CN114456918A - 一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置与方法 - Google Patents

一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置，由多个串联的高压微生物富集培养釜组成；高压微生物富集培养釜上设置有可拆卸密封盖和连接取样阀组，其内部设置有传感器组；每个高压微生物富集培养釜均安置在高低温水浴容器中；本发明还提出一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化方法，应用一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置实现，其可以实现深海嗜压菌等极端条件下生活的微生物在原位生活的压力和温度条件下进行富集培养，有效的提高深海微生物的富集培养成功率；同时，通过多层级的富集和稀释纯化培养过程，可得到纯度较高的深海微生物种群，为深海工程菌的开发提供重要的基础技术手段。

Description

一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置与方法
技术领域
本发明涉及海洋微生物技术领域，特别是涉及一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置与方法。
背景技术
微生物是海洋中数量最多的生物。由于环境的独特性，深海极端微生物往往产生具有独特活性的生物大分子(极端酶)与小分子，与陆源生物活性物质结构、功能迥异。
嗜压微生物是深海生态系统中的重要类群，一些严格嗜压菌在常压环境不能生长。研究深海嗜压微生物，有助于阐明微生物适应高压环境的机制。同时，深海微生物在适应环境的过程中，进化出独特的代谢途径，能产生特殊的代谢产物，具有重要的工业和工程应用价值。研究深海嗜压微生物的极端环境生存策略还提高了对生命适应极端环境的认识和理解，为探索生命的起源及生命的演化带来了新的窗口。
由于深海微生物脱离其在深海原位生存的高压环境后，在常压环境下分离与培养异常困难，因此，高压环境的培养装置，尤其是能低功耗增强传质作用，提高培养效率的富集培养装置成为了富集和培养深海微生物必不可少的重要手段。
现有技术公开了一种方便取液的厌氧微生物高压培养装置，该培养装置包括培养管本体，培养管本体包括高管端、水平端和低管端，高管端与低管端并列平行设置，水平端连接高管端和低管端，低管端的管道内径大于高管端和水平端的管道内径，低管端的上部侧壁设置出液口，出液口上安装阀门。本方案提供的厌氧微生物高压培养装置虽然具备在高压环境下取液方便，取出的液体中渣物较少的优点，但其并无法提高微生物的富集培养成功率，无法获取高纯度的微生物种群。
发明内容
本发明为了解决以上至少一种技术缺陷，提供一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置与方法，有效提高深海微生物的富集培养成功率，且可得到纯度较高的深海微生物种群，为深海工程菌的开发提供重要的基础技术手段。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置，包括数据采集与控制系统，富集与多层级纯化装置由多个串联的高压微生物富集培养釜组成；所述高压微生物富集培养釜上设置有可拆卸密封盖和连接取样阀组，其内部设置有传感器组；每个高压微生物富集培养釜均安置在高低温水浴容器中，通过与水浴系统的热交换作用，维持高压微生物富集培养釜内的恒温状态；其中：
所述可拆卸密封盖用于方便对高压微生物富集培养釜内部进行灭菌操作和放入培养底物；所述连接取样阀组用于各个高压微生物富集培养釜的连接与取样，并用于向高压微生物富集培养釜内输入液体或气体以增加高压微生物富集培养釜内的压力，令高压微生物富集培养釜内的压力值与深海实际情况一致；所述传感器组用于实时监测高压微生物富集培养釜内的温度和压力变化情况，并将信号输送至所述数据采集与控制系统；所述高低温水浴容器用于维持高压微生物富集培养釜内的恒温状态，其控制端与所述数据采集与控制系统电性连接。
