项目1实验室设计与管理-教案1465

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1、项目 1 实验室设计与管理 项目名称 项目 1 实验室设计与管理 学 时 4 学时 教学目标 能够准确说出组织培养实验室的设计原则与总体要求、各分室的功能与具体设计要求。清楚植物组织培养各实验室的仪器设备与器皿用具的配置。熟练操作组织培养常用的仪器设备。能设计植物组织培养工厂化生产车间。明确组培苗培养苗培养条件 教学方法“一课一题”问题启发式教学法、项目引导教学、现场教学 项目导入 实验室设计与管理 项目解析 标准组培实验室的设计 一、实验室的设计原则与总体要求（熟悉）二、标准组培实验室的基本组成：洗涤室、药品贮藏室、药品配制室、培养基配制室、培养基灭菌室、无菌操作室、培养室、驯化温室等。包括

2、各实验室的主要功能、设计要求及仪器设备的配置（熟悉）三、主要仪器的操作（熟悉）四、组培工厂化生产车间的基本组成（掌握）五、组培实验室、工厂化车间设计（掌握）组培苗的培养条件 学生根据解析内容分组讨论提出具体操作方案，教师可以给予一定指导。项目实施 1 观察、分析校内组培实验室的结构。2 实践全自动高压灭菌锅、超净工作台的操作方法。3 晋城市苗圃组培工厂化车间设计（年产 100 万株）。项目展示 1 校内组培室设计展示要求：绘平面图；表现分析其设计思路、指出其优缺点；文字说明各实验室的仪器设备。2 学院生物实训中心组培工厂化车间设计（年产 100 万株）。展示要求：绘平面图；说明各实验室的仪器设

3、备。项目评价 根据评价用表（1）进行该项目评分 项目 1 实验室设计与管理 本课问题：如何设计组培实验室 项目 1-1 组培实验室的设计 一、实验室的设计原则与总体要求(一)设计原则 1.防止污染。控制住污染，就等于组织培养成功了一半。2.按照工艺流程科学设计，经济、实用和高效。3.结构和布局合理，工作方便，节能、安全。4.规划设计与工作目的、规模及当地条件等相适应。(二)总体要求 1.实验室选址要求避开污染源，水电供应充足，交通运输便利。2.保证实验室环境清洁。实验室洁净，可从根本上有效控制污染。这是组织培养成败的最基本要求。因此，过道、设备防尘、外来空气的过滤装置等设计是必要的。3.实验室

4、建造时，应采用产生灰尘最少的建筑材料；墙壁和天花板、地 面的交界处宜做成弧形，便于日常清洁；管道要尽量暗装，安排好管道的走 向，便于日后的维修，并能确保在维修时不造成污染；洗手池、下水道的位置要适宜，不得对培养带来污染，下水道开口位置应对实验室的洁净度影响 最小，并有避免污染的措施。4.接种室、培养室的装修材料还须经得起消毒、清洁和冲洗，并设置能确保与其洁净度相应的控温控湿的设施。5.实验室电源应经专业部门设计、安装和验证合格之后，方可使用。应有备用电源，以防停电或掉电时能确保继续操作。教学活设计：1 首先需要明确组培实验室的功能。2 此问题需要理解 6.实验室必须满足实验准备（器皿的洗涤与存

5、放、培养基制备和无菌操 作、用具的灭菌）、无菌操作和控制培养三项基本工作的需要。7.实验室各分室的大小、比例要合理。一般要求培养室与其他分室（除 驯化室外）的面积之比为 3：2；培养室的有效面积（即培养架所占面积，一般占培养室总面积的 2/3）与生产规模相适应。8.明确实验室的采光、控温方式，应与气候条件相适应。一般 采用人工 光照和恒温控制，实验室为密封式或半地下式。二、实验室的基本组成 一个标准的组织培养实验室应当包括洗涤室、配制室、灭菌室、缓冲间接种室、培养室、观察室、驯化棚室等。在设计时结合具体情况，可以合并部分分室。（一）洗涤室 1.主要功能 用于玻璃器皿和实验用具的洗涤、干燥和贮存

6、；培养材料的预处理与清洗；组培苗的出瓶、清洗与整理等。2.设计要求 根据工作量的大小决定其大小，一般 10m2左右。要求房间宽敞明亮，方便多人同时工作；有电源、自来水和水槽（池），上下水道畅通；地面耐湿、防滑、排水良好，便于清洁。3.仪器与用具配置 工作台、烘箱、晾干架、周转筐（塑料或铁制）、各种规格的毛刷、药品柜等。（二）培养基配制室 1.主要功能 培养基的配制、植物材料的预处理。2.设计要求 小型实验室面积一般为 1020m2。要求房间宽敞明亮、通风、干燥、清洁卫生，便于多人同时操作；有电源、自来水和水槽（池），保证上下水道畅通。有时可将配制室内部间隔为称量分室和配制分室。规模较小时，配制

