微生物連續培養
2021-09-14 13:16:56
天緯化學小編
什么是分批培養？指在一個容器內加入一定數量的培養基后，接種微生物菌種進行培養的一種培養方式，特點是一次性加入培養基和菌種。分批培養中，隨著營養物質的消耗和廢物的產生，培養基中環境因素不斷的變化，因此微生物生長呈現典型的S型曲線，這個上一節已介紹過。那什么是連續培養？指采用有效的措施讓微生物在某特定的環境中保持旺盛生長狀態的培養方法。在連續培養容器中，以一定的速率加入無菌培養基，同時以相同的速率移除等量的已用培養基(其中也包含細胞)，一旦達到平衡，培養體積、細胞數量和營養/廢物狀態保持不變，培養達到穩定狀態。分批培養是一個封閉系統，而連續培養是開放的。最常見的連續培養類型是恒化器，它可以控制特定的生長速率(細胞生長的速度)和細胞密度(每毫升獲得多少細胞)。在恒化器中，兩個因素分別決定著生長速率和細胞密度: 1)稀釋率(D)，表示為F/V，其中F為流量(泵入新鮮培養基和除去廢培養基的速率)，V為培養基體積；(2)無菌培養基中的限制性營養物質的濃度，如碳源或氮源。當一個充滿無菌培養基的恒化器被接種時，細胞開始生長，數量增加的速度比它們流出的速度更快。隨著細胞數量的增加，培養基中限制性營養素減少，從而降低生長速率。一旦限制性營養素降低到剛好足以支持特定生長速率的值，以補償細胞通過流出而損失的細胞，恒化器就會達到穩定狀態，即細胞密度和底物濃度不會隨時間變化。恒化器的穩態是細胞不斷生長和被移除的動態平衡。在恒化培養過程中，微生物的生長速率始終低于其最高生長速率。稀釋率對恒化培養效果如下圖所示，在非常低和非常高的D時，生長細胞的穩定狀態會被破壞。通過改變D或生長限制營養素的濃度，可以建立稀釋、中等或稠密的細胞群，以特定的生長速率生長。
恒化器的細胞群可以維持在指數增長階段很長時間——幾周甚至幾個月。指數細胞通常是最理想的生理學實驗，這樣的細胞在恒化器中隨時可用。恒化器培養已經被用來研究(亞)最大生長速率下細胞的生長和生理，并且已發現：細胞的核糖體含量與其特定生長速率成比例增加；營養濃度控制特定生長速率和細胞產量。恒化器也被用于微生物生態學和進化的研究。恒化器可以模擬自然界中經常發現的低底物濃度，因此可以在已知成分的混合培養物中，通過監測D或限制性養分變化函數的微生物群落多樣性，確定哪一種生物具有較強的競爭性。恒化器還被用于直接富集和從自然界中分離細菌。從自然樣本中，人們可以在特定的營養濃度和D條件下富集一個穩定菌群，然后緩慢增加D，直到只留下一個微生物。通過這種方式，微生物學家研究了各種土壤細菌的生長速率，并分離出一個代時為6分鐘的細菌—已知生長最快的細菌!除了恒化培養，還有一種連續培養的方式：恒濁培養。這是一種根據培養器內微生物的生長密度，借用光電系統來控制培養液流速，以取得菌體密度高、生長速率恒定的微生物細胞連續培養模式。在此系統中，微生物可以始終以最高的生長速率進行生長，因此在大量獲取菌體以及代謝物時，就比較有用啦。
參考資料：
Brock Biology of Microorganisms, 15th Edition
5.4 Continuous Culture
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