CN219385164U - 一种用于菌种驯化的自动驯化装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及生物技术领域，特别涉及一种用于菌种驯化的自动驯化装置。本申请提供了一种用于菌种驯化的自动驯化装置，包括：培养液储存池、驯化剂储存池、菌种驯化池、液体泵、诱变射线发射元件、检测元件和控制元件；培养液储存池主要用于驯化菌种所需的培养基；菌种驯化池主要用于菌株培养；驯化剂储存池主要用于将驯化剂输入菌种驯化池中对菌种进行驯化；诱变射线发射元件用于发射具有诱变功能的紫外光和微波对菌种驯化池中的菌种进行诱变。本装置通过在驯化剂、紫外光和微波三重因素下对菌种驯化池中的菌种进行诱变和驯化，实现对菌种进行自动驯化，得到耐酸、耐碱、耐高温、耐高盐、耐抑制剂、耐高浓度底物等性能的菌种。

Description

一种用于菌种驯化的自动驯化装置

技术领域

本申请涉及菌种驯化技术领域，特别涉及一种用于菌种驯化的自动驯化装置。

背景技术

菌种驯化一般是指通过人工措施使微生物逐步适应某一条件，而定向选育微生物的方法。通过驯化可以取得具有较高耐受力及活动能力的菌株，驯化常于废水处理中微生物的选育，对某种污染物具有较高的降解能力的高效菌株。微生物驯化就是驯化微生物的行为。在细菌培养基中循序渐进的加入靶向环境的材料或基质，让细菌逐渐适应并依赖靶向环境的材料或基质，从而达到改善或改变环境中的有效成分的目的。驯化方法一般分为天然驯化和人工驯化，天然驯化比如在某污染地点附近(酸，盐碱或者重金属)，在它周围本来微生物是多种多样的，但是随着污染物对微生物的生长抑制和毒害作用，大部分的被抑制生长或者杀死，只有部分能适应或者产生变异的微生物留下来，成为优势菌群，这就是天然驯化。人工驯化就是在培养过程中，逐步加入某种物质，让细菌循序渐进的适应这个繁殖环境，从而驯化出对此种物质耐受或者能降解的微生物群体和种类。随着合成生物学的快速发展，自然界中已有的菌株和酶已经越来越难以满足工业化应用的需求，且从天然环境中鉴定一株有效的菌株或者酶往往存在耗时长、效率低、成本高、难以工业化应用等问题，因此，科学家们在近些年致力于研究实验室驯化在菌株或酶性能改良上的应用。比如将工程菌驯化成可以利用海水资源的高耐盐菌，从而减轻发酵过程对淡水资源的消耗；或者将工程菌驯化成耐热菌或耐极端pH菌，从而避免发酵过程中的杂菌污染，减少抗生素的使用；又或者将工程菌驯化成可以利用垃圾、秸秆、二氧化碳等废弃物或者废气的菌株，从而实现垃圾的处理和废物废气的重新利用等。但市面上仍缺乏成熟的菌株驯化仪器，限制了合成生物学的发展。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种用于菌种驯化的自动驯化装置，可实现菌株自动驯化的目的。

