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厌氧微生物培养实验教学改革与实践

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宫脸宝研亩与撩,蠢: ISSN 1006~7167 第37卷第2期201 8年2月 万 RESEARCH AND EXPLORATION IN LAB0RAT0RY Vo1.37 No 2 Feb.2O18 厌氧微生物培养实验教学改革与实践 蒋海明 , 李 侠 , 刘振旺 , 张 鹏 , 李 玲 , 赵宏宇 (内蒙古科技大学a.生命科学与技术学院;b.矿业研究院,内蒙古包头014010) 摘 要:针对现有实验室厌氧微生物培养装置通用性差、价格昂贵、不适合极端微 生物培养及不能恒温等问题,设计、制备了一种实验室简易厌氧微生物培养基制 备、接种与培养装置,并将该装置用于严格厌氧微生物Geobacter SU rreducens PCA、 Geobacter grbiciae及Methanosarcina barkeri 800的培养基制备、接种与培养以验证其 有效性,实验结果表明该装置完全满足严格厌氧微生物的培养基制备、接种与培 养。设计及制备的装置结构简单、成本较低、易于操作,可用于CO,、N,及H,/CO, 等气氛厌氧微生物的培养基制备、接种及培养,为内蒙古科技大学“微生物学…‘环 境微生物技术”及“发酵工程”的实验教学创造了良好的实验平台并取得了很好的 效果。 关键词:实验教学;厌氧微生物;培养基制备;接种与培养;装置设计 中图分类号:Q 93—33 文献标志码:A 文章编号:1006—7167(2018)02—0165—05 Reformation and Practice of Experimental Teaching on Anaerobic Microorganism Cultivation JIANG Haiming ,LIXia ,LIU Zhenwang ,ZHANG Peng ,LILin ,ZHAO Hongyu (a School of Life Science and Technology;b.Research Institute of Mining,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 0 1 40 1 0,Inner Mongolia,China) Abstract:The existing laboratory devices for anaerobic microbial cultivation either have poor generality or are very expensive,they are usually not suitable for extreme microorganism cultivation and cannot keep constant temperature.To solve these problems,a new simple device for anaerobic microbial medium preparation,inoculation and cultivation was developed in this paper.The effectiveness of the device was verified by inoculating and cultivating strict anaerobic microorganism Geobacter SU rreducens PCA,Geobacter grbiciae,and Methanosarsina barkeri 800.The results showed that the device completely meets the requirement of strict anaerobic microbial medium preparation,inoculation,and cultivation.The developed device is easy to operate,has simple structure and low cost,it can be used for anaerobic microbial medium preparation,inoculation,and cultivation under carbon dioxide,nitrogen or H2/CO2 atmosphere. Good results have been obtained in experimental teaching of microbiology,environmental microbial technology,and fermentation engineering through the application of the device in Inner Mongolia University of Science and Technology. The