好