包含大量元素（N, P, K, Ca, Mg, S）、微量元素（Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, B, Co, I）、維生素、氨基酸等。各組分的濃度和比例至關(guān)重要，特別是氮源（銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的比例）對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和次生代謝物合成影響顯著。
通常是蔗糖（2-4%），葡萄糖、果糖也常用。碳源不僅提供能量和碳骨架，其濃度和種類直接影響細(xì)胞生長(zhǎng)速率、生物量積累以及特定次生代謝產(chǎn)物的合成。
生長(zhǎng)素：主要促進(jìn)細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)，維持細(xì)胞的未分化狀態(tài)（胚性愈傷或懸浮細(xì)胞）。濃度過(guò)高可能抑制生長(zhǎng)或?qū)е禄巍?/div>
細(xì)胞分裂素：與生長(zhǎng)素協(xié)同或拮抗作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂、分化，影響細(xì)胞團(tuán)大小和形態(tài)。比例是調(diào)控細(xì)胞狀態(tài)（生長(zhǎng)vs分化）的關(guān)鍵。
比例與平衡：生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的種類和濃度比例是懸浮細(xì)胞培養(yǎng)體系建立和維持的核心因素，決定了細(xì)胞是持續(xù)增殖還是發(fā)生器官分化。
4、其他添加物：
有機(jī)氮源：如水解酪蛋白、酵母提取物、氨基酸（如谷氨酰胺、甘氨酸）等，有時(shí)能顯著促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)或產(chǎn)物合成。
前體物質(zhì)：針對(duì)目標(biāo)次生代謝產(chǎn)物，添加其生物合成途徑中的前體（如苯丙氨酸用于黃酮類合成），可提高產(chǎn)量。
誘導(dǎo)子：生物誘導(dǎo)子（真菌/細(xì)菌提取物、多糖）或非生物誘導(dǎo)子（重金屬離子、茉莉酸甲酯、水楊酸、殼聚糖、紫外線等），可刺激植物細(xì)胞的防御反應(yīng)，大幅提高特定次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。
吸附劑：如XAD樹(shù)脂，吸附胞外釋放的次生代謝物，減輕產(chǎn)物反饋抑制，提高產(chǎn)量，并利于產(chǎn)物回收。
抗褐變劑：如活性炭、PVP、檸檬酸等，吸附酚類氧化物或抑制酶活性，防止培養(yǎng)物褐變死亡。
二、物理環(huán)境因素
1、溫度：
大多數(shù)植物細(xì)胞培養(yǎng)的適宜溫度在22-28°C之間（常為25±2°C）。溫度影響酶的活性、代謝速率、細(xì)胞膜流動(dòng)性等。過(guò)高或過(guò)低都會(huì)抑制生長(zhǎng)甚至導(dǎo)致死亡。
2、光照：
光照強(qiáng)度、光質(zhì)和光周期對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)，特別是對(duì)光依賴型次生代謝產(chǎn)物（如某些色素、萜類）的合成至關(guān)重要。
有些培養(yǎng)在黑暗中進(jìn)行（利于細(xì)胞增殖），而誘導(dǎo)產(chǎn)物合成時(shí)可能需要特定光照條件。
光質(zhì)（紅光/遠(yuǎn)紅光、藍(lán)光等）通過(guò)光敏色素和隱花色素途徑調(diào)控基因表達(dá)。
3、pH值：
培養(yǎng)基初始pH值通常調(diào)至5.6-6.0（滅菌前）。在培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞代謝會(huì)改變pH（如吸收銨離子使pH下降，吸收硝酸根使pH上升）。
pH影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、酶的活性、細(xì)胞膜的穩(wěn)定性以及次生代謝途徑。維持相對(duì)穩(wěn)定的pH（有時(shí)需緩沖液或自動(dòng)調(diào)節(jié)）很重要。
4、溶氧：
植物細(xì)胞生長(zhǎng)需要氧氣進(jìn)行呼吸作用。在搖瓶或生物反應(yīng)器中，氧氣傳遞速率是關(guān)鍵限制因素之一。
影響因素包括：搖床轉(zhuǎn)速/攪拌速度、通氣量、培養(yǎng)體積/容器形狀（影響氣液界面）、氣體組成（純氧或空氣）、細(xì)胞密度（高密度耗氧快）。
溶氧不足抑制生長(zhǎng)，過(guò)高可能產(chǎn)生氧自由基造成傷害。植物細(xì)胞對(duì)剪切力敏感，增加溶氧的手段（如高轉(zhuǎn)速攪拌）需與剪切力傷害之間平衡。
5、剪切力：
攪拌槳、葉輪或氣泡在生物反應(yīng)器中產(chǎn)生的物理力。植物細(xì)胞體積大、細(xì)胞壁脆弱、常成團(tuán)生長(zhǎng)，對(duì)剪切力非常敏感。
過(guò)高的剪切力會(huì)損傷細(xì)胞，導(dǎo)致活力下降、裂解、代謝改變甚至死亡。設(shè)計(jì)低剪切力的攪拌系統(tǒng)（如槳式、螺旋式攪拌器）和優(yōu)化操作參數(shù)（轉(zhuǎn)速、通氣方式）是生物反應(yīng)器培養(yǎng)的核心挑戰(zhàn)。
三、生物因素
1、起始材料：
用于建立懸浮系的愈傷組織的性質(zhì)至關(guān)重要：疏松、脆性、生長(zhǎng)快、顏色鮮亮的胚性愈傷組織最容易建立良好分散的懸浮系。堅(jiān)硬、緊密的愈傷組織難以分散。
起始愈傷組織的生理狀態(tài)、年齡和遺傳穩(wěn)定性影響后續(xù)懸浮細(xì)胞的特性。
2、細(xì)胞系/細(xì)胞株：
不同物種、不同品種、甚至同一植株不同部位誘導(dǎo)的細(xì)胞系，其生長(zhǎng)特性、營(yíng)養(yǎng)需求、次生代謝能力差異巨大。