本申请提供了一种用于菌种驯化的自动驯化装置，所述装置包括：培养液储存池、驯化剂储存池、菌种驯化池、液体泵、诱变射线发射元件、检测元件和控制元件；

所述菌种驯化池设有第一输入管、第二输入管、第三输入管、检测元件插入口和液体输出管；

所述培养液储存池通过所述液体泵与所述第一输入管密封连接；

所述驯化剂储存池通过所述液体泵与所述第二输入管密封连接；

所述检测元件通过所述检测元件插入口密封插入至所述菌种驯化池的底部；

所述诱变射线发射元件的发射口与所述菌种驯化池对齐，使得所述诱变射线发射元件的发射的诱变射线照射所述菌种驯化池内的菌种；

所述控制元件分别与所述检测元件和所述液体泵连接。

在一些实施例中，所述自动驯化装置还包括搅拌元件，所述搅拌元件设置在所述菌种驯化池的内部。

在一些实施例中，所述搅拌元件为旋桨式搅拌器或磁力搅拌器；优选为磁力搅拌器。

在一些实施例中，所述自动驯化装置还包括加热元件；所述加热元件与所述菌种驯化池连接。

在一些实施例中，所述自动驯化装置还包括废弃液体容器，所述液体输出管通过所述液体泵与所述废弃液体容器密封连接。

在一些实施例中，所述诱变射线发射元件包括微波发射器和紫外线发射器；所述诱变射线发射元件的发射口可发射微波或/和紫外线。

在一些实施例中，所述检测元件为OD探头、pH探头、拉曼探头、生物传感器探头、溶氧量探头或者荧光探头中的一种或多种。

在一些实施例中，所述控制元件用于收集菌种驯化池内液体的理化数据，根据所述数据和预置计算模型得到所述液体泵的流速，输出控制所述液体泵的指令并控制所述液体泵。

具体的，所述控制元件包括：获取数据单元、计算液体泵流速单元和液体泵控制单元；

所述获取数据单元，具体用于获取所述检测元件收集的数据，具体为菌种驯化池内液体的理化数据；

计算液体泵流速单元，具体用于根据所述数据和预置计算模型得到所述液体泵的流速；

液体泵控制单元，具体用于根据所述流速输出控制液体泵的指令以控制所述液体泵的运行。

在一些实施例中，所述培养液储存池储存有菌种所需的培养基；所述驯化剂储存池储存有用于菌种驯化的试剂。

在一些实施例中，所述液体泵选自恒速泵和控速泵；

所述培养液储存池通过所述恒速泵与所述第一输入管密封连接；

所述驯化剂储存池通过所述控速泵与所述第二输入管密封连接；

所述液体输出管通过所述控速泵与所述废弃液体容器密封连接。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请的自动驯化装置包括培养液储存池、驯化剂储存池、菌种驯化池、液体泵、诱变射线发射元件、检测元件和控制元件；液体泵主要用于控制驯化剂储存池和培养液储存池中将液体加入至菌种驯化池的速度，和驯化后菌种驯化池中菌株的流出速度；培养液储存池主要用于驯化菌种所需的培养基；菌种驯化池主要用于菌株培养；驯化剂储存池主要用于将驯化剂输入菌种驯化池中对菌种进行驯化；诱变射线发射元件用于发射具有诱变功能的紫外光和微波对菌种驯化池中的菌种进行诱变；检测元件用于监控菌种驯化池内液体的理化数据；控制元件根据测元件收集的理化数值以控制液体泵的流速。本装置可以对菌种进行自动驯化，可采用不同的驯化剂驯化得到耐酸、耐碱、耐高温、耐高盐、耐抑制剂、耐高浓度底物等性能的菌种，非常适用于工业化应用。

附图说明

图1为本申请提供的一种用于菌种驯化的自动驯化装置的结构示意图；

图2为本申请提供的另一种用于菌种驯化的自动驯化装置的结构示意图；

图3为图2的恒速泵4-1固定流速测定时信号值与恒速泵4-1流速变化示意图；

图4为图2的菌株驯化过程中信号值以及三个恒流泵流速变化示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

应理解，本申请应用于菌种自动驯化过程，请参阅图1～图2，图1为本申请实施例提供的用于菌种驯化的自动驯化装置的结构示意图，图2为本申请提供的另一种用于菌种驯化的自动驯化装置的结构示意图。如图1～图2所示，自动驯化装置包括：培养液储存池1、驯化剂储存池2、菌种驯化池3、液体泵4、诱变射线发射元件5、检测元件6和控制元件7；

菌种驯化池3设有第一输入管3-1、第二输入管3-2、第三输入管3-3、检测元件插入口和液体输出管3-4；

培养液储存池1通过液体泵4与第一输入管1-1密封连接；

驯化剂储存池2通过液体泵4与第二输入管1-2密封连接；

检测元件6通过检测元件插入口密封插入至菌种驯化池3的底部；

诱变射线发射元件5的发射口与菌种驯化池3对齐，使得诱变射线发射元件5的发射的诱变射线照射菌种驯化池3内的菌种；

控制元件7分别与检测元件6和液体泵4连接。

具体的，培养液储存池1设有培养液进口管1-1和培养液出口管1-2；驯化剂储存池2设有驯化剂进口管2-1和驯化剂出口管2-2；培养液出口管1-2和驯化剂出口管2-2分别设置在培养液储存池1和驯化剂储存池2的底部。

