專利名稱：植物的營養(yǎng)液霧化培養(yǎng)反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及植物組織細(xì)胞及完整植物培養(yǎng)，尤其涉及植物的營養(yǎng)液霧化培養(yǎng)反應(yīng)器。
在植物培養(yǎng)這一領(lǐng)域中，尤其是在組織培養(yǎng)方面，至今未有十分適用的設(shè)備和裝置(本交底書統(tǒng)稱為生物反應(yīng)器)。而培養(yǎng)基質(zhì)也只是采用液體或加有瓊脂的固體培養(yǎng)基兩種形式。
當(dāng)前普遍采用的培養(yǎng)方法是在小培養(yǎng)瓶內(nèi)，用淺層的液體培養(yǎng)基浸沒組織塊或?qū)⒔M織塊在固體培養(yǎng)基上固定培養(yǎng)。將小培養(yǎng)瓶置于恒溫培養(yǎng)室內(nèi)，適當(dāng)控制好光照條件。
設(shè)計適合于植物組織培養(yǎng)的新型生物反應(yīng)器，是這一技術(shù)走向工業(yè)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，許多研究人員在這方面做了大量的工作。曾有報道，將攪拌式或氣升式反應(yīng)器用于植物組織比如胚狀體的培養(yǎng)上。此外，一些研究者根據(jù)植物組織、細(xì)胞培養(yǎng)的特點，設(shè)計了各式各樣的新型反應(yīng)器，例如轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器，懸桿攪拌式反應(yīng)器。
八十年代末，Weathers和Giles報道了用營養(yǎng)液霧化培養(yǎng)植物組織的實驗結(jié)果，指出這是一種有前途的新方法。他們當(dāng)時使用的是機(jī)械噴霧，裝置結(jié)果見


圖1。隨后，Weathers及其合作者又使用超聲波霧化裝置培養(yǎng)了多種植物組織，取得了很好的結(jié)果，系統(tǒng)構(gòu)成見圖2。進(jìn)入九十年代，日本與韓國的研究人員也做了這方面的工作，他們的思路及系統(tǒng)的構(gòu)成與Weathero等人的基本相同。見圖3，和圖4。
現(xiàn)有技術(shù)中存在的許多問題，限制了植物組織培養(yǎng)向工業(yè)化、規(guī)?；较虻陌l(fā)展，大部分工作停留在瓶瓶罐罐的簡單而繁瑣的勞動的水平上。
傳統(tǒng)的小培養(yǎng)瓶培養(yǎng)方式，人力消耗大，操作繁瑣。在培養(yǎng)過程中，瓶與瓶之間條件不容易統(tǒng)一控制，因而材料的同步性較差。如果使用固體培養(yǎng)基，瓊脂的添加增加了培養(yǎng)的成本，而且在固體培養(yǎng)基上，植物組織的生長，繁殖速度較慢；營養(yǎng)物質(zhì)利用率低；而使用液體培養(yǎng)基，由于只能淺層培養(yǎng)，中間需要多次換液或補(bǔ)充新鮮營養(yǎng)液，增加了工作的繁瑣程度并且瓶蓋的多次開啟，擴(kuò)大了染菌的機(jī)會。
在生物反應(yīng)器的研制和應(yīng)用方面，許多研究者根據(jù)植物組織，細(xì)胞培養(yǎng)的特點，或是直接應(yīng)用傳統(tǒng)的氣升式或攪拌式發(fā)酵罐；或是對傳統(tǒng)設(shè)備加以改進(jìn)；或是設(shè)計新型的生物反應(yīng)器，它們的共同點是液體培養(yǎng)基浸沒組織塊，而后通過攪拌或通氣使體系均勻，并使供氣充分。這種浸沒方式帶來下面幾個問題1、液體浸沒不是大多數(shù)植物的正常生長環(huán)境，長期浸沒會產(chǎn)生玻璃化作用，這是影響液體培養(yǎng)效果的極為嚴(yán)重的一個問題。
2、液體培養(yǎng)過程中，供氣效果差，溶氧低。而植物組織塊體積大，比表面積相對于單細(xì)胞要小得多，因此內(nèi)擴(kuò)散傳遞阻力大，這就更加突出了液體培養(yǎng)供氣效果較差的問題。另外，組織塊的存在，使體系的流動效果較差，加大了氧氣在氣、液、固三相間的傳遞難度，降低了供氣的效率。
