分批培养法 _生活百科

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分批培养法【分批培养法】在反应器中一次性投入培养液及接种并在适当条件下培养一定时间后，一次性放出培养液进行后处理的培养方法谓之分批培养法。培养过程中，除加入消沫剂、维持pH的酸硷及对需氧菌通入无菌空气外，不添加任何物料，故本法是设备和操作简单的间歇培养法，是生产和科研中普遍採取的培养方法。
基本介绍中文名：分批培养法
外文名：The method of batch culture
对象：细胞
特点：细胞量达最大值，生长趋于停止
周期性变化：四个阶段
比生长速率：细胞生长速度与菌体浓度的比值
释义分批培养法培养基一次性加入反应器后于适当条件下接种，并培养一定时间将反应体系一次性取出的操作方式谓之为分批培养法。以往曾採用平叶轮式培养器，通过搅拌使细胞转动，但细胞易破碎，通气受限制，易受污染，经济效益差。目前主要採用气升式反应器，其培养过程用通气代替搅拌，细胞产量高于平叶轮培养器；本培养方法中植物细胞生长规律与微生物相似，随着细胞增长，培养液营养物质不断下降。细胞增长过程也分为调整期、对数生长期、转换期、静止期及衰老期等阶段。分批培养过程特点分批法培养过程的特点是，反应过程中细胞量总是不断增加，一定时间后达到最大值，生长趋于停止。若再移植继代培养，则其过程表现出严格可重複的周期性变化在这个周期性变化过程中，以细胞浓度的对数为纵坐标，以培养时间为横坐标绘製的曲线称为生长曲线，这就是生物细胞群体从生长到全部死亡的规律，其整个过程可分为调整期、对数生长期、平衡期及衰老期四个阶段，无论动植物细胞，还是微生物细胞，分批培养时均严格遵循这个规律。分批培养过程细胞反应动力学1. 调整期（或迟滞期）细胞开始培养初期培养液中细胞浓度无显着增加的一段时间称为调整期。期间是细胞内酶系适应过程以调节代谢活动的时间，尤其是植物的体细胞及可悬浮培养的动物细胞经消化分散时已受损伤，培养初期尤需经过相当长时间进行调整和适应，并待其产生足够浓度“伤素”之后，方能开始分裂繁殖。但调整期细胞具有以下特点。(1)细胞内物质显着增加，细胞体积增大，如巨大芽孢桿菌培养开始后3.5h至5.5h，其菌体长度由3.4 μm增至19.8 μm；又如E.coli在琼脂乎板上生长时，前3h长度由1.5 μm增至4.0 μm，随着生长分裂而减小。(2)调整期细胞代谢机能非常活跃，E.coli实验表明，自培养开始至2h末，产生热量达到最大值。当培养时间在2～3h之间，细胞耗氧量达到最大值。(3)幼龄细胞抵抗外界理化因素的能力较老龄细胞为低，如在5%NaCl溶液中，接种后1h的E.coli死亡率为14.06%，培养1.5～2.5h后，死亡率增至92．94%；此外，细胞的热敏感性亦有差异，E．coli于53℃处理25min，菌龄为50min者存活率仅为1%，菌龄7～13h者存活率几乎不受影响。司样幼龄菌对紫外线、X一射线及其它理化因素的抵抗力也较差。调整期长短与细胞种质特性有关，幼龄期种子调整期较短，老龄期则较长；同种龄种子接种量越大，调整期越短；若以饥饿状态种子或接种至营养贫乏培养基中调整期均长；此外，若接种的种质细胞中死细胞比例大，调整期亦长；若种质细胞受热、辐射及化学试剂损伤，调整期亦相应延长。因此，细胞培养时，应选择具有优良特性种质细胞并在最适外界条件下培养，以缩短调整期和培养周期，提高生产率。2．对数生长期(或生长旺盛期)细胞培养过程，细胞浓度增长的对数与时间基本呈线性关係的生长阶段称为对数生长期，亦有称为指数生长期者。对数生长期出现于调整期之后，期间群体细胞数以几何倍数方式增加，即细胞数以21—22—23—24……2n方式增殖，其中n为世代数，培养液中细胞浓度增加一倍所历经的时间称为世代时间(G)，微生物细胞生长迅速，世代时间短，动植物细胞生长缓慢，世代时间长，如酿酒酵母世代时间平均为1.07～1.39h，菸草细胞为17.3～21.7h，番茄细胞为26.7～49.5h 。在对数生长期细胞数目增加与时间呈线性关係，但若以细胞数目算术值与时间作图则为一条曲线，不能表示出线性关係；而以细胞数目的对数与时间作图则呈线性关係，故常用后者表示细胞增长与时间关係。对数生长期的特点是世代时间稳定，细胞保持有规律的高速度生长，即世代时间最短。世代时间长短与细胞种类有关，如假单胞菌世代时间为9.8min，而红麴霉平均为5.54h，此外动植物细胞生长很慢，其世代时间可达几十个小时；同时世代时间亦与培养条件有关，培养条件(如温度、pH值及溶解氧，植物细胞尚有光照等)适宜世代时间短，否则延长；此外，世代时间亦与营养条件有关，营养物浓度适当时，世代时间最短，过低则世代时间延长，过高则可能产生抑制作用，世代时间不能缩短。3．平衡期(或稳定生长期)细胞培养至对数期以后，培养液中细胞浓度保持恆定的生长阶段谓之平衡期，亦有称为静止期者。此阶段细胞浓度达到最大值，且随着时间变化细胞浓度不改变，即在同一时间内细胞繁殖率与死亡率接近相等，达到平衡状态。此时细胞内初级代谢产物及次级代谢产物开始累积，细胞开始衰老，有芽孢的细菌开始形成芽孢，许多产物如谷氨酸及青霉素等均在此阶段产生。平衡期成因在于营养物质消耗程度及毒性代谢物的产生。4．死亡期(或衰老期)细胞培养至稳定期后，在同一时间内细胞死亡率大于繁殖的生长阶段谓之死亡期，亦有称为衰亡期或衰老期者。在此阶段细胞内颗粒更为明显，液泡增大，细胞常出现畸型与退化，最后自溶死亡。以上讨论为悬浮细胞培养的生长规律，对于用固体培养基进行细胞培养时，只能用测量细胞菌落直径来观察其生长状况，不能用液体培养的测定方法。对于多细胞生物，如霉菌及某些植物细胞以及具有锚地依赖性的动物细胞，培养过程繁殖方式不同，又是多细胞生物，细胞数增长不符合几何级数关係，不完全符合液体悬浮培养的生长规律，通常经过调整阶段及最高生长阶段，最后进入衰退阶段。影响比生长速率的因素在分批培养中，比生长速率 u通常为常数，比生长速率即指细胞生长速度rx(g/Lh)与菌体浓度X的比值，即：