BioF系列高通量植物生物反應器是在傳統植物組織培養技術(shù)基礎上，設計制作的實(shí)驗設備系統，參照自然界植物生長(cháng)條件，采用間歇浸沒(méi)培養模式設計，利用液體培養基與植物組織間歇接觸提供培養基養分并及時(shí)補充CO?的高效率培養方式。

產(chǎn)品結構組成

● 植物生物反應器由反應器罐體、串聯(lián)部件、換氣和動(dòng)力控制裝置等組成

● 通過(guò)培養罐體的串/并聯(lián)，進(jìn)一步提高植物生物反應器的高通量特征

● 采用整體化一思想，大大降低了生產(chǎn)風(fēng)險，設計人性化，操作簡(jiǎn)方便

BioF產(chǎn)品配置

● 型號：BioF系列：BioF IV型和BioF IV Plus型

● 硬件配置：可編程控制器（PLC）+彩色觸摸屏（HMI）+閥門(mén)+流量傳感器

● 軟件配置：HMI專(zhuān)用開(kāi)發(fā)軟件，定制系統，密碼保護；自動(dòng)操作界面監控界面等

● 系統功能：PLC控制氣泵；流量傳感器監控；界面顯示；浸沒(méi)和間隔時(shí)間可控可調

工作原理

新型植物生物反應器的工作循環(huán)分為四個(gè)階段：

第一階段：間歇階段培養體不與培養液接觸；

第二階段：在外力作用下，培養液開(kāi)始進(jìn)入植物組織培養室；

第三階段：培養基完全與植物組織接觸進(jìn)入漫沒(méi)培養階段，并保持浸沒(méi)狀態(tài)；

第四階段：浸沒(méi)培養結束，在重力及外力作用下，培養液與植物組織分離，又進(jìn)入到可歌階段，完成一次循環(huán)。

BioF應用特點(diǎn)

● 種苗發(fā)育生長(cháng)快，節省培養時(shí)間1/3以上

● 能培養細胞團、植物組織、原球莖和毛狀根等器官

● 無(wú)需轉接/極少轉接或，節省人工1/2以上

● 延時(shí)培養直接發(fā)育成塊莖、鱗莖，組培苗提前上市

● 苗大茁壯，同步練苗和益生菌處理，移栽成活率高

● 實(shí)現微生物與植物組織共培養，提高天然產(chǎn)物得率

BioF產(chǎn)品優(yōu)勢

● 高通量：在同一反應器罐體中可培養數十株甚至數百株種苗，相對于組培瓶培養數量顯著(zhù)提高

● 高效率：通過(guò)培養基的及時(shí)交換和氣體交換，保證養分和CO?供應，提高生長(cháng)效率

● 簡(jiǎn)流程：無(wú)需多次轉接即可實(shí)現整個(gè)生活史的培養或較長(cháng)時(shí)間培養，而不影響組織發(fā)育或植株生長(cháng)

● 多應用：廣泛應用于植物脫毒、種苗擴繁、育種研究、生物制劑生產(chǎn)、種質(zhì)資源保存、遺傳轉化等方面

● 高品質(zhì)：間歇的浸沒(méi)培養，減少了玻璃化現象，獲得的幼苗和體細胞胚質(zhì)量高，移栽成活率高

● 降成本：節省大量物料，簡(jiǎn)化接種過(guò)程的簡(jiǎn)化、自動(dòng)化程度的提高，減少人力成本

應用方向

BioF在農業(yè)生產(chǎn)與科研中的應用

主要培養目標

● 繁育經(jīng)濟作物和藥用植物種苗：草莓、魔芋、香蕉、藥用植物、花卉等

● 選育耐鹽堿、耐旱抗病品種：突變體篩選和單株后代的群體增殖與評價(jià)

● 植物組織細胞和器官的大規模培養：原球莖、鱗莖、微型著(zhù)、人工種子

● 練苗和種苗的群體免疫：培養后期益生菌和接抗菌集中處理無(wú)菌組培苗

● 共培養和互作研究：反應器隔絕環(huán)境中接種多種微生物確定其互作關(guān)系

● 細胞工廠(chǎng)和產(chǎn)物制備：通過(guò)脅迫和共培養實(shí)現活性產(chǎn)物高水平穩定表達

應用于種苗生產(chǎn)

大規模繁育種苗

● 替代傳統組培瓶：形成大苗，成品苗比常規組織培養大、質(zhì)量均一

● 節省大量的人工：基本上一次成苗，減少轉接次數，顯著(zhù)減少固廢

● 控制根冠比，培養壯苗：不同發(fā)育階段控制浸沒(méi)頻率和時(shí)間來(lái)實(shí)現

● 便于后續處理及技術(shù)整合：接種益生菌、直接完成練苗、不用清洗

● 培養木本植物的優(yōu)勢：克服褐變和抑制現象，持續生長(cháng)或直接扦插

白及組培過(guò)程

培養出莖和假鱗莖等繁殖體

在生物反應器中補充養分和延時(shí)培養，可以進(jìn)一步獲得塊莖等繁殖體，縮短組培苗田間生長(cháng)時(shí)間一年左右。

通過(guò)生物反應器培養直接產(chǎn)生的半夏離體塊莖、白及假鱗莖和百合鱗莖

培養原球莖等無(wú)菌繁殖器官

在植物生物反應器中培養石斛屬植物（如金釵石斛、鐵皮石斛等）原球莖，能夠獲得發(fā)育均一高產(chǎn)的原球莖材料，可長(cháng)期保持無(wú)極限生長(cháng)，培養過(guò)程中直接表達石斛堿等生物活性物質(zhì)，也可研究基因簇和基因表達模型；還可以與內生真菌共培養和協(xié)同產(chǎn)物表達，并用于保持和恢復內藥用植物生真菌產(chǎn)目標產(chǎn)物的能力。

