植物生物反应器的研究进展及发展方向

生物反应器指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。

生物反应器的结构、操作方式和操作条件的选定对生物化工产品的质量、收率（转化率）和能耗有密切关系。

生物反应器的设计、放大是生化反应工程的中心内容，也是生物化学工程的重要组成部分。

分类从生物反应过程说，发酵过程用的反应器称为发酵罐；酶反应过程用的反应器则称为酶反应器。

另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器，专称为动植物细胞培养装置。

发酵罐发酵罐若根据其使用对象区分，可有：嫌气发酵罐、好气发酵罐、污水生物处理装置等。

其中嫌气发酵罐最为简单，生产中不必导入空气，仅为立式或卧式的筒形容器，可借发酵中产生的二氧化碳搅拌液体。

若以操作方式区分，有分批操作和连续操作两种。

前者一般用釜式反应器，后者可用连续搅拌式反应器或管式及塔式反应器。

好气发酵罐按其能量输入方式或作用原理区分，可有：①具有机械搅拌器和空气分布器的发酵罐这类发酵罐应用最普遍，称为通用式发酵罐。

所用的搅拌器一般为使罐内物料产生径向流动的六平叶涡轮搅拌器，它的作用为破碎上升的空气泡和混合罐内的物料。

若利用上下都装有蔽板的搅拌叶轮，搅拌时在叶轮中心产生的局部真空,以吸入外界的空气,则称为自吸式机械搅拌发酵罐。

②循环泵发酵罐用离心浆料泵将料液从罐中引出，通过外循环管返入罐内。

在循环管顶端再接上液体喷嘴，使之能吸入外界空气的,称喷射自吸发酵罐。

③鼓泡塔式发酵罐以压缩空气为动力进行液料搅拌，同时进行通气的气升发酵罐。

目前，世界所发展的大型发酵罐是英国卜内门化学工业公司的发酵罐，它以甲醇为原料生产单细胞蛋白的压力循环气升发酵罐,其直径为7m，高为60m，总容量为 2300m□，自上至下有5000～8000个喷嘴进料。

目前，还有些发酵产品，如固体曲等，使用专门设计的能调节温、湿度的旋转式固体发酵装置。

生产甲烷（沼气）用的是嫌气发酵罐，也称消化器或沼气发生器，这种发酵罐装有搅拌器，顶部有的有浮顶。

《生物工程设备》生物反应器及其生产现状生物反应器是生化工艺过程的核心设备，本案例主要介绍生物反应器的作用、分类、发展历史和研究现状。

并对目前国内生物反应器的突出问题，如检测pH、溶氧传感器性能不稳定需要长期进口等问题展开讨论，通过教师列举日常实例，引出对于核心技术及自主研发能力的思考，学生查找和总结专业产品的相关资料，从专业领域角度引导学生关注我国制造业的发展，并对其进行爱国主义教育，鼓励学生从自身做起，为我国的民族产业出一份力。

一、教学目标（一）课程教学目标该章节的主题是生物反应器概述，主要讲生物反应器的作用、地位、分类、发展历史和研究现状。

课程的教学目标包括：1.掌握生物反应器的作用、地位和分类；2.了解生物反应器的发展历史和研究现状。

（二）思政育人目标1.设计思路本课程绪论部分内容介绍国内外生物反应器产业发展概况，其中主导生物工程产业的生物反应器大多为国外（如美国、德国、日本等）研发生产。

近些年，我国虽然能够研发一些生物反应器，但仍然存在很多问题。

比如生物反应器的核心部件，如检测pH、溶氧传感器性能不稳定需要长期进口。

核心部件的依赖必定导致整个产业的对外依赖，不利于今后提高我国生物产业的整体竞争力。

因此在讲述这部分内容时，应从爱国主义和建设中国特色社会主义强国出发，鼓励学生学好专业知识，为以后掌握核心技术，强大我国民族制造业打下基础。

2.思政育人目标使学生认识到掌握核心技术对于提高我国综合国力的重要性，从提高我国制造业市场竞争力角度培养学生学习专业课程的积极性。

3.育人主题创新，发展民族产业等爱国主义教育。

二、教学实施过程1.教学理念：制造业是国民经济的主体，打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。

然而，与世界先进水平相比，我国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面差距明显，转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。

植物合成生物学的优缺点1.引言1.1 概述概述植物合成生物学是一门新兴的交叉学科，将植物学、合成生物学和生物工程学相结合，旨在通过对植物基因组的分析和改造，实现对植物的精准设计和功能增强。

