微生物學研究與應用的核心環(huán)節(jié)：菌種衰退、復壯和保藏
小楊 / 2025-09-24 09:34:57
百歐博偉生物：菌種的衰退、復壯和保藏是微生物學研究與應用中的核心環(huán)節(jié)，三者共同構成了維持菌種優(yōu)良性狀的完整管理體系，其中復壯是應對衰退的關鍵手段，保藏則是預防衰退的根本措施。
一、菌種衰退（Degeneration）：優(yōu)良性狀的“丟失”
菌種衰退是指微生物在傳代培養(yǎng)或保藏過程中，其原有的優(yōu)良性狀（如產酶能力、產抗生素能力、發(fā)酵效率等）逐漸減弱甚至消失的現(xiàn)象，本質是菌株遺傳物質發(fā)生了不良突變或基因表達調控異常。
1、衰退的主要表現(xiàn)
生產性能下降：如發(fā)酵產量降低、產物純度下降、生長速率變慢。
形態(tài)特征改變：如菌落顏色、大小、邊緣形態(tài)發(fā)生變化，芽孢或孢子數(shù)量減少。
生理特性異常：如抗逆性（耐溫、耐酸、耐鹽）減弱，營養(yǎng)需求改變，致病性或共生能力下降。
2、衰退的根本原因
遺傳因素：最核心原因。微生物在繁殖過程中，DNA 復制可能發(fā)生錯誤，導致基因突變。其中，負突變（使優(yōu)良性狀減弱的突變）的累積會直接引發(fā)衰退，且傳代次數(shù)越多，突變概率越高。
環(huán)境因素：外部條件會加速或誘發(fā)衰退。
營養(yǎng)不足或成分不當，如缺乏必需氨基酸、維生素。
培養(yǎng)條件惡劣，如溫度波動過大、pH 值失衡、氧氣供應不足。
長期處于不適宜的生長階段，如持續(xù)在對數(shù)期傳代，導致菌株活力下降。
二、菌種復壯（Rejuvenation）：恢復優(yōu)良性狀的“補救措施”
復壯是指通過人為干預，使已經衰退的菌種恢復其原有優(yōu)良性狀的過程，核心是篩選出未發(fā)生衰退的“原始優(yōu)良菌株”并擴大培養(yǎng)。
復壯的常用方法（按操作復雜度排序）
1、分離純化法：最基礎且常用的方法。
原理：從衰退菌種的培養(yǎng)物中，通過平板劃線、稀釋涂布等方式，分離出單個菌落，篩選出形態(tài)、生理特性與原始菌株一致的菌落進行培養(yǎng)。
適用場景：輕度衰退，僅需篩選出未衰退的單菌落即可恢復。
2、選擇培養(yǎng)基法：針對性篩選功能菌株。
原理：根據(jù)菌種的特殊營養(yǎng)需求或抗性，設計選擇培養(yǎng)基。例如，篩選產淀粉酶的衰退菌種時，可使用以淀粉為唯一碳源的培養(yǎng)基，只有能產淀粉酶的菌株才能生長，從而淘汰衰退菌株。
適用場景：衰退菌株與優(yōu)良菌株在功能上有明顯差異（如產酶、產抗生素能力）。
3、原生質體融合法：適用于嚴重衰退或遺傳背景復雜的菌株。
原理：將衰退菌株與原始優(yōu)良菌株的原生質體（去除細胞壁的細胞）融合，通過篩選獲得兼具兩者優(yōu)良性狀的重組菌株。
優(yōu)勢：可打破種屬界限，快速恢復甚至提升菌種性能，但操作技術要求較高。
4、環(huán)境脅迫法：通過逆境篩選高活力菌株。
原理：將衰退菌種置于適度的逆境條件下（如低溫、高溫、高滲透壓、低 pH），迫使菌株啟動應激機制，存活下來的菌株通常具有更強的活力和優(yōu)良性狀。
示例：將乳酸菌在低溫（4℃）下放置一段時間，篩選仍能正常生長的菌株，可恢復其產酸能力。
三、菌種保藏（Preservation）：預防衰退的“核心策略”
菌種保藏是指采用特定技術，使微生物菌種在長時間內保持活性、不發(fā)生衰退或死亡的方法，核心是降低菌株的代謝速率，使其處于“休眠狀態(tài)”，從而減少基因突變和性狀改變的概率。
常用保藏方法對比（按保藏時間和適用范圍）
保藏方法 原理 保藏時間 適用菌株類型 優(yōu)點 缺點
斜面低溫保藏法 低溫（4℃）抑制代謝 1-3 個月 細菌、酵母菌、霉菌短期保藏 操作簡單、成本低、易復蘇 保藏時間短、需頻繁傳代，易衰退
液體石蠟保藏法 石蠟隔絕氧氣，低溫抑制代謝 6-12 個月 酵母菌、霉菌、部分細菌 延長保藏時間，減少傳代次數(shù) 石蠟易污染，對需氧菌不適用
冷凍干燥保藏法 低溫（-70℃或真空）+ 脫水，徹底休眠 5-10 年 絕大多數(shù)微生物 保藏時間長、存活率高、便于運輸 設備昂貴、操作復雜
液氮超低溫保藏法 液氮（-196℃）下代謝完全停止 10 年以上 所有微生物（包括動植物細胞） 保藏效果最佳、無衰退風險 成本高、需定期補充液氮
四、三者的關系與應用建議
預防優(yōu)先：菌種管理的核心是“保藏為主，復壯為輔”。通過選擇合適的保藏方法（如長期保藏用冷凍干燥法，短期用斜面低溫法），減少傳代次數(shù)，從源頭避免衰退。
及時干預：一旦發(fā)現(xiàn)菌種出現(xiàn)衰退跡象（如產量下降、形態(tài)改變），需立即通過分離純化或選擇培養(yǎng)基法進行復壯，避免衰退加劇。
循環(huán)管理：復壯后的菌種需及時進行保藏，避免再次傳代導致衰退；保藏的菌種在復蘇后，需先進行性能檢測，確認無衰退后再用于生產或研究。
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