7、室可与洗涤室合并为准备室。3.仪器与用具配置 电子分析天平、托盘天平、磁力搅拌器、蒸馏水器、酸度计、恒温水浴锅、电炉（或微波炉、电饭煲、液化气炉灶等）、培养基灌 装机、普通冰箱、低温冰箱（低于-20）等仪器设备；移液管（或微量移液器）、移液管架、培养瓶（包括试管）、棕色或透明试剂瓶、烧杯（带或不带刻度）、量筒、容量瓶、培养皿、吸管、皮下注射器、打孔器、玻璃棒、标签纸、记号笔、耐高温高压塑料薄膜等封口材料、周转筐、尼龙绳、脱脂棉、纱布、工作台、蒸馏水桶、3.结合学院组培实验室，观察分析实验室 医用小推车等用品和用具。此外，配备器械柜和药品柜，分别存放接种用具和分类存放化学试剂（可改为药品）。最好

8、 配备防尘设备，以减少灰尘污染。（三）灭菌室 1.主要功能 用于培养基、器皿、工具和其他物品的消毒灭菌。2.设计要求 专用的小灭菌室面积一般为 510m2。要求安全、通风、明亮；墙壁和地面防潮、耐高温；配备水源、水槽（池）、电源或煤气加热装置和供排水设施；保证上下水道畅通，通风措施良好。生产规模较小时，可与洗涤室、配制室合并在一起，但灭菌锅的摆放位置要远离天平和冰箱，而且必须设置换气窗或换气扇，以利通风换气。3.仪器与用具配置 压力灭菌锅、干热消毒柜或烘箱、细菌过滤装置、工作台、培养基存放架或橱柜、周转筐、换气扇、医用小推车等。（四）缓冲间 1.主要功能 防止带菌空气直接进入接种室和工作人员进

9、出接种室时带进杂菌。接种人员在缓冲间更衣、换鞋、洗手、戴上口罩后，才能进入接种室。2.设计要求 面积不宜太大，一般 23m2。要求空间洁净，墙壁光滑平整，地面平坦无缝，并在缓冲间和接种室之间用玻璃隔离，配置平滑门，以便于观察、参观和减少开关门时的空气扰动。空间安装 12 盏紫外光灯，用以 接种前的照射灭菌；配备电源、自来水和小洗手池，备有鞋架、拖鞋和衣帽挂钩，分别用于接种前洗手、摆放拖鞋和悬挂已灭过菌的工作服。3.仪器与用具配置 紫外光灯、小洗手池、搁架、鞋架、衣帽钩、拖鞋、工作服、实验帽和口罩等。（五）接种室 1.主要功能 进行植物材料的接种、培养物的转移等无菌操作，因此接 种室也称为无菌操

10、作室。其无菌条件的好坏对组织培养的成功与否起着重要作用。2.设计要求 接种室不宜设在易受潮的地方。其大小根据实验需教学方法：“一课一题”问题启发式教学、项目引导教学、小组合作教学、演示教学、及现场教学 教学手段：多媒体教学 要和环境控制的难易程度而定。在工作方便的前提下，宜小不宜大，小的接种室面积 57m2即可。接种室要求密闭、干爽安静、清洁明亮；塑钢板或防菌漆的天花板、塑钢板或白瓷砖的墙面光滑平整，不易积染灰尘；水磨石或水泥地面平坦无缝，便于清洗和灭菌。配备电源和平滑门窗，要求门窗密封性好；在适当的位置吊装紫外光灯，保持环境无菌或低密度有菌状态；安置空调机，实现人工控温，这样可以紧闭门窗，减

11、少与外界空气对流。接种室与培养室 通过传递窗相通。最好进出接种室的人流、物流分开。3.仪器与用具配置 超净工作台、空调机、解剖镜、接种器具消毒器(或高温焚化炉)、紫外光灯、酒精灯、广口瓶、三角瓶、搪瓷盘、接种工具、手持喷雾器、工作台、搁架、接种用的小平车、不锈钢长方形饭盒(盛放 70 75%酒精，用于浸泡接种工具)或医院用消毒盒等。配置污物桶，以便存放接种过程中的丢弃物，须每天清洗更换。（六）培养室 1.主要功能 培养离体材料。2.设计要求 培养室的设计应从以下几方面考虑：培养室的大小可根据生产规模和培养架的大小、数目及其它附属设备而定。每个培养室不宜过大，面积 1020m2即可，以便于对条件

