植物细胞、植物组织反应器 1959年, TTulecke和Ncke首次将微 生物培养用的发酵工艺用到高等植物的 悬浮培养,此后,生物反应器在植物组 织培养中的推广应用进展较为缓慢,其 原因是植物组织和细胞培养比微生物培 养复杂和困难得多
植物细胞、植物组织反应器 1959年，Tulecke和Nickell首次将微 生物培养用的发酵工艺用到高等植物的 悬浮培养，此后，生物反应器在植物组 织培养中的推广应用进展较为缓慢，其 原因是植物组织和细胞培养比微生物培 养复杂和困难得多
表1植物细胞和植物器官与微生物细胞的主要区别 Table 1 Contrast between plant cell, plant organ and microbiology 特征 植物当胞 植物器冒 微生物 大小(pm) 10~200 2103 1~10 存在形志 聚集成细胞团 毛状根,、体胚等 单个细 倍增时间 几天不等 几天不等 几↑小时之内 接种密度 大 大 抗剪切力 啊.她感 弱,数感 变异性 大 一般 小强小简 营养要求 较为复杂 较为复杂 单 通气量 低(06L(umin略高[1L/(mn左有高仑1Lmil 产物存在方式和浓度常存于液泡中,浓度低多为胞内产物,较高 外泌和胞内,高 环境敏感性 可浸没培界 长期浸没培养品玻璃化运应范国广 传统变异选技术有时使用 有时使用 广泛使用
虽然生物反应技术在植物组织培 养中的应用存在一定困难,应用也不尽 广泛, 但其应用可大大降低劳动力需求, 而且反应器中通过物化条件调控可达到 最佳的生长、分化和代谢,不受时间和 地点的限制,随时随地进行规模化生产 这为植物组织培养工业化开辟了广阔的 前景
虽然生物反应器技术在植物组织培 养中的应用存在一定困难，应用也不尽 广泛， 但其应用可大大降低劳动力需求， 而且反应器中通过物化条件调控可达到 最佳的生长、分化和代谢，不受时间和 地点的限制，随时随地进行规模化生产， 这为植物组织培养工业化开辟了广阔的 前景
植物组织培养涉及次级代谢产物生 产、生物转化、快繁和人工种子三个方 面。针对不同的植物组织培养体系和应 用目的,开发适合的生物反应器类型是 将生物反应器技术应用于植物组织培养 的关键
植物组织培养涉及次级代谢产物生 产、生物转化、快繁和人工种子三个方 面。针对不同的植物组织培养体系和应 用目的，开发适合的生物反应器类型是 将生物反应器技术应用于植物组织培养 的关键
表2擅物组织培养方式及特点 Table 2 Mode and characteristics of plant tissue culture 培养方式 培养特点 生物反应器培养植物种类示例 细胞生长较慢,易成团,次生代机械搅拌式反应器紫草人参 悬浮细跑培养谢物含量较低,遗传不稳定,培气升式反应器,鼓泡长春花,烟草 养后期粘度大 塔等 毛地黄等 载体固定化,生长慢,次生代諸圖定床生物反应器胡萝卜,长春花 物含量较高,遗传较为稳定,可流化床生物反应器,毛地黄等:鸟茄, 固定化培养违续培养;自生固定化生长较中空纤维反应器;烟草,咖啡 快,细胞聚集成大颗粒,次生代气升反应器 万看菊等 谢物含量高,培养液澄清 生长迅速,分支多,不需外源教修饰的搅拌式反应青蕊,人参 植毛状根,向地性弱,次级代谢物产量器.转鼓反应器,气烟草,胡萝卜, 高,遗传和生理、生化特性稳定升式反应器,鼓泡塔辣报等 和雾化反应器等 生长较慢,遗传较为稳定,次生鼓泡塔,径向流反应背高,唐富蒲 器芽代谢物含量较高,需光照浸没器,喷淋反应器,雾长春花, 培养,易玻璃化 化反应器等 毛地黄等 官 生长慢,遗传稳定,次生代物气升式反应器 ,螺旋芹菜,胡萝卜, 体细胞胚含量高等 带式搅拌反应器,自青扦,火炬松等 培 旋过滤式反应墨等 生长快,不需外源激素,次生代未见报道 柠檬留兰香, 养冠瘿组织谢物含量高,遗传稳定,悬浮培 洋地黄,丹参等 养为颗粒状