上述方案中，可拆卸密封盖的结构为旋转卡扣结构，采用快开连接方式且大口径设置方便迅速装入沉积物和培养液体，且培养结束后便于打开和清洗，方便进行下一次实验。
上述方案中，可以根据微生物在深海环境生活的压力、温度环境条件，构建与其原味环境条件一致的高压和极端低温环境条件一致的富集培养装置，能够实时取样分析，检测内置环境参数变化，方便进行调整培养过程，对菌落培养具备普适性。
上述方案中，通过多个串联的高压微生物富集培养釜实现微生物的多层级富集纯化，首个高压微生物富集培养釜作为第一级，在高压环境条件下进行富集，第二级高压微生物富集培养釜则将第一级富集培养的菌液通过保压转移至第二级高压微生物富集培养釜中，以此类推，按照浓度梯度稀释，第四级高压微生物富集培养釜中获得得微生物菌液将为较高纯化的高压环境条件下富集的功能型微生物；通过增加高压微生物富集培养釜的层级数在一定程度上可以增加得到的微生物菌液的纯化度。其中，保压转移可以通过微注泵将前级培养釜中的富集液通过连接取样阀组取出，然后泵入到后级的培养釜中实现；也可以将后级培养釜的压力增压至略小于前级培养釜，然后打开前级培养釜与后级培养釜之间的连接取样阀组，微生物富集液将在微小压力差条件下，自动地从前级培养釜进入后级培养釜中进行纯化培养。
在整个多级富集与纯化培养的过程中，高压微生物富集培养釜内的温度、压力环境条件都与微生物在深海的环境条件一直，保证富集培养的有效性。整个培养过程的各项参数条件将通过数据采集与控制系统进行数据采集、集成、现实和控制。
其中，在所述高压微生物富集培养釜上还设置有搅拌杆；所述搅拌杆用于高压微生物富集培养釜在培养过程增强基质的反应过程。
上述方案中，搅拌杆可通过间歇式手动搅拌增强传质，也可根据需要放置增强型连续或者间歇式搅拌杆，用于在培养过程中，增强基质的反应过程，增加微生物的能量和营养供给，提高培养效率。
上述方案是一种增强传质型的深海微生物富集培养装置，通过搅拌杆进行搅拌，可增强培养过程中的传质作用，优化培养过程；同时，其可进行多层级的稀释纯化培养，得到纯度较高的深海微生物，为深海功能菌和工程菌的研发提供基础技术支持。
其中，所述传感器组包括温度传感器和压力传感器；所述温度传感器用于实时监测高压微生物富集培养釜内的温度变化情况；所述压力传感器用于实时监测高压微生物富集培养釜内的压力变化情况；温度传感器信号输出端、压力传感器信号输出端均与所述数据采集与控制系统信号输入端电性连接。
其中，所述连接取样阀组包括进液阀、进气阀、取样阀、放空阀和出液阀；其中：高压微生物富集培养釜之间通过所述出液阀、进液阀进行串联，前一级高压微生物富集培养釜出液阀与后一级高压微生物富集培养釜进液阀连接；进气阀用于向高压微生物富集培养釜内输入气体以增加高压微生物富集培养釜内的压力，令高压微生物富集培养釜内的压力值与深海实际情况一致；放空阀用于排出高压微生物富集培养釜内的气体以降低高压微生物富集培养釜内的压力；取样阀用于对高压微生物富集培养釜内的微生物进行实时取样分析。
其中，所述高低温水浴容器上设置水浴温度监测装置，用于对高低温水浴容器内的水温进行温度监测，其信号输出端与所述数据采集与控制系统电性连接。
其中，所述富集与多层级纯化装置还包括增压系统；所述增压系统通过所述连接取样阀组与所述高压微生物富集培养釜连接，其控制端与所述数据采集与控制系统电性连接。
其中，所述富集与多层级纯化装置还包括移动平台；所述富集与多层级纯化装置放置在所述移动平台上，用于增加培养场景的普适性。
移动平台令富集与多层级纯化装置具有可移动性，对培养环境具有较强的普适性，可移动至海洋科考船等野外作业平台，方便对户外采集的含微生物样品及时进行富集和培养。
