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技術(shù)文章

淺談微生物的生化培養(yǎng)方法

     微生物的細(xì)胞是極其微小的，但是，它與一切其他細(xì)胞和個(gè)體(病毒例外)一樣，也有一個(gè)自小到大的生長過程。在整個(gè)生長過程中，微小的細(xì)胞內(nèi)同樣發(fā)生著階段性的極其復(fù)雜的生物化學(xué)變化和細(xì)胞學(xué)變化。可是，要研究某一細(xì)胞的這類變化，在技術(shù)上是極為困難的。目前能使用的方法，一是用電子顯微鏡觀察細(xì)胞的超薄切片，二是使用同步培養(yǎng)技術(shù)。生化培養(yǎng)箱就是體現(xiàn)同步培養(yǎng)技術(shù)的一種。
    生化培養(yǎng)箱具有生化功能的高精度恒溫設(shè)備，生化培養(yǎng)箱的溫度控制是采用集成電路，LED顯示溫度，調(diào)整方便，指示直觀。
    微生物在適宜的環(huán)境條件下，不斷吸收營養(yǎng)物質(zhì)，按其自身方式進(jìn)行新陳代謝。如果同化（合成）作用的速度超過了異化（分解）作用，則其原生質(zhì)的總量(重量、體積、大小)就不斷增加，于是出現(xiàn)了個(gè)體細(xì)胞的生長；如果這是一種平衡生長，即各種細(xì)胞組分是按恰當(dāng)比例增長時(shí)，則達(dá)到一定程度后就會(huì)引起個(gè)體???目的增加，對(duì)單細(xì)胞的微生物來說，這就是繁殖，不久，原有的個(gè)體就發(fā)展成為一個(gè)群體。隨著群體中各個(gè)個(gè)體的進(jìn)一步生長、繁殖，就引起了這一群體的生長。群體的生長可用其重量、體積、個(gè)體濃度或密度等作指標(biāo)來測(cè)定。所以個(gè)體和群體間有以下關(guān)系：
   個(gè)體生長 → 個(gè)體繁殖 → 群體生長
    群體生長＝個(gè)體生長＋個(gè)體繁殖
   除了特定的目的以外，在微生物的研究和應(yīng)用中，只有群體的生長才有意義，因此，在微生物學(xué)中，凡提到“生長”時(shí)，一般均指群體生長，這一點(diǎn)與研究大型生物時(shí)有所不同。
    那么怎么樣進(jìn)行生化培養(yǎng)呢？
   一個(gè)良好的微生物培養(yǎng)裝置的基本條件是：按微生物的生長規(guī)律進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，能在提供豐富而均勻營養(yǎng)物質(zhì)的基礎(chǔ)上，保證微生物獲得適宜的溫度和良好的通氣條件(***除外)，此外，還要為微生物提供一個(gè)適宜的物理化學(xué)條件，并嚴(yán)防雜菌污染等。
從歷史發(fā)展的角度(縱向)來看，微生物培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展的軌跡有以下特點(diǎn)：⑴從少量培養(yǎng)到大規(guī)模培養(yǎng)；⑵從淺層培養(yǎng)發(fā)展到厚層（固體制曲）或深層（液體攪拌）培養(yǎng)；⑶從以固體培養(yǎng)技術(shù)為主到以液體培養(yǎng)技術(shù)為主；⑷從靜止式液體培養(yǎng)發(fā)展到通氣攪拌式的液體培養(yǎng)；⑸從分批培養(yǎng)發(fā)展到連續(xù)培養(yǎng)以至多級(jí)連續(xù)培養(yǎng)；⑹從利用分散的微生物細(xì)胞發(fā)展到利用固定化細(xì)胞；⑺從單純利用微生物細(xì)胞到利用動(dòng)物、植物細(xì)胞進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)；⑻從利用野生型菌株發(fā)展到利用變異株直至遺傳工程菌株；⑼從單菌發(fā)酵發(fā)展到混菌發(fā)酵；⑽從低密度培養(yǎng)發(fā)展到高密度培養(yǎng)；⑾從人工控制的發(fā)酵罐到多傳感器、計(jì)算機(jī)在線控制的自動(dòng)化發(fā)酵罐；等等。
以下就實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐中兩種較有代表性的微生物培養(yǎng)法作一簡要介紹。

