BioF系列高通量植物生物反應器是在傳統(tǒng)植物組織培養(yǎng)技術基礎上，設計制作的實驗設備系統(tǒng)，參照自然界植物生長條件，采用間歇浸沒培養(yǎng)模式設計，利用液體培養(yǎng)基與植物組織間歇接觸提供培養(yǎng)基養(yǎng)分并及時補充CO?的高效率培養(yǎng)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、換氣和動力控制裝置等組成
● 通過培養(yǎng)罐體的串/并聯(lián)，進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)風險，設計人性化，操作簡方便
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+流量傳感器
● 軟件配置：HMI專用開發(fā)軟件，定制系統(tǒng)，密碼保護；自動操作界面監(jiān)控界面等
● 系統(tǒng)功能：PLC控制氣泵；流量傳感器監(jiān)控；界面顯示；浸沒和間隔時間可控可調(diào)
工作原理
新型植物生物反應器的工作循環(huán)分為四個階段：
第一階段：間歇階段培養(yǎng)體不與培養(yǎng)液接觸；
第二階段：在外力作用下，培養(yǎng)液開始進入植物組織培養(yǎng)室；
第三階段：培養(yǎng)基完全與植物組織接觸進入漫沒培養(yǎng)階段，并保持浸沒狀態(tài)；
第四階段：浸沒培養(yǎng)結束，在重力及外力作用下，培養(yǎng)液與植物組織分離，又進入到可歌階段，完成一次循環(huán)。
BioF應用特點
● 種苗發(fā)育生長快，節(jié)省培養(yǎng)時間1/3以上
● 能培養(yǎng)細胞團、植物組織、原球莖和毛狀根等器官
● 無需轉接/極少轉接或，節(jié)省人工1/2以上
● 延時培養(yǎng)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
● 實現(xiàn)微生物與植物組織共培養(yǎng)，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(yǎng)數(shù)十株甚至數(shù)百株種苗，相對于組培瓶培養(yǎng)數(shù)量顯著提高
● 高效率：通過培養(yǎng)基的及時交換和氣體交換，保證養(yǎng)分和CO?供應，提高生長效率
● 簡流程：無需多次轉接即可實現(xiàn)整個生活史的培養(yǎng)或較長時間培養(yǎng)，而不影響組織發(fā)育或植株生長
● 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)、種質資源保存、遺傳轉化等方面
● 高品質：間歇的浸沒培養(yǎng)，減少了玻璃化現(xiàn)象，獲得的幼苗和體細胞胚質量高，移栽成活率高
● 降成本：節(jié)省大量物料，簡化接種過程的簡化、自動化程度的提高，減少人力成本
應用方向
BioF在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與科研中的應用
| 培養(yǎng)對象 | 培養(yǎng)條件 | 培養(yǎng)產(chǎn)物 |
- 植物細胞（如胚狀體） - 植物組織（如愈傷組織） - 植物器官（如毛狀根） - 整株植物（如種苗） | - 植物生物反應器 - 液體培養(yǎng)基 - 適應的光照 - 氣體交換 | - 植物組織 - 代謝產(chǎn)物 - 植物細胞 - 職務種苗 |
主要培養(yǎng)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
● 植物組織細胞和器官的大規(guī)模培養(yǎng)：原球莖、鱗莖、微型著、人工種子
● 練苗和種苗的群體免疫：培養(yǎng)后期益生菌和接抗菌集中處理無菌組培苗
● 共培養(yǎng)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系
● 細胞工廠和產(chǎn)物制備：通過脅迫和共培養(yǎng)實現(xiàn)活性產(chǎn)物高水平穩(wěn)定表達
應用于種苗生產(chǎn)
大規(guī)模繁育種苗
● 替代傳統(tǒng)組培瓶：形成大苗，成品苗比常規(guī)組織培養(yǎng)大、質量均一
● 節(jié)省大量的人工：基本上一次成苗，減少轉接次數(shù)，顯著減少固廢
