全 文 ：第
 卷第 期

!! 年

月
武 汉 植 物 学 研 究
∀# ∃ % & ∋ ( # ) 场飞∀∗ ∋ & + # , ∋ & −. ∋ ( % / 0 / ∋ % .∗
1 2 34

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!!
内循环气升式生物反应器培养甘草细胞
陈士云 杨茂忠 侯篙生
6中国科学院武汉植物研究所
张健 李新明
武汉 7 8 89 :
提 要 自行设计研制 了 9( , !( 及 ;( 内循环气升式生物反应器 , 并应用于廿草细胞的放
大培养研究 。 在接种量为 < = 6> ? 5 :通气率为 8 4  一 8 4 ; 2 ≅ 的条件下 ,甘草细胞在反应器
中生长迅速 。 其中在 !( 反应器中生长最好 , 最高生物量达
Α 4 ; 九 , 生长速率达 8 4 ! ! ? ( 4 Β ,
均高于摇瓶培养。 培养过程中 Χ ∗ 值 、溶氧状况通过电极自动显示记录 ,说明设计的气升式生
物反应器适合于甘草细胞的大规模培养。
关键词 内循环 ,气升式生物反应器 , 甘草 ,大规模培养
植物细胞培养生产有用次生物质的研究经过二三十年 的努力 , 目前在国外 已有一些
植物细胞培养相继进入工业化生产或中试规模的研究Δ3, ’〕。 国内在这一领域的研究与国外
先进水平相 比差距较大 , 特别是适合植物细胞大规模培养的生物反应器 目前一般均依赖
于从国外进 口小型罐 。 进 口 罐不仅价格昂贵 ,而且不能满足不同植物细胞的培养要求 , 放
大到一定规模的培养就更难了 。因此从细胞悬浮培养过 渡到反应器大规模培养 , 是这一技
术走向工业化生产的关键一环 。我们自行设计了一系列的内循环气升式生物反应器 , 并应
用于多种植物细胞的放大培养研究 ,均取得了较好的效果川 。本文报道采用 9( , !( 及  ;(
内循环气升式生物反应器培养甘草细胞的结果 。

材料与方法

4
愈伤组织及悬浮细胞培养
甘草 6Ε 勿卿 Φ Φ Γ ‘Φ 。 二 Φ 。 3Η 。 “。 )Ι ϑ 。Γ: 愈伤组织由甘草幼苗下胚轴诱导而来 , 每隔 78 天
在固体培养基上继代培养一次 。 液体悬浮培养时 , 挑取培养 巧 天左右 , 分散性好的愈伤组
织接种于装有
8 ≅ 3 , Α , 9 一 5 闭液体培养基的 ; 8≅ 3三角瓶中 , 于 ΚΛ + 普通摇床 6中国科
学院武汉科学仪器厂生产 :培养 , 摇床转速

8印 ≅ , 培养温度  士
℃ , 无光照 。

4  反应器培养
采用 自行设计的 9( , !( 及 ; ( 内循 环气升式反应器 , 工作体积分别为 4 ;( , Α( 及
 8( 。 反应器结构参数将另文报道 。 将上述悬浮培养细胞按接种量 <一 ! = 6> 八 :接入装有
相同培养基的反应器 中 , 通气量为 8 4  一 8 4  ;5 5≅ 其他培养条件同前 。

4 7 培养参数的测 定

4 7 4
细胞鲜重 、干重 Φ 反应器在培养过程中每隔一天停止通 气半小时 , 测定细胞的
本文于
! ! 7 年 ; 月 日收到 , 同年 < 月  日收到修改稿
第 期 陈士云等 Φ 内循环气升式生物反应器培养甘草细胞 7 <

