年产500万株马铃薯组培苗工厂设计.docx
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年产500万株马铃薯组培苗工厂设计
植物组培育苗
工厂设计
题目：
年产500万株马铃薯苗组培育苗工厂设计
姓名：
邬龙祺
组员：
杨宇鹏、田涛、周桂花、
张路、李彪、冯恩辉、李弥
班级：
生物工程111班
指导老师：
郭燕华
时间：
2014年12月19日
目录
第一章前言………………………………………………………3
第二章厂址选择与工厂总平面设计……………………………6
2.1厂址选择
2.2工厂平面设计
第三章车间布置及其设备介绍…………………………………7
3.1准备间
3.2培养基配制及灭菌室
3.3检测、称量室、药品室
3.4接种室
3.5培养室
3.6主要设备
第四章工厂化组培苗工艺流程…………………………………12
4.1组培苗工艺流程
4.2商品组培苗生产流程
第五章工艺计算…………………………………………………17
5.1生产规模与生产计划计算
5.2计划的制定
5.3每年物料总衡算
第六章废物处理…………………………………………………23
6.1废水处理方法
6.2废弃琼脂培养基处理方法
第七章工程项目的设计概算……………………………………25
7.1投资估算
7.2工厂组织及劳动定员
7.3经费总预算和用途
7.4设计的预期经济效益
第一章前言
1.该植物的生物学知识、特性
马铃薯是茄科植物，通常用块茎繁殖，但也可用种子种植。
许多马铃薯品种能天然结果。
育种家利用杂交方法得到的种子和天然结实的种子进行马铃薯新品种选育。
分离小的种子还可以直接用于生产。
所以了解马铃薯的生物学特征在生产上有重要意义。
1．根
马铃薯用块茎种植和用种子种植时，根部形态不相同。
用块茎种植的根为须根，没有直根。
须根从种薯上幼芽基部发出，而后又分枝形成许多侧根。
根系发育及分枝情况，因品种与栽培条件不同而异。
大部分品种的根系分布在土壤表层下40厘米，一般不超过70厘米，在砂质土壤中根深也可达1米以上。
早熟种的根系一般不如晚熟种发达，而且早熟种根系分布较浅，晚熟种分布广而较深。
所以，种植马铃薯时要根据品种的熟性和根系的分布情况来确定株、行距，才能获得高产。
用种子种植时植株有主根（直根）和侧根。
根的分枝随植株的生长而增多。
主根为圆锥形深入土中，若生长条件好，实生苗的根系也很发达。
有的地方实生苗当年单株产量可达1千克以上，这与实生苗形成的强大的根系是分不开的。
2．茎
马铃薯的茎有地上茎、地下茎、匍匐茎和块茎。
⑴地上茎：
种植的马铃薯块茎发芽生长后，在地面上着生枝叶的茎为地上茎。
茎上有棱3--4条，棱角突出呈翼状。
茎上节部膨大，节间分明。
节处着生复叶，复叶基部有小型托叶。
多数品种节处坚实，节间中空。
茎色有绿、紫褐等，因品种而异。
茎有直立、半直立和匍匐型3种。
栽培种的茎，大多为直立或半直立型。
茎高多数品种在40--100厘米之间，少数中晚熟品种在100厘米以上。
茎上分枝的部位与品种有关，早熟品种在中上部发出，中晚熟品种大都在下部或靠近茎的基部发出。
另外，茎的粗细、有无茸毛等均可作为区分品种的标志。
（2）地下茎：
块茎发芽后埋在土壤内的茎为地下茎。
地下茎的节间较短，在节的部位生出匍匐茎（枝）。
匍匐茎顶端膨大形成块茎。
（3）匍匐茎：
匍匐茎又称匍匐枝，实际上是茎在土壤中的分枝。
早熟品种在幼苗出土后7--10天即开始生出匍匐茎；2周后匍匐茎的顶端膨大，逐渐形成块茎，初期还能在匍匐茎上看到鳞片状幼叶。
如果播种的薯块覆土太浅或遇到土壤温度过高等不良环境条件，匍匐茎会长出地面变成普通的分枝。
这就会影响结薯而减产。