● 控制根冠比，培養(yǎng)壯苗：不同發(fā)育階段控制浸沒頻率和時間來實現(xiàn)
● 便于后續(xù)處理及技術整合：接種益生菌、直接完成練苗、不用清洗
● 培養(yǎng)木本植物的優(yōu)勢：克服褐變和抑制現(xiàn)象，持續(xù)生長或直接扦插
白及組培過程
培養(yǎng)出莖和假鱗莖等繁殖體
在生物反應器中補充養(yǎng)分和延時培養(yǎng)，可以進一步獲得塊莖等繁殖體，縮短組培苗田間生長時間一年左右。
通過生物反應器培養(yǎng)直接產(chǎn)生的半夏離體塊莖、白及假鱗莖和百合鱗莖
培養(yǎng)原球莖等無菌繁殖器官
在植物生物反應器中培養(yǎng)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，可長期保持無極限生長，培養(yǎng)過程中直接表達石斛堿等生物活性物質，也可研究基因簇和基因表達模型；還可以與內(nèi)生真菌共培養(yǎng)和協(xié)同產(chǎn)物表達，并用于保持和恢復內(nèi)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(yǎng)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(nóng)桿菌（A.rhizogenes）侵染所產(chǎn)發(fā)狀根，具有無極限生長特點；在植物生物反應器中大量培養(yǎng)毛狀根可以通過脅迫培養(yǎng)高水平產(chǎn)目標產(chǎn)物，無需添加植物激素，可直接用于生產(chǎn)，周期短，質量穩(wěn)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資源
● 高通量耐鹽抗逆品種：優(yōu)良種質資源評價與篩選
● 育種平臺：互作關系評價，細胞和組織培養(yǎng)技術
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展植物耐鹽、耐旱品種篩選，與常規(guī)組培瓶和小區(qū)試驗比較，1)鹽濃度持續(xù)可調(diào)；2)水分（浸沒頻率）連續(xù)可調(diào)；3)提高篩選效率100倍以上。
半夏耐鹽品系篩選過程及培養(yǎng)效果（左：常規(guī)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菌組織培養(yǎng)中使用。也可以用于有菌繁殖體的直接培養(yǎng)，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，無需經(jīng)過無菌培養(yǎng)，有效避免有益內(nèi)生菌的丟失
● 嫁接育苗：形成大量高質量均一的接穗，采集和嫁接不受季節(jié)限制，如配合蔬菜瓜果種苗的標準化生產(chǎn)
● 種質資源保護：珍稀瀕危資源繁育與實時保護，就地采集扦插和方便攜帶，同時保障內(nèi)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(yǎng)效果，攜帶方便的反應器罐體處理保存量大，攜帶方便，便于及時觀察，及時處理。
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空間、培養(yǎng)時長和養(yǎng)分補充等優(yōu)勢
在BioF植物生物反應器通過足夠養(yǎng)分，促進石斛開花和實現(xiàn)人工授粉；充分培養(yǎng)后也獲得足夠量的石斛鮮條
應用于植物/微生物共培養(yǎng)系統(tǒng)
● 通過控制培養(yǎng)條件，實現(xiàn)植物組織（器官）與植物內(nèi)生菌等微生物共培養(yǎng)，發(fā)揮內(nèi)生菌產(chǎn)生抗腫瘤藥物等生物活性物質的能力，實現(xiàn)產(chǎn)物的高水平穩(wěn)定表達。
● 可應用于植物活體保存內(nèi)生真菌，無需連續(xù)轉接，并維持其產(chǎn)物表達能力。
在BioF植物生物反應器中實現(xiàn)石斛原球莖與多種或一種內(nèi)生真菌的共培養(yǎng)，設置培養(yǎng)條件可以實現(xiàn)多種培養(yǎng)模式和培養(yǎng)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(yǎng)成苗后，可以直接在反應器中均勻實現(xiàn)益生菌/拮抗菌的接種，實現(xiàn)種苗群體免疫，有效預防田間病害的發(fā)生危害。
