BioF系列高通量植物生物反应器是在传统植物组织培养技术基础上，设计制作的实验设备系统，参照自然界植物生长条件，采用间歇浸没培养模式设计，利用液体培养基与植物组织间歇接触提供培养基养分并及时补充CO₂的高效率培养方式。

产品结构组成

● 植物生物反应器由反应器罐体、串联部件、换气和动力控制装置等组成

● 通过培养罐体的串/并联，进一步提高植物生物反应器的高通量特征

● 采用整体化一思想，大大降低了生产风险，设计人性化，操作简方便

BioF产品配置

● 型号：BioF系列：BioF IV型和BioF IV Plus型

● 硬件配置：可编程控制器（PLC）+彩色触摸屏（HMI）+阀门+流量传感器

● 软件配置：HMI专用开发软件，定制系统，密码保护；自动操作界面监控界面等

● 系统功能：PLC控制气泵；流量传感器监控；界面显示；浸没和间隔时间可控可调

工作原理

新型植物生物反应器的工作循环分为四个阶段：

第一阶段：间歇阶段培养体不与培养液接触；

第二阶段：在外力作用下，培养液开始进入植物组织培养室；

第三阶段：培养基完全与植物组织接触进入漫没培养阶段，并保持浸没状态；

第四阶段：浸没培养结束，在重力及外力作用下，培养液与植物组织分离，又进入到可歌阶段，完成一次循环。

BioF应用特点

● 种苗发育生长快，节省培养时间1/3以上

● 能培养细胞团、植物组织、原球茎和毛状根等器官

● 无需转接/极少转接或，节省人工1/2以上

● 延时培养直接发育成块茎、鳞茎，组培苗提前上市

● 苗大茁壮，同步练苗和益生菌处理，移栽成活率高

● 实现微生物与植物组织共培养，提高天然产物得率

BioF产品优势

● 高通量：在同一反应器罐体中可培养数十株甚至数百株种苗，相对于组培瓶培养数量显著提高

● 高效率：通过培养基的及时交换和气体交换，保证养分和CO₂供应，提高生长效率

● 简流程：无需多次转接即可实现整个生活史的培养或较长时间培养，而不影响组织发育或植株生长

● 多应用：广泛应用于植物脱毒、种苗扩繁、育种研究、生物制剂生产、种质资源保存、遗传转化等方面

● 高品质：间歇的浸没培养，减少了玻璃化现象，获得的幼苗和体细胞胚质量高，移栽成活率高

● 降成本：节省大量物料，简化接种过程的简化、自动化程度的提高，减少人力成本

应用方向

BioF在农业生产与科研中的应用

主要培养目标

● 繁育经济作物和药用植物种苗：草莓、魔芋、香蕉、药用植物、花卉等

● 选育耐盐碱、耐旱抗病品种：突变体筛选和单株后代的群体增殖与评价

● 植物组织细胞和器官的大规模培养：原球茎、鳞茎、微型著、人工种子

● 练苗和种苗的群体免疫：培养后期益生菌和接抗菌集中处理无菌组培苗

● 共培养和互作研究：反应器隔绝环境中接种多种微生物确定其互作关系

● 细胞工厂和产物制备：通过胁迫和共培养实现活性产物高水平稳定表达

应用于种苗生产

大规模繁育种苗

● 替代传统组培瓶：形成大苗，成品苗比常规组织培养大、质量均一

● 节省大量的人工：基本上一次成苗，减少转接次数，显著减少固废

● 控制根冠比，培养壮苗：不同发育阶段控制浸没频率和时间来实现

● 便于后续处理及技术整合：接种益生菌、直接完成练苗、不用清洗

● 培养木本植物的优势：克服褐变和抑制现象，持续生长或直接扦插

白及组培过程

培养出茎和假鳞茎等繁殖体

在生物反应器中补充养分和延时培养，可以进一步获得块茎等繁殖体，缩短组培苗田间生长时间一年左右。

通过生物反应器培养直接产生的半夏离体块茎、白及假鳞茎和百合鳞茎

培养原球茎等无菌繁殖器官

在植物生物反应器中培养石斛属植物（如金钗石斛、铁皮石斛等）原球茎，能够获得发育均一高产的原球茎材料，可长期保持无极限生长，培养过程中直接表达石斛碱等生物活性物质，也可研究基因簇和基因表达模型；还可以与内生真菌共培养和协同产物表达，并用于保持和恢复内药用植物生真菌产目标产物的能力。

