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.
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.
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.
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.
- Полный контроль физических и химических параметров. Вы можете подобрать оптимальный состав питательной среды для каждого типа растения и таким образом существенно повысить продуктивность.
- 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.
- 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.
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.
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.
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).
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
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).
А вот более приземлённый пример. Автор рассказывает как зарабатывает деньги за счёт того, что размножает (клонирует) редкие экзотические растения в биореакторе.
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:
- Выберите культуру (растение), которое вы хотите размножать;
- Оборудуйте чистое помещение. На ютубе есть много роликов про обустройство домашней лаборатории;
- 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);
- Найдите маточное растение. Для размножения берут ткани от лучших представителей сорта, самых здоровых и чистых растений;
- 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";
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.
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