12、的均匀控制。其设计以充分利用空间和节省能源为原则，最好设在向阳面或在建筑的朝阳面设计双层玻璃墙，或加大窗户，以利于接收更多的自然光线，高度比培养架略高为宜。培养室外最好有缓冲间或走廊。能够控制光照和温度。通常根据培养过程中是否需光，设计成光照培养室和暗培养室；材料的预培养、热处理脱毒或细胞培养、原生质体培养等在光照培养箱或人工气候箱内进行。采用光照时控器控制光照时间。采用空调机调控培养室内的温度。培养室面积较小时，采用窗式或柜式的冷暖型空调；培养室面积较大时，最好采用中央空调，以保证培养间内各 部位温度相对均衡。保持整洁，防止微生物感染。要求天花板、墙壁光滑平整、绝热防火，最好用塑钢板或瓷砖装

13、修；地面用水磨石或瓷砖铺设，平坦无缝，方便室内 消毒，并有利于反光，提高室内亮度。摆放培养架，以立体培养为主。培养架要求使用方便、节能、充分利用空间和安全可靠。一般设六层，高度2m，最下一层距地面0.2m，最上一 层高 1.7m，层间距为 30cm，架宽 0.6m，架长以 40W 日光灯管的长度来决定，每个培养架安装 23 盏日光灯，多个培养架共用 1 个光照时控器。安装日光灯时最好选用电子整流器，以降低能耗。架材最好用带孔的新型角钢条，可使搁板上下随机移动。能够通风、降湿、散热。培养室的门窗密封性要好，有条件 的可用玻璃砖代替窗户，并安装排气扇，以备在湿度高、空调有故障时可以打开排气扇通风排

14、气、散热。南方湿度高的地方可以考虑在培养室内安装除湿机。培养室外应设有缓冲间或走廊。培养室内用电量大，应设置供电专线和配电设备，并且配电板置于培养室外，保证用电安全和方便控制。此外，为适应液体培养的需要，在培养室内配备摇床和转床等设备，但要注意在大型摇床下面应有坚实的底座固定，以免摇床移位或因振动大而影 响培养车间内的其他静止培养。3.仪器与用具配置 空调机、排气扇、摇床、转床、光照培养箱或人工气候箱、除湿机、光照时控器、干湿温度计、温度自动记录仪及最高最低温度 记录仪、培养架、日光灯、工作台、配电盘等。(七)观察室 1.主要功能 对培养材料进行细胞学或解剖学观察与鉴定；植物材料的摄影记录；或

15、对培养物的有效成分进行取样检测。2.设计要求 观察室可大可小，但一般不宜过大，以能摆放仪器和操作方便为准。要求房间安静、通风、清洁、明亮、干燥，保证光学仪器不振动、不受潮、不污染、不受光直射。3.仪器与用具配置 倒置显微镜、荧光显微镜、解剖镜、图像拍摄处理 设备，离心机、酶联免疫检测仪、电子天平、PCR 扩增仪、电导率仪、血球计数器、微孔过滤器（细胞过滤器）、水浴锅、细胞微室等理化实验设备和移液枪等用具等。（八）驯化棚室 1.主要功能 进行组培苗的驯化移栽。2.设计要求 组培苗的驯化移栽通常在温室或塑料大棚内进 行。其面积大小视生产规模而定。要求环境清洁无菌，具备控温、保湿、遮荫、防虫和采光良

16、好等条件。3.仪器与用具配置 具备弥雾装置、遮阳网、暖气或地热线、移栽床（固定式或活动式）等设施；塑料钵、花盆、穴盘等移栽容器；草炭、沙子等移 栽基质。项目 1-2 组培工厂化车间设计 问题：组培工厂的设计与组培实验室有什么区别给一生产 100万株/年的任务，如何设计组培工厂 一、组培育苗工厂的设计原则与总体要求(一)设计原则 1.根据培养目的和规模来设计。其规模大小根据市场需求、年预期产苗量、投资额、现有条件等因素综合确定，体现适用性。2.流水线式设计布局合理，符合生产工艺流程和工作程序，便于操作，体现系统性、适用性，利于提高生产效率。3.防止污染，体现针对性和可控性。4.降低成本，节能、安