本申请设计了一种用于菌种驯化的自动驯化装置，其中，培养液储存池1主要用于储存驯化菌种所需的培养基；菌种驯化池3主要用于菌株培养；驯化剂储存池2主要用于将驯化剂输入菌种驯化池3中对菌种进行驯化；诱变射线发射元件5用于发射具有诱变功能的紫外光和微波对菌种驯化池3中的菌种进行诱变；检测元件6用于监控菌种驯化池3内液体的理化数据；控制元件7根据测元件通过检测元件6收集菌种驯化池3内液体的理化数值以控制液体泵的流速；液体泵主要用于控制驯化剂储存池2和培养液储存池1中将液体加入至种驯化池3的速度和驯化后种驯化池3中菌株的流出速度。本装置可以对菌种进行自动驯化，使用方法包括：启动装置，通过液体泵将驯化剂储存池2和培养液储存池1中将液体加入至种驯化池3中，诱变射线发射元件5同时启动，菌种驯化池3中的菌种发射具有诱变功能的紫外光和微波，在驯化剂、紫外光和微波三重因素下对菌种驯化池3中的菌种进行诱变和驯化，通过检测元件6检测菌种驯化池3内液体的理化数据，根据该理化数据调整菌种驯化池3的菌种驯化速度。

本申请可根据驯化目的的需要，即菌种需要驯化的方向，如利用酸碱驯化剂进行耐酸碱驯化，使用高盐驯化剂进行耐高盐驯化，使用次丰富培养基(如秸秆提取物、木纤维素、淀粉等)诱导剂进行分解次生物培养基驯化，使用废物废气诱导剂进行利用废物废气驯化，使用抗生素进行耐抗生素驯化等。采用不同的驯化剂驯化得到耐酸、耐碱、耐高温、耐高盐、耐抑制剂、耐高浓度底物等性能的菌种，非常适用于工业化应用。

具体的，自动驯化装置还包括搅拌元件3-5，搅拌元件3-5设置在菌种驯化池3的内部。

具体的，搅拌元件3-5为旋桨式搅拌器或磁力搅拌器。

具体的，自动驯化装置还包括加热元件8；加热元件8与菌种驯化池3连接。加热元件8主要对菌种驯化池3进行加热。加热元件8用于对菌种进行耐高温驯化。

具体的，自动驯化装置还包括废弃液体容器(图中未展示)，液体输出管3-4通过液体泵4与废弃液体容器密封连接。废弃液体容器用于储存来自菌种驯化池3的含有菌种的废弃液体。

具体的，诱变射线发射元件5包括微波发射器和紫外线发射器；诱变射线发射元件5的发射口可发射微波或/和紫外线。诱变射线发射元件5用于对菌种驯化池3中的菌株进行迭代诱变。

具体的，检测元件6为OD探头、pH探头、拉曼探头、生物传感器探头、溶氧量探头或者荧光探头中的一种或多种。

更具体的，检测元件6的类型根据驯化目的的需要，即菌株驯化后的结果，可用多类型检测探头进行组合检测，实现多结果指导的驯化。常用的检测探头为OD值检测探头，用来检测驯化池中菌液的浓度，从而评测诱变后的菌株在需驯化环境中的生长速度，因此这类驯化统称为生长适应性驯化，如高酸碱、高盐、次丰富培养基、抗生素、生长抑制剂等极端环境。pH检测探头可以与OD值检测探头进行联合使用，检测驯化环境中的pH值变化。除此之外，荧光检测探头可以检测驯化过程中荧光产物的产量变化，拉曼检测探头可以检测驯化过程中物质拉曼光谱的变化，生物传感器探头可以检测目标物质在驯化过程中的产量变化。