device created a good experimental platform for experimental teaching. Key words:experimental teaching;anaerobic microorganism;medium preparation;inoculation and cultivation;device designing 收稿日期:2017-05-08 2016XYPYL03);内蒙古科技大学教改项目(JY2016038) 基金项目:国家自然科学基金(31560015);内蒙古自然科学基金 作者简介:蒋海明(1979一),男,湖南东安人,副教授,主要研究方 (2016MS0512);内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目(NJZY150, 向:环境微生物学、生物能源、环境污染物的生物治理及监测。 NJZY16155);内蒙古科技大学创新基金项目(2014QDL001, Te1.:472-5951944;E-mail address:jhmhn@163.corn 2 蒋海明,等:厌氧微生物培养实验教学改革与实践 将不锈钢板的K边 内折叠15 CHI作为底座, 且 底 面与控制面板 成80。夹角,然后根据组件的尺 寸大小及相对位 ,按照 3所示的尺寸采用机械钻 孔机 不锈钢板 』J【1_1 flI不同的网孔分别用于同定 通球阀、整体式』75iI巾f{针 、浮子气体流量计及拨动开关 阀( 4(a)) 、i殳汁时所有孔的直径比组件的直径 大1.5~2 llln1.以利f组件的安装。利用钢锯将不锈 钢管切割成端u平滑的小锈管短管:4 cm 4根,3.5 CI11 6根,3('Ill 8根,9('Ill l根,l0 CIn 2根,19 CII1 l根,43 ('rll l根,27¨I1 1根,30( 1 2根,20 cm 1根,2.8 m 2 根及3.2 111 l根..不锈竹 管端口用1 000目砂纸打 瞻 滑后待川 引3 控制I 板结构示意 寻 ■嗣 (11) (《 ) (I) 罔4 f 诫做 物培养基制备、接种肢培养 奠装过 爪意 组件发装过 卜: (1)将浮 C体流flj=f f、同定剑控制而板 I:( 4(h)); (2)川K度 4¨ 的l不锈钢管将5个卡套式 通接 连接; 边的卜 式■通接头与拨动开天fi{{I lIJ JII f 度 9 t·II1的 锈钢管连接, 其他拔动开火阀 ⅢK度为3.5('11/的小锈钢管连接;最左边 套式 通接头与整体式阀帽针阀用19 cm的不锈钢管连接; 两个整体式阀帽针阀问用K度为3 ㈨的不锈钢管链 接一个卡套式i通接头;所有拨动歼父阀的另一端连 接3 cm的不锈钢短管(见图4(C))(注:卡套连接时, 螺母拧1又1/4圈); (3)将图4(c)所示组件与球l7埘安装到控制面板 l (见图4(d)); (4)按图1所示,N,、c() 气体流 计与三通接头 两端之问用2根10 CIll的不锈钢短管连接,j通接头 I 端与三通球阀的左端用27 cm不锈钢短管连接;H / CO,气体流量计与 通球阀的右端J}j 43 cm不锈钢短 管连接;■通球阀的下端通过80 Clll 锈钢短管及30 Cnl橡胶管( 1 3 IllIl1)与玻璃管下端连接;玻璃管下端 通过30 cm橡胶管( l 3 I1"1II1)及80 CI/I不锈钢短管与 两个整体式阀帽针阀间的= 通接头连接;80 cnl橡胶 管( 5 IllIl1)通过45 el/1不锈钢短管卜j位于上部的整 体式阀帽针阀连接;40 c·m橡胶管( 5 mm)与拨动开 关阀连接;减压阀与气体流 {t-问分)jIJ用2根2.8 Ill 及l根3.2 1"11不锈钢管连接( 4( )、(f)); (5)将减压阀与钢瓶连接、玻璃纤维发热丝通过 电线与调压器连接,以完成整个装 的安装(见图5)。 5 厌氧微生物培养毖制衙、接种及培养装蚩实物 1.3厌氧微生物接种及培养装置气密·陛检测 以氮气为检测气,对安装好的J火氧微生物接种及 培养装置的气密性进行检测 .将装 连接到N 气体 钢瓶上,打开所有阀门,用 l卜水灾将等橡胶软管…折密 封,然后将肥皂水依次滴JJu到所仃的连接接头L,以对 各个接头的气密件进行检 、cn1果滴JJll肥皂水的接头 泡,则说明该接头仃}fl}漏,甭则说叫该接头气密封 好..通过对各个接头气衔性的检测,以检验厌氧微牛 物接种及培养装 的气 性, 2 厌氧微生物接种及培养装置实践 利用自制实验 简易 氧微,卜物接种及培养装置 培养Geobacter su!/ilrredu ̄·PI1 PC A(ATCC 5 1 573)及 Geobacter grbiciae(ATCC BAA-46) Methanosarsin“ 168 宝昼宝研亩与撩赤 第37卷 barkeri 800(ATCC 43569.DSM 800)的CO.culture,以检 验该装置的有效性。 2.1 Geobacter sulfurreducens PCA的培养 针后塞上丁基橡胶塞,N,/CO (80/20,V/V)曝气40 min后铝盖密封,121。