植物作为地球上最重要的生物资源之一，不仅能提供人类所需的食物、能源和药物，还承担着维护生态平衡和环境保护的重要角色。

植物合成生物学的出现，为我们深入理解植物基因组的复杂网络和调控机制，开辟了新的途径。

随着研究的深入，植物合成生物学已经取得了许多令人瞩目的成就。

通过对植物基因的编辑和改造，可以增加农作物的产量和抗逆性，提高食物品质和可持续性；还可以利用植物的天然代谢途径，生产出各种天然产物和高附加值的化合物，如药物、化妆品和生物材料等。

此外，植物合成生物学在生物能源开发、环境修复和生态保护等方面的应用潜力也越来越受到关注。

然而，植物合成生物学也存在一些挑战和限制。

首先，植物基因组的复杂性和多样性使得对其进行精准改造变得困难，需要更加精细和高效的基因组编辑技术。

其次，植物的生长和发育过程受到多种内外部因素的调控，因此在进行基因编辑和调控时需要考虑到它们的影响。

此外，植物合成生物学的研究需要大量的时间和资源，包括对植物进行大规模的基因组测序、功能验证和产物分析等。

在未来，植物合成生物学有望取得更大的突破和应用。

随着技术的进步和方法的改进，我们将能够更好地理解植物的基因调控网络和代谢途径，实现对植物的更精准改造和设计。

同时，通过加强植物合成生物学与其他学科的交叉和合作，可以拓展其在农业、医药和环境领域的应用。

例如，结合植物合成生物学和基因编辑技术，可以培育出更适应气候变化和病虫害的作物品种；利用植物的天然代谢途径，可以开发出更安全有效的药物和生物材料。

总之，植物合成生物学作为一门新兴的学科，具有巨大的潜力和发展前景。

通过深入研究植物的基因组和调控机制，我们将能够更好地利用植物的天然资源和功能，促进可持续发展和生态平衡的实现。

植物次生代谢初步相关研究进展摘要：植物次生代谢与植物的生长发育及其对环境的适应密切相关，由初生代谢派生参与植物防御反应相关的萜类、生物碱类、苯丙烷类为植物次生代谢物的主要类型，其代谢途径多以代谢频道形式存在种属、生长发育期等特异性。

重点介绍这三类具有防御作用的次生代谢产物的生物合成途径、参与介导植物防御反应的相关信号分子及其转录调控机制，为正确认识植物次生代谢防御反应提供理论依据。

关键词：次生代谢；调控机制；限速酶Preliminary research progress of plant secondarymetabolitesAbstract：Plant secondary metabolism is closely related to the growth and development of plants and their adaptation to the environment, participate in related terpene derived from the primary metabolism of plant defense responses, alkaloids, phenylpropanes main types of plant secondary metabolites, metabolic multi-channel metabolic pathways exist species, such as specific growth period. Focuses on the biosynthetic pathway of these three defensive role of secondary metabolites involved in plant defense responses mediated signaling molecules and transcription regulation related mechanisms to provide a theoretical basis for a correct understanding of plant secondary metabolites defense response.Keywords：Secondary metabolism; regulatory mechanisms; rate-limiting enzyme植物次生代谢（secondary metabolism）是由初生代谢（primary metabolite）派生的一类特殊代谢过程[1](见图1)，是植物在长期进化中与环境相互作用的结果。

植物科学研究现状及发展趋势年级: 2010学号: 2202040319姓名: 朱家钰专业: 音乐学二零一二年七月摘要植物科学与技术专业是新兴专业，综合了传统的农学、园艺和植保三大内容，在科研和应用上均具有重大意义：在科研上，它属于应用基础学科，可以为国家生态建设、粮食生产安全以及能源结构调整等方面做出重大贡献；在应用上，它主要研究现代生物技术及植物遗传改良、农业信息技术及植物生产管理、生态环境及植物产品质量安全、植物保护和植物产品贮藏与加工等，同时，综合了农业科技示范园区等现代农业设施和推广体系的建设和发展，在未来的国家生态环境建设及新农村发展中，将呈现广阔的发展远景。

关键词：植物科学；现阶段发展；重要性；发展前景第1章绪论1．什么是植物科学随着农业技术高新化、领域扩大化、生产规模化、经营产业化、管理信息化，将传统农业生产技术与现代生物技术有机结合的专业——植物科学与技术专业由此而生。

2.植物科学的意义本专业学生主要学习农业生物科学、农业生态科学、农业经济和管理科学、植物生产学、植物育种学和植物保护学等基本理论和基本知识，受到植物生产、植物育种和植物保护工作需要的科研、管理等方面的基本训练，具有组织管理种植业生产、进行植物生产技术开发和推广、经营管理农业企业等方面的基本能力。