匍匐茎的多少和长短，因品种而异。
一般早熟种较短，3--10厘米；晚熟种较长，有的达10厘米以上。
匍匐茎较短的结薯集中，便于收获。
通常1个匍匐茎上只结1个块茎，每株以5--8个匍匐茎并形成块茎为适宜。
如果匍匐茎过多或匍匐茎又产生分枝，则形成块茎又多又小，就失去利用价值。
（4）块茎：
栽培马铃薯的主要目的就是为了获得高产的块茎。
块茎是生长在土壤中的缩短了的茎。
它的作用在于贮存养分、繁殖后代。
茎与根的明显区别是茎上有芽，而根上没有固定芽，只能产生不定芽。
马铃薯块茎上的芽眼多少、深浅是鉴别品种的主要标志。
块茎上每个芽眼通常由一个主芽、两个副芽组成。
块茎通过休眠期后，顶芽的主芽先生长，而后侧芽的主芽相继发出。
主芽受损后副芽可取而代之，继续生长。
块茎的形状、皮色、肉色等多种多样，都是区别品种的特征。
生产上对块茎的要求除高产外，还希望形状好，芽眼浅，表皮光滑，色泽悦目等。
特别是块茎形状最好是卵圆形，顶部不凹，脐部不陷，芽眼少而平，既有利于加工去皮，又便于食用清洗。
这样的品种才适合市场销售和商品薯出口。
2.该植物的经济价值、生产现状与市场前景
马铃薯含有淀粉、蛋白质、磷、铁、无机盐以及多种维生素，兼具有粮食、蔬菜的双重优点，在马铃薯的全部营养物质中，淀粉含量占第一位，其次是蛋白质，马铃薯的蛋白质属于完全蛋白质，能够很好地被人体吸收，它所含的维生素C比去皮的苹果高50％。
营养均衡是它的突出特点之一，它所含有的维生素是小麦和稻米的7倍，各类微量元素含量是稻米、甘薯的两倍左右。
古时候人们出海远航，为避免发生坏血病都随身携带马铃薯，一个人吃200～300克的新鲜马铃薯就可以补偿人一昼夜维C的消耗，它的各种营养成分比例平衡、全面。
有资料报道，每天只吃全脂牛奶和马铃薯就可以满足人体所需要的全部食物营养元素。
与其他主食相比，储存得当（发芽的马铃薯会产生生物碱—龙葵素，对人体有毒）的马铃薯营养全面，富含各类微量元素、维生素，具有低脂肪、低热量的特点，符合现代人的膳食要求。
中医认为马铃薯“性平味甘无毒，能健脾和胃，益气调中，缓急止痛，通利大便。
对脾胃虚弱、消化不良、肠胃不和、脘腹作痛、大便不畅的患者效果显著”。
现代研究证明，马铃薯对调解消化不良有特效，是胃病和心脏病患者的良药及优质保健品。
马铃薯淀粉在人体内吸收速度慢，是糖尿病患者的理想食疗蔬菜；马铃薯中含有大量的优质纤维素，在肠道内可以供给肠道微生物大量营养，促进肠道微生物生长发育；同时还可以促进肠道蠕动，保持肠道水分，有预防便秘和防治癌症等作用；马铃薯中钾的含量极高，每周吃五六个马铃薯，可使患中风的几率下降40％，对调解消化不良又有特效；它还有防治神经性脱发的作用，用新鲜马铃薯片反复涂擦脱发的部位，对促进头发再生有显著的效果。
马铃薯现已经成为中国最重要的农作物之一，仅次于水稻、玉米、小麦居第4位。
现在全球种植马铃薯的国家有148个，总产量3亿吨。
中国种植面积7（DO万亩、总产量超过7000万吨，分别占全球的五分之一和四分之一。
中国加入世贸组织，水稻、小麦、玉米和大豆的国际市场竞争力日趋减弱但马铃薯的产量高、成本低，有很大的发展优势与发展潜力。
马铃薯生产的经济效益高，据测算，1999年我国每年每公顷谷物的产值约为3956元，豆类3386元，油料类为4116元，而薯类（主要是马铃薯）为8790元，以此产值计算，马铃薯可以达到油料作物的两倍多，远远高于谷类和豆类所创造的产值。
此外，马铃薯加工增值潜力很大，可以实现加工增值15至20倍，国外70％～80％的马铃薯都是依靠加工实现增值。
总之，随着马铃薯用途的不断拓宽，马铃薯在中国的传播发展前景广阔，为农业的增产增收起到越来越重要的作用。
第二章厂址选择与工厂总平面设计
2.1厂址选择
