c. Bioreactor sủi bọt dạng cầu (Ballon type bubble bioreactor – BTBB)
1.2.8. Một số thành tựu trong ứng dụng hệ thống bioreactor
Môi trường lỏng là môi trường đã được sử dụng trong nuôi cấy tế bào, phôi soma hay cơ quan thực vật kể cả trong nuôi cấy tĩnh hay các kiểu bioreactor khác nhau.
Mặc dù trước đây bioreactor chủ yếu được sử dụng trực tiếp cho nuôi cấy huyền phù tế bào và sản xuất sản phẩm thứ cấp, nhưng gần đây cũng có nhiều bioreactor được cải tiến để tạo phơi soma mà đã được công bố trên một số giống cây (xem bảng 1.2).
Bảng 1.2. Các nghiên cứu tạo phôi soma bằng bioreactor
Aralia cordata Air-lift, dạng trống quay,
dạng cột sủi bọt Nishihira et al., 1998
Capsicum annum Air-lift Marvituna và Buyukalaca,
1996 Air-lift, khuấy bằng thanh
từ Marvituna và Buyukalaca,1995
Coffea arabica Ngập gián đoạn Etienne-Barry et al., 1999
Camellia sinensis Ngập gián đoạn Akula et al., 2000
Eleutherococcus senticosus
Air-lift Kim và Kim, 2001
Santalum album Air-lift Bapat et al., 1990
Air-lift Das et al., 1999
Picea glauca Bioreactor kiểu ngập với một giá đệm nâng đỡ tế bào
Attree et al., 1994
Picea abies Bioreactor ngập với
polyurethane Paques et al., 1995
Picea sitchensis STR với màng
polypropylen của ống sục khí
Moorhouse et al., 1996
Picea sitchensis Khuấy bằng thanh khuấy Ingram và Mavituna, 2000
Picea
glauca-engelnannii
Khuấy bằng cơ Tautorus et al., 1992
Pseudotsuga menziesii Ngập bán liên tục với giá đỡ tế bào Jain et al., 1999 (Nguồn: Dương Tấn Nhựt, 2007)
Việc nuôi cấy trong môi trường lỏng bằng hệ thống huyền phù tạm thời với các tần suất khác nhau của huyền phù đã được báo cáo là cải thiện chất lượng cây trồng và tốc độ nhân giống của chuối, cà phê, cao su. Bioreactor cũng được sử dụng cho nuôi cấy để tạo rễ bằng hệ thống tạo rễ thứ cấp. Việc sử dụng một kiểu bioreactor che kín giúp cho việc tạo rễ và phát sinh chồi hoa cẩm chướng đã được báo cáo là cải thiện quá trình tăng sinh khối.
Việc sử dụng bioreactor được xem là một cuộc cách mạng về hệ thống cho nhân giống thực vật thông qua con đường phát sinh cơ quan. Mặc dù nó bị giới hạn trên một số ít lồi nhưng hiện nay thì bioreactor đang được áp dụng trên một số lồi cây cảnh, cây ăn trái và cây rau (xem bảng 1.3) (Ziv, 1999).
Gần đây, người ta đã tiến hành vi nhân giống cây dứa để tăng sinh khối bằng cách sử dụng các cụm chồi trong hệ thống nuôi cấy huyền phù (dâng lên và rút xuống) của bioreactor.
Bioreactor hiện nay đã và đang được sử dụng trong việc vi nhân giống thương mại ở Mỹ, Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc, Cuba, Costa Rica, Hà Lan, Tây Ban Nha, Bỉ, Pháp… trên các cây cảnh và cây cho củ như dứa, khoai tây và cây lâm nghiệp.
Một số báo cáo gần đây của Takayama và Akita (1998) nói về một vài kỹ thuật sử dụng bioreactor trong nhân giống tạo số lượng lớn các giống khoai tây, hoa lay-ơn, hoa lily, dâu tây, cây lan dạ hương, hoa loa kèn đỏ và một vài giống Araceae.
