微生物連續(xù)培養(yǎng)
2021-09-14 13:16:56
天緯化學(xué)小編
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微生物的培養(yǎng)方式主要包括分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)。什么是分批培養(yǎng)？指在一個(gè)容器內(nèi)加入一定數(shù)量的培養(yǎng)基后，接種微生物菌種進(jìn)行培養(yǎng)的一種培養(yǎng)方式，特點(diǎn)是一次性加入培養(yǎng)基和菌種。分批培養(yǎng)中，隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗和廢物的產(chǎn)生，培養(yǎng)基中環(huán)境因素不斷的變化，因此微生物生長(zhǎng)呈現(xiàn)典型的S型曲線，這個(gè)上一節(jié)已介紹過(guò)。那什么是連續(xù)培養(yǎng)？指采用有效的措施讓微生物在某特定的環(huán)境中保持旺盛生長(zhǎng)狀態(tài)的培養(yǎng)方法。在連續(xù)培養(yǎng)容器中，以一定的速率加入無(wú)菌培養(yǎng)基，同時(shí)以相同的速率移除等量的已用培養(yǎng)基(其中也包含細(xì)胞)，一旦達(dá)到平衡，培養(yǎng)體積、細(xì)胞數(shù)量和營(yíng)養(yǎng)/廢物狀態(tài)保持不變，培養(yǎng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。分批培養(yǎng)是一個(gè)封閉系統(tǒng)，而連續(xù)培養(yǎng)是開(kāi)放的。最常見(jiàn)的連續(xù)培養(yǎng)類型是恒化器，它可以控制特定的生長(zhǎng)速率(細(xì)胞生長(zhǎng)的速度)和細(xì)胞密度(每毫升獲得多少細(xì)胞)。在恒化器中，兩個(gè)因素分別決定著生長(zhǎng)速率和細(xì)胞密度: 1)稀釋率(D)，表示為F/V，其中F為流量(泵入新鮮培養(yǎng)基和除去廢培養(yǎng)基的速率)，V為培養(yǎng)基體積；(2)無(wú)菌培養(yǎng)基中的限制性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度，如碳源或氮源。當(dāng)一個(gè)充滿無(wú)菌培養(yǎng)基的恒化器被接種時(shí)，細(xì)胞開(kāi)始生長(zhǎng)，數(shù)量增加的速度比它們流出的速度更快。隨著細(xì)胞數(shù)量的增加，培養(yǎng)基中限制性營(yíng)養(yǎng)素減少，從而降低生長(zhǎng)速率。一旦限制性營(yíng)養(yǎng)素降低到剛好足以支持特定生長(zhǎng)速率的值，以補(bǔ)償細(xì)胞通過(guò)流出而損失的細(xì)胞，恒化器就會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即細(xì)胞密度和底物濃度不會(huì)隨時(shí)間變化。恒化器的穩(wěn)態(tài)是細(xì)胞不斷生長(zhǎng)和被移除的動(dòng)態(tài)平衡。在恒化培養(yǎng)過(guò)程中，微生物的生長(zhǎng)速率始終低于其最高生長(zhǎng)速率。稀釋率對(duì)恒化培養(yǎng)效果如下圖所示，在非常低和非常高的D時(shí)，生長(zhǎng)細(xì)胞的穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)被破壞。通過(guò)改變D或生長(zhǎng)限制營(yíng)養(yǎng)素的濃度，可以建立稀釋、中等或稠密的細(xì)胞群，以特定的生長(zhǎng)速率生長(zhǎng)。
恒化器的細(xì)胞群可以維持在指數(shù)增長(zhǎng)階段很長(zhǎng)時(shí)間——幾周甚至幾個(gè)月。指數(shù)細(xì)胞通常是最理想的生理學(xué)實(shí)驗(yàn)，這樣的細(xì)胞在恒化器中隨時(shí)可用。恒化器培養(yǎng)已經(jīng)被用來(lái)研究(亞)最大生長(zhǎng)速率下細(xì)胞的生長(zhǎng)和生理，并且已發(fā)現(xiàn)：細(xì)胞的核糖體含量與其特定生長(zhǎng)速率成比例增加；營(yíng)養(yǎng)濃度控制特定生長(zhǎng)速率和細(xì)胞產(chǎn)量。恒化器也被用于微生物生態(tài)學(xué)和進(jìn)化的研究。恒化器可以模擬自然界中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的低底物濃度，因此可以在已知成分的混合培養(yǎng)物中，通過(guò)監(jiān)測(cè)D或限制性養(yǎng)分變化函數(shù)的微生物群落多樣性，確定哪一種生物具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)性。恒化器還被用于直接富集和從自然界中分離細(xì)菌。從自然樣本中，人們可以在特定的營(yíng)養(yǎng)濃度和D條件下富集一個(gè)穩(wěn)定菌群，然后緩慢增加D，直到只留下一個(gè)微生物。通過(guò)這種方式，微生物學(xué)家研究了各種土壤細(xì)菌的生長(zhǎng)速率，并分離出一個(gè)代時(shí)為6分鐘的細(xì)菌—已知生長(zhǎng)最快的細(xì)菌!除了恒化培養(yǎng)，還有一種連續(xù)培養(yǎng)的方式：恒濁培養(yǎng)。這是一種根據(jù)培養(yǎng)器內(nèi)微生物的生長(zhǎng)密度，借用光電系統(tǒng)來(lái)控制培養(yǎng)液流速，以取得菌體密度高、生長(zhǎng)速率恒定的微生物細(xì)胞連續(xù)培養(yǎng)模式。在此系統(tǒng)中，微生物可以始終以最高的生長(zhǎng)速率進(jìn)行生長(zhǎng)，因此在大量獲取菌體以及代謝物時(shí)，就比較有用啦。
參考資料：
Brock Biology of Microorganisms, 15th Edition
5.4 Continuous Culture
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