2、悬浮植物细胞培养生物反应器 植物细胞比细菌大得多,直径约为10-200μm, 具有细胞壁,培养时常呈杆状,对轴向力具有一定 的耐受能力,但对剪切力敏感。在培养时当转速超 过一定数值,细胞生长明显下降,并且出现死亡和 破碎现象。培养过程中细胞常以团状存在,且在培 养后期团状颗粒逐渐增大,过大的颗粒使团中心营 养水平不足,影响其次生代谢产物的合成能力,并 且团内的微环境难以控制,成团也影响了反应器中 的均匀分布,使混合效果较差,尤其是在培养后期 和高密度培养过程中,但一定的颗粒大小和分化又 对次生代谢物的合成起促进作用
2、悬浮植物细胞培养生物反应器 植物细胞比细菌大得多，直径约为10~200m， 具有细胞壁，培养时常呈杆状，对轴向力具有一定 的耐受能力，但对剪切力敏感。在培养时当转速超 过一定数值，细胞生长明显下降，并且出现死亡和 破碎现象。培养过程中细胞常以团状存在，且在培 养后期团状颗粒逐渐增大，过大的颗粒使团中心营 养水平不足，影响其次生代谢产物的合成能力，并 且团内的微环境难以控制，成团也影响了反应器中 的均匀分布，使混合效果较差，尤其是在培养后期 和高密度培养过程中，但一定的颗粒大小和分化又 对次生代谢物的合成起促进作用
细胞团的大小取决于培养系统 的剪切力大小及其它环境因素的影 响。植物细胞代谢速度慢,倍增时 间长(25~100h),需氧量小般 小于0.6L/(Lmin),有时供氧过 多反而不利。与微生物相比,在达 到同样浓度时,氧传递速率要小得 多。基于对植物细胞培养特性的分 析,认为反应器的流动特性和混合 效果比氧的传递更为重要
细胞团的大小取决于培养系统 的剪切力大小及其它环境因素的影 响。植物细胞代谢速度慢，倍增时 间长（25~100h），需氧量小[一般 小于0.6L/（L·min），有时供氧过 多反而不利]。与微生物相比，在达 到同样浓度时，氧传递速率要小得 多。基于对植物细胞培养特性的分 析，认为反应器的流动特性和混合 效果比氧的传递更为重要
总之,适于悬浮植物细胞培养的生 物反应器要符合以下要求(1)合适的氧 传递,(2)良好的流动特性,(3)低 的剪切力。 目前,应用于植物细胞培养的生物反 应器可分为3种,机械搅拌式气动式 (鼓泡和气体喷射式)以及以上两种形 式的组合型式
总之，适于悬浮植物细胞培养的生 物反应器要符合以下要求（1）合适的氧 传递，（2）良好的流动特性，（3）低 的剪切力。 目前，应用于植物细胞培养的生物反 应器可分为3种，机械搅拌式、气动式 （鼓泡和气体喷射式）以及以上两种形 式的组合型式
机械搅拌式生物反应器在微生物培 养中有广泛应用,同样也可应用于植物 细胞培养。机械搅拌式反应器能够得到 充分的搅拌,高密度培养时其供氧能力 和混合效果要由于气动式反应器 机械搅拌式反应应用与植物细胞 培养的最大缺点是剪切力大,对植物细 胞易造成较大损伤。植物细胞对剪切力 的敏感性由细胞的种类、状态、切变力 耐受性、剪切速率及反应器本身的结构 等多种因素决定
机械搅拌式生物反应器在微生物培 养中有广泛应用，同样也可应用于植物 细胞培养。机械搅拌式反应器能够得到 充分的搅拌，高密度培养时其供氧能力 和混合效果要由于气动式反应器。 机械搅拌式反应器应用与植物细胞 培养的最大缺点是剪切力大，对植物细 胞易造成较大损伤。植物细胞对剪切力 的敏感性由细胞的种类、状态、切变力 耐受性、剪切速率及反应器本身的结构 等多种因素决定
机械搅拌式反应器对植物细胞的损 伤性及对次级代谢产物合成的影响,人 们的研究转向气动式反应。气动式反应 器没有活动的搅拌装置,容易长期保持 无菌操作。 气动式反应器包括两种型式:鼓泡塔 和气升式环流反应器(包括内环流和外 环流两种)。鼓泡塔由于混合性能差 应用不尽理想。气升式反应器的可取 处在于其结构简单、剪切力小、传质效 果好、运行成本和造价低等
机械搅拌式反应器对植物细胞的损 伤性及对次级代谢产物合成的影响，人 们的研究转向气动式反应。气动式反应 器没有活动的搅拌装置，容易长期保持 无菌操作。 气动式反应器包括两种型式：鼓泡塔 和气升式环流反应器（包括内环流和外 环流两种）。鼓泡塔由于混合性能差， 应用不尽理想。气升式反应器的可取之 处在于其结构简单、剪切力小、传质效 果好、运行成本和造价低等