植物细胞（组织）培养反应器
? 植物细胞（组织）培养
? 植物细胞培养反应器
? 植物组织培养反应器
植物细胞培养技术包括植物器官（根、枝叶、发根、胚和冠
瘿组织等）、组织、细胞以及原生质体培养，并以此发展起来
的各种植物细胞培养技术。
植物细胞培养
Gottleib Haberlandt
? 1902年德国植物学家 Haberlandt在营养液中成功地培育了单个
植物细胞，尽管未能使其分裂生长，但为植物细胞培养翻开了新
的一页。
? Haberlandt提出植物细胞的“全能性”学说，植物细胞的全能性：
植物的体细胞具有母体植株全部遗传信息并发育成为完整个体的
潜力，因而每一个植物细胞可以像胚胎细胞那样，经离体培养再
生成植株。
一般采用植物的体细胞 (二倍体细胞 ),先经纤维素酶处理去掉细
胞壁 (原生质体 )。将原生质体放在合适的培养基上，经过诱导分
化可以重新长成植株。原生质体也可用于植物细胞融合,然后诱
导形成新的植株。
原生质体培养
植物原生质体培养
(1)
(1)
(3)
植物体细胞杂交
(5)
植物 A细胞
植物 B细胞
去壁
原生质体 A
原生质体 B
原生质体融合 融合体
再生壁
杂种细胞
细胞分裂
愈伤组织杂种植株
(2)
(4)
? 植物细胞培养与微生物的区别：
细胞的大小
细胞块的形状
培养液的黏度
需氧量
Kla 值比微生物培养的 Kla值小得多
对剪切力敏感
需 CO2和光照
植物细胞培养 (plant cell culture)
? 植物细胞培养具有的优点：
（ 1）代谢产物的生产完全在人工控制条件下进行，可以通
过改变培养条件和选择优良培养体系得到超整株植物产量的
代谢产物；
（ 2）培养在无菌条件下进行，可排除病菌和虫害侵扰；
（ 3） 可以进行特定的生物转化反应；
（ 4）可以探索新的合成路线和获得新的有用物质等。
植物细胞培养 (plant cell culture)
?
?
?
固定化细胞培养
悬浮培养植物细胞培养
?
?
?
?
?
?
?
光生物反应器
组合式反应器
非机械搅拌反应器
机械搅拌反应器
悬浮培养反应器
?
?
?
?
?
膜反应器
流化床反应器
填充床反应器
固定化细胞培养反应器
植物细胞培养反应器
Stirred Tank Bioreactors
植物细胞培养反应器
?机械搅拌式反应器
优点：
混合性能好
传氧效率高
操作弹性大
可用于细胞高密度培养；
缺点,剪切力大。
?悬浮培养生物反应器
植物细胞培养反应器
?机械搅拌式反应器
非搅拌式反应器所产生的剪切力较小，结构简单。其主要类型
有鼓泡式反应器、气升式反应器等气体搅拌式反应器
植物细胞培养反应器
?非机械搅拌式反应器
↑↑ ↑ ↑
↑
↑
↑
A i r i n l e t
G a s o u tl et→
C u lt u r e m e d iu m
S i e v e p l a te
Bubble Column Bioreactor
植物细胞培养反应器
?非机械搅拌式反应器
Air-lift Bioreactor
植物细胞培养反应器
?紫草细胞培养
紫草种子 无菌幼根
LS培养基
愈伤组织
诱导培养
悬浮细胞
悬浮培养
细胞增殖培养
一级培养
利用,优势互补”原则，将两种反应器结合起来研究出组
合式反应器。带有低速搅拌的气升式发酵罐可弥补低气速
时混合性差的弱点。
植物细胞培养反应器
?组合式反应器
?光生物反应器
植物细胞培养反应器
?固定化细胞生物反应器
?填充床反应器 ?流化床反应器
→
↑
进口
出口
植物细胞培养反应器
?流化床反应器
植物细胞培养反应器
?流化床反应器
植物细胞培养反应器
?固定化细胞膜反应器
中空纤维 螺旋卷绕反应器
植物组织培养反应器
?发状根大规模培养
↑
10
5
4
1
2
8 7
6
9
3
植物组织培养反应器
?小植物的大规模快速繁殖
?浅层循环式植株快速繁殖器 ?双层板径向流生物反应器
植物组织培养反应器
?小植物的大规模快速繁殖
?内环喷雾生物反应器
↑
进气
排气
植物细胞培养的应用
?西洋参细胞培养
无菌根 愈伤组织 悬浮细胞 发酵液
乙醇消毒 诱导培养 悬浮培养 大量培养
西洋参根
细胞过滤 西洋参细胞干粉成品干燥
?植物细胞的生产
?药物的生产
植物细胞 产物 产物作用
紫草细胞 紫草宁 抗炎剂、食用色素
苦瓜细胞 类胰岛素 治疗糖尿病
长春花细胞 长春花碱 治疗白血病药
红豆杉细胞 紫杉醇 抗癌药物
毛地黄细胞 毛地黄毒素 强心剂
紫草种子 无菌幼根 愈伤组织 悬浮细胞 细胞增殖培养
LS培养基 诱导培养 悬浮培养 一级培养
产物培养二级培养 发酵液 细胞收集过滤 产物提取分离 成品干燥
?紫草细胞培养生产紫草宁 (Shikonin)
植物细胞培养的应用
?代谢产物的生产
植物细胞培养的应用
?植物细胞培养工业化生产需解决的难题
? 缩短生产周期、降低生产成本
? 提高培养细胞中的有效成分含量
? 防止细胞集聚成块
? 防止细胞株的种性退化和变异
? 研制更能适合植物细胞生长的生物反应器
? 植物细胞（组织）培养