17、全，体现经济实用性。(二)总体要求 1.育苗工厂选址要求排灌水方便，远离污染源，水电供应充足，交通便利(但要远离交通干线 200m 以外)，周边环境清洁，地下水位在 1.5m 以下。一般建在城市的近郊区。2.育苗工厂各车间的大小与相对比例合理，在车间的设计和设施设备的配置、摆放上与其功能相适应。特别是接种车间和培养车间要求密闭，保温性能良好，能够充分利用自然光源，以减少污染及能耗。为了节省用地，也可以改成楼层设计，但必须增加电梯吊装设备，并考虑各作业间之间流水作业 的便捷。3.建筑与装修材料要经得起消毒、清洁和冲洗；厂房的防水处理应高标准，不能有渗漏雨现象；地基最好高出地面 30cm 以上。4

18、.其他要求与实验室设计相似。二、组培育苗工厂的基本组成 育苗工厂应包括组培苗生产车间和驯化栽培区。其中组培苗生 根据生物中实训心的生产规模，设计其生产车间的组成 1 首先回顾组培实验室设计的原则和要求 产车间主要包括洗涤车间、培养基配制车间、灭菌车间、接种车间、培养车间；驯化栽培区包括移栽驯化车间和育苗苗圃，可以单独设置。此外，还有办公室、值班室、仓库、会议(培训)室、冷藏室、产品展示厅等附属用房。(一)洗涤车间 1.主要功能 与洗涤室相同。2.设计要求 根据工作量的大小决定洗涤车间的大小，面积在 2060m2之间。设计要求同洗涤室。需要注意的是洗涤用水槽（池）最好设在车间的一侧，另一侧为立体

19、多层器皿架，分别用于玻璃器皿和用具等的洗涤和洗涤 后的贮存等；中央摆放长条形工作台，用于玻璃器皿、用具等洗涤前后的临时摆放。3.仪器和用具的配置洗衣机、洗瓶机、换气扇、医用小推车。其他与洗涤室相同。（二）培养基配制车间 1.主要功能 与培养基配制室相同。2.设计要求 培养基配制车间的面积一般为 4060m2，其他要求与培养基配制室相同，但要注意仪器设备在空间内的合理摆放。有条件的可在配制车间内单设药品间和天平室(或称量室)。3.仪器与用具配置与培养基配制室要求相同。（三）灭菌车间 1.主要功能 与灭菌室要求相同。2.设计要求 灭菌车间面积一般为 1530m2。根据生产能力选择不同型号的灭菌锅。

20、由于高压灭菌锅用电量大，应考虑用电负荷而设置专用的电线和配电板（盘）。灭菌车间必须有消防设施。另外，在条件允许的情况下，可在灭菌车间内单设一间储备室（区），用于存放已灭菌的培养基或未用完的培养基，以及无菌纸和无菌用具等。存放的培养基必须严格标明培养基代号及消毒日期，并且排放整齐、有序。储备室内宜保持较低的温度和避免阳光直射，并应安装紫外光灯，以便经常对室内环境进行消毒。其他要求与灭菌 室相同。3.仪器与用具配置除增加中型压力灭菌锅外，其他与灭菌室相同。（四）接种车间 1.主要功能 与接种室要求相同。2.设计要求 接种车间一般分为缓冲间和接种间。其设计要求与组培实 验室的缓冲间、接种室要求基本相

21、同。在设计时需要注意以下几个问题：根据工作量的大小决定接种间的面积，但不宜过大，可以多设几个小 接种间。为便于无菌操作和提高接种的工作效率，以选用平流风式双人单面超净工作台为宜。接种间内超净工作台数量较多，在超净工作台的摆放上必须注意防止各超净工作台的气流的相互干扰，并应考虑室内物品运送和各项操作的方便，以便提高工作效率。为方便大规模操作，可安装一体化超净工作台。在接种车间内可设计一个紫外光消毒间，与培养间相邻。从培养车间取出准备进行继代培养的材料或外购的组培瓶苗在进入接种室前，需在此室内用紫外线灯消毒 2030min，以减少瓶外的污染源带入接种间。在接种车间外设置风淋室。另外，配备一定的防火

22、设备，以防万一。3.仪器与用具配置 与组培实验室的接种室和缓冲间相同。为提高劳动生产率和降低生产成本，可以引进自动化设备生产线，可省去大量的人工洗 瓶、冲瓶、淋瓶、烘干、灌装等复杂程序，显著提高工作效率。（五）培养车间 1.主要功能 与培养室要求相同。2.设计要求 根据组培育苗工厂的生产规模，确定培养车间的数量和面积大小。最好设计多个培养间，便于对培养条件均匀控制。为便于管理，可单设一间液体振荡培养间。另外，培养车间最好与紫外光消毒间和接种间相邻，这样可保证接种与培养上下工序的衔接顺畅。其他要求与培养室相同。3.仪器与用具配置 为便于运送和安放培养瓶、观察组培苗，培养车间内应备有一定数量的小推