本方案还提供一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化方法，应用如上文所述的一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置实现，首先需要将多个高压微生物富集培养釜进行进行编号，首个高压微生物富集培养釜作为富集培养室，其他高压微生物富集培养釜按照连接的位置分为一号分离纯化培养室、二号分离纯化培养室……；然后具体执行以下步骤：
S1：向富集培养室中装入待培养的底物如深海沉积物、与微生物共生的宏生物组织及提取液等，并向各个分离培养室中倒入预先封装好的无菌液体培养基；
S2：通过进液阀向富集培养室中装入培养需要的培养液，然后打开进气阀注入培养所需要的气体(若不需要可注入惰性气体)，使得富集培养室内的压力值增加至与深海实际环境一致；
S3：通过富集培养室进行深海微生物的富集培养，待富集培养完成后，在一号分离纯化培养室中注入培养需要的培养液并进行注气增压，使一号分离纯化培养室内的压力略小于富集培养室内的压力；培养液的量需要保证微生物菌液从富集培养室的浓度到一号分离纯化培养室按照一定比例进行稀释；
S4：打开富集培养室的出液阀和一号分离纯化培养室的进液阀，在压力差的情况下，富集培养室内的微生物菌液被保压转移到一号分离纯化培养室中，在一号分离纯化培养室内进行纯化培养，直至压力平衡；
S5：以此类推，待一号分离纯化培养室纯化培养后，将一号分离纯化培养室内的微生物菌液保压转移到二号分离纯化培养室内进行纯化培养……；直至微生物菌液的浓度符合要求，完成微生物富集与多层级纯化过程；
其中，在整个微生物富集与多层级纯化过程中，通过高低温水浴容器令所有高压微生物富集培养釜维持在低温状态。
上述方案中，需要先对所有高压微生物富集培养釜及其附带管阀件进行灭菌处理。
其中，步骤S3在富集培养室进行深海微生物的富集培养的过程中或步骤S5 微生物菌液在纯化培养过程中，通过搅拌杆进行搅拌，增加传质作用，优化培养进程。
其中，在微生物富集与多层级纯化过程中，根据具体培养的微生物种群，通过调整各层级间的压力差以达到调整稀释比例的目的。
本方案提出在深海高压和极端温度(低温/高温)条件下对深海微生物进行富集，相对于普通常压的富集培养过程，可有效增加深海嗜压菌等依赖深海极端环境条件下微生物的富集能力；同时，本方案提出增强传质型的培养装置，通过增加搅拌杆等强化传质部件，增加深海微生物利用营养物质的效率，从而有效的提高富集培养能力。
本方案通过对富集培养的深海微生物进行多层级纯化培养，且整个流程在保压、保温的环境条件下进行，能够在深海原位的压力和温度条件下得到纯度较高的深海微生物菌群，对筛选耐压菌、深海污染物降解菌等特殊功能均提供重要的装置与技术方法。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出了一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置与方法，可以实现深海嗜压菌等极端条件下生活的微生物在原位生活的压力和温度条件下进行富集培养，有效的提高深海微生物的富集培养成功率；同时，通过多层级的富集和稀释纯化培养过程，可得到纯度较高的深海微生物种群，为深海工程菌的开发提供重要的基础技术手段。
附图说明
图1为本发明所述装置的整体结构示意图；
图2为本发明所述高压微生物富集培养釜结构示意图；
图3为本发明所述数据采集与控制系统电路连接示意图；
图4为本发明所述高压环境深海微生物富集与多层级纯化方法流程示意图；
其中：1、数据采集与控制系统；2、高压微生物富集培养釜；21、可拆卸密封盖；22、传感器组；221、温度传感器；222、压力传感器；23、高低温水浴容器；231、水浴温度监测装置；24、搅拌杆；25、进液阀；26、进气阀；27、取样阀；28、放空阀；29、出液阀；3、增压系统；4、移动平台；101、富集培养室；102、一号分离纯化培养室；103、一号分离纯化培养室。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