沉降体积 。 根据培养结束后所得细胞鲜重及干重 , 得出生长过程中细胞鲜重及干重的 曲
线 。

4 7 4  Χ ∗ 值 Φ 通过从 反应器上方插入反应器中的 Χ ∗ 电极 6中国科学院 匕海硅酸盐所
研制 :自动显示 。

4 7 4 7 溶氧 Φ 采用 ) Μ Λ 一 ∀ 耐蒸汽灭菌溶氧电极 6华东化工学院生化工程研究所研制 :
自动记录测定 。

4 7 4 温度 采用 > Ν & Ο 一 8 Α 数字温度控制仪 6上海 医用仪表厂生产 :自动显示 。

4 转化率计算方法
蔗糖一细胞转化率 一蔚慧馨蒜黔 Π , “8 =
蔗糖 一产物转化率 一型嗜黯毅默解丝 “ ‘8 8 =

· 0 / Η Γ ΙΘ Ρ ΣΙΘ 含童的测定
见文献 Δ ;〕。
 实验结果
 4
甘草细胞在反应器 中的生长状泥
图
,  , 7 所示分别是甘草细胞在 9( , , ( 及 ; ( 反应器中的生长曲线 。 可以看出在接
种量基本一致的条件下 , 甘草细胞在反应器 中生长迅速 , 8一 天为延滞期 , 随后进入对数
生长期 ,
Α 二
< 天时生物量达最高值 。 其中在 !( 反应器中细胞生长情况最好 , 最高生物
量可达
Α 4  ; ! ? ( 干细胞 。
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图 &
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培养时间 Α天Δ
Φ 0 一≅ 0 Γ , ≅如 , Α Η > Ι − Δ
甘草细胞在 ϑ . 内循环气升式反应器 ‘Κ,的生长曲线
Λ返 · & Μ Γ Χ Ν ≅ Ο , 0 ΓΠ, Χ Θ Μ · 。 , “ ∃Θ 几脚 , Ρ ++− , 0 ΣΓ 0 Γ , Η
ΣΤ ϑ . Η Γ > 0 − Ο ≅ 一 Γ 0 Β , > ΣΓ 一 +Σ Θ≅ Β ΣΧ Γ , > , ≅Χ Γ
∗ ) ∋ Ε &/ &∗ &) & ∋ & Ε
培养时间 Α天 Δ
Φ 0 +≅ 0 Γ , ≅ ΣΥ , Α Η >邓 Δ
图 ∗ 甘草细胞在 ς. 内循环气升式反应器中的生长曲线
Λ ΣΩ ( ∗ Μ Γ Χ Ν Γ Ο , 0 Γ Π , Χ Θ ‘ ( “ , 。 +户月脚 , , + − ΣΤ Ω.
Η Γ > 0 Ω Ο Γ 一 ≅ 0 Β , > ΣΓ 一 &一Θ≅ Β +Χ Γ ,> , ≅Χ Γ
培养过程 中 ∀ Ξ 值 、 溶氧及 温度变化曲线
图 刁是甘草细胞在 ∗6 . 反应器培养过程中 ∀ Ξ 值 、溶氧及温度变化情况 。 在培养初
期 , ∀ Ξ 值略有下降 , 随后缓慢 回升 , 到培养后期又有所 卜降 。 培养开始后溶氧水平在前 &∋
天不断 厂降 , 到细胞生长进入静止期后又开始 < 卜升 。 在培养周期 内罐内温度基本与培养温
度一致 , 说明反应器在培养过程中传热正常 。
∗ ( 5 不 同培养规模的 比较
表 & 比较 了甘草细胞在逐级放大培养条件下细胞生长与产物合成情况 , 可以看 出在
7 <  武 汉 植 物 学 研究 第
 卷
接种量基本一致的条件下 , 甘草细胞在气升式反应器中生长迅速 , 其 中在 9( ,  ;( 反应器
中生长相 当于摇瓶培养 , 而在 !( 反应器中生长速率 比摇瓶培养还要高 , 蔗糖一细胞转化率
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∗ ) ∋ Ε & / & ∗ &) &∋ 旧 培养时间Α天 Δ
扫目兽。月李−七&妙八六=帜
阁兹界裂
< Φ 0如 Γ , ≅ Σ毗 灭Η > 邓 Δ一 七Δ 一 曰 一 ∀ Ξ 谊 Α ∀ Ξ Π > +0 , Δ
培养时间Α天 Δ
Φ 0 +≅ 0 Γ , ≅训 , Α Η > Ι − Δ
图 5 甘草细胞在 ∗ 6. 内循环气升式反应器中的
生长曲线
Λ喀 ( 5 Μ Γ Χ Ν ≅Ο , 0 Γ Π , Χ Θ Μ ( 拟 , > +尸旅 品‘ , , ++− ΣΤ ∗ 6 .
Η Γ > 0 Ω Ο ≅ 一 ≅0 Β, 出 Γ 一+谊 Β ΣΧ Γ , > , ≅Χ Γ
一 ( 一 ( 一 溶氧 Α。 .− − Χ 一Π , Η 。∴ ΙΩ 。 Τ Δ ]
一▲一▲一 温度Α ⊥ , 9Τ ∀ , 9 > , 0 Γ , Δ ℃
图 ) ∗6 . 内循环气升式反应器 ∀ Ξ 值、溶级及沮度
变化曲线
Λ堪( ) Φ Ο > Τ Ω ,− Χ Θ ?Ξ Π > +0 , , Η 巴 6 / &兜 Η Χ ∴ Ι Ω , Τ > Τ Η
