文 献 综 述

1.1 三叶半夏概述

三叶半夏(Pinellia ternata (Thunb.)Breit.)为天南星科半夏属植物，为我国重要的中药材，野生资源主要分部于四川、湖北和河南等省，其次是江苏、山东、江西和浙江等省。

三叶半夏块茎可入药，已经有2000多年的药用历史^[1]。据统计，在558种中药处方中，半夏使用频率为第22位^[2]，由此可见半夏是一种非常重要的大宗药用植物。块茎为三叶半夏的储藏器官，其中淀粉占75％左右；此外还含有许多药理学成分，如生物碱，使其具有止吐、防矽肺和解毒等功效^[3]；半夏蛋白具有抗早孕、抗肿瘤、降血脂、护肝和治疗冠心病等多种重要的药用作用^[4]；总游离有机酸可以止咳、祛痰和体外抑制肿瘤；不饱和脂肪酸具有燥湿化痰、降逆止咳和消痞散结的功效；亚油酸则对人体内的胆固醇代谢、输送和排泄起到调节作用。半夏药材的鉴定成份则为次黄嘌呤核苷^[5]。

1.2 三叶半夏生物学特征

三叶半夏为多年生宿根草本植物，高15~30 cm。幼苗常为心形单叶，长成后为具三片小叶的复叶，2~3年后待到地下块茎增大到一定程度可产生花器官”佛焰苞”。叶柄长10~25 cm，基部有珠芽，其中心叶形三叶半夏叶片中间还会产生珠芽，具有”双珠芽现象”。花单性同株，佛焰苞绿色，下部细管状，雌花生于佛焰苞基部，雄花生于其上端，在花序顶端具有青紫色的附属器，伸出于佛焰苞外呈鼠尾状。花期5~7月，果期8~9月。浆果卵状椭圆形，绿色。地上植株部分受天气影响一般一年内会倒伏2~3次，俗称”倒苗”^[6,7]。半夏怕热畏寒，生长适温为15~25 ℃，当气温达到26 ℃以上时便开始越夏倒苗，而当降到13 ℃以下后便越冬枯苗。一般在10月中旬到11月初以后，随着天气逐渐变冷，其地上部分逐渐枯萎，开始休眠。待到来年气温合适时重新出苗生长。

倒苗是半夏特有的生物学特性，是对不良环境的一种适应。当外界气温、水分、光照等不适合半夏生长时，半夏的地上部分会倒伏并逐渐枯黄倒苗^[8,9]。无论是野生还是栽培的群体，在其生长过程都会出现倒苗现象。倒苗次数一般为1~3次。当外界环境较好时，倒苗次数可以减少，甚至不倒苗；反之，次数可以增多。

三叶半夏既可以进行无性繁殖，如块茎和珠芽繁殖等，又可进行有性繁殖，如种子繁殖，从而使得半夏具有很强的环境适应性。半夏自然状态下有性繁殖的发生率仅为2.1%~2.8%，以无性繁殖为主，但繁殖系数较低。当外界环境条件不适合生长时，半夏会倒苗。倒苗前珠芽大多已成熟，因此倒苗实际上是一次无性繁殖的过程。具较大块茎的植株，在倒苗前有佛焰苞产生，可进行同株异花授粉，产生种子，进行有性生殖。因此倒苗对半夏适应环境和繁衍后代是十分重要的^[10,11]。半夏种子和珠芽的传播距离很短，常散布于母株四周，同时受佛焰苞结构限制，缺乏有效的传粉方式，因此半夏的开拓性较差，常局限在有限的生境里 ^[12,13]。

1.3 生物反应器培养研究进展

目前在植物组织培养领域，培养方式主要是在培养瓶中以琼脂作为支持物的固体或半固体培养。这种培养方式需要耗费大量琼脂，且灌装及清洗时需处理大量容器，耗费大量劳动力，导致生产成本居高不下。液体培养方式虽然具有容易更新培养液、无需换容器、方便过滤灭菌、清洗方便、便于大型容器应用和减少转苗时间等优点，但液体培养的缺点也较多，如容易缺氧、长期浸没于液体中植物器官易玻璃化、植物器官对搅拌力敏感以及需要复杂的设备等。

1.4 生物反应器种类

最早利用微生物发酵罐来进行植物组织培养，但由于成本以及植物细胞特点的限制而失败。针对植物组织培养的特点，经过30年的简化和完善，出现了多种专门用于植物组织培养的生物反应器，如气升式搅拌反应器、喷淋反应器、径向流反应器、筏式生物反应器、喷雾式生物反应器等，但至今尚无简单、实用性强、易工业化的培养反应器及相应的自动化装置。

关于植物组织培养反应器的研究主要有以下方面：①.对传统搅拌罐、气升罐的改进，但由于仍然采用浸没式培养，因此培养过程中的玻璃化现象无法解决；②.层向流反应器，如浅层式和转鼓式培养反应器，虽减少了玻璃化现象，但是培养效果并不理想；③.喷淋、雾化型反应器，此类反应器培养效果较为理想，但此种培养方式在培养后期随着植物的生长，雾状培养液很难分布均匀，严重影响植物生长；④.间歇浸没反应器，此类反应器主要利用培养液对植物组织的间歇浸没进行培养，浸没时供给植物营养，间歇时提供植物足够的氧气。由于该培养方式较好的解决了玻璃化的问题，并且营养物质随着对植物组织的浸没可以得到很好的传递，因此间歇浸没培养可以很好的解决植物组织培养中的各种难题，得到了广泛应用，其中间歇浸没培养主要包括完全浸没间歇培养和半浸没间歇培养。下面主要论述一下就间歇浸没培养方式所用的反应器。

1.5 间歇浸没反应器种类

间歇浸没式生物反应器有多种类型，许多反应器是实际试验中实验者自己改进的培养系统。这些生物反应器中较成熟，具有代表性的主要有以下几种：