本实施例为完整的使用示例，内容较丰富
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1、图2、图3所示，一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置，包括数据采集与控制系统1，富集与多层级纯化装置由多个串联的高压微生物富集培养釜2组成；所述高压微生物富集培养釜2上设置有可拆卸密封盖21和连接取样阀组，其内部设置有传感器组22，可拆卸密封盖21设计方便放入培养底物和灭菌操作处理；每个高压微生物富集培养釜2均安置在高低温水浴容器23 中；其中：所述可拆卸密封盖21用于方便对高压微生物富集培养釜2内部进行灭菌操作和放入培养底物；所述连接取样阀组用于各个高压微生物富集培养釜2 的连接与取样，并用于向高压微生物富集培养釜2内输入液体或气体以增加高压微生物富集培养釜2内的压力，令高压微生物富集培养釜2内的压力值与深海实际情况一致；所述传感器组22用于实时监测高压微生物富集培养釜2内的温度和压力变化情况，并将信号输送至所述数据采集与控制系统1；所述高低温水浴容器23用于维持高压微生物富集培养釜2内的恒温状态，其控制端与所述数据采集与控制系统1电性连接。
在具体实施过程中，可拆卸密封盖21的结构为旋转卡扣结构，采用快开连接方式且大口径设置方便迅速装入沉积物和培养液体，且培养结束后便于打开和清洗，方便进行下一次实验。
在具体实施过程中，可以根据微生物在深海环境生活的压力、温度环境条件，构建与其原味环境条件一致的高压和极端低温环境条件一致的富集培养装置，能够实时取样分析，检测内置环境参数变化，方便进行调整培养过程，对菌落培养具备普适性。
在具体实施过程中，通过多个串联的高压微生物富集培养釜2实现微生物的多层级富集纯化，首个高压微生物富集培养釜2作为第一级，在高压环境条件下进行富集，第二级高压微生物富集培养釜2则将第一级富集培养的菌液通过保压转移至第二级高压微生物富集培养釜2中，以此类推，按照浓度梯度稀释，第四级高压微生物富集培养釜2中获得得微生物菌液将为较高纯化的高压环境条件下富集的功能型微生物；通过增加高压微生物富集培养釜2的层级数在一定程度上可以增加得到的微生物菌液的纯化度。其中，保压转移可以通过微注泵将前级培养釜中的富集液通过连接取样阀组取出，然后泵入到后级的培养釜中实现；也可以将后级培养釜的压力增压至略小于前级培养釜，然后打开前级培养釜与后级培养釜之间的连接取样阀组，微生物富集液将在微小压力差条件下，自动地从前级培养釜进入后级培养釜中进行纯化培养。
在整个多级富集与纯化培养的过程中，高压微生物富集培养釜2内的温度、压力环境条件都与微生物在深海的环境条件一直，保证富集培养的有效性。整个培养过程的各项参数条件将通过数据采集与控制系统1进行数据采集、集成、现实和控制。
更具体的，在所述高压微生物富集培养釜2上还设置有搅拌杆24；所述搅拌杆24用于高压微生物富集培养釜2在培养过程增强基质的反应过程，增加深海嗜甲烷菌的碳源和能源利用过程。
在具体实施过程中，搅拌杆24可通过间歇式手动搅拌增强传质，也可根据需要放置增强型连续或者间歇式搅拌杆24，用于在培养过程中，增强基质的反应过程，增加微生物的能量和营养供给，提高培养效率。
本实施例是一种增强传质型的深海微生物富集培养装置，通过搅拌杆24进行搅拌，可增强培养过程中的传质作用，优化培养过程；同时，其可进行多层级的稀释纯化培养，得到纯度较高的深海微生物，为深海功能菌和工程菌的研发提供基础技术支持。
更具体的，所述传感器组22包括温度传感器221和压力传感器222；所述温度传感器221用于实时监测高压微生物富集培养釜2内的温度变化情况；所述压力传感器222用于实时监测高压微生物富集培养釜2内的压力变化情况；温度传感器221信号输出端、压力传感器222信号输出端均与所述数据采集与控制系统 1信号输入端电性连接。
