【精品课件】植物细胞和动物细胞和培养反应器
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植物细胞和动物细胞培养反应器
1、比较植物、动物、微生物细胞的结构和生理特点。
性质动物细胞植物细胞微生物细胞大小10-100um 比微生物细胞大10um代谢调节方式内部和激素内部和激素内部营养要求很苛刻苛刻宽松可利用多种底物生长速率倍增时间一般为12-60h 倍增时间一般为0.5-2h机械强度最差，缺乏保护性细胞壁差差，抗剪能力弱较好环境适应性很差差好粘附性贴壁生长细胞团形式悬浮分离2、描述植物细胞、动物细胞生物反应器的共性。
各有何优缺点。
都需要满足动植物细胞抗剪切力弱，营养要求苛刻，培养条件严格，要求较高传质效率的特性；悬浮培养生物反应器反应器优点缺点机械搅拌式反应器（悬浮式）能够获得较高的溶氧系数剪切力大通气搅拌式反应器（悬浮式）避免向培养基直接通气时气泡损伤细胞，没有移动部件，密封好，氧转换率较高，便于放大氧传递系数小，气路系统不能就地灭菌气升式培养反应器（悬浮式）湍流温和均匀剪应力小，完全密封，便于无菌操作，氧的转换率高，便于放大生产填充床生物反应器（固定化）单位体积固定细胞量大混合效果差，使溶氧、pH、温度控制、气体的排出较难流化床生物反应器（固定化）小颗粒传质特性良好剪切力和颗粒碰撞会损坏固定化细胞膜式（中空纤维）反应器（固定化）良好的传质性能，满足细胞贴壁生长的特性；培养器体积小，细胞密度高；产物纯度高；自动化程度高；可重复使用成本高微载体悬浮培养系统比表面积大；生长条件易控制且易放大，兼贴壁与悬浮培养的优势，取样方便；易于分离微囊培养系统小颗粒传质特性良好；科技含量较高结构复杂3、你认为最适合于植物细胞、动物细胞培养的生物反应器、培养方法及操作方式，并说明其理由。
动物细胞和植物细胞培养反应器
六叶罗式搅拌器实物图
后来，有人使用锚式搅拌器和螺旋式搅拌器进行植物细胞的培养，
也取得了较好的效果。一般认为螺旋式搅拌器效果最优。
锚式搅拌器和螺旋搅拌器植物细胞培养反应器
吸筒式搅拌器和帆式搅拌器也常用于植物细胞的悬浮培养中， 其结构如下图所示。吸筒式搅拌器的结构原理在本章动物细胞培养 反应器中会有详细介绍，帆式搅拌器结构相对简单，由四片较大的 搅拌叶组成。这两种搅拌在使用时转速都不高，一般在30～80转/分。
吸管式搅拌器和帆式搅拌器
搅拌桨是用尼龙丝编织带制成帆形，搅拌轴用磁力驱动旋转， 转速为20~50r/min，氧气通过插入溶液中的硅胶管扩散到培养 液内，以维持培养液内一定的溶解氧水平。
带帆形搅拌器的连续灌注系统培养反应器
/sbs.asp?id=118
第
三
章
植物细胞和动物细胞 培 养 反 应 器
动植物细胞培养与微生物细胞培养有很大的不同。 动物细胞培养与微生物培养区别： • 动物细胞无细胞壁，且大多数哺乳动物细胞附着在固体或半固 体的表面才能生长；对营养要求严格，除氨基酸、维生素、盐类、 葡萄糖或半乳糖外，还需有血清。动物细胞对环境敏感，包括pH、 溶氧、温度、剪切应力都比微生物有更严的要求，一般须严格的监 测和控制。 植物细胞培养与微生物培养区别： • 植物细胞对营养要求较动物细胞简单。但由于植物细胞培养一 般要求在高密度下才能得到一定浓度的培养产物，以及植物细胞生 长较微生物要缓慢，长时间的培养对无菌要求及反应器的设计也提 出特殊的要求。
悬浮培养瓶
小规模悬浮培养
