植物细胞(组织)培养反应器
生物反应器
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》PPT课件
发酵罐结构尺寸：V体积=V发酵液量/φ(0.850.9)
发酵罐罐数确定：N=(nt/24)+1(个) n----每天加料的罐数,t---一次发酵周期所需
时间 发酵罐冷却面积计算：A=Q/K△Tm (m2 )
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第二节 啤酒发酵设备
1、前发酵设备 传统的前发酵槽均置于发酵室内， 发酵槽大部分为开口式。 前发酵槽可由钢板或钢筋混凝土 制成，形式以长方形或方形为主。 了防止啤酒中有机酸对各种材质 的腐蚀，前发酵槽内均要涂布一 层特殊涂料作为保护层。
(5)厌氧发酵的培养基应先通过加热或喷入无
氧气体来预还原。完整版课件ppt
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第一节 酒精发酵设备
酒精发酵罐的结构必须首先满足 工艺要求。此外，从结构上还应考 虑有利于发酵液的排出、设备的清 洗、维修以及设备制造安装方便等 问题。
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1.冷却水入口 2.取样口
酒精发酵罐
3.压力表
生物反应器的设计
生物反应器设计的重要方面包 括改善生物催化剂，更好的进行过 程控制，有更好的无菌条件以及能 克服速度限制因素（特别是热量和 质量传递）等。
微生物反应器设计的基本要求
（1）避免将需蒸汽灭菌的部件与其
它部件连接，因为即使阀门关闭，细
菌也可在阀门内生长；
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1
（2）尽量减少法兰连接，因为设备震动和 热膨胀会引起连接处的移位，导致染菌。如 有可能，应采用全部焊接结构，焊接部位一 定要确实磨光，以消除积蓄耐灭菌的固体物 质的场所；
(2)罐内的发酵液应尽量装满，以便减少上层 气相的影响。
(3)使用大剂量接种（一般接种量为总操作体 积的10～20％），使培养物迅速生长，减少
生物反应器概念
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。
植物细胞培养
4.3 植物组织与器官培养
4.3.1 植物组织培养的定义： 在无菌条件下，将离体的 植物器官，组织，细胞，胚 胎，原生质体等在人工培养 的条件下，诱发产生愈伤组 织，潜在芽或者长成新的完 整植物的一门实验技术，又 称为“试管植物”。
4.3.2 几个重要概念
• 全能性细胞：是能够表达生物体基因组的任何一种
•
4.4.2 植物细胞培养的方法
根据培养对象： 主要有：单细胞培养，单倍体培养（花药雄 性生殖细胞），原生质 根据培养系统： 主要有：固体培养和液体培养。
4.4.3 植物细胞培养的培养基
• 基础培养基有：
MS，B5，N6 。 主要有无机盐， 碳源， 有机氮源，有机酸等构成。 常用的培养基的组成：MS+植物生长激素+椰 子汁
• 4.1 植物组织培养与细胞培养的区别 • 4.2 发展历史 • 4.3 植物组织与器官培养 • 4.4 植物细胞培养 • 4.5 植物原生质培养
4.4 植物细胞的培养：
• 4.4.1 植物细胞培养定义 • 定义：指在离体条件下，将愈伤组织或其它容易
