BioF系列高通量植物生物反應(yīng)器是在傳統(tǒng)植物組織培養(yǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制作的實(shí)驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)，參照自然界植物生長(zhǎng)條件，采用間歇浸沒培養(yǎng)模式設(shè)計(jì)，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(shí)補(bǔ)充CO?的高效率培養(yǎng)方式。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成
● 植物生物反應(yīng)器由反應(yīng)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(yǎng)罐體的串/并聯(lián)，進(jìn)一步提高植物生物反應(yīng)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(xiǎn)，設(shè)計(jì)人性化，操作簡(jiǎn)方便
BioF產(chǎn)品配置
● 型號(hào)：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(hù)；自動(dòng)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(shí)間可控可調(diào)
工作原理
新型植物生物反應(yīng)器的工作循環(huán)分為四個(gè)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(jìn)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(jìn)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(jié)束，在重力及外力作用下，培養(yǎng)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(yīng)用特點(diǎn)
● 種苗發(fā)育生長(zhǎng)快，節(jié)省培養(yǎng)時(shí)間1/3以上
● 能培養(yǎng)細(xì)胞團(tuán)、植物組織、原球莖和毛狀根等器官
● 無(wú)需轉(zhuǎn)接/極少轉(zhuǎn)接或，節(jié)省人工1/2以上
● 延時(shí)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(shí)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(shì)
● 高通量：在同一反應(yīng)器罐體中可培養(yǎng)數(shù)十株甚至數(shù)百株種苗，相對(duì)于組培瓶培養(yǎng)數(shù)量顯著提高
● 高效率：通過(guò)培養(yǎng)基的及時(shí)交換和氣體交換，保證養(yǎng)分和CO?供應(yīng)，提高生長(zhǎng)效率
● 簡(jiǎn)流程：無(wú)需多次轉(zhuǎn)接即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)生活史的培養(yǎng)或較長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)，而不影響組織發(fā)育或植株生長(zhǎng)
● 多應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于植物脫毒、種苗擴(kuò)繁、育種研究、生物制劑生產(chǎn)、種質(zhì)資源保存、遺傳轉(zhuǎn)化等方面
● 高品質(zhì)：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(xì)胞胚質(zhì)量高，移栽成活率高
● 降成本：節(jié)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(yīng)用方向
BioF在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與科研中的應(yīng)用
| 培養(yǎng)對(duì)象 | 培養(yǎng)條件 | 培養(yǎng)產(chǎn)物 |
- 植物細(xì)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(yīng)器 - 液體培養(yǎng)基 - 適應(yīng)的光照 - 氣體交換 | - 植物組織 - 代謝產(chǎn)物 - 植物細(xì)胞 - 職務(wù)種苗 |
主要培養(yǎng)目標(biāo)
● 繁育經(jīng)濟(jì)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(píng)價(jià)
● 植物組織細(xì)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(wú)菌組培苗
● 共培養(yǎng)和互作研究：反應(yīng)器隔絕環(huán)境中接種多種微生物確定其互作關(guān)系
● 細(xì)胞工廠和產(chǎn)物制備：通過(guò)脅迫和共培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)活性產(chǎn)物高水平穩(wěn)定表達(dá)
應(yīng)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(zhì)量均一
● 節(jié)省大量的人工：基本上一次成苗，減少轉(zhuǎn)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(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)
