20,2K подписчиков

Биореакторы для выращивания растений. Обзор самой интересной и перспективной технологии в растениеводстве для хобби и заработка

1,3K прочитали

Приветствую, друзья! Cегодня хотел бы немного отойти от привычного формата историй из лаборатории и рассказать вам об очень крутой и интересной технологии биореактора.

Не пугайтесь умных слов, с теорией сможет разобраться даже ребёнок, а кто-то из вас, возможно, сможет найти ей применение для личных нужд или организует небольшой (или большой) бизнес.

Производство рассады с помощью биореакторов быстрее, чем другие технологии, используемые сельхозпредприятиями, примерно в двадцать раз. Если же сравнить биореактор с домашним подоконником, на котором обыватель что-то выращивает, то скорость роста рассады в регулируемой среде будет больше примерно в двести раз. Источник: https://prosvet.press/

Как обычно, постараюсь показать всё максимально наглядно и обойтись без сложных терминов.

Биореактор в лаборатории
Биореактор в лаборатории

Для лучшего понимания статьи рекомендую ознакомиться с прошлыми заметками из лаборатории.

1. Желе вместо почвы. Как учёные выращивают растения в лаборатории?⁠⁠
2.
Показываю как мы клонируем растения в нашей лаборатории. Технология микроклонального размножения⁠⁠
3.
Как управлять растениями. Несколько слов о растительных гормонах⁠⁠

Что такое биореактор?

Когда обычный человек слышит слово «биореактор», то в его голове сразу возникает картина какого-то чрезвычайно сложного устройства, из которого выходят десятки трубок и сотни проводов.

Что-то типа такого
Что-то типа такого

На картинке выше действительно биореактор (для бактериальной культуры), но на самом деле в роли биореактора может выступать практически любая герметичная ёмкость, даже обычная стеклянная банка из под огурцов.

Мы тут не лекарства собираемся производить, а всего лишь растения выращиваем, поэтому нам столько металлолома не нужно.

Биореактор для растений - это герметичный, стерильный сосуд, в котором происходит рост растений в жидкой питательной среде.
Одна из вариаций биореактора для растений
Одна из вариаций биореактора для растений

Кто-то может спросить: «А нафига это вообще надо, если можно выращивать их в обычной земле?»

Но тут мы подходим к самому интересному, а именно
преимуществам технологии.

  1. Полный контроль физических и химических параметров. Вы можете подобрать оптимальный состав питательной среды для каждого типа растения и таким образом существенно повысить продуктивность.
  2. Стерильность. Благодаря стерильности растения можно размножать (клонировать) с помощью методов микроклонального размножения (срезать в стерильных условиях черенки) и размещать их в новых биореакторах, обеспечивая почти бесконечное количество растений.К тому же росту растения не препятствуют бактерии, грибки и другие живые организмы.
  3. Можно добавлять растительные гормоны и манипулировать ростом растений, например выращивать отдельные структуры (корни, побеги, листья и т.д.).
Если Вам это всё показалось слишком сложным, то дальше покажу всё на живых примерах.

Собираем свой биореактор

Давайте теперь вместе соберём биореактор и на его примере разберём, какие компоненты нам потребуются.

Один из самых простых вариантов может выглядеть так.

Простейшая модель биореактора для растений
Простейшая модель биореактора для растений

Да, это просто две стеклянные банки, которые скреплены крышками. Внутри крышек проделаны мелкие запаянные с внешней стороны отверстия (помним про герметичность), через которые питательная среда из нижнего блока может перетекать в верхний и наоборот.

Эта технология называется биореактором временного погружения (temporary immersion bioreactor). Растения поливают питательной средой пару раз в день за счёт поворота биореактора.

Если просто кидать растения в жидкую питательную среду и держать их в ней всё время, то клетки впитывают слишком много воды (обводняются) и растение погибает, даже несмотря на идеальные условия.

Иммерсионный биореактор временного погружения поворотного типа от компании Plant Cell Technology.

Приветствую, друзья! Cегодня хотел бы немного отойти от привычного формата историй из лаборатории и рассказать вам об очень крутой и интересной технологии биореактора.-5

Чтобы не мучаться и каждый раз вручную не поливать растения, в лабораториях и на производстве используют автоматические системы с таймером. Ёмкость с питательной средой выносят отдельно и затем доставляют её в биореакторы с помощью насоса, компрессора, силы тяжести или даже в виде питательного тумана.

