第七章生物反应器细胞培养
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细胞培养，具有什么优缺点？
5、举例说明植物细胞培养的流程与应用 6、植物细胞培养工业化生产需解决的难题 7、有哪两种动物细胞培养方法？其特点？ 8、动物细胞培养可生产的生物制品？ 9、动物细胞培养生产生物制品工艺实例 10、动物细胞培养与植物细胞培养的特点有什么差异性 11 常用的动物生物反应器有哪些？ 12 常用的藻类生物反应器有哪些？
2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。
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
机械能 热能
核心技术？
思考题
1、 有几种植物细胞（组织）培养的类型与特点 2、简述植物体细胞杂交培养的过程 3、植物细胞培养与微生物的区别？ 4、常用的植物生物反应器有哪些？那种反应器更适合植物
优点： 混合性能好
缺点：剪切力大。
传氧效率高
操作弹性大
可用于细胞高密度培养；
Stirred Tank Bioreactors
2 植物细胞培养反应器
✓ 机械搅拌式反应器
机械搅拌通风式生物反应器
2 植物细胞培养反应器
✓ （2）非机械搅拌式反应器---气升式
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
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
机械能 热能
核心技术？
第一篇 生物质原料处理设备
• 第一章 生物质原料预处理设备 • 第二章 生物细胞培养基制备设备 • 第三章 生物培养基灭菌设备 • 第四章 原料（物料）输送设备
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器—通风搅拌发酵罐
第一节 发酵设备概述 第二节 通风发酵罐结构与工作原理 第三节 自吸式发酵罐结构与工作原理 第四节 气升式发酵罐(ALR)结构与工作原理
Gottleib Haberlandt
1植物细胞（组织）培养--- (1)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
第一节 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。
第一节 植物细胞（组织）培养反应器
➢ 1 植物细胞（组织）培养 ➢ 2植物细胞培养反应器 ➢ 3植物组织培养反应器
• 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。
2 植物细胞培养反应器
植物细胞培固 悬 养定 浮化 培细 养胞培养
机械搅拌反应器 悬浮培养反应器 组 非合 机式 械反 搅应 拌器 反应器
光生物反应器
填充床反应器 固定化细胞培养反 流应化器床反应器
膜反应器
2 植物细胞培养反应器
➢ 悬浮培养生物反应器
✓（1） 机械搅拌式反应器
尽管机械搅拌反应器已成功用于许多细胞的培养 中，反应器内的温度、pH、溶氧及营养物质浓 度较其他反应器更易控制等优点，但由于机械搅 拌造成的剪切力以对植物细胞造成较大的损伤， 对次级代谢产物的合成也会产生影响，同时会带 来染菌和机械上的问题，因此需筛选出抗剪切力 的细胞系，也可对反应器结构进行改造，尤其是 搅拌桨的结构和类型的改进，使其具有缓和、充 分的搅拌效果。 图示目前规模最大的植物细胞培养反应器装置
1植物细胞（组织）培养--- (3)植物体细 胞杂交
(1)
(2)
(3)
(1)
(4)
(5)
植物A细胞
原生质体A
去壁
原生质体融合
植物B细胞
原生质体B
杂种植株
细胞分裂 愈伤组织
融合体 再生壁
杂种细胞
2 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—大 细胞块的形状—易成快 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CO2和光照
第六章厌氧（嫌气）发酵设备
第一节 酒精发Βιβλιοθήκη Baidu设备 第二节 啤酒发酵设备 第三节连续发酵设备
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器—通风搅拌发酵罐
第六章厌氧（嫌气）发酵设备
第七章 生物反应器—细胞培养反应器
第一节 植物细胞反应器 第二节 动物细胞反应器 第三节 微藻培养反应器
典型工业生物技术过程
细胞
发酵机械与设备
•徐 明 芳 博 士 •教 授
•暨 南 大 学 生 科 院 • 2015-11-13
目录
绪论 第一篇 生物质原料处理设备
第二篇 生物反应设备
第三篇 产物分离设备 第四篇 其他设备
典型工业生物技术过程
细胞
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
→ G as ou tlet
↑ ↑ ↑
↑ ↑↑↑
Bubble Column Bioreactor
C u ltu re m ed iu m S iev e p la te A ir in let
植物细胞培养反应器
✓ 非机械搅拌式反应器
Air-lift Bioreactor
植物细胞的培养比较多地采用各种非机械搅拌生 物反应器，其中常用的是气体搅拌生物反应器。 气体搅拌生物反应器没有活动的搅拌装置，在很 大程度上减少了剪切力，并能在长期操作中保持 无菌。气体搅拌生物反应器包括鼓泡塔和气升式 反应器等。
