大学课件 生物工程设备 植物细胞（组织）培养反应器

第一节 植物细胞（组织）培养反应器 植物细胞（组织）培养 植物细胞培养反应器 植物组织培养反应器 植物细胞培养技术包括植物器官（根、枝叶、发根、胚和冠瘿组织等）、组织、细胞以及原生质体培养，并以此发展起来的各种植物细胞培养技术。植物细胞培养 Gottleib Haberlandt 1902年德国植物学家Haberlandt在营养液中成功地培育了单个植物细胞，尽管未能使其分裂生长，但为植物细胞培养翻开了新的一页。 Haberlandt提出植物细胞的“全能性”学说，植物细胞的全能性：植物的体细胞具有母体植株全部遗传信息并发育成为完整个体的潜力，因而每一个植物细胞可以像胚胎细胞那样，经离体培养再生成植株。 一般采用植物的体细胞(二倍体细胞)， 先经纤维素酶处理去掉细胞壁(原生质体)。将原生质体放在合适的培养基上，经过诱导分化可以重新长成植株。原生质体也可用于植物细胞融合， 然后诱导形成新的植株。 原生质体培养 植物原生质体培养 植物组织培养(plant tissue culture)植物组织培养：愈伤组织：是一种能迅速增殖的无特定结构和功能的薄壁细胞团。离体的植物器官、组织、细胞植物体愈伤组织脱分化根芽再分化脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。再分化： 脱分化产生的愈伤组织继续进行培养又可以重新分化成根或芽等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。植物组织培养 (1)(1) (3)植物体细胞杂交(5)植物A细胞植物B细胞去壁原生质体A原生质体B原生质体融合融合体再生壁杂种细胞细胞分裂愈伤组织杂种植株(2) (4) 植物细胞培养与微生物的区别： 细胞的大小 细胞块的形状 培养液的黏度 需氧量 Kla 值比微生物培养的Kla值小得多 对剪切力敏感 需CO 2和光照 植物细胞培养(plant cell culture) 植物细胞培养具有的优点：（1）代谢产物的生产完全在人工控制条件下进行，可以通过改变培养条件和选择优良培养体系得到超整株植物产量的代谢产物；（2）培养在无菌条件下进行，可排除病菌和虫害侵扰；（3） 可以进行特定的生物转化反应；（4）可以探索新的合成路线和获得新的有用物质等。植物细胞培养(plant cell culture) 固定化细胞培养悬浮培养植物细胞培养光生物反应器组合式反应器非机械搅拌反应器机械搅拌反应器悬浮培养反应器膜反应器流化床反应器填充床反应器固定化细胞培养反应器植物细胞培养反应器 Stirred Tank Bioreactors 植物细胞培养反应器 机械搅拌式反应器优点：混合性能好传氧效率高操作弹性大可用于细胞高密度培养；缺点：剪切力大。 悬 浮 培 养 生 物 反 应 器 植物细胞培养反应器 机械搅拌式反应器 非搅拌式反应器所产生的剪切力较小，结构简单。其主要类型有鼓泡式反应器、气升式反应器等气体搅拌式反应器 植物细胞培养反应器 非机械搅拌式反应器Air inletG as outletCulture mediumSieve plateBubble Column Bioreactor 植物细胞培养反应器 非机械搅拌式反应器 Air-lift Bioreactor 植物细胞培养反应器 紫草细胞培养紫草种子无菌幼根LS培养基愈伤组织诱导培养悬浮细胞悬浮培养细胞增殖培养一级培养 利用“ 优势互补”原则，将两种反应器结合起来研究出组合式反应器。带有低速搅拌的气升式发酵罐可弥补低气速时混合性差的弱点。植物细胞培养反应器 组合式反应器 光生物反应器 植物细胞培养反应器 固 定 化 细 胞 生 物 反 应 器 填充床反应器 流化床反应器进口出口 植物细胞培养反应器 流化床反应器 植物细胞培养反应器 流化床反应器 植物细胞培养反应器 固定化细胞膜反应器 中空纤维螺旋卷绕反应器 植物组织培养反应器 发 状 根 大 规 模 培 养105 4 12 8 76 93 植物组织培养反应器 小 植 物 的 大 规 模 快 速 繁 殖 浅层循环式植株快速繁殖器 双层板径向流生物反应器 植物组织培养反应器 小 植 物 的 大 规 模 快 速 繁 殖 内环喷雾生物反应器进气排气 植物细胞培养的应用 西洋参细胞培养无菌根愈伤组织悬浮细胞发酵液乙醇消毒诱导培养悬浮培养大量培养西洋参根细胞过滤西洋参细胞干粉成品干燥 植 物 细 胞 的 生 产 药 物 的 生 产植物细胞产物产物作用 紫草细胞紫草宁抗炎剂、食用色素苦瓜细胞类胰岛素治疗糖尿病长春花细胞长春花碱治疗白血病药红豆杉细胞紫杉醇抗癌药物毛地黄细胞毛地黄毒素强心剂 紫草种子无菌幼根愈伤组织悬浮细胞细胞增殖培养LS培养基诱导培养悬浮培养一级培养产物培养二级培养发酵液细胞收集过滤产物提取分离成品干燥 紫草细胞培养生产紫草宁(Shikonin)植物细胞培养的应用 代 谢 产 物 的 生 产 植物细胞培养的应用 植 物 细 胞 培 养 工 业 化 生 产 需 解 决 的 难 题 缩短生产周期、降低生产成本 提高培养细胞中的有效成分含量 防止细胞集聚成块 防止细胞株的种性退化和变异 研制更能适合植物细胞生长的生物反应器