一种规模化繁育橡胶树体胚苗的标准化生产方法与流程

1.本技术提供了一种规模化繁育橡胶树体胚苗的标准化生产方法，涉及植物组织培养技术领域。


背景技术：

2.橡胶树[hevea brasiliensis(willd.ex a.juss.)muell.arg.]是大戟科橡胶树属植物，是热带雨林上层的多年生热带高大乔木，经济寿命高达30
‑
40年，所分泌的胶乳是重要的工业原料，而且，橡胶树的木材质轻，花纹美观，加工性能好，经化学处理后可制作高级家具、纤维板、胶合板、纸浆等，具有较高的经济价值。
[0003]
目前，主流种苗培育方式为自根幼态无性系繁殖技术，具有速生、高产和高抗的优良效果。具体而言，此项技术主要通过体细胞胚发生途径获得再生植株，具体包括3个过程：愈伤组织诱导，体细胞胚发生，植株再生。其中，体细胞胚发生是最主要的步骤。
[0004]
现有技术中，专利“利用胚状体快速繁殖巴西橡胶树自根幼态无性系的方法”(申请号200710184892.5)发明了利用橡胶树次生体胚发生技术快速繁育橡胶树体胚苗的方法，具体利用次生体胚发生技术繁育橡胶树体胚苗，可实现橡胶树体胚苗的快速繁育。然而该方法只提供了技术路线，缺乏工厂化生产模式。利用该技术路线探索的繁育橡胶树体胚苗的生产方法存在培养材料老化和资源浪费的问题，且生产效率低，生产成本高，无法满足工厂化大量且高效生产的需求。为了提高生产量，需要工人连续加班。
[0005]
因此，本发明从规模化生产模式方向入手，解决橡胶树体胚苗工厂化生产模式缺失、培养材料老化和资源浪费的问题，实现生产进度可控，并提高生产效率，减少资源浪费，降低生产成本，优化人力资源调配。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于提供一种规模化繁育橡胶树体胚苗的标准化生产方法，基于次生体胚发生技术，通过分析体胚苗繁育技术的步骤和顺序；识别各繁育步骤所需人工工时或工人人数和步骤间隔期间；确定某品种橡胶树次生胚体增值系数；最后，根据目标需求确定生产模式和标准化下的最优策略。
[0007]
为实现上述目的，本发明提供了一种规模化繁育橡胶树体胚苗的标准化生产方法，具体包括以下步骤：
[0008]
s1.分析体胚苗繁育技术的步骤和顺序；
[0009]
s2.识别各繁育步骤所需人工工时或工人人数和各繁育步骤间隔期间；
[0010]
s3.确定某品种橡胶树次生胚体增值系数；
[0011]
s4.根据生产模式确定层次关系和目标函数，求解，得到橡胶树体胚苗的标准化生产方法策略。
[0012]
在一优选的实施方式中，所述步骤s1中，体胚苗繁育技术的顺序依次为：
[0013]
s101.切割体胚培养愈伤组织(切胚)；
[0014]
s102.转接胚块愈伤组织诱导体胚分化成熟(出胚)；
[0015]
s103.转接成熟体胚诱导试管苗(出苗)。
[0016]
其中，切胚是体胚苗繁育的起始扩繁环节，出胚是体胚苗繁育的中间关键环节，出苗是体胚苗繁育的产品成型环节。
[0017]
切胚的质量和数量决定次生体胚扩繁效率和出苗数量。出胚时，胚块愈伤组织的发育状态和发育时间决定次生体胚扩繁效率。出苗时，次生体胚的发育状态和发育时间是成苗率高低的关键。出苗数量决定最终成型的产品数量。切胚、出胚和出苗的工时有序协调，是体胚苗工厂化繁育高效的关键。
[0018]
在一优选的实施方式中，所述步骤s2中，体胚苗繁育技术各个步骤所需人工工时为：
[0019]
s101.设将m个体胚切割成n个胚块接种到愈伤组织诱导培养基上(切胚)所花费的人工工时或工人人数为α；