3、固定化培养：是指采用吸附（固体吸附剂）、共价贴附 （与固相载体结合）、共价交连（用试剂处理使细胞间形 成桥而絮结）、包埋（将细胞包埋在多孔材料内）等方法 将细胞固定在支持物上，或将细胞嵌入微囊或高分子聚合 物的网络中进行培养。该方法对贴壁依赖性细胞与非贴壁 依赖性细胞均适用。
动物细胞和植物细胞培养反应器55页PPT
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
动物细胞和植物细胞培养反 应器
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
动物细胞和植物细胞培养反 应器
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
植物细胞及动物细胞培养反应器
(二)、气升式 ▓ 流程
▓ 特点：没有移动部件、完全密封、便 于无菌操作、不易染菌、设计简单、 便于放大、氧转换率高。
(三)、中空纤维细胞培养反应器
1 、 流 程
2、反应器结构：器壁，中空纤维(聚矾或 丙烯，几千根)，管壁厚50-75，直径 200微米。 3、用途：既可培养悬浮细胞又可培养贴 壁依赖性细胞。 4、特点：培养器体积小、细胞高密度生 长， 浓缩产品、产物纯度高，自动化程度高， 生长周期长，但耗材贵。
一、动物细胞培养方法 1、贴壁培养：如滚瓶、微载体(60-250微米) 2、悬浮培养；用于非贴壁细胞 3、固定化培养：两者都适用 二、细胞培养方式 1、分批式 2、流加式 3、半连续式 4、连续式 5、灌注式
三、大规模 培养反应器 (一)、通气 搅拌式 ▓ 结构 ▓ 工作过程
▓ 特点：笼式通气 搅拌器可避免通气 时气泡损伤细胞， 微载体不会滞留在 气液界面，流体 混合效果好。但 氧传递系数小，不能 满足高密度培养要求， 气路系统不能就地 灭菌
第一节 植物细胞培养反应器 一、植物细胞培养特点 ▓ 比微生物大 ▓ 培养液黏度与细胞量关系大 ▓ 氧需要量小，CO2对细胞有利 二、植物细胞反应器 机械搅拌 悬浮培养 非机械搅拌 种类 填充床反应器 固定化细胞培养 流化床反应器 膜反应器
(一)、悬浮培养反应器 1、机械搅拌式 ▓ 流程
▓ 反应器结构 与微生物通风罐相似 不同之处：搅拌器为平叶、大平叶、螺旋型 ▓ 特点：溶质混合均匀、K La高(大于100h-1， 一般仅需5~20 h-1)，通气量小，但对细胞的剪 切力大，功率消耗大，因轴封问题密封性差。 2、非机械搅拌式
▓ 流程
▓ 反应器结构 ▓ 反应器特点：无搅拌不易染菌，但混合不匀， 结构简单、传氧效率高，剪切力小。
植物细胞和动物细胞PPT课件
1、学习制作临时装片的基本方法； 2、认识植物细胞的基本结构； 3、练习画细胞结构图。
用具：略
方法步骤：
一、制作洋葱鳞片叶表皮细胞临时装片 准备； 制作； 染色。
二、观察临时装片；
三、练习画细胞结构简图。
排序
2、制作步骤
准备
1、用洁净的纱布 把载玻片和盖玻片 擦拭干净
2、把载玻片放在试验 台上，用滴管在载玻片
另一侧吸引，使染液浸润
标本的全部。
洋葱表皮细胞
植物细胞临时装片的制作和观察：
擦 →滴→撕→展→盖→染→吸
1 擦：擦拭载玻片和盖玻片
2 滴：用滴管在载玻片中央滴一滴清水 3 撕：用镊子从洋葱鳞片内表皮叶上撕取一块 4 展：展平放于水滴中央 5 盖：盖盖玻片，从水滴一边逐渐放下，
防止产生气泡
6 染：把一滴碘液滴在盖玻片的一侧 7 吸: 用吸水纸从盖玻片的另一侧吸引,
压 D让盖玻片的一边接触载玻片的水滴，轻轻
地平放
2、植物细胞中，具有支持和保护细胞作用的结 构是（ A ）
