一种菌株高效筛选及最适培养条件快速确定的装置及方法

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1.本发明涉及微生物分离技术领域，特别是涉及一种高效筛选菌株并快速确定最适培养条件的装置及方法。


背景技术：

2.目前关于菌株筛选方式常规方法是先富集，涂布平板，划线纯化，确定单一菌株后再确定该株菌的最适培养条件。上述方法在整个分离过程中不涉及特殊的仪器设备，可获得较好的分离纯化效果。然而当前的常规分离方法普遍受限于人工操作，仍然存在一些缺陷：1)在筛选过程中通常只能采用相同的培养基，可能导致一些不适宜在该培养基条件下存活的菌株生长缓慢，造成筛选过程中菌株的丢失、漏筛；2)在确定单一菌株的最适培养条件时，常规方法需要在每个培养条件下单独进行实验，耗费时间，尤其是在做温度梯度培养时，需要多个培养箱，既耗费空间，又占用资源。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供一种可以快速、有效地从环境中筛选菌株并确定最适培养条件的装置及方法。
4.本发明技术方案如下：
5.一种高效筛选菌株并确定最适培养条件的装置，包括：槽板、板盖、加热底盘和梯度混合器，所述槽板上具有多个并排设置的培养槽；所述梯度混合器包含用于盛装待混合培养基的容器a和容器b，并可通过其液体输出端将混合后的培养基向培养槽内灌注；
6.所述加热底盘的表面凹陷，凹陷内部装有数量和相对位置与所述培养槽完全对应的可独立控温的加热器；
7.相邻的培养槽之间均设有隔热板a，当所述板盖盖压在槽板上时，板盖的底面同时与培养槽两侧的隔热板a顶部以及槽板的四周边缘充分接触，从而使各培养槽相互隔离；相邻的加热器之间均设有隔热板b，当所述槽板放置在所述加热底盘上时，槽板的底面同时与加热器两侧的隔热板b顶部以及加热底盘的四周边缘充分接触，从而在每个加热器外围均形成独立的加热腔室。
8.进一步地，所述槽板上所有的培养槽在相同的一端均开设通向外部的、可封闭的孔；所述梯度混合器的液体输出端可与槽板内的任意一个培养槽通过所述孔连通。
9.进一步地，所述板盖由隔热保温材料制成；所述槽板的每个培养槽内均设有温度探头。
10.优选地，所述梯度混合器包含用于盛装待混合液体的容器a和容器b，以及混合三通；所述容器a和容器b的出口分别连接混合三通，其中，容器a与混合三通的连接管路上设有蠕动泵a，容器b与混合三通的连接管路上设有蠕动泵b；混合三通的出口作为梯度混合器的液体输出端可与槽板上的任意一个培养槽通过所述孔连通。
11.所述梯度混合器的另一个替代设计为：梯度混合器包含用于盛装待混合液体的容
器a和容器b，所述容器a的出口连接容器b的入口，二者的连接管路上设有蠕动泵a，所述容器b的出口端设有蠕动泵b，容器b的出口端作为梯度混合器的液体输出端可与槽板上的任意一个培养槽通过所述孔连通。
12.进一步地，所述梯度混合器在放置容器a和容器b的位置处分别设有可控温的加热底座，以及可分别对容器a和容器b内液体进行搅拌的搅拌装置。
13.优选地，所述搅拌装置包括：分别放置在容器a和容器b底部的磁力搅拌子，以及设置在每个加热底座下方的磁钢-电机组件。
14.优选地，所述加热器为加热管、加热板或加热棒；所述培养槽的数量不少于6个。
15.进一步地，本发明提供一种利用上述菌株筛选及最适培养条件确定装置筛选菌株的方法，其特征在于包括如下步骤：
16.1)装置的灭菌：将所述槽板和板盖于10％的次氯酸钠消毒液中浸泡半小时后，再经无菌水冲洗、无菌烘干后备用；
17.2)将已灭菌的两种不同ph值的培养基在融化状态下分别装入所述梯度混合器用于盛装待混合培养基的两个容器(即容器a和容器b)中，通过梯度混合器的液体输出端向所述槽板的培养槽内灌注混合后的培养基，形成具有ph梯度的培养基；
18.3)待培养基冷却凝固后，将待分离的混合菌液涂布于培养基表面，开启位于槽板下部的加热底盘上的加热器并调至所需要的培养温度，盖上板盖，进行培养；
19.4)待培养基上长出菌落后，挑选形态及位置区域不同的菌落重复划线接种于对应的ph和温度的平板上，直至得到单菌落。
