組織培養苗生產商品化自動化技術

B93611031 丁柏村

植物繁殖的方法通常可區分為種子繁殖，接技(嫁接)，無性切株繁殖與組織培養。利用組織培養技術進行繁殖之優點在於可以快速的進行無性繁殖，有良好品質，在繁殖時環境控制容易。然而此種種苗生產方式面臨如下的問題：投資成本龐大，需要高密集之人力，培養時期長，某些培養苗移植後成活率低、生產數量不易控制。近年來，研究人員著力於將組織培養程序加以機械化與自動化。而自動化之主要目標在於繁殖時生產環境微氣候控制與勞力之節省。



以產業之觀點，利用組織培養比傳統無性切株繁殖有如下優點：

• 1.快速之營養生長速度，
• 2.減少母株需求，
• 3.減少病害，
• 4.減少運輸所需之空間，
• 5.得到高品質植株，
• 6.在密閉且環控下的環境成長，管理容易。

然而缺點在於:

• 1.高生產成本，尤其勞力成本，
• 2.初期投資資本極為龐大。

勞力成本佔生產成本之比例自40％至90％，因生產地區之工資與作物種類而不同。為了降低勞力成本，組織培養技術的機械化與自動化已為產業界用以解決勞力成本問題之方法。

在技術之開發方面，機械手臂之動作、影像處理技術、控制策略與培養空間內部微氣候控制，以下此三項主題為機械化與自動化成敗之關鍵技術。

• 1.傳統組織培養人力作業之自動化。
• 2.發展液體介質培養法以協助自動化。
• 3.發展新型栽培作業體系。

現階段己商品化之組織培養自動化技術介紹如下：

1. 節點，直立芽植物之影像繁殖系統
(Multiplication robot with a vision system for plants with upright
shoots and nodes)

此型系統以適合馬鈴薯，康乃馨，美國杉木等作物。已開發之自動化設備如圖 1，為Toshiba
公司產品。用以模擬原作業者坐在工作檯之動作。此機構有兩具機器手臂。第一具手臂為移植手臂，共有六軸，利用剪刀型切刀進行割取作業，並有夾持器進行檢拾、計數與輸送動作。最大線速度每秒一公尺。另一具手臂為三軸相互垂直之偵測手臂，具有雷射光產生器，雷射光掃描器，反射光聚焦器，與位置感應裝置，再配合 32位元電腦進行影像運算運算用以確定植株節點的ｘ，ｙ，ｚ軸位置。

2、 球根作物影像繁殖系統

(Multiplication robot with a vision system for bulbous plants)

三菱公司生產之此型設備如圖2 所示。其組成組件

• 1：根部切除設備。
• 2：輸送臂。自外界容器取出球根並放置於球根鱗片分離器。
• 3：球根鱗片分離器，利用附在直徑10公分之滾筒上的迴轉碟刀切開表皮，再以離心力刮離鱗片。
• 4：球根鱗片分離後，單一小鱗片個別輸送至皮帶上。
• 5：影像處理器。包含CCD照相機，旋轉盤與電腦，用以測定球根鱗片之大小，形狀，方向與圓心位置等。
• 6：移植手臂用以檢取球根鱗片並移植至栽培介質。此型移植設備具有４雙手指用以同時挾取四片鱗片，每一收取容器經兩次移植放入8片鱗片，每次移植動作需18秒，一天工作量為4,800球根鱗片。

3、直立芽之植株，無影像處理之移植系統
(Multiplication robot without a vision system for plants with upright shoots)

Komatsu 公司所發展之此型設備之適用作物以馬鈴薯為代表，其結構如圖3所示。系統包括消毒設備，分割與移植機構、培養容器、(60公分寬、60公分長、20公分高)培養盤及培養室。培養盤內有溶液供應設備、栽培液滴下設備與紫外光燈。利用0.4％過酸溶液之噴霧動作進行消毒作業。

利用微電腦控制分割與移植裝置。分割動作係利用多重極薄刀片，於預設高度以多行切割方式切下所需芽點，再送至收取容器。割取動作與割草機割取草地相似，切刀一次割取數百個芽點再送至目的容器。

日本Mitsui

石化工業與Ohtake技術聯合公司共同開發另一型繁殖系統，應用對象為迷你玫瑰。機械臂自試管培養皿檢取一段玫瑰芽點，分割成5段，移植至繁植用培養器之介質內，再加以覆蓋。每小時可移植240瓶。移植動作之消毒係利用紫外光。植株節點之位置大小係利用16雙光束加以進行。
4、多毛形幼芽或叢生型，無影像處理之移植系統(Multiplication robot without a vision system for plants with bushy shoots or clumps)

此機器之以Kirin Brewery 公司為代表，適用作物如觀賞羊齒類植物。上視圖與側視圖如圖 4所示。每具栽培容器（60mm*60mm*75mm）由輸送皮帶自供應箱一次輸送一具容器至無菌台，以真空圓筒去蓋。以切刀圓筒進入容器內將植株分成36個立體單位。每單位包含數個以上的植物。切刀圓筒夾持這些植株單位並移植到已填裝培養基的四具新培養容器內，每只容器放入9個培養單位。移植的深度可用感測器調整。培養容器再以真空圓筒加蓋，送到目的輸送箱。每次作業完成後，切刀圓筒重新消毒。此型設備比人工快十倍。

展 望

對傳統組織培養之自動化作業而言，其關鍵技術在於以機械臂取代人力動作，並配合環境控制自動化。此外以液體栽培取代半固體狀介質亦為另一種新研方向。完整之組織培養自動化研究涉及領域極廣，例如生化技術、植物生理、電子技術、微電腦、機械臂技術、環控工程、材料科學等，必需以群隊力量才能達成。

組織培養自動化在企業經營方面最大的問題仍在於龐大的資本投資。要有足夠之產業規模才能回收此投資成本。因此如何就產業規模與需求，決摘最適當自動化之程度，此為採用自動化投術必須考量之問題。

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