厂址选择是化工厂建设过程中非常重要的一个环节。
厂址的选择是否正确合理，将对以后工厂的建设速度、运转成本、环境保护、发展潜力甚至安全生产等方面都会产生直接的影响。
马铃薯工厂化育苗厂址应选在地势平坦、排水良好处。
切忌选在地势低注、排水不良和风口处。
对土壤肥力和质地要求不高，但要求交通方便、水源充足、电力供应正常。
同时、冰雹、大风等灾害性天气、生产原材料与产地距离、造林地距离也是必须考虑的因素。
马铃薯工厂化育苗的场地由播种车间，催芽室，育苗温室及附属用房（包装间，组培室等）组成。
播种车间占地面积视育苗数量而定，一般为100平方米左右，主要放置播种流水线，绞拌机及一部分基质，肥料，育苗盘，推车等。
催芽室一般15平方米左右，设有加热，增湿和空气交换等自动控制和显示系统，室内温度，光照可调，相对湿度能保持在85%——90%。
2.2工厂平面设计
工厂总平面如下：
本项目占地2亩。
炼苗温室、种植温室都可利用本园区现有设施，需要新建的主要内容如下：
1.组培室彩钢板房600平方米；
2.净化室及净化系统400平方米；
3.控温控湿系统；
4.给排水系统和300kv双回路供电系统；
5.组织培养设施设备和实验仪器。
工厂平面图见附图。
第三章车间布置及其设备介绍
3.1准备间
要求具有耐酸碱的水池和排水口。
每天都有大量的植物材料碎片、琼脂等东西堆积，因此排水口一定要安装过滤网，做到每天清洗检查，一是减少微生物滋生源，二是避免排水系统堵塞，带来不必要的麻烦。
配有不同形状及大小的洗涤刷，条件允许的话可以安装洗瓶机器，更能提高工作效率。
配备数个塑料箱盛装瓶子，将瓶放入箱内时，应倒立，这样可使瓶子自然干燥。
3.2培养基配制及灭菌室
①手提式高压灭菌锅2～3个，用于一些小型物品或急需用品的高压灭菌。
组培工厂必须配备1至数台大型灭菌锅，直径40～50cm的不锈钢或铝锅2～3个，用于溶解琼脂或调制培养基，加热源最好采用煤气灶或用电。
②去离子水发生器1～2台。
③干燥箱1台，用于器皿或急需用具的干热灭菌。
④大型工作台1～2张，用于培养基分装、包扎等。
⑤玻璃柜1个，用于放置药品等。
⑥试剂瓶、具刻度移液管、皮下注射器、量筒、搪瓷量杯、容量瓶、各式塑料瓶或塑料桶等易损品数个，更重要的是配备大量充足的培养瓶。
3.3检测、称量室、药品室
①PCR仪：
可用于真菌和细菌性病原菌的检测和部分病毒病的检测。
②酶标仪：
通过血清免疫技术（ELISA）进行主要病毒病的检测。
③双目显微镜、解剖镜：
用于植物组织培养材料的形态发育及细胞观察。
④凹穴载玻片：
用于细胞悬浮培养。
⑤载玻片和盖玻片：
用于制作细胞和组织的显微制片。
⑥光照培养箱；用于不同种类植物培养方法或培养条件的研究。
⑦冰箱：
用于贮存化学药品，培养基母液和植物材料等。
⑧低温冰箱：
用于长期贮存培养基储备液，某些酶和椰子汁等。
⑨称量仪器：
包括感量为1／10000的电子天平，感量为1／10的普通托盘天平，称量为1～5kg的台秤等，用于药品的称量配制和植物组织生长量的测定。
⑩水质及培养基检测仪器：
包括pH酸度计、电导率仪或Ec值测定仪。
3.4接种室
这是组培工厂的最核心和关键部分，是进行无菌操作的场所，如植物材料的消毒接种，无菌材料的继代，丛生苗的增殖或切割，嫩茎插植生根等。
它也关系到污染率这项最重要的成本指标的高低，直接影响组培工厂的工作效率及经济效益。
无菌操作室原则上宜小不宜大，要有缓冲间，以便进人无菌室前在此洗手、换衣、换鞋、预处理材料等。
无菌室的地板和四周墙壁应尽可能光洁，不易积染灰尘，易于采取各种清洁和消毒措施。
无菌室内要吊装紫外灭菌灯，用于经常照射灭菌。
要安装空调机，保持室温在23～25℃，原则上无菌室的门窗应紧闭，保持与外界相对隔绝。
