋轉(zhuǎn)速度以及旋轉(zhuǎn)時間。

16、進(jìn)一步，所述可移動光源包括：可移動燈板和led燈管，所述可移動燈板設(shè)置于所述主體箱的前側(cè)，所述可移動燈板上對應(yīng)每個所述模塊上的所述夾具豎向間隔設(shè)置有多個所述led燈管。

17、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：可移動燈板的設(shè)置使得led燈管能夠根據(jù)需要移動至對應(yīng)位置，滿足不同植物品種株高的實(shí)驗(yàn)所需，提高了設(shè)備的利用率和實(shí)驗(yàn)效率；led燈管沿豎直方向設(shè)置，并與模塊一一對應(yīng)，使得每個模塊中的每一個植物樣品都能獲得均勻且充足的光照，同時易于后期維護(hù)和更換；led燈管作為光源，具有發(fā)光效率高、光色純正、光衰小等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高光照的均勻性和穩(wěn)定性，節(jié)能環(huán)保。

18、進(jìn)一步，所述可移動燈板的下方設(shè)置有滑輪，用于根據(jù)不同物種或品種的植物株高調(diào)節(jié)所述可移動燈板與所述主體箱之間的距離。

19、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過滑輪實(shí)現(xiàn)可移動燈板與主體箱之間距離的調(diào)整，根據(jù)植物品種的實(shí)際株高調(diào)整可移動燈板的位置，可以確保led燈管發(fā)出的光線能夠照射到不同物種或品種的植物樣品上，滿足于不同植物品種株高的實(shí)驗(yàn)需求，同時距離的控制也有利于提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，解決傳統(tǒng)國內(nèi)外模擬植物微重力效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)裝置和隨機(jī)定位機(jī)構(gòu)不能適應(yīng)不同株高的問題，同時也防止光照過強(qiáng)或過弱，減少了因光照差異而產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差。

20、進(jìn)一步，所述主體箱以及所述可移動光源外部被一個黑色遮擋件遮蓋，用于保證所有植物樣品在所述夾具內(nèi)旋轉(zhuǎn)時受到同樣強(qiáng)度的光照。

21、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：最大化保證所有植物樣品在回轉(zhuǎn)器內(nèi)旋轉(zhuǎn)時受到同樣強(qiáng)度的光照，同時減少外部光線對內(nèi)部光源的干擾，確保所有植物樣品在回轉(zhuǎn)器內(nèi)旋轉(zhuǎn)時受到來自可移動光源的同樣強(qiáng)度的光照，有利于保證穩(wěn)定一致的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

22、還提供了一種用于植物微重力效應(yīng)模擬的方法，使用上述所述的用于植物微重力效應(yīng)模擬的回轉(zhuǎn)器，步驟包括：

23、選擇控溫控濕的人工氣候室或植物培養(yǎng)間，調(diào)平底座；

24、將植物樣品連同植物培養(yǎng)容器固定于主體箱的夾具內(nèi)，根據(jù)植物株高調(diào)整可移動燈板與所述主體箱之間的距離后，開啟led燈管或者選擇不開啟保持黑暗；

25、選擇旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)時間并啟動實(shí)驗(yàn)，打開控制器的開關(guān)按鈕，觸摸觸摸屏設(shè)置旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)時間并啟動，觀察回轉(zhuǎn)器正常運(yùn)行后，將黑色遮擋件覆蓋于所述主體箱和所述可移動燈板的外側(cè)隔絕不均一的環(huán)境光；

26、達(dá)到設(shè)置的旋轉(zhuǎn)時間后，所述回轉(zhuǎn)器自動停止轉(zhuǎn)動并輸出聲音提示，關(guān)閉所述控制器的所述開關(guān)按鈕，取出所述植物樣品進(jìn)行相關(guān)表型的測量。

27、采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過選擇控溫控濕的人工氣候室或植物培養(yǎng)間，并調(diào)平回轉(zhuǎn)器底座，確保了實(shí)驗(yàn)環(huán)境的穩(wěn)定性和可控性，有利于減少外部因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；通過調(diào)整可移動燈板與主體箱之間的距離，并覆蓋黑色植絨布以減少外部光線干擾，確保了植物樣品在旋轉(zhuǎn)過程中受到均勻的光照條件或者黑暗條件，有利于實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性；與搭載航天器進(jìn)行空間實(shí)驗(yàn)相比，該方法在地面即可模擬微重力環(huán)境，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本和時間成本，且不受時間和地點(diǎn)的限制，從而為植物微重力效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)提供了一種簡便有效的手段。