生化反應(yīng)器--動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)課件

1、生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)第五章 動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)第一頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)51 動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)的特性(txng)動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是一項(xiàng)將動(dòng)植物組織、器官或細(xì)胞在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基中進(jìn)行離體培養(yǎng)的技術(shù)。組織是指由結(jié)構(gòu)和功能相似的細(xì)胞和細(xì)胞間質(zhì)組成，具有(jyu)一定形態(tài)和生理功能的聚集體。器官是指機(jī)體中具有特殊結(jié)構(gòu)和完成特殊功能的分化部分。組織與器官的培養(yǎng)是指在人工條件下，使它們得以繼續(xù)生存或發(fā)展的一種培養(yǎng)方法。根據(jù)培養(yǎng)對(duì)象的不同，細(xì)胞培養(yǎng)分為動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)與植物細(xì)胞培養(yǎng)兩類，下面介紹這兩類細(xì)胞培養(yǎng)的基本特征。 第二頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)

2、511 動(dòng)物動(dòng)物(dngw)細(xì)胞培養(yǎng)的特細(xì)胞培養(yǎng)的特性性 由于動(dòng)物細(xì)胞體外培養(yǎng)具有明顯的表達(dá)產(chǎn)由于動(dòng)物細(xì)胞體外培養(yǎng)具有明顯的表達(dá)產(chǎn)物的優(yōu)點(diǎn)，為傳統(tǒng)微生物發(fā)酵所無(wú)法取代，物的優(yōu)點(diǎn)，為傳統(tǒng)微生物發(fā)酵所無(wú)法取代，因此，生物技術(shù)中許多有價(jià)值的生物制品，因此，生物技術(shù)中許多有價(jià)值的生物制品，需要借助于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)而獲需要借助于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)而獲得，這種需得，這種需求極大地促進(jìn)求極大地促進(jìn)(cjn)(cjn)了動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的了動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展。發(fā)展。 第三頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 早在早在1907年，美國(guó)的年，美國(guó)的Harrison在世界上首次將蛙的神在世界上首次將蛙的神經(jīng)

3、組織在試管內(nèi)培養(yǎng)成功，建立起動(dòng)物組織體外培養(yǎng)經(jīng)組織在試管內(nèi)培養(yǎng)成功，建立起動(dòng)物組織體外培養(yǎng)的第一塊基石。的第一塊基石。 1950年前后，年前后，Enders及其同事發(fā)表了第一篇關(guān)于在培及其同事發(fā)表了第一篇關(guān)于在培養(yǎng)細(xì)胞中生長(zhǎng)病毒的報(bào)告，開(kāi)拓養(yǎng)細(xì)胞中生長(zhǎng)病毒的報(bào)告，開(kāi)拓(kitu)了以動(dòng)物病毒了以動(dòng)物病毒為研究對(duì)象的新領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)人們已知道在細(xì)胞培養(yǎng)為研究對(duì)象的新領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)人們已知道在細(xì)胞培養(yǎng)物中存在一些有特殊功能的蛋白質(zhì)，如干擾素、抗物中存在一些有特殊功能的蛋白質(zhì)，如干擾素、抗生素、疫苗等，但是由于動(dòng)物細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)要求復(fù)雜，生素、疫苗等，但是由于動(dòng)物細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)要求復(fù)雜，培養(yǎng)要求嚴(yán)格，長(zhǎng)期以來(lái)未能利

4、用細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)進(jìn)行培養(yǎng)要求嚴(yán)格，長(zhǎng)期以來(lái)未能利用細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)進(jìn)行有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物質(zhì)的生產(chǎn)。有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物質(zhì)的生產(chǎn)。第四頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 作為大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)，作為大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)，Copsik等成功地進(jìn)等成功地進(jìn)行行(jnxng)了有關(guān)倉(cāng)鼠腎細(xì)胞了有關(guān)倉(cāng)鼠腎細(xì)胞(BHK)的懸浮培的懸浮培養(yǎng)。隨后，細(xì)胞培養(yǎng)的原理與方法日養(yǎng)。隨后，細(xì)胞培養(yǎng)的原理與方法日臻完臻完善。善。 采用在培養(yǎng)液中添加人工合成的小球狀惰采用在培養(yǎng)液中添加人工合成的小球狀惰性聚合體載體，大幅度提高了細(xì)胞的產(chǎn)量，性聚合體載體，大幅度提高了細(xì)胞的產(chǎn)量，并在并在10 00010 000L L發(fā)酵罐內(nèi)成功地進(jìn)行深層