3、由于需要不停地攪拌或通氣。一方面，有較大的剪切力，對組織、細(xì)胞有破壞作用；另一方面，組織塊始終處于不固定狀態(tài)，消除了其生長、發(fā)育的方向性，而實驗表明植物生長、發(fā)育有一定的極性效應(yīng)，固定狀態(tài)更有利。
Weathers等提出的霧化培養(yǎng)方法，為植物組織培養(yǎng)提供了一條新的途徑，并顯示出良好的發(fā)展前景。但Weathers和其他研究者的著眼點還是蕩在植物組織在霧化培養(yǎng)條件下的生理字研究上，他們的培養(yǎng)系統(tǒng)只是試驗性質(zhì)的，在實際應(yīng)用和放大方面還存在許多問題1、霧化裝置、培養(yǎng)箱和營養(yǎng)液貯罐分離，之間以管道相連。這種多管路、多聯(lián)接，往往會增加染菌的機(jī)會，而且在滅菌過程中容易產(chǎn)生死角。
2、營養(yǎng)霧用無菌空氣帶入培養(yǎng)箱，隨著尾氣的排出，會有大量被霧化的營養(yǎng)液被帶走，造成浪費(fèi)，而且處理不當(dāng)會造成環(huán)境污染。
3、為處理尾氣中的營養(yǎng)霧，需要安裝適當(dāng)?shù)姆蛛x設(shè)備、裝置，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
以上這些問題，隨著反應(yīng)器的放大將更加突出。
本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的這些問題，提出了一條新的思路和一套全新的設(shè)計。其目的是①使組織培養(yǎng)用新型生物反應(yīng)器來進(jìn)行，實現(xiàn)大規(guī)模，降低勞動強(qiáng)度，簡化控制條件。②實現(xiàn)固定化培養(yǎng)，維持植物生長、發(fā)育的極性效應(yīng)。③解決培養(yǎng)過程中的玻璃化問題和供氣問題，消除機(jī)械損傷作用。④簡化培養(yǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少染菌機(jī)會，降低設(shè)備放大的難度，使之更加實用。⑤充分利用植物組織，細(xì)胞生長的特點和反應(yīng)器自身結(jié)構(gòu)上的特點，簡化操作，節(jié)省能源，減少營養(yǎng)物質(zhì)的浪費(fèi)并提高培養(yǎng)的效果。
本實用新型具體的解決方案為1、一種植物的營養(yǎng)液霧化培養(yǎng)反應(yīng)器。其特征在于該反應(yīng)器包括玻璃罐體1、不銹鋼絲網(wǎng)2、組織塊3、內(nèi)筒4、螺旋槳5、電磁驅(qū)動器6、頂蓋7、帶夾套的不銹鋼底槽8、霧化換能片9、高頻振蕩電路10、時間控制器11、過濾器12、日光燈13、其中，電磁驅(qū)動器6設(shè)置在頂蓋7的中央；電磁驅(qū)動器6的驅(qū)動部置于罐外，從動部密封在罐內(nèi)，從動軸上加有螺旋槳；頂蓋7設(shè)置在玻璃罐體1上；玻璃罐體1內(nèi)放置多層不銹鋼網(wǎng)2，植物組織塊3置于網(wǎng)上，玻璃罐體1設(shè)置在不銹鋼底槽8上，不銹鋼底槽8和玻璃罐體1之間以法蘭聯(lián)結(jié)，中央內(nèi)筒4設(shè)置在玻璃罐體1內(nèi)，不銹鋼底槽8底部，其軸與螺旋漿和底部的換能片在一條直線上，不銹鋼底槽8的中央，有一圓孔，霧化換能片9從罐外被固定在此孔上，并嚴(yán)格密封；不銹鋼底槽8帶有夾套；高頻振蕩電路10與霧化換能片9相連接，時間控制器11與高頻振蕩電路相連接，過濾器12與底槽8的進(jìn)氣口相連接，日光燈13設(shè)置在玻璃罐體1外。
本實用新型的基本思路和方法是(將營養(yǎng)液1或稱液體培養(yǎng)基)霧化，霧化的手段是使用超聲波霧化器或機(jī)械壓力噴頭噴霧，通過霧的擴(kuò)散、沉降，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)彌漫至整個培養(yǎng)裝置。該實用新型具有以下優(yōu)點①由于霧化，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)可以在氣相中傳播，其流動效果優(yōu)于液體，因而更容易達(dá)到均勻。
