付正龍

摘要：指出了經(jīng)多年的實踐，組織培養(yǎng)可以實施智能化生產(chǎn)。工廠化組培生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)基配置和灌裝，種苗的日常檢查、室內(nèi)環(huán)境控制、培養(yǎng)工廠內(nèi)部的物品運輸、瓶苗的上下培養(yǎng)架等都可以實現(xiàn)智能化操作。甚至隨著接種機器人的研制成功，組培生產(chǎn)中最費人工的切苗生產(chǎn)，也可以實現(xiàn)智能化。而組培生產(chǎn)后期，溫室煉苗過程中的光照、溫度、濕度、水肥等的控制在20世紀(jì)90年代已實現(xiàn)了智能化控制。組織培養(yǎng)生產(chǎn)實施智能化，應(yīng)有一個前提：標(biāo)準(zhǔn)化。只有將培養(yǎng)基配置和灌裝、種苗的日常檢查、室內(nèi)環(huán)境控制、培養(yǎng)工廠內(nèi)部的物品運輸、瓶苗的上下培養(yǎng)架，包括瓶苗的切割在大數(shù)據(jù)的支持下形成一個標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)，才能實現(xiàn)智能化。

關(guān)鍵詞：組織培養(yǎng);智能化;應(yīng)用前景

中圖分類號：$792 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）17-0150-03

1引言

植物組織培養(yǎng)是在一定的場所和環(huán)境下，人為提供一定的溫度、光照、濕度、營養(yǎng)、激素等條件培養(yǎng)植物的技術(shù)，極利于高度集約化和高密度工廠化生產(chǎn)，也利于自動化控制生產(chǎn)。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的逐步推進(jìn)，該技術(shù)的作用越來越突顯。

隨著國外勞動力等成本的上升，外資和國內(nèi)很多企業(yè)在中國建造了不少組織培養(yǎng)工廠，幾十年來，經(jīng)過曲折發(fā)展，組培技術(shù)在中國已進(jìn)人成熟階段。但是組培生產(chǎn)尚未實現(xiàn)機械化與自動化，仍以人手工操作為主，存在污染率高、速度慢、勞動強度大、成活率低、生產(chǎn)成本高等問題。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)達(dá)國家的勞動力成本占組培生產(chǎn)總成本的60%～70%，使組培產(chǎn)業(yè)在成本與效益的維持上出現(xiàn)困難。隨著我國勞動力成本的上升，組培行業(yè)勞動密集型的缺點制約其發(fā)展，在發(fā)達(dá)地區(qū)，組培行業(yè)已出現(xiàn)季節(jié)性用工難和用工荒的問題。由于組織培養(yǎng)在我國發(fā)展的時間比較短，即使是現(xiàn)有的組織培養(yǎng)工廠，其自動化水平低，信息的采集和處理大部分是人工完成。即使有管理系統(tǒng)，其應(yīng)用主要是在環(huán)境控制方面。雖然，組培產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較晚，自動化、信息化程度還很低。但是，當(dāng)前新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式形成歷史性交匯，國際產(chǎn)業(yè)分工格局正在重塑。組培行業(yè)必須抓住機遇，需要有創(chuàng)新。大規(guī)模組培生產(chǎn)智能化勢在必行。

2組培生產(chǎn)智能化的應(yīng)用前景

2.1組培生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化是智能化的前提

組織培養(yǎng)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化，已是許多組培工廠采取的運行模式。而眾所周知，組培生產(chǎn)的產(chǎn)品，不論是藥用的，如石斛。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用的，如馬鈴薯?；ɑ苌a(chǎn)上運用更多的，如非洲菊，勿忘我，玉簪，礬根等，林業(yè)上抗鹽堿的榆樹，楊樹。它們在培養(yǎng)基的配方上，光照，溫度，繼代培養(yǎng)天數(shù)上有較大的差異。因此，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)、信息等通過大數(shù)據(jù)集成，形成標(biāo)準(zhǔn)的智能化管理系統(tǒng)。實際生產(chǎn)中，只需在管理端輸人所需要生產(chǎn)的品種，這個品種的生產(chǎn)流程，所需要的環(huán)境等自動開始調(diào)節(jié)。并可以留有和企業(yè)的人力資源管理、財務(wù)管理等系統(tǒng)對接的端口，形成組培生產(chǎn)智能化管理系統(tǒng)。