20.进一步地，本发明提供一种利用上述菌株筛选及最适培养条件确定装置确定菌株最适培养条件的方法，其特征在于包括如下步骤：
21.1)装置的灭菌：将所述槽板和板盖于10％的次氯酸钠消毒液中浸泡半小时后，再经无菌水冲洗、无菌烘干后备用；
22.2)将已灭菌的两种不同ph值的培养基在融化状态下分别装入所述梯度混合器用于盛装待混合培养基的两个容器(即容器a和容器b)中，通过梯度混合器的液体输出端向所述槽板的培养槽内灌注混合后的培养基，形成具有ph梯度的培养基；
23.3)待培养基冷却凝固后，将已纯化的单菌菌液涂布于培养基表面，开启位于槽板下部的加热底盘上的加热器并调至所需要的培养温度，盖上板盖，进行培养；
24.4)根据培养基上菌落的位置、大小及数量确定菌株的最适生长ph及温度。
25.本发明装置通过温度、ph双梯度筛选系统可实现菌株的高效分离筛选及单菌最适生长ph、温度条件的高效、快速确定，同时有效克服了常规菌株筛选方式中存在的菌株生长缓慢、漏筛以及耗时长、培养设备及空间占用大等问题。此外。本发明装置还具有结构简单、体积小、操作方便的特点。
附图说明：
26.图1是本发明实施例1装置的整体结构示意图。
27.图2是本发明实施例2的梯度混合器的整体结构示意图。
28.图3是本发明装置板盖、槽板以及加热底盘在工作状态下从上至下依次放置的基本结构示意图。
29.图4是本发明梯度混合器的加热底座及搅拌装置的基本结构示意图。
30.图5是利用本发明装置进行菌株筛选分离的示例结果照片。
31.图6是利用本发明装置确定大肠杆菌最适生长条件的结果照片。
具体实施方式：
32.下面结合附图对本发明技术方案进行具体描述。
33.实施例1
34.如图1、3、4所示，一种高效筛选菌株并确定最适培养条件的装置，包括：槽板1、板盖2、加热底盘3和梯度混合器4，所述槽板1上具有多个并排设置的培养槽11；所述梯度混合器4包含两个用于盛装待混合培养基的容器，并可通过其液体输出端将混合后的培养基向培养槽11内灌注；
35.所述加热底盘3的表面凹陷，凹陷内部装有数量和相对位置与所述培养槽11完全对应的可独立控温的加热器31；
36.如图3、4所示，本实施例装置的培养槽11和加热器31的数量均为6个，加热器采用加热板设计，以对其上方的培养槽11起到更加均匀的加热效果。为了达到对培养槽11内温度的实时监测以更加准确地进行控温，每个培养槽11内均设有温度探头14。此外，为了进一步避免培养过程中各培养槽的腔室间的温度传导，所述板盖由隔热保温材料制成。
37.如图5所示，相邻的培养槽11之间均设有隔热板a12，当所述板盖2盖压在槽板1上时，板盖2的底面同时与培养槽11两侧的隔热板a12顶部以及槽板1的四周边缘充分接触，从而使各培养槽11相互隔离；
38.相邻的加热器31之间均设有隔热板b32，当所述槽板1放置在所述加热底盘3上时，槽板1的底面同时与加热器31两侧的隔热板b32顶部以及加热底盘3的四周边缘充分接触，从而在每个加热器31外围均形成独立的加热腔室。
39.如图5所示，所述槽板1上所有的培养槽11在相同的一端均开设通向外部的、可封闭的孔13；所述梯度混合器4的液体输出端可与槽板1内的任意一个培养槽11通过所述孔13连通。从而能够更加方便地向培养槽11进行培养基的无菌灌注。
40.如图1所示，所述梯度混合器4包含用于盛装待混合液体的容器a41和容器b42，以及混合三通45；所述容器a41和容器b42的出口分别连接混合三通45，其中，容器a41与混合三通45的连接管路上设有蠕动泵a43，容器b42与混合三通45的连接管路上设有蠕动泵b44；混合三通45的出口作为梯度混合器4的液体输出端，可与槽板1上的培养槽11通过所述孔13连通。
41.在灌注混合培养基时，可分别通过蠕动泵a43和蠕动泵b44控制容器a41和容器b42中培养基的流量，获得所需的混合梯度。
42.为了使培养基在灌注过程中保持更好的流动性及混匀状态，所述梯度混合器4在放置容器a41和容器b42的位置处分别设有可控温的加热底座46，以及可分别对容器a41和容器b42内液体进行搅拌的搅拌装置。
