第一节 植物组培快繁工厂的设计
一、组培苗生产规模的确定
生产规模的确定首先应根据市场需求、生长的植物种类和经济实力来确定，例如，木本植物比草本植物的培养周期长，设计时必须比草本植物多增30%的空间、设备。植物种苗无糖微繁殖工厂化生产程序包括①入选品种外植体的筛选及获取; ②外植体灭菌诱导培养; ③快速繁殖; ④生根培养; ⑤出瓶过渡炼苗; ⑥包装进入市场等工艺。一般一个熟练的接种工人根据繁殖品种的不同，年生产量可达15―20万苗。即规划一个年生产量达500万株的组培室，需设25―30个无菌操作位置。当无菌操作位置数量确定后，即可计算出接种室的需求面积。按日生产组培苗的数量及培养周期计算需要的培养架数量，以此为基础很容易就可计算出培养室的需求面积，一般为1台无菌工作台或者说一个无菌操作位置，需配备净培养面积（放置培养物的面积）7-10平方米，无菌操作室与培养室的面积比例为1：2，围绕组培工厂建设，其它必备的配套设施设备及操作用具购置的数量，应以每个无菌工作台的需求量计算，解剖刀、镊子、刀片等常用工具还要有充足的备用量。室外应有相应的温室配套，生产品种栽培展示区等，其面积的大小应根据不同的植物种类来确定。因此组培工厂的建设，需要认真规划、仔细计算、合理投资，使之既有系统性又适用，才能充分发挥最大的生产潜力。在市场竞争中，尽量降低生产成本，提高产品质量和确保品种的可靠性。
二、 组培种苗工厂的设计
植物组培育苗工厂应选址在安静、清洁、可避开各种环境污染源的地方，以减少污染，降低生产成本确保工作的顺利进行。根据已确定的生产规模，设计组培生产车间时，要全面了解组培工作中所需的最基本的条件，以便因地制宜地利用现有房屋改建或新建组培工厂，尽量做到合理布局。通常按工作程序先后，安排成一条连续的生产线，避免环节错位，增加日后工作的负担或引起混乱。组织培养的生产线主要包括培养器皿清洗；培养基的配制、分装、包扎和高压灭菌；无菌操作材料的表面灭菌和接种；进入培养室培养；试管苗出瓶、移栽等。各个房间的面积要合理安排，做到大小适中，工作方便，减少污染，节省能源，使用安全。图5.1所示的是一种组培生产车间设计的平面布置图：
图5.1组培生产车间的设计
| 无糖培养室 （二） | 控制间和接种间 | 无糖培养室 （二） | 常规培养室 （一） | 接种室 | 称量及检测室 | 清洗室 | 办公室 |
| 走廊 | 门厅 |
| 无糖培养室 （三） | 控制间和接种间 | 无糖培养室 （三） | 常规培养室 （一） | 灭菌室 培养基配制室 | 贮藏室 |
1、洗涤室
洗涤室是洗涤玻璃器皿及用具、工作服的场所，植物组培快繁育苗生产所使用的各种器具的洗涤、干燥和保存都应在洗涤车间进行。因此要求有工作台面、多个水龙头、水池、塑料洗涤盆、培养容器摆放支架、电源、电热干燥箱及洗瓶机等。洗涤室墙壁要有耐湿、防潮功能。现国内已经开发有组培专用洗瓶机，采用先进的水力洗涤方式，体积小，效率高，1人操作半天，即可完成2人1天手工操作的工作量。
植物组织培养对玻璃器皿的清洁程度要求较高，新购进的玻璃器皿首先要用1％左右浓度的稀盐酸将可溶性无机物去除，再用中性洗涤剂洗涤，一般器皿的洗涤可用洗衣粉洗涤，或用洗衣粉加热洗涤，用自来水冲洗干净。对较难洗涤的培养容器，如吸管等可在重铬酸钾洗液中浸泡后再洗，洗到玻璃表面上不沾水滴才算合乎要求。
2、称量及检测室
要求干燥、密闭，无直射光照，有固定的水磨石平台，安放普通天平、万分之一分析天平(电子天平)、显微镜、解剖镜等仪器。室内应安静、清洁、明亮，保证光学仪器不振动、不受潮、不污染。要有电源插座，最好设计在阴面的房间，这样对药品的保存和称量有利，称量室紧邻培养基配制室较好，以方便配制母液和培养基。
3、培养基配制及灭菌室