[0020]
s102.转接n个启动后胚块到次生体胚分化培养基上(出胚)所花费的人工工时或工人人数为x*α；
[0021]
s103.将m个体胚接种到植株再生培养基上(出苗)所花费的人工工时或工人人数为y*α；
[0022]
其中，在现有技术条件下，对于技术熟练的接种工个人操作切胚、出胚和出苗步骤的效率固定，x和y对于技术熟练的接种工个人是固定系数；x，y＞0；m和n是按计划设定的整数常量，m
‑
n＞0；α＞0。。
[0023]
在一优选的实施方式中，所述步骤s2中，体胚苗繁育技术各个步骤最佳间隔期间为：
[0024]
切胚后20
‑
25天是进行出胚操作，出胚后55
‑
60天是进行出苗操作，出苗后第45
‑
50天体胚成苗。
[0025]
在一优选的实施方式中，所述步骤s3中，设z为次生体胚增殖系数，p为留做下一循环切胚增殖的系数；
[0026]
s101.设将m个体胚切割成n个胚块接种到愈伤组织诱导培养基上(切胚)所花费的人工工时或工人人数为α，待胚块培养20
‑
25天形成愈伤组织后；
[0027]
s102.安排x*α的人工工时或工人人数出胚，待胚块愈伤组织诱导55
‑
60天次生体胚分化成熟时；
[0028]
s103.安排(z
‑
p)*y*α的人工工时或工人人数出苗；
[0029]
其中，现有技术条件下，对于技术熟练的接种工个人操作切胚、出胚和出苗步骤的效率固定，x和y对于技术熟练的接种工个人是固定系数；x，y＞0；m和n是按计划设定常量，m
‑
n＞0；z≥1，z
‑
p＞0。
[0030]
在一优选的实施方式中，所述步骤s4中，生产模式分为：
[0031]
接种工个人周期循环生产模式，或，
[0032]
接种工小组分工合作循环生产模式。
[0033]
在一优选的实施方式中，所述接种工个人周期循环生产模式，其层次关系：
[0034]
目标层：以个人周期循环为生产模式；
[0035]
准则层：以周期为生产计划单位，根据某品种次生体胚增殖系数灵活安排工作周
期，在周期内灵活安排切胚、出胚和出苗的工时；
[0036]
目标函数为：β＝α x*α (z
‑
p)*y*α；
[0037]
其中，β为周期时间，当某品种次生体胚增殖系数一定时，固定单周期时间β，从而固定了每个周期切胚、出胚和出苗时间。在周期内优先保证胚块愈伤组织按发育情况和时间转接，确保选择定量的成熟度最合适次生体胚进行切胚增殖，出苗时间的前后安排可在周期内灵活调整。本发明最优周期时间为每周上班时间，便于生产计划和接种安排，比如每周5个工作日、每工作日工作8个小时制，周期时间β为5天(40小时)。
[0038]
在一优选的实施方式中，所述接种工小组分工合作循环生产模式，其层次关系：
[0039]
目标层：以接种工工人的小组分工循环为生产模式；
[0040]
准则层：以小组人数为生产计划单位，根据某品种次生体胚增殖系数灵活安排分工合作的小组人数，在小组内灵活安排切胚、出胚和出苗的人数；
[0041]
目标函数为：γ＝α x*α (z
‑
p)*y*α；
[0042]
其中，γ为小组人数，当某品种次生体胚增殖系数一定时，固定切胚工人人数α，从而固定了小组内出胚和出苗人工人数。按此生产模式规划生产，不同接种操作可实现按照接种工操作技能灵活安排，优先安排切胚技术熟练的工人切胚，确保出苗技术熟练的工人出苗，出胚操作可灵活安排工人。本发明小组最优切胚人工数量为1人工，便于管理和安排。
[0043]
与现有技术相比，根据本发明的一种规模化繁育橡胶树体胚苗的标准化生产方法具有如下优点：
[0044]