23、车和折叠梯子。其他配置与培养室相同。（六）检测车间 检测车间的主要功能、设计要求和仪器用具配置与观察室相同。考虑方 便操作和工序的有效衔接，检测车间最好与培养车间相邻。在检测车间内可单设摄影室和暗室。（七）组培苗驯化车间 除设施较先进和棚室数量增加外，其他与驯化棚室要求相同。（八）育苗圃 1.主要功能 育苗圃分为原种圃、品种栽培示范区和繁殖圃。原种圃用于引进和保存育苗所需的无病毒或珍稀的优良种质资源，主要采用防虫网室保存（部分种类可用试管冷藏保存）；品种栽培示范区主要是栽培本厂生产 的各种组培苗的成年植株，展示其优良的观赏性状及生产习性，也作为组织培养材料的采集地；繁殖圃包括育苗区、无性繁殖区

24、和培育大苗区，直接向市场供应不同规格的商品苗木。2.设计要求 根据组织培养育苗的规模与目的，确定育苗圃的大小。原种圃、品种栽培示范区和繁殖圃的面积分别根据种源和展示品种的多少、市场的需要来确定。（1）原种圃 在原种圃内防虫网室保存的原种材料要求不带病毒，而且要避免重复感染和因长期继代而发生变异。所保存的原种材料每年应进行 1 次病毒鉴定。原种圃应有完整的引种档案，记明原种植物的引种来源、品种名称、病毒检测证明、原种定植图和相应的管理记录等。一般每个原 种材料应不少于 23 株。（2）品种栽培示范区 品种栽培示范区的面积可根据品种的多少来确定。育苗圃地应选用地势平坦、土质疏松而肥沃的砂壤土，有充

25、足的水源和灌溉条件，以及方便苗木的销售运输，并保证苗木纯正无误。（3）繁殖圃 满足商品大苗的养护和常规无性繁殖采穗的需要。3.设施、设备和用具的配置 智能温室、普通日光温室或塑料大棚；微 灌系统、育苗床、排灌系统、遮阳避雨设施、防虫网室；基质、肥料、消毒剂、穴盘或栽培盆具，以及其他必要的工具与辅助设施如肥料堆沤场地等。（九）主要附属用房 1.仓库 主要用于存放备用的玻璃器皿、器械及试剂等，便于随时取用。其中，药品仓库要求干燥、通风、避免光照，备有药品柜、冰箱等设施、设备。化学试剂等物品分类存放于柜中，有剧毒物品如 HgCl2等需要专人密封保存；需低温保存的药品和药液在冰箱中保存。房间最好背阳。

26、2.冷藏室 在冷藏室(15)内可以暂时存放原种材料和待出库移栽的组培苗，以及进行种质资源的离体保存。通过低温处理，可以控制某些种类的组培苗的分化和生长速度；打破某些植物休眠。如球根花卉唐菖蒲的小球茎在冷藏室 35下冷藏 1 个月，就可以解除休眠。因此，冷藏室对于育苗工厂按计划生产和按时供应大量种苗起着重要调节及贮备的作用。3.更衣间 更衣间是组培苗生产车间的第一道门户。工作人员等必须在此换鞋和更换洁净的工作服。更衣间内安装紫外光灯，以便定期进行室内消毒，经常清洗更衣间内的工作服和拖鞋，使更衣间始终保持整洁状态。如有条件可设风淋设施。三、组培育苗工厂设计范例 组培育苗工厂的生产规模不同，在厂区规

27、划和车间布局、基本建设费 用、设备和器皿、试剂的购置数量与费用、总投资额等有较大差异。另外，因设计理念、资金实力、现有条件、地区差异和发展规划的不同而在设计上也表现出风格和特色各异。表 2-2 列出年产 100 万株苗木的组培育工厂的作业区组成及投资额，列举出几种组培育苗工厂的平面设计图，供实际规划设计时参考。表 2-2 年产 100 万株苗木组培育苗工厂设计(投资额：万元)厂区布局 面积（m2）基建费(万元)设备名称、数量 设备费(万元)器皿、试剂费名称、数量 器皿、试剂费(万元)此预算表 仅供参考 植物组织培养实验实训评价用表（1）评价指标 分值（%）学生成绩 学习过程20%出勤 5 学习态度 10 课堂提问 5 岗位技能40%实施方案设计的正确性 10 操作步骤的合理性及条理性 20 技术要点的明确性 20 实践成果40%实验室设计图 30 培养条件的确定 10 合计