植物细胞(组织)培养反应器

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
（4）可以探索新的合成路线和获得新的有用物质等。
植物细胞培养反应器
悬浮培养 植物细胞培养 固定化细胞培养
机械搅拌反应器 非机械搅拌反应器 悬浮培养反应器 组合式反应器 光生物反应器
填充床反应器 固定化细胞培养反应器流化床反应器 膜反应器
植物细胞培养反应器
悬浮培养生物反应器
植物细胞培养的应用
代谢产物的生产
紫草细胞培养生产紫草宁(Shikonin)
LS培养基 诱导培养 悬浮培养 一级培养
紫草种子
二级培养
无菌幼根 发酵液
愈伤组织
过滤
悬浮细胞
分离
细胞增殖培养
干燥
产物培养
细胞收集
产物提取
成品
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
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。
Stirred Tank Bioreactors
植物细胞培养反应器
机械搅拌式反应器
植物细胞培养反应器
非机械搅拌式反应器
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
• 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。
Gottleib Haberlandt
植物原生质体培养
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
植物体细胞杂交
(1) (2) (3) (4) (5)
(1)
植物A细胞 去壁 植物B细胞 杂种植株
原生质体A
原生质体融合
融合体 再生壁
原生质体B 愈伤组织
细胞分裂
杂种细胞
植物细胞培养(plant cell culture)
• 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
→Gas outlet
↑
↑ ↑ ↑ ↑
Culture medium Sieve plate
↑ ↑
Air inlet
Bubble 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
LS培养基 诱导培养 悬浮培养 一级培养
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
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。
• 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。
→出口
↑
进口
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
4 3
2
↑8
7
5
10
1
9 6
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
↑排气
进气
植物细胞培养的应用
植物细胞的生产
西洋参细胞培养
西洋参根
过滤 乙醇消毒 诱导培养 悬浮培养 大量培养
无菌根
干燥
Fra Baidu bibliotek
愈伤组织
悬浮细胞
发酵液
细胞
西洋参细胞干粉成品
药物的生产
植物细胞 紫草细胞 苦瓜细胞 长春花细胞 红豆杉细胞 毛地黄细胞 产物 紫草宁 类胰岛素 长春花碱 紫杉醇 毛地黄毒素 产物作用 抗炎剂、食用色素 治疗糖尿病 治疗白血病药 抗癌药物 强心剂
需CO2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；
紫草种子
无菌幼根
愈伤组织
悬浮细胞
细胞增殖培养
植物细胞培养反应器
组合式反应器 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。 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