c灭菌30 rain后冷却到室温待 用。制备好的培养基通过接种气路用l mL注射器加 入0.75 mL微量微生素溶液、0.5 mL还原剂(100 Geobacter SU rreducen¥PCA的培养参考Summers 等 的方法。将NBF(Media NB with Fumarate)培养 基置于三角瓶中,用铝箔纸密封后煮沸,然后将煮沸的 培养基置于冰域中,利用厌氧微生物接种及培养装置 mmol/L L-Cysteine和50 mmol/I 的Na,s混合溶液) 及0.5 mL乙醇溶液(2 mol/L),厌氧气路接种M. barkeri与G.grbiciae构成的混合微生物(10%接种量, V/V)后置于37。c下培养。利用气相色谱定期检测厌 氧瓶中甲烷的浓度。厌氧瓶巾甲烷的浓度随时问变化 中的厌氧接种气路通入N!/CO (V/V=80:20)混合气 使其冷却至室温。156 mL厌氧瓶先用厌氧微生物接 种及培养装置脱氧10 min,然后用电动移液器量取45 mL NBF培养基至厌氧瓶中,厌氧瓶插入曝气针后塞 如图7所示,接种培养64天后厌氧瓶中甲烷的量达 1.45±0.03 rnmol(±SD,n:3),这说明使用自制实验 室多功能厌氧微生物接种及培养装置成功地培养了 G.grbiciae与M.barked的CO—cuhure。G.grbiciae与 上丁基橡胶塞,N,/CO,(80/20,V/V)曝气40 rain后铝 盖密封,12I。c灭菌30 rain后冷却到室温待用。制备 好的培养基通过接种气路用l mL注射器加入0.75 mL微量微生素溶液及0.5 mL乙酸溶液(2 mol/L),厌 氧气路接种Geobacter sⅡ rreducens PCA(10%接种量, M.barkeri都为严格厌氧微生物,而两种微生物在自制 的装置中都能生长,这充分说明了该装置在严格厌氧 微生物的接种及培养时的有效性。 V/V)后置于30。c下培养。图6为使用本研究设计的 厌氧微生物培养基制备、接种与培养装置培养 Geobacter sulfurreducens PCA情况。图6(a)为未接种 G.s“ furreducens PCA的NBF培养基,图6(b)为接种 G. rreducens PCA并培养一周后的NBF培养基。 10g量\ 从图6中能够看出未接种G.Sll rreducens PCA的 NBF培养基颜色没有发生变化,而接种G. suifurreducens PCA并培养一周后的NBF培养基由无 ‘厂———] 0 64 色变为粉红色,菌种生长良好,这表明该厌氧环境满足 G.SU rreducens PCA的生长要求。 时间/天 罔7 G.grbiciae与M barkeri的CO—euhures 耦合代谢乙醇产甲烷 3 结 语 本文设计与制备了实验室简易厌氧微生物培养基 制备、接种与培养装置,并将该装置用于严格厌氧微生 物Geobacter M舡rreducens PC A、Geobacter grbiciae及 Methanosarcina barkeri 800的培养基制备、接种与培 养。实验结果表明,该装置完全满足试验要求,且具有 (a)未接种 (b)接种 原料易得、制作简单、成本低及使用灵活等优点。陔装 置还适用于批量厌氧培养基的制备、厌氧接种及厌氧 微生物的培养,在为我校“微生物学…‘环境微生物技 图6接种G.Ⅲifurreducen PCA前后NBF培养基颜色变化 2.2 G.grbiciae与M.barkeri CO-culture的培养 G.grbiciae与M.barkeri co.culture的培养参考 Rotaru等 的方法。将NBM(Media NB modified)培 术”及“发酵工程”的实验教学构建了新的实验平台, 并取得了良好的效果。实验室简易厌氧微生物培养基 制备、接种与培养装置的成功设计与制造,不仅改善了 学校的实验教学条件,更重要地是引导学生将所学的 金工、机械制图、Au,toCAD、化] 原理及生物等知识有 养基置于j角瓶中,用铝箔纸密封后煮沸,然后将煮沸 的培养基置于冰域巾,利用厌氧微生物接种及培养装 置中的厌氧接种气路通入N /CO (V/V=80:20)混合 气使其冷却至室温。156 mL厌氧瓶先用厌氧微生物 接种及培养装置脱氧10 rain,然后用移液器量取45 mI NBM培养基至厌氧瓶(内置1 g颗粒活性炭 机结合后应用到一个具体丁程项目,有助于培养和提 高学生的协同合作、杏『列文献、实验探索、T程实践及 科技创新能力,最终达到培养学生创新意识、创新精神 和创新能力的目的。 (Granulal·Active Carbon,GAC))中,厌氧瓶插入曝气 第2期 蒋海明,等:厌氧微生物培养实验教学改革与实践 州:南方医科大学,2013. l69 参考文献(References): 袁桂秀,林晨,江振友,等.改良焦性没食子酸法培养厌氧菌 [10] 张 颖,刁 婶,范春辉,等 厌氧培养液制备装置:中国, ZL200820089414 6[P].2009-01-07. 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