综合项目实验室设计与管理教案.doc

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
教学目的
         可以精确说出组织培养实验室设计原则与总体规定、各分室功能与详细设计规定。
         清晰植物组织培养各实验室仪器设备与器皿用品配备。
         纯熟操作组织培养惯用仪器设备。
         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
教学办法
“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
         原则组培实验室设计
一、实验室设计原则与总体规定（熟悉）
二、原则组培实验室基本构成：洗涤室、药物贮藏室、药物配制室、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。涉及各实验室重要功能、设计规定及仪器设备配备（熟悉）
三、重要仪器操作（熟悉）
四、组培工厂化生产车间基本构成（掌握）
五、组培实验室、工厂化车间设计（掌握）
         组培苗培养条件
学生依照解析内容分组讨论提出详细操作方案，教师可以予以一定指引。
项目实行
1 观测、分析校内组培实验室构造。
2 实践全自动高压灭菌锅、超净工作台操作办法。
3 晋都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规定：①绘平面图；②体现分析其设计思路、指出其优缺陷；③文字阐明各实验室仪器设备。
2学院生物实训中心组培工厂化车间设计（年产100万株）。展示规定：①绘平面图；②阐明各实验室仪器设备。
项目评价
依照评价用表（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 组培实验室设计

一、实验室设计原则与总体规定
(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.构造和布局合理，工作以便，节能、安全。
4.规划设计与工作目、规模及本地条件等相适应。
(二) 总体规定
1.实验室选址规定避开污染源，水电供应充分，交通运送便利。
2.保证明验室环境清洁。实验室干净，可从主线上有效控制污染。这是组织培养成败最基本规定。因而，过道、设备防尘、外来空气过滤装置等设计是必要。
3.实验室建造时，应采用产生灰尘至少建筑材料；墙壁和天花板、地 面交界处宜做成弧形，便于寻常清洁；管道要尽量暗装，安排好管道走 向，便于日后维修，并能保证在维修时不导致污染；洗手池、下水道位置要适当，不得对培养带来污染，下水道开口位置应对实验室干净度影响 最小，并有避免污染办法。
4.接种室、培养室装修材料还须经得起消毒、清洁和冲洗，并设立能保证与其干净度相应控温控湿设施。
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保证继续操作。
6.实验室必要满足实验准备（器皿洗涤与存储、培养基制备和无菌操 作、用品灭菌）、无菌操作和控制培养三项基本工作需要。
7.实验室各分室大小、比例要合理。普通规定培养室与其她分室（除 驯化室外）面积之比为3：2；培养室有效面积（即培养架所占面积，普通占培养室总面积2/3）与生产规模相适应。
8.明的确验室采光、控温方式，应与气候条件相适应。普通
教学活设计：
1 一方面需要明确组培实验室功能。
2 此问题需要理解

采用人工 光照和恒温控制，实验室为密封式或半地下式。
二、实验室基本构成
一种原则组织培养实验室应当涉及洗涤室、配制室、灭菌室、缓冲间接种室、培养室、观测室、驯化棚室等。在设计时结合详细状况，可以合并某些分室。
（一）洗涤室
1.重要功能 用于玻璃器皿和实验用品洗涤、干燥和贮存；培养材料预解决与清洗；组培苗出瓶、清洗与整顿等。
2.设计规定 依照工作量大小决定其大小，普通10m2左右。规定房间宽敞明亮，以便多人同步工作；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.仪器与用品配备 工作台、烘箱、晾干架、周转筐（塑料或铁制）、各种规格毛刷、药物柜等。
（二）培养基配制室
1.重要功能 培养基配制、植物材料预解决。
2.设计规定 小型实验室面积普通为10～20m2。规定房间宽敞明亮、通风、干燥、清洁卫生，便于多人同步操作；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，配制室可与洗涤室合并为准备室。
3.仪器与用品配备 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（涉及试管）、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、医用小推车等用品和用品。此外，配备器械柜和药物柜，分别存储接种用品和分类存储化学试剂（可改为药物）。最佳 配备防尘设备，以减少灰尘污染。

