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摘要： This thesis describes an experimental investigation of the flow, mixing and suspension dynamics within DASGIP stirred tank bioreactors, including flat and round-bottom geometries, utilising a range of agitation modes to improve understanding of the impact of continuous and intermittent agitation upon an induced pluripotent stem cell-cardiomyocyte (iPSC-CM) cell culture process. Commonly used for cell culture applications, the DASGIP bioreactor has not fully been characterised and the beneficial impact of modifying the agitation mode on cell culture has also not been fully investigated from an engineering perspective. In the present study, rigorous flow frequency analysis with iPSC differentiation experiments were performed such as to identify and quantify the flow characteristics leading to increased cardiomyocyte differentiation yields with different agitation modes. Intermittent agitation resulted in a pattern of low intensity frequencies at reactor scale that could be controlled by varying three identified time components: rotational speed, interval and dwell time. A proof of concept biological study was undertaken, tuning the hydrodynamic environment through variation of dwell time and a significant improvement in CM yield was obtained. Ensemble-averaged and phase-resolved Particle Image Velocimetry measurements were carried out in a single-phase flow to evaluate the impact of the changing agitation modes and bioreactor configuration. Suspension and mixing time studies were undertaken to assess the impact of the agitation mode on quality of suspension and mixing time. It was found that the flat bottom geometry of the DASGIP resulted in a strong lower vortical cell below the impeller, resulting in efficient 'lift' of various microcarrier types. The application of intermittent agitation resulted in an overall transient amplification of shear stress and turbulence, found to beneficially impact upon the characteristic mixing times, whilst remaining around 100-fold l

关键词： 软骨细胞   间充质干细胞   转瓶   细胞聚团   聚团动力学  

摘要： 基于细胞的软骨组织损伤再生策略中重要要素之一就是细胞,如何获得大量软骨表型的细胞是当前的重要研究内容。细胞聚团培养不仅能够模拟细胞的体内微环境,从而更好的维持细胞功能,也可被直接应用于基于细胞的治疗策略。本文基于转瓶生物反应器,考察了软骨细胞和间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)这两种有望应用于软骨组织再生的主要细胞种类的聚团动力学和机制。利用转瓶建立了牛软骨细胞(Bovine articular chondrocyte,bACs)、兔间充质干细胞(Rabbit mesenchymal stem cells,rMSCs)以及此两种细胞混合的聚团培养体系,考察了转瓶搅拌转速和细胞接种密度对细胞成团动力学、聚团尺寸、细胞增殖和胞外基质(Extracellular matrix,ECM)分泌的影响,探讨了细胞聚团的分子机制,并探究了细胞聚团培养对软骨细胞表型和MSCs干性的影响,获得以下主要发现:(1)转瓶分别单独培养bACs和rMSCs形成聚团,转瓶搅拌转速和细胞接种密度都能影响bACs和rMSCs的成团速率及聚团尺寸。在一定范围内,转速越低,细胞成团速率越快,细胞聚团平均尺寸越大;细胞接种密度越高,细胞成团速率越快,细胞聚团平均尺寸越大。培养时间越长,细胞聚团平均尺寸越大。(2)qRT-PCR分析细胞粘附分子和ECM分子的基因表达水平来考察细胞成团的分子机制,结果发现,β1整合素介导的细胞与ECM的相互作用可能参与了bACs聚团形成过程;而钙黏蛋白(Cadherin)介导的细胞与细胞的相互作用可能参与了rMSCs聚团形成过程。(3)基因表达的定量分析发现,转瓶培养bACs形成聚团维持并且改善了软骨分化,Π型胶原和SOX-9的基因表达水平增加,而Aggrecan的基因表达水平得以维持。转瓶培养rMSCs形成聚团提高了干细胞的干性,表现为SOX-2,NANOG,OCT-4干性标志的基因的表达水平都有显著性的提高。(4)转瓶混合培养bACs和rMSCs,也能够形成细胞聚团,而且在这些细胞聚团中,rMSCs主要集中在聚团内核,bACs则分布于聚团外周。综上所述,本文通过建立基于转瓶的培养体系,制备了具有软骨分化潜能的细胞聚团,揭示了培养条件对细胞聚团形成过程的影响规律并初步认识了其分子机制,为后续将细胞聚团大规模应用于软骨组织再生研究奠定了基础。

