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．20． 生物加工过程 第1卷第2期
————————————————————————一 一—一一—————小的剪切力，供氧和混合状态良好，优于六平叶涡轮桨反应器，并指出MRP型反应器适应于高浓度细胞培养，并进一步开发r一种低剪切力、混合性能好、低湍流的新型离心桨式提升植物细胞培养反应
器“3；邢建民等51用2L搅拌式反应器进行r水母
雪莲悬浮愈伤组织培养，反应器采用倾斜叶片形搅
拌桨，发现在低通气和低转速下可以满足植物细胞
的氧需求，保证植物细胞无剪切伤害，但其生物量与
黄酮产量均比摇瓶培养时低；黄艳等⋯J在进行水母
雪莲反应器培养时也得出了类似结果。由此可见，
通过抗剪切力体系的筛选和搅拌器内部结构的改进
可以降低剪切力的影响，将搅拌式生物反应器应用
于植物组织规模化培养。
22气动式反应器
微牛物的倍增时间为几小时不等，而植物细胞
和器官的生长缓慢，倍增时间长达几天，这就要求反
应器有良好的防止杂菌污染能力，搅拌式生物反应
器中搅拌轴的轴封不严极易造成菌体泄漏，而对搅
拌叶片的改进容易造成死角，形成染菌源，搅拌式生
物反应器中剪切力造成细胞损伤也影响次级代谢产
物的合成，因此，研究者们转向用气动式生物反应器
进行植物组织培养。与搅拌式反应器相比，气动式
反应器的优点在于其结构简单、剪切力小、传质效果
好、运行成本和造价低，另外，由于其没有搅拌装置，
容易长期保持无菌操作，为很多研究者所青睐”“⋯。
但起泡问题在这⋯类反应器中经常被提到，这主要
是有培养初始培养基中高浓度的糖和培养后期细胞
自溶所产生释放的蛋白质所致。气升式反应器可用
于植物细胞、器官悬浮和固定化培养，但其操作弹性
较小，高密度培养时，低气速下混合性能欠佳，而过
量的通气驱除了培养液中的二氧化碳和乙烯，影响
细胞的生长和次生代谢产物的合成。近年来，将气
升式反应器与慢速搅拌结合起来产生的可加强混合
性能和有利于氧传递的新型植物组织培养反应器显
示出潜在的工业化应用前景”J。
23固定化反应器
微生物固定化技术应用广泛，近年来，植物细胞
固定化技术也有所发展。植物细胞固定化～般采取
凝胶包埋、膜固定、网格和泡沫固定和表面吸附等。
固定化植物细胞培养，减少了剪切力对细胞的损伤，
有利于次级代谢产物的合成和分泌代谢产物的分
离”“。用于植物细胞培养的固定化系统主要有流
化床，膜反应器和填充反应器3种。流化床反应器
采用小颗粒，混合效果良好，但颗粒之间的碰撞易造
成细胞的损伤。固定床虽然容量大，其混合能力差
的缺点限制了它的发展。用中空纤维膜作为固定化
载体具备很多优点，如膜的可重复利用性，但其低的
传质能力使其难于大规模推广。
2．4其它类型反应器
植物组织培养中，次级代谢产物的产生和形态
分化关系很大已为实验反复证明。在愈伤组织和悬
浮细胞中次级代谢物含量微弱，但器官分化形成后，
次级代谢合成能力明显提高，同时，许多植物组织分
化的不稳定性问题减少。目前，用于生产次级代谢
物的植物器官主要包括：体细胞胚、毛状根、不定芽、
幼苗等，针对植物器官培养过程中不耐剪切力、长期
浸泡易玻璃化和易于在反应器中沉积等难点，出现
了多层超声内环流雾化生物反应器、转鼓式反应器、
多层塔板径向流反应器和周期性浸没反应器等多种
新型植物组织培养系统，并在青蒿毛状根和不定芽、
唐菖蒲原球茎、马铃薯幼苗和微型薯等体系中成功
应用‘“Ⅲ。
3生物反应器中的微环境
细胞培养放大过程遇到的最大问题就是次级代
谢产物合成的降低，而这主要是由于放大后反应器
中各种因素的改变而难于控制，因此研究生物反应
器中的微环境对次级代谢产物生产的调控具有切实
意义。
3．1气体微环境
在所有的组织培养系统中，氧有效利用对呼吸
和后来的组织生长都是非常重要的。生物反应器中
快速耗尽的氧必须被不断地补充到培养液巾，过低
的氧水平可产生乙醇和乙醛的有毒化合物，影响细
胞生长和次级代谢产物合成，然而过高的氧分压也
由于过氧化作用抑制细胞次级代谢产物合成，由此
可见，使反应器中溶氧保持在合适水平对促进组织
生长和代谢是十分重要的，而这可以通过对操作参
数和反应器结构的调整来实现”7“J。反应器中二
氧化碳浓度是影响植物组织生长和次级代谢的又一
重要因素。Kim等”“在气升式生物反应器中培养
‰f妇nm，增∞—细胞时发现二氧化碳的添加对
细胞生长没有影响，但促进了黄连素形成。sclll出n．
一。。在长春花细胞培养中发现，二氧化碳浓度对长
春花阿玛碱产量影响不大，但二氧化碳的去除，促进
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