2.2組織培養(yǎng)工廠生產(chǎn)過程

組織培養(yǎng)工廠生產(chǎn)過程包括培養(yǎng)瓶清洗，培養(yǎng)基配置和灌裝，培養(yǎng)基消毒滅菌，接種，培養(yǎng)瓶進(jìn)出培養(yǎng)室，培養(yǎng)瓶上下培養(yǎng)架。這些工作現(xiàn)今大多數(shù)采用人工的形式，或者半機械的形式。勞動效率，資源利用率相對于大田生產(chǎn)來比，是比較高，如果借鑒現(xiàn)已經(jīng)比較成熟的工業(yè)技術(shù)，如物流的智能化、藥廠的GMP管理等可大大提高生產(chǎn)效率。

2.2.1培養(yǎng)瓶的清洗

智能化的清洗和烘干，是保證組培污染率高低的第一道防線和重要手段。通過清洗系統(tǒng)的清洗和比照，可以保證培養(yǎng)瓶的清潔度。

2.2.2培養(yǎng)基的配置和灌裝

智能化的培養(yǎng)基配置和灌裝，可以99%以上保證藥品在培養(yǎng)基中的濃度。避免漏加和錯加藥品的事故發(fā)生。通過智能化的灌裝，培養(yǎng)基中的所有藥品在每一瓶中濃度相同，培養(yǎng)基的保證培養(yǎng)苗的生長一致性，提高培養(yǎng)苗的商品率。

2.2.3培養(yǎng)瓶進(jìn)出培養(yǎng)室

組培工廠內(nèi)，通過智能化物流，有效解決培養(yǎng)瓶進(jìn)出培養(yǎng)室，培養(yǎng)瓶上下培養(yǎng)架。當(dāng)今，人工搬運模式下，培養(yǎng)架最高在2～3m，有5～7層培養(yǎng)空間（圖1）。（實際超過2.5m，一般就需要借助機械）。在智能模式下，有搬運機器人的參與，培養(yǎng)架可增加到4～5m甚至更高，培養(yǎng)空間10層以上（圖2）。智能模式下，培養(yǎng)室處于較封閉環(huán)境，只需要留有人員檢修的必要通道。培養(yǎng)室空間利用率可增加200%～300%。資源和土地的利用率大大提高。

2.3培養(yǎng)苗的日常檢查，是組培生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)

由于組織培養(yǎng)的特殊性，培養(yǎng)苗的檢查，人工檢查的可信度比較高。恰恰是人的因素，可控信和效率，人的精神狀態(tài)，專業(yè)素質(zhì)，勞動時間都會決定檢查的質(zhì)量好壞和效率的高低。組培苗的日常檢查在智能機器人的檢查下，不會受人為因素控制，也不受環(huán)境影響，全天候檢查培養(yǎng)苗的狀態(tài)并能及時反饋給管理人員。

2.4組織培養(yǎng)中最關(guān)鍵的步驟

（繼代培養(yǎng)主要的操作步驟包括：自培養(yǎng)室搬運培養(yǎng)瓶至操作間;將培養(yǎng)瓶放置于工作臺上;利用液體酒精、滅菌器等消毒培養(yǎng)瓶表面、鑷子與手術(shù)刀等工具;打開培養(yǎng)瓶;鑷子深入瓶中，取出材料，放置在超凈臺的專用切板或盤內(nèi)，然后用手術(shù)刀進(jìn)行分割作業(yè);將裝有繼代培養(yǎng)基的新培養(yǎng)瓶放在工作臺上;用鑷子進(jìn)行移植作業(yè);新培養(yǎng)瓶移植完成后加蓋并寫或貼上標(biāo)簽。繼代培養(yǎng)作業(yè)往往需要多次重復(fù)進(jìn)行，工作環(huán)境相對較差（空間密閉、濕度較高等），組培苗的切割移植作業(yè)單調(diào)乏味、工作量大，需要投入大量的人力和時間。通過圖3和圖4就可以看出，即使是兢兢業(yè)業(yè)的員工，需要1年多才能成為一個組培能手。繼代培養(yǎng)機器人可維持生產(chǎn)的一致性和高質(zhì)量，降低污染水平，消除人工操作可能產(chǎn)生的錯誤、提升產(chǎn)品競爭能力。