金钗石斛原球茎：可以表达石斛碱，也可以诱导发育成石斛苗

培养药用植物毛状根和制备产物

植物毛状根是植物组织（器官、细胞）受到发根农杆菌（A.rhizogenes）侵染所产发状根，具有无极限生长特点；在植物生物反应器中大量培养毛状根可以通过胁迫培养高水平产目标产物，无需添加植物激素，可直接用于生产，周期短，质量稳定可控，或用于研究产物表达模型。

紫草毛状根：可以生产药品、化妆品和食品添加剂

应用于种质资源挖掘与培育

● 繁育和保护：收集和快速备份珍稀名贵种质资源

● 高通量耐盐抗逆品种：优良种质资源评价与筛选

● 育种平台：互作关系评价，细胞和组织培养技术

应用于品种高通量筛选

BioF高通量植物生物反应器尤其是适合开展植物耐盐、耐旱品种筛选，与常规组培瓶和小区试验比较，1)盐浓度持续可调；2)水分（浸没频率）连续可调；3)提高筛选效率100倍以上。

半夏耐盐品系筛选过程及培养效果（左：常规品系，右：新品系）

应用于扦插、嫁接育苗和资源保护

● BioF植物生物反应不仅可以在无菌组织培养中使用。也可以用于有菌繁殖体的直接培养，如扦插、嫁接、资源采集和保护性繁育

● 扦插育苗：木本物种直接扦插，促生根，催芽和繁殖，无需经过无菌培养，有效避免有益内生菌的丢失

● 嫁接育苗：形成大量高质量均一的接穗，采集和嫁接不受季节限制，如配合蔬菜瓜果种苗的标准化生产

● 种质资源保护：珍稀濒危资源繁育与实时保护，就地采集扦插和方便携带，同时保障内生菌和伴生微生物

在BioF植物生物反应器直接打插茶苗和沉香的培养效果，携带方便的反应器罐体处理保存量大，携带方便，便于及时观察，及时处理。

应用于可控条件授粉和全生活史研究

● BioF植物生物反应器具备生长空间、培养时长和养分补充等优势

 在BioF植物生物反应器通过足够养分，促进石斛开花和实现人工授粉；充分培养后也获得足够量的石斛鲜条

应用于植物/微生物共培养系统

● 通过控制培养条件，实现植物组织（器官）与植物内生菌等微生物共培养，发挥内生菌产生抗肿瘤药物等生物活性物质的能力，实现产物的高水平稳定表达。

● 可应用于植物活体保存内生真菌，无需连续转接，并维持其产物表达能力。

在BioF植物生物反应器中实现石斛原球茎与多种或一种内生真菌的共培养，设置培养条件可以实现多种培养模式和培养效果。

应用于组培苗群体免疫和高效率筛选菌肥优势菌群

● 培养成苗后，可以直接在反应器中均匀实现益生菌/拮抗菌的接种，实现种苗群体免疫，有效预防田间病害的发生危害。

● 通过控制培养条件，可以多菌株与目的植物的共培养，实现同步竞争和定殖能力比较，以及开展致病性测定。

● 从共培养植株中重新分离测试菌株，测试其丰度和定值特征，能够有效避免菌肥试验中土壤和环境微生物干扰。

在BioF植物生物反应器中加入菌培养液处理12hr，实现白及益生菌和石斛内生菌的均一接种，其中，石斛内生菌可以培养保存5个月以上，并保持高水平表达石斛碱托潜力。

应用于基础研究

应用于植物组织和干细胞培养

● 在植物生物反应器中能够大量培养植物愈伤组织，分析和测定愈伤组织（细胞团）中生物活性组分的产生条件，拓展植物组织培养的研究深度和广度。

