大學(xué)課件 生物工程設(shè)備 植物細(xì)胞（組織）培養(yǎng)反應(yīng)器

第一節(jié) 植物細(xì)胞（組織）培養(yǎng)反應(yīng)器 植物細(xì)胞（組織）培養(yǎng) 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 植物組織培養(yǎng)反應(yīng)器 植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)包括植物器官（根、枝葉、發(fā)根、胚和冠癭組織等）、組織、細(xì)胞以及原生質(zhì)體培養(yǎng)，并以此發(fā)展起來(lái)的各種植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。植物細(xì)胞培養(yǎng) Gottleib Haberlandt 1902年德國(guó)植物學(xué)家Haberlandt在營(yíng)養(yǎng)液中成功地培育了單個(gè)植物細(xì)胞，盡管未能使其分裂生長(zhǎng)，但為植物細(xì)胞培養(yǎng)翻開了新的一頁(yè)。 Haberlandt提出植物細(xì)胞的“全能性”學(xué)說(shuō)，植物細(xì)胞的全能性：植物的體細(xì)胞具有母體植株全部遺傳信息并發(fā)育成為完整個(gè)體的潛力，因而每一個(gè)植物細(xì)胞可以像胚胎細(xì)胞那樣，經(jīng)離體培養(yǎng)再生成植株。 一般采用植物的體細(xì)胞(二倍體細(xì)胞)， 先經(jīng)纖維素酶處理去掉細(xì)胞壁(原生質(zhì)體)。將原生質(zhì)體放在合適的培養(yǎng)基上，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)分化可以重新長(zhǎng)成植株。原生質(zhì)體也可用于植物細(xì)胞融合， 然后誘導(dǎo)形成新的植株。 原生質(zhì)體培養(yǎng) 植物原生質(zhì)體培養(yǎng) 植物組織培養(yǎng)(plant tissue culture)植物組織培養(yǎng)：愈傷組織：是一種能迅速增殖的無(wú)特定結(jié)構(gòu)和功能的薄壁細(xì)胞團(tuán)。離體的植物器官、組織、細(xì)胞植物體愈傷組織脫分化根芽再分化脫分化：由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過(guò)程，稱為植物細(xì)胞的脫分化。再分化： 脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)又可以重新分化成根或芽等器官，這一過(guò)程稱為植物細(xì)胞的再分化。植物組織培養(yǎng) (1)(1) (3)植物體細(xì)胞雜交(5)植物A細(xì)胞植物B細(xì)胞去壁原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體融合融合體再生壁雜種細(xì)胞細(xì)胞分裂愈傷組織雜種植株(2) (4) 植物細(xì)胞培養(yǎng)與微生物的區(qū)別： 細(xì)胞的大小 細(xì)胞塊的形狀 培養(yǎng)液的黏度 需氧量 Kla 值比微生物培養(yǎng)的Kla值小得多 對(duì)剪切力敏感 需CO 2和光照 植物細(xì)胞培養(yǎng)(plant cell culture) 植物細(xì)胞培養(yǎng)具有的優(yōu)點(diǎn)：（1）代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)完全在人工控制條件下進(jìn)行，可以通過(guò)改變培養(yǎng)條件和選擇優(yōu)良培養(yǎng)體系得到超整株植物產(chǎn)量的代謝產(chǎn)物；（2）培養(yǎng)在無(wú)菌條件下進(jìn)行，可排除病菌和蟲害侵?jǐn)_；（3） 可以進(jìn)行特定的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)；（4）可以探索新的合成路線和獲得新的有用物質(zhì)等。植物細(xì)胞培養(yǎng)(plant cell culture) 固定化細(xì)胞培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)光生物反應(yīng)器組合式反應(yīng)器非機(jī)械攪拌反應(yīng)器機(jī)械攪拌反應(yīng)器懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器膜反應(yīng)器流化床反應(yīng)器填充床反應(yīng)器固定化細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 Stirred Tank Bioreactors 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 機(jī)械攪拌式反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：混合性能好傳氧效率高操作彈性大可用于細(xì)胞高密度培養(yǎng)；缺點(diǎn)：剪切力大。 