≅, Υ ?, Γ > Γ 0 Γ , Σ Τ , , ++ , 0 +≅ 0 Γ , − Χ Θ Μ ( 0 护> +闷脚 ΣΤ
∗ 6 . Η Γ > 0 Ω Ο Γ 一≅ 0 Β , > ΣΓ 一+谊 Β ΣΧ Γ , > , ≅Χ Γ
表 & 不同培养条件下甘草细胞生长与产物合成能力的比较
⊥ > Β +, & Φ Χ Υ ? > Γ Σ− Χ Τ Χ Θ Ω Γ Χ Ν ≅ Ο > Τ Η ?Γ Χ Η 0 , ≅ ΘΧ Γ Υ > ≅ ΣΧ Τ Χ Θ Φ · 双 9 > +, 祝凡“
Φ , ++_ , 0 +≅ 0 Γ , Η ΣΤ Η 又ΘΘ, Γ , Τ ≅ , Χ Τ Η Σ≅ ΣΧ Τ −
培养条件
Φ 0 +≅ 0 Γ , Φ Χ Τ Η Σ≅ ΣΧ Τ
工作体积
⎯ Χ Γ α 山 ς Π Χ +0 Υ , Α. Δ
接种量
如 Χ , 0 +0 Υ −二 Α 6 ≅Γ ( Ν ≅ β . Δ
最高生物量
χ > 劝Υ 0 Υ Β ΣΧ Υ > − − Α Ε β . Δ
到达时间
⊥ 加, Α Η > Ι Δ
生长速率
Μ Γ Χ Ν ≅Ο Γ > ≅ , Α Ω β . ( Η Δ
含量
δ , Ο ΣΤ > ≅ ΣΤ , Χ Τ ≅ , Τ ≅ Α ] Δ
蔗糖一细胞转化率
_ 0 ΦΓ Χ − , 一Β ΣΧ Υ > − −
, Χ Τ Π , Γ − ΣΧ Τ ,伍 , Σ。 Τ , Ι Α ] Δ
蔗糖一产物转化率
_ 0 , Γ Χ − , 一, ΦΟ ΣΤ > ≅山
, Χ Τ Π, Γ− ΣΧ Τ , ΘΣ , Σ, Τ , Ι Α写 Δ
∗ 6 /Υ . 摇瓶
∗ 6 / Υ . ΘΣ > − α
ϑ . 反应器
ϑ . Β ΣΧ Γ , > , ≅ Χ Γ
Ω . 反应器
Ω . Β ΣΧ Γ, > , ≅ Χ Γ
∗ 6 . 反应器
∗ 6 . Β ΣΧ Γ , > , ≅ Χ Γ
/ ) ( 6 ∋ ( / ∗ / ( /
Ε / Ε / Ε / Ε /
&∗ ( 6 &5 ( / & ∋ ( ∗ 6 & & ( Ε
& ∋ &Ε & ∋ + Ε
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/ ( ∗ / / ( &Ε / ( &Ε
56 ( / ) ϑ ( 6 5 ∗ ( ϑ
/ ( / Ε 5 / ( / ς ϑ / ( / ∋ /
第 期 陈士云等 Φ 内循环气升式生物反应器培养甘草细胞 7 < 7
及蔗糖一产物转化率也 高 于摇 瓶 培 养 , 因此物 质 利用 率 也 高 。 但 在 放大 培 养过程 中
Η ΗΓ ΙΘ Ρ ΣΙΘ 含量略有下降 。
7 讨论
内循环气升式反应器应用于微生物发酵国内已有报道 ΔΗ, 9二。我们也报道了采用外循环
及 内循环气升式反应器培养三七细胞的结果Δϑς 。 甘草细胞在 9( , !( ,  ;( 反应器中的放大
培养结果表明 Φ 我们所设计的内循环气升式反应器适合于植物细胞的大规模培养 , 并具有
结构简单 , 加工维修方便 , 能耗低 , 密封性能好 ,不 易染菌等特点 。
9( 及 ; ( 反应器的高径 比要小于 !( 反应器 , 因此在培养过程 中有一定死角存在 ,
这样细胞生长受到一定影响 。由于设计时内外筒与罐底垂直相交 , 特别在后期细胞密度较
高时 , 混合及溶氧均不如 Ω( 反应器好 , 现在正对反应器进行进一步的加工完 善 , 使之更
适合于植物细胞的放大培养 。
参 考 文 献
Ο Ξ ΗΙϑ Ψ 4 % Η ΙΘ Γ Ρ Ξ Β / 4 , Γ Η ΚΞ 2 Β Ζ ΗΣ
2 Θ 2 [ ϑ Η Η 2 Θ Β Ρ Ξ ∴ ΞΘ Η Ξ Ρ ] 2 3
Ξ Η ϑ ] ∴ Κ
Ρ 3
Ξ ΗΗ 3
ϑ Η Ζ 3Σ35 Ρ ΣΗ Β 动 ] Ι2 Ξ Η Ρ Η Σ 2 Ξ ϑ 4 Κ 3Ρ Θ Ξ Ρ
Ν Η Β ΙΗ Ρ ,
! ∗ Ρϑ Γ加2 Σ 2 , , ∋ ⊥ Η Η Γ Ι ; 4 + Ι2 Ξ Η Ρ Η Σ 2 Ξ ϑ [2 Ξ ΞΓ Η 3Ρ Ξ Ω Η 一 ϑ Η Ρ 3Η ΗΖ ΙΞ Ζ Ξ Μ 2 [ Κ3」 Ξ3 Ξ Η Η 33ϑ 4 −Θ Φ + Ρ ςΡ ∀ Λ 4 Κ 4 0 4 Η Β 4 + Ι2 Σ Η Η Γ Θ 2 32 Ω ∴ ΙΘ
∋ Ω Ξ ΙΗ Ζ 3ΣΖ Ξ Η Ρ Θ Β ) 2 ΞΗϑ Σ Ξ ∴ · 0 Χ Ξ ΙΘ Ω Η Ξ 一 5 Η Ξ 3Ρ Ω ,
! < < ,
8 一
 
