植物細(xì)胞生化反應(yīng)器

1、 植物細(xì)胞反應(yīng)器 微生物目錄目錄簡介植物細(xì)胞培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)方法植物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)生物反應(yīng)器植物培養(yǎng)反應(yīng)器的選擇與設(shè)計(jì)背景在生物技術(shù)中，人們已廣泛地圍繞著在生物技術(shù)中，人們已廣泛地圍繞著細(xì)菌、酵母、絲狀真菌細(xì)菌、酵母、絲狀真菌等微等微生物的大量培養(yǎng)來生產(chǎn)各種生物的大量培養(yǎng)來生產(chǎn)各種酶、抗生素、蛋白質(zhì)酶、抗生素、蛋白質(zhì)等產(chǎn)物。然而，等產(chǎn)物。然而，許多有重要價(jià)值的蛋白質(zhì)等生物物質(zhì)，必須借助于動(dòng)植物細(xì)胞的許多有重要價(jià)值的蛋白質(zhì)等生物物質(zhì)，必須借助于動(dòng)植物細(xì)胞的培養(yǎng)來獲得，例如培養(yǎng)來獲得，例如毒素、疫苗、干擾素、單克隆抗體、色素、香毒素、疫苗、干擾素、單克隆抗體、色素、香味物質(zhì)味物質(zhì)等等 。動(dòng)植物細(xì)

2、胞培養(yǎng)：是指動(dòng)、植物細(xì)胞在體外條件下的存活或生長，動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)：是指動(dòng)、植物細(xì)胞在體外條件下的存活或生長，實(shí)質(zhì)是借助動(dòng)植物細(xì)胞來生產(chǎn)生物化工產(chǎn)品的過程，是將離體的實(shí)質(zhì)是借助動(dòng)植物細(xì)胞來生產(chǎn)生物化工產(chǎn)品的過程，是將離體的動(dòng)植物細(xì)胞進(jìn)行大量培養(yǎng)的生物反應(yīng)過程。（毒素、疫苗、干擾動(dòng)植物細(xì)胞進(jìn)行大量培養(yǎng)的生物反應(yīng)過程。（毒素、疫苗、干擾素、單克隆抗體、色素、香味物質(zhì)等素、單克隆抗體、色素、香味物質(zhì)等 ）由于工業(yè)上大量培養(yǎng)微生物的發(fā)酵過程已是成熟技術(shù)，所以動(dòng)植由于工業(yè)上大量培養(yǎng)微生物的發(fā)酵過程已是成熟技術(shù)，所以動(dòng)植物細(xì)胞大量培養(yǎng)方法的進(jìn)步，借鑒了微生物學(xué)技術(shù)，并考慮到動(dòng)物細(xì)胞大量培養(yǎng)方法的進(jìn)步，借鑒了

3、微生物學(xué)技術(shù)，并考慮到動(dòng)植物細(xì)胞的特點(diǎn)，使該技術(shù)日趨完善。目前，人們將這一技術(shù)領(lǐng)植物細(xì)胞的特點(diǎn)，使該技術(shù)日趨完善。目前，人們將這一技術(shù)領(lǐng)域稱為現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分之一。域稱為現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分之一。鑒于有些產(chǎn)物的鑒于有些產(chǎn)物的唯一來源唯一來源只能是植物，而許多有價(jià)值的植物只能是植物，而許多有價(jià)值的植物只能生長在某一特定的地理區(qū)域，且受到很多自然條件的限只能生長在某一特定的地理區(qū)域，且受到很多自然條件的限制和影響，尤其是有些植物從種植到收獲要花幾年時(shí)間，很制和影響，尤其是有些植物從種植到收獲要花幾年時(shí)間，很難滿足需要。采用大規(guī)模植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)就可以直接生產(chǎn)難滿足需要。采用大規(guī)模植