A细胞壁 B细胞膜 C细胞质 D细胞核 3、植物细胞的结构由外向里依次是（ B） A细胞膜、细胞壁、细胞核、细胞质 B细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核 C细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质 D细胞壁、细胞核、细胞膜、细胞质
盖
盖上盖玻片
染
染色（用稀碘液）
吸 用吸水纸从盖玻片另一侧吸引
评
三、观察临时装片
价
这些不同形状的都是人体或动物体的细胞，你能
看出
与 它们有相同的结构吗？
归 纳
肌肉细胞
人口腔上皮细胞
神经细胞
探 究
分组讨论：
二
动物细胞与植物细胞有 什么相同和不同之处？
用具：略
方法步骤：
一、制作洋葱鳞片叶表皮细胞临时装片 准备； 制作； 染色。
二、观察临时装片；
三、练习画细胞结构简图。
排序
2、制作步骤
准备
1、用洁净的纱布 把载玻片和盖玻片 擦拭干净
2、把载玻片放在试验 台上，用滴管在载玻片
另一侧吸引，使染液浸润
标本的全部。
洋葱表皮细胞
植物细胞临时装片的制作和观察：
擦 →滴→撕→展→盖→染→吸
1 擦：擦拭载玻片和盖玻片
2 滴：用滴管在载玻片中央滴一滴清水 3 撕：用镊子从洋葱鳞片内表皮叶上撕取一块 4 展：展平放于水滴中央 5 盖：盖盖玻片，从水滴一边逐渐放下，
防止产生气泡
6 染：把一滴碘液滴在盖玻片的一侧 7 吸: 用吸水纸从盖玻片的另一侧吸引,
压 D让盖玻片的一边接触载玻片的水滴，轻轻
地平放
2、植物细胞中，具有支持和保护细胞作用的结 构是（ A ）
A细胞壁 B细胞膜 C细胞质 D细胞核 3、植物细胞的结构由外向里依次是（ B） A细胞膜、细胞壁、细胞核、细胞质 B细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核 C细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质 D细胞壁、细胞核、细胞膜、细胞质
盖
盖上盖玻片
染
染色（用稀碘液）
吸 用吸水纸从盖玻片另一侧吸引
评
三、观察临时装片
价
这些不同形状的都是人体或动物体的细胞，你能
看出
与 它们有相同的结构吗？
归 纳
肌肉细胞
人口腔上皮细胞
神经细胞
探 究
分组讨论：
二
动物细胞与植物细胞有 什么相同和不同之处？
动物细胞培养反应器PPT课件
动物细胞培养反应器
• 中空纤维细胞培养反应器
第17页，共24页。
动物细胞培养反应器
• 中空纤维细胞培养反应器 优点：
① 培养体积小，细胞高密度生长；
② 有浓缩产品的功能； ③ 产物纯度高；
④ 自动化程度高，细胞生长周期长。
缺点：
中空纤维价格昂贵，生产成本高。
第18页，共24页。
动物细胞培养反应器
第7页，共24页。
细胞培养的操作方式
无论是贴壁细胞还是悬浮细胞，深层培养的操作方式可分 分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式。
• 分批式操作
操作简单、是最常用的操作方式。分批式培养过程中，细胞的生长 可分为延迟期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期
分批式培养细胞生长曲线
第8页，共24页。
细胞培养的操作方式
2. 动物细胞较微生物大得多，无细胞壁，机械强度低，适应环境能 力差；
3. 培养过程需氧量少，且不耐受强力通风与搅拌；
4. 在机体中，细胞相互粘连以集群形式存在；
5. 培养过程产物分布于细胞内外，成本高，产品价格昂贵； 6. 大规模培养时，不可套用微生物反应的经验；