43.优选地，所述搅拌装置包括：分别放置在每个容器内部的磁力搅拌子47，以及设置在每个加热底座46下方的磁钢-电机组件48(如图6所示，以容器a41一侧为例)。
44.磁钢-电机组件48(磁钢连接在电机转轴上)，通过磁钢-电机组件48旋转带动磁力
搅拌子47旋转，起到对容器内液体的持续搅拌混匀作用。
45.实施例2
46.本实施例装置与实施例1结构大体相同，不同之处在于其中的梯度混合器4采用如下替代设计：梯度混合器4包含用于盛装待混合液体的容器a41和容器b42，所述容器a41的出口连接容器b42的入口，二者的连接管路上设有蠕动泵a43，所述容器b42的出口端设有蠕动泵b44(图2所示)，容器b42的出口端作为梯度混合器的液体输出端，可与槽板1上的培养槽11通过所述孔13连通。
47.在灌注混合培养基时，通过蠕动泵a43控制容器a41向容器b42的培养基流量，在容器b42中进行混合并获得所需的混合梯度，同时通过蠕动泵b44协同控制容器b42出口端的混合培养基输出量，从而进一步对混合的线性梯度进行控制。
48.实施例3
49.采用实施例1装置通过温度和ph双梯度进行菌株的快速分离筛选，步骤如下：
50.1)装置的灭菌：将所述槽板1和板盖2于10％的次氯酸钠消毒液中浸泡半小时后，再经无菌水冲洗、无菌烘干后备用。
51.2)配置培养基，用hcl和naoh分别将培养基ph分别调至2和12，将获得的两种不同ph的培养基按20g/l的添加量加入琼脂粉，之后于0.10～0.15mpa、121℃下高温灭菌20min。
52.3)将上述已灭菌的两种不同ph值的培养基在融化状态(灭菌后冷却至约65℃)下分别装入所述梯度混合器4的容器a41和容器b42中，通过梯度混合器4的液体输出端向所述槽板1的每个培养槽11内灌注混合后的培养基，形成具有ph梯度的培养基。
53.上述培养基灌注过程中，可将梯度混合器4的加热底座46和搅拌装置开启，使培养基一致保持融化及均匀混合状态；同时通过蠕动泵a43和蠕动泵b44调控培养基的混合流量及输出流量，使每个培养槽11内的培养基形成ph2～9的梯度(沿槽的长度方向，图1、5所示)。
54.4)待培养基冷却凝固后，将待分离的混合菌液涂布于培养基表面，开启位于槽板1下部的加热底盘3上的6个加热器31并调至所需要的培养温度，盖上板盖2，进行培养。
55.本步骤中，通过6个加热器31形成温度梯度：15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃(图5所示)。
56.5)待培养基上长出菌落后(图5所示)，挑选形态及位置区域不同的菌落重复划线接种于对应的ph和温度的平板上，直至得到单菌落。
57.实施例4
58.以大肠杆菌为例，采用实施例1装置通过温度和ph双梯度进行菌株的最适生长条件确定，步骤同实施例3基本相同，不同之处在于：步骤4)中用于涂布菌液为大肠杆菌的纯菌液，6个培养槽11内的ph梯度为2～12，通过加热器31形成的温度梯度为：25℃、28℃、31℃、34℃、37℃、40℃(图6所示)。
59.大肠杆菌最适生长条件的验证结果如图6所示：大肠杆菌在25～40℃、ph4～10范围内均能形成菌落，其中在34℃、37℃，ph5～8范围内菌落更加密集、生长良好。

技术特征：
1.一种菌株高效筛选及最适培养条件快速确定的装置，其特征在于包括：槽板、板盖、加热底盘和梯度混合器，所述槽板上具有多个并排设置的培养槽；所述梯度混合器包含用于盛装待混合培养基的容器a和容器b，并可通过其液体输出端将混合后的培养基向培养槽内灌注；所述加热底盘的表面凹陷，凹陷内部装有数量和相对位置与所述培养槽完全对应的可独立控温的加热器；相邻的培养槽之间均设有隔热板a，当所述板盖盖压在槽板上时，板盖的底面同时与培养槽两侧的隔热板a顶部以及槽板的四周边缘充分接触，从而使各培养槽相互隔离；相邻的加热器之间均设有隔热板b，当所述槽板放置在所述加热底盘上时，槽板的底面同时与加热器两侧的隔热板b顶部以及加热底盘的四周边缘充分接触，从而在每个加热器外围均形成独立的加热腔室。