懸 浮 培 養(yǎng) 生 物 反 應(yīng) 器 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 機(jī)械攪拌式反應(yīng)器 非攪拌式反應(yīng)器所產(chǎn)生的剪切力較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其主要類型有鼓泡式反應(yīng)器、氣升式反應(yīng)器等氣體攪拌式反應(yīng)器 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 非機(jī)械攪拌式反應(yīng)器Air inletG as outletCulture mediumSieve plateBubble Column Bioreactor 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 非機(jī)械攪拌式反應(yīng)器 Air-lift Bioreactor 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 紫草細(xì)胞培養(yǎng)紫草種子無(wú)菌幼根LS培養(yǎng)基愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)懸浮細(xì)胞懸浮培養(yǎng)細(xì)胞增殖培養(yǎng)一級(jí)培養(yǎng) 利用“ 優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”原則，將兩種反應(yīng)器結(jié)合起來(lái)研究出組合式反應(yīng)器。帶有低速攪拌的氣升式發(fā)酵罐可彌補(bǔ)低氣速時(shí)混合性差的弱點(diǎn)。植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 組合式反應(yīng)器 光生物反應(yīng)器 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 固 定 化 細(xì) 胞 生 物 反 應(yīng) 器 填充床反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器進(jìn)口出口 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 固定化細(xì)胞膜反應(yīng)器 中空纖維螺旋卷繞反應(yīng)器 植物組織培養(yǎng)反應(yīng)器 發(fā) 狀 根 大 規(guī) 模 培 養(yǎng)105 4 12 8 76 93 植物組織培養(yǎng)反應(yīng)器 小 植 物 的 大 規(guī) 模 快 速 繁 殖 淺層循環(huán)式植株快速繁殖器 雙層板徑向流生物反應(yīng)器 植物組織培養(yǎng)反應(yīng)器 小 植 物 的 大 規(guī) 模 快 速 繁 殖 內(nèi)環(huán)噴霧生物反應(yīng)器進(jìn)氣排氣 植物細(xì)胞培養(yǎng)的應(yīng)用 西洋參細(xì)胞培養(yǎng)無(wú)菌根愈傷組織懸浮細(xì)胞發(fā)酵液乙醇消毒誘導(dǎo)培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)大量培養(yǎng)西洋參根細(xì)胞過(guò)濾西洋參細(xì)胞干粉成品干燥 植 物 細(xì) 胞 的 生 產(chǎn) 藥 物 的 生 產(chǎn)植物細(xì)胞產(chǎn)物產(chǎn)物作用 紫草細(xì)胞紫草寧抗炎劑、食用色素苦瓜細(xì)胞類胰島素治療糖尿病長(zhǎng)春花細(xì)胞長(zhǎng)春花堿治療白血病藥紅豆杉細(xì)胞紫杉醇抗癌藥物毛地黃細(xì)胞毛地黃毒素強(qiáng)心劑 紫草種子無(wú)菌幼根愈傷組織懸浮細(xì)胞細(xì)胞增殖培養(yǎng)LS培養(yǎng)基誘導(dǎo)培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)一級(jí)培養(yǎng)產(chǎn)物培養(yǎng)二級(jí)培養(yǎng)發(fā)酵液細(xì)胞收集過(guò)濾產(chǎn)物提取分離成品干燥 紫草細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)紫草寧(Shikonin)植物細(xì)胞培養(yǎng)的應(yīng)用 代 謝 產(chǎn) 物 的 生 產(chǎn) 植物細(xì)胞培養(yǎng)的應(yīng)用 植 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 工 業(yè) 化 生 產(chǎn) 需 解 決 的 難 題 縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本 提高培養(yǎng)細(xì)胞中的有效成分含量 防止細(xì)胞集聚成塊 防止細(xì)胞株的種性退化和變異 研制更能適合植物細(xì)胞生長(zhǎng)的生物反應(yīng)器