Hệ thống ngập chìm sử dụng trong vi nhân giống thực vật được mô tả và phân loại theo 4 nhóm chính theo cách thức vận hành như sau: hệ thống nuôi cấy ngập nghiêng lắc, hệ thống ngập hoàn toàn có sự thay mới môi trường dinh dưỡng, hệ thống ngập một phần có sự thay mới môi trường dinh dưỡng, hệ thống ngập hoàn toàn trong đó môi trường dinh dưỡng được bơm nhu động vào khu vực nuôi cấy và không có sự thay mới môi trường.
Các hệ thống ngập chìm được phân loại dựa trên các yếu tố về kích thước bình nuôi cấy, loại giá đỡ, có hay không có sử dụng hệ thống máy vi tính để điều khiển hay chỉ đơn giản điều khiển bằng các máy hẹn giờ, cách thức vận chuyển môi trường (sử dụng bơm nhu động, bơm khí hay di chuyển bình chứa).
Những điểm khác biệt khác 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 để dự trữ môi trường và tăng sinh mẫu cấy hay chỉ sử dụng một bình.
Đặc điểm chung của các hệ thống này là sử dụng những bình chứa có dung tích lớn hơn những bình chứa truyền thống, trong suốt và có thể hấp
khử trùng được. Việc vận hành hệ thống này đơn giản hơn các Bioreactor truyền thống và cho phép kéo dài thời gian cấy chuyền.
Những hệ thống nuôi cấy ngập chìm cho phép lập trình chế độ ngập của mẫu cấy (ngập một phần hay ngập toàn phần). Các hệ thống ngập chìm được chia làm 4 kiểu thiết kế như sau:
1.4.3.1. Hệ thống thùng nghiêng và hệ thống Rocker
Có 2 hệ thống thuộc dạng này đã được thiết kế bởi Harris và Mason
(1983). Hệ thống thùng nghiêng sẽ kéo bình tam giác nghiêng một góc 30o
theo hai hướng ngược nhau, một máy có thể kéo nghiêng khoảng 400 bình erlen dung tích 50 ml hoặc 320 bình tam giác dung tích 125 ml. Hệ thống Rocker xoay 70o bình trụ tròn miệng rộng có thể tích 910 ml trên các khay của hệ thống một góc 30 - 40o cứ sau mỗi 30 giây. Hai hệ thống này đều không có hệ thống bổ sung môi trường mới.
1.4.3.2. Hệ thống ngập hoàn toàn và cơ chế thay mới môi trường dinh dưỡng
Tisserat và Vandercook (1985)
thiết kế một buồng nuôi cấy lớn có thể nâng lên hạ xuống, môi trường được bơm vào và rút ra khỏi buồng nuôi cấy theo chu kỳ nhất định trong điều kiện vô trùng. Hệ thống nuôi cấy thực vật tự động (APCS, hình 1.7) bao gồm hệ thống ống bằng silicone, hai bơm đẩy, hai bình thủy tinh chứa môi trường, một van inox ba chiều bằng thép không gỉ, một buồng nuôi cấy và một bảng điều
Hình 1.7. Hệ thống APCS của Tisserat và Vandercook, 1985.
khiễn có gắn các rờ le điện. Hệ thống này có thể sử dụng để nuôi cấy thực vật in vitro trong một thời gian dài.
1.4.3.3. Hệ thống ngập một phần và cơ chế thay mới môi trường dinh dưỡng
Trong hệ thống này mô thực vật luôn được đặt nằm trên phía trên giá đỡ (agar, màn propylene, cellulose). Môi trường lỏng được bổ sung và rút khỏi bình nuôi cấy. Chỉ có phần dưới của mẫu cấy được tiếp xúc với môi trường. Hệ thống này có 2 mô hình:
- Mô hình 1: Mô hình Aitken - Christie và Jones (1987) và Aitken -
Christie và Davies (1988) gồm một hệ thống bình chứa điều khiển bán tự
động bằng polycarbonate có kích thước 250 x 390 x 120 mm (Hình 1.8a). Trong hệ thống này, chồi Pinus spp. được nuôi trên môi trường với giá thể agar với hệ thống bổ sung rút và bổ sung môi trường lỏng bằng hệ thống bơm theo một chu kỳ nhất định. Môi trường lỏng từ nơi chứa tiếp xúc với mẫu cấy trong khoảng thời gian 4 đến 6 giờ bằng cách sử dụng máy hút chân không, sau đó môi trường sẽ được rút cạn. Mô hình này hoạt động trên cơ sở ảnh hưởng tích cực của việc bổ sung môi trường lỏng hoặc auxin vào môi trường bán rắn ở giai đoạn cuối của nuôi cấy in vitro mà Maene và Debergh (1985) đã chỉ ra trước đó.
- Mô hình 2: mô hình do Simonton và cộng sự (1991) thiết kế gồm hệ thống bơm điều khiển bằng hệ thống vi tính có thể bơm môi trường lỏng vào bình nuôi cấy có thể tích 7 lít theo chu kỳ (hình 1.8b). Mẫu cấy được đặt trên một tấm lưới polypropylene gắn vào thành bình nuôi cấy. Quá trình điều khiển thực hiện ở việc nạp môi trường, độ sâu mực chất lỏng, chu kỳ tuần hoàn môi trường lỏng và được điều chỉnh theo lịch trình trong suốt quá trình nuôi cấy. Hệ thống có khả năng điều khiển đồng thời 4 bình nuôi cấy.
1.4.3.4. Hệ thống ngập hoàn toàn có sự vận chuyển môi trường lỏng bằng áp lực không khí và không có sự thay mới môi trường
Nhiều hệ thống khác nhau đã được Alvard và cộng sự (1993) mô tả trong đó có những hệ thống nuôi cấy ngập chìm tạm thời được thiết kế gần đây nhất, tất cả đều khá đơn giản và rất dễ sử dụng. Hệ thống này cho phép toàn bộ mẫu cấy được tiếp xúc với môi trường dinh dưỡng, đồng thời bầu không khí trong bình nuôi được làm mới nhờ sử dụng bộ phận bơm khí có chức năng vừa cung cấp không khí vào môi trường, vừa đẩy chất lỏng ra vào bình nuôi cấy. Mẫu cấy được đặt trong bình nuôi thành một khối, điều này giúp chúng ta tiết kiệm được thời gian đặt mẫu trên giá đỡ.
Môi trường lỏng được đẩy từ bình chứa môi trường sang bình nuôi cấy và ngược lại nhờ một áp lực khí bơm vào bình chứa chất lỏng. Để tránh sử dụng nhiều ống nối, bình chứa thường thiết kế gồm hai bình có cùng thể
a
b
Hình 1.8a. Hệ thống của Aitken - Christie và Davies (1988). Hình 1.8b. Hệ thống của Simonton và cộng sự (1991).
tích. Áp suất vượt mức được đưa qua những van solenoid hay một máy nén khí nối với công tắt đã được lập trình. Điều này cho phép chúng ta xác định được thời gian và thời điểm ngập nước vào ngăn chứa cây.
Do những hệ thống này không có bình chứa môi trường mới nên môi trường nuôi cấy phải được thay mới sau 4 - 6 tuần. Tuy nhiên việc thay đổi này rất nhanh và không cần thiết phải di chuyển mẫu cấy. Các biến thể khác nhau của hệ thống này đã được phát triển và bán rộng rãi trên thị trường, đó là hệ thống RITA® (the Recipient for Automated Temporary Immersion system), hệ thống đôi (BIT®) và hệ thống Plantima.