②組織塊浸沒在氣霧中，營養(yǎng)供給和換氣都很充分，解決了液體培養(yǎng)供氣較難的問題，并消除了玻璃化現(xiàn)象。
③溫度可以通過控制進(jìn)氣溫度和營養(yǎng)霧的溫度來進(jìn)行調(diào)節(jié)，而霧的溫度控制可通過調(diào)節(jié)營養(yǎng)液的溫度來實現(xiàn)。
④霧化反應(yīng)器內(nèi)較高的濕度，對一些脫毒菌的培養(yǎng)有壯菌作用。
2、培養(yǎng)系統(tǒng)采用霧化器、培養(yǎng)箱和貯罐一體化的結(jié)構(gòu)。罐體內(nèi)有一細(xì)徑的不銹鋼或玻璃質(zhì)的內(nèi)筒，其下底高于液面，正對罐底的換能片，上口低于罐頂，正對螺旋槳。營養(yǎng)霧在筒內(nèi)產(chǎn)生并由螺旋槳帶動，在罐內(nèi)形成循環(huán)，充滿整個裝置。螺旋槳由罐頂?shù)碾姶膨?qū)動器帶動，并且轉(zhuǎn)速可調(diào)，我們將整個裝置稱為內(nèi)筒循環(huán)霧化反應(yīng)器，詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖5，其優(yōu)點是①一體化結(jié)構(gòu)簡單，聯(lián)接少，降低了染菌的可能性，并使放大容易實現(xiàn)，放大后的體系更容易達(dá)到均勻，在這方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于固定床和液體培養(yǎng)反應(yīng)器。
②由于霧的懸浮效果好，易擴(kuò)散、傳播，所以可用小功率的電磁驅(qū)動器驅(qū)動螺旋槳，帶動霧循環(huán)；而且通氣也只需要小流量，因此能耗低。
③螺旋槳用罐體外的電磁驅(qū)動器驅(qū)動，無縫隙，密封效果好，不易染菌。
④反應(yīng)器裝有內(nèi)筒，一方面，由于其直徑很小，占用體積??；另一方面，它的存在使罐體內(nèi)霧的流動有序化，氣流霧流平緩，分布均勻。而且在較低的罐體內(nèi)可以不用螺旋槳帶動，就能使霧借助自身的速度沖出內(nèi)筒上口，達(dá)到不加內(nèi)筒時霧化高度的2-3倍。
3、采用間歇噴霧。
4、反應(yīng)器內(nèi)放置多層不銹鋼網(wǎng)，植物組織置于網(wǎng)上。固定狀態(tài)保證了植物生長、發(fā)育的極性效應(yīng)，而多層結(jié)構(gòu)則提高了單位體積的生產(chǎn)能力。
本實用新型的效果一系列的試驗表明，霧化反應(yīng)器有利于植物組織、細(xì)胞的培養(yǎng)和培養(yǎng)的大規(guī)?；?。
營養(yǎng)霧在培養(yǎng)裝置內(nèi)可迅速擴(kuò)散，很快達(dá)到均勻，即使有多層網(wǎng)和培養(yǎng)后期高密度的組織塊或組培菌存在，對霧的擴(kuò)散影響也不是很大。
植物組織的生長狀況明顯優(yōu)于固體培養(yǎng)基，并與液體線層培養(yǎng)下的組織生長狀況相近，甚至更好，(一般說，液體淺層培養(yǎng)優(yōu)于固體培養(yǎng)基)。長期培養(yǎng)無玻璃化現(xiàn)象發(fā)生，而且有去玻璃化作用，在這一點上優(yōu)于液體培養(yǎng)。培養(yǎng)20天以上無污染。
噴霧終斷后，霧會迅速消散--附著于組織表面或反應(yīng)器的其他部位，從而恢復(fù)反應(yīng)器內(nèi)的透明度，保證了充足的光照。
反應(yīng)器在內(nèi)筒直徑，霧化器功率及其它條件不變的情況下，僅把培養(yǎng)體積由1.5升放大到20升，霧的分散效果依然很好。利用這種易放大的優(yōu)點并通過計算，可將該種反應(yīng)器放大到工藝化規(guī)模。
圖1為機(jī)械噴霧裝置。