无菌操作室内需要的用具如下：
超净工作台：
用于进行无菌操作。
室内小推车：
用于运送培养物、培养基和各种器皿用具。
酒精灯：
用于灼烧各种金属用具。
手持喷雾器：
用于在超净工作台内或对其他物品喷洒酒精进行消毒。
带盖螺口玻璃瓶：
用于盛装无菌水，对植物材料进行表面消毒。
大的钝头镊子：
用于进行接种和继代、生根等操作。
细解剖针；用于植物材料的解剖。
解剖刀：
用于切割植物材料。
各种孔径的不锈钢筛网：
用于分离太小不同的细胞团。
低速台式离心机：
用于沉淀细胞以便确定沉积细胞的总体积或清洗原生质体。
振荡培养器；用于植物材料的液体培养。
血球计算器；用于细胞计数。
3.5培养室
培养室要讲究保温隔热。
如果是专为组织培养设计的新建筑，为了减少能源消耗，培养室应尽量利用自然光照，最大限度地增加采光面积。
除必要的承重结构外，全部安装落地式双层大玻璃窗，并在窗外设置防止直射的半透明瓦楞板，它的宽度、数目应按当地的纬度、日照强度、日照时数等气象因子适当考虑。
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。
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士（1～2）]℃，因此房屋构造上要做到保温、隔热、防寒性能良好，做到冬暖夏凉。
温度调节常借助空调机，使高温季节降温，低温季节升温。
在华南、昆明等冬暖地区，冬季由辅助照明灯产生的热量即可很容易地维持室温在25℃左右。
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，并易于保持温度的稳定。
培养室应设计能有效通风的窗户，定期或需要时加强通风散热，如夏初或秋末，一天内温度变化很大，即使夏天，有时夜温也不适宜．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气窗，在气窗的对侧，近天花板处设置排风窗，亦可安装小功率的排风扇，利用自然空气来调节室内的温度。
进风气窗可用两层以上的纱布简单地滤尘。
如果改建，则应考虑增加窗户，改为双层窗，内壁加保温隔热层，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，甚至于可直接利用原有房舍作培养室。
培养室的天花板也应有保温层，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。
3.6主要设备：
如电子天平、超净工作台、高压蒸汽灭菌锅、微波炉、冰箱等工厂所需仪器、设备拟定价目表
设备一览表
序号
设备名称
型号
尺寸
单价（元）
数量
总价/万元
备注
1
洗瓶机
Labconco-4400331
24.1寸w×27.4寸d×34.1-36.1寸h
95000
2
19
广口瓶；93度水温
2
定量灌装机
GFZLQ
1200×800×2100mm
45000
2
9
全自动直列式；
灌装量0.5L-10L；
生产能力1000-2000瓶/小时
3
卧式灭菌器
7500
4
3
容积60L
4
消毒灭菌锅
40000
1
4
5
液体培养摇床
6000
2
1.2
垂直或水平
6
连续可调移液器
1000
10
1.2
5ml、2ml、1ml、100μl、1~10μl、0.1~1μl各2支
7
电子天平
JA10003B
350×215×325mm
4000
3
1.2
称量范围/g0-1000；
可读性精度/g1mg
8
磁力搅拌器
Feb-90
185×185×140mm
1000
1
0.1
搅拌速度：
0-1250转/分；
加热温度：
室温-150℃；
加热功率：
