Tất cả các hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời ựều tuân theo những ựiều kiện ựược ựề ra bởi Teisson và cộng sự năm 1999. Cụ thể là:
- Tránh sự ngập liên tục (là yếu tố ảnh hưởng tiêu cực lên sự sinh trưởng và phát sinh hình thái của mẫu cấy).
- Cung cấp sự trao ựổi oxy một cách ựầy ựủ. - Cung cấp sự hòa trộn ựầy ựủ.
Trường đại Học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp 19
- Có thể thay ựổi môi trường và ựiều khiển tự ựộng. - Hạn chế sự nhiễm.
- Giá thành hạ.
Tất cả các hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời ựều phải tuân theo một nguyên tắc là phải có khả năng tạo ra sự ngập chìm không liên tục theo chu kỳ xác ựịnh. Các hệ thống ựều có ngăn chứa môi trường riêng, có thể chung một bình chứa nhưng có hai ngăn khác nhau hay gồm một hệ thống bình chứa nối với hệ thống chứa mẫu cấy bằng hệ thống ống dẫn và bơm ựiều khiển. Các mẫu cấy ựược ựặt thành từng cụm trên những ựĩa bằng nhựa polypropylene, ựiều này giúp tiết kiệm ựược thời gian phải cấy mẫu lên trên giá thể thạch trong nuôi cấy thông thường.
Về cấu trúc, hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời thông thường có những bộ phận chủ yếu sau:
- Bơm hay máy nén khắ tạo áp lực ựể ựẩy môi trường từ ngăn chứa lên ngăn chứa mẫu cấy và ngược lại.
- Hệ thống cài ựặt thời gian (Timer) dùng ựể ựiều khiển chu kỳ ngập chìm. - Hệ thống ống dẫn và van ựiều khiển.
- Các màng lọc.
- Bình nuôi cấy (thường bằng nhựa polycarbonate hay thủy tinh). Dựa theo nguyên tắc và nguyên lý ựể tạo ra hệ thống ngập chìm tạm thời, nhiều nhà khoa học ựã thiết kế và tạo ra các hệ thống ngập chìm khác nhau, tùy vào mục ựắch nuôi cấy khác nhau.
1.4.3. Phân loại
Hệ thống ngập chìm sử dụng trong vi nhân giống thực vật ựược mô tả và phân loại theo 4 nhóm chắnh theo cách thức vận hành như sau:
1. Hệ thống nuôi cấy ngập nghiêng lắc.
2. Hệ thống ngập hoàn toàn có sự thay mới môi trường dinh dưỡng 3. Hệ thống ngập một phần có sự thay mới môi trường dinh dưỡng.
Trường đại Học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp 20
4. Hệ thống ngập hoàn toàn trong ựó môi trường dinh dưỡng ựược bơm nhu ựộng vào khu vực nuôi cấy và không có sự thay mới môi trường.
Các hệ thống ngập chìm còn ựược phân loại dựa trên các yếu tố về kắch thước bình nuôi cấy, loại giá ựỡ, có hay không có sử dụng hệ thống máy vi tắnh ựể ựiều khiển hay chỉ ựơn giản ựiều khiển bằng các máy hẹn giờ, cách thức vận chuyển môi trường (sử dụng bơm nhu ựộng, bơm khắ hay di chuyển bình chứa).
Những ựiểm khác biệt giữa các hệ thống ngập chìm là có hay không có việc tái sử dụng môi trường dinh dưỡng, sử dụng hai bình riêng biệt ựể dự trữ môi trường và tăng sinh mẫu cấy hay chỉ sử dụng một bình.
đặc ựiểm chung của các hệ thống này là sử dụng những bình chứa có dung tắch lớn hơn những bình chứa truyền thống, trong suốt và có thể hấp khử trùng ựược. Việc vận hành hệ thống này ựơn giản hơn các bioreactor truyền thống và cho phép kéo dài thời gian cấy chuyền.
1.4.4.Một số hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời tiêu biểu
1.4.4.1. Hệ thống RITAệ
Hệ thống RITAệ (Teisson và Alvard, 1995) gồm một bình chứa dung tắch 1 lắt có hai ngăn, ngăn trên chứa mẫu cấy và ngăn dưới chứa môi trường. Một áp suất vượt mức tác ựộng vào môi trường lỏng ở ngăn dưới và ựẩy chúng dâng lên ngăn chứa mẫu cấy. Mẫu cấy ựược ngập chìm trong môi trường lỏng lâu hay mau tùy theo thời gian áp suất vượt mức ựược duy trì. Trong thời gian mẫu ngập trong môi trường lỏng, không khắ ựược sục vào trong môi trường lỏng dưới dạng những bọt khắ góp phần làm xoay trở nhẹ mẫu cấy và làm mới không gian bên trong bình nuôi cấy, áp suất vượt mức sẽ ựẩy không khắ trong bình ra ngoài qua một màng lọc khắ trên nắp bình.
Trường đại Học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp 21
Hình 1.4. Hệ thống ngập chìm tạm thời RITAệ
Bao gồm:
- Pha 1: Mẫu cấy không ngập trong môi trường.
- Pha 2: Hiện tượng ngập ựược hoạt hóa, các van mở ra cho khắ ựi qua các màng lọc ựẩy môi trường lỏng lên ngập mẫu cấy.
- Pha 3: Sự trao ựổi khắ trong hệ thống RITAệ.
- Pha 4: Chu kỳ kết thúc, các van ựóng lại và môi trường lỏng rút xuống ngăn bên dưới.
1.4.4.2. Hệ thống bình ựôi BITệ
Hệ thống bình ựôi BITệ do Escalona và cộng sự (1998) thiết kế, ựược dự ựịnh dùng ựể nhân giống với số lượng lớn qua con ựường phát sinh phôi soma; thiết kế chủ yếu phục vụ cho việc nhân sinh khối cơ quan do có thể tắch bình chứa lớn hơn và có giá thành thấp hơn. Cách dễ dàng nhất ựể vận hành hệ thống nuôi cấy ngập chìm sử dụng áp lực khắ là nối hai bình thủy tinh hay plastic có dung tắch từ 250 ml - 1000 ml bằng một hệ thống ống dẫn, và ựiều khiển tạo ra áp suất vượt mức ựể ựưa môi trường vào bình chứa mẫu và ngược lại. Hệ thống BITệ ựược thiết kế ựáp ứng với những yêu cầu trên.
Trường đại Học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp 22
Hình 1.5. Hệ thống bình ựôi BITệ
1.4.4.3. Hệ thống Plantimaệ
Hệ thống này ựược thiết kế tổng thể tương tự như hệ thống RITAệ, tuy nhiên có thay ựổi và cải tiến một số chi tiết như hệ thống bơm và vị trắ các màng lọc. Hệ thống này ựược sản xuất và cung cấp bởi Công ty A - Tech Bioscientific tại ựảo Đài Loan. Cấu tạo và phương pháp vận hành cơ bản như sau:
Trường đại Học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp 23
Hình 1.7: Hệ thống Plantima với thiết bị ựiều khiển chu kỳ ngập chìm