1、本发明实现了根据种苗订单需求量进行生产计划安排，确定生产周期和所需人工数量，实现了成本核算。
[0045]
2、应用本发明的标准化生产方法，可以大幅减少设备投入，提高设备和人力资源的利用效率，减少植物材料老化引起的浪费，最终达到提高生产效率，降低生产成本的效果。
[0046]
3、本发明设计的接种工个人周期循环生产模式，以周为生产模式的计算单位，与普遍职工工作周期一致，方便工厂安排生产作业，简化工序设计流程，精确化组织生产操作。
[0047]
4、本发明设计的接种工小组分工合作循环生产模式，方便管理人员安排生产、定量配制培养基、检查生产量情况，达到生产进度可调可控，方便精准测算生产产能与成本归集。
[0048]
5、本发明的标准化生产方法，公式计算简单，便于工厂管理人员设计执行生产计划，本发明方法可实现种苗最大生产效率和全年最大生产量。
具体实施方式
[0049]
本发明根据体胚苗繁育技术的步骤和优先顺序、各繁育步骤所需人工工时或工人人数和各繁育步骤间隔期间、某品种次生体胚增殖系数和工厂规模，以最大种苗生产效率为目的灵活安排生产，发明两种生产模式，分别是接种工个人周期循环生产模式和接种工小组分工合作循环生产模式。
[0050]
在本方法的实施例中，设定最大50名技术熟练接种工规模的组培工厂全年生产橡胶树某品种体胚苗，设该品种次生体胚增殖系数为10，且已有足量扩繁母材料—体胚。工厂
每周上班5个工作日，每工作日工作8个小时，设全年上班50周。另外，在现有技术条件下，每名接种工每天上班8个小时，全天切胚约可切割160个体胚，固定系数x＝1，y＝1/3，体胚试管成苗率70％。设切割160个体胚培养(切胚)需α个培养皿，需占用b个单位面积的培养架，出胚培养160个体胚所切割胚块(出胚)需α个培养皿，需占用b个单位面积的培养架，接种160个体胚至出苗试管培养(出苗)需c个试管，需占用d个单位面积的培养架。
[0051]
实施例1：接种工个人周期循环生产模式
[0052]
以本发明最优周期时间每周上班时间为例，每周5个工作日，每工作日工作8个小时，因此周期时间β＝5天(40小时)。依据上述前提条件，由周期时间计算等式β＝α x*α (z
‑
1)*y*α，可推算α＝1天(8小时)，因此周期内切胚和出胚各需安排1天，出苗需安排3天。因此每周切胚1天、出苗3天，每名接种工每周可切割160个体胚、出苗3*160*3＝1440个体胚。50名接种工每周共可出苗50*1440＝72000个体胚，共可育成试管苗72000*70％＝50400株。50名接种工全年生产50周，共可生产试管苗50*50400＝252万株，每名接种工全年可生产试管苗5万株。
[0053]
每名接种工每周切割体胚160个接种至α个培养皿后放置到b个单位面积的培养架上培养，切胚培养20
‑
25天后取出进行出胚培养，从而腾空b个单位面积的培养架并腾出α个培养皿可以再次投入使用，培养20
‑
25天期间最多4周，因此切割体胚需培养皿数量为4α，需占用4b个单位面积的培养架。
[0054]
每名接种工每周出胚培养160个体胚所切割胚块需α个培养皿和b个单位面积的培养架，出胚培养55
‑
60天后取出进行出苗培养，从而腾空b个单位面积的培养架并腾出α个培养皿可以再次投入使用，培养55
‑
60天期间最多9周，因此出胚培养需培养皿数量为9α，需占用9b个单位面积的培养架。
[0055]
每名接种工每周出苗培养3*160*3＝1440个体胚需9c个试管和9d个单位面积的培养架，出苗培养45
‑