3. 结合学院组培实验室，观测分析实验室
（三）灭菌室
1.重要功能 用于培养基、器皿、工具和其她物品消毒灭菌。
2.设计规定 专用小灭菌室面积普通为5～10m2。规定安全、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，通风办法良好。生产规模较小时，可与洗涤室、配制室合并在一起，但灭菌锅摆放位置要远离天平和冰箱，并且必要设立换气窗或换气扇，以利通风换气。
3.仪器与用品配备 压力灭菌锅、干热消毒柜或烘箱、细菌过滤装置、工作台、培养基存储架或橱柜、周转筐、换气扇、医用小推车等。
（四）缓冲间
1.重要功能 防止带菌空气直接进入接种室和工作人员进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，才干进入接种室。
2.设计规定 面积不适当太大，普通2～3m2。规定空间干净，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，配备平滑门，以便于观测、参观和减少开关门时空气扰动。空间安装1～2盏紫外光灯，用以 接种前照射灭菌；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工作服。
3.仪器与用品配备 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. 重要功能 进行植物材料接种、培养物转移等无菌操作，因而接 种室也称为无菌操作室。其无菌条件好坏对组织培养成功与否起着重要作用。
2. 设计规定 接种室不适当设在易受潮地方。其大小依照实验需要和环境控制难易限度而定。在工作以便前提下，宜小不适当大，小接种室面积5～7m2即可。接种室规定密闭、干爽安静、清洁明亮；塑钢板或防菌漆天花板、塑钢板或白瓷砖墙面光滑平整，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，规定门窗密封性好；在恰当位置吊装紫外光灯，
▲教学办法：
“一课一题”问题启发式教学、项目引导教学、小组合伙教学、演示教学、及现场教学

▲教学手段：
多媒体教学

保持环境无菌或低密度有菌状态；安顿空调机，实现人工控温，这样可以紧闭门窗，减少与外界空气对流。接种室与培养室 通过传递窗相通。最佳进出接种室人流、物流分开。
3. 仪器与用品配备 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。配备污物桶，以便存储接种过程中丢弃物，须每天清洗更换。
（六）培养室
1.重要功能 培养离体材料。
2.设计规定 培养室设计应从如下几方面考虑：
①培养室大小可依照生产规模和培养架大小、数目及其他附属设备而定。每个培养室不适当过大，面积10～20m2即可，以便于对条件均匀控制。其设计以充分运用空间和节约能源为原则，最佳设在向阳面或在建筑朝阳面设计双层玻璃墙，或加大窗户，以利于接受更多自然光线，高度比培养架略高为宜。培养室外最佳有缓冲间或走廊。
②可以控制光照和温度。普通依照培养过程中与否需光，设计成光照培养室和暗培养室；材料预培养、热解决脱毒或细胞培养、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温度。培养室面积较小时，采用窗式或柜式冷暖型空调；培养室面积较大时，最佳采用中央空调，以保证培养间内各 部位温度相对均衡。
③保持整洁，防止微生物感染。规定天花板、墙壁光滑平整、绝热防火，最佳用塑钢板或瓷砖装修；地面用水磨石或瓷砖铺设，平坦无缝，以便室内 消毒，并有助于反光，提高室内亮度。
④摆放培养架，以立体培养为主。培养架规定使用以便、节能、充分运用空间和安全可靠。普通设六层，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日光灯管长度来决定，每个培养架安装2～3盏日光灯，各种培养架共用1个光照时控器。安装日光灯时最佳选用电子整流器，以减少能耗。架材最佳用带孔新型角钢条，可使搁板上下随机移动。
⑤可以通风、降湿、散热。培养室门窗密封性要好，有条件

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气、散热。南方湿度高地方可以考虑在培养室内安装除湿机。
⑥培养室外应设有缓冲间或走廊。
⑦培养室内用电量大，应设立供电专线和配电设备，并且配电板置于培养室外，保证用电安全和以便控制。此外，为适应液体培养需要，在培养室内配备摇床和转床等设备，但要注旨在大型摇床下面应有坚实底座固定，以免摇床移位或因振动大而影 响培养车间内其她静止培养。
3.仪器与用品配备 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)观测室
1.重要功能 对培养材料进行细胞学或解剖学观测与鉴定；植物材料照相记录；或对培养物有效成分进行取样检测。
2.设计规定 观测室可大可小，但普通不适当过大，以能摆放仪器和操作以便为准。规定房间安静、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.仪器与用品配备 倒置显微镜、荧光显微镜、解剖镜、图像拍摄解决 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品等。
（八）驯化棚室
1.重要功能 进行组培苗驯化移栽。
2.设计规定 组培苗驯化移栽普通在温室或塑料大棚内进行。其面积大小视生产规模而定。规定环境清洁无菌，具备控温、保湿、遮荫、防虫和采光良好等条件。
3.仪器与用品配备 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：组培工厂设计与组培实验室有什么区别？给毕生产100万株/年任务，如何设计组培工厂？