更具体的，所述连接取样阀组包括进液阀25、进气阀26、取样阀27、放空阀28和出液阀29；其中：高压微生物富集培养釜2之间通过所述出液阀29、进液阀25进行串联，前一级高压微生物富集培养釜2出液阀29与后一级高压微生物富集培养釜2进液阀25连接；进气阀26用于向高压微生物富集培养釜2内输入气体以增加高压微生物富集培养釜2内的压力，令高压微生物富集培养釜2内的压力值与深海实际情况一致；放空阀28用于排出高压微生物富集培养釜2内的气体以降低高压微生物富集培养釜2内的压力；取样阀27用于对高压微生物富集培养釜2内的微生物进行实时取样分析。
更具体的，所述高低温水浴容器23上设置水浴温度监测装置231，用于对高低温水浴容器23内的水温进行温度监测，其信号输出端与所述数据采集与控制系统1电性连接。
更具体的，所述高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置还包括增压系统 3；所述增压系统3通过所述连接取样阀组与所述高压微生物富集培养釜2连接，其控制端与所述数据采集与控制系统1电性连接。
更具体的，所述高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置还包括移动平台 4；所述富集与多层级纯化装置放置在所述移动平台4上，用于增加培养场景的普适性。
在具体实施过程中，移动平台4令富集与多层级纯化装置具有可移动性，对培养环境具有较强的普适性，可移动至海洋科考船等野外作业平台，方便对户外采集的含微生物样品及时进行富集和培养。
实施例2
更具体的，在实施例1的基础上，如图4所示，一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化方法，应用一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置实现，首先将多个高压微生物富集培养釜2进行进行编号，首个高压微生物富集培养釜2作为富集培养室，其他高压微生物富集培养釜2按照连接的位置分为一号分离纯化培养室、二号分离纯化培养室……；然后具体执行以下步骤：
S1：向富集培养室中装入待培养的底物并向各个分离培养室中倒入预先封装好的无菌液体培养基；
S2：通过进液阀25向富集培养室中装入培养需要的培养液，然后打开进气阀26注入培养所需要的气体，使得富集培养室内的压力值增加至与深海实际环境一致；
S3：通过富集培养室进行深海微生物的富集培养，待富集培养完成后，在一号分离纯化培养室中注入培养需要的培养液并进行注气增压，使一号分离纯化培养室内的压力略小于富集培养室内的压力；
S4：打开富集培养室的出液阀29和一号分离纯化培养室的进液阀25，在压力差的情况下，富集培养室内的微生物菌液被保压转移到一号分离纯化培养室中，在一号分离纯化培养室内进行纯化培养，直至压力平衡；
S5：以此类推，待一号分离纯化培养室纯化培养后，将一号分离纯化培养室内的微生物菌液保压转移到二号分离纯化培养室内进行纯化培养……；直至微生物菌液的浓度符合要求，完成微生物富集与多层级纯化过程；
其中，在整个微生物富集与多层级纯化过程中，通过高低温水浴容器23令所有高压微生物富集培养釜2维持在低温状态。
在具体实施过程中，需要先对所有高压微生物富集培养釜2及其附带管阀件进行灭菌处理。
更具体的，步骤S3在富集培养室进行深海微生物的富集培养的过程中或步骤S5微生物菌液在纯化培养过程中，通过搅拌杆24进行搅拌，增加传质作用，优化培养进程。
更具体的，在微生物富集与多层级纯化过程中，根据具体培养的微生物种群，通过调整各层级间的压力差以达到调整稀释比例的目的。
本实施例提出在深海高压和极端温度(低温/高温)条件下对深海微生物进行富集，相对于普通常压的富集培养过程，可有效增加深海嗜压菌等依赖深海极端环境条件下微生物的富集能力；同时，本方案提出增强传质型的培养装置，通过增加搅拌杆等强化传质部件，增加深海微生物利用营养物质的效率，从而有效的提高富集培养能力。