关键词： 施氏矿物   反应器   土壤   砷   稳定化  

摘要： 施氏矿物（Schwertmannite）是自然界中广泛存在于酸性矿山废水等富含硫酸盐酸性环境里的一种亚稳态次生羟基硫酸盐高铁矿物。研究表明相比化学合成施氏矿物,生物合成施氏矿物具备较大比表面积且表面富含高活性基团,其较差的结晶度以及孔洞分布结构,使之在催化类芬顿降解有机污染物、水体重金属污染治理等领域具有较好的应用潜力。虽然施氏矿物的催化、吸附、共沉淀性能都已获得一定的认可,但其合成效率过低,体系中只有30%的铁可被氧化、水解成矿,以致于有大量铁的被损失与浪费,且利用摇瓶进行批次制矿,需耗费较多人力、物力。因此寻找到可高效制备施氏矿物、提高铁沉淀率的方法并将之投入至实际规模化生产中,对于施氏矿物在各领域中的应用都具有重大意义。砷（Arsenic）是一种类金属元素,砷化合物具有剧毒性、致癌性。砷污染土壤的修复治理广受关注,目前已有的砷污染土壤修复技术多种多样,但各类技术都相对存在一些弊端。相比之下,稳定化修复技术的操作简单、材料丰富,可有效地将砷固定于土壤中,减弱其生物有效性。所以找到合适的稳定剂对于砷污染土壤的稳定化修复至关重要。含铁矿物是稳定剂的典型代表,有些含铁矿物具有较大比表面积而表现出丰富活性位点,另外矿物表面富含离子交换基团,这些特质使其成为具有广阔前景的稳定化修复材料。生物合成施氏矿物在比表面积、孔洞结构、表面活性基团上展现出明显的优越性,但将其作为稳定剂的砷污染土壤修复研究还极其少,因此生物合成施氏矿物对土壤中砷的固化性能还待探究。本文主要设计了施氏矿物的高效制备方法体系并进行了规模化生产过程,并以通过上述方法制备而成的施氏矿物作为稳定剂,研究其对土壤中砷的固化效果。主要研究内容包括:1、设计高效制备生物合成施氏矿物的方法体系,构建小型反应器,并探究小型反应器在不同反应条件（包括搅拌器转速、水力停留时间）影响下施氏矿物合成效率的差异,再对施氏矿物进行表征（SEM、XRD）以比较矿物物理性能的不同,从而优化反应器运行条件。2、构建中型制矿反应器,将小型反应器优化条件运用到中型实际生产;3、探究不同反应条件（包括矿物/土壤投加比、水分条件、生物炭/施氏矿物的混合比例）影响下生物合成施氏矿物固定土壤中砷的效果差异。通过对如上内容的系列实验,获得以下主要结果:1、在合成施氏矿物过程中,Fe2+氧化速率为232.72 mg·L-1·h-1。Fe3+还原速率随机械搅拌速度的加快而加快,但300 r/min相较于400 r/min更具备安全性与实验稳定性,因此300 r/min为较适转速。小型反应器水力停留时间条件为3 d与4.5 d时,均表现出优于1.5d的成矿效率。经历相同时间,3d与4.5d的铁矿物生成率始终高于1.5d,3d与4.5d条件下沉淀所有铁所需时间比1.5d早两天。3d、4.5d的单位成矿量分别是1.5 d的1.16倍、1.15倍。3d运行较流畅,单位成矿量最多,且合成矿物确实为施氏矿物。因此对于3 L小型反应器而言,3 d为较佳的HRT条件。高效制备施氏矿物反应器的优化条件为:转速为300r/min、水力停留时间为3d。。2、中型反应器制矿期间,Fe2+氧化速率及总铁沉淀速率都较稳定,最后一阶段可能受天气影响有略微偏低现象。Fe3+还原效率在45%～65%范围内,无法达到100%。另外,使用自来水合成矿物可能会影响矿物矿相,合成的矿物是黄铁矾类矿物。3、生物合成施氏矿物对土壤中砷的稳定化效果与矿物投加比、水分条件呈正相关。投加比过大,易导致土壤过度酸化,0.5%投加比既保证有效态砷的固化效率较为可观,又可相对减缓土壤酸化程度,因此0.5%投加比为较适条件。矿物的解离、铁溶出随着水分的增加而增加,砷解吸的风险也随之加大,1:1水分条件在保证相对较高的固化效率的前提下,还能相对减弱矿物解离与转化,因此水土比为1:1较适合。可提取态砷与水溶态砷的固化效果在生物合成施氏矿物结合生物炭的不同混合比下呈现不同规律。对于可提取态砷,不同混合比（Biochar/Sch）的固化效率为:1:1＞1:2＞2:1;对于水溶态砷,所遵循的规律是:1:2＞1:1＞2:1。1:1与1:2的最终固化效率仅相差约1%,而生物炭相对施氏矿物更具有经济效益,且制备生物炭的原料储量丰富、易得,因此1:1（Biochar/Sch）为较适条件。本文的研究对于施氏矿物的规模化高效生产及其在砷污染土壤的稳定化修复技术中的应用具有一定的参考价值。