2.根据权利要求1所述的菌株高效筛选及最适培养条件快速确定装置，其特征在于：所述槽板上所有的培养槽在相同的一端均开设通向外部的、可封闭的孔；所述梯度混合器的液体输出端可与槽板内的任意一个培养槽通过所述孔连通。3.根据权利要求1或2所述的菌株高效筛选及最适培养条件快速确定装置，其特征在于：所述板盖由隔热保温材料制成；所述槽板的每个培养槽内均设有温度探头。4.根据权利要求3所述的菌株高效筛选及最适培养条件快速确定装置，其特征在于：所述梯度混合器包含混合三通；所述容器a和容器b的出口分别连接混合三通，其中，容器a与混合三通的连接管路上设有蠕动泵a，容器b与混合三通的连接管路上设有蠕动泵b；混合三通的出口作为梯度混合器的液体输出端可与槽板上的任意一个培养槽通过所述孔连通。5.根据权利要求3所述的菌株高效筛选及最适培养条件快速确定装置，其特征在于：所述梯度混合器的容器a的出口连接容器b的入口，二者的连接管路上设有蠕动泵a，所述容器b的出口端设有蠕动泵b，容器b的出口端作为梯度混合器的液体输出端可与槽板上的任意一个培养槽通过所述孔连通。6.根据权利要求4所述的菌株高效筛选及最适培养条件快速确定装置，其特征在于：所述搅拌装置包括：分别放置在容器a和容器b底部的磁力搅拌子，以及设置在每个加热底座下方的磁钢-电机组件。7.根据权利要求5所述的菌株高效筛选及最适培养条件快速确定装置，其特征在于：所述搅拌装置包括：分别放置在容器a和容器b底部的磁力搅拌子，以及设置在每个加热底座下方的磁钢-电机组件。8.一种利用权利要求1所述的菌株高效筛选及最适培养条件快速确定装置筛选菌株的方法，其特征在于包括如下步骤：1)装置的灭菌：将所述槽板和板盖于10％的次氯酸钠消毒液中浸泡半小时后，再经无菌水冲洗、无菌烘干后备用；2)将已灭菌的两种不同ph值的培养基在融化状态下分别装入所述梯度混合器用于盛装待混合培养基的容器a和容器b中，通过梯度混合器的液体输出端向所述槽板的培养槽内灌注混合后的培养基，形成具有ph梯度的培养基；3)待培养基冷却凝固后，将待分离的混合菌液涂布于培养基表面，开启位于槽板下部的加热底盘上的加热器并调至所需要的培养温度，盖上板盖，进行培养；
4)待培养基上长出菌落后，挑选形态及位置区域不同的菌落重复划线接种于对应的ph和温度的平板上，直至得到单菌落。9.一种利用权利要求1所述的菌株高效筛选及最适培养条件快速确定装置筛选菌株的方法，其特征在于包括如下步骤：1)装置的灭菌：将所述槽板和板盖于10％的次氯酸钠消毒液中浸泡半小时后，再经无菌水冲洗、无菌烘干后备用；2)将已灭菌的两种不同ph值的培养基在融化状态下分别装入所述梯度混合器用于盛装待混合培养基的容器a和容器b中，通过梯度混合器的液体输出端向所述槽板的培养槽内灌注混合后的培养基，形成具有ph梯度的培养基；3)待培养基冷却凝固后，将已纯化的单菌菌液涂布于培养基表面，开启位于槽板下部的加热底盘上的加热器并调至所需要的培养温度，盖上板盖，进行培养；4)根据培养基上菌落的位置、大小及数量确定菌株的最适生长ph及温度。

技术总结
本发明开发了一种高效筛选菌株并确定最适培养条件的装置，包括槽板、板盖、加热底盘和梯度混合器，槽板上具有多个培养槽，梯度混合器包含两个用于盛装待混合培养基的容器，并可通过其液体输出端将混合后的培养基向培养槽内灌注；所述加热底盘的表面内部装有数量和相对位置与培养槽完全对应加热器。本发明装置通过温度、pH双梯度筛选系统可实现菌株的高效分离筛选及单菌最适生长pH、温度条件的高效、快速确定，同时有效克服了常规菌株筛选方式中存在的菌株生长缓慢、漏筛以及耗时长、培养设备及空间占用大等问题。此外。本发明装置还具有结构简单、体积小、操作方便的特点。操作方便的特点。操作方便的特点。


技术研发人员：才金玲 冯飞 时君友 刘洁 关法春
受保护的技术使用者：天津科技大学 吉林省农业科学院
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/8/31