本实施例通过对富集培养的深海微生物进行多层级纯化培养，且整个流程在保压、保温的环境条件下进行，能够在深海原位的压力和温度条件下得到纯度较高的深海微生物菌群，对筛选耐压菌、深海污染物降解菌等特殊功能均提供重要的装置与技术方法。
本实施例提出了一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置与方法，可以实现深海嗜压菌等极端条件下生活的微生物在原位生活的压力和温度条件下进行富集培养，有效的提高深海微生物的富集培养成功率；同时，通过多层级的富集和稀释纯化培养过程，可得到纯度较高的深海微生物种群，为深海工程菌的开发提供重要的基础技术手段。
实施例3
为了更充分说明本方案的实现过程和技术效果，在实施例1和实施例2的基础上，本实施例提供一种深海甲烷渗漏区的嗜甲烷菌的高压环境富集、纯化培养装置与方法。如图1、图2所示，构建与深海嗜甲烷菌原位环境条件一致的高压、低温环境条件一致的富集培养装置，并且具备增强传质的操作方法，且能实时取样分析，检测内置环境参数变化，方便进行调整培养过程，是本实例能实现的关键。如图1所指示，本实例涉及的高压微生物富集培养釜2主要包括可拆卸密封盖21及其附属配件。高压微生物富集培养釜2本体为直径70mm，高度120mm 的圆柱体结构。可拆卸密封盖21设计方便放入培养底物和灭菌操作处理。高压微生物富集培养釜2顶部设计有间歇式手动搅拌杆24来增强传质作用，增加深海嗜甲烷菌的碳源和能源利用过程。高压微生物富集培养釜2本体安装有压力传感器222、温度传感器221，实时监测高压微生物富集培养釜2内的温度和压力变化。高压微生物富集培养釜2的恒温条件维持主要是通过高低温水浴容器23，水浴的温度控制范围为-20至80℃，通过高压微生物富集培养釜2与高/低温水浴高低温水浴容器23的热交换作用，维持高压微生物富集培养釜2内的低温状态。本实例在深海嗜甲烷菌的培养过程中，将温度范围设置为4-6℃。
高压微生物富集培养釜2的顶部设置有进气阀26和进液阀25，通过它们注入嗜甲烷菌培养需要的甲烷气体和液体来向密闭式培养腔内增压，实现培养腔内的压力值增加至深海环境的压力值14MPa。在本实例中，需要富集培养的微生物主要以甲烷为碳源。高压微生物富集培养釜2设置有取样阀27，用于对富集过程中取样进行分析检测，以便进行相应的环境参数调整，优化富集培养的流程。整个培养过程中的各项参数条件将通过数据采集与控制系统1进行数据采集、集成和显示。
本实例涉及的多层级高压环境深海微嗜甲烷菌富集纯化装置主要是在前述增强传质型高压培养装置的基础上，将上述四个装置进行串联，如图2所示。整套装置底部加装移动平台4，增加培养场景的普适性，能够用于科考船等户外场景。多层级富集纯化的第一级为前述的用于微生物在进行富集的菌液，第二级纯化则将第一级富集培养的菌液通过保压转移至一号分离纯化培养室中，以此类推，按照浓度梯度稀释，三号分离纯化培养室中获得的深海嗜甲烷菌液将为高度纯化的微生物菌群。保压转移可以可以将后级培养装置的压力增压至为 13.5MPa，然后开启前级培养装置的取样阀27和后级装置的进液，微生物富集液将在微小压力差条件下，自动地从前级培养装置进入后级培养装置中进行纯化培养，直至压力平衡。在整个多级富集与纯化培养的过程中，培养腔内的温度、压力环境条件保持在14MPa和2-6℃环境。
本实例涉及的深海嗜甲烷菌富集培养方法首先是将高压微生物富集培养釜2 及其附带管阀件进行灭菌处理。灭菌结束后，在无菌操作台上，打开高压微生物富集培养釜2的可拆卸密封盖21，将从1400米水深的深海底获取的甲烷渗漏区的沉积物50g迅速放入培养装置，然后在每个培养装置中倒入预先封装好的 120ml无菌的液体培养基。再迅速封闭培养釜的盖子，此盖子的结构为旋转卡扣结构，是一种快开连接方式。然后通过增压系统3再打开进气阀26往高压微生物富集培养釜2内注入培养需要的甲烷气体至14MPa。在培养的过程中，通过顶部的手动搅拌杆24进行搅拌，增加传质作用，优化培养进程。在整个富集培养过程中高压微生物富集培养釜2内的温度控制在2-4℃，且整个环境主要以甲烷为唯一碳源对嗜甲烷菌进行定向富集培养。