0-350W
9
微波炉
G80Q23YSP-V99
1598
2
0.32
微波电压220V/50Hz；
容量23L；
输出功率800W
10
万用电炉
DL-2
500
4
0.2
功率：
2KW；电压：
220V
11
在线PH计
PH2200S
96×96×135mm
（H×W×D）
3000
2
0.6
pH：
0～14.00pH；
ORP：
-2000～+2000mV；
Temp：
0～80℃
12
酶标仪
30000
1
3
病毒检测
13
电泳仪
6000
1
0.6
病毒检测
14
解剖镜
2000
1
0.2
40倍
15
显微镜
18000
1
1.8
100~1000倍
16
离心机
6000
2
1.2
3000~10000r/min
17
冰柜
haierFCD-270SE
1385×560×920mm
宽×深×高
2000
2
0.4
18
低温冰箱
MDF-25H565
1810×755×840mm
宽×深×高
40000
1
4
19
药品柜
GS-12
长度900mm/宽度450mm/高度1800mm
2000
2
0.4
宝钢产1.0mm厚冷轧碳钢薄板
20
操作台
全钢5
5000
4
2
采用宝钢集团1.0-1.2mm优质钢
21
光照培养箱
LRH-400GS
840×780×1840mm
10000
3
3
400L
22
鼓风干燥箱
DGX-8243B
胆尺寸
500×600×750mm
5000
2
1
控温范围℃：
100℃～400℃
23
超净工作台
SW-CJ-2F
1360×680×520mm宽×深×高
8000
10
8
双人单面；
送风方式：
垂直送风
24
接种器械灭菌器
HM-3000C
最大消毒物品外径φ35mm
1000
20
2
中心最高温度：
825℃±50℃
25
紫外线杀菌灯
PHILIPSTUV16W
全长：
451.6mm；
管径：
28.0mm
50
40
0.2
功率：
16W；
寿命：
8000H
26
培养架
ZPJ-1250
1800×500×2000mm
700
200
14
6层；200瓶/层；
光照度可调：
2000-5000lux
27
除湿机
CFZ-858
520×390×770mm
4000
2
2.4
适用面积30-60㎡
28
培养瓶
玻璃罐头瓶
瓶高110mm；
口径59mm；
底径80mm
0.4
450000
18
壁厚3-5mm；
容量：
400ml
29
组培筐
HT-K1
外620×520×65mm
内580×485×48mm
10
600
0.6
耐高温高压，白色，790g
30
恒温培养箱
1000
2
0.2
30-100℃
31
推车
RCS-FA-012
800×500×30mm
150
10
0.15
平台高度165mm；
最大承重300KG
32
玻璃仪器
0.6
量筒、烧杯、玻璃棒等
合计
103.57
第四章工厂化组培苗工艺流程
4.1组培苗工艺流程
工厂化生产种苗，首先要制定好生产计划。
制定生产计划要根据每种植物的组织培养工厂化生产的工艺流程。
拟定工艺流程，又要根据植物组织培养的技术路线。
以马铃薯为例，其工厂化生产工艺流程见图：
外植体
将薯块沙培催芽，待萌芽发展至2~3cm采集品种纯正、生长健壮，切成若干块
消毒
75%的酒精
0.1%HgCl2消毒3-5分钟，无菌水冲洗4-5次
培养基
诱导培养基：
MS+6-BA5.0mg/ml+NAA0.2mg/ml，蔗糖3.0%，PH5.8
增殖培养基：
MS+6-BA3.0mg/ml+NAA0.1mg/ml，蔗糖3.0%，PH5.8
诱根培养基：
MS+NAA0.2mg/ml，蔗糖3.0%，PH5.8
接种（每瓶5株）