Lồi Phát sinh hình thái Tác giả
Amaryllis hippeastrum Chồi, cây con, củ con Takayama và Akita, 1998
Ananas comosus Cụm chồi Escalona et al., 1999
Apium graveolens Phôi soma Nadel et al., 1990
Araceae species Chồi, cây con Takayama và Akita, 1998
Brodiaea complex Cụm chồi, thân hành Ilan et al., 1995
Coffea arabica Cụm chồi, cây con Alvard et al., 1993; Teisson và Alvard, 1995
Cyclamen persicum Mô sẹo, phôi soma Hvoslef-Eide và Munster, 1998
Daucus carota Mô sẹo, phôi soma Jay et al., 1994; Archambault et al., 1995
Dianthus caryophyllus Chồi, cây con Chatterjee et al., 1997
Eschcholtzia californica
Phôi soma Archambault et al., 1994
Euphorbia
pulcherrima Phôi soma Preil, 1991; Luttman et al.,1994
Fragaria ananasa Chồi, cây con Takayama và Akita, 1998
Gladiolus
grandiflorum Cụm chồi, cây con,thân hành Ziv, 1990; Ziv et al., 1998 Chồi, cây con, thân
hành
Takayama và Akita, 1998
Hevea brasiliensis Chồi, cây con Alvard và Teisson, 1993; Teisson và Alvard, 1995
Hyacinthus orientalis Củ con, cây con Takayama và Akita, 1998
Lilium spp. Cây con, củ con Takayama, 1991
Củ con, cây con Takayama và Akita, 1998
Medicago sativa Mô sẹo, phôi soma Stuart et al., 1985, 1987; Chen et al., 1987; Stuart et
al., 1987; McDonald và
Jackman, 1989; Denchev et
al., 1992
Musa spp. Chồi, cây con Alvard và Teisson, 1993; Teisson và Alvard, 1995 Cụm chồi, cây con Ziv et al., 1998
Hadar, 1991; Ziv et al., 1998
Nerine sarniensis Cụm tiền phôi soma, phôi soma, củ con
Lilien-Kipnis et al., 1994; Ziv et al., 1994
Ornithogalum dubium Cụm chồi, cây con, củ
con Ziv và Lilien-Kipnis, 1997
Populus tremula Cụm chồi, chồi, cây con
McCown et al., 1988; Carmi
et al., 1997
Picea glauca Phôi soma Attree et al., 1994
Picea
glaucaengelmannii Phôi soma Tautorus et al., 1994
Picea marianna Phôi soma Tautorus et al., 1994
Solanum tuberosum Cây con, thân củ Akita và Trakayama, 1994 Cụm chồi, cây con,
thân củ Levin et al., 1997; Ziv et al.1998; Ziv và Shemesh, 1996; Takayama và Akita, 1998
(Nguồn: TS. Dương Tấn Nhựt, 2007)
Một số thành tựu trong nuôi cấy bằng bioreactor gần đây:
- Tạo hạt nhân tạo cây gỗ Vân Sam (Picea glauca [Moench.] Voss.) trong bioreactor (Attree, 1994).
- Tăng trưởng củ Lilium giống lai ‘Casablanca’ bằng bioreactor (Lian, 2003). - Tạo trên 1.600 phôi soma cây Coffea arabica L. trong bioreactor có thể tích 1 lít kiểu ngập bán liên tục (gián đoạn) trong 2 tuần, tiết kiệm 30% thời gian lao động, chỉ sử dụng 6,3% diện tích so với ni cấy bằng agar thông thường (Etienne-Barry, 1999).
- Tạo rễ sâm Triều Tiên (Panax ginseng) trong bioreactor dạng sủi bọt hướng lên trên (Bubble air-lift bioreactor) với sự tăng cường bởi acid jasmonic (Kee-Won, 2002).
Ứng dụng nuôi cấy mô tế bào trong nhân giống vơ tính cây trồng và sản xuất các sản phẩm thứ cấp trên qui mô công nghiệp là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất của công nghệ tế bào thực vật (Dương Công Kiên, 2002).
Một số sản phẩm quan trọng như Alkaloid: Morphinan Alkaloid, Berberine, Tropane Alkaloid, Cardinolides; Các hợp chất kháng ung thư: Camptothecin, Homoharringtonine, Podophyllotoxin, Vinca Alkaloid, Taxol, Nhân sâm,…
Hiện nay trên thế giới, người ta đã thành công trong việc sử dụng bioreactor trong nuôi cấy huyền phù tế bào như cây Thông Đỏ, cây Dừa Cạn, cây Sâm Triều Tiên, cây Lan Gấm,… với thể tích của bình ni cấy từ vài chục lít lên đến vài chục ngàn lít.