50天后取出进行假植炼苗，从而腾空9d个单位面积的培养架并腾出9c个试管可以再次投入使用，培养45
‑
50天期间最多7周，因此出苗培养需试管数量为7*9c＝63c，需占用7*9d＝63d个单位面积的培养架。
[0056]
50名接种工采用个人周期循环生产模式全年生产试管苗需培养皿数量为50*13α＝650α，试管数量为50*63c＝3150c，培养架面积为50*(13b 63d)＝650b 3150d。按此生产模式安排生产可实现接种工个人种苗的最大生产效率，培养皿、试管、培养架、培养室的最小投入量。
[0057]
实施例2：接种工小组分工合作循环生产模式
[0058]
以本发明最优切胚人工数量为1人工为例。依据上述前提条件，由小组人数计算等式γ＝α x*α (z
‑
1)*y*α，可推算小组总人数γ＝5人工。50名接种工共可分成10个小组，每个小组5名接种工，小组内切胚和出胚各需安排1人工，出苗需安排3人工，因此1名人工全年切胚，10名人工全年出胚，30名人工全年进行出苗。每名出苗人工每天出苗3*160＝480个体胚，30名出苗人工每天出苗30*480＝14400个体胚，全年50周，每周工作5天，全年共可出苗50*5*14400＝360万个体胚，共可育成试管苗360*70％＝252万株。
[0059]
每名切胚工每天切割体胚160个接种至α个培养皿后放置到b个单位面积的培养架上培养，培养20
‑
25天后取出进行出胚培养，从而腾空b个单位面积的培养架并腾出α个培养皿可以再次投入使用，每周工作5天，培养最长时间25天内再加腾出培养皿的清洗时间
最多共有20天切胚，因此切割体胚需培养皿数量为20α，需占用20b个单位面积的培养架。
[0060]
每名出胚工每天出胚培养160个体胚所切割胚块需α个培养皿和b个单位面积的培养架，出胚培养55
‑
60天后取出进行出苗培养，从而腾空b个单位面积的培养架并腾出α个培养皿可以再次投入使用，培养最长时间60天内再加腾出培养皿的清洗时间最多共有49天出胚，因此出胚需培养皿数量为49α，需占用49b个单位面积的培养架。
[0061]
每名接种工每天出苗培养3*160＝480个体胚需3c个试管和3d个单位面积的培养架，出苗培养45
‑
50天后取出进行假植炼苗，从而腾空3d个单位面积的培养架并腾出3c个试管可以再次投入使用，培养最长时间50天内再加腾出试管的清洗时间最多共有39天出苗，因此出苗培养需试管数量为39*3c＝117c，需占用39*3d＝117d个单位面积的培养架。
[0062]
50名接种工采用接种工小组分工合作循环生产模式全年生产试管苗需培养皿数量为10*(20α 49α)＝690α，试管数量为30*117c＝3510c，培养架面积为10*(20b 49b) 30*117d＝690b 3510d。按此生产模式安排生产可实现接种工小组分工种苗的最大生产效率，培养皿、试管、培养架、培养室的最小投入量。
[0063]
对比例：接种工个人批次内连续切胚、出胚、出苗生产模式
[0064]
每周5个工作日，以批次安排生产，在一批次内生产中接种工个人连续切胚3周，共切胚15个工作日。从第4周开始，第1天切胚的胚块已培养22天形成愈伤组织需进行出胚操作，后续切胚的胚块也陆续形成愈伤组织，因此接种工个人需连续出胚3周，共出胚15个工作日。从第5周开始至第9周，共25个工作日，只能从事其他工作，等待出苗。从第10周开始，第1周开始切胚并于第4周开始出胚的胚块愈伤组织已培养56天分化形成次生体胚，后续切胚出胚的胚块愈伤组织也陆续分化形成次生体胚，此时接种工个人需连续出苗9周至第18周，共出苗45个工作日。本批次出苗结束后，开始进入下一批次连续切胚、出胚、出苗生产。这样同一批次生产中，连续切胚、出胚、出苗共需要18周时间完成，每名接种工共出苗45*3*160＝21600个体胚，50名接种工共出苗50*21600＝108万个体胚。全年工作50周，共可生产2.78批次，因此全年共生产约2.78*108＝300万个体胚。因出胚后55
