植物細胞培養生物反應器的種類特點及展望

陳永偉，張樂晶

（新鄉醫學院三全學院，河南新鄉453003）

植物細胞培養生物反應器的種類特點及展望

陳永偉，張樂晶

（新鄉醫學院三全學院，河南新鄉453003）

生物反應器應用于植物細胞培養，不僅打破了地域條件的約束，而且可以通過人為的方式進行干預，為植物細胞的大規模培養進行系統化與人工化的養殖，為植物細胞的新陳代謝創造了一個有利的條件，是目前植物細胞培養工作的研究熱點。在介紹植物細胞培養特點的基礎上，對適用于植物細胞培養的各種不同類型的生物反應器的工作原理，以及存在的不同優點與缺點進行了介紹與對比分析，提出了對未來植物細胞培養的發展特點與發展展望，為后期植物細胞培養生物反應器的選擇與改進提供參考依據。

植物細胞；生物反應器；種類特點；發展前景

推動優良植物材料的繁育、純天然藥物的開發，以及保護稀缺植物資源，是植物細胞培育的研究重點。大規模地進行天然植物功效以及相關成分含有量的研究，以滿足日益擴大的市場需要。通過對不同的生物反應器進行研究，創造植物細胞最佳生長與新陳代謝的環境，不斷縮短培育與發展的周期，為植物細胞工業化的發展提供一個有力的條件。本文針對植物細胞的特點，對應用于不同植物細胞培養中的不同種類生物反應器的功能進行研究，提出了未來植物細胞培養生物反應器的發展趨勢與展望。

1 植物細胞培養的特點

植物細胞的培養是指在細胞離開生命體的前提下，以單個細胞體或者若干個細胞體為單位進行植物組織培養的方式[1]。這種植物細胞培養技術不會受到外界環境等一系列客觀因素的影響，實現了短時間內大規模的細胞培養，以便于后期的研究發展與應用。與動物細胞相比，植物細胞可以實現懸浮生長，可以進行大規模的培養，但是植物細胞新陳代謝活動的頻率較低，次生物質的合成與積累需要一個漫長的過程，生長速度慢，所以具有較高的要求。

此外，植物細胞需要一個漫長的過程進行生長，要想在無干擾前提下實現植物細胞的無菌培養則會面臨很大的難度。在培養的過程中很容易因為外界環境的干擾導致細胞體的變異。植物細胞在懸浮培養過程中對氧氣的需求量較大，但是由于植物細胞培養在后期會因為密度較大、黏稠度高，使氧氣的傳輸受到阻礙。最后，由于植物細胞經常會形成團狀，難以攪拌，阻礙了營養物質的傳輸。

2 植物細胞培養生物反應器的種類與特點

2.1 攪拌式生物反應器

機械的攪拌是通過攪拌產生的漩渦加以混合，這就是攪拌式生物反應器的特點。其具有可操作性范圍大、混合程度高、營養傳播均勻、適應性廣的特點，在植物組織培養以及轉基因技術等生產實踐中得到了廣泛的應用。但是，攪拌式生物反應器速度越快，頂部氣泡破碎的速度也就越快，產生了很強的剪切力，對脆弱的植物細胞會造成很大的傷害，所以這種攪拌式生物反應器不適用于敏感植物細胞的研究與應用[2]。

2.2 非攪拌式生物反應器

與傳統的攪拌式生物反應器相比較而言，這種非攪拌式生物反應器的結構更加簡單，產生的剪切力更小，適用于植物細胞的培養。非攪拌式生物反應器包括氣升式生物反應器、鼓泡式生物反應器和轉鼓式生物反應器[3]。

氣升式生物反應器：通過在培養皿外裝一個上升管，讓兩端連接最頂部與最底端，構成一個循環系統。通過氣體的循環，保證良好的傳質效果。

鼓泡式生物反應器：結構簡單，整個系統密閉，氣體從底部通過一個噴嘴穿過液池來實現對氣體的傳遞與物質的傳播，可以實現長時間的無菌操作。這種生物反應器較適用于植物細胞的培養。

轉鼓式生物反應器：與其他的生物反應器相比較，這種反應器可以在低能耗與低剪切力的前提下，為植物細胞培養提供更充足的氧氣，有效地避免了細胞貼壁現象的發生，較適用于高密度的植物細胞懸浮培養。

3 對于植物細胞培養生物反應器的展望

植物細胞培養生物反應器技術在短時間內取得了較大的進步，但是在實際的生產與實踐中還存在著許多問題。

要加強對培養過程中植物細胞生理特性的研究，在實用性方面加強對生物反應器生理特點的研究，為植物細胞培養工作取得根本的突破。在對生物反應器結構優化的基礎上，考慮到其對供養條件與剪切條件的影響，應建立一個完整的檢測系統，促使植物細胞培養朝著一個更好的方向發展。

對植物細胞培養生物反應器如何實現連續培養進行研究，為后期的大規模培養建立一個有利的條件。需要通過大量的試驗，確定所用植物細胞最具有優勢的生存環境，為大規模的生產提供一個更便利的條件。

4 結束語

總而言之，隨著植物細胞生物反應器研究水平的不斷提高，可以更有效地將植物細胞培養技術應用于更廣闊的領域，為選用藥物的穩定性與提高產量提供有利保障。

[1] 申斕,周愛東,吳小芹.植物細胞培養生物反應器的種類特點及展望[J].中國生物工程雜志,2015,35(08):109-115.

[2] 谷榮輝,洪利亞,龍春林.植物細胞培養生產次生代謝物的途徑[J].植物生理學報,2013,49(09):869-881.

[3] 羅凱,胡廷章,羅建平.植物細胞培養生產次生代謝產物的研究進展[J].時珍國醫國藥,2007(10):2 338-2 340.

1005-2690（2017）11-0028-02

Q943.1

A

2017-10-20）