圖2為超聲波霧化裝置系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖3為韓國現(xiàn)有超聲波霧化培養(yǎng)系統(tǒng)。
圖4為日本現(xiàn)有超聲波霧化培養(yǎng)系統(tǒng)。
圖5為本實用新型罐體結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。一種植物的營養(yǎng)液霧化培養(yǎng)反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器包括玻璃罐體1、不銹鋼絲網(wǎng)2、組織塊3、內(nèi)筒4、螺旋槳5、電磁驅(qū)動器6、頂蓋7、帶夾套的不銹鋼底槽8、霧化換能片9、高頻振蕩電路10、時間控制器11、過濾器12、日光燈13、其中，電磁驅(qū)動器6設(shè)置在頂蓋7的中央；電磁驅(qū)動器6的驅(qū)動部置于罐外，從動部密封在罐內(nèi)，從動軸上加有螺旋槳；頂蓋7設(shè)置在玻璃罐體1上；玻璃罐體1內(nèi)放置多層不銹鋼網(wǎng)2，植物組織塊3置于網(wǎng)上，玻璃罐體1設(shè)置在不銹鋼底槽8上，不銹鋼底槽8和玻璃罐體1之間以法蘭聯(lián)結(jié)，中央內(nèi)筒4設(shè)置在玻璃罐體1內(nèi)，不銹鋼底槽8底部，其軸與螺旋漿和底部的換能片在一條直線上，不銹鋼底槽8的中央，有一圓孔，霧化換能片9從罐外。被固定在此孔上，并嚴(yán)格密封；不銹鋼底槽8帶有夾套；高頻振電路10與霧化換能片9相連接，時間控制器11與高頻振蕩電路相連接，過濾器12與底槽8的進(jìn)氣口相連接，日光燈13設(shè)置在玻璃罐體1外。
權(quán)利要求1.一種植物的營養(yǎng)液霧化培養(yǎng)反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器包括玻璃罐體1、不銹絲網(wǎng)2、組織塊3、內(nèi)筒4、螺旋槳5、電磁驅(qū)動器6、頂蓋7、帶來套的不銹鋼底槽8、霧化換能片9、高頻振蕩電路10、時間控制器11、過濾器12、日光燈13、其中，電磁驅(qū)動器6設(shè)置在頂蓋7的中央；電磁驅(qū)動器6的驅(qū)動部置于罐外，從動部密封在罐內(nèi)，從動軸上加有螺旋槳；頂蓋7設(shè)置在玻璃罐體1上；玻璃罐體1內(nèi)放置多層不銹鋼網(wǎng)2，植物組織塊3置于網(wǎng)上；玻璃罐體1設(shè)置在不銹鋼底槽8上，不銹鋼底槽8和玻璃罐體1之間以法蘭聯(lián)結(jié)；中央內(nèi)筒4設(shè)置在玻璃罐體1內(nèi)，不銹鋼底槽8底部，其軸與螺旋漿和底部的換能片在一條直線上，不銹鋼底槽8的中央，有一圓孔，霧化換能片9從罐外，被固定在此孔上，并嚴(yán)格密封；不銹鋼底槽8帶有夾套；高頻振蕩電路10與霧化換能片9相連接，時間控制器11與高頻振蕩電路相連接，過濾器12與底槽8的進(jìn)氣口相連接，日光燈13設(shè)置在玻璃罐體1外。
專利摘要本實用新型涉及一種植物的營養(yǎng)液霧化培養(yǎng)反應(yīng)器，其特征在于電磁驅(qū)動器6設(shè)置在頂蓋7的中央；從動軸上加有螺旋槳；頂蓋7設(shè)置在玻璃罐體1上；玻璃罐體1內(nèi)放置多層不銹鋼網(wǎng)2，植物組織塊3置于網(wǎng)上；玻璃罐體1設(shè)置在不銹鋼底槽8上；中央內(nèi)筒4設(shè)置在玻璃罐體1內(nèi)，不銹鋼底槽8的中央有一圓孔，霧化換能片9從罐外，被固定在此孔上，并嚴(yán)格密封；高頻振蕩電路10與霧化換能片9相連接，時間控制器11與高頻振蕩電路相連接，過濾器12與底槽8的進(jìn)氣口相連接。本發(fā)明具有易于放大到工藝化規(guī)模的特點。
文檔編號A01H4/00GK2263437SQ96211808
公開日1997年10月1日 申請日期1996年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月15日
發(fā)明者郝震龍, 歐陽藩, 陳正華, 谷瑞升 申請人:中國科學(xué)院化工冶金研究所, 中國科學(xué)院遺傳研究所