关键词： 除磷   凹凸棒土   镧改性   底泥覆盖   生物反应器  

摘要： 近年来,随着经济发飞速发展,工农业的快速发展,使得大量的氮磷等植物生长营养元素排入到河流、湖泊等地表水体,引发了严重的水体富营养化。随着排污治理力度不断加大,进入水体的外源性污染物有所减少,但底泥向上覆水体持续释放的污染物给水质带来巨大影响。凹凸棒土是一种含水镁铝硅酸盐天然粘土矿物,其特殊的内部孔道结构使其具有较强的吸附性能,常被用做吸附材料。本文以凹凸棒土为研究对象,目的是筛选出一种经济有效的凹凸棒土改性方法,研制出一种既可以用于生物反应器中的填料吸附除磷的吸附剂,又用于底泥覆盖材料控制底泥中污染物质向上覆水体释放。首先对沸石、粉煤灰和凹凸棒土进行了热改性、酸改性、碱改性、盐改性和稀土改性,筛选并明确凹凸棒土为最佳吸附材料。在比对传统改性方法的基础上,研制了一种球形镧改性凹凸棒土填料,试验了不同条件制备下对于填料去除总磷效果的影响;然后设计一种装填球形镧改性凹凸棒土填料的生物反应器,开展低中高浓度含磷废水动态吸附实验,并加入聚磷菌进行比对吸附效果;最后用镧改性凹凸棒土和天然粘土矿物以及组合覆盖的方式,研究不同覆盖材料对底泥中氮磷释放的抑制效果。研究结果表明:沸石通过酸、碱、盐、稀土和热改性后对于总磷几乎没有去除效果,不适合作为除磷吸附剂;经过NaOH改性的粉煤灰具有良好的除磷效果,2mol/LNaOH改性后的粉煤灰对于模拟废水中总磷的去除率高达95%;但是粉煤灰含有大量重金属等污染物,在实际应用中可能会造成二次污染;天然凹凸棒土对于总磷有一定的吸附效果,经过热改性、酸改性、碱改性、盐改性、稀土改性后凹凸棒土的除磷效果有明显的提高,其中稀土镧改性效果最佳。球形镧改性凹凸棒土填料最佳制备条件为:焙烧温度在500-600℃之间,焙烧时间为3h,粒径大小10-12mm,凹凸棒土:核桃砂颗粒:硅酸钠:氯化镧比例为5:2:2:1。根据Langmuir理论,理论计算凹凸棒土填料最大吸附量为1.733mg/g,在实际实验中测得对于100mL,10mg/L模拟含磷废水最大去除率可达95%最大吸附量为2.316mg/g。球形镧改性凹凸棒土进行反应器模拟动态吸附实验,镧改性凹凸棒土填料对低中高含磷废水都有较好的去除效果,对0.5mg/L的含磷废水运行5天去除率达到97%,对5mg/L的含磷废水运行5天去除率达到77%,对50mg/L的含磷废水运行5天去除率达到42.2%。同时加入聚磷菌联合处理后在相同条件下磷的去除效果能明显提高,对0.5mg/L的含磷废水运行5天去除率达到98%,对5mg/L的含磷废水运行5天去除率达到87%,对50mg/L的含磷废水运行5天去除率达到51.5%。沸石、方解石、凹凸棒土和镧改性凹凸棒土等覆盖底泥材料对底泥中总磷的抑制效果从高到低顺序为:镧改性凹凸棒土>凹凸棒土>沸石>方解石,镧改性凹凸棒土对抑制底泥总磷效果最好;抑制底泥总氮释放从高到低顺序为:沸石>镧改性凹凸棒土>方解石>凹凸棒土,沸石对抑制底泥总氮效果最好;抑制底泥氨氮释放从高到低顺序为:沸石>方解石>凹凸棒土>镧改性凹凸棒土,沸石对抑制底泥氨氮效果最好。镧改性凹凸棒土以及联合天然粘土覆盖底泥时,当镧改性凹凸棒土覆盖越多,试验中除磷效果越佳,当镧改性凹凸棒土覆盖量为50g时,上覆水体的磷含量为0.177mg/L;当镧改性凹凸棒土覆盖量为100g时,上覆水体的磷含量为0.066mg/L;当镧改性凹凸棒土覆盖量为150g时,上覆水体的磷含量为0.051mg/L。镧改性凹凸棒土对于总氮和氨氮处理效果不明显。因此,将镧改性凹凸棒土与沸石制成联合覆盖材料,可以提高底泥释放抑制效果。

关键词： 生物反应器   基本结构   故障处理   应用  

摘要： 使用生物反应器进行大规模动物细胞体外培养,已经成为生物技术产品研究和开发的关键工艺步骤,为细胞生长提供了一个适宜的环境,能够显著提高动物细胞的培养密度,使之快速增殖作为制备生物制品的基质,从而保证工业规模生产的产品质量.本文以型号为Cel iGenTM310生物反应器为例,对其基本结构、主要功能、常见问题处理及实际应用进行阐述,以期对使用者有所帮助.