● 大量培养细胞、组织和器官，不仅实现阳光房和盆栽实验资源，还能保证研究过程标准化、智控化，建立目标活性产物的表达模型。

● 间歇浸没条件下培养大量愈伤组织细胞或干细胞，通过酶处理和分离，容易制备大量原生质体，并开展后续演技和培养，如诱导发育为体细胞胚等繁殖体。

在BioF植物生物反应器中实现石斛原球茎与多种或一种内生真菌的共培养设置培养条件可以实现多种培养模式和培养效果。

应用于植物组织和植株对其它处理技术的响应

生物反应器培养模式更有利于研究光、电、热、磁、波等物理效益对植物生长的影响，甚至对难培养植物具备诱导发育的效果。 

在BioF生物反应器生物反应器中测试太赫兹波（能量环）能对半夏有显著促生长作用，并在种子（珠芽等）继代培养中有持续影响。

研究效应物对植物生长的影响

● BioF植物生物反应器有利于实现多组甚是数十个处理的生物学平行试验，跟踪研究培养过程的养分消耗和发育模型。

● 有利于通过养分和效应物胁迫条件对植物发育的影响模型，这些效应物如金属离子和生物因素等，目标包括产物表达和花期控制等。

● BioF生物反应器中平行研究硒等效应成分的吸收、转运和转化模型，实现SOD协调表达水平的标定。研究半夏（魔芋等天南星科植物）倒苗和养分向珠芽等繁殖体转移的条件模型，服务于生殖研究。

● BioF生物反应器培养金钗石斛组培苗的过程（a-j）各间隔15d）

● BioF生物反应器培养金钗石斛时不同漫没频率对苗生长的影响

● 不同浓度MeJA处理对反应器培养金钗石斜生长的促生/抑制影响

● 不同浓度的MeJA胁迫处理对促进生物反应器中半夏倒苗的效果

应用推广单位

● 海南大学：香蕉、沉香、兰花、油茶

● 浙江理工大学：杨树、半夏、芋头、番茄、石斛、三叶木通

● 云南省农业科学院：万寿菊、茶叶、百合

● 遵义医科大学：铁皮石斛、金钗石斛、茶叶、半夏

● 福建农林大学：金线莲、三角梅兰花

● 长春大学：多肉植物、亚麻

● 南京工业大学：白及、藏红花、半夏、红豆杉

● 西南民族大学：七叶一枝花、半夏

● 大连民族大学：樱桃、草莓

● 江苏师范大学：红豆杉、半夏

● 河南农业大学：山药

● 湖南工业大学：黄精、百合

● 九江学院：香蕉、沉香

● 三峡集团长江珍稀植物研究所：蛇足石杉和蕨类花卉

● 亳州城建发展控股集团有限公司：半夏

已经培养过的部分种苗

● 部分已由本科研团队建成的生物反应器种苗繁殖体系包括：金线莲、铁皮石斛、金钗石斛石斛、白及、半夏、芋头、红掌、浙贝母、藏红花、香蕉、鹅掌楸、黑枸杞、栀子、樱桃、茶叶、百合、草莓等；

● 部分已由用户建成的生物反应器种苗培养和互作关系体系包括：兰花、水稻、黑小麦、油茶、蝴蝶兰、三角梅、沉香、黄精、马铃薯、山药、万寿菊、菊花、亚麻、五加皮、杨树、蛇足石杉、三叶木通、七叶一枝花、串叶松香草等。

已经建成植物生物反应器示范平台

通过植物生物反应器平台技术和特殊种质挖掘能力的建设，科研团队发起和支撑了多家学科和研发平台的建成和效益。其中包括：天然药物功能国家/地方联合工程中心、江苏海洋产业研究院、盐城市近海生物资源工程中心、江苏秸秆和涂生物资源利用省级工程中心、遵义医科大学生物资源健康利用研究中心、贵州省药用兰科植物开发利用工程中心和浙江省有害生物预防控制工程中心等平台。