通過圖5可以看出，即使是優(yōu)秀員工，污染率仍然不可控。

2.5溫室煉苗

組培生產(chǎn)的產(chǎn)品形態(tài)一種是組培瓶苗，這種形態(tài)主要用于出口。更多時候，需要將瓶苗離開組織培養(yǎng)室，從組培瓶中脫離出來，植于特殊的基質(zhì)中，并在特定的光照、溫度、濕度條件，進(jìn)行煉苗，又稱之組培苗復(fù)壯。這一程序是組培苗生產(chǎn)中極為重要的一環(huán)。然而由于這環(huán)節(jié)失誤造成損失甚至全軍覆沒的先例并不少見。這種失誤往往是由于人為造成的，如水分控制，光照控制不能根據(jù)植物的要求。智能溫室是專門為農(nóng)業(yè)溫室、農(nóng)業(yè)環(huán)境控制等開發(fā)生產(chǎn)的智能控制系統(tǒng)，可以很大程度上解決這個問題。國外運用自動化來生產(chǎn)花卉的技術(shù)已經(jīng)非常成熟（圖6）。國內(nèi)在這方面也在趕超（圖7）。將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用于溫室當(dāng)中，使得溫室內(nèi)大氣、土壤、光照、CO2濃度、風(fēng)向、風(fēng)速等參數(shù)的采集更加準(zhǔn)確，從而模擬出最適合的溫室內(nèi)植物生長的環(huán)境，再通過控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后，由一些控制器來進(jìn)行自動化控制，從而調(diào)節(jié)到適合植物生長的環(huán)境。

3討論

3.1組培生產(chǎn)過程中部分生產(chǎn)過程采用智能化仍存在難點

組織培養(yǎng)過程中繼代、生根的切割需要精細(xì)處理，如果智能化，還需要不斷的摸索。國外，如日本Kurata K介紹了一種組培機器人，該系統(tǒng)安裝在無菌操作臺內(nèi)，包括切割與移植機械手臂、培養(yǎng)瓶供應(yīng)及輸出裝置、激光切割刀、消毒系統(tǒng)、圖像處理裝置和控制單元等，應(yīng)用于菊花、西紅柿組培苗的繼代培養(yǎng)。國內(nèi)邵東、程大鵬等開發(fā)了馬鈴薯組培苗接種機器人信息管理系統(tǒng)。隨著工業(yè)智能化、信息化的水平不斷提高，智能化接種機器人能夠在組培生產(chǎn)中得到運用。

3.2組培生產(chǎn)智能化實施的過程是一個循序漸進(jìn)的過程。不可能一步到位

組培室內(nèi)外環(huán)境條件的控制，智能化可現(xiàn)行、先試。而全流程智能化需要充分評估和計劃組培工廠內(nèi)數(shù)據(jù)的收集，應(yīng)充分利用企業(yè)生產(chǎn)過程中大量數(shù)據(jù)的累積并深入分析和挖掘，政府、科研院所、企業(yè)共同研究，打造完整的組培生產(chǎn)全過程的智能化管理系統(tǒng)。

3.3規(guī)?；菍嵤┙M培生產(chǎn)智能化的前提

組培生產(chǎn)的品種達(dá)成百上千個。陳權(quán)、陳慧蘭就黑果枸杞提出了組培種苗工廠化技術(shù)。倪燕妹等研究了小天使?jié)M綠絨組織培養(yǎng)工廠化育苗技術(shù)劉靜雯等提出了鐵皮石斛同源四倍體工廠化快繁工藝。只有找出適合規(guī)模化、智能化生產(chǎn)的品種，智能化才能保證勞動效率提升，成本下降。