多层可叠加细胞摇床在微生物共培养与互作研究中有何优势？

2025/12/17 11:15 I 阅读：31

去年我们实验室启动了一个有意思的课题——研究两种土壤微生物如何协同降解农药残留。这个想法很好，但实际操作却遇到了不少麻烦。我们需要让两种菌在同一个环境中生长，模拟它们在土壤中的自然状态，还要同时测试不同比例、不同振荡条件对降解效果的影响。

传统方法是用多台摇床并行实验，但实验室空间有限，而且不同设备之间存在温控差异，数据可比性总是不理想。就在我们纠结要不要分批做实验时，实验室新添置的三层叠加细胞培养摇床帮我们找到了解决方案。

详细实验过程

1、   第一阶段：菌株准备与预实验

我们选用了两种已验证的菌株：菌株A（Pseudomonas属）擅长降解芳香环结构，菌株B（Bacillus属）能有效分解脂肪链。单独培养时，它们在LB培养基中生长良好，最适温度都是28-30℃。

预实验中我们发现了一个关键问题：当两种菌混合培养时，菌株A的生长速度明显快于菌株B，48小时后菌株B的数量不到菌株A的十分之一。静态培养时，它们还会在培养瓶底部形成明显的分层——菌株A在上层，菌株B在下层，这种物理隔离严重影响了它们的协同作用。

设备验证与程序设定

为确保实验条件精准可控，我们进行了如下关键验证：

温度均匀性验证

在每层不同位置布设温度记录仪。28℃恒温运行结果显示：层内温差≤0.3℃，层间温差≤0.5℃，符合精密培养要求。

振荡稳定性验证

使用250ml至1000ml不同规格培养瓶测试。顶层满载1000ml瓶时，转速波动仍控制在±1rpm内，负载变化未影响转速稳定性。

多模式程序预设

通过触摸屏设定三种实验程序：

1、   连续振荡：120rpm，12小时间隔自动暂停取样

2、   昼夜交替：日间150rpm/夜间80rpm，模拟自然环境变化

3、   阶梯加速：50rpm起步，每24小时递增50rpm，用于生长曲线研究

这些验证数据为后续实验的重复性和可比性提供了坚实基础。

第三阶段：正式实验操作

第一天：接种与启动

早上9点，我们按照5种比例（A:B = 1:9, 3:7, 1:1, 7:3, 9:1）配制了混合菌液，每种比例设置3个重复。15个样品瓶均匀分配到三层摇床中：

1)       下层：放置比例1:9和3:7的实验组，设置程序三（阶梯加速）

2)       中层：放置比例1:1的实验组，设置程序二（昼夜交替）

3)       上层：放置比例7:3和9:1的实验组，设置程序一（连续振荡）

每层都设置了28℃恒温，CO₂浓度控制在5%（模拟土壤空气环境）。设备启动后，我们通过手机选配功能远程监控运行状态——这个功能在周末特别有用。

第二到四天：监测与调整

我们每天在固定时间取样三次（9:00、15:00、21:00）。取样时，设备的“开门缓停”功能非常实用——转速在10秒内平稳降为0，避免培养液剧烈晃动影响菌体状态。

通过USB导出的温度、CO₂浓度曲线显示，在菌株对数生长期（24-48小时），CO₂浓度有明显升高，这与我们的预期一致。但有趣的是，在1:1比例组中，CO₂峰值比其他组延迟了6小时出现——这暗示着两种菌的代谢可能存在某种相互调节。

第五天：数据分析与发现

72小时培养结束后，我们检测了农药残留量。结果显示：

1)       在连续振荡组（上层）中，1:1比例组的降解率最高，达到92%

2)       在昼夜交替组（中层）中，3:7比例组表现最好（89%）

3)       在阶梯加速组（下层）中，各个比例的差异不大（78-82%）

最重要的是，我们发现在振荡条件下，两种菌没有出现明显的分层现象。通过平板计数和荧光标记，我们确认在振荡培养中，菌株B的比例能够保持在较高水平——这与静态培养的结果完全不同。

为何选择多层叠加摇床

完成实验后，我们总结了这种设备在共培养研究中的核心优势：

1、   确保数据可比性

同一台设备内运行多组实验，消除了多台仪器间的系统误差，使平行对照数据真正可靠。

2、   灵活适应实验需求

模块化设计可灵活拆卸组合，不同托盘适配各类样品，特别是粘稠培养液。

3、   完整的数据溯源

自动记录温度、CO₂、转速等参数，确保实验条件可精确复现，保障科研可重复性。

4、   高效利用实验室空间

占地约1平方米，提供三倍培养容量，完美解决空间有限实验室的扩容需求。

这些特点使其成为复杂共培养实验的理想选择。一些实用建议

基于这次实验经验，我们总结了几点使用建议，可能对其他研究组有帮助：

1)       负载平衡很重要：如果三层都放满培养瓶，尽量让每层的重量分布均匀。赫田的工程师来培训时特别强调了这点——他们建议最重的瓶子放在下层。

2)       程序设置要预留缓冲：我们最初设置的程序是每12小时整点停机取样，但实际操作中取样需要时间。后来我们改为整点开始减速，10分钟后完全停止，预留20分钟取样时间，再自动恢复运行——这样更符合实际操作节奏。

3)       利用好数据导出功能：设备导出的.csv文件可以直接用Excel或R语言分析，我们就是通过分析CO₂变化曲线，发现了菌株互作的一些时间规律。

实验心得

在完成这次微生物共培养实验后，我们深切体会到选择合适设备的重要性。上海赫田科学仪器的多层细胞培养摇床在实际使用中表现稳定，其温控精度（±0.2℃）和十年寿命的伺服电机设计，完全满足我们长期实验的需求。

特别值得一提的是他们的专业服务。工程师不仅提供完善培训，还能及时解决实验中遇到的问题，这种支持对科研工作至关重要。

在选型时，我们注意到亚热带森林培育国家重点实验室、深圳市第一人民医院等专业机构也选择了上海赫田科学仪器有限公司设备。这种跨领域的认可，印证了产品在稳定性和精度方面的可靠表现。

如今我们正计划在原设备基础上选配加湿模块，以拓展更复杂的研究。这种可扩展设计让设备能随着研究需求共同成长。

给实验人员的建议：

1、   根据实际实验类型选择关键功能

2、   关注设备的长期耐用性

3、   重视厂家的技术支持能力

好的实验设备就像可靠的科研伙伴，能让研究者更专注于科学问题本身。如果您的实验也需要多条件并行、长期稳定的培养环境，这类可叠加设计的解决方案值得考虑。

设备由上海赫田科学仪器有限公司提供，具体技术细节可咨询专业人员。