5、培發(fā)酵罐內(nèi)成功地進(jìn)行深層培養(yǎng)。養(yǎng)。 第五頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到有許多基因產(chǎn)物不能在原核細(xì)隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到有許多基因產(chǎn)物不能在原核細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，它們需要經(jīng)過(guò)真核細(xì)胞所特有的翻譯后修飾，以及正確的切胞內(nèi)表達(dá)，它們需要經(jīng)過(guò)真核細(xì)胞所特有的翻譯后修飾，以及正確的切割、折疊后，才能形成與自然分子一樣的功能和抗原性，使得動(dòng)物細(xì)胞割、折疊后，才能形成與自然分子一樣的功能和抗原性，使得動(dòng)物細(xì)胞一躍成為一種重要的宿主細(xì)胞，用以生成多種生物制品，如病毒疫苗、一躍成為一種重要的宿主細(xì)胞，用以生成多種生物制品，如病毒疫苗、淋巴因子淋

6、巴因子( (如如r r干擾素等干擾素等) )、單克隆體、紅細(xì)胞生成素、纖維蛋白溶、單克隆體、紅細(xì)胞生成素、纖維蛋白溶酶原激活劑、第八因子、腫瘤壞死因子、上皮生長(zhǎng)因子和過(guò)氧化酶原激活劑、第八因子、腫瘤壞死因子、上皮生長(zhǎng)因子和過(guò)氧化物物(u yn hu w)歧化酶等。采用大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)貴重藥品歧化酶等。采用大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)貴重藥品在臨床診斷、治療和預(yù)防等方面都有重要意義。在臨床診斷、治療和預(yù)防等方面都有重要意義。第六頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)與微生物培養(yǎng)對(duì)比有許多不同點(diǎn)(表51)。主要是動(dòng)物細(xì)胞無(wú)細(xì)胞壁，機(jī)械強(qiáng)度低，適應(yīng)環(huán)境能力差；生長(zhǎng)速度緩慢，易

7、受微生物污染，培養(yǎng)時(shí)需要抗生素，且大多數(shù)哺乳動(dòng)物的細(xì)胞需附著在固體或半固體的表面才能(cinng)生長(zhǎng)；對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求嚴(yán)格；大規(guī)模培養(yǎng)時(shí)，不可簡(jiǎn)單地套用微生物培養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)等。 第七頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)第八頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)的主要危險(xiǎn)之一是微生物污染。設(shè)備、大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)的主要危險(xiǎn)之一是微生物污染。設(shè)備、培養(yǎng)基、懸浮系統(tǒng)和操作方法等的復(fù)雜性都易引起微培養(yǎng)基、懸浮系統(tǒng)和操作方法等的復(fù)雜性都易引起微生物污染，這是細(xì)胞培養(yǎng)都存在的一個(gè)普遍問(wèn)題生物污染，這是細(xì)胞培養(yǎng)都存在的一個(gè)普遍問(wèn)題(wnt)，在大規(guī)模培養(yǎng)中更為嚴(yán)重。動(dòng)物細(xì)胞生長(zhǎng)十分

8、緩慢，在大規(guī)模培養(yǎng)中更為嚴(yán)重。動(dòng)物細(xì)胞生長(zhǎng)十分緩慢，并 易 被 大 多 數(shù) 微 生 物 污 染 物 所 破 壞 。 支 原 體并 易 被 大 多 數(shù) 微 生 物 污 染 物 所 破 壞 。 支 原 體(mycoplasma)對(duì)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的威脅最大，因?yàn)槠涓袑?duì)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的威脅最大，因?yàn)槠涓腥玖?qiáng)且不易檢出。因此，大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)成功的必染力強(qiáng)且不易檢出。因此，大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)成功的必要條件是要有一個(gè)設(shè)備精良的細(xì)胞庫(kù)要條件是要有一個(gè)設(shè)備精良的細(xì)胞庫(kù)(cell bank)。在在細(xì)胞庫(kù)中的冷凍細(xì)胞不受污染。細(xì)胞庫(kù)中的冷凍細(xì)胞不受污染。 第九頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)由于動(dòng)物細(xì)胞(