关键词： 烟草生物反应器   虾青素合成酶   植物   微藻   酵母  

摘要： 虾青素是一种酮类类胡萝卜素,具有比维生素E和辅酶Q10更强的抗氧化活性,并对癌症、心血管疾病、糖尿病等许多疾病具有药理作用。天然虾青素在食品、保健品及化妆品行业中的广泛应用,使得天然虾青素具有广阔的市场前景。但现有原料的虾青素生产存在效率低、成本高等客观困难,因此目前的虾青素生产无法满足快速增长的市场需求。利用烟草开发高效的虾青素生物反应器是克服这一困难的关键技术。然而,虾青素的烟草生物反应器的前期研究主要采用改造的微生物源虾青素合成酶进行烟草生物反应器构建,对真核生物源虾青素合成酶的利用研究还非常有限。为揭示不同真核生物源虾青素合成酶在烟草中的异源表达生物活性特征,明确开发虾青素烟草生物反应器的关键分子基础,本研究对夏侧金盏花（Adonis aestivalis）、雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）及红发夫酵母（Xanthophyllomyces dendrorhous）3种真核生物源虾青素合成酶基因进行了密码子优化合成及表达载体构建,通过农杆菌介导的瞬时表达和稳定表达试验分析了其在烟草中合成虾青素的活性差异,并获得了稳定合成虾青素的转基因烟草植株。主要研究结果如下:1、瞬时表达试验仅能体现出来源于夏侧金盏花的虾青素合成酶烟草中的生物活性高于来源于雨生红球藻和红发夫酵母的虾青素合成酶,但通过稳定表达试验结合分子修饰可以比较出3种真核生物源虾青素合成酶在烟草中的活性差异。因此,在不同生物源虾青素合成酶在烟草中的生物活性检测中,稳定表达实验比瞬时表达试验更灵敏,更准确。2、借助亚细胞定位试验和稳定表达试验,根据3种真核生物源虾青素合成酶在烟草叶片细胞内的定位情况,来源于夏侧金盏花的虾青素合成酶无需分子修饰就可在抗性愈伤组织和再生苗内合成大量虾青素;来源于雨生红球藻的虾青素合成酶经过添加叶绿体靶向肽的分子修饰后仅在抗性愈伤组织内合成微量虾青素;来源于红发夫酵母的虾青素合成酶经过添加叶绿体靶向肽的分子修饰后也无法在烟草内合成虾青素。3、稳定表达试验及抗性愈伤组织的RT-PCR和UPLC分析表明,来源于夏侧金盏花的虾青素合成酶在烟草内的生物活性最高,来源于雨生红球藻的虾青素合成酶在烟草内的生物活性次之,来源于红发夫酵母的虾青素合成酶在烟草内的生物活性最低。4、通过对转基因烟株叶片内色素的TLC和UPLC检测分析,表明外源虾青素合成酶可以在烟草内稳定合成虾青素,但其生长发育过程明显慢于正常烟株TN90,净光合速率也明显低于正常烟株TN90。