本实例涉及的深海嗜甲烷菌富集纯化方法首先是将多层级的高压微生物富集培养釜2及其附带管阀件进行灭菌处理，待高压微生物富集培养釜2培养过程完成后，在一号分离纯化培养室中注入培养需要的营养液，并通过增压系统3向培养室内装置注气增压至13.5MPa，然后开启高压微生物富集培养釜2底部的出液阀29和一号分离纯化培养室的进液阀25，高压微生物富集培养釜2内的微生物菌液转将被保压转移至一号分离纯化培养室中。以此类推，在三号分离纯化培养室中的微生物将达到高度纯化状态，当中的深海微生物菌液浓度达到106以上，可认为达到了较好的纯化状态。针对具体培养的微生物类群，可调整各层级间的压力差以达到调整稀释比例的目的。
本实施例提出了一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置与方法，可以实现深海嗜压菌等极端条件下生活的微生物在原位生活的压力和温度条件下进行富集培养，有效的提高深海微生物的富集培养成功率；同时，通过多层级的富集和稀释纯化培养过程，可得到纯度较高的深海微生物种群，为深海工程菌的开发提供重要的基础技术手段。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置，包括数据采集与控制系统(1)，其特征在于，富集与多层级纯化装置由多个串联的高压微生物富集培养釜(2)组成；所述高压微生物富集培养釜(2)上设置有可拆卸密封盖(21)和连接取样阀组，其内部设置有传感器组(22)；每个高压微生物富集培养釜(2)均安置在高低温水浴容器(23)中；其中：
所述可拆卸密封盖(21)用于方便对高压微生物富集培养釜(2)内部进行灭菌操作和放入培养底物；
所述连接取样阀组用于各个高压微生物富集培养釜(2)的连接与取样，并用于向高压微生物富集培养釜(2)内输入液体或气体以增加高压微生物富集培养釜(2)内的压力，令高压微生物富集培养釜(2)内的压力值与深海实际情况一致；
所述传感器组(22)用于实时监测高压微生物富集培养釜(2)内的温度和压力变化情况，并将信号输送至所述数据采集与控制系统(1)；
所述高低温水浴容器(23)用于维持高压微生物富集培养釜(2)内的恒温状态，其控制端与所述数据采集与控制系统(1)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置，其特征在于，在所述高压微生物富集培养釜(2)上还设置有搅拌杆(24)；所述搅拌杆(24)用于高压微生物富集培养釜(2)在培养过程增强基质的反应过程。
3.根据权利要求1所述的一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置，其特征在于，所述传感器组(22)包括温度传感器(221)和压力传感器(222)；所述温度传感器(221)用于实时监测高压微生物富集培养釜(2)内的温度变化情况；所述压力传感器(222)用于实时监测高压微生物富集培养釜(2)内的压力变化情况；温度传感器(221)信号输出端、压力传感器(222)信号输出端均与所述数据采集与控制系统(1)信号输入端电性连接。
4.根据权利要求2所述的一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置，其特征在于，所述连接取样阀组包括进液阀(25)、进气阀(26)、取样阀(27)、放空阀(28)和出液阀(29)；其中：
高压微生物富集培养釜(2)之间通过所述出液阀(29)、进液阀(25)进行串联，前一级高压微生物富集培养釜(2)出液阀(29)与后一级高压微生物富集培养釜(2)进液阀(25)连接；
