植物细胞(组织)培养反应器

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。

生物反应器概念
生物反应器（Bioreactor）是一个用于培养生物细胞、组织或其他生物实体以生产生物产品的系统。

它是一个封闭的、可控制环境参数的设备，能够提供适宜生物生长和代谢的物理和化学环境。

这些环境参数包括但不限于温度、pH值、溶解氧、营养物质供应、代谢废物移除等。

生物反应器有很多种类型，包括传统的酵母或细菌培养的发酵罐、哺乳动物或植物细胞培养的悬浮培养器、固定化细胞或酶的固定床反应器，以及用于培养组织的生物反应器。

每种类型的生物反应器都有其特殊的设计和操作要求，以满足特定生物实体的生长和生产需要。

生物反应器在许多领域都有应用，如制药、食品和饮料、生物技术、农业、环境工程等。

例如，制药工业中，生物反应器常被用于生产抗体、疫苗、细胞疗法产品等；在环境工程中，生物反应器则常被用于处理废水或其他废物。

植物组织培养技术及其应用植物组织培养是在植物细胞具有全能性的理论的基础上发展起来的一项无性繁殖新技术。

植物组织培养技术指从植物体分离出符合需要的细胞、组织、器官或原生质体等，无菌条件下在适当的培养基上（水、矿质元素、蔗糖、维生素、有机添加物和植物激素等），通过人工控制进行培养，以获得再生的完整植株或生产上具有经济价值的其他产品的技术。

■一、植物组织培养的原理、基本过程及应用1.原理：细胞全能性。

2.基本过程：外植体→愈伤组织→胚状体→新植物体。

将已消毒的材料，在无菌的环境下，剥去芽的鳞片、嫩枝的外皮和种皮胚乳等，切成小片制成外植体；外植体中的活细胞经诱导，恢复其潜在的全能性，转变为分生细胞，继而其衍生的细胞分化为薄壁组织而形成愈伤组织；这些细胞继续分裂和分化形成胚状体，最后生长成为一株新植物体。

整个过程要确保无菌条件，并调节温度、营养、激素等因素以满足植物组织培养的需要。

3.应用：植物组织培养技术已广泛应用于快速繁殖某些稀有植物或有较大经济价值的植物；使用组织培养法获得脱毒苗已经在草莓、葡萄、康乃馨等获得成功，产生了明显的经济效应；人们还利用植物组织培养技术进行植物种质资源的保存、挽救濒临灭绝的植物；甚至，通过花药和花粉培养获得单倍体植株、缩短育种年限。

■例1紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。

用植物组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素。

下图记录了生物反应器中紫草细胞产量、紫草素产量随培养时间发生的变化。

（1）在生产前，需先加入紫草细胞作为反应器中的“种子”。

这些“种子”是应用组织培养技术，将紫草叶肉细胞经过_________而获得的。

这项技术的理论基础是__________。

（2）从图中可以看出：反应器中紫草细胞的生长呈现____________规律；影响紫草素产量的因素是__________和___________。

（3）在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是__________________和___________________________。