7. 原代培养细胞一般繁殖50代即退化死亡。
• 微载体细胞培养反应器
第22页，共24页。
动物细胞培养反应器
• 微载体细胞培养反应器
第23页，共24页。
动物细胞培养反应器
• 微载体细胞培养反应器
微载体系统培养动物细胞的优点：
⑴比表面积大，单位体积培养培养基细胞产率高; ⑵微载体悬浮于培养基中，细胞生长环境均一，简化了这些环境因素 的检测和控制;
2.抗HBsAS的单克隆抗体生产工艺流程
大鼠骨髓瘤＋免疫大鼠脾淋巴细胞 融合 融合混合物 筛选
《植物细胞 组织 培养反应器》PPT课件
✓ 光生物反应器
Special lecture notes
植物细胞培养反应器
➢ 固定化细胞生物反应器
✓ 填充床反应器
✓ 流化床反应器
→ 出口
↑
进口
Special lecture notes
植物细胞培养反应器
✓ 流化床反应器
Special lecture notes
植物细胞培养反应器
✓ 流化床反应器
替代者
供货商的品牌或价格特色；
供地货位商 ；的 供战货略商中之本间企的业关的系；供应商
从供货商之间转移的成本
竞争者
新进 入者
客户
本企业的部件或原材 料产品占买方成本的 比例；各买方之间是 否有联合的危险；本 企业与买方是否具有 战略合作关系
进入本行业有哪些壁垒？它们阻 碍新进入者的作用有多大？本企 业怎样确定自己的地位（自己进 入或者阻止对手进入）？
✓ 浅层循环式植株快速繁殖器
✓ 双层板径向流生物反应器
Special lecture notes
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
↑排气
进气
植物细胞培养的应用Special lecture notes
➢ 植物细胞的生产
✓ 西洋参细胞培养
乙醇消毒
诱导培养
悬浮培养
大量培养
➢ 悬浮培养生物反应器
✓ 机械搅拌式反应器
Stirred Tank Bioreactors
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：剪切力大。
植物细胞培养反应器Special lecture notes
✓ 机械搅拌式反应器
Special lecture notes
植物细胞培养反应器
➢ 固定化细胞生物反应器
✓ 填充床反应器
✓ 流化床反应器
→ 出口
↑
进口
Special lecture notes
植物细胞培养反应器
✓ 流化床反应器
Special lecture notes
植物细胞培养反应器
✓ 流化床反应器
替代者
供货商的品牌或价格特色；
供地货位商 ；的 供战货略商中之本间企的业关的系；供应商
从供货商之间转移的成本
竞争者
新进 入者
客户
本企业的部件或原材 料产品占买方成本的 比例；各买方之间是 否有联合的危险；本 企业与买方是否具有 战略合作关系
进入本行业有哪些壁垒？它们阻 碍新进入者的作用有多大？本企 业怎样确定自己的地位（自己进 入或者阻止对手进入）？
✓ 浅层循环式植株快速繁殖器
✓ 双层板径向流生物反应器
Special lecture notes
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
↑排气
进气
植物细胞培养的应用Special lecture notes
➢ 植物细胞的生产
✓ 西洋参细胞培养
乙醇消毒
诱导培养
悬浮培养
大量培养
➢ 悬浮培养生物反应器
✓ 机械搅拌式反应器
Stirred Tank Bioreactors