关键词： 关节软骨   生物反应器   软骨组织工程   复合载荷   数值分析  

摘要： 膝关节是人体各项运动的枢纽,关节软骨承受力复杂且强度大,是临床疾病好发部位,过度运动或不适当的力学环境会导致软骨细胞的结构和功能发生改变,从而可能导致软骨退化。而关节软骨生长、维持受载荷影响较大,所以研究关节软骨力学状态有重要意义。目前,主要通过建立软骨两相模型,数值模拟循环压缩载荷下固体基质的应变,在细胞水平上研究了机械刺激对关节炎的影响。但考虑软骨在实际运动中所受到变化载荷和运动角度方面的研究较少。因此,本研究一方面以生理软骨受力特点为依据设计用于软骨体外功能化构建的生物反应器。另一方面,考虑屈伸、内/外翻及内/外旋转等运动特性,建立人行走时膝关节可实现复合载荷的三维有限元模型,揭示膝关节软骨在压缩、滚动、滑动或旋转以及复合载荷下的力学状态。本文将材料科学、生物力学、细胞生物学及组织工程结合起来,文献调研以归纳探索膝关节运动学、膝关节所受到的复合载荷及其实际运动阶段的呈现方式和力学环境对其所造成的影响。以正常生理条件下软骨受力特点为依据,设计用以在体外实现软骨功能化的滚压加载装置。该装置由摆动调节机构和压缩调节机构组成,底板左右摆动结合滚动载荷使其更接近软骨的实际运动状态,且复合载荷条件更符合组织生长和发育的物理环境。而且辊子滚压靠自身重力,不需要外界机械零部件施加动力,培养物与辊子处于封闭空间,可减少污染、避免培养期间培养液的蒸发。另外,通过有限元软件Abaqus,建立考虑钙化层、软骨下骨作用的关节软骨模型,使模型更接近完整天然软骨的生理结构。膝关节运动为胫骨平台与股骨远端的相对运动,简化为一刚化球体作用在平面软骨的几何模型。考虑屈伸、内/外翻及内/外旋转等运动特性,建立人行走时膝关节受复合载荷的三维有限元模型。开展膝关节软骨在压缩、滚动、滑动或旋转及复合载荷下的数值分析。重点分析了软骨所受的力及其相关变化情况,主要结论如下:模拟步态过程中,关节软骨受载后应力迅速集中,而软骨下骨的弹性模量3200MPa高于钙化软骨(320MPa)和软骨层(0.5-0.9MPa),弹性模量越大,相对来说,变形量就会越小,软骨越不容易变形,可能更易起到一定的保护作用,结果也表明最大Mises应力分布在软骨下骨;随着压缩过程的进行,Mises应力、应变与孔隙压力随压缩量的增大而增大,且增幅呈非线性减小的趋势;分别对滑动、滚动、翻转、旋转及其任意两种或3种复合载荷和综合载荷共15种不同力学状态进行Mises应力、应变、孔隙比的初步统计学比较,可以将其大致分为滚动、滑动、滚滑组合3种力学状态,而翻转、旋转对软骨的影响几乎可以忽略不计,滚压载荷与总的复合载荷最为接近。

