微生物连续培养
2021-09-14 13:16:56
天纬化学小编
什么是分批培养？指在一个容器内加入一定数量的培养基后，接种微生物菌种进行培养的一种培养方式，特点是一次性加入培养基和菌种。分批培养中，随着营养物质的消耗和废物的产生，培养基中环境因素不断的变化，因此微生物生长呈现典型的S型曲线，这个上一节已介绍过。那什么是连续培养？指采用有效的措施让微生物在某特定的环境中保持旺盛生长状态的培养方法。在连续培养容器中，以一定的速率加入无菌培养基，同时以相同的速率移除等量的已用培养基(其中也包含细胞)，一旦达到平衡，培养体积、细胞数量和营养/废物状态保持不变，培养达到稳定状态。分批培养是一个封闭系统，而连续培养是开放的。最常见的连续培养类型是恒化器，它可以控制特定的生长速率(细胞生长的速度)和细胞密度(每毫升获得多少细胞)。在恒化器中，两个因素分别决定着生长速率和细胞密度: 1)稀释率(D)，表示为F/V，其中F为流量(泵入新鲜培养基和除去废培养基的速率)，V为培养基体积；(2)无菌培养基中的限制性营养物质的浓度，如碳源或氮源。当一个充满无菌培养基的恒化器被接种时，细胞开始生长，数量增加的速度比它们流出的速度更快。随着细胞数量的增加，培养基中限制性营养素减少，从而降低生长速率。一旦限制性营养素降低到刚好足以支持特定生长速率的值，以补偿细胞通过流出而损失的细胞，恒化器就会达到稳定状态，即细胞密度和底物浓度不会随时间变化。恒化器的稳态是细胞不断生长和被移除的动态平衡。在恒化培养过程中，微生物的生长速率始终低于其最高生长速率。稀释率对恒化培养效果如下图所示，在非常低和非常高的D时，生长细胞的稳定状态会被破坏。通过改变D或生长限制营养素的浓度，可以建立稀释、中等或稠密的细胞群，以特定的生长速率生长。
恒化器的细胞群可以维持在指数增长阶段很长时间——几周甚至几个月。指数细胞通常是最理想的生理学实验，这样的细胞在恒化器中随时可用。恒化器培养已经被用来研究(亚)最大生长速率下细胞的生长和生理，并且已发现：细胞的核糖体含量与其特定生长速率成比例增加；营养浓度控制特定生长速率和细胞产量。恒化器也被用于微生物生态学和进化的研究。恒化器可以模拟自然界中经常发现的低底物浓度，因此可以在已知成分的混合培养物中，通过监测D或限制性养分变化函数的微生物群落多样性，确定哪一种生物具有较强的竞争性。恒化器还被用于直接富集和从自然界中分离细菌。从自然样本中，人们可以在特定的营养浓度和D条件下富集一个稳定菌群，然后缓慢增加D，直到只留下一个微生物。通过这种方式，微生物学家研究了各种土壤细菌的生长速率，并分离出一个代时为6分钟的细菌—已知生长最快的细菌!除了恒化培养，还有一种连续培养的方式：恒浊培养。这是一种根据培养器内微生物的生长密度，借用光电系统来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速率恒定的微生物细胞连续培养模式。在此系统中，微生物可以始终以最高的生长速率进行生长，因此在大量获取菌体以及代谢物时，就比较有用啦。
参考资料：
Brock Biology of Microorganisms, 15th Edition
5.4 Continuous Culture
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