厭氧微生物的分離與培養(yǎng)淺談

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?nbsp;

掌握Hungate厭氧操作技能，掌握厭氧微生物的培養(yǎng)基配制和厭氧菌的富集、分離和純化方法。 

二、知識(shí)背景 

產(chǎn)甲烷菌（Mathanogens）是一類以產(chǎn)生大量甲烷氣體作為能量代謝的終產(chǎn)物的特殊原核微生物，廣泛存在于各種極端厭氧環(huán)境中。作為自然界碳素循環(huán)中厭氧生物處理的**后一個(gè)成員，該菌與其它菌群協(xié)同作用，將大量的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可再生能源，對(duì)自然界中的物質(zhì)循環(huán)及當(dāng)今社會(huì)能源危機(jī)中的能源替代問題具有極大的推動(dòng)作用。 

產(chǎn)甲烷菌是一類嚴(yán)格的厭氧細(xì)菌，**今還未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)甲烷菌具有超氧化物歧化酶和過氧化氫酶，產(chǎn)甲烷菌不能除去在生命代謝過程中產(chǎn)生的超氧化物、過氧化氫等氧化產(chǎn)物，這些氧化物可損害組成細(xì)胞的大分子，如F420因子，當(dāng)F420處于氧化態(tài)時(shí)，即與酶蛋白分離而失活。因此，在對(duì)甲烷菌進(jìn)行分離、培養(yǎng)以及操作過程中必須給予無(wú)氧的環(huán)境。 

產(chǎn)甲烷菌廣泛分布于自然界，在淤泥、瘤胃、人和動(dòng)物的腸道、昆蟲的腸道、濕樹木、地?zé)崛?、深?；鹕娇凇⑺锖秃Ｑ蟮某练e物、沼澤等厭氧環(huán)境中都有產(chǎn)甲烷菌存在。 

三、原理 

產(chǎn)甲烷菌是一類必須生活在厭氧生境下并伴有甲烷產(chǎn)生的古生菌，其形態(tài)和生理、生化特性呈現(xiàn)明顯的多樣性。它生長(zhǎng)的氧化還原電位約為-0.33V，一般**適生長(zhǎng)溫度為30～40℃，**適pH為6.0～7.2。例如細(xì)胞形態(tài)有球狀、短桿狀、長(zhǎng)桿狀、螺旋狀和絲狀等；Gram染色反應(yīng)有陽(yáng)性、陰性和不定性；產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)與其它微生物一樣，需要碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子等。生長(zhǎng)所需碳源約有10多種，除CO2外，還有其它一碳化合物（甲酸、甲醇、甲胺等）和二碳化合物（乙酸等）；只有當(dāng)產(chǎn)甲烷菌在利用H2作CO2還原劑以產(chǎn)生生物合成所需細(xì)胞物質(zhì)，才能利用CO2作電子受體以產(chǎn)生ATP和CH4。 

四、實(shí)驗(yàn)藥品、器材 1、藥品 

NH4Cl、MgCl2·6H2O、K2HPO4、KH2PO4、甲酸鈉、乙酸鈉、胰化酪蛋白、酵母膏、鹽酸半胱氨酸、刃天青、Na2S·9H2O、NaHCO3、氨三乙酸、MgSO4·7H2O、MnSO4·2H2O、NaCl、FeSO4·7H2O、CoSO4·7H2O、CaCl2·2H2O、ZnSO4·7H2O、KAl（SO4）2·12H2O、CuSO4·5H2O、H3BO3、Na2MoO4·2H2O、NiCl2·6H2O、Na2SeO3·5H2O、生物素、葉酸、鹽酸吡哆醇、二水鹽酸硫胺、核黃素、煙酸、D-泛酸鈣、維生素B12、對(duì)氨基苯甲酸、硫辛酸。 

2、儀器用具 

裝有分壓表和相應(yīng)高純氣體的氮?dú)怃撈浚瑲錃怃撈?，二氧化碳鋼瓶，銅柱和銅柱固定架，高壓滅菌鍋，厭氧管（15mL），厭氧瓶（50mL），異丁烯橡膠塞、光波爐、三角燒瓶（500mL、1000mL）、各種規(guī)格的定量注射器（1mL、2mL、5mL），9#針頭，酒精燈，酒精棉球，水樣取樣器、恒溫水浴鍋、恒溫培養(yǎng)箱，熒光顯微鏡，氣相色譜儀等。3、試劑及配制 