9、xbo)無(wú)細(xì)胞(xbo)壁，因此人們一般認(rèn)為細(xì)胞(xbo)的脆性是導(dǎo)致培養(yǎng)控制(如溶 氧)復(fù)雜化的關(guān)鍵。然而，選擇堅(jiān)韌的細(xì)胞(xbo)，就不存在上述問(wèn)題。經(jīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)的培養(yǎng)裝置可使細(xì)胞(xbo)懸浮液很好混合，在向培養(yǎng)基內(nèi)流加基質(zhì)和輸送氣體時(shí)也不會(huì)損壞細(xì)胞(xbo)。第十頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)基的配方十分復(fù)雜，并且還需補(bǔ)充血清和蛋白胨。原料(yunlio)的質(zhì)量控制和培養(yǎng)基的生產(chǎn)是大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)的主要問(wèn)題。因?yàn)檠鍋?lái)源困難，質(zhì)量不穩(wěn)定，殘留血清給產(chǎn)物提純帶來(lái)困難等，所以，常采用無(wú)血清培養(yǎng)基。但是，在無(wú)血清培養(yǎng)基中更可能出現(xiàn)細(xì)胞毒(與水中的微量元素或有機(jī)污染

10、有關(guān))。 第十一頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 因此，與培養(yǎng)物相接觸的水必須采用高純度的水。高純度水的腐蝕性很強(qiáng)，并且(bngqi)有從金屬物瀝出元素的能力，所以，凡是與純水接觸的不銹鋼容器和管道的表面都必須進(jìn)行適當(dāng)處理。培養(yǎng)基一般需經(jīng)膜過(guò)濾器過(guò)濾。常用的膜過(guò)濾器可保證其無(wú)菌狀態(tài)，甚至支原體也可被01um的過(guò)濾膜濾出。第十二頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 目前，利用(lyng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的方法生產(chǎn)的有用產(chǎn)品大致可分為4大類：疫苗；干擾素；單克隆抗體；遺傳重組產(chǎn)品。 第十三頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)總之，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程的特征是： (1

11、)生長(zhǎng)速率慢，易被微生物污染，但可采用在培養(yǎng)基中加入抗生素等措施來(lái)解決。 (2)細(xì)胞個(gè)體大且無(wú)壁，對(duì)環(huán)境敏感，因此應(yīng)慎重解決供氧(攪拌與通風(fēng))與細(xì)胞脆弱的矛盾(modn)。 (3)設(shè)備放大是一新課題，不能完全按照微生物反應(yīng)過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)。 (4)反應(yīng)過(guò)程成本高，主要用于高附加值產(chǎn)物的生產(chǎn)。第十四頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)第十五頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)51.2 植物(zhw)細(xì)胞培養(yǎng)的特性 有關(guān)植物細(xì)胞培養(yǎng)的基礎(chǔ)研究很多，而工業(yè)規(guī)模應(yīng)用卻較少。早在1902年，出生于奧地利的德國(guó)植物學(xué)家巳Haberlandt就預(yù)言植物細(xì)胞培養(yǎng)的可能性。 1937年前后，法

12、國(guó)和美國(guó)科學(xué)家分別成功地進(jìn)行了胡蘿卜和煙草的組織培養(yǎng)。隨后，人們(rn men) 認(rèn)識(shí)到生長(zhǎng)素等植物激素在組織培養(yǎng)中的作用。第十六頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 1966年Klein指出，能利用植物(zhw)細(xì)胞培養(yǎng)物代替栽培植株來(lái)生產(chǎn)生化制品。近40年來(lái)，植物(zhw)細(xì)胞培養(yǎng)研究成功的例子已有不少，如用紫草懸浮培養(yǎng)物生產(chǎn)紫草寧，煙草細(xì)胞的大量培養(yǎng)等。第十七頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)與微生物相比，植物細(xì)胞具有這樣一些特性(表41)：細(xì)胞個(gè)大，并且細(xì)胞壁是以纖維素為主要成分，耐拉不耐扭，因此，抗剪切能力(nngl)低。與動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)類同，生長(zhǎng)速率慢，為防