金釵石斛原球莖：可以表達石斛堿，也可以誘導發(fā)育成石斛苗

培養藥用植物毛狀根和制備產(chǎn)物

植物毛狀根是植物組織（器官、細胞）受到發(fā)根農桿菌（A.rhizogenes）侵染所產(chǎn)發(fā)狀根，具有無(wú)極限生長(cháng)特點(diǎn)；在植物生物反應器中大量培養毛狀根可以通過(guò)脅迫培養高水平產(chǎn)目標產(chǎn)物，無(wú)需添加植物激素，可直接用于生產(chǎn)，周期短，質(zhì)量穩定可控，或用于研究產(chǎn)物表達模型。

紫草毛狀根：可以生產(chǎn)藥品、化妝品和食品添加劑

應用于種質(zhì)資源挖掘與培育

● 繁育和保護：收集和快速備份珍稀名貴種質(zhì)資源

● 高通量耐鹽抗逆品種：優(yōu)良種質(zhì)資源評價(jià)與篩選

● 育種平臺：互作關(guān)系評價(jià)，細胞和組織培養技術(shù)

應用于品種高通量篩選

BioF高通量植物生物反應器尤其是適合開(kāi)展植物耐鹽、耐旱品種篩選，與常規組培瓶和小區試驗比較，1)鹽濃度持續可調；2)水分（浸沒(méi)頻率）連續可調；3)提高篩選效率100倍以上。

半夏耐鹽品系篩選過(guò)程及培養效果（左：常規品系，右：新品系）

應用于扦插、嫁接育苗和資源保護

● BioF植物生物反應不僅可以在無(wú)菌組織培養中使用。也可以用于有菌繁殖體的直接培養，如扦插、嫁接、資源采集和保護性繁育

● 扦插育苗：木本物種直接扦插，促生根，催芽和繁殖，無(wú)需經(jīng)過(guò)無(wú)菌培養，有效避免有益內生菌的丟失

● 嫁接育苗：形成大量高質(zhì)量均一的接穗，采集和嫁接不受季節限制，如配合蔬菜瓜果種苗的標準化生產(chǎn)

● 種質(zhì)資源保護：珍稀瀕危資源繁育與實(shí)時(shí)保護，就地采集扦插和方便攜帶，同時(shí)保障內生菌和伴生微生物

在BioF植物生物反應器直接打插茶苗和沉香的培養效果，攜帶方便的反應器罐體處理保存量大，攜帶方便，便于及時(shí)觀(guān)察，及時(shí)處理。

應用于可控條件授粉和全生活史研究

● BioF植物生物反應器具備生長(cháng)空間、培養時(shí)長(cháng)和養分補充等優(yōu)勢

 在BioF植物生物反應器通過(guò)足夠養分，促進(jìn)石斛開(kāi)花和實(shí)現人工授粉；充分培養后也獲得足夠量的石斛鮮條

應用于植物/微生物共培養系統

● 通過(guò)控制培養條件，實(shí)現植物組織（器官）與植物內生菌等微生物共培養，發(fā)揮內生菌產(chǎn)生抗腫瘤藥物等生物活性物質(zhì)的能力，實(shí)現產(chǎn)物的高水平穩定表達。

● 可應用于植物活體保存內生真菌，無(wú)需連續轉接，并維持其產(chǎn)物表達能力。

在BioF植物生物反應器中實(shí)現石斛原球莖與多種或一種內生真菌的共培養，設置培養條件可以實(shí)現多種培養模式和培養效果。

應用于組培苗群體免疫和高效率篩選菌肥優(yōu)勢菌群

● 培養成苗后，可以直接在反應器中均勻實(shí)現益生菌/拮抗菌的接種，實(shí)現種苗群體免疫，有效預防田間病害的發(fā)生危害。

● 通過(guò)控制培養條件，可以多菌株與目的植物的共培養，實(shí)現同步競爭和定殖能力比較，以及開(kāi)展致病性測定。

● 從共培養植株中重新分離測試菌株，測試其豐度和定值特征，能夠有效避免菌肥試驗中土壤和環(huán)境微生物干擾。

在BioF植物生物反應器中加入菌培養液處理12hr，實(shí)現白及益生菌和石斛內生菌的均一接種，其中，石斛內生菌可以培養保存5個(gè)月以上，并保持高水平表達石斛堿托潛力。

