مهمترین کاربرد بیوراکتورها در کشت بافت گیاهی
بیوراکتورها نقش مهمی در کشت بافت گیاهی دارند. بیوراکتورها شرایط کنترل شده و بهینه ای را برای رشد و نمو سلول ها، بافت ها و اندام های گیاهی در شرایط آزمایشگاهی را فراهم می کنند. بیوراکتور در کشت بافت کاربردهای زیاد و مهمی به شرح ذیل دارد:
تکثیر انبوه گیاهان
بیوراکتورها تولید مواد گیاهی در مقیاس بزرگ را از طریق کشت کنترل شده سلول ها، بافت ها یا اندام ها امکان پذیر می کنند. این به ویژه برای تکثیر گیاهان تجاری مفید است، جایی که به مقدار زیادی گیاهچه یکنواخت و سالم نیاز است.
تولید متابولیت ثانویه
برخی از سلول های گیاهی متابولیت های ثانویه ارزشمندی مانند مواد دارویی، طعم دهنده ها و عطرها تولید می کنند. از بیوراکتورها می توان برای بهینه سازی تولید این ترکیبات با کنترل دقیق عوامل محیطی مانند دما، pH و غلظت مواد مغذی استفاده کرد.
جنین زایی سوماتیکی
بیوراکتورها از فرآیند جنین زایی سوماتیک پشتیبانی می کنند، جایی که سلول های سوماتیکی (پیکری) به جنین تمایز می یابند. این تکنیک اغلب برای تولید انبوه گیاهان با صفات مطلوب به ویژه در صنایع جنگلداری و باغبانی استفاده می شود.
دگرگونی ژنتیکی
بیوراکتورها را می توان برای تولید گیاهان تراریخته با اجازه دادن به کشت کارآمد سلول های گیاهی که از نظر ژنتیکی برای بیان صفات خاص اصلاح شده اند، استفاده کرد. این برای توسعه محصولات دستکاری شده ژنتیکی با ویژگی های بهبود یافته مانند مقاومت در برابر آفات یا بیماری ها بسیار مهم است.
ریزازدیادی
بیوراکتورها ریزازدیادی را تسهیل میکنند. تکنیکی که شامل تکثیر سریع مواد گیاهی از ریزنمونه های کوچک است. این امر به ویژه برای حفظ و تکثیر گونه های گیاهی در خطر انقراض یا کمیاب مفید است.
مطالعات استرس ها و بهینه سازی
بیوراکتورها یک محیط کنترل شده را فراهم میکنند و به محققان این امکان را میدهد تا اثرات تنشهای مختلف را بر سلولهای گیاهی مطالعه کنند. با مطالعه تنش ها تحت شرایط کنترل شده، محققان می توانند شرایط کشت را برای افزایش رشد و بهره وری گیاهان بهینه کنند.
یکنواختی و تکرارپذیری
بیوراکتور در کشت بافت گیاهی به تضمین شرایط رشد یکنواخت، به حداقل رساندن تغییرات بین دستهها و بهبود تکرارپذیری در آزمایشهای کشت بافت گیاه کمک میکنند.
تولید مداوم
بر خلاف روشهای سنتی کشت بافت، بیوراکتورها میتوانند از تولید مداوم پشتیبانی کنند و فرآیند کارآمدتر و سادهتر را فراهم کنند. به طور کلی، بیوراکتورها در کشت بافت گیاهی ابزار همه کاره و کارآمدی برای افزایش تولید، کنترل شرایط محیطی و بهبود تکرارپذیری مواد گیاهی برای اهداف مختلف کشاورزی، دارویی و تحقیقاتی ارائه می دهند.
انواع بیوراکتورها در کشت بافت گیاهی
بیوراکتورها را میتوان بر اساس نحوه اختلاط، تهویه و تماس نمونه با محیط کشت تقسیم بندی کرد:
۱- بیوراکتورهای همزن دار (Stirred Tank Bioreactor)
-
-
دارای پروانه یا همزن مکانیکی.
-
مناسب برای کشت سوسپانسیون سلولی.
-
مزیت: اختلاط یکنواخت.
-
عیب: احتمال آسیب مکانیکی به سلول ها.
-
۲- بیوراکتورهای حباب دار (Bubble Column)
-
-
ورود هوا یا گاز از پایین ستون
-
بدون همزن مکانیکی
-
ملایمتر از همزندار و مناسب برای سلولهای حساس
-
۳- بیوراکتورهای هوادهی حبابدار-پاششی (Air-Lift Bioreactor)
-
-
جریان هوا باعث حرکت و اختلاط میشود
-
استرس مکانیکی کمتر نسبت به همزندار
-
مصرف انرژی پایین تر
-
۴- بیوراکتورهای غوطه وری موقت (Temporary Immersion System – TIS)
-
-
نمونه ها در فواصل زمانی مشخص با محیط مایع تماس پیدا می کنند.
-
جلوگیری از هایپرهیدریسیته شدن (شیشه ای شدن بافت ها)
-
نمونه معروف: RITA® system.
-
۵- بیوراکتورهای غشایی (Membrane Bioreactors)
-
-
جدا کردن سلول ها از محیط کشت با استفاده از غشا.
-
امکان تبادل مواد غذایی و گازها بدون تماس مستقیم.
-
۶- بیوراکتورهای راکتور دو مرحله ای (Two-Stage Bioreactors)
-
-
یک مرحله برای رشد سلول و مرحله بعدی برای القای متابولیت ثانویه.
-
کاربرد در تولید دارویی.
-
در تکثیر انبوه گیاهان بیشتر از بیوراکتورهای غوطه وری موقت (TIS) استفاده می شود. کیفیت و یکنواختی گیاهچه ها در این نوع بیوراکتور بهتر است. برای تولید متابولیت های ثانویه، بیوراکتورهای همزن دار و ایرلـیفت رایج هستند. انتخاب نوع بیوراکتور به نوع بافت گیاهی، هدف تولید (گیاه کامل یا متابولیت)، حساسیت سلول ها و مقیاس تولید بستگی دارد.
بیوراکتورها در کشت بافت گیاهی نقش بسیار مهمی دارند، چون محدودیتهای روش های سنتی (مثل کشت در شیشه های استاتیک) را برطرف می کنند. همچنین امکان تولید انبوه، یکنواخت و با کیفیت بالا را فراهم می سازند.