13、止培養(yǎng)過(guò)程中染菌，需加抗生素。細(xì)胞培養(yǎng)需氧，而培養(yǎng)液黏度大，且不能強(qiáng)力通風(fēng)攪拌。產(chǎn)物在細(xì)胞內(nèi)且產(chǎn)量低。培養(yǎng)的植物細(xì)胞常生長(zhǎng)成各種大小的團(tuán)塊(從幾個(gè)細(xì)胞到幾百個(gè)細(xì)胞)，增加了懸浮培養(yǎng)的難度等。第十八頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 生長(zhǎng)緩慢等是植物細(xì)胞的先天不足，然而它能產(chǎn)生一些微生物所不能合成的特有代謝產(chǎn)物(chnw)，如朝鮮參皂角苷、桉樹(shù)油和某些生物堿等。 植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)為大規(guī)模生產(chǎn)這些有用物質(zhì)提供了新途徑。細(xì)胞培養(yǎng)用于試管苗生產(chǎn)，如蘭花等名貴花卉的培育，可以不受環(huán)境的影響。 第十九頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，有產(chǎn)品

14、規(guī)格好；易達(dá)到供需平衡；生產(chǎn)占地少等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，伴隨著紫杉醇的研究成功并應(yīng)用于臨床，植物細(xì)胞培養(yǎng)及其次級(jí)代謝(dixi)產(chǎn)物的研究進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期，尤其是誘導(dǎo)子、前體飼喂、兩相法培養(yǎng)、質(zhì)體轉(zhuǎn)化、毛狀根和冠癭瘤組織培養(yǎng)等新技術(shù)和新方法 的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，更顯示了植物細(xì)胞培養(yǎng)工程在制藥領(lǐng)域的廣闊發(fā)展前景。第二十頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)另外，將固定化技術(shù)(jsh)應(yīng)用于植物細(xì)胞培養(yǎng)中的研究對(duì)有效改善植物細(xì)胞培養(yǎng)中出現(xiàn)的不足有一定成效?？梢哉J(rèn)為，固定化技術(shù)有可能在植物細(xì)胞培養(yǎng)中得以應(yīng)用。 第二十一頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 52 生長(zhǎng)(s

15、hngzhng)模型與培養(yǎng)條件 521 動(dòng)植物細(xì)胞的生長(zhǎng)模型 微生物的生長(zhǎng)是多種環(huán)境因子與細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的代謝(dixi)反應(yīng)的綜合結(jié)果，生長(zhǎng)與環(huán)境因子的關(guān)系目前還難以用簡(jiǎn)單的方程式來(lái)表達(dá)。同理，動(dòng)植物細(xì)胞生長(zhǎng)是細(xì)胞與影響細(xì)胞生長(zhǎng)的環(huán)境因子相互作用的綜合結(jié)果，并且其研究還處于萌芽階段。 第二十二頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)5211 碳源與生長(zhǎng)(shngzhng)模型 微生物反應(yīng)中，細(xì)胞的生長(zhǎng)速率與限制性基質(zhì)間的關(guān)系(gun x)常用Monod方程來(lái)描述。同理，Monod方程也可以用于表達(dá)某些碳源與動(dòng)植物細(xì)胞生長(zhǎng)速率間的關(guān)系。例如，在植物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，多以蔗糖為碳源，據(jù)安田報(bào)道

16、，煙草細(xì)胞在分批培養(yǎng)中，細(xì)胞的生長(zhǎng)速率與蔗糖濃度的關(guān)系可利用Monod方程來(lái)表達(dá)，此時(shí)um a x0023h-1，Ks235g/L。第二十三頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 蔗糖為碳源時(shí)，植物細(xì)胞首先分解蔗糖為葡萄糖和果糖(gutng)，然后優(yōu)先利用葡萄糖。分別以果糖(gutng)或葡萄糖為碳源分批培養(yǎng)煙草細(xì)胞時(shí)，前者有umax0038h-1 ，Ks=025gL，后者為umax=0038h-1，Ks094gL。第二十四頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 5212 呼吸(hx)與生長(zhǎng)模型 由于動(dòng)植物細(xì)胞的培養(yǎng)過(guò)程是好氧過(guò)程，因此，許多科技工作者研究了與細(xì)胞呼吸速率相