↓25天
↓无菌操作
↓芽的增殖
↓根的诱导：
温度28±2℃，光强2000-3000Lux，
每日光照10-12小时
↓生根率85%污染率5%
试管苗
繁殖倍数在3左右
继代培养周期：
60天。
继代培养（6代）
炼苗
在诱根培养18天后，置于可控制光强的
遮荫棚内进行炼苗，以达到壮苗的目的
移栽
培养袋中的小苗，达到假茎高4-5cm、具体3-4片以上的真叶和根系生长良好的规格时，即可在假植苗圃中移栽，培育达到杯苗质量标准，方可定植于大田
检疫性病原检测
对每一个外植体发生的不定芽进行病毒检测
商品苗
马铃薯脱毒及快速繁殖工艺流程图
4.2商品组培苗生产流程
4.2.1商品苗的选择
4.2.2培养基的选择及配置
诱导培养基：
MS+6-BA5.0mg/ml+NAA0.2mg/ml，蔗糖3.0%，PH5.8
增殖培养基：
MS+6-BA3.0mg/ml+NAA0.1mg/ml，蔗糖3.0%，PH5.8
诱根培养基：
MS+NAA0.2mg/ml，蔗糖3.0%，PH5.8
4.2.3.外植体的灭菌、接种
4.2.3.1灭菌
外植体在接种前必须灭菌。
在灭菌前，先在准备室对外植体进行预处理，去掉不需要的部分，将准备使用的植物材料在流水中冲洗干净。
经过预处理的植物材料，其表面仍有很多细菌和真菌，因此拿入接种室后还需进一步灭菌。
常规的表面灭菌处理方法是把材料放进75%的酒精中，约30s后用无菌水冲洗1次，再在0.1%的升汞（HgCl2）中浸泡3~5min，然后用无菌水冲洗4~5次。
灭菌时进行搅动，使植物材料与灭菌剂有良好的接触。
4.2.3.2接种
接种是把经过表面灭菌后的植物材料切碎或分离出器官、组织、细胞，转放到无菌培养基上的全部操作过程。
整个接种过程均须无菌操作。
（1）接种室用紫外灯照射灭菌20~30min，或提前0.5~1天用高锰酸钾和甲醛混合液薰蒸。
接种台要提前开启。
（2）工作人员进入接种室前需用肥皂水洗手灭菌，并在缓冲室换上已经灭菌的白色工作服和拖鞋，戴工作帽和口罩。
工作人员的呼吸也是污染的主要途径，通常在平静呼吸时细菌是很少的，但是谈话或咳嗽时细菌便增多，头皮屑也带有细菌，因此操作过程应禁止不必要的谈话，并戴上帽子和口罩。
（3）进入接种室后用75%的酒精擦洗双手、接种台和一切需放上工作台的所有器具，对外植体进行灭菌处理。
特别注意防止“双重传递”的污染，例如器械被手污染后又污染培养基等。
（4）点燃酒精灯，将接种钩、剪刀、镊子放入不锈钢盘或瓷盘内烧灼，冷却后备用。
接种钩、剪刀、镊子等不使用时浸泡在95%酒精中，用时在火焰上灭菌，待冷却后使用。
每次使用前均需进行用具灭菌。
（5）将外植体放入经烧灼灭菌的不锈钢盘或瓷盘内处理。
如外植体为茎段的，将茎段上的叶柄和茎的上下端剪掉一小节；培养脱毒苗的，在双筒解剖镜下剥离切取大小约0.2~0.3mm的茎尖分生组织。
（6）烧灼瓶口和塞子，将培养瓶倾斜拿稳，打开塞子，用镊子将接种材料送入瓶内，用接种钩将材料压入培养基中，烧灼瓶口和塞子并上塞。
在打开培养瓶、三角瓶或试管时，最大的污染危险是管口边沿沾染的微生物落入管内，烧灼是解决这个问题的有效办法。
如果培养液接触了瓶口，则瓶口要烧到足够的热度，以杀死存在的细菌。
为避免灰尘污染瓶口，可用纸包扎瓶口和塞子，以遮盖瓶子颈部和试管口，相对地减少污染机会。
4.2.3.3外植体的培养
接种后的外植体应送到培养室去培养。
培养过程中既要调控好培养条件，又要注意防止发生菌类污染、外植体褐变和植株玻璃化现象，确保组织培养的成功。
培养室的培养条件要根据植物对环境条件的不同需求进行调控。
其中最
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