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：剪切力大。
植物细胞培养反应器Special lecture notes
✓ 机械搅拌式反应器
《植物细胞和动物细胞PPT课件》
2、把载玻片放在试验 台上，用滴管在载玻片 的中央滴一滴清水。
3、用镊子从洋葱鳞
片叶内侧撕取一小块 透明薄膜内表皮。
4、把撕下的内表皮 浸入载玻片的水滴中， 用镊子把它展平。
5、用镊子夹起盖玻片， 使它的一边先接触载玻 片上的水滴，然后缓缓 地放下，盖在要观察的 材料上。
思考：这样做的原因？
染色步骤
6、清洗青菜时，冷水没有变成青菜汤，而把青 菜放入沸水中煮一下，就变成了青菜汤，这是因 为活细胞中的某种结构阻止了物质外流，则这种 结构是（ B ） A细胞核 B细胞膜 C细胞壁 D细胞质
学习目标：
1、认识动物细胞的基本结构。
2、制作和观察人的口腔上皮细胞 的临时装片。 3、了解动植物细胞结构有哪些异 同。
观察人的口腔上皮细胞实验步骤：
一、制作临时装片 擦净载玻片和盖玻片 擦 滴 刮 涂
滴加1——2滴生理盐水
用牙签取口腔内侧壁细胞
放在载玻片上的生理盐水滴中涂抹几下 盖上盖玻片 染色（用稀碘液） 用吸水纸从盖玻片另一侧吸引
盖
染 吸
评 价
三、观察临时装片
这些不同形状的都是人体或动物体的细胞，你能 看出 它们有相同的结构吗？
2、植物细胞中，具有支持和保护细胞作用的结 构是（ A ） A细胞壁 B细胞膜 C细胞质 D细胞核 3、植物细胞的结构由外向里依次是（ B） A细胞膜、细胞壁、细胞核、细胞质 B细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核 C细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质 D细胞壁、细胞核、细胞膜、细胞质
4、在观察临时装片时，如在视野中看到中央发 亮、周边黑暗的圆圈，该圆圈可能是（ B ） A污物 B气泡 C细胞 D墨水 5、在观察洋葱内表皮细胞时，最容易看到的细 胞结构是（ C ） A细胞膜和细胞质 B细胞壁和细胞质 C细胞壁和细胞核 D细胞壁和细胞膜
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培养过程各参数的变化可写为： d（VX）/ dt = uVX
V---培养液的体积； X--为t时间时的细胞密度； u--为细胞的比生长
流加方式：
(1)无反馈控制流加 (2)反馈控制流加
3、半连续式培养
指在分批式培养的基础上，将 分批培养的培养液部分取出，并补 充加入等量的新鲜培养基，使反应 器内培养液的总体积保持不变。
（1）填充床生物反应器
特点：细胞固定于支撑物表面或内 部，支撑物颗粒堆叠成床，培养基 在床层间流动。 优点：单位体积固定细胞量大。 缺点:混合效果差，使溶氧、pH、 温度控制、气体的排出较难。
（2）流化床生物反应器
特点：利用流体的能量来悬 浮颗粒。
优点：小颗粒传质特性良好。
缺点：剪切力和颗粒碰撞会 损坏固定化细胞。
6、悬浮培养的优点
➢ 增加培养细胞与培养液的接触面 ➢ 及时带走培养物产生的有害代谢产
物 ➢ 保证了氧的充分供应
二 、植物细胞培养反应器
培养方式： 悬浮培养和固定化细胞培养
1、悬浮培养生物反应器
(1)机械搅拌式反应器 优点:是能够获得较高 的溶氧系数。 缺点:剪切力大。
2、固定化细胞生物反应器
三、动物细胞大规模培养反应器
1、通气搅拌式细胞培养反应器
工作原理:反应器运转