植物组织培养是将离体的植物材料培养在人工配制的培养基上，这就首先需要预先配制好的培养基。培养基配制室要求备有各种试管、三角瓶、烧杯、量筒、吸管等玻璃器皿，有实验台以及放置器皿的各种橱架、水浴锅、蒸馏水器、过滤灭菌装置、冰箱和酸度计等。主要进行培养基的配制、分装和灭菌的暂时存放。
器皿和培养基的消毒灭菌，最好在一个专用的灭菌室内进行，并紧接培养基配制室。由于采用高温高压蒸汽灭菌方法，灭菌室应有排除蒸汽的排风扇等。建筑上要求其墙壁耐湿、耐高温。此外还应该有用于干热灭菌的烘箱、湿热灭菌的高压蒸汽灭菌锅、水源、水池和供、排水设施。有用于灭菌的两相和三相电源或煤气加热装置，摆放和存放器皿、培养基的架子及橱柜。规模较小时，也可以洗涤室和培养基配制室合并在一起。
4、无菌操作室（接种室）
在植物组织培养中，无菌操作室是进行植物材料的分离接种及培养材料转接的一个重要场所。植物材料的接种、培养物的转移、试管苗的继代、试管苗的生根等，均需在无菌环境中进行长时间的无菌操作。所以无菌条件的好坏对组织培养成功与否起重要作用。防止细菌和真菌进入是个大问题，因此对环境的要求就十分严格。
无菌室要求地面平坦，干净，墙壁光滑平整，地面平坦无缝，便于彻底清洗和消毒。除出入口和通风口外，均应量密封并安装滑门，以免造成空气流动，引起污染。室内上方和门口应安装紫外线灯，以便照射灭菌，还要有照明装置及插座，以备临时增加设备之用。室内有超净工作台、接种用的小推车以及试管、三角瓶、搪瓷盘、酒精灯、接种工具等。室内应尽量少放设备和器械。平房易吸潮，容易引起污染，因此有条件的应选择楼房，最好在二层或二层以上。为避免工作人员进出时带进杂菌，无菌室外应该设置预备室，作为缓冲间。预备室和无菌室之间最好用玻璃墙隔离，便于观察和参观。在预备室中可放置工作服、鞋、帽等。接种前要开紫外线灯灭菌，电源开关最好安装在预备室外边，以免在开关灯时紫外线对眼睛和皮肤造成伤害。在开紫外线灯灭菌关应把所有需要的物品放入，室内不应该存放与接种无关的东西，也不要造成死角，以免紫外线无法照射到。此外，还应该没有消防设施。
5、培养室
一般微繁殖用的培养室是半开放型的（称之为半开放型培养室），有门窗，而且设置了较多的窗户，甚至有的房顶都安装上玻璃，目的是使自然光能通过门窗（玻璃）进入培养室加于利用，从而节约能源；然而，阳光进入培养室的同时也带进了热量以及病菌和微生物，增大了污染和空调的耗电量，而且从门窗进来的光很有限，它是不均匀的、不稳定的，易受天气变化的制约。太阳光的波长的变化是在300-3000nm.但植物光合作用的波长是在400-700nm,小于太阳放射线能量的50%，因此进入培养室的太阳光能被植物利用的极少。而且降温非常困难。
为了节约能源和使其环境控制的效果更好，无糖培养微繁殖采用的是闭锁型培养室，窗口全封闭，门也尽可能密封。培养室要求保温隔热，培养室的四壁可选白色或浅米黄色防霉漆、涂料等涂层，地面也应选浅色建材，最好是白水泥、白水磨石或同样的磨石砌块、瓷砖等，顶部为白色，总之各处都应增强反光，以提高室内的光亮度和易于清扫，消毒灭菌。我国大多数地区属大陆性气候夏热冬冷，而培养室要求常年保持25±2℃，因此房屋构造上要做到保温、隔热、防寒性能良好。如果房屋结构及隔热性能良好，无论降温或升温都可有效地节省能源，并易于保持培养室温度的稳定。
培养室墙壁、顶部和地面应加保温隔热层，如加一层纤维板或胶合板，墙与板之间填塞保温物如蛭石、软木砖、泡沫塑料块等。如原有建筑质量较好，外界温度变化并非太剧烈，也可只钉一层纤维板，留下适当的空气层。培养室的天花板亦应有保温层，地面架设地板，以利保温。至于这些结构应当完善到什么程度，主要根据当地的温度变化情况、投资的多少等来决定。
培养室应设计换气装置，定期更换空气，通风散热，如夏初或秋末，一天内温度变化很大，必要时都可利用通风来调节温度，这样可节省一些降温用电。方法是只要在室内地板稍高处设置进风口，在气窗的对侧，近天花板处设置排风窗，亦可安装气泵采用强性换气。但进风口必须安装过滤装置以除尘和防止病菌入侵。