∗ 2 Ζ 0 2 Θ ϑ ϑ Γ Η Θ Ω , . Γ Η Θ 0 Γ 3∴ Ζ Θ , 0 Σ Ζ Β ΙΗ ϑ 2 Θ 一Ρ Ξϑ Η ϑ Η Ρ ⊥已 Η Ζ 3Σ Ζ Ξ Η 2 [ ≅ Η Β ΙΜ ΙΘ Ρ 3 Χ 3Ρ Θ Σ Η Η 33ϑ Ρ 3记 Σ Γ Η Χ Ξ 2 Β Ζ ΗΣ元2 Θ 2 [
ϑ Η Η 2 Θ Β Ρ Ξ ∴ ≅ Η ΣΡ ] 2 ∃Ξ Η ϑ Ζ ϑ 山 Ω Ρ计一迁Σ ] Ι2 Ξ Η Ρ Η Σ2 Ξ ϑ 4 −Θ Φ Α Σ Γ −Θ ΣΗ Ξ Θ 孟ΣΣ 32 Θ Ρ 3 0 ∴ ≅ Χ 2 ϑΙΖ ≅ 2 [ .址 Θ Η ϑ Η _ Ξ Ζ Ω ,
! !  ,
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5 Η 3ς ⎯ ∴
∋ 4 ∋ [Η Ξ ≅ Η Θ Σ 2 Ξ [2 Ξ Χ ⊥ Ρ Θ Ξ Η Η 33 Η Ζ 3Σ Ζ Ξ Η ϑ , Η Ρ Θ 4 ∀ 4 Ν ΙΗ Ξ 2 ] 4
! 9 8 ,
Α Φ   7一   Α
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, Ω 6 : Φ 7<9 一7 !8
7 < 武 汉 植 物 学 研 究 第
 卷
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Ξ Ρ ΣΗ , Ε · Ζ 尹Ρ 3Η 双 邵 ; Η Η 33ϑ Ω Ξ Η > > Η 33 ΙΘ Σ Γ Η ] Ι2 Ξ Η Ρ Η Σ2 Ξϑ , Ρ Θ Β ΣΓ Η ] Η ϑ Σ ΞΗ ϑ Ζ 3Σ > Ρ ϑ 2 ] Σ Ρ ΙΘ Η Β
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ΣΓ Ρ Θ ΙΘ [3Ρ ϑ ⎯ Η Ζ 3Σ Ζ Ξ Η ϑ 4 Κ∗ 5 Ρ 3Ζ Η Ρ Θ Β Β Ιϑ ϑ 2 35 Η Β 2 Π ∴ϑ Η Θ −Θ Σ Γ Η ] Ι2 Ξ Η Ρ Μ Σ2 Ξ ϑ Ψ Η Ξ Η Θ 3 2 Θ ΙΣ2 ΞΗ Β
Ζ ϑ ΙΘ Ω Κ∗ Η 3Η Μ ΣΞ 2 Β Η Ρ Θ Β 2 Π ∴ϑ Η Θ Η 3Η Η Σ Ξ2 Β Η Ξ Η ; ΚΗ Μ Σ Ι5 Η 3∴ · , Γ Η ϑ Η Ξ Η ϑ Ζ 3Σϑ ϑ Γ Ζ > Η Β ΣΓ Ρ Σ Σ Γ Η
Β Ξ Ρ Ζ ϑ Γ Σ Σ Ζ ] Η ] Ι2 Ξ Η Ρ Η Σ 2 Ξ ϑ > Η Β Η ϑ Ιϑ Θ Η Β > Η Ξ Η ϑ Ζ ΙΣΡ ] 3Η [2 Ξ 3Ρ Ξ Ω Η ϑ Μ Ρ 3Η Μ Ζ 3Σ Ζ ΞΗ 2 [ Ε · Ζ 尹Ρ 3Η 左邵 ‘
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书队分场丹若众书乌分铸丹茜马釜队石兔苗兔公翰姿绪丹书众书沌若兔李 洛飞李玉乞决几乒‘乞庭苗飞若兔若沌若认公兔书众书认书乌书么书庭荡眨落么苗兔分斌碑自燕穿奶丹乞马
《中国神农架中药资源》新闻发布会在汉召开