分散的组织置于培养基中进行培养，得到分散成 游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从 而获得大量细胞群体的一门技术。目的是获得初 级和次级代谢产物。 可通过改变培养基成分及其浓度，生长调节剂的 选择等手段来实现代谢产物的诱导。
4.5.2 原生质体研究意义
研究组织和器官发育机制；
可以进行有关遗传操作；
研究植物细胞的生理功能；
诱导融合形成杂种细胞。
4.5.3 原生质体的制备 原材料准备 预处理与酶解 原生质体收集与纯化 原生质体活力检测
4.5.3.1 用于分离原生质体的材料来源
两个来源：
《生物反应器》课件
REPORTING
生物反应器的结构设计
结构设计原则
生物反应器的结构设计应遵循简 单、稳定、高效的原则，确保工 艺流程的顺畅和生产效率的提高
。
结构种类
常见的生物反应器结构包括搅拌槽 式、固定床式、流化床式、膜式等 ，应根据生产需求和工艺特点选择 合适的结构形式。
结构设计要素
结构设计需考虑进出料、换热、消 泡、搅拌等装置的配置，以及反应 器容积和放大效应等因素。
PART 04
生物反应器的应用实例
REPORTING
工业生产中的应用实例
微生物发酵
利用生物反应器进行微生 物发酵，生产酒精、抗生 素、酶制剂等产品。
动物细胞培养
通过生物反应器大规模培 养动物细胞，生产疫苗、 单克隆抗体等生物药物。
植物细胞培养
利用生物反应器进行植物 细胞培养，生产天然植物 次生代谢产物。
生物反应器的应用领域
生物制药
用于生产各类抗体、疫 苗、细胞因子等生物药
物。
农业领域
用于植物细胞培养、动 物细胞培养等，以生产
转基因作物和动物。
环保领域
用于处理废水、废气等 环境污染问题，以及资
源回收和再利用。
食品工业
用于生产各类食品添加 剂、调味品、酶制剂等
。
PART 02
生物反应器的工作原理
REPORTING
定律。
酶的活性受到温度、pH值、底物浓度等多种因素的 影响，因此在生物反应器的操作过程中需要密切关注
这些参数的变化。
生物反应器的物质转化涉及到各种化学物质的 合成和分解过程，这些过程通常是由酶催化的 。
酶是生物反应器中最重要的物质转化催化剂之一 ，它能够加速化学反应的速率并降低活化能。
植物细胞培养(Plant cell culture)
四、悬浮培养细胞的同步化
低温处理 提高培养体系中细胞同步化的程度
第二节 单细胞培养
细胞平板培养(cell 细胞平板培养(cell plating culture) 植板率: 植板率:能长出细胞团的单细胞在接种单 细胞中所占的比例. 细胞中所占的比例.
看护培养(nurse 看护培养(nurse culture)
四、悬浮培养细胞的同步化
分选法 通过细胞体积大小分级, 通过细胞体积大小分级,直接将处 于相同周期的细胞进行分选, 于相同周期的细胞进行分选,然后将同 一状态的细胞继代培养于同一培养体系 中. 梯度离心法 流式细胞仪
四、悬浮培养细胞的同步化
饥饿法 饥饿导致细胞分裂受阻, 饥饿导致细胞分裂受阻,使细胞不能合成 DNA,即不能进入S DNA,即不能进入S期;或细胞分裂不能进 行,即不能进入M期. 即不能进入M 抑制剂法(5-氟脱氧尿苷,羟基尿) 抑制剂法(5-氟脱氧尿苷,羟基尿) 通过一些DNA合成抑制剂处理细胞, 通过一些DNA合成抑制剂处理细胞,使 细胞滞留在DNA合成前期, 细胞滞留在DNA合成前期,当解除抑制 后,即可获得处于同一细胞周期---G1期的 即可获得处于同一细胞周期---G 同步化细胞. 同步化细胞.
