陳永偉，張樂晶

（新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003）

植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的種類特點(diǎn)及展望

陳永偉，張樂晶

（新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003）

生物反應(yīng)器應(yīng)用于植物細(xì)胞培養(yǎng)，不僅打破了地域條件的約束，而且可以通過人為的方式進(jìn)行干預(yù)，為植物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)進(jìn)行系統(tǒng)化與人工化的養(yǎng)殖，為植物細(xì)胞的新陳代謝創(chuàng)造了一個(gè)有利的條件，是目前植物細(xì)胞培養(yǎng)工作的研究熱點(diǎn)。在介紹植物細(xì)胞培養(yǎng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)適用于植物細(xì)胞培養(yǎng)的各種不同類型的生物反應(yīng)器的工作原理，以及存在的不同優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)進(jìn)行了介紹與對(duì)比分析，提出了對(duì)未來植物細(xì)胞培養(yǎng)的發(fā)展特點(diǎn)與發(fā)展展望，為后期植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的選擇與改進(jìn)提供參考依據(jù)。

植物細(xì)胞；生物反應(yīng)器；種類特點(diǎn)；發(fā)展前景

推動(dòng)優(yōu)良植物材料的繁育、純天然藥物的開發(fā)，以及保護(hù)稀缺植物資源，是植物細(xì)胞培育的研究重點(diǎn)。大規(guī)模地進(jìn)行天然植物功效以及相關(guān)成分含有量的研究，以滿足日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需要。通過對(duì)不同的生物反應(yīng)器進(jìn)行研究，創(chuàng)造植物細(xì)胞最佳生長(zhǎng)與新陳代謝的環(huán)境，不斷縮短培育與發(fā)展的周期，為植物細(xì)胞工業(yè)化的發(fā)展提供一個(gè)有力的條件。本文針對(duì)植物細(xì)胞的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)用于不同植物細(xì)胞培養(yǎng)中的不同種類生物反應(yīng)器的功能進(jìn)行研究，提出了未來植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的發(fā)展趨勢(shì)與展望。

1 植物細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)

植物細(xì)胞的培養(yǎng)是指在細(xì)胞離開生命體的前提下，以單個(gè)細(xì)胞體或者若干個(gè)細(xì)胞體為單位進(jìn)行植物組織培養(yǎng)的方式[1]。這種植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)不會(huì)受到外界環(huán)境等一系列客觀因素的影響，實(shí)現(xiàn)了短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)，以便于后期的研究發(fā)展與應(yīng)用。與動(dòng)物細(xì)胞相比，植物細(xì)胞可以實(shí)現(xiàn)懸浮生長(zhǎng)，可以進(jìn)行大規(guī)模的培養(yǎng)，但是植物細(xì)胞新陳代謝活動(dòng)的頻率較低，次生物質(zhì)的合成與積累需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，生長(zhǎng)速度慢，所以具有較高的要求。

此外，植物細(xì)胞需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程進(jìn)行生長(zhǎng)，要想在無干擾前提下實(shí)現(xiàn)植物細(xì)胞的無菌培養(yǎng)則會(huì)面臨很大的難度。在培養(yǎng)的過程中很容易因?yàn)橥饨绛h(huán)境的干擾導(dǎo)致細(xì)胞體的變異。植物細(xì)胞在懸浮培養(yǎng)過程中對(duì)氧氣的需求量較大，但是由于植物細(xì)胞培養(yǎng)在后期會(huì)因?yàn)槊芏容^大、黏稠度高，使氧氣的傳輸受到阻礙。最后，由于植物細(xì)胞經(jīng)常會(huì)形成團(tuán)狀，難以攪拌，阻礙了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的傳輸。

2 植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的種類與特點(diǎn)

2.1 攪拌式生物反應(yīng)器

機(jī)械的攪拌是通過攪拌產(chǎn)生的漩渦加以混合，這就是攪拌式生物反應(yīng)器的特點(diǎn)。其具有可操作性范圍大、混合程度高、營(yíng)養(yǎng)傳播均勻、適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，在植物組織培養(yǎng)以及轉(zhuǎn)基因技術(shù)等生產(chǎn)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，攪拌式生物反應(yīng)器速度越快，頂部氣泡破碎的速度也就越快，產(chǎn)生了很強(qiáng)的剪切力，對(duì)脆弱的植物細(xì)胞會(huì)造成很大的傷害，所以這種攪拌式生物反應(yīng)器不適用于敏感植物細(xì)胞的研究與應(yīng)用[2]。

2.2 非攪拌式生物反應(yīng)器

與傳統(tǒng)的攪拌式生物反應(yīng)器相比較而言，這種非攪拌式生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的剪切力更小，適用于植物細(xì)胞的培養(yǎng)。非攪拌式生物反應(yīng)器包括氣升式生物反應(yīng)器、鼓泡式生物反應(yīng)器和轉(zhuǎn)鼓式生物反應(yīng)器[3]。

氣升式生物反應(yīng)器：通過在培養(yǎng)皿外裝一個(gè)上升管，讓兩端連接最頂部與最底端，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。通過氣體的循環(huán)，保證良好的傳質(zhì)效果。

鼓泡式生物反應(yīng)器：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)密閉，氣體從底部通過一個(gè)噴嘴穿過液池來實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的傳遞與物質(zhì)的傳播，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的無菌操作。這種生物反應(yīng)器較適用于植物細(xì)胞的培養(yǎng)。

轉(zhuǎn)鼓式生物反應(yīng)器：與其他的生物反應(yīng)器相比較，這種反應(yīng)器可以在低能耗與低剪切力的前提下，為植物細(xì)胞培養(yǎng)提供更充足的氧氣，有效地避免了細(xì)胞貼壁現(xiàn)象的發(fā)生，較適用于高密度的植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)。

3 對(duì)于植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的展望

植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)取得了較大的進(jìn)步，但是在實(shí)際的生產(chǎn)與實(shí)踐中還存在著許多問題。

要加強(qiáng)對(duì)培養(yǎng)過程中植物細(xì)胞生理特性的研究，在實(shí)用性方面加強(qiáng)對(duì)生物反應(yīng)器生理特點(diǎn)的研究，為植物細(xì)胞培養(yǎng)工作取得根本的突破。在對(duì)生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，考慮到其對(duì)供養(yǎng)條件與剪切條件的影響，應(yīng)建立一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)，促使植物細(xì)胞培養(yǎng)朝著一個(gè)更好的方向發(fā)展。

對(duì)植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器如何實(shí)現(xiàn)連續(xù)培養(yǎng)進(jìn)行研究，為后期的大規(guī)模培養(yǎng)建立一個(gè)有利的條件。需要通過大量的試驗(yàn)，確定所用植物細(xì)胞最具有優(yōu)勢(shì)的生存環(huán)境，為大規(guī)模的生產(chǎn)提供一個(gè)更便利的條件。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著植物細(xì)胞生物反應(yīng)器研究水平的不斷提高，可以更有效地將植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域，為選用藥物的穩(wěn)定性與提高產(chǎn)量提供有利保障。

[1] 申斕,周愛東,吳小芹.植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的種類特點(diǎn)及展望[J].中國(guó)生物工程雜志,2015,35(08):109-115.

[2] 谷榮輝,洪利亞,龍春林.植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)次生代謝物的途徑[J].植物生理學(xué)報(bào),2013,49(09):869-881.

[3] 羅凱,胡廷章,羅建平.植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物的研究進(jìn)展[J].時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥,2007(10):2 338-2 340.

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