3.植物科学的研究方向1．植物生理学研究农作物植物激素代谢及其调控、植物激素作用机制、植物激素测定技术、新型植物生长调节剂的研制；植物对矿质离子的吸收与运转及其机制，新型肥料和营养剂的研制；逆境对植物伤害的机制以及农业防灾与减灾。

2．植物生物化学与分子生物学研究植物初生及次生物质代谢规律及其应用；植物生长发育过程中重要大分子的分离纯化、性质、结构及功能；基因工程技术及应用；植物细胞信号转导的分子生物学。

3．环境植物学研究环境因子对植物生长过程的影响、环境污染物对主要农作物的毒性及作用机制、污染土壤及水体植物修复技术及应用、植物生理生化指标对环境污染水平的指示。

生物反应器生物反应器是一种生物技术设备，主要用于生物发酵、生物转化和生物固定化等过程的实现，是生物技术学领域中的核心设备之一。

生物反应器按规模大小可分为实验室规模、小型工业规模、大型工业规模及超大型规模，广泛应用于生物制药、食品工业、环保工程、化工领域及实验室研究等不同领域。

本文主要介绍生物反应器的基本概念、分类、结构、功能与应用等方面的内容。

一、生物反应器的基本概念生物反应器是一种专门用于维持和促进生物体生长繁殖，并对物质能量进行转化的设备。

是利用微生物生长代谢的能力，进行化学制品或生物制品的生产。

反应器内部常温度、氧气含量、pH值、营养物浓度等参数进行监测与控制，以维持接近理想的生长环境，从而提高微生物总体产量和单独化合物的产量。

二、生物反应器的分类按微生物名称分为真菌反应器和细胞反应器两种；按操作条件分为常压和高压反应器两种；按反应器内混合方式分为不同类型，如机械混合反应器、气液混合反应器、液相连续搅拌反应器、固相悬浮式反应器等；按生产工艺分则有批量式反应器、半连续式反应器和连续式反应器等。

三、生物反应器的结构生物反应器结构包括传质层、反应层和生物活性层三个部分。

传质层由反应器外壳和传质器件（气体传输系统与吸收液传输系统）组成，热量传递和质量传递的效率决定于传质器件的选择和设计。

反应层由反应器罐体、搅拌器、传热器、控制仪等组成，其内部环境的压力、温度、营养物浓度、气相浓度、氧含量、pH值等参数决定了反应的产物和效率。

生物活性层是一个重要的环节，是水生生物或微生物参与反应的主要部分。

其中，微生物是生物活性层的核心，它们根据营养状态发生生长、代谢和能量转换等复杂的反应，完成指定的反应目的。

四、生物反应器的功能生物反应器的主要功能是实现微生物生长代谢和化学过程，从而获得所需的生物制品或化学成品。

其次，需要满足反应器内环境的生物学和物理学参数要求，如空气、水、营养物、pH、pO2、温度、压力、流量等参数，确保最大的反应效率和最佳的反应条件。

微藻及其生物反应器研究进展张林存生技0911 0920212115摘要：生物反应器是微藻大量培养的一场革命，它使微藻高效、大规模化生产成为可能。

本文对微藻的研究历史、应用现状，特别是微藻生物反应器以及作为新型可再生能源的微藻柴油作了简要综述。

关键词：微藻、生物反应器、微藻柴油Microalgae and Its Research Progress in BioreactorZhang Lin-cun Biotech0911 0920212115Abstract: Bioreactor is a revolution in large scale culture of microalgae. It makes the efficient, large scale production of microalgae possible. This paper makes a brief summary about the study history and the current application of microalgae, especially the bioreactor of microalgae and a new renewable energy——microalgae biodiesel.Keywords: microalgae, bioreactor, microalgae biodiesel微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养单细胞生物，是地球上最早诞生的重要生命类群，不少种类有数万年甚至十亿年发展的演化。

也是地球有机资源的初级生产力。

迄今已知的藻类约有3万余种，其中微藻约占70％。

藻类不仅富含蛋白质、脂肪和碳水化合物这三大类人类所必需的物质，而且还含有各种氨基酸、维生素、抗生素、高不饱和脂肪酸以及其它多种生物活性物质，是人类向海洋索取食品、药品、生化试剂、精细化工产品、燃料以及其它材料的一种重要途径。

植物组织培养技术应用研究进展一、概述植物组织培养技术，作为一种在无菌条件下，通过人工操作将离体的植物组织、细胞或器官培养在适当的培养基上，以进行繁殖或生产次生代谢产物的生物技术，自20世纪初诞生以来，已经取得了显著的进展。