! 洲 年
8 月
日 , 湖北省新闻出版局主持召开了一次别具特 色的《中国神农架中
药资源》一书新闻发布会 , 省 、市有关部门负责人 、专家教授及十多家新闻单位的记者到会
祝贺和采访 。
本书是 由湖北 中医学院詹业 华教授主编的 , 是第一部 系统介绍神农架中药资源的专
著 , 它的成功 出版 , 得到 了省 、市领导的大 力支持 。本书是湖北中医学院 、 湖北中药材公司 、
中科院武汉植物所 、神农架林 区药检所 、神农架林 区中药材公司等单位共 同创造的智慧结
品 , 是在历时三年的神农架中药资源全面普查成果的基础上编著而成的 。此项成果同湖北
省中药资源普查 成果一道 ,荣 获湖北省第三次科技进步一等奖 , 受到国内外有关专家学者
的好评 。
本书共 收藏神农架现有公布 的药用植物
!; 科 <
Α 属
< < Α 种 ε药用动物

8 科 】9
属 

种 ε药用矿物
种和其它来源中药
9 种 。 此外还对神农架分布的
Α 种民问草
药 、

 种珍稀药用植物 6其中国家重点保护植物 7 种 : , 7Α 种珍稀药用动物 6其中国家重
点保护动物 7  种 :进行了重 点论述 。
被 誉为 “天然植物园 ” 、 “天 然动物园 ”和 “ 中草药王国 ”的神农架 , 其药用植 、 动物蕴藏
量属中外罕见 , 特别是其特有的民3’一3∀用药习惯和神奇的民 φ、一3∀草药特有的疗效 , 更引起了中
外医药专家的高度重视 。 因而《中国神农架 中药资源》的问世 , 将在现实的教学 、 医疗和科
研工作中发挥积极作用 , 定会为世人所关注 。
6黄克浒 :