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第26章 制备甲烷细菌

“甲烷细菌属于原核生物,是专性严格厌氧菌、生长繁殖特别缓慢、培养分离比较困难。产甲烷细菌不能在有氧气处生存,因此它们只能在完全缺乏氧气的环境中被发现。只有产甲烷和发酵作用能够在只有含碳化合物作为电子受体的情况下发生。产甲烷作用对人类也有用处。通过产甲烷作用,有机废物可以转化成有用的甲烷(“沼气”)。我们的实验目的就是通过将纤维素分解菌与甲烷细菌融合培养能分解纤维素同时产出甲烷的超级细菌。现在纤维素分解菌的制备已完成,现在开始制备甲烷细菌。再开始为你介绍甲烷细菌制备注意事项。”

“首先甲烷细菌都是专性严格厌氧菌,对氧非常敏感,遇氧后会立即受到抑制,不能生长、繁殖,甚至死亡。所以实验中一定要控制好严格厌氧环境,否则将前功尽弃。其次,甲烷细菌生长很缓慢,在人工培养条件下需经过十几天甚至几十天才能长出菌落,菌落也相当小,如果不仔细观察很容易遗漏。菌落一般圆形、透明、边缘整齐。所以在制备甲烷细菌的时候要有足够的耐心和细心。”

“阿秀,你知道甲烷细菌为什么生长这么缓慢吗?我们是要制备能快速产气的超级细菌,如果不能形成种群数量优势,即使细菌再厉害也没办法大量生产啊!无法大量生产就没有实用价值了。”

“别急嘛,我当然知道甲烷细菌生长缓慢的原因了。甲烷细菌生长缓慢的原因,是它可利用的底物很少,没办法进行快速大量的反应。底物就是参与生化反应的物质,可以为化学元素、分子或化合物,经酶作用可形成产物。一个生化反应的底物往往同时也是另一个化学反应的产物。甲烷细菌可利用的底物很少,只能利用很简单的物质,如CO2、H2、甲酸、乙酸和甲基胺等。这些简单物质必须由其它发酵性细菌,把复杂有机物分解后提供给甲烷细菌,所以甲烷细菌一定要等到其它细菌都大量生长后才能生长。同时甲烷细菌世代时间也长,有的细菌20分钟繁殖一代,甲烷细菌需几天乃至几十天才能繁殖一代。这些都是制约甲烷细菌大量繁殖的因素,而我们制备的超级纤维素分解细菌将直接分解纤维素为产甲烷反应提供原料和能量,一旦成功就能快速产生大量甲烷气体。”

“是吗?好期待这一惊人的发明。”

“先别高兴的太早了,等成功了再来高兴也不迟。因为甲烷细菌要求严格厌氧条件,一般培养方法很难达到厌氧,培养分离往往失败。又因为甲烷细菌和伴生细菌生活在一起,菌体大小形态都十分相似,在一般光学显微镜下不好判明。我们现在制备甲烷细菌准备采用的是美国著名微生物学家--Hungate在上世纪50年代发明的培养分离甲烷细菌的方法。”

“你知道这种方法吗?成功率高吗?”

“我既然告诉你准备采用这种方法,自然是知道这种方法的操作流程,至于成功率不好说,全看运气。我现在可以给你大致的将一下这种方法。产甲烷菌的培养方法很多,如厌氧箱法、厌氧袋法、厌氧罐法。这些方法都需要特定的除氧措施,操作步骤多,较繁琐。我们实验室现在也没有这些条件来达成这些条件,所以我选择了一种简便的试管培养法——亨盖特厌氧滚管技术。这项技术经历了几十年的不断改进,从而使亨盖特厌氧技术日趋完善,并逐渐发展成为研究厌氧微生物的一套完整技术,而且多年来的实践已经证明它是研究严格、专性厌氧菌的一种极为有效的技术。该技术的优点是:预还原培养基制好后,可随时取用进行试验;任何时间观察或检查试管内的菌种都不会干扰厌氧条件。而随时取用是我们所需的。”

“我已经迫不及待了,现在我们需要做些什么?”

“嗯,先去弄一些池塘里的污泥来吧,记住一定要新鲜的刚从池塘你弄出来的才行。”

“池塘污泥?那有什么用?”

“笨,池塘里的污泥可是含有大量的甲烷细菌的,我们要从污泥里采集样品。”

后来,秦宇在生产大队的池塘里,充分发挥了他优雅的狗刨泳姿,采集到了一袋塘底污泥。

“制备甲烷细菌,无氧环境很重要,我决定采用铜柱系统除氧法。铜柱是一个内部装有铜丝或铜屑的硬质玻璃管。此管的大小为40~400mm,两端被加工成漏斗状,外壁绕有加热带,并与变压器相连来控制电压和稳定铜柱的温度。铜柱两端连接胶管,一端连接气泵,另一端连接出气管口。由于从气钢瓶出来的气体如N2、CO2和H2等都含有微量O2,故当这些气体通过温度约360℃的铜柱时,铜和气体中的微量O2化合生成CuO,铜柱则由明亮的黄色变为黑色。当向氧化状的铜柱通入H2时,H2与CuO中的氧就结合形成H2O,而CuO又被还原成了铜,铜柱则又呈现明亮的黄色。此铜柱可以反复的使用,并不断起到除氧的目的。至于H2源,用试管组装一个简单的电解氢气发生器就行了。铜丝也不用专用的铜丝,用废旧电线里剥出来的细铜丝就行了。至于预还原培养基及梯度稀释接种和制备纤维素分解菌差不多,你自己慢慢做吧。”

俗话说望山跑死人,听起来做这个实验很简单,可真做起来可花了秦宇好长的一段时间,光组装氢气发生器、铜柱除氧系统就花去了他好长一段时间。最后花了一整天他还是把甲烷菌的制备完成了。因为阿秀说甲烷菌的制备成功率不高,所以他把剩下的所有培养皿都用来制备甲烷细菌了。他相信这么多个培养皿总有一个能成功长出菌落。

完成了所有的制备实验,天也开始变暗了,秦宇安装好了摄像头让阿秀时刻监视着这里的情况,也骑着自行车,充满着对实验的成功的期望回家去了。

PS:对不起大家了,前一段时间因为学车和其他原因没有跟新,向大家郑重道歉。我一定不会太监,求推荐,求收藏

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