该技术的出现不仅极大地推动了植物科学研究的深入，也为农业、林业、园艺、医药等领域的发展带来了革命性的变革。

近年来，随着生物技术的不断发展，植物组织培养技术也得到了不断的优化和创新。

从培养基的改良、外源激素的应用到基因工程的介入，植物组织培养技术已经逐步从传统的形态学观察迈向了分子水平的研究。

同时，该技术在植物脱毒、快速繁殖、遗传转化、次生代谢产物生产等方面也取得了显著的应用成果，为现代农业和生物产业的发展提供了强有力的技术支撑。

尽管植物组织培养技术已经取得了显著的进展，但仍存在许多亟待解决的问题和挑战。

例如，如何提高培养效率、优化培养条件、减少培养过程中的污染和变异等，都是当前植物组织培养技术面临的重要问题。

进一步加强植物组织培养技术的研究和应用，不仅有助于推动植物科学研究的深入，也将为农业、林业、园艺、医药等领域的发展注入新的活力。

本文旨在综述近年来植物组织培养技术应用的研究进展，重点介绍该技术在植物脱毒、快速繁殖、遗传转化、次生代谢产物生产等方面的应用成果，同时探讨当前存在的问题和挑战，以期为植物组织培养技术的进一步发展和应用提供参考和借鉴。

1. 植物组织培养技术的定义与重要性植物组织培养技术，又被称为植物细胞工程或植物离体培养，是一种在无菌条件下，通过人工控制环境，使植物细胞、组织或器官在离体状态下进行再生和分化，最终形成完整植株的现代生物技术。

此技术自20世纪初诞生以来，已逐渐发展成为现代生物技术的重要组成部分，对植物科学研究、农业生产和生物工程等领域产生了深远的影响。

定义上，植物组织培养技术主要涉及到植物细胞的离体培养、脱分化、再分化以及植株再生等多个关键步骤。

离体培养是指将植物组织或细胞从母体中分离出来，在人工控制的环境中进行培养脱分化是指离体细胞失去原有的结构特性和生理功能，转变为具有分生能力的细胞再分化则是指这些分生能力强的细胞进一步分化成具有特定形态和功能的细胞或组织通过适宜的培养条件和调控手段，这些细胞或组织能够再生成为完整的植株。

植物转基因技术及其应用摘要:综合介绍了植物转基因的主要技术与其在各个领域的主要应用；对转基因植物的安全性进行了一些讨论，并对植物转基因技术的发展前景进行了展望。

自1983 年第一株转基因植物问世以来,转基因植物的研究和应用在世界各国蓬勃开展。

所谓转基因植物就是植物细胞或组织经遗传转化后,进行组织培养长出愈伤组织,再经诱导所分化出来的完整植株。

转基因可以使优良的生物基因在不同种生物之间进行交流, 从而弥补单一生物种类中的遗传资源不足,丰富种质库。

转基因植物的研究在目前的生物技术领域中最为活跃,具有十分广泛的应用前景。

1. 植物转基因技术1.1 土壤农杆菌介导转化技术革兰氏阴性菌根瘤农杆菌是一种植物病原菌,通常只能感染双子叶植物的受伤部位。

农杆菌携带一种称为Ti 的质粒,该质粒含有一段NDA ,称T-DNA(transfer-DNA) ,它能转移并整合到植物组织中,并导致冠瘿瘤的形成。

不含有Ti 质粒的土壤农杆菌不能诱导冠瘿瘤产生。

利用Ti 质粒对植物进行遗传转化的最基本方法是将目的DNA 片段插入T-DNA 区,然后通过土壤农杆菌和Ti 质粒将其送入受体植物并整合到植物细胞的基因组内,使之得到遗传转化。

2 土壤农杆菌介导的基因转移是目前最常用的获得转基因植物的方法。

由于近几年来在载体系统和转化方法上的不断完善,土壤农杆菌介导的基因转移不仅局限于其天然寄主双子叶植物范围内,在转化水稻、玉米和小麦等单子叶植物上也取得了重大的突破。

例如,Ishida 等1996 年在玉米上获得了 5 %～30 %的转化率,Hiei 等1994年在水稻上获得了29 % 的转化率。

就目前的情况看,土壤农杆菌介导的基因转化关键在于找到合适的组织培养和再生技术。

1.2基因枪技术由于土壤农杆菌转化技术在单子叶植物上的局限性,目前,多数研究者倾向于使用基因枪技术对单子叶植物进行转化。

基因枪技术1987 年由Sanford 等人发明,是目前最有前途的植物DNA 转移系统之一。

青蒿素的合成生物学研究进展一、本文概述青蒿素，源自菊科植物青蒿（Artemisia annua L.），是一种具有显著抗疟活性的天然产物，自20世纪70年代被发现以来，已成为全球抗击疟疾的重要武器。

