Die Pflanzenbiotechnologie ermöglicht die nachhaltige Gewinnung pflanzlicher Wertstoffe mittels innovativer biotechnologischer Methoden. Bisher mangelt es auf diesem Gebiet jedoch an Grundlagenwissen und aussagekräftigen Studien, z. B. zur Anwendung biotechnologischer Standardverfahren beim Respirationsmonitoring.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden grundlegende Untersuchungen zur Erzeugung (Induktion) pflanzlicher in-vitro-Kulturen und zu geeigneten Kultivierungssystemen sowie Prozessüberwachungsstrategien vorgestellt und diskutiert. Als Modellsystem dient die Einjährige Sonnenblume Helianthus annuus. Die Induktion pflanzlicher Zellkulturen (Kallus und Suspensionen) mit photomixotrophem Stoffwechsel wurde unter unterschiedlichen Bedingungen untersucht und geeignete Induktionsparameter ermittelt. Sowohl pflanzliche Gewebekulturen (Hairy roots) als auch die erzeugten photomixotrophen und heterotrophe Suspensionen konnten in verschiedenen Reaktorsystemen erfolgreich kultiviert und die Produktbildung nachgewiesen werden. Protokolle zu Induktion sowie Erhaltung von Zell- und Gewebekulturen von H. annuus wurden etabliert.
Ein modernes Prozessüberwachungssystem für Schüttelkolben, das RAMOS® (Respiration Activity Monitoring System®) wurde erstmals umfassend für Untersuchungen des Wachstumsverhaltens und zum Screening pflanzlicher Zell- und Gewebekulturen eingesetzt. Dabei wurde die Problematik der Verdunstung (Evaporation) aus den Kulturgefäßen als signifikant bei den langen Kultivierungen von pflanzlichen in-vitro-Kulturen diagnostiziert und ein Modell zur Korrektur der Atmungstransferraten entwickelt. Erstmalig in der Pflanzenbiotechnologie kam das RAMOS® für Studien mit Zell- und Gewebekulturen von H. annuus im Speziellen sowie für Untersuchungen von Hairy roots im Allgemeinen zum Einsatz.
Mit Hilfe der vorliegenden Arbeit werden relevante Kriterien zur Anwendung des innovativen Messsystems RAMOS® im Rahmen pflanzenbiotechnologischer Untersuchungen vorgestellt. Es wird ein Überblick über geeignete Kultivierungssysteme und zu publizierten Modellierungsstrategien für Applikationen in der Pflanzenbiotechnologie gegeben. Ein Literaturüberblick zu publizierten Modellierungsstrategien mit pflanzenbiotechnologischem Bezug vervollständigt die Arbeit. / Plant biotechnology enables a sustainable production of valuable plant resources using innovative biotechnological methods. However, a comprehensive knowledge base as well as significant studies, e. g. concerning the application of biotechnological standard procedures of respiration monitoring, are missing so far.
In this work, basic investigations regarding the induction of plant in vitro cultures and appropriate cultivation systems as well as process monitoring strategies will be introduced and discussed. The annual sunflower Helianthus annuus serves as biological model system. The induction of plant cell cultures (callus and suspension) with photomixotroph metabolism was investigated at different conditions and appropriate induction parameter were determined. Both, plant tissues (Hairy roots) and induced photomixotroph as well as heterotrophic suspensions were cultivated successfully in various reactor systems. The production of desired metabolites was proven. Protocols concerning induction respectively maintenance of cell and tissue cultures of H. annuus have been established.
For extensive investigations of growth behavior and for screening of plant cell and tissue cultures, a modern process monitoring tool for shake flasks, the RAMOS® (Respiration Activity Monitoring System®), was used for the first time. Thereby, the problem of evaporation off the culture vessels was identified as significant for time-intensive cultivations of plant in vitro cultures. A model for the correction of respiration transfer rates has been developed. For the first time in plant biotechnology, the RAMOS® has been applied for studies with H. annuus in special, and for studying the growth and respiration behavior of Hairy roots in general.
With the help of the present work, relevant criteria concerning the application of the innovative measuring system RAMOS® for plant biotechnological investigations will be given. Furthermore, a survey over appropriate cultivation systems and published modelling strategies in plant biotechnology are introduced. A literature survey concerning model strategies regarding plant biotechnology completes this work.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa.de:bsz:14-qucosa-209091 |
| Date | 16 February 2017 |
| Creators | Winkler, Katja |
| Contributors | Technische Universität Dresden, Fakultät Maschinenwesen, Prof. Dr. Thomas Bley, Prof. Dr. Thomas Bley, Prof. Dr. Regine Eibl-Schindler |
| Publisher | Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
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