4、物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)就可以直接生產(chǎn)這些產(chǎn)物。如可作為這些產(chǎn)物。如可作為藥物和染料藥物和染料的的紫草寧紫草寧就是典型的通過大就是典型的通過大規(guī)模植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)的產(chǎn)品，通過大規(guī)模培養(yǎng)紫草細(xì)胞短規(guī)模植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)的產(chǎn)品，通過大規(guī)模培養(yǎng)紫草細(xì)胞短時(shí)間內(nèi)就可大量生產(chǎn)紫草寧。時(shí)間內(nèi)就可大量生產(chǎn)紫草寧。返回植物細(xì)胞培養(yǎng)方法固體培養(yǎng)固體培養(yǎng) 固體培養(yǎng)基的凝固劑除特殊研究外，幾乎都使用固體培養(yǎng)基的凝固劑除特殊研究外，幾乎都使用瓊脂瓊脂，濃度一般為，濃度一般為6%-10%液體培養(yǎng)液體培養(yǎng) 液體培養(yǎng)可分為液體培養(yǎng)可分為靜止培養(yǎng)靜止培養(yǎng)和和振蕩培養(yǎng)振蕩培養(yǎng)等兩類等兩類懸浮培養(yǎng)懸浮培養(yǎng) 植物細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)是一種使組織培養(yǎng)

5、物分離成單植物細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)是一種使組織培養(yǎng)物分離成單細(xì)胞并不斷擴(kuò)增的方法。在進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，需要提供容易細(xì)胞并不斷擴(kuò)增的方法。在進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，需要提供容易破裂破裂的愈傷組織進(jìn)行液體振蕩培養(yǎng)，愈傷組織經(jīng)過懸浮培養(yǎng)的愈傷組織進(jìn)行液體振蕩培養(yǎng)，愈傷組織經(jīng)過懸浮培養(yǎng)可以產(chǎn)生比較純一的可以產(chǎn)生比較純一的單細(xì)胞單細(xì)胞。用于懸浮培養(yǎng)的愈傷組織應(yīng)該用于懸浮培養(yǎng)的愈傷組織應(yīng)該是易碎的，這樣在液體培養(yǎng)條件下能獲得分散的單細(xì)胞，而是易碎的，這樣在液體培養(yǎng)條件下能獲得分散的單細(xì)胞，而緊密不易碎的愈傷組織就不能達(dá)到上述目的。緊密不易碎的愈傷組織就不能達(dá)到上述目的。固定化培養(yǎng)固定化培養(yǎng) 固定化培養(yǎng)是在微生物和酶的固定

6、化培養(yǎng)基礎(chǔ)上固定化培養(yǎng)是在微生物和酶的固定化培養(yǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的植物細(xì)胞培養(yǎng)方法。該法與固定化酶或微生物細(xì)發(fā)展起來的植物細(xì)胞培養(yǎng)方法。該法與固定化酶或微生物細(xì)胞類似，應(yīng)用最廣泛的、能夠保持細(xì)胞活性的固定化方法是胞類似，應(yīng)用最廣泛的、能夠保持細(xì)胞活性的固定化方法是將細(xì)胞包埋于將細(xì)胞包埋于海藻酸鹽海藻酸鹽或或卡拉膠卡拉膠中。中。植物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)目前用于植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的技術(shù)主要有植物細(xì)胞的大規(guī)模目前用于植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的技術(shù)主要有植物細(xì)胞的大規(guī)模懸浮培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)和和植物細(xì)胞或原生質(zhì)體的植物細(xì)胞或原生質(zhì)體的固定化培養(yǎng)固定化培養(yǎng)。前者適于前者適于大量快速地增殖細(xì)胞，但往往不利于次生物質(zhì)的積累大

7、量快速地增殖細(xì)胞，但往往不利于次生物質(zhì)的積累；后者則相；后者則相反，細(xì)胞生長緩慢而次生物質(zhì)含量相對較高反，細(xì)胞生長緩慢而次生物質(zhì)含量相對較高。植物細(xì)胞反應(yīng)器懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器固定化培養(yǎng)反應(yīng)器機(jī)械式攪拌生物反應(yīng)器非機(jī)械攪拌反應(yīng)器填充床生物反應(yīng)器流化床生物反應(yīng)器膜式生物反應(yīng)器植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器反應(yīng)器內(nèi)的溫度、溫度、pHpH、溶氧及、溶氧及營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)濃度較其他反應(yīng)器更易控制等優(yōu)點(diǎn)，但由于機(jī)械攪拌造成的剪切力以對植物細(xì)胞剪切力以對植物細(xì)胞造成較大的損傷造成較大的損傷，對次級代謝產(chǎn)物的合成也會(huì)產(chǎn)生影響，同時(shí)會(huì)帶來染菌和機(jī)械上的問題帶來染菌和機(jī)械上的問題，因此需篩選出抗剪切力的細(xì)胞系，也可對反應(yīng)