一、组哺育苗工厂设计原则与总体规定
(一)设计原则
1.依照培养目和规模来设计。其规模大小依照市场需求、年预期产苗量、投资额、既有条件等因素综合拟定，体现合用性。
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、合用性，利于提高生产效率。
3.防止污染，体现针对性和可控性。
4.减少成本，节能、安全，体现经济实用性。
(二)总体规定
1.育苗工厂选址规定排灌水以便，远离污染源，水电供应充分，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如下。普通建在都市近郊区。
2.育苗工厂各车间大小与相对比例合理，在车间设计和设施设备配备、摆放上与其功能相适应。特别是接种车间和培养车间规定密闭，保温性能良好，可以充分运用自然光源，以减少污染及能耗。为了节约用地，也可以改成楼层设计，但必要增长电梯吊装设备，并考虑各作业间之间流水作业 便捷。
3.建筑与装修材料要经得起消毒、清洁和冲洗；厂房防水解决应高原则，不能有渗漏雨现象；地基最佳高出地面30cm以上。
4.其她规定与实验室设计相似。
二、组哺育苗工厂基本构成
育苗工厂应涉及组培苗生产车间和驯化栽培区。其中组培苗生产车间重要涉及洗涤车间、培养基配制车间、灭菌车间、接种车间、培养车间；驯化栽培区涉及移栽驯化车间和育苗苗圃，可以单独设立。此外，尚有办公室、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.重要功能 与洗涤室相似。
2.设计规定 依照工作量大小决定洗涤车间大小，面积在

依照生物中实训心生产规模，设计其生产车间构成

1 一方面回顾组培实验室设计原则和规定
20～60m2之间。设计规定同洗涤室。需要注意是洗涤用水槽（池）最佳设在车间一侧，另一侧为立体多层器皿架，分别用于玻璃器皿和用品等洗涤和洗涤 后贮存等；中央摆放长条形工作台，用于玻璃器皿、用品等洗涤先后暂时摆放。
3.仪器和用品配备洗衣机、洗瓶机、换气扇、医用小推车。其她与洗涤室相似。
（二）培养基配制车间
1.重要功能 与培养基配制室相似。
2.设计规定 培养基配制车间面积普通为40～60m2，其她规定与培养基配制室相似，但要注意仪器设备在空间内合理摆放。有条件可在配制车间内单设药物间和天平室(或称量室)。
3.仪器与用品配备与培养基配制室规定相似。
（三）灭菌车间
1.重要功能 与灭菌室规定相似。
2.设计规定 灭菌车间面积普通为15～30m2。依照生产能力选取不同型号灭菌锅。由于高压灭菌锅用电量大，应考虑用电负荷而设立专用电线和配电板（盘）。灭菌车间必要有消防设施。此外，在条件容许状况下，可在灭菌车间内单设一间储备室（区），用于存储已灭菌培养基或未用完培养基，以及无菌纸和无菌用品等。存储培养基必要严格标明培养基代号及消毒日期，并且排放整洁、有序。储备室内宜保持较低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。其她规定与灭菌 室相似。
3.仪器与用品配备除增长中型压力灭菌锅外，其她与灭菌室相似。
（四）接种车间
1.重要功能 与接种室规定相似。
2.设计规定 接种车间普通分为缓冲间和接种间。其设计规定与组培实验室缓冲间、接种室规定基本相似。在设计时需要注意如下几种问题：
①依照工作量大小决定接种间面积，但不适当过大，可以多设几种小 接种间。
②为便于无菌操作和提高接种工作效率，以选用平流风式双人单面超净工作台为宜。
③接种间内超净工作台数量较多，在超净工作台摆放上必要注意防止各超净工作台气流互相干扰，并应考虑室内物品运送和各项操作以便，以便提高工作效率。为以便大规模操作，可安装一体化超净工作台。
④在接种车间内可设计一种紫外光消毒间，与培养间相邻。从培养车间取出准备进行继代培养材料或外购组培瓶苗在进入接种室前，需在此室内用紫外线灯消毒20～30min，以减少瓶外污染源带入接种间。
⑤在接种车间外设立风淋室。此外，配备一定防火设备，以防万一。3.仪器与用品配备 与组培实验室接种室和缓冲间相似。为提高劳动生产率和减少生产成本，可以引进自动化设备生产线，可省去大量人工洗 瓶、冲瓶、淋瓶、烘干、灌装等复杂程序，明显提高工作效率。
（五）培养车间
1.重要功能 与培养室规定相似。
2.设计规定 依照组哺育苗工厂生产规模，拟定培养车间数量和面积大小。最佳设计各种培养间，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。此外，培养车间最佳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衔接顺畅。其她规定与培养室相似。
3.仪器与用品配备 为便于运送和安放培养瓶、观测组培苗，培养车间内应备有一定数量小推车和折叠梯子。其她配备与培养室相似。
（六）检测车间
检测车间重要功能、设计规定和仪器用品配备与观测室相似。考虑方 便操作和工序有效衔接，检测车间最佳与培养车间相邻。在检测车间内可单设照相室和暗室。
（七）组培苗驯化车间
除设施较先进和棚室数量增长外，其她与驯化棚室规定相似。
（八）育苗圃
1.重要功能 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无病毒或珍稀优良种质资源，重要采用防虫网室保存（某些种类可用试管冷藏保存）；品种栽培示范区重要是栽培本厂生产 各种组培苗成年植株，展示其优良观赏性状及生产习性，也作为组织培养材料采集地；繁殖圃涉及育苗区、无性繁殖区和哺育大苗区，直接向市场供应不同规格商品苗木。
2.设计规定 依照组织培养育苗规模与目，拟定育苗圃大小。原种圃、品种栽培示范区和繁殖圃面积分别依照种源和展示品种多少、市场需要来拟定。
（1）原种圃 在原种圃内防虫网室保存原种材料规定不带病毒，并且要避免重复感染和因长期继代而发生变异。所保存原种材料每年应进行1次病毒鉴定。原种圃应有完整引种档案，记明原种植物引种来源、品种名称、病毒检测证明、原种定植图和相应管理记录等。普通每个原