然而，青蒿素的天然来源有限，化学合成成本高昂，且存在环境污染等问题，这使得青蒿素的可持续供应面临挑战。

近年来，随着合成生物学的发展，利用合成生物学方法生产青蒿素成为研究热点。

本文将对青蒿素的合成生物学研究进展进行全面概述，探讨如何利用合成生物学技术提高青蒿素的产量、优化生产过程，以及面临的挑战和未来的发展方向。

本文首先回顾了青蒿素的研究历程和其在全球抗击疟疾中的作用，指出合成生物学在青蒿素生产中的潜在价值和重要性。

随后，综述了目前青蒿素合成生物学研究的主要成果，包括青蒿素生物合成途径的解析、关键酶的发现与改造、以及基于代谢工程的青蒿素高产菌株的构建等。

在此基础上，讨论了合成生物学方法在青蒿素生产中的优势与挑战，如提高青蒿素产量的同时保持其生物活性、优化生产过程的可持续性、以及降低生产成本等。

展望了青蒿素合成生物学研究的未来发展方向，包括利用新兴技术如CRISPR-Cas9基因编辑系统、合成基因组学等进一步提高青蒿素产量和质量，以及推动青蒿素合成生物学技术的产业化应用。

二、青蒿素生物合成途径解析青蒿素是一种具有高效抗疟活性的天然产物，其独特的化学结构和强大的生物活性使其成为全球公共卫生领域关注的焦点。

为了深入理解青蒿素的生物合成机制并进一步提高其产量，科学家们对青蒿素的生物合成途径进行了详尽的解析。

青蒿素的生物合成起始于异戊烯基焦磷酸（IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸（DMAPP），这两个分子在甲羟戊酸途径（MVA途径）或2-C-甲基-D-赤藓糖醇4-磷酸途径（MEP途径）中生成。

随后，通过一系列酶促反应，包括预青蒿酸合成酶、青蒿酸合成酶和青蒿素合成酶等，逐步转化为青蒿素的前体物质青蒿酸。

青蒿酸经过青蒿素合成酶的催化，形成青蒿素。

生物反应器技术的应用在现代生物科技领域，生物反应器是一个至关重要的工具，它是一种能够模拟自然界生物过程的人造设备，用来培养、维持生物体、微生物、细胞等生物材料的种植和发育的机器。

在近年来，随着生物工程技术的发展和应用，生物反应器已经成为一种重要的科技手段，被广泛应用于生物基因工程、微生物发酵、制药等领域，对人类健康事业、食品生产等多个方面产生了深刻的影响。

生物反应器概述生物反应器是一种工程设备，其功能是提供一种适宜的环境和场所，使生物体、微生物、细菌等生物材料能够正常生长和发育。

生物反应器的主要部件包括反应器本体、搅拌器、气体增加装置、离心机等。

反应器本体的构成主要包括反应器柱体、反应器罩和反应器轴等，通常是由不锈钢或其他材质制成，具有高强度、不易生锈的特点。

搅拌器则能够提供足够的氧气和营养物质，以促进生物体或微生物的增殖，从而实现她们的长期生长与发育。

气体增加装置则能够根据反应器内气体的需要自动进行释放气体或增加压力，从而保证反应器内的恒定气体环境，提高反应器的工作效率和稳定性。

离心机则是对生物反应器中培养好的细胞、微生物等生物材料进行离心分离，分离其有效成分，并将其提取出来，用于后续的生产加工、分析等操作。

生物反应器分类按照生物反应器中介质物质不同分类，可以将生物反应器分为液体生物反应器和固体生物反应器，其中液体生物反应器应用更为广泛。

液体生物反应器主要应用于细胞、蛋白质等大分子物质的培养，以及微生物发酵等领域。

按照反应器的体积大小，液体生物反应器通常可以分为微型反应器、小型反应器、中型反应器和大型反应器等。

微型反应器的体积通常不到1毫升，主要用于在实验室中进行生物材料的初步筛选，小型反应器一般在1~100升之间，主要用于生产中较小批量的生物材料生产。

中型反应器的体积在100~5000升之间，主要用于中等批量的生物材料生产，以及研究性项目中的规模制备。

大型反应器的体积在5000~30000升之间，主要用于工业规模生产，能够应对大规模生产所需的产出量。