8、器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，尤其是攪拌槳的結(jié)構(gòu)和類型的改進(jìn)，使其具有緩和、充分的攪拌效果機(jī)械攪拌生物反應(yīng)器植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器氣體攪拌生物反應(yīng)器沒有活動(dòng)的攪拌裝置減少了剪切力，沒有活動(dòng)的攪拌裝置減少了剪切力，氧傳遞效率高，剪切力低，對細(xì)胞的損傷小，容易實(shí)現(xiàn)長氧傳遞效率高，剪切力低，對細(xì)胞的損傷小，容易實(shí)現(xiàn)長期無菌培養(yǎng)，較適用于植物細(xì)胞培養(yǎng)。期無菌培養(yǎng)，較適用于植物細(xì)胞培養(yǎng)。氣體攪拌生物反應(yīng)器包括鼓泡塔鼓泡塔和氣升式氣升式反應(yīng)器等。氣體攪拌生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較簡單，非機(jī)械攪拌生物反應(yīng)器缺點(diǎn)：操作彈性小，低氣速時(shí)尤其在培養(yǎng)后期細(xì)胞密度較高時(shí)，混合效果較差。如果提高通氣量，又會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，也易于驅(qū)除培養(yǎng)液中

9、的二氧化碳和乙烯，對細(xì)胞生長有阻礙作用。過高的溶氧對植物細(xì)胞合成次級代謝產(chǎn)物不利。植物細(xì)胞固定化培養(yǎng)生物反應(yīng)器在填充床生物反應(yīng)器中，在填充床生物反應(yīng)器中，細(xì)胞可以位于支撐物表細(xì)胞可以位于支撐物表面，也可以包埋于支撐面，也可以包埋于支撐物之中物之中，培養(yǎng)液可以流，培養(yǎng)液可以流經(jīng)支撐物顆粒，不斷被經(jīng)支撐物顆粒，不斷被細(xì)胞所利用。填充床生細(xì)胞所利用。填充床生物反應(yīng)器已被用于植物物反應(yīng)器已被用于植物細(xì)胞的培養(yǎng)。細(xì)胞的培養(yǎng)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：單位體積固定細(xì)單位體積固定細(xì)胞量大胞量大。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：混合效果低，對混合效果低，對必要的氧傳遞、必要的氧傳遞、pH、溫度控制和氣體產(chǎn)物排溫度控制和氣體產(chǎn)物排除造成困難，影

10、響細(xì)胞除造成困難，影響細(xì)胞培養(yǎng)。培養(yǎng)。填充床生物反應(yīng)器植物細(xì)胞固定化培養(yǎng)生物反應(yīng)器典型的流化床生物反應(yīng)器是利用流流體的能量來懸浮顆粒的體的能量來懸浮顆粒的。由于使顆粒呈流化狀態(tài)所需的能量與顆粒大小成正比，因此，通常采用小固定化顆粒，小顆粒良好傳質(zhì)特性良好傳質(zhì)特性是流化床反應(yīng)器主要優(yōu)點(diǎn)。流化床生物反應(yīng)器的最大缺點(diǎn)是剪剪切和顆粒碰撞切和顆粒碰撞會(huì)損壞固定化細(xì)胞。流化床生物反應(yīng)器植物細(xì)胞固定化培養(yǎng)生物反應(yīng)器在植物細(xì)胞培養(yǎng)過程中，在植物細(xì)胞培養(yǎng)過程中，主要采用的是主要采用的是中中空纖維空纖維和和螺線式卷繞反應(yīng)器螺線式卷繞反應(yīng)器。中空纖維反應(yīng)器：中空纖維反應(yīng)器：細(xì)胞保留在管外，基質(zhì)細(xì)胞保留在管外，基質(zhì)走管內(nèi)走管內(nèi)螺旋式卷繞反應(yīng)器螺旋式卷繞反應(yīng)器：將固定有細(xì)胞的膜卷：將固定有細(xì)胞的膜卷成圓柱狀成圓柱狀優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用，可以采用較厚的細(xì)胞可重復(fù)使用，可以采用較厚的細(xì)胞層層缺點(diǎn)缺點(diǎn): : 投資大投資大膜生物反應(yīng)器植物細(xì)胞反應(yīng)器的選擇和設(shè)計(jì)植物細(xì)胞