Разновидности биореакторов
Разновидности биореакторов

А бывает, применяют и смешанные технологии. Тут временное погружение обеспечивается за счёт работы компрессора (вдуваемый воздух проходит через бактерицидный фильтр и поэтому не нарушает стерильность).

Приветствую, друзья! Cегодня хотел бы немного отойти от привычного формата историй из лаборатории и рассказать вам об очень крутой и интересной технологии биореактора.-7

Биореактор системы RITA. Обратите внимание на воздушные фильтры, через них происходит газообмен, который крайне важен для растений, поскольку для реакции фотосинтеза необходим углекислый газ (СО2 + Н2О + свет → углевод + О2).

Практическое применение

С устройством биореактора вроде разобрались, теперь нужно понять, как это всё применить на практике.

Вам необходимо выбрать растение, которое Вы хотите выращивать или размножать, а затем методом проб, экспериментов и изучения литературы подобрать для него оптимальные условия, питательную среду, время полива и т.д.

Исследования по самым популярным культурам (картофелю, голубикам, бананам, гвоздикам, некоторым декоративным растениям) уже есть, но и тут у Вас есть все шансы разработать собственную методику.

Статья где изучалась технология микроразмножения гвоздики в биореакторе: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1687157X1730063X

Приветствую, друзья! Cегодня хотел бы немного отойти от привычного формата историй из лаборатории и рассказать вам об очень крутой и интересной технологии биореактора.-8

Пример применения биореакторов на крупном производстве. Обратите внимание, что для наращивания биомассы они используют одноразовые стерильные 5 литровые бутылки. После того, как в биореакторе накопится достаточное количество материала бутыль разрезают, а растения черенкуют и пересаживают сразу в грунт (стерильный) на адаптацию (корнеобразование).

Приветствую, друзья! Cегодня хотел бы немного отойти от привычного формата историй из лаборатории и рассказать вам об очень крутой и интересной технологии биореактора.-9

А вот более приземлённый пример. Автор рассказывает как зарабатывает деньги за счёт того, что размножает (клонирует) редкие экзотические растения в биореакторе.

Приветствую, друзья! Cегодня хотел бы немного отойти от привычного формата историй из лаборатории и рассказать вам об очень крутой и интересной технологии биореактора.-10
Кстати, не реклама, мало того, что заказать что-то из Штатов сейчас практически невозможно, так и цена в 2500 рублей за биореактор из двух баночек и 1200 рублей за 200 грамм концентрата для приготовления питательной среды — это чистый грабёж.

Общий пошаговый план для новичков:

  1. Выберите культуру (растение), которое вы хотите размножать;
  2. Оборудуйте чистое помещение. На ютубе есть много роликов про обустройство домашней лаборатории;
  3. Соберите биореактор. Помните, что он должен быть герметичным, прозрачным, а материалы из которых он сделан должны выдерживать стерилизацию в автоклаве (примерно +121 градус в течении 20 минут);
  4. Найдите маточное растение. Для размножения берут ткани от лучших представителей сорта, самых здоровых и чистых растений;
  5. Стерилизуйте побеги/почки которые Вы срезали с маточника в перекиси/белизне. Вам необходимо получить стерильную лабораторную культуру тканей. Подробнее про это можно узнать на Ютубе по запросу "введение культуры in vitro";
Этапы размножения культуры с помощью биореактора
Этапы размножения культуры с помощью биореактора

6. Поместите стерильные побеги в стерильный биореактор со стерильной средой в стерильных условиях.

Стерильность крайне важна. Питательная среда отлично подходит не только для растений, но и для бактерий, микроорганизмов, плесени и других грибов. Они намного более активны, чем растения, поэтому, если они попадут в биореактор, то просто задушат растения, которые там находятся, своей жизнедеятельностью.
Контаминация биореактора
Контаминация биореактора

7. Ожидайте;

8. Растения растут? Да? Profit. Нет? Изучаем литературу, меняем состав среды, ищем ошибки или источники заражения;

9. Про сбыт и реализацию продукции ничего сказать не могу, я учёный, а не менеджер по продажам, но знаю, что в России есть несколько крупных фирм, которые занимаются микроклональным размножением растений и применяют биореакторы для выращивания некоторых культур (актинидий, жимолости, голубики, клематисов и т.д.);

Спасибо, друзья, больше материалов про биологию и микромир Вы можете найти в моём профиле. Подписывайтесь на канал и до скорых встреч.

Мой блог про биологию на Дзен | Моя группа в ВК | Ютуб канал | Телеграм-канал