大学课件 生物工程设备 植物细胞（组织）培养反应器

1、第一节第一节 植物细胞（组织）培养反应器植物细胞（组织）培养反应器 植物细胞（组织）培养植物细胞（组织）培养 植物细胞培养反应器植物细胞培养反应器 植物组织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。的各种植物细胞培养技术。 植物细胞培植物细胞培 养养 Gottleib Haberlandt 1902年德国植物学家年德国植物学家Haberlandt在营养液中成功地培育了单

2、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。新的一页。 Haberlandt提出植物细胞的提出植物细胞的“全能性全能性”学说，植物细胞的全能学说，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。养再生成植株。 一般采用植物的体细胞一般采用植物的体细胞(二倍体细胞二倍体细胞)， 先经纤

3、维素酶处理去掉细先经纤维素酶处理去掉细 胞壁胞壁(原生质体原生质体)。将原生质体放在合适的培养基上，经过诱导分。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，化可以重新长成植株。原生质体也可用于植物细胞融合， 然后诱然后诱 导形成新的植株。导形成新的植株。 原生质体培养原生质体培养 植物原生质体培养植物原生质体培养 植物组织培养植物组织培养(plant tissue culture) 植物组织培养：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。 离体的植物离体的植物 器官、组织、器官、组织、 细胞细胞 植植 物物 体体

4、愈愈 伤伤 组组 织织 脱分化脱分化 根根 芽芽 再分化再分化 脱分化：脱分化：由高度分化的植物器官、由高度分化的植物器官、 组织或细胞产生愈伤组织的过程，称组织或细胞产生愈伤组织的过程，称 为植物细胞的脱分化。为植物细胞的脱分化。 再分化：再分化：脱分化产生的愈伤组织继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等器官，这一过程称为植物细胞的再 分化。分化。 植物组织培养 (1) (1) (3) 植物体细胞杂交植物体细胞杂交 (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

5、 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：植物细胞培养与微生物的区别： 细胞的大小细胞的大小 细胞块的形状细胞块的形状 培养液的黏度培养液的黏度 需氧量需氧量 Kla 值比微生物培养的值比微生物培养的Kla值小得多值小得多 对剪切力敏感对剪切力敏感 需需CO2和光照和光照 植物细胞培养植物细胞培养(plant cell culture) 植物细胞培养具有的优点：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，）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可以通过改变培养条件和选择优良培养

6、体系得到超 整株植物产量的代谢产物；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）培养在无菌条件下进行，可排除病菌和虫害侵 扰；扰； （3） 可以进行特定的生物转化反应；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。）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植物细胞培养反应

7、器 Stirred Tank Bioreactors 植物细胞培养反应器植物细胞培养反应器 机械搅拌式反应器机械搅拌式反应器 优点：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：缺点：剪切力大。 悬浮培养生物反应器 植物细胞培养反应器植物细胞培养反应器 机械搅拌式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植物细胞培养反应器 非机械搅拌式反应器非机械搅拌式反应器 Ai

8、r inlet Gas outlet Culture medium Sieve plate Bubble Column Bioreactor 植物细胞培养反应器植物细胞培养反应器 非机械搅拌式反应器非机械搅拌式反应器 Air-lift Bioreactor 植物细胞培养反应器植物细胞培养反应器 紫草细胞培养紫草细胞培养 紫草种子无菌幼根 LS培养基培养基 愈伤组织 诱导培养诱导培养 悬浮细胞 悬浮培养悬浮培养 细胞增殖培养细胞增殖培养 一级培养一级培养 利用利用“ 优势互补优势互补”原则，将两种反应器结合起来研究出组原则，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

9、补低气速合式反应器。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。时混合性差的弱点。 植物细胞培养反应器植物细胞培养反应器 组合式反应器组合式反应器 光生物反应器光生物反应器 植物细胞培养反应器植物细胞培养反应器 固定化细胞生物反应器固定化细胞生物反应器 填充床反应器填充床反应器 流化床反应器流化床反应器 进口 出口 植物细胞培养反应器植物细胞培养反应器 流化床反应器流化床反应器 植物细胞培养反应器植物细胞培养反应器 流化床反应器流化床反应器 植物细胞培养反应器植物细胞培养反应器 固定化细胞膜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植物组织培养反应器

10、发状根大规模培养 10 5 4 1 2 8 7 6 9 3 植物组织培养反应器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浅层循环式植株快速繁殖器 双层板径向流生物反应器双层板径向流生物反应器 植物组织培养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内环喷雾生物反应器 进进气气 排排气气 植物细胞培养的应用植物细胞培养的应用 西洋参细胞培养西洋参细胞培养 无菌根无菌根愈伤组织愈伤组织悬浮细胞悬浮细胞发酵液发酵液 乙醇消毒乙醇消毒诱导培养诱导培养悬浮培养悬浮培养大量培养大量培养 西洋参根西洋参根 细胞细胞 过滤 西洋参细胞干粉成品西洋参细胞干粉成品 干干 燥燥 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 紫草种子紫草种子无菌幼根无菌幼根愈伤组织悬浮细胞细胞增殖培养 LS培养基培养基 诱导培养诱导培养 悬浮培养悬浮培养一级培养一级培养 产物培养产物培养 二级培养二级培养 发酵液细胞收集细胞收集 过滤过滤 产物提取产物提取 分离分离 成品 干干 燥燥 紫草细胞培养生产紫草宁紫草细胞培养生产紫草宁(Shikonin) 植物细胞培养的应用植物细胞培养的应用 代谢产物的生产 植