? 植物细胞培养反应器
? 植物组织培养反应器
植物细胞培养技术包括植物器官（根、枝叶、发根、胚和冠
瘿组织等）、组织、细胞以及原生质体培养，并以此发展起来
的各种植物细胞培养技术。
植物细胞培养
Gottleib Haberlandt
? 1902年德国植物学家 Haberlandt在营养液中成功地培育了单个
植物细胞，尽管未能使其分裂生长，但为植物细胞培养翻开了新
的一页。
? Haberlandt提出植物细胞的“全能性”学说，植物细胞的全能性：
植物的体细胞具有母体植株全部遗传信息并发育成为完整个体的
潜力，因而每一个植物细胞可以像胚胎细胞那样，经离体培养再
生成植株。
一般采用植物的体细胞 (二倍体细胞 ),先经纤维素酶处理去掉细
胞壁 (原生质体 )。将原生质体放在合适的培养基上，经过诱导分
化可以重新长成植株。原生质体也可用于植物细胞融合,然后诱
导形成新的植株。
原生质体培养
植物原生质体培养
(1)
(1)
(3)
植物体细胞杂交
(5)
植物 A细胞
植物 B细胞
去壁
原生质体 A
原生质体 B
原生质体融合 融合体
再生壁
杂种细胞
细胞分裂
愈伤组织杂种植株
(2)
(4)
? 植物细胞培养与微生物的区别：
细胞的大小
细胞块的形状
培养液的黏度
需氧量
Kla 值比微生物培养的 Kla值小得多
对剪切力敏感
需 CO2和光照
植物细胞培养 (plant cell culture)
? 植物细胞培养具有的优点：
（ 1）代谢产物的生产完全在人工控制条件下进行，可以通
过改变培养条件和选择优良培养体系得到超整株植物产量的
代谢产物；
（ 2）培养在无菌条件下进行，可排除病菌和虫害侵扰；
（ 3） 可以进行特定的生物转化反应；
（ 4）可以探索新的合成路线和获得新的有用物质等。
植物细胞培养 (plant cell culture)
?
?
?
固定化细胞培养
悬浮培养植物细胞培养
?
?
?
?
?
?
?
光生物反应器
组合式反应器
非机械搅拌反应器
机械搅拌反应器
悬浮培养反应器
?
?
?
?
?
膜反应器
流化床反应器
填充床反应器
固定化细胞培养反应器
植物细胞培养反应器
Stirred Tank Bioreactors
植物细胞培养反应器
?机械搅拌式反应器
优点：
混合性能好
传氧效率高
操作弹性大
可用于细胞高密度培养；
缺点,剪切力大。
?悬浮培养生物反应器
植物细胞培养反应器
?机械搅拌式反应器
非搅拌式反应器所产生的剪切力较小，结构简单。其主要类型
有鼓泡式反应器、气升式反应器等气体搅拌式反应器
植物细胞培养反应器
?非机械搅拌式反应器
↑↑ ↑ ↑
↑
↑
↑
A i r i n l e t
G a s o u tl et→
C u lt u r e m e d iu m
S i e v e p l a te
Bubble Column Bioreactor
植物细胞培养反应器
?非机械搅拌式反应器
Air-lift Bioreactor
植物细胞培养反应器
?紫草细胞培养
紫草种子 无菌幼根
LS培养基
愈伤组织
诱导培养
悬浮细胞
悬浮培养
细胞增殖培养
一级培养
利用,优势互补”原则，将两种反应器结合起来研究出组
合式反应器。带有低速搅拌的气升式发酵罐可弥补低气速
时混合性差的弱点。
植物细胞培养反应器
?组合式反应器
?光生物反应器
植物细胞培养反应器
?固定化细胞生物反应器
?填充床反应器 ?流化床反应器
→
↑
进口
出口
植物细胞培养反应器
?流化床反应器
植物细胞培养反应器
?流化床反应器
植物细胞培养反应器
?固定化细胞膜反应器
中空纤维 螺旋卷绕反应器
植物组织培养反应器
?发状根大规模培养
↑
10
5
4
1
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8 7
6
9
3
植物组织培养反应器
?小植物的大规模快速繁殖
?浅层循环式植株快速繁殖器 ?双层板径向流生物反应器
植物组织培养反应器
?小植物的大规模快速繁殖
?内环喷雾生物反应器
↑
进气
排气
植物细胞培养的应用
?西洋参细胞培养
无菌根 愈伤组织 悬浮细胞 发酵液
乙醇消毒 诱导培养 悬浮培养 大量培养
西洋参根
细胞过滤 西洋参细胞干粉成品干燥
?植物细胞的生产
?药物的生产
植物细胞 产物 产物作用
紫草细胞 紫草宁 抗炎剂、食用色素
苦瓜细胞 类胰岛素 治疗糖尿病
长春花细胞 长春花碱 治疗白血病药
红豆杉细胞 紫杉醇 抗癌药物
毛地黄细胞 毛地黄毒素 强心剂
紫草种子 无菌幼根 愈伤组织 悬浮细胞 细胞增殖培养
LS培养基 诱导培养 悬浮培养 一级培养
产物培养二级培养 发酵液 细胞收集过滤 产物提取分离 成品干燥
?紫草细胞培养生产紫草宁 (Shikonin)
植物细胞培养的应用
?代谢产物的生产
植物细胞培养的应用
?植物细胞培养工业化生产需解决的难题
? 缩短生产周期、降低生产成本
? 提高培养细胞中的有效成分含量
? 防止细胞集聚成块
? 防止细胞株的种性退化和变异
? 研制更能适合植物细胞生长的生物反应器