● 通過控制培養(yǎng)條件，可以多菌株與目的植物的共培養(yǎng)，實現(xiàn)同步競爭和定殖能力比較，以及開展致病性測定。
● 從共培養(yǎng)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(yǎng)液處理12hr，實現(xiàn)白及益生菌和石斛內(nèi)生菌的均一接種，其中，石斛內(nèi)生菌可以培養(yǎng)保存5個月以上，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(yǎng)
● 在植物生物反應器中能夠大量培養(yǎng)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(yǎng)的研究深度和廣度。
● 大量培養(yǎng)細胞、組織和器官，不僅實現(xiàn)陽光房和盆栽實驗資源，還能保證研究過程標準化、智控化，建立目標活性產(chǎn)物的表達模型。
● 間歇浸沒條件下培養(yǎng)大量愈傷組織細胞或干細胞，通過酶處理和分離，容易制備大量原生質體，并開展后續(xù)演技和培養(yǎng)，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現(xiàn)石斛原球莖與多種或一種內(nèi)生真菌的共培養(yǎng)設置培養(yǎng)條件可以實現(xiàn)多種培養(yǎng)模式和培養(yǎng)效果。
應用于植物組織和植株對其它處理技術的響應
生物反應器培養(yǎng)模式更有利于研究光、電、熱、磁、波等物理效益對植物生長的影響，甚至對難培養(yǎng)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)）能對半夏有顯著促生長作用，并在種子（珠芽等）繼代培養(yǎng)中有持續(xù)影響。
研究效應物對植物生長的影響
● BioF植物生物反應器有利于實現(xiàn)多組甚是數(shù)十個處理的生物學平行試驗，跟蹤研究培養(yǎng)過程的養(yǎng)分消耗和發(fā)育模型。
● 有利于通過養(yǎng)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，實現(xiàn)SOD協(xié)調(diào)表達水平的標定。研究半夏（魔芋等天南星科植物）倒苗和養(yǎng)分向珠芽等繁殖體轉移的條件模型，服務于生殖研究。
● BioF生物反應器培養(yǎng)金釵石斛組培苗的過程（a-j）各間隔15d）
● BioF生物反應器培養(yǎng)金釵石斛時不同漫沒頻率對苗生長的影響
● 不同濃度MeJA處理對反應器培養(yǎng)金釵石斜生長的促生/抑制影響
● 不同濃度的MeJA脅迫處理對促進生物反應器中半夏倒苗的效果
應用推廣單位
● 海南大學：香蕉、沉香、蘭花、油茶
● 浙江理工大學：楊樹、半夏、芋頭、番茄、石斛、三葉木通
● 云南省農(nóng)業(yè)科學院：萬壽菊、茶葉、百合
● 遵義醫(yī)科大學：鐵皮石斛、金釵石斛、茶葉、半夏
● 福建農(nóng)林大學：金線蓮、三角梅蘭花
● 長春大學：多肉植物、亞麻
● 南京工業(yè)大學：白及、藏紅花、半夏、紅豆杉
● 西南民族大學：七葉一枝花、半夏
● 大連民族大學：櫻桃、草莓
● 江蘇師范大學：紅豆杉、半夏
● 河南農(nóng)業(yè)大學：山藥
● 湖南工業(yè)大學：黃精、百合
● 九江學院：香蕉、沉香
● 三峽集團長江珍稀植物研究所：蛇足石杉和蕨類花卉
● 亳州城建發(fā)展控股集團有限公司：半夏
已經(jīng)培養(yǎng)過的部分種苗
● 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；
● 部分已由用戶建成的生物反應器種苗培養(yǎng)和互作關系體系包括：蘭花、水稻、黑小麥、油茶、蝴蝶蘭、三角梅、沉香、黃精、馬鈴薯、山藥、萬壽菊、菊花、亞麻、五加皮、楊樹、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
通過植物生物反應器平臺技術和特殊種質挖掘能力的建設，科研團隊發(fā)起和支撐了多家學科和研發(fā)平臺的建成和效益。其中包括：天然藥物功能國家/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(yī)科大學生物資源健康利用研究中心、貴州省藥用蘭科植物開發(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。