● 便于后續(xù)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(yǎng)木本植物的優(yōu)勢(shì)：克服褐變和抑制現(xiàn)象，持續(xù)生長(zhǎng)或直接扦插
白及組培過(guò)程
培養(yǎng)出莖和假鱗莖等繁殖體
在生物反應(yīng)器中補(bǔ)充養(yǎng)分和延時(shí)培養(yǎng)，可以進(jìn)一步獲得塊莖等繁殖體，縮短組培苗田間生長(zhǎng)時(shí)間一年左右。
通過(guò)生物反應(yīng)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(wú)菌繁殖器官
在植物生物反應(yīng)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(zhǎng)期保持無(wú)極限生長(zhǎng)，培養(yǎng)過(guò)程中直接表達(dá)石斛堿等生物活性物質(zhì)，也可研究基因簇和基因表達(dá)模型；還可以與內(nèi)生真菌共培養(yǎng)和協(xié)同產(chǎn)物表達(dá)，并用于保持和恢復(fù)內(nèi)藥用植物生真菌產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物的能力。
金釵石斛原球莖：可以表達(dá)石斛堿，也可以誘導(dǎo)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(xì)胞）受到發(fā)根農(nóng)桿菌（A.rhizogenes）侵染所產(chǎn)發(fā)狀根，具有無(wú)極限生長(zhǎng)特點(diǎn)；在植物生物反應(yīng)器中大量培養(yǎng)毛狀根可以通過(guò)脅迫培養(yǎng)高水平產(chǎn)目標(biāo)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(wěn)定可控，或用于研究產(chǎn)物表達(dá)模型。
紫草毛狀根：可以生產(chǎn)藥品、化妝品和食品添加劑
應(yīng)用于種質(zhì)資源挖掘與培育
● 繁育和保護(hù)：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(píng)價(jià)與篩選
● 育種平臺(tái)：互作關(guān)系評(píng)價(jià)，細(xì)胞和組織培養(yǎng)技術(shù)
應(yīng)用于品種高通量篩選
BioF高通量植物生物反應(yīng)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(yàn)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(guò)程及培養(yǎng)效果（左：常規(guī)品系，右：新品系）
應(yīng)用于扦插、嫁接育苗和資源保護(hù)
● BioF植物生物反應(yīng)不僅可以在無(wú)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(hù)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(yǎng)，有效避免有益內(nèi)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(jié)限制，如配合蔬菜瓜果種苗的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)
● 種質(zhì)資源保護(hù)：珍稀瀕危資源繁育與實(shí)時(shí)保護(hù)，就地采集扦插和方便攜帶，同時(shí)保障內(nèi)生菌和伴生微生物
在BioF植物生物反應(yīng)器直接打插茶苗和沉香的培養(yǎng)效果，攜帶方便的反應(yīng)器罐體處理保存量大，攜帶方便，便于及時(shí)觀察，及時(shí)處理。
應(yīng)用于可控條件授粉和全生活史研究
● BioF植物生物反應(yīng)器具備生長(zhǎng)空間、培養(yǎng)時(shí)長(zhǎng)和養(yǎng)分補(bǔ)充等優(yōu)勢(shì)
在BioF植物生物反應(yīng)器通過(guò)足夠養(yǎng)分，促進(jìn)石斛開花和實(shí)現(xiàn)人工授粉；充分培養(yǎng)后也獲得足夠量的石斛鮮條
應(yīng)用于植物/微生物共培養(yǎng)系統(tǒng)
● 通過(guò)控制培養(yǎng)條件，實(shí)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(zhì)的能力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的高水平穩(wěn)定表達(dá)。
● 可應(yīng)用于植物活體保存內(nèi)生真菌，無(wú)需連續(xù)轉(zhuǎn)接，并維持其產(chǎn)物表達(dá)能力。
在BioF植物生物反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)石斛原球莖與多種或一種內(nèi)生真菌的共培養(yǎng)，設(shè)置培養(yǎng)條件可以實(shí)現(xiàn)多種培養(yǎng)模式和培養(yǎng)效果。
應(yīng)用于組培苗群體免疫和高效率篩選菌肥優(yōu)勢(shì)菌群
● 培養(yǎng)成苗后，可以直接在反應(yīng)器中均勻?qū)崿F(xiàn)益生菌/拮抗菌的接種，實(shí)現(xiàn)種苗群體免疫，有效預(yù)防田間病害的發(fā)生危害。
● 通過(guò)控制培養(yǎng)條件，可以多菌株與目的植物的共培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)同步競(jìng)爭(zhēng)和定殖能力比較，以及開展致病性測(cè)定。
● 從共培養(yǎng)植株中重新分離測(cè)試菌株，測(cè)試其豐度和定值特征，能夠有效避免菌肥試驗(yàn)中土壤和環(huán)境微生物干擾。