17、關(guān)的因素。例如，人參細(xì)胞培養(yǎng)中，添加椰子汁后細(xì)胞的生長(zhǎng)速率加快，耗氧量比不添加椰子汁時(shí)明顯增大。另外，也有報(bào)道，AcerPsedoplatanusL細(xì)胞培養(yǎng)中，細(xì)胞體內(nèi)(t ni)的含氮量與耗氧量有正比關(guān)系。第二十五頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)一般(ybn)好氧微生物的比生長(zhǎng)速率u與菌體的維持常數(shù)m及氧的比消耗速率Qo2有如下關(guān)系：第二十六頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 據(jù)加藤等所獲得的煙草細(xì)胞分批培養(yǎng)的結(jié)果表明，當(dāng)氧為細(xì)胞生長(zhǎng)的限制性因素時(shí),u與Q02有與(51)式相似的關(guān)系。這說(shuō)明，植物細(xì)胞培養(yǎng)中氧的消耗(xioho)，部分用于維持代謝，部分用于生長(zhǎng)繁

18、殖，所獲得的m009mmol(gh)，Y0061gmmol，與一般微生物的m和Y值相比，m很小而Y較大。這可能是植物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中的重要特性。第二十七頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 5213 胞內(nèi)物質(zhì)與生長(zhǎng)(shngzhng)模型 微生物培養(yǎng)中，把細(xì)胞內(nèi)RNA含量作為描述其生長(zhǎng)速率的指標(biāo)，且隨微生物比生長(zhǎng)速率的增加，RNA含量增大。植物細(xì)胞培養(yǎng)中，也有類似的報(bào)道。吉田等在進(jìn)行人參細(xì)胞培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，在對(duì)數(shù)(du sh)生長(zhǎng)期，細(xì)胞的RNA含量顯著增大。培養(yǎng)煙草細(xì)胞時(shí)，人們?cè)敿?xì)研究了細(xì)胞的比生長(zhǎng)速率與細(xì)胞內(nèi)RNA的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其與一般微生物相似，可以用一次方程表達(dá)，即第二十八頁(yè)，共四

19、十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 綜上所述，動(dòng)植物細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的研究，在很大程度上是借鑒了微生物反應(yīng) 動(dòng)力學(xué)理論(lln)。從已有的實(shí)例看，又多屬于定性探討。 第二十九頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)522 動(dòng)植物細(xì)胞動(dòng)植物細(xì)胞(xbo)(xbo)的培養(yǎng)操作的培養(yǎng)操作 5221 植物細(xì)胞的培養(yǎng)操作 植物細(xì)胞的培養(yǎng)方式根據(jù)植物細(xì)胞所處狀態(tài)的不同，分為懸浮培養(yǎng)法與固定(gdng) 化植物細(xì)胞培養(yǎng)法，根據(jù)操作方式的不同，又分為分批式、反復(fù)分批式和連續(xù)式培養(yǎng)3種。下面以懸浮培養(yǎng)法(分批、反復(fù)分批和連續(xù)培養(yǎng))為例進(jìn)行介紹。 第三十頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)

20、 (1)分批培養(yǎng) 植物細(xì)胞的分批培養(yǎng)與微生物的分批培養(yǎng)類同。由于操作簡(jiǎn)單，從實(shí)驗(yàn)室到大型罐廣泛應(yīng)用。分批培養(yǎng)中，植物細(xì)胞的生長(zhǎng)曲線一般呈s形，可明顯觀察出誘導(dǎo)期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、減速期、靜止期和衰亡期(死亡期)，但是與細(xì)菌和酵母菌的培養(yǎng)相比(xin b)，即使是生長(zhǎng)速率快的煙草細(xì)胞，分批培養(yǎng)時(shí)間(一個(gè)周期)也要6d以上，這也就是前面所說(shuō)的植物細(xì)胞培養(yǎng)的先天不足生長(zhǎng)緩慢。 第三十一頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 表52表示某些植物細(xì)胞分批培養(yǎng)中對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的u與微生物的比較。即使已 知生長(zhǎng)較快的煙草細(xì)胞的平均世代時(shí)間也要158h(u0.044h-1)，不到酵母(jiom)比生 長(zhǎng)速率