关键词： Bioengineering   Mechanical engineering  

摘要： Osteoarthritis (OA) is a joint disease that causes those afflicted by it to experience extreme discomfort and pain. To date, there are no cures or treatments for the disease other than lifestyle change and inflammation management. This lack of treatment is in part due to the difficulty developing an appropriate model of OA. To overcome this impediment to finding drug therapies, our lab has created three devices to create a mouse model of OA. The focus of this thesis is the third-generation device, the so-called “JM Mini.” We created the JM Mini to address shortcomings of the heavily used and highly successful first-generation device, the JM1, while retaining its performance—namely producing comparable results under similar experimental conditions. An additional novel component that was added to the project was the design and implementation of a monitoring system to ensure that multiple devices are functioning properly at all times.

关键词： 奶牛场   污水   絮凝   膜生物反应器   深度处理  

摘要： 我国大部分奶牛场周围农田面积有限,无法采用种养结合的方式对粪污养分进行循环利用。废弃物污染的有效防治成为制约奶牛场持续发展的关键因素,污水的处理问题尤其突出。论文针对奶牛场液体废弃物处理难题,开展膜生物反应器（MBR）处理奶牛场污水效果研究,探讨将MBR用于奶牛场高浓度污水深度处理的可行性,并对其运行参数进行优化。全文主要结论如下:设计并试制了容积为10 m3的MBR对奶牛场污水进行运行效果研究,基于不同进水COD浓度、水力停留时间（HRT）、溶解氧（DO）和脱氮菌的添加形成五个组合工艺进行试验。MBR系统调试一个月后,正式进行试验,每个组合工艺持续运行一个月左右。结果表明当进水COD和NH4+-N浓度为7135～7860 mg/L和181～390 mg/L,反应系统HRT为4天、DO为1.5～3 mg/L时,在北方冬季平均气温为-3.4℃时加入脱氮菌后出水COD和NH4+-N质量浓度为357±53 mg/L和20±5 mg/L,对应的去除率分别为95±1%和91±3%。MBR对总氮（TN）去除主要依靠微生物的降解作用,投加脱氮菌后,TN的去除率由54%增加到80%以上。运行期间MBR对总磷（TP）、总铜（Cu）和总锌（Zn）的去除效果稳定,进水浓度为51.92±11.51 mg/L、3.46±0.63 mg/L和3.08±0.68 mg/L,去除率分别达85±8%、95±2.9%和97±0.7%。微生物群落多样性分析发现,变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门在污泥样品中占主导地位,而且变形菌门和拟杆菌门的相对含量之间具有极显著负相关。由于采用干清粪工艺的奶牛场污水经固液分离后COD浓度一般高达20 000mg/L以上,本文基于前期试验结果,采用简单高效的化学絮凝方式对奶牛场污水进行前处理。将聚合氯化铝（PAC）与三种离子型聚丙烯酰胺（PAM）复合絮凝以及三种离子型PAM单独絮凝前处理的效果进行比较,结果表明处理500 mL奶牛场污水,当非离子型PAM单独使用,且浓度为1 g/L、投加量为2.5 mL时絮凝效果最佳。在此条件下,进水COD、NH4+-N和TP浓度分别为42 083±1 752 mg/L、531±7.17 mg/L和205±4.08 mg/L时,相应的去除率分别为69.48±4.10%、13.11±8.59%和85.05±1.27%。絮凝上清液经过MBR处理,出水COD、NH4+-N和TP的平均浓度分别为644.6 mg/L、41.58 mg/L和4.65 mg/L。基于以上试验结果,提出絮凝+MBR组合工艺对高浓度奶牛场污水进行处理,并设计日处理量为50 m3的污水处理系统。对于COD浓度25 000 mg/L、NH4+-N浓度1 000 mg/L的奶牛场污水,处理后可达标排放或用于奶牛场内冲洗回用,运行成本为6.13元/m3。该工艺有望为解决奶牛场污水难题提供新的技术方案。