时，圆筒以3060r/min的速度转动， 由于离心力的作用，搅 拌器中心管内产生负压， 使搅拌器外培养基流入 中心管，沿管螺旋上升， 再从导流筒口排出，从 搅拌器外沿下降，形成 循环流动。在气腔内气 体由分布管鼓泡，气体 溶于液体中，依靠气腔 丝网外液体的循环流动 及扩散作用，使溶于液 体中的气体成分均匀地 分布到反应器内。
好
2 、 动物细胞与微生物细胞的培养方法比较
表 动物细胞与动物细胞
微生物细胞
PH控制 搅拌速度 溶氧控制 培养基灭菌方法 培养时间 对水纯度的要求
CO2—HCO3缓冲液 较慢
改变进入气体的氧浓度 过滤
几天~3、4周 很高
添加酸、碱 速度快、范围广 改变搅拌速度 、通气量
等 高温蒸煮 几小时~几天
较低
二、动物细胞培养方法
贴壁培养 悬浮培养 固定化培养
1.贴壁培养
是指必须贴附在固体介质表 成上生长 的细胞培养。
2. 悬浮培养 是指细胞在培养器中自由悬浮生长的过程。
3.固定化培养
是既适用于贴壁依赖性细胞，又适用于非 贴壁依赖性细胞的包埋培养方式。
三、细胞培养的操作方式
单克隆抗体 IgG、IgM、IgA等
免疫调节剂 细胞生长因子、干扰素、白细胞活化因子、胸腺 素
酶
胰蛋白酶、尿激酶、胶原酶、胃蛋白酶
激素 生长激素、促红细胞生成素
一 、 动物细胞培养过程的特点
动物细胞培养定义 将动物组织或细胞从机体取出，分散成 单个细胞，给予必要的条件，模拟体内 生长环境，使其在体外继续生长和繁殖。
（3）膜生物反应器
▪ 中空纤维反应器 ▪ 螺线式卷绕反应器
中空纤维反应器：细 胞保留在管外，基 质走管内
螺旋式卷绕反应器： 将固定有细胞的膜 卷成圆柱状
优点：可重复使用， 可以采用较厚的细 胞层
缺点: 投资大
第二节 动物细胞培养反应器
动物细胞培养的产物举例
疫苗
小儿麻痹症疫苗、狂犬疫苗、脑炎疫苗、疱疹疫 苗、风疹疫苗
反应器适用范围 悬浮培养：非贴壁依赖性细胞
和贴壁于微载体的贴壁细胞
反应器的优缺点
优点：避免向培养基 直接通气时气泡 损伤细胞，没有 移动部件，密封 好，氧转换率较 高，便于放大。
4、连续式培养
连续式培养：使反应条件处于一种 恒定状态。
特点：细胞所处环境条件长时间地 稳定
5、灌注培养
灌注培养：是把细胞接种后进行培养，新 鲜的培养液从反应器一头不断加入，从 另一头不断取出等量的培养液，细胞仍 留在反应器内，使细胞处于一种营养不 断的状态。
特点：高密度培养动物细胞
图（生化生产工艺学P221）
培养方式分为： ➢ 分批式 ➢ 流加式 ➢ 半连续式 ➢ 连续式 ➢ 灌注式
1、 分批式培养
分批式培养：指先将细胞和培养液一次性装入反 应器内进行培养，细胞不断生长，产物不断形 成，经一段时间后，终止培养。
特点： ➢ 分批式培养过程的环境随时间变化很大 ➢ 细胞的生长阶段可分为延滞期、对数生长期、
第三章
植物细胞和动物细胞 培养反应器
第一节 植物细胞培养反应器
植物细胞培养：是指在离体条件下将愈伤 组织或其他易分散的组织置于液体培养基 中，将组织振荡分散成游离的悬浮细胞， 通过继代培养使细胞增殖来获得大量细胞 群体的方法。
表1 植物细胞培养和从完整的植物 生产紫草宁的比较
生产方式 完整植物
收获时间 2-3年
3、植物细胞培养过程中的氧传递
➢ 所有植物细胞都是好气性的，需要连续 不断地供氧。
➢ 二氧化碳的浓度对细胞的生长也相当重
要。
4、泡沫和表面粘附性
气泡较大，覆盖有蛋白质和粘多糖， 粘性大，易粘附于培养液表面以上的器 壁上
5、悬浮细胞的生长与增殖
细胞数量随时间的变化曲线呈现 “S”形。
