植物毛状根培養における酸素物質移動の解析と新規バイオリアクターの構築

植物毛状根培养中氧传质分析及新型生物反应器的构建

• 批准号: 06750826
• 负责人: 紀ノ岡 正博
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750826/
• 关键词: 生物化学工学; バイオリアクター; 植物細胞培養; 植物毛状根; 酸素移動現象; 赤ビ-ト毛状根; ラジアルフロー型バイオリアクター; 培地循環型バイオリアクター

本研究では,毛状根増殖に適した新規バイオリアクターの開発を目的とし,培地循環型バイオリアクターを用い,種々の液流速下でレッドビ-ト毛状根を培養し,以下の知見を得た.1.培地循環型バイオリアクターは,培養液中に酸素を溶存させる酸素富化槽と毛状根が培養液から酸素を摂取し増殖する増殖カラムから成り,増殖カラムへ培養液をポンプで循環させることで酸素供給を行う.本リアクターを用いカラム内のバルク流速を種々変化させ培養を行ったところ,流速の増加に伴い細胞増殖速度が向上し,しかし,ある一定流速以上では逆に低下し,極大値を持つことがわかった.また,増殖カラム内ので入口での酸素収支式より,液流速が低い範囲では,培養液(液)-毛状根(固)間に存在する境膜抵抗が律速となり,酸素移動を支配していることがわかった.一方,カラム出入口のおける圧力損失を測定したところ,液流速の増加に伴い細胞にかかる圧力損失が上昇することがわかり,液流速が高いところでは,液流れによる細胞表面での剪断応力等のストレスの増加により増殖が阻害されると考えられた.2.培地循環型バイオリアクターを用い,上記実験から求められた最適な流速で高密度培養を行った際,増殖カラム内において毛状根の酸素摂取により溶存酸素(DO)の濃度勾配が生じ,培養液出口付近では溶存酸素が低くなり,細胞増殖の低下がみられた.そこで,液流れに垂直方向の断面積を大きくし,毛状根との接触する流路距離を短くしたラジアルフロー型バイオリアクターが,適当であると考えられた.増殖カラムとしてこのリアクターを用い毛状根の培養を行ったところ,従来の単通型カラムと比べ,1.3倍の増殖量の向上がみられた.また,高密度培養時においても出口DO濃度を常に高い値で維持することができ,本リアクターの有効性を示すことができた.

在这项研究中，目的是开发一种适合毛根生长的新型生物反应器，并使用介质循环生物反应器在各种液体流速下培养红斑点毛状根，并获得以下发现。1。培养基循环生物反应器由氧气富集罐组成，该罐将氧气溶解在培养基中的氧气和一个生长柱中，其中毛状的根从培养基中摄入氧气，并从培养基中摄入氧气，氧气是通过将培养基泵送到生长柱中提供的氧气。该反应器用于提供氧气。当通过改变批量流量来进行培养时，细胞生长速率随着流速的增加而增加，但是发现在一定水平以上的一定水平上方的流量上，它将降低并具有最大值。此外，在生长柱中，培养液（液体）和毛状根（固体）之间存在的边界膜电阻是限速速率，并且在液体流速较低的范围内主导氧气转移。另一方面，当测量了柱入口处的压力损失时，发现发现液体流速的增加。发现适用于生殖细胞的压力损失增加了，人们认为在液体流量较高的地方，由于液体流动引起的剪切应力等应力增加（例如剪切应力），生长受到抑制。2。当使用介质循环生物反应器以及根据上述实验确定的最佳流速进行高密度培养时，生长柱中毛根的氧气吸收的氧气会产生溶解的氧（DO）的梯度，并且溶解的氧气降低了培养液的含量，导致细胞生长的降低。因此，使用径向流动反应器，其垂直于流体流量和较短的流动距离接触毛状根部是合适的。当使用该反应器作为生长柱培养毛茸茸的根时，与常规的单通道柱相比，生长量的提高了1.3倍。此外，即使在高密度培养过程中，出口DO浓度始终可以保持高值，这表明该反应器的有效性。

项目成果

Masahiro Kino-oka: "Effect of Liquid Flow Rate in Bioreactor on Cell Growth of Plant Hairy Roots" 化学工学会第27回秋季大会要旨集. 1. 253- (1994)

Masahiro Kino-oka：“生物反应器中液体流速对植物毛状根细胞生长的影响”化学工程师学会第 27 届秋季会议摘要。1. 253- (1994)

Masahiro Kino-oka: "Investigation of Oxygen Transfer on Culture of Plant Hairy Roots in Bioreactor" Proceeding of Asia-Pacific Biochenical Engineering Conference 1994. 95-97 (1994)

Masahiro Kino-oka：“生物反应器中植物毛状根培养中氧转移的研究”亚太生物化学工程会议论文集1994. 95-97 (1994)