植物组织培养机

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植物组织培养机

德州学院机电工程学院邢新坤于文馨孙秀云

摘要：目前植物组织培养市场上专门的自动化培育系统还未普及，以至于植物组织培养面临劳动力成本高、工业化水平低的现象。植物组织培养机旨在利用单片机控制系统结合各类传感器及特殊结构对植物组织培养进行监控、培育、杀菌。

实现植物组织培养的工业化及自动化，提高培养效率减轻劳动力成本。

关键词：植物组织培养；自动化；工业化；生物技术

引言

植物组织培养的工业化设计及自动化设计是当今植物组织

培养市场亟待解决的问题。随着科技的进步，自动化培育已经不

再是神话，学科交叉亦是一种发展大趋势。利用信息及现代化手

段结合生物生产不仅提高生产率而且节省了许多劳动成本。迎

合了当今我国老龄化的发展趋势。本文主要讲述如何利用单片

机自动化控制，实现植物组织培养过程中的监控、培育等过程。

1设计方案

该系统设计为密封循环系统，整个系统的循环驱动为改造

的植物组培专用气动隔膜泵。无菌储液罐内的培养液经联合杀

菌法消除微生物后由隔膜泵泵出，通过各硅胶管分支输送到各

培养瓶，各培养瓶入口处带有单向止气阀防止各瓶之间的交叉

感染。培养瓶内有特殊结构植物载体，其与培养液相对高度的不

同可形成不同培养环境——

—液体环境、固定化环境，同时配有培

养液雾化口可雾化环境，则可以控制不同阶段的培养。培养瓶下

有排液口，排液口同样安有单向止气阀将排出的液体汇集后通

过光催化或吸附等方式除去植物代谢废物后再循环至储液罐

中。单片机控制系统则在此过程中控制调节培养环境、监测储液

罐内培养液PH值及EC值变化、培养室温度变化及循环系统气

体变化。图1则为方案设计的总体图：

图1

2工作原理

2.1单片机控制装置

本装置主要用于对培养过程中培养环境的检测控制。分别

是对温度、气体以及培养液PH值及EC值和培养液循环雾化用

量及时间调整的监测与控制。

（1）温度：可将培养装置置于恒温培养室中进行培养，也可以

在培养装置外侧装上温度传感器进行温度报警及显示，便于调温。

（2）气体：对植物组培影响最大的气体便是CO2，培养过程中

植物组织呼吸作用产生大量CO2从而对植物生长产生一定影

响。该设备可以在排气孔处安装远红外分析仪对CO2进行监测，

并输出数据进行报警。

（3）PH值及EC值：营养液EC值和PH值可以采用PWM

进行调制。该装置可安装于培养液的储液罐内，便于调控培养液

PH值。采用PH计监测并发送信号给单片机，单片机做出显示并

报警。

（4）培养液循环雾化用量及时间调整：该过程是可利用继电

器控制的，用户可以根据不同植物的需求通过按键或触屏设置

通过单片机定时器中断计时发送信号给继电器，随时调整培养

液用量即水培培养液液面与植物载体的相对高度及循环次数和

适时的雾化程度，以满足植物组织各个生长阶段的需求。例如：

悬浮培养愈伤组织阶段可以使水培液面高于栽培基架，而后期

育苗阶段可以使水培液面下降，雾气增加。

2.2防污染装置：联合消毒法去除微生物，光催化法去除自

身毒素，封闭式循环防止污染。

2.2.1联合杀菌法结合储液罐

该工程培育组培苗前所有设备采用紫外线进行杀菌，可拆

卸的结构可先进行高压蒸汽灭菌再紫外线杀菌。部分特殊结构

采用干热杀菌。储液罐也应用了单向止气阀设计进一步保证无

菌与密封循环。

2.2.2光催化杀菌法结合培养瓶

利用纳米级TiO2在大于或等于其带隙的光照下会产生强氧

化特性的物质，将有机物分解成CO2和H2O及其他小分子的原

理，将植物生长产生的自身毒害及微生物去除。该方法应用在培

养液刚刚开始，是一种节省成本并有广谱性杀菌特点的方式。结

合此方法可节省成本防止污染。

2.3培养液无菌输送装置

为保证输送过程的无菌性采用气动隔膜泵进行循环运输的

硅胶管进行高温消毒后安装，每个培养罐的输送口处安有单向

止气阀防止大量污染。

3自动化培育设计

逻辑运行设计：

整个工业系统分为两大主要板块——

—计算机房及系统运行

部分。计算机房主要显示当前环境并报警，通过人工进行适时调

整配合通信模块实现对系统运行部分的信息传达。系统运行部

分则由单片机控制下的各类传感器及继电器组成。单片机接收

计算机房传达的控制信息标准，通过液面传感器所得的信息调

整继电器运行调控隔膜泵运行时间，通过其他各类传感器监测

实时向计算机房发出数据信息并适时发出报警系统。图2即为

自动控制逻辑图

。

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2019年第9

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图2

图3单片机外围电路设计图

4总结

随着社会需求的发展植物组织培养工业化已逐渐成为一种趋势，其具有周期性短、获得所需速度快、劳动成本低等优势。其主要应用于脱毒苗繁育、突变体培养、制取植物细胞代谢物等工业方向，前景广阔。当今社会日趋信息化、现代化，实现植物组培的工厂自动化已成为可

能。

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