三、悬浮细胞的生长动态
生长呈S 生长呈S形生长曲线 起始密度(x 起始密度(x0):0.5x105-2.5x105 生长速率(p) 生长速率(p) p=(lnxp=(lnx-lnx0)/t 单位体积细胞重量 鲜重:按一定体积取样, 鲜重:按一定体积取样,经真空过滤后称重 干重:真空过滤后, 80℃条件下烘干细 干重:真空过滤后,在80℃条件下烘干细 胞至恒重
植物细胞规模化培养体系的建立
半连续培养(semi半连续培养(semi-continuous culture) 两步培养法 生长培养基 合成培养基
植物细胞工程课件第四章细胞规模化培养技术
80年代后，随着基因工程技术和细胞融合 技术的迅速发展，已经能够把特定的外源 基因通过PCR技术扩增几千倍，并可转染 到动物细胞内，使其高效表达。
动物细胞培养生产的各种产品是其他植物、 微生物细胞培养所无法比拟的，在人类生 活特别是医学中发挥越来越大的作用。
4.1.2 高等 生物细胞规 模化培养现 状
1979年，国际组织培养协会专业术语委员会建议将组 织培养和细胞培养的概念加以区分。以此为契机，20 世纪80年代以来植物细胞培养进入了高速发展阶段。
愈伤组织培养既属于组织培养又属于细胞培养。
1983年，日本三井石油化学工业公司再世界上首 次成功的采用紫草细胞培养工业化生产紫草宁。
此后，人参细胞培养生产人参皂苷，黄连细胞培 养生产小檗碱，长春花细胞培养生产长春花碱， 红豆杉细胞培养生产紫杉醇等相继取得成功，迄 今为止，已经从400多种植物中分理出细胞，并 通过细胞培养，获得600多种化合物。
植物细胞大规模培养的技术要求：
从工程的角度讲必须要进一步研究和开发适宜于植物细胞 生长和生产的生物反应器，建立最佳的控制和调节系统；
从培养技术方面讲必须满足以下三个条件：培养的细胞在 遗传上应是稳定的，以得到产量恒定的产物；细胞生长及 生物合成的速度快，在较短的时间内能得到较高产量的终 产物；代谢产物要在细胞中积累而不被迅速分解，最好能 将其释放到培养基中。
Hvoslef－Eide等利用螺旋形搅拌式生物反应器 对挪威云杉( Picea abies) 和桦树( Betula pendula) 的体胚进行大量繁殖，发现在较低的 搅拌速度下变换搅拌的方向可以降低剪切力，搅 拌器的搅拌方向每10s变换1次时，30rpm的搅 拌速度就可以有较好的混合性能。
搅拌方式也会对 剪切剪切作用产 生影响
植物细胞培养
（2）气升式反应器
●在反应器环流管底部有一个空气喷嘴，空 气以高速度（250-300m/S）喷入环流管， 气泡被分散于环流管液体中 ●借助于环流管内气-液混合物密度与反应主 体密度之差，气-液混合物连续循环流动。 ●培养罐液体中的溶解氧会不断减少，通过 环流管又达到饱和。
（一）植物单细胞的获得
1、从外植体直接分离单细胞
●外植体经过切割、捣碎或酶解，然后经过
一定孔径的不锈钢筛网过滤，得到细胞悬 浮液。 ●悬浮液中所含的完整细胞数量很少， 分散性较好，可以看作是游离的单细胞悬 浮液。
2、从愈伤组织分离单细胞
1）经过愈伤组织诱导获得脱分化愈伤组织 的薄壁细胞团。 2）将细胞团转移到液体培养基中，进行振 荡培养，使细胞团分散成为单细胞，然后用 适当孔径的不锈钢筛网过滤，除去细胞团和 残渣，得到单细胞悬浮液。
2．低温处理法
1) 将收集得到的细胞或小细胞团，在4℃左右 的低温条件下处理1～3d，植物细胞在低温 下全部停止生长繁殖， 2)然后再悬浮于新鲜的液体培养基中，在25℃ 培养，于是细胞几乎同时开始生长繁殖，处 于同步状态。
3．限制营养处理法
1)将细胞或小细胞团悬浮在营养物质受到限 制的培养液中培养几天，由于营养缺乏， 细胞的生长繁殖受到限制，几乎所有的细 胞都停止生长； 2)然后再将细胞转移到新鲜的培养液中，进 行悬浮培养，则细胞几乎同步地开始生长繁 殖。
1. 平板培养法
●概念：将制备好的单细胞悬浮液，按照一定
的细胞密度，接种在1mm的薄层固体培养基 上进行培养，称之为平板培养。
●由Bergman1960年首创的，其目的是
为了获得单细胞系 ，并研究其生理 生化和遗传上的规律。
特
• 自一个单细胞。 •