‑
60天是进行出苗操作的最适时间，按前提条件接种工个人切胚出胚1天形成的次生体胚需3天才能全部出苗完成，因此按此生产安排，只有前两天切胚出胚形成的次生体胚在最适时间出苗，大多数诱导的次生体胚都晚于了最适时间出苗，延迟最晚的达42天。成熟的次生体胚晚于最适时间出苗，会降低出苗率，且培养材料随着放置时间延长，增大污染率，致使体胚试管成苗率小于50％，因此全年生产300万个体胚，共可育成试管苗最多300*50％＝150万株，每名接种工全年最多生产试管苗3万株。另外下一批次切胚所用到的成熟次生体胚来自上一批次，因下一批次切胚时间安排在上一批次出苗结束后，因此每一批次用来切胚的次生体胚也错过了最佳状态，而降低了次生体胚繁殖系数，会进一步降低全年繁育的试管苗数量至2.5万株以下。因此按此生产模式安排生产，会导致生产率不稳定，生产量不可控。
[0065]
每名接种工每天切割体胚160个接种至α个培养皿后放置到b个单位面积的培养架上培养，切胚培养20
‑
25天后取出进行出胚培养，从而腾空b个单位面积的培养架并腾出α个培养皿可以再次投入使用，一个批次内连续切胚3周，每周工作5天，共切胚15天，因此切割体胚需培养皿数量为15α，需占用15b个单位面积的培养架。
[0066]
每名接种工每天出胚培养160个体胚所切割胚块需α个培养皿和b个单位面积的培养架，出胚培养55
‑
60天后取出进行出苗培养，从而腾空b个单位面积的培养架并腾出α
个培养皿可以再次投入使用，一个批次内需连续出胚3周，每周工作5天，共出胚15天，因此出胚培养需培养皿数量为15α，需占用15b个单位面积的培养架。
[0067]
每名接种工每天出苗培养3*160＝480个体胚需3c个试管和3d个单位面积的培养架，出苗培养45
‑
50天后取出进行假植炼苗，从而腾空3d个单位面积的培养架并腾出3c个试管可以再次投入使用，一个批次内需连续出苗9周，每周工作5天，共出胚45天，培养最长时间50天内再加腾出试管的清洗时间最多共有39天出苗，因此出苗培养需试管数量为39*3c＝105c，需占用39*3d＝105d个单位面积的培养架。
[0068]
50名接种工采用接种工个人批次内连续切胚、出胚、出苗生产模式全年生产试管苗需培养皿数量为50*(15α 15α)＝1500α，试管数量为50*105c＝5250c，培养架面积为50*(15b 15b 105d)＝1500b 5250d。按此生产模式安排生产生产量少于接种工个人周期循环生产模式和接种工小组分工合作循环生产模式，且培养皿投入量多2倍以上，试管投入量多约1.5倍，培养架投入量多1.5倍以上。
[0069]
由此可见，规模化繁育橡胶树体胚苗的标准化生产过程中，采用本发明的生产模式后，培养皿用量减少投入50％以上，试管用量减少投入30％以上，培养架用量减少投入30％以上，相应培养室面积减少投入30％以上，减少了植物材料老化引起的浪费，提高生产效率达100％以上，从而节约了成本。使用本发明的生产模式，生产安排灵活，生产流程可控，生产量可预测。
[0070]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。