21、的l10。因此，有必要開(kāi)發(fā)長(zhǎng)期無(wú)菌培養(yǎng)技術(shù)。 第三十二頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)第三十三頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 目前，無(wú)論在實(shí)驗(yàn)室還是在工廠中，大至20t罐，廣泛采用(ciyng)分批式操作。藤田開(kāi) 發(fā)的二步培養(yǎng)法是分批培養(yǎng)法的一種變形，同時(shí)使用兩個(gè)反應(yīng)器，第一個(gè)反應(yīng)器主要是為大量培養(yǎng)細(xì)胞，第二個(gè)反應(yīng)器是為增加目的產(chǎn)物的含量。分批培養(yǎng)中，在一定范圍內(nèi)增加底物濃度，可增加目的產(chǎn)物的產(chǎn)量，但濃度過(guò)高又會(huì)造成接種細(xì)胞的死亡。第三十四頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) (2)反復(fù)式分批培養(yǎng)若反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)液體積為V，補(bǔ)加(b ji)量為F(等

22、于取出量)，則比值FV稱為替換率D。D與連續(xù)培養(yǎng)中的稀釋率D不同，其與培養(yǎng)液取出至加入完成期間的比生長(zhǎng)速率u有如下關(guān)系：第三十五頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)第三十六頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)(3)連續(xù)培養(yǎng)由于連續(xù)培養(yǎng)可以保證細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定，因此，在研究細(xì)胞的生理或代謝等方面時(shí)，連續(xù)培養(yǎng)是一種重要的培養(yǎng)方法。與微生物的連續(xù)培養(yǎng)相同，對(duì)于單罐連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)，與細(xì)胞生長(zhǎng)相關(guān)(xinggun)的物料衡算式為 ：第三十七頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)第三十八頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)第三十九頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)

23、器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 一般連續(xù)培養(yǎng)的細(xì)胞產(chǎn)率高于分批培養(yǎng)的，但由于(yuy)植物細(xì)胞生長(zhǎng)速率慢，維持長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)菌狀態(tài)是需要解決的基本技術(shù)問(wèn)題。另外，單罐連續(xù)培養(yǎng)法并不能適應(yīng)各種反應(yīng)，因此，有必要開(kāi)發(fā)一些新的方法。 第四十頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)5222 動(dòng)物(dngw)細(xì)胞培養(yǎng)方法 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)方法有兩種類型，一類是非貼壁依賴性細(xì)胞的培養(yǎng)，來(lái)源于血液、淋巴組織的細(xì)胞，許多腫瘤(zhngli)細(xì)胞(包括雜交瘤細(xì)胞)和某些轉(zhuǎn)化細(xì)胞屬于這一類型，其可采用類似微生物培養(yǎng)的方法進(jìn)行懸浮培養(yǎng)。另一類是貼壁依賴性細(xì)胞的培養(yǎng)，大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞，包括非淋巴組織的細(xì)胞和許多異倍體體系的細(xì)

24、胞屬于這一類型，它們需要附著于適量正電荷的固體或半固體的表面生長(zhǎng)。 第四十一頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 能夠進(jìn)行懸浮培養(yǎng)(piyng)的動(dòng)物細(xì)胞是一類能無(wú)限繁殖的細(xì)胞，這樣的細(xì)胞又稱為確立細(xì)胞株。由于動(dòng)物細(xì)胞對(duì)剪切力的敏感，豐富培養(yǎng)(piyng)基容易形成過(guò)多泡沫，這都增加了反應(yīng)器操作的難度。懸浮培養(yǎng)(piyng)多采用分批式操作方法，其原理與植物細(xì)胞的類同。另外，適用于動(dòng)物細(xì)胞的還有一種連續(xù)式操作方法灌流培養(yǎng)(piyng)法。這種方 法是把細(xì)胞置于某種封閉系統(tǒng)中，連續(xù)注入新鮮培養(yǎng)(piyng)基的同時(shí)，連續(xù)等量排出用過(guò)的培養(yǎng)基，但不排出懸浮的細(xì)胞。 第四十二頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué) 采用這種方法后，從產(chǎn)物開(kāi)始分泌時(shí)起，便可用快速純化方法不斷地從流出培養(yǎng)基中收集目的產(chǎn)物。雖然灌流培養(yǎng)系統(tǒng)具有以上優(yōu)點(diǎn)，但也存在培養(yǎng)基消耗量比一般(ybn)懸浮培養(yǎng)高幾倍，工作過(guò)程復(fù)雜，培養(yǎng)物易受污染和培養(yǎng)細(xì)胞不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。第四十三頁(yè)，共四十八頁(yè)。生化反應(yīng)器-動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)灌流培養(yǎng)系