采用上述措施的目的便于人工环境控制，不受任何外界的干扰。例如，天气变化随之而带来的温度、湿度、气体浓度的变化。并有效地防止了病菌、微生物的进入。能为植物工厂化周年生产提供最佳的条件。国外的许多试验表明：闭锁型系统能有效地降低空调的耗电量。在昆明市环境科学研究所新建的闭锁型无糖培养室中，耗电量周年基本稳定，一个10平方米的培养室，净培养面积15平方米，空调每天耗电7度，照明平均每天32度，气泵每天2度；每月15 Kg液态CO2。整个培养室的种苗产量和运行成本能进行有效的控制和核算。
培养室的主要设备与用具如下：
培养室是放置培养物的场所，是成千上万幼苗的培育间、生长室。为满足培养材料生产、繁殖所需的温度、光照、湿度和通风等条件，培养车间必须有照明和温控设备。通常培养室的温度保持在适宜植物生长的范围内，多为23～25℃。光照强度在30μmol m-2s-1以上。
培养架与灯光：培养室主要放置培养架、培养摇床等。培养材料摆放在培养架上进行培养，培养架通常设计5～7层，每层间隔25-30cm在右，通常架高1.7～2.3m，一般在每层上方安装日光灯供补充光照用，所以培养架的长度都是根据日光灯的长度而设计，40W日光灯的长度为1.2m，培养架设计成长为1.3m，宽度一般为50cm左右。培养室的高度应在2.5-3.5米,以保证培养室内的空气循环良好。为了充分利用空间，培养架的高度应根据培养室的高度确定，在3m多高的空间里，培养架可制作为8层，约定2.2米高, 这样可以摆放大量的培养容器，管理高层放置的容器可借助于梯子，由于培养期间并不需要太多照看，这样充分利用空间是可取的。如果以研究为主，架子就不要太高，以不站凳子手能拿到瓶子为宜。培养架可以用每边宽为25-30mm的角钢来焊制。制成后除锈，涂一层防锈漆，再涂1—2层白漆。用5mm的玻璃做搁板，下垫上有利于光线利用的锡薄纸。每层架子上安装固定或悬挂式的日光灯2-4盏，日光灯管距上层搁板约3～5cm，每管相距20cm，此时光强大约为30～70μmol m-2s-1。灯管距架子边缘15cm，两灯之间距离20-30cm。用固定方式安装灯管整齐美观，但灯座螺钉孔的位置要求严格，稍不合规格就不亮，或拆换困难，固定后不能再调节灯的位置与高度。悬挂式的则比较灵活，容易调节灯的位置与高度，但不够整齐。灯管安放在培养物的上方或侧面，镇流器最好安放在培养室外边，以防温度过高。在同一层培养架上，光的强弱分配的差异,接近光源的地方光照强,随着距光源距离的延伸,光照减弱。对某些需强光的植物或需要强光处理的材料，可缩短灯和培养容器之间有距离，以提高光照强度，但距灯管太近时，要留心温度过高，培养物生长受阻或烧伤。培养阴生植物或耐弱光的植物时，为节约电力和减少灯管损耗，可以每层架交错地开亮1-2盏灯，如非洲紫罗兰、花叶芋、秋海棠类、月季苗等仍可适应。但距灯管最远处宜保持光强度20μmol m-2s-1左右，否则幼苗生长过于细弱，生长慢。培养架所占面积按50×120cm计为0.6m2，加上管理通道，在12—14㎡的室内可安放7-9个培养架。
配电板 ： 在培养室内应安装1—2个配电板，其上设熔断器(俗称保险盒)和闸刀开关，用以管理室内的电源。
石英电子时控器 ： 这是自动开关灯的设备，它里面安放一只电池，推动石英钟行走，石英钟的盘面上刻有时间刻度外，还有一些小卡子，可用螺钉调节固定在某一时刻上，时控器通过交流接触器控制送电或断电，当时控器盘面行走到小卡子固定的时间刻度时，内部的机械装置动作，造成电流的通或断。将石英电力时控器和交流接触器安装在电路里，就可以控制每天开灯关灯，也可以每天定时开关几次，例如夏天高温时节，可在夜间开灯或采用间歇光照，以降低温度和减轻空调机的负荷。
