论文部分内容阅读
怀槐是我国珍贵的野生药用植物,资源稀少,其药用成分异黄酮具有显著的保肝、抗肿瘤、抗氧化及防治骨质疏松等药理活性。为了通过怀槐细胞的大规模培养生产怀槐异黄酮实现怀槐药用资源的可持续利用,本论文对怀槐培养细胞生产异黄酮的悬浮条件进行了优化控制研究,并在10升气升式生物反应器中进行了试验。 在单因素实验确定影响怀槐细胞生产异黄酮的主要培养基组分和作用浓度范围的基础上,采用ANNs（人工神经网络）结合RAGA（实数编码加速遗传算法）对培养基组成进行全局寻优。建立的优化模型准确性高,依赖模型由RAGA全局寻优获得的最佳培养基组合是149.68mg/L（NH）2SO4、2936.10mg/L KNO3、0.01mg/L 2,4-D和0.19mg/L 6-BA,染料木素产率达到14.13mg/L,比优化前提高18.09倍,是正交试验优化的2.54倍,表明运用该方法优化怀槐细胞合成异黄酮的培养条件是可行的,优化后的培养基可以使怀槐细胞异黄酮合成能力有很大的提高。 建立了怀槐细胞悬浮培养结构化动力学模型。该模型以培养基中的碳源蔗糖在胞外分解以及分解产物在胞内的代谢为建模依据,考察了胞内外的蔗糖代谢、胞内结构组分变化、胞内中间组分的变化、细胞呼吸损失以及胞内外染料木素的合成情况。通过运用Runge-Kutta法对模型进行参数求解,并运用非线性最优化Powell共轭方向法对模型参数进行优化,确立了模型的最优参数组合。该模型与实验数据具有较好的符合性,通过模型可以直观的预测细胞生长、呼吸以及次生代谢产物染料木素合成,对怀槐细胞悬浮培养具有很好的指导性。 研究了温度对怀槐悬浮培养细胞生长、染料木素合成及其产率的影响,发现25℃对怀槐细胞染料木素合成最有利,28℃对细胞生长最好,温度低于25℃对于细胞生长和产物合成均不利。结合温度对细胞生长和染料木素合成的动态考察,制定出在培养前9天控制培养温度为28℃,自培养第9天,调节培养温度为25℃,直至培养到第12天的怀槐悬浮培养细胞快速生长和染料木素高效合成的分阶段温度控策略,使细胞染料木素产率分别比25℃和28℃连续培养时提高1.14和2.50倍。反应器验证试验表明,通过分阶段温度调控培养,平均染料木素产率达到了26.66 mg/L。