在BioF植物生物反應(yīng)器中加入菌培養(yǎng)液處理12hr，實(shí)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(gè)月以上，并保持高水平表達(dá)石斛堿托潛力。
應(yīng)用于基礎(chǔ)研究
應(yīng)用于植物組織和干細(xì)胞培養(yǎng)
● 在植物生物反應(yīng)器中能夠大量培養(yǎng)植物愈傷組織，分析和測(cè)定愈傷組織（細(xì)胞團(tuán)）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(xì)胞、組織和器官，不僅實(shí)現(xiàn)陽(yáng)光房和盆栽實(shí)驗(yàn)資源，還能保證研究過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化、智控化，建立目標(biāo)活性產(chǎn)物的表達(dá)模型。
● 間歇浸沒條件下培養(yǎng)大量愈傷組織細(xì)胞或干細(xì)胞，通過(guò)酶處理和分離，容易制備大量原生質(zhì)體，并開展后續(xù)演技和培養(yǎng)，如誘導(dǎo)發(fā)育為體細(xì)胞胚等繁殖體。
在BioF植物生物反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)石斛原球莖與多種或一種內(nèi)生真菌的共培養(yǎng)設(shè)置培養(yǎng)條件可以實(shí)現(xiàn)多種培養(yǎng)模式和培養(yǎng)效果。
應(yīng)用于植物組織和植株對(duì)其它處理技術(shù)的響應(yīng)
生物反應(yīng)器培養(yǎng)模式更有利于研究光、電、熱、磁、波等物理效益對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，甚至對(duì)難培養(yǎng)植物具備誘導(dǎo)發(fā)育的效果。
在BioF生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器中測(cè)試太赫茲波（能量環(huán)）能對(duì)半夏有顯著促生長(zhǎng)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(yīng)物對(duì)植物生長(zhǎng)的影響
● BioF植物生物反應(yīng)器有利于實(shí)現(xiàn)多組甚是數(shù)十個(gè)處理的生物學(xué)平行試驗(yàn)，跟蹤研究培養(yǎng)過(guò)程的養(yǎng)分消耗和發(fā)育模型。
● 有利于通過(guò)養(yǎng)分和效應(yīng)物脅迫條件對(duì)植物發(fā)育的影響模型，這些效應(yīng)物如金屬離子和生物因素等，目標(biāo)包括產(chǎn)物表達(dá)和花期控制等。
● BioF生物反應(yīng)器中平行研究硒等效應(yīng)成分的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和轉(zhuǎn)化模型，實(shí)現(xiàn)SOD協(xié)調(diào)表達(dá)水平的標(biāo)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(zhuǎn)移的條件模型，服務(wù)于生殖研究。
● BioF生物反應(yīng)器培養(yǎng)金釵石斛組培苗的過(guò)程（a-j）各間隔15d）
● BioF生物反應(yīng)器培養(yǎng)金釵石斛時(shí)不同漫沒頻率對(duì)苗生長(zhǎng)的影響
● 不同濃度MeJA處理對(duì)反應(yīng)器培養(yǎng)金釵石斜生長(zhǎng)的促生/抑制影響
● 不同濃度的MeJA脅迫處理對(duì)促進(jìn)生物反應(yīng)器中半夏倒苗的效果
應(yīng)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、半夏、芋頭、番茄、石斛、三葉木通
● 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院：萬(wàn)壽菊、茶葉、百合
● 遵義醫(yī)科大學(xué)：鐵皮石斛、金釵石斛、茶葉、半夏
● 福建農(nóng)林大學(xué)：金線蓮、三角梅蘭花
● 長(zhǎng)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(nóng)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(tuán)長(zhǎng)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(tuán)有限公司：半夏
已經(jīng)培養(yǎng)過(guò)的部分種苗
● 部分已由本科研團(tuán)隊(duì)建成的生物反應(yīng)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(yīng)器種苗培養(yǎng)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、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(yīng)器示范平臺(tái)
通過(guò)植物生物反應(yīng)器平臺(tái)技術(shù)和特殊種質(zhì)挖掘能力的建設(shè)，科研團(tuán)隊(duì)發(fā)起和支撐了多家學(xué)科和研發(fā)平臺(tái)的建成和效益。其中包括：天然藥物功能國(guó)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(jí)工程中心、遵義醫(yī)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發(fā)利用工程中心和浙江省有害生物預(yù)防控制工程中心等平臺(tái)。
