小型间歇浸没式植物生物反应器的开发与教学应用.pdf
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1、小型间歇浸没式植物生物反应器的开发与教学应用何磊1,2,蒋琴素1,2,徐程2()1.浙江大学国家级生物实验教学示范中心,杭州,3100582.浙江大学生命科学学院,杭州,310058摘 要:本文介绍了一套基于植物组织培养快速繁殖技术的培养器的设计与教学应用。该培养器基于潮汐式浸没原理,通过微电脑蠕动泵控制浸没时间和频率,具有结构简单、操作方便、自动化程度高等特点。该实验系统由培养容器、营养液瓶、硅胶管和微电脑蠕动泵等组成。通过基于该实验系统的教学演示和实验课程,学生能够加深对小型间歇浸没式植物生物反应器的设计、组装及工作原理的认识,从而更好地理解植物组织培养快繁技术,有助于培养学生在面对植物组
2、织培养应用问题时的创新意识和实践能力。关键词:间歇浸没式反应器,植物组织培养,教学应用Development and Application of Temporary Immersion Bioreactors HE Lei1,2,JIANG Qin-su,XU Cheng2()1.National Biological Experimental Teaching Demonstration Center,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China2.College of Life Sciences,Zhejiang University,Hangzho
3、u 310058,China高校生物学教学研究(电子版)2023 年 4 月,13(2):62-64ISSN 2095-1574 CN 11-9307/R DOI 10.3868/j.issn.2095-1574.2023.02.015专题资源之窗收稿日期:2022-09-02;修回日期:2022-12-07基金项目:浙江省级产学合作协同育人项目“通识课程的实践教学改革基础植物克隆技术与应用”(2021);浙江大学第一批本科课程思政建设项目(2022)作者简介:徐程,E-mail:植物组织培养是指在无菌条件下将植物体的离体器官、组织和细胞在人工提供的条件下生长和发育的培养技术,也叫离体培养1-
4、4。传统的植物组织培养技术是利用琼脂为支持物的固体培养,该培养方式对于培养基的配制要求较高,学生在配制过程中常常出现培养基不均匀、过硬或过软等问题,培养基的配制耗时、耗力且成本较高5-8,不利于后期的生产实践。植物组织培养反应器技术的出现较大程度地解决了这一难题,它具有自动化程度高、生产成本低、培养通量大等特点9-12。目前,植物组织培养器已用于部分农业生产实践13-15,而在植物组织培养教学上的应用则鲜有提及。本文所设计的植物培养器实验体系利用微电脑蠕动泵控制营养液流量、流速及浸没时间等从而满足不同植物的生长需求。使用该实验体系可以减少组织培养继代次数、降低污染概率等。1 小型间歇浸没式植物
5、生物反应器工作原理间歇式浸没植物组织培养是通过一系列装置实现植物组织在营养液中的间歇式浸没来进行培养的方法。其结合了植物组织固体培养和液体培养的优点,既保证了植物组织能获得充分的营养,促使组织更好发育,又能使气体得到充分交换,避免植物生物(23年4月刊)-正文.indd 622023-6-12 15:21:41何磊等:小型间歇浸没式植物生物反应器的开发与教学应用 63组织玻璃化。间歇式浸没植物组织培养系统形式各样,主要由生物反应器、动力装置(蠕动泵、气泵等)、传输装置、控制装置等组成。目前应用较多的间歇式浸没植物组织培养系统主要有两种:一种是Alvard 等设计的 RTIA 系统,其以气泵为动
6、力系统,以上下分隔的容器为培养容器,通过气压控制培养液对植物组织的浸没16;另一种是 Escalona 等设计的 BIT 系统,分开两个容器的气体驱动间歇式浸没生物反应器17,其同样以气泵为动力系统,通过控制培养液在左右两个分开容器中的转移来实现植物组织的间歇式浸没。研究显示浸没时间、浸没频率、营养液体积、容器体积、CO2浓度等因素都对植物组织的培养有较大影响18。2 小型间歇浸没式植物生物反应器设计本文设计的小型间歇浸没式植物生物反应器主要由培养容器、营养液瓶、微电脑控制蠕动泵、硅胶管四部分组成,组装后效果如图 1 所示。培养容器为大号 G1 玻璃砂漏斗,漏斗上口带有橡胶塞,橡胶塞上插有玻璃
7、管,可以连接硅胶管。植物组织置于漏斗的玻璃砂隔板上培养,营养液可穿过玻璃砂隔板。营养液瓶为带有下出水口玻璃瓶,用于盛放营养液,与培养容器下部通过橡胶塞连接。硅胶管连接营养液瓶下出水口和培养容器上方玻璃管,嵌入微电脑控制的蠕动泵,用于营养液在两者间的转运。微电脑控制蠕动泵将营养液由营养液瓶输送至培养容器,并可通过内置程序调控营养液的浸没时长和间隔。该反应器的各部件参数如表 1 所示。该小型间歇浸没式植物生物反应器实验过程如下:在超净台内将植物组织接种于灭菌后的上述植物组织培养反应器中,置于光照培养箱或光照培养架上。根据培养条件设置微电脑控制蠕动泵程序,营养液瓶中营养液输送到培养容器中为植物组织提
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