DEVELOPMENT OF LOW-COST BIOREACTOR FOR MICROPROPAGATION

Abstract

This research aimed to develop low cost bioreactors with simple operation for plant micropropagation. Three bioreactor systems including temporary immersion system bioreactor (TIS), nutrient spray bioreactor (NSB) and simple aeration bioreactor (SAB) were designed and established. The developed bioreactors were applied for plant organ cultures; the multiplication of pineapple plantlets, the development of orchid protocorm to plant with shoot and rhizome and the microtuber induction of Jerusalem artichoke. Plant organs culturing by traditional methods (agar medium and liquid medium in shake flask) were also investigated. The results showed that the SAB was the best for pineapple plantlets multiplication and growth. The high rate of mature plant development from orchid protocorms were recorded in those cultured in TIS and NSB. Whereas, the TIS was only developed system that showed positive effect to Jerusalem artichoke microtuber induction. Additionally, the comparative study of mature plant orchid development from protocorms culturing in all three established bioreactors with 5 L stirred tank bioreactor with automated operation found that the TIS was superior than others. The evaluation of bioreactor cost suggested that the SAB was cheaper than TIS and NSB. However, the cost of all developed bioreactors were lower than STR about 22-338 folds. All data obtained from this research demonstrated that the developed bioreactors were low cost equipments and suitable for plant organs culture better than the automated STR which benefits for mass plant micropropagation with low cost investment.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาถังปฏิกรณ์ชีวภาพต้นทุนต่ำและมีหลักการทำงานที่ควบคุมง่ายเพื่อใช้สำหรับขยายพันธุ์พืช โดยได้ออกแบบและจัดตั้งถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบกึ่งอัตโนมัติ ขึ้นมา 3 ระบบ ได้แก่ ถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบแช่ชั่วคราว (Temporary Immersion System: TIS) ถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบพ่นฝอยอาหารเหลว (Nutrient Spray Bioreactor: NSB) และถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบที่มีการพ่นอากาศอย่างง่าย (Simple Aeration Bioreactor: SAB) โดยได้นำถังปฏิกรณ์ชีวภาพดังกล่าวไปเพาะเลี้ยงอวัยวะพืช (plant organ culture) 3 ชนิดได้แก่ การเพิ่มจำนวนต้นสับปะรด การพัฒนาไปเป็นต้น ใบ และรากของโปรโตคอร์มกล้วยไม้ และการพัฒนาไปเป็นหัวขนาดเล็กของแก่นตะวัน โดยเปรียบเทียบกับวิธีการเพาะเลี้ยงอวัยวะพืชในระบบอาหารวุ้นและอาหารเหลวบนเครื่องเขย่าที่เป็นวิธีการเพาะเลี้ยงแบบดั้งเดิม พบว่า ถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบที่มีการพ่นอากาศอย่างง่าย (SAB) สามารถเพิ่มจำนวนต้นและการเจริญของต้นอ่อนสับปะรดได้ดีที่สุด ส่วนการพัฒนาไปเป็นต้นที่สมบูรณ์ของโปรโตคอร์มกล้วยไม้นั้นให้ผลดีสุดในถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบแช่ชั่วคราว (TIS) และถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบพ่นฝอยอาหารเหลว (NSB) จากการเปรียบเทียบการพัฒนาไปเป็นต้นที่มียอดและรากของโปรโตคอร์มกล้วยไม้ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพที่พัฒนาขึ้นมากับถังปฏิกรณ์ชีวภาพที่มีใบกวน (Stirred Tank Bioreactor, STR) และมีระบบควบคุมแบบอัตโนมัติขนาด 5 ลิตร พบว่าถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบแช่ชั่วคราว (TIS) ให้ผลดีกว่าถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบอื่นๆ เมื่อวิเคราะห์ต้นทุนของถังปฏิกรณ์ชีวภาพที่พัฒนาขึ้นมาพบว่า SAB มีต้นทุนถูกที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับ TIS และ NSB โดยถังปฏิกรณ์ชีวภาพทั้งสามระบบมีต้นทุนต่ำกว่า STR ประมาณ 22-338 เท่า จากผลการทดลองทั้งหมดแสดงให้เห็นว่า ถังปฏิกรณ์ชีวภาพที่พัฒนาขึ้นมามีต้นทุนการจัดตั้งต่ำและให้ผลในการเพาะเลี้ยงอวัยวะพืชได้ดีกว่าการใช้ถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบ STR ที่ควบคุมโดยระบบอัตโนมัติ ซึ่งมีประโยชน์เป็นอย่างมากต่อการขยายพันธุ์พืชในปริมาณมากที่มีต้นทุนการผลิตต่ำ