   一、實(shí)驗(yàn)室的微生物培養(yǎng)法

   （一）好氧培養(yǎng)法
   1. 固體培養(yǎng)法
    實(shí)驗(yàn)室中將微生物菌種接種在固體培養(yǎng)基的表面，使之獲得充足的氧氣生長。因所用器皿不同而分為試管斜面、培養(yǎng)皿瓊脂平板、較大型的克氏扁瓶及茄子瓶斜面等平板培養(yǎng)方法。
    2. 液體培養(yǎng)法
    液體培養(yǎng)就是將微生物菌種接種到液體培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行好氧菌液體培養(yǎng)的方法主要有四種:試管液體培養(yǎng)、淺層液體培養(yǎng)、搖瓶培養(yǎng)和臺(tái)式發(fā)酵罐培養(yǎng)。
  （1）試管液體培養(yǎng)裝液量可多可少。此法的通氣效果一般較差，僅適合培養(yǎng)兼性***。常用于微生物的各種生理生化試驗(yàn)等。
  （2）淺層液體培養(yǎng)在三角瓶中裝入淺層培養(yǎng)液，其通氣量與裝液量、棉塞通氣程度密切相關(guān)。此法一般僅適用于兼性***的培養(yǎng)。
  （3）搖瓶培養(yǎng)將裝有較少量液體培養(yǎng)基的三角瓶（搖瓶），用8～12層紗布或疏松的棉塞封口以利于通氣并阻止空氣中雜菌或雜質(zhì)進(jìn)入，將搖瓶放置在旋轉(zhuǎn)式或往復(fù)式搖床上進(jìn)行振蕩培養(yǎng)。為使菌體獲得充足的氧，一般裝液量為三角瓶容積的10％左右，如250ml三角瓶裝10～20ml培養(yǎng)液。搖瓶培養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)室里被廣泛用于微生物的生理生化試驗(yàn)、發(fā)酵和菌種篩選等，也常在發(fā)酵工業(yè)中用于種子培養(yǎng)。
  （4）臺(tái)式發(fā)酵罐實(shí)驗(yàn)室用的發(fā)酵罐體積一般為幾升到幾十升。商品發(fā)酵罐的種類很多，一般都有多種自動(dòng)控制和記錄裝置。如配置有pH、溶解氧、溫度和泡沫檢測(cè)電極，有加熱或冷卻裝置，有補(bǔ)料、消泡和pH調(diào)節(jié)用的酸或堿貯罐及其自動(dòng)記錄裝置，大多由計(jì)算機(jī)控制。因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)與生產(chǎn)用的大型發(fā)酵罐接近，所以，它是實(shí)驗(yàn)室模擬生產(chǎn)實(shí)踐的重要試驗(yàn)工具。
    （二）厭氧培養(yǎng)法
1. 固體培養(yǎng)法
實(shí)驗(yàn)室中生化培養(yǎng)***除了需要特殊的培養(yǎng)裝置或器皿外，首先應(yīng)配制特殊的培養(yǎng)基。此類培養(yǎng)基中，除保證提供6種營養(yǎng)要素外，還須加入適當(dāng)?shù)倪€原劑，必要時(shí)，還要加入刃天青等氧化還原勢(shì)指示劑。早期主要采用高層瓊脂柱法、厭氧培養(yǎng)皿法，現(xiàn)在主要采用厭氧罐技術(shù)、厭氧手套箱技術(shù)和亨蓋特滾管技術(shù)。

2. 液體培養(yǎng)法
實(shí)驗(yàn)室中***的液體培養(yǎng)同固體培養(yǎng)一樣，都需要特殊的培養(yǎng)裝置以及加有還原劑和氧化還原指示劑的培養(yǎng)基。
若在厭氧罐或厭氧手套箱中對(duì)***進(jìn)行液體培養(yǎng)，通常不必提供額外的培養(yǎng)措施；若單獨(dú)放在有氧環(huán)境下培養(yǎng)，則在培養(yǎng)基中必須加入巰基乙酸、半胱氨酸、維生素C或庖肉(牛肉小顆粒)等有機(jī)還原劑，或加入鐵絲等能顯著降低氧化還原電位的無機(jī)還原劑，在此基礎(chǔ)上，再用深層培養(yǎng)或同時(shí)在液面上封一層石蠟油或凡士林-石蠟油，則可保證專性***的生長。

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