细胞生长经历：延迟期、对数生长 期、直线生长期、减慢期和静止期。
紫草宁浓度 （%干重）
1-2
植物细胞培
21天
14
养
一、植物细胞培养过程的特点
1、培养液中植物细胞的特性 ➢ 植物细胞比微生物细胞大 ➢ 植物细胞通常以细胞数在2-200之间、直径
为2mm左右的非均相集合细胞团方式存在 ➢ 植物细胞抗剪能力弱
2、细胞培养液的流变学性质
植物细胞培养液的粘度随着细胞 浓度的增加而显著上升
1、动物细胞与微生物细胞的性质比较
表 动物细胞与微生物细胞的性质比较
性质
动物细胞
微生物细胞
大小 代谢调节方式
营养要求 生长速率 机械强度 环境适应性
10-100um 内部和激素
苛刻 倍增时间一般为12-60h 很差，缺乏保护性细胞壁
差
10um 内部 宽松，可利用多种底物 倍增时间一般为0.5-2h 较好
减速期、平稳期和衰退期。
(3)在分批培养过程中,与细胞的生长、代 谢相关的主要参数有
细胞密度及其比生长速率 限制性营养物质及其比消耗速率 产物浓度及其比生长速率 抑制物浓度
2、流加式培养
特点：
可避免某种营养成分的初始浓度过高； 能防止营养成分在培养过程中被耗尽； 整个过程反应体积是变化的。
V---培养液的体积； X--为t时间时的细胞密度； u--为细胞的比生长
流加方式：
(1)无反馈控制流加 (2)反馈控制流加
3、半连续式培养
指在分批式培养的基础上，将 分批培养的培养液部分取出，并补 充加入等量的新鲜培养基，使反应 器内培养液的总体积保持不变。
（1）填充床生物反应器
特点：细胞固定于支撑物表面或内 部，支撑物颗粒堆叠成床，培养基 在床层间流动。 优点：单位体积固定细胞量大。 缺点:混合效果差，使溶氧、pH、 温度控制、气体的排出较难。
（2）流化床生物反应器
特点：利用流体的能量来悬 浮颗粒。
优点：小颗粒传质特性良好。
缺点：剪切力和颗粒碰撞会 损坏固定化细胞。
6、悬浮培养的优点
➢ 增加培养细胞与培养液的接触面 ➢ 及时带走培养物产生的有害代谢产
物 ➢ 保证了氧的充分供应
二 、植物细胞培养反应器
培养方式： 悬浮培养和固定化细胞培养
1、悬浮培养生物反应器
(1)机械搅拌式反应器 优点:是能够获得较高 的溶氧系数。 缺点:剪切力大。
2、固定化细胞生物反应器
三、动物细胞大规模培养反应器
1、通气搅拌式细胞培养反应器
工作原理:反应器运转
时，圆筒以3060r/min的速度转动， 由于离心力的作用，搅 拌器中心管内产生负压， 使搅拌器外培养基流入 中心管，沿管螺旋上升， 再从导流筒口排出，从 搅拌器外沿下降，形成 循环流动。在气腔内气 体由分布管鼓泡，气体 溶于液体中，依靠气腔 丝网外液体的循环流动 及扩散作用，使溶于液 体中的气体成分均匀地 分布到反应器内。
好
2 、 动物细胞与微生物细胞的培养方法比较
表 动物细胞与动物细胞
微生物细胞
PH控制 搅拌速度 溶氧控制 培养基灭菌方法 培养时间 对水纯度的要求
CO2—HCO3缓冲液 较慢
改变进入气体的氧浓度 过滤
几天~3、4周 很高
添加酸、碱 速度快、范围广 改变搅拌速度 、通气量
等 高温蒸煮 几小时~几天
较低
二、动物细胞培养方法
贴壁培养 悬浮培养 固定化培养
1.贴壁培养
是指必须贴附在固体介质表 成上生长 的细胞培养。
2. 悬浮培养 是指细胞在培养器中自由悬浮生长的过程。
3.固定化培养
是既适用于贴壁依赖性细胞，又适用于非 贴壁依赖性细胞的包埋培养方式。
三、细胞培养的操作方式
单克隆抗体 IgG、IgM、IgA等
免疫调节剂 细胞生长因子、干扰素、白细胞活化因子、胸腺 素
