第四章 动植物细胞生物反应器.ppt

第四章 动植物细胞生物反应器 第一节 植物细胞生物反应器 一. 植物细胞培养的特点 1、细胞体积大 2、培养过程中细胞形态变化明显, 容易结块 3、细胞对剪切力敏感, 培养液粘度大 2．植物细胞培养中供氧 烟草细胞氧消耗比速度的最大值为0.6mmol/g（DW）/h 微生物：1．5～8mmol/g(DW)/h之间。与此相比，植物培养细胞的需氧量要低得多。 二. 植物细胞反应器 引言： 植物细胞培养主要采用: (1)悬浮培养 (2)固定化细胞培养系统。 悬浮培养所用生物反应器主要有: 机械搅拌反应器 非机械搅拌反应器。 固定化细胞培养反应器有: 填充床反应器 流化床反应器 膜反应器等类型。 (一） 悬浮式 1、 机械搅拌培养反应器 合理设计搅拌叶轮形状（桨形板搅拌器），减小剪切力。 主要问题就是剪切力问题。 2、非机械搅拌式 通常为气体搅拌式反应器：鼓泡式反应器、气升式反应器和转鼓式反应器等 ※ 气体搅拌反应器常见问题 （1）不易染菌，但气体通入量大，动力消耗大否则容易有死角，不均匀。 （2）过量通气会驱除CO2和乙烯，阻碍细胞生长，同时还会对次级代谢物的产生不利。 （3） 气泡较大、气速较高时，湍流剪切力较大。 3、光生物反应器 主要问题是光源问题 （二）固定化细胞生物反应器 固定化反应器优势： （1）克服植物细胞的遗传和生理不稳定（2）保护细胞免受剪切力的影响等优点。 （3）利于连续发酵。 固定化细胞反应 器已用于辣椒、胡萝卜、长春花、毛地黄等植物细胞的培养 1、填充床反应器 缺点：温度、pH控制难 混合效果不太好 2、流化床反应器 混合效果较好，但流体的切变力和固定化颗粒的碰撞常使支持物颗粒破损，另外，流体动力学复杂使其放大困难。 3、膜生物反应器 膜固定化是采用具有一定孔径和选择透性的膜固定植物细胞。营养物质可以通过膜渗透到细胞中，细胞产生的次级代谢产物通过膜释放到培养液中。 膜反应器主要有中空纤维反应器和螺旋卷绕反应器。 中空纤维反应器中，细胞保留在装有中空纤维的管中。 螺旋卷绕 特点: 流体力学易于控制, 易于放大, 但制造成本较高. 三、植物组织培养反应器 1．发状根大规模培养 2．小植物的大规模快速繁殖  但传统方法设备占有体积大，劳动强度大、费用昂贵。 通过大规模悬浮培养技术进行植物的快速繁殖有可能提供一个更有效的工业化途径，它也是继试管繁殖后又一十分有用的培养技术。 可以从两条不同途径考虑采用组织培养反应器来进行植物的快速繁殖： ①形成不定芽的途径: 即从植株茎尖诱导不定芽后在反应器中大规模培养不定芽和不定根； ②形成胚状体的途径: 即从植株外植体诱导胚性愈伤组织进而得到体胚，然后在反应器中大规模培养体胚，最终制成人工种子。 第二节 动物细胞培养反应器 一、动物体内培养 动物生物反应器 可发展分子农场和基因农场 实例：将抗结肠癌单克隆抗体的基因导入羊的受精卵，在羊的乳汁中可获得该抗体， 其表达量为10mg/ml，经统计58头羊每年可生产100公斤的单克隆抗体。 二、动物细胞培养反应器 （一）动物细胞培养方法 一种是非贴壁依赖性细胞，来源于血液、淋巴组织的细胞，许多肿瘤细胞（包括杂交瘤细胞）和某些转化细胞属于这一类型，可采用类似微生物培养的方法进行悬浮培养。 另一种是贴壁依赖性细胞，大多数动物细胞，包括非淋巴组织的细胞和许多异倍体细胞属于这一类型，它们需要附着于带适量正电荷的固体或半固体表面上生长。 1、贴壁培养 大多数动物细胞属于贴壁依赖性细胞, 在培养中要贴附于壁上。原来是圆形的细胞一经贴壁就迅速铺展，然后开始有丝分裂，并很快进入对数生长期。一般在数天 后铺满生长表面，形成致密的细胞单层。 2、悬浮培养（非贴壁依赖型） 所谓悬浮培养，是指细胞在培养器中自由悬浮生长的过程。主要用于非贴壁依赖性细胞培养，如杂交瘤细胞等。 二、细胞培养的操作方式 无论是贴壁细胞还是悬浮细胞，就操作方式而言，深层培养可分为5种方式。 1．分批式操作 2．流加式操作 一方面，它可以避免 某种营养成分的初始浓度过高而出现底物抑制现象； 另一方面，能防止某些限制性营养成分在培养过程中被耗尽而影响细胞的生长和产物的形成，这是流加式操作与 分批式操作的明显不同。 从控制角度可分为无反馈控制流加和有反馈控制流加两种. 3．半连续式操作 V不变 4、