（1）1%Na2S溶液  精確稱取1克Na2S 9H2O置于100mL厭氧瓶中，加入99mL無(wú)氧無(wú)菌水。 

（2）10% NaHCO3溶液  精確稱取10克NaHCO3置于100mL厭氧瓶中，加入90mL無(wú)氧無(wú)菌水。 

（3）0.1%的刃天青溶液  精確稱取0.1克刃天青，用無(wú)水乙醇適量充分溶解后，用100mL容量瓶定容**100mL。 

4、材料 

厭氧消化器沉積物。 四、實(shí)驗(yàn)方法 

(一)無(wú)氧N2、H2、CO2的制備 1、原理 

運(yùn)用Hungate銅柱除氧系統(tǒng)獲得無(wú)氧氣體。銅柱是一個(gè)內(nèi)部裝有銅絲（單質(zhì)Cu呈亮黃色，CuO呈黑黃色）的硬質(zhì)玻璃管。銅柱兩端連接膠管，一端連接氣鋼瓶，另一端連接出氣管口。此管的大小為直徑40mm，長(zhǎng)約400mm，兩端被加工成漏斗狀，外壁繞有加熱帶。加熱帶通電溫度升**約350℃時(shí)，向氧化狀的銅柱通入H2時(shí)，H2與CuO中的O2結(jié)合形成H2O，而CuO被還原成了Cu，銅柱內(nèi)的Cu呈現(xiàn)明亮的黃色。當(dāng)來(lái)自鋼瓶含有微量O2的N2、CO2、H2通過銅柱時(shí)，Cu和氣體中的微量O2化合生成CuO，氣體中微量的氧氣被消耗掉，從出管口出來(lái)的則為無(wú)氧氣體，而銅柱則由明亮的黃色逐漸變?yōu)楹谏?。?yīng)用無(wú)氧氣流驅(qū)趕厭氧管或厭氧瓶中的空氣從而獲得無(wú)氧環(huán)境。反復(fù)上述過程，銅柱則可反復(fù)使用。 

2、方法 

（1）打開Hungate銅柱除氧系統(tǒng)的的通氣橡皮管的止水夾子，開啟氫氣鋼瓶并形成氣流，流出的氫氣用橡皮管引出室外，接通電熱套電源，大約20min后，銅柱溫度能達(dá)到350℃左右，銅柱內(nèi)的銅絲被氫氣還原，由黃黑色變?yōu)榧冦~錚亮色（CuO＋H2   

Cu＋H2O），當(dāng)銅柱里面的水蒸氣被排出完全后，可關(guān)閉氫氣鋼瓶，壓力表指針降為零，銅柱還原結(jié)束。用止水夾子將通氣橡皮管密閉待用。 

（2）當(dāng)需要使用無(wú)氧氮?dú)鈺r(shí)，打開氮?dú)怃撈?，氣流大小以把針頭對(duì)準(zhǔn)操作者手背5cm距離明顯感覺到氣流為宜，并隨時(shí)注意氣流是否足夠。此時(shí)銅柱內(nèi)的銅絲處于還原態(tài)的單質(zhì)銅，當(dāng)通入高純氮（99.999%）時(shí)，其中所含的極微量氧與單質(zhì)銅反應(yīng)，被固定下來(lái)（形成氧化銅），同時(shí)柱內(nèi)會(huì)產(chǎn)生水蒸氣，氧化銅與氫氣反應(yīng)所致，流出銅柱的則是無(wú)氧氮?dú)?。使用完畢后，先關(guān)緊氮?dú)怃撈?，使壓力表的指示針?*零位，接著用止水夾封閉所有橡皮管。無(wú)氧氫氣、二氧化碳的使用方法相同。 

注意：在進(jìn)行銅柱還原通氫氣的時(shí)候必須打開窗戶，一定熄滅操作臺(tái)邊上所有明火，包括酒精燈和電爐，操作室內(nèi)不得有明火（如抽煙、使用火柴、火機(jī)等）。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

(二)無(wú)氧無(wú)菌水的配制 

1、將500mL一定濃度的NaCl水溶液（防止稀釋時(shí)細(xì)胞漲破）沿玻璃棒倒入固定在鐵架臺(tái)上的1000mL三角燒瓶中（選擇合適的圓底燒瓶，水不可太滿，否則水沸騰時(shí)容易濺出），**好放入幾個(gè)防爆玻璃珠。向500mL水中加入終濃度為0.001‰的刃天青（resazurin），即加入0.5mL 的1‰刃天青母液（W/V），并加入0.25g半胱氨酸（L-Cysteine）(終濃度0.5‰)。在燒瓶外壁溶液水平面處劃一刻度后，加入適量水（因?yàn)檎舭l(fā)會(huì)損失部分水分）。煮沸5～10min（視所加水總量而定），刃天青會(huì)根據(jù)水中含氧量的下降經(jīng)歷紫色-紅色-無(wú)色的顏色變化，當(dāng)溶液變?yōu)闊o(wú)色后，再煮沸5min，然后通高純氮?dú)?-2min（趕走空氣）。 

2、分裝的過程可以不用繼續(xù)加熱，用10mL的定量注射針筒抽進(jìn)氮?dú)饬?，再打出（三次以上）洗氣，然后抽?mL無(wú)氧水注入已換氣的15mL厭氧管中（抽取注射過程中應(yīng)迅速利落，與空氣接觸時(shí)間應(yīng)縮****短）；注入?yún)捬豕芎?，需要等待通?s～10s，以置換瓶中空氣，在抽出氮?dú)饬麽橆^的同時(shí)塞緊異丁烯橡膠塞（操作要*：抽出針頭時(shí)要注意，橡膠塞應(yīng)該先半扣到瓶口，然后用右手食指撳住，左手捏住通氣針頭慢慢抽出針頭，橡膠塞可能會(huì)外翻導(dǎo)致漏氣等，此時(shí)將針頭往瓶?jī)?nèi)伸使塞子恢復(fù)原樣，有時(shí)需要反復(fù)多次，視塞子大小而定，**后拔出針頭，拔出同時(shí)立即將塞子塞進(jìn)管口），**后旋緊蓋子。 

3、上述無(wú)氧水經(jīng)121℃高壓蒸汽滅菌20min后則獲得無(wú)氧無(wú)菌水。 （三）厭氧菌液體培養(yǎng)基配制（以制備1000mL為例）

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