具体的，控制元件7用于收集菌种驯化池3内液体的理化数据，根据数据和预置计算模型得到液体泵4的流速，输出控制液体泵4的指令并控制液体泵4的运行。

更具体的，检测元件6的信号值最终传送到控制元件7中，控制元件7对信号值进行处理后，最终控制液体泵4的速度来控制驯化速度。控制元件7可以为具有计算和控制功能的计算机。

具体的，培养液储存池1储存有菌种所需的培养基；驯化剂储存池2储存有用于菌种驯化的试剂；菌种驯化池3主要用于菌株培养。

具体的，驯化剂储存池2的驯化剂可以是酸试剂、碱试剂、酶抑制剂、酶底物、高盐溶液、生长抑制剂溶液、抗生素溶液、废水、废液、秸秆提取物等等。

具体的，液体泵4选自恒速泵4-1和控速泵4-2；液体泵4为常用的恒流泵，其主要用于控制驯化剂和培养液的加入速度和驯化后含有菌种液体的流出速度，控制培养液的加入速度的液体泵4为恒速泵4-1，其中控制驯化剂的加入速度和为驯化后含有菌种液体的流出速度的液体泵4为控速泵4-2，控制驯化后含有菌种液体的流出速度的控速泵4-2流速为控制培养液的加入速度的恒速泵4-1和控制驯化剂的加入速度的控速泵4-2的流速总和。

具体的，培养液储存池1通过恒速泵4-1与第一输入管密封连接；

驯化剂储存池2通过控速泵4-2与第二输入管密封连接；

液体输出管3-4通过控速泵4-2与废弃液体容器密封连接。

本装置采用3个液体泵4(恒流泵)，第一个是固定流速的恒速泵4-1，负责将培养液储存池1中的培养液以固定的流速泵入菌种驯化池3中。第二个是可控变速的控速泵4-2，控制驯化剂的加入速度，根据检测元件6的信号值决定控速泵4-2的流速。第三个是设置在液体输出管的可控变速的控速泵4-2，流速是控制培养液泵入菌种驯化池3的恒速泵4-1和控制驯化剂泵入菌种驯化池3的控速泵4-2的流速总和，从而保证菌种驯化池3中的液体始终处于相同的体积，即菌种驯化池3的总进液速度与出液速度相同。

本装置可自动驯化的菌种可以说可以是大肠杆菌、氧化葡萄杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、米曲霉菌等细菌或者菌株，或者动植物细胞、原生质体等。

实施例1

本申请实施例提供了恒速泵4-1流速的流速试验，具体包括：

恒速泵4-1(为培养液储存池与第一输入管3-1之间的恒速泵4-1)负责将培养液储存池1中的培养液泵入到菌种驯化池3中，其流速在整个驯化过程中是恒定的，但根据需要驯化的菌株种类、培养液类型、菌株浓度、生长状态等决定。因此，在驯化前，需要对该恒速泵4-1的流速进行确定。

如图2，将待驯化菌液放入菌种驯化池3中，关闭控速泵4-2(即为驯化剂储存池与第二输入管3-2之间的控速泵4-2，控速泵4-2的流速为0)，此时控速泵4-2(液体输出管3-4与废弃液体容器之间的控速泵4-2)的流速与该恒速泵4-1应保持一致。设定检测元件6信号值阈值，将恒速泵4-1和两个控速泵4-2以最小速度运转。如检测元件6信号超过第一信号阈值时，则根据信号值的大小逐渐提高恒速泵4-1的流速。此时检测元件6信号的增速逐渐平缓，直至不再增加。此时恒速泵4-1的流速即为该驯化条件的固定流速(如图3)。