應用于基礎研究

應用于植物組織和干細胞培養

● 在植物生物反應器中能夠大量培養植物愈傷組織，分析和測定愈傷組織（細胞團）中生物活性組分的產(chǎn)生條件，拓展植物組織培養的研究深度和廣度。

● 大量培養細胞、組織和器官，不僅實(shí)現陽(yáng)光房和盆栽實(shí)驗資源，還能保證研究過(guò)程標準化、智控化，建立目標活性產(chǎn)物的表達模型。

● 間歇浸沒(méi)條件下培養大量愈傷組織細胞或干細胞，通過(guò)酶處理和分離，容易制備大量原生質(zhì)體，并開(kāi)展后續演技和培養，如誘導發(fā)育為體細胞胚等繁殖體。

在BioF植物生物反應器中實(shí)現石斛原球莖與多種或一種內生真菌的共培養設置培養條件可以實(shí)現多種培養模式和培養效果。

應用于植物組織和植株對其它處理技術(shù)的響應

生物反應器培養模式更有利于研究光、電、熱、磁、波等物理效益對植物生長(cháng)的影響，甚至對難培養植物具備誘導發(fā)育的效果。 

在BioF生物反應器生物反應器中測試太赫茲波（能量環(huán)）能對半夏有顯著(zhù)促生長(cháng)作用，并在種子（珠芽等）繼代培養中有持續影響。

研究效應物對植物生長(cháng)的影響

● BioF植物生物反應器有利于實(shí)現多組甚是數十個(gè)處理的生物學(xué)平行試驗，跟蹤研究培養過(guò)程的養分消耗和發(fā)育模型。

● 有利于通過(guò)養分和效應物脅迫條件對植物發(fā)育的影響模型，這些效應物如金屬離子和生物因素等，目標包括產(chǎn)物表達和花期控制等。

● BioF生物反應器中平行研究硒等效應成分的吸收、轉運和轉化模型，實(shí)現SOD協(xié)調表達水平的標定。研究半夏（魔芋等天南星科植物）倒苗和養分向珠芽等繁殖體轉移的條件模型，服務(wù)于生殖研究。

● BioF生物反應器培養金釵石斛組培苗的過(guò)程（a-j）各間隔15d）

● BioF生物反應器培養金釵石斛時(shí)不同漫沒(méi)頻率對苗生長(cháng)的影響

● 不同濃度MeJA處理對反應器培養金釵石斜生長(cháng)的促生/抑制影響

● 不同濃度的MeJA脅迫處理對促進(jìn)生物反應器中半夏倒苗的效果

應用推廣單位

● 海南大學(xué)：香蕉、沉香、蘭花、油茶

● 浙江理工大學(xué)：楊樹(shù)、半夏、芋頭、番茄、石斛、三葉木通

● 云南省農業(yè)科學(xué)院：萬(wàn)壽菊、茶葉、百合

● 遵義醫科大學(xué)：鐵皮石斛、金釵石斛、茶葉、半夏

● 福建農林大學(xué)：金線(xiàn)蓮、三角梅蘭花

● 長(cháng)春大學(xué)：多肉植物、亞麻

● 南京工業(yè)大學(xué)：白及、藏紅花、半夏、紅豆杉

● 西南民族大學(xué)：七葉一枝花、半夏

● 大連民族大學(xué)：櫻桃、草莓

● 江蘇師范大學(xué)：紅豆杉、半夏

● 河南農業(yè)大學(xué)：山藥

● 湖南工業(yè)大學(xué)：黃精、百合

● 九江學(xué)院：香蕉、沉香

● 三峽集團長(cháng)江珍稀植物研究所：蛇足石杉和蕨類(lèi)花卉

● 亳州城建發(fā)展控股集團有限公司：半夏

已經(jīng)培養過(guò)的部分種苗

● 部分已由本科研團隊建成的生物反應器種苗繁殖體系包括：金線(xiàn)蓮、鐵皮石斛、金釵石斛石斛、白及、半夏、芋頭、紅掌、浙貝母、藏紅花、香蕉、鵝掌楸、黑枸杞、梔子、櫻桃、茶葉、百合、草莓等；

● 部分已由用戶(hù)建成的生物反應器種苗培養和互作關(guān)系體系包括：蘭花、水稻、黑小麥、油茶、蝴蝶蘭、三角梅、沉香、黃精、馬鈴薯、山藥、萬(wàn)壽菊、菊花、亞麻、五加皮、楊樹(shù)、蛇足石杉、三葉木通、七葉一枝花、串葉松香草等。

已經(jīng)建成植物生物反應器示范平臺

通過(guò)植物生物反應器平臺技術(shù)和特殊種質(zhì)挖掘能力的建設，科研團隊發(fā)起和支撐了多家學(xué)科和研發(fā)平臺的建成和效益。其中包括：天然藥物功能?chē)?地方聯(lián)合工程中心、江蘇海洋產(chǎn)業(yè)研究院、鹽城市近海生物資源工程中心、江蘇秸稈和涂生物資源利用省級工程中心、遵義醫科大學(xué)生物資源健康利用研究中心、貴州省藥用蘭科植物開(kāi)發(fā)利用工程中心和浙江省有害生物預防控制工程中心等平臺。