关键词： 地钱   组织培养   芥子油苷   根癌农杆菌   生物反应器  

摘要： 地钱(Marchantia polymorpha L.)属于苔藓植物,在世界各地均有所分布,常见于我国的北部及西北部地区。地钱具有基因组低冗余、遗传转化简便、可无性繁殖及细胞悬浮培养增殖速度快等特点,因此地钱作为生物反应器在理论和技术上均具有很大的潜力。由于地钱具有和高等植物一致的真核表达系统,因此在生产来源于高等植物的次生代谢产物或蛋白质时具有一定的优势。芥子油苷是一种含硫的次生代谢产物,在植物受到外界病原菌或者机械性损伤时,体内的组织被破坏,使得芥子油苷和黑芥子酶充分接触,然后芥子油苷被水解,这些水解产物具有许多的生物活性。对于植物来说,这些水解产物可以作为信号分子促使植物进行防御反应抵抗病原菌和害虫;对人类来说,可用于预防及治疗癌症,也可用于生产生物杀虫剂和杀菌剂。吲哚族芥子油苷是一类来源于色氨酸的芥子油苷,其降解产物具有抑制肿瘤活性及治疗结肠癌等功效。尽管吲哚族芥子油苷及其降解产物对人类非常有益,但是在植物中含量却很少,因此利用代谢工程方法生产芥子油苷具有重要的研究意义。本研究拟利用地钱作为生物反应器,进行芥子油苷代谢工程的初探。建立并优化了地钱的组织培养及遗传转化体系,并对吲哚族芥子油苷代谢工程策略进行了初步设计,探讨了地钱作为生物反应器的优势和可行性,为开发新的高效生物反应器及芥子油苷的生物合成提供理论和技术参考。本论文主要研究结果如下:成功的对野生地钱进行驯化,建立并优化了地钱的组织培养体系。对地钱遗传转化效率的影响因素进行优化,确定最佳的遗传转化体系为:在含有1%蔗糖的1/2B5培养基上,对地钱胞芽进行1 d的预培养,用添加0.01%Tween 20的农杆菌转化缓冲液浸泡10 min,在黑暗环境下与农杆菌共培养3 d,用50 mg/mL的卡那霉素进行2周的筛选,待存活的叶状体长出胞芽后,用10 mg/mL的卡那霉素进行筛选,获得抗性胞芽。利用报告基因比较了外源启动子CaMV35S和地钱内源启动子MpEF1α的驱动效率。完成了吲哚族芥子油苷代谢途径基因的克隆及植物表达载体的构建。设计了以地钱为生物反应器进行芥子油苷代谢工程的初步策略。