种材料应不少于2～3株。
（2）品种栽培示范区 品种栽培示范区面积可依照品种多少来拟定。育苗圃地应选用地势平坦、土质疏松而肥沃砂壤土，有充分水源和灌溉条件，以及以便苗木销售运送，并保证苗木纯正无误。
（3）繁殖圃 满足商品大苗养护和常规无性繁殖采穗需要。
3.设施、设备和用品配备 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，以及其她必要工具与辅助设施如肥料堆沤场地等。
（九）重要附属用房
1.仓库 重要用于存储备用玻璃器皿、器械及试剂等，便于随时取用。其中，药物仓库规定干燥、通风、避免光照，备有药物柜、冰箱等设施、设备。化学试剂等物品分类存储于柜中，有剧毒物品如HgCl2等需要专人密封保存；需低温保存药物和药液在冰箱中保存。房间最佳背阳。
2.冷藏室 在冷藏室(1℃～5℃)内可以暂时存储原种材料和待出库移栽组培苗，以及进行种质资源离体保存。通过低温解决，可以控制某些种类组培苗分化和生长速度；打破某些植物休眠。如球根花卉唐菖蒲小球茎在冷藏室3～5℃下冷藏1个月，就可以解除休眠。因而，冷藏室对于育苗工厂按筹划生产和准时供应大量种苗起着重要调节及储备作用。
3.更衣间 更衣间是组培苗生产车间第一道门户。工作人员等必要在此换鞋和更换干净工作服。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、组哺育苗工厂设计范例
组哺育苗工厂生产规模不同，在厂区规划和车间布局、基本建设费用、设备和器皿、试剂购买数量与费用、总投资额等有较大差别。此外，因设计理念、资金实力、既有条件、地区差别和发展规划不同而在设计上也体现出风格和特色各异。

表2-2列出年产100万株苗木组哺育工厂作业区构成及投资额，列举出几种组哺育苗工厂平面设计图，供实际规划设计时参照。

表2-2 年产100万株苗木组哺育苗工厂设计(投资额：194.86万元)
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
仅供参照
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%
实行方案设计对的性
10

操作环节合理性及条理性
20

技术要点明确性
20

实践成果40%
实验室设计图
30

培养条件拟定
10

共计