气体搅拌生物反应器结构较简单，氧传递效率高， 剪切力低，对细胞的损伤小，容易实现长期无菌 培养，较适用于植物细胞培养。
5、举例说明植物细胞培养的流程与应用 6、植物细胞培养工业化生产需解决的难题 7、有哪两种动物细胞培养方法？其特点？ 8、动物细胞培养可生产的生物制品？ 9、动物细胞培养生产生物制品工艺实例 10、动物细胞培养与植物细胞培养的特点有什么差异性 11 常用的动物生物反应器有哪些？ 12 常用的藻类生物反应器有哪些？
2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。
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
机械能 热能
核心技术？
思考题
1、 有几种植物细胞（组织）培养的类型与特点 2、简述植物体细胞杂交培养的过程 3、植物细胞培养与微生物的区别？ 4、常用的植物生物反应器有哪些？那种反应器更适合植物
优点： 混合性能好
缺点：剪切力大。
传氧效率高
操作弹性大
可用于细胞高密度培养；
Stirred Tank Bioreactors
2 植物细胞培养反应器
✓ 机械搅拌式反应器
机械搅拌通风式生物反应器
2 植物细胞培养反应器
✓ （2）非机械搅拌式反应器---气升式
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
（灭菌）
废物
原材料
底物
营养物 培养基
经加工 原料
机械能 热能
核心技术？
第一篇 生物质原料处理设备
• 第一章 生物质原料预处理设备 • 第二章 生物细胞培养基制备设备 • 第三章 生物培养基灭菌设备 • 第四章 原料（物料）输送设备
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器—通风搅拌发酵罐
第一节 发酵设备概述 第二节 通风发酵罐结构与工作原理 第三节 自吸式发酵罐结构与工作原理 第四节 气升式发酵罐(ALR)结构与工作原理
Gottleib Haberlandt
1植物细胞（组织）培养--- (1)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
第一节 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。
第一节 植物细胞（组织）培养反应器
➢ 1 植物细胞（组织）培养 ➢ 2植物细胞培养反应器 ➢ 3植物组织培养反应器
• 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。
2 植物细胞培养反应器
植物细胞培固 悬 养定 浮化 培细 养胞培养
机械搅拌反应器 悬浮培养反应器 组 非合 机式 械反 搅应 拌器 反应器
光生物反应器
填充床反应器 固定化细胞培养反 流应化器床反应器
膜反应器
2 植物细胞培养反应器
➢ 悬浮培养生物反应器
✓（1） 机械搅拌式反应器
尽管机械搅拌反应器已成功用于许多细胞的培养 中，反应器内的温度、pH、溶氧及营养物质浓 度较其他反应器更易控制等优点，但由于机械搅 拌造成的剪切力以对植物细胞造成较大的损伤， 对次级代谢产物的合成也会产生影响，同时会带 来染菌和机械上的问题，因此需筛选出抗剪切力 的细胞系，也可对反应器结构进行改造，尤其是 搅拌桨的结构和类型的改进，使其具有缓和、充 分的搅拌效果。 图示目前规模最大的植物细胞培养反应器装置
1植物细胞（组织）培养--- (3)植物体细 胞杂交
(1)
(2)
(3)
(1)
(4)
(5)
植物A细胞
原生质体A
去壁
原生质体融合
植物B细胞
原生质体B
杂种植株
细胞分裂 愈伤组织
融合体 再生壁
杂种细胞
2 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—大 细胞块的形状—易成快 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CO2和光照
第六章厌氧（嫌气）发酵设备
第一节 酒精发Βιβλιοθήκη Baidu设备 第二节 啤酒发酵设备 第三节连续发酵设备
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器—通风搅拌发酵罐
第六章厌氧（嫌气）发酵设备
第七章 生物反应器—细胞培养反应器
第一节 植物细胞反应器 第二节 动物细胞反应器 第三节 微藻培养反应器
典型工业生物技术过程
细胞
发酵机械与设备
•徐 明 芳 博 士 •教 授
•暨 南 大 学 生 科 院 • 2015-11-13
目录
绪论 第一篇 生物质原料处理设备
第二篇 生物反应设备
第三篇 产物分离设备 第四篇 其他设备
典型工业生物技术过程
细胞
酶
生物催化剂 （游离或固定化）
空气
检测控 制仪表
除 菌
产品提取纯化
生物反应器
副产品 产品
→ G as ou tlet
↑ ↑ ↑
↑ ↑↑↑
Bubble Column Bioreactor
C u ltu re m ed iu m S iev e p la te A ir in let
植物细胞培养反应器
✓ 非机械搅拌式反应器
Air-lift Bioreactor
植物细胞的培养比较多地采用各种非机械搅拌生 物反应器，其中常用的是气体搅拌生物反应器。 气体搅拌生物反应器没有活动的搅拌装置，在很 大程度上减少了剪切力，并能在长期操作中保持 无菌。气体搅拌生物反应器包括鼓泡塔和气升式 反应器等。
气体搅拌生物反应器结构较简单，氧传递效率高， 剪切力低，对细胞的损伤小，容易实现长期无菌 培养，较适用于植物细胞培养。