进气阀(26)用于向高压微生物富集培养釜(2)内输入气体以增加高压微生物富集培养釜(2)内的压力，令高压微生物富集培养釜(2)内的压力值与深海实际情况一致；
放空阀(28)用于排出高压微生物富集培养釜(2)内的气体以降低高压微生物富集培养釜(2)内的压力；
取样阀(27)用于对高压微生物富集培养釜(2)内的微生物进行实时取样分析。
5.根据权利要求4所述的一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置，其特征在于，所述高低温水浴容器(23)上设置水浴温度监测装置(231)，用于对高低温水浴容器(23)内的水温进行温度监测，其信号输出端与所述数据采集与控制系统(1)电性连接。
6.根据权利要求5所述的一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置，其特征在于，还包括增压系统(3)；所述增压系统(3)通过所述连接取样阀组与所述高压微生物富集培养釜(2)连接，其控制端与所述数据采集与控制系统(1)电性连接。
7.根据权利要求6所述的一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置，其特征在于，还包括移动平台(4)；所述富集与多层级纯化装置放置在所述移动平台(4)上，用于增加培养场景的普适性。
8.一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化方法，其特征在于，应用如权利要求7所述的一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置实现，首先将多个高压微生物富集培养釜(2)进行进行编号，首个高压微生物富集培养釜(2)作为富集培养室，其他高压微生物富集培养釜(2)按照连接的位置分为一号分离纯化培养室、二号分离纯化培养室……；然后具体执行以下步骤：
S1：向富集培养室中装入待培养的底物并向各个分离培养室中倒入预先封装好的无菌液体培养基；
S2：通过进液阀(25)向富集培养室中装入培养需要的培养液，然后打开进气阀(26)注入培养所需要的气体，使得富集培养室内的压力值增加至与深海实际环境一致；
S3：通过富集培养室进行深海微生物的富集培养，待富集培养完成后，在一号分离纯化培养室中注入培养需要的培养液并进行注气增压，使一号分离纯化培养室内的压力略小于富集培养室内的压力；
S4：打开富集培养室的出液阀(29)和一号分离纯化培养室的进液阀(25)，在压力差的情况下，富集培养室内的微生物菌液被保压转移到一号分离纯化培养室中，在一号分离纯化培养室内进行纯化培养，直至压力平衡；
S5：以此类推，待一号分离纯化培养室纯化培养后，将一号分离纯化培养室内的微生物菌液保压转移到二号分离纯化培养室内进行纯化培养……；直至微生物菌液的浓度符合要求，完成微生物富集与多层级纯化过程；
其中，在整个微生物富集与多层级纯化过程中，通过高低温水浴容器(23)令所有高压微生物富集培养釜(2)维持在低温状态。
9.根据权利要求8所述的一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化方法，其特征在于，步骤S3在富集培养室进行深海微生物的富集培养的过程中或步骤S5微生物菌液在纯化培养过程中，通过搅拌杆(24)进行搅拌，增加传质作用，优化培养进程。
10.根据权利要求8所述的一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化方法，其特征在于，在微生物富集与多层级纯化过程中，根据具体培养的微生物种群，通过调整各层级间的压力差以达到调整稀释比例的目的。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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