酶
胰蛋白酶、尿激酶、胶原酶、胃蛋白酶
激素 生长激素、促红细胞生成素
一 、 动物细胞培养过程的特点
动物细胞培养定义 将动物组织或细胞从机体取出，分散成 单个细胞，给予必要的条件，模拟体内 生长环境，使其在体外继续生长和繁殖。
（3）膜生物反应器
▪ 中空纤维反应器 ▪ 螺线式卷绕反应器
中空纤维反应器：细 胞保留在管外，基 质走管内
螺旋式卷绕反应器： 将固定有细胞的膜 卷成圆柱状
优点：可重复使用， 可以采用较厚的细 胞层
缺点: 投资大
第二节 动物细胞培养反应器
动物细胞培养的产物举例
疫苗
小儿麻痹症疫苗、狂犬疫苗、脑炎疫苗、疱疹疫 苗、风疹疫苗
反应器适用范围 悬浮培养：非贴壁依赖性细胞
和贴壁于微载体的贴壁细胞
反应器的优缺点
优点：避免向培养基 直接通气时气泡 损伤细胞，没有 移动部件，密封 好，氧转换率较 高，便于放大。
4、连续式培养
连续式培养：使反应条件处于一种 恒定状态。
特点：细胞所处环境条件长时间地 稳定
5、灌注培养
灌注培养：是把细胞接种后进行培养，新 鲜的培养液从反应器一头不断加入，从 另一头不断取出等量的培养液，细胞仍 留在反应器内，使细胞处于一种营养不 断的状态。
特点：高密度培养动物细胞
图（生化生产工艺学P221）
培养方式分为： ➢ 分批式 ➢ 流加式 ➢ 半连续式 ➢ 连续式 ➢ 灌注式
1、 分批式培养
分批式培养：指先将细胞和培养液一次性装入反 应器内进行培养，细胞不断生长，产物不断形 成，经一段时间后，终止培养。
特点： ➢ 分批式培养过程的环境随时间变化很大 ➢ 细胞的生长阶段可分为延滞期、对数生长期、
第三章
植物细胞和动物细胞 培养反应器
第一节 植物细胞培养反应器
植物细胞培养：是指在离体条件下将愈伤 组织或其他易分散的组织置于液体培养基 中，将组织振荡分散成游离的悬浮细胞， 通过继代培养使细胞增殖来获得大量细胞 群体的方法。
表1 植物细胞培养和从完整的植物 生产紫草宁的比较
生产方式 完整植物
收获时间 2-3年
3、植物细胞培养过程中的氧传递
➢ 所有植物细胞都是好气性的，需要连续 不断地供氧。
➢ 二氧化碳的浓度对细胞的生长也相当重
要。
4、泡沫和表面粘附性
气泡较大，覆盖有蛋白质和粘多糖， 粘性大，易粘附于培养液表面以上的器 壁上
5、悬浮细胞的生长与增殖
细胞数量随时间的变化曲线呈现 “S”形。
细胞生长经历：延迟期、对数生长 期、直线生长期、减慢期和静止期。
紫草宁浓度 （%干重）
1-2
植物细胞培
21天
14
养
一、植物细胞培养过程的特点
1、培养液中植物细胞的特性 ➢ 植物细胞比微生物细胞大 ➢ 植物细胞通常以细胞数在2-200之间、直径
为2mm左右的非均相集合细胞团方式存在 ➢ 植物细胞抗剪能力弱
2、细胞培养液的流变学性质
植物细胞培养液的粘度随着细胞 浓度的增加而显著上升
1、动物细胞与微生物细胞的性质比较
表 动物细胞与微生物细胞的性质比较
性质
动物细胞
微生物细胞
大小 代谢调节方式
营养要求 生长速率 机械强度 环境适应性
10-100um 内部和激素
苛刻 倍增时间一般为12-60h 很差，缺乏保护性细胞壁
差
10um 内部 宽松，可利用多种底物 倍增时间一般为0.5-2h 较好
减速期、平稳期和衰退期。
(3)在分批培养过程中,与细胞的生长、代 谢相关的主要参数有
细胞密度及其比生长速率 限制性营养物质及其比消耗速率 产物浓度及其比生长速率 抑制物浓度
2、流加式培养
特点：
可避免某种营养成分的初始浓度过高； 能防止营养成分在培养过程中被耗尽； 整个过程反应体积是变化的。