实施例2

本申请实施例提供了某菌株驯化过程试验，具体包括：

如图4，在驯化开始时，控速泵4-2(为驯化剂储存池与第二输入管3-2之间的控速泵4-2)以最大的速度运转，恒速泵4-1(为培养液储存池与第一输入管3-1之间的恒速泵4-1)以实施例2中获得的流速运转，此时控速泵4-2(为液体输出管3-4与废弃液体容器之间的控速泵4-2)的速度为控速泵4-2(为驯化剂储存池与第二输入管3-2之间的控速泵4-2)和恒速泵4-1(为培养液储存池与第一输入管3-1之间的恒速泵4-1)的流速总和。诱变射线发射元件5开启菌株诱变。由于加入的驯化剂，菌种驯化池3中的菌株生长变慢，而恒速泵4-1的速度仍是实施例2中获得的最佳生长时的流速，所以检测元件6检测信号值会降低。当检测信号值低于第二阈值时，控速泵4-2(为驯化剂储存池与第二输入管3-2之间的控速泵4-2)暂停。恒速泵4-1继续将菌种驯化池3中注入新鲜的培养液以稀释驯化剂，减少驯化剂对菌株的影响。一旦信号值超过第二信号阈值时，控速泵4-2(为驯化剂储存池与第二输入管3-2之间的控速泵4-2)会开启已最小的速度运转。继续添加驯化剂。当菌株突变体开始适应或者利用诱变射线后，信号值会持续超过第一信号阈值，控速泵4-2(为驯化剂储存池与第二输入管3-2之间的控速泵4-2)的速度持续增加。直至信号值达到第二信号阈值，控速泵4-2(为驯化剂储存池与第二输入管3-2之间的控速泵4-2)的速率达到最大。此时说明菌株变体的生长速率在指定驯化剂浓度下已经达到驯化前在理想培养液中的生长速率。随着诱变射线诱变持续增加，信号值超过第二信号阈值并达到第三信号阈值，并不再继续上升，说明菌株变体的生长速率在指定驯化剂浓度下达到最大生长速率，驯化结束，此时，菌种驯化池3中菌株为完成自动驯化后具有特定性能的菌株。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于菌种驯化的自动驯化装置，其特征在于，所述自动驯化装置包括：培养液储存池、驯化剂储存池、菌种驯化池、液体泵、诱变射线发射元件、检测元件和控制元件；

所述菌种驯化池设有第一输入管、第二输入管、第三输入管、检测元件插入口和液体输出管；

所述培养液储存池通过所述液体泵与所述第一输入管密封连接；

所述驯化剂储存池通过所述液体泵与所述第二输入管密封连接；

所述检测元件通过所述检测元件插入口密封插入至所述菌种驯化池的底部；

所述诱变射线发射元件的发射口与所述菌种驯化池对齐，使得所述诱变射线发射元件的发射的诱变射线照射所述菌种驯化池内的菌种；

所述控制元件分别与所述检测元件和所述液体泵连接。

2.根据权利要求1所述的自动驯化装置，其特征在于，所述自动驯化装置还包括搅拌元件，所述搅拌元件设置在所述菌种驯化池的内部。

3.根据权利要求2所述的自动驯化装置，其特征在于，所述搅拌元件为旋桨式搅拌器或磁力搅拌器。

4.根据权利要求1所述的自动驯化装置，其特征在于，所述自动驯化装置还包括加热元件；所述加热元件与所述菌种驯化池连接。

5.根据权利要求1所述的自动驯化装置，其特征在于，所述自动驯化装置还包括废弃液体容器，所述液体输出管通过所述液体泵与所述废弃液体容器密封连接。

6.根据权利要求1所述的自动驯化装置，其特征在于，所述诱变射线发射元件包括微波发射器和紫外线发射器；所述诱变射线发射元件的发射口可发射微波或/和紫外线。

7.根据权利要求1所述的自动驯化装置，其特征在于，所述检测元件为OD探头、pH探头、拉曼探头、生物传感器探头、溶氧量探头或者荧光探头中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的自动驯化装置，其特征在于，所述控制元件用于收集菌种驯化池内液体的理化数据，根据所述数据和预置计算模型得到所述液体泵的流速，输出控制所述液体泵的指令并控制所述液体泵。

9.根据权利要求1所述的自动驯化装置，其特征在于，所述培养液储存池储存有菌种所需的培养基；所述驯化剂储存池储存有用于菌种驯化的试剂。

10.根据权利要求5所述的自动驯化装置，其特征在于，所述液体泵选自恒速泵和控速泵；

所述培养液储存池通过所述恒速泵与所述第一输入管密封连接；

所述驯化剂储存池通过所述控速泵与所述第二输入管密封连接；

所述液体输出管通过所述控速泵与所述废弃液体容器密封连接。