空调机：窗式、挂式或立式空调机都能有效地调节室温。空调一般分两种类型，一种既能降温又能升温，另一种只用于降温。若采用闭锁型培养室，选用单制冷的空调机即可。实际安装空调时，应根据培养室内的灯管数、发热量、外界温度和房间保温条件、室内空间大小来确定其安装功率的大小。空调机应安置在室内较高的位置，以便于排热散凉，易使室温均匀。若将空调机安在下部，室内的上层温度则始终难以降下来。
一般说来，采用闭锁型培养室，在培养过程中受季节的影响不是非常明显，仅需在不同的季节，根据具体的温度条件进行降温调节，采用间隔光照的方法，调节好光照和温度之间的关系。也可在夏季夜间或凌晨低温时，加强通风，可以驱除室内郁积的热量。
培养室是将接种到培养容器的培养材料进行培养和生长的场所，培养室的大小应根据培养架的数量和生产规模而定。培养室面积的设定应根据培养植物种类来确定，一般培养室应设计成多个小的培养间比设计成一个大房间培养效果好，因为小的培养间容易控制温度、光照等环境指标，特别是培养材料较少时节能效果更为明显。培养多种植物时的优点更为突出，如温带植物和热带植物需的培养温度、光周期不同，培养室就必须分开，在一个大的培养间同时培养多种植物其环境条件的控制是困难的，因此所设定的培养温度和光周期不可能适合培养的每一种植物。可以用大的培养室大量繁殖生产用苗，小的培养室用于科研开发及少量珍稀品种试验；当不同培养材料需要不同的培养条件时，便于分别处理。初次使用要用福尔马林熏蒸消毒，应定期进行紫外线照射，杀灭空气中的杂菌。
采用无糖培养微繁殖技术时，应建立三种不同类型的培养室
培养室Ⅰ：一般的常规用的有糖培养室，用于外植体茎尖分生组织的培养，愈伤组织的诱导等初代培养及某些植物品种的增殖培养。其特点在于培养基中都加入了糖。
培养室Ⅱ：无糖培养室，采用大型的培养容器和强制性换气系统，适用于茎切断繁殖植株的继代和各种植物的生根培养。其特点是用机械力把CO2输入到每一个培养容器中。
培养室Ⅲ：无糖培养室，采用闭锁型培养室（要求房间的密闭性好），把CO2直输入到培养室，再通过自然换气进入到每一个培养容器中，这种培养室较适于以芽增芽（分株繁殖）方式增殖植物的继代培养。
6、控制室：
每两个无糖培养室的中间设一间控制间较为合理，控制间用于放置CO2的输入设施、设备和计算机，计算机用于CO2浓度、温度、湿度的监测和控制。控制室可以同时兼做接种室。
7、物品存放室
暂时不用的器皿、用具等贮存在物品存放室内。物品存放室应当设计在背阴、通风的房间，室温较低并便于搬运。
各个组织培养车间的房间要合理安排，做到大小适中，工作方便，减少污染，节省能源，使用安全。设计组织培养车间时应注意：为了减少污染，组织培养车间和实验车间最好设缓冲间或缓冲走道，人员从外边进入，先经过一个缓冲区，进行更换工作服和拖鞋等准备工作，然后再进入，如有条件，可设风淋消毒设施。
8、 温室(大棚)
一般试管苗出瓶后，需经一段时间的练苗，使其完全适应外界的环境条件后才能移栽至大田，试管苗的过渡一般在温室或塑料大棚内进行。有条件的地方，可建造光、温、湿可调控的过渡培养温室，在温室内安装喷灌设施及可移动苗床。温室内每平方米苗床一般可栽种800株组培苗，一茬组培苗的过渡周期按20-30天计算，考虑到组培苗难以完全按要求在固定的时间内进入市场，故需留上适当面积的培养温室以便周转，一般年产500万苗的过渡培养温室，建造面积应在2000—3000m2范围内。
试管苗移栽时一般要求温室的温度在20-27℃，相对空气湿度初期在70％以上。组培苗过渡成活率的高低是一项直接影响到组培工厂成本指标、工作效率及经济效益的最重要因素。无糖组培苗由于植株生长健壮，种苗质量好，并且在生根阶段其环境条件已接近于外界环境，提前进入了过渡阶段，因此过渡阶段的工作较为简单和管理容易。