在長(zhǎng)期繼代培養(yǎng)中，細(xì)胞系可能發(fā)生遺傳和表觀遺傳變異（體細(xì)胞無(wú)性系變異），導(dǎo)致生長(zhǎng)速率、產(chǎn)物合成能力等特性改變。需要定期篩選或保存早期代次的細(xì)胞系。
3、接種密度：
起始接種的細(xì)胞密度（通常以PCV或細(xì)胞鮮重/干重表示）需要達(dá)到一個(gè)臨界值以上，細(xì)胞才能正常啟動(dòng)分裂和生長(zhǎng)。密度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)延遲甚至失敗。密度過(guò)高可能造成營(yíng)養(yǎng)和氧氣快速耗竭。
4、繼代周期與生長(zhǎng)階段：
繼代周期：在細(xì)胞進(jìn)入生長(zhǎng)平臺(tái)期之前及時(shí)繼代（通常在指數(shù)生長(zhǎng)期后期），保持細(xì)胞旺盛的分裂能力。繼代間隔過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞老化、活力下降、次生代謝物積累或分解。
生長(zhǎng)階段：細(xì)胞的生長(zhǎng)（生物量積累）和產(chǎn)物合成（次生代謝）通常在時(shí)間上是解耦聯(lián)的。生長(zhǎng)階段需要優(yōu)化培養(yǎng)基和條件以促進(jìn)生物量積累；生產(chǎn)階段可能需要改變條件（如降低營(yíng)養(yǎng)、添加誘導(dǎo)子）以激發(fā)產(chǎn)物合成。理解并利用生長(zhǎng)-生產(chǎn)兩階段模型是提高產(chǎn)物產(chǎn)量的關(guān)鍵策略。
四、培養(yǎng)方式與系統(tǒng)
1、搖瓶培養(yǎng)：最常用的小規(guī)模研究系統(tǒng)。影響因素包括搖瓶形狀（錐形瓶）、棉塞/透氣膜封口、裝液量（通常為容器體積的20-30%）、搖床轉(zhuǎn)速（影響溶氧和剪切力）、振幅等。
2、生物反應(yīng)器培養(yǎng)：用于大規(guī)模培養(yǎng)。類型多樣：
機(jī)械攪拌式反應(yīng)器：溶氧和混合效果好，但剪切力大。
氣升式反應(yīng)器：利用氣體循環(huán)，剪切力小，混合和溶氧傳遞較好，適合植物細(xì)胞。
鼓泡塔式反應(yīng)器：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剪切力低，混合可能不均。
固定化細(xì)胞反應(yīng)器：將細(xì)胞包埋或吸附在載體上，可降低剪切力損傷，利于連續(xù)培養(yǎng)和產(chǎn)物釋放回收。
反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)（攪拌槳類型、通氣裝置、高徑比）和操作參數(shù)（攪拌速度、通氣速率、氣體組成、溫度控制、pH在線監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)）對(duì)培養(yǎng)效果影響巨大。
3、培養(yǎng)模式：
分批培養(yǎng)：一次性加入培養(yǎng)基，培養(yǎng)結(jié)束收獲。操作簡(jiǎn)單，但效率較低，細(xì)胞狀態(tài)和產(chǎn)物濃度不斷變化。
流加培養(yǎng)：在分批培養(yǎng)過(guò)程中，連續(xù)或間歇添加新鮮培養(yǎng)基或特定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（如碳源、氮源、前體），延長(zhǎng)指數(shù)生長(zhǎng)期，提高生物量和產(chǎn)物產(chǎn)量。
半連續(xù)培養(yǎng)：定期放出部分培養(yǎng)物并補(bǔ)充等量新鮮培養(yǎng)基。維持細(xì)胞在高生長(zhǎng)速率狀態(tài)。
連續(xù)培養(yǎng)：持續(xù)流入新鮮培養(yǎng)基并流出等量培養(yǎng)液，維持恒定的細(xì)胞密度和穩(wěn)態(tài)環(huán)境。理論上效率最高，但技術(shù)復(fù)雜，維持無(wú)菌和穩(wěn)定性難度大，易發(fā)生細(xì)胞變異。
四、總結(jié)
植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)是一個(gè)受多因素綜合調(diào)控的復(fù)雜生物系統(tǒng)。要建立一個(gè)高效、穩(wěn)定的懸浮培養(yǎng)體系并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物（生物量或次生代謝物）的高產(chǎn)，需要：
選擇合適的起始材料（優(yōu)良的愈傷組織）。
優(yōu)化培養(yǎng)基配方（基礎(chǔ)培養(yǎng)基、碳源、PGRs種類與配比是核心）。
精確控制物理環(huán)境（溫度、光照、pH、溶氧、剪切力）。
掌握合理的培養(yǎng)操作（接種密度、繼代周期）。
理解生長(zhǎng)與生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)關(guān)系，必要時(shí)采用兩階段培養(yǎng)策略。
根據(jù)培養(yǎng)目的和規(guī)模選擇合適的培養(yǎng)系統(tǒng)（搖瓶或反應(yīng)器）和培養(yǎng)模式。
考慮添加特定物質(zhì)（前體、誘導(dǎo)子、吸附劑）以提高產(chǎn)物產(chǎn)量。
這些因素之間往往存在復(fù)雜的相互作用，需要系統(tǒng)性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化。對(duì)于工業(yè)化生產(chǎn)，生物反應(yīng)器的選擇和優(yōu)化是放大過(guò)程中最關(guān)鍵也最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)之一。
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