第6讲植物细胞代谢产物制备I详解.ppt

3.固定化细胞培养的生物反应器 对于固定化的植物细胞可以： （1）采用合适的机械搅拌式生物反应器、气升式生物反应器、鼓泡式生物反应器等进行培养。 （2）也可将细胞直接吸附或包埋在特殊设计的生物反应器内的介质表面或内部进行培养。 填充床生物反应器(Pipe-conebio-filter reactor)细胞固定在支持物的内部或表面，细胞固定不动，流体按照一定方向从反应器中流过实现混合和传质。可以是垂直的，也可以是水平的。一种垂直的填充床生物反应器示意图如图。 优点是单位体积细胞的容量大。 缺点是混合效率低、易造成传质困难、固定床颗粒或支持物碎片会阻塞液体的流动。 涓流床生物反应器( 器(Trickle bed bioreactor) 又称滴流床反应器，细胞固定在反应器内部，气体从下往上流动，而液体从上往下流动，由于流量小，只能在固定化细胞表面形成涓涓细流。 与填充床生物反应器不同，固定化细胞并不被流体浸没，空隙被大量气流占据，因此适合好氧细胞生长。 （六）植物细胞培养操作方式 根据细胞培养时营养成分添加方式以及培养液与细胞的收集方式的不同，可以有：分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式五种操作方式。 1.分批式培养（Batch culture） 是指细胞和培养基一次性加入到培养容器或生物反应器内进行培养，在培养过程中培养液体积不变，不添加营养成分，待细胞增长和产物积累到适当的时间，一次性收获细胞、产物和培养液的培养方法。 问题6：分批培养过程中，细胞的生长一般分为那几个阶段？ 五个阶段：延迟期（1）、指数生长期（2）、减速期（3）、平台期（4）和衰退期（5）。 （1） 延迟（适应）期（Lag phase） 是细胞适应新环境的阶段。此时细胞很少分裂，营养物几乎不消耗。延迟（适应）期时间的长短与种龄、接种量大小及营养物质新旧环境差异大小有关。采用有活力的种子、适当提高接种量有利于缩短延迟（适应）期。 （2）指数生长期(Exponential growth phase) 该阶段，由于培养基中的营养物质比较充分，细胞生长不受限制，生长旺盛，细胞浓度随时呈指数增长。细胞浓度的变化率与细胞浓度成正比 比生长速率达到最大并保持不变。 细胞浓度增长一倍的时间称为倍增时间( d)。微生物细胞的倍增时间( d)较短：细菌一般为0.25-2h；哺乳动物细胞一般为15-200h，植物细胞倍增时间跨度大，草本类一般为1-3d，木本一般为2-10d。 典型的分批培养过程 特点： 体积不变；营养逐渐消耗殆尽；细胞浓度增加后维持不变，逐渐死亡 （3） 减缓期(Progressive decelerational phase)由于细胞浓度增高、营养物质消耗、有害代谢产物积累，细胞生长受到抑制，生长速率逐渐下降，细胞生长进入减速期。 （4） 平台期(Plateau phase) 由于细胞浓度增高、营养物质大量消耗、有害代谢产物大量积累，细胞生长受到严重抑制，生长速率下降。生成的和死亡的细胞数量大致相当，细胞生长进入静止期，细胞浓度达到最大值。 （5）衰退期(Senescence phase) 由于营养耗尽，有害物质大量积累，细胞开始自溶、死亡。大多数分批培养都在进入衰亡期前结束。 2.流加式培养（Feeding culture） 是指在分批培养过程中，间歇地补加一种或多种营养成分的培养方法。 细胞初始接种的培养液体积一般为终体积的1/2～1/3。整个培养过程没有培养液流出或细胞产品的收集。 特点： 体积增加；营养阶段性补充；指数期延长，细胞浓度增加 流加培养的优点 与分批式培养相比，具有以下优点： （1）可根据细胞生长速率、营养物消耗情况，保证合理、充足的营养。 （2）可以减少产物反馈抑制，排除有害代谢产物积累带来的细胞损伤。细胞不易老化。 （3）可以避免在分批培养中因一次投料过多造成的底物抑制等影响，改善培养液流体学性质。 （4）可延长指数生长期，从而提高细胞浓度，延长细胞培养周期。产物浓度较高，同时又能实现连续收获。 3.半连续式培养（Semi-continuous culture） 又称为重复分批式培养或换液培养。 在细胞增长和产物形成过程中，每间隔一段时间从中取出部分培养液或者细胞，剩余的细胞作为种子，再用新的培养液补足到原有体积。 特点： 总体积不变；营养阶段性补充；阶段性收获细胞和培养液。 每次稀释培养体积的1/2 3/4，以维持细胞的指数生长状态。 4.连续式培养（Continuous culture） 是在细胞达最大密度之前，以一定速度向生物反应器连续添加新鲜培养基，同时含有细胞的培养液以相同的速度连续从生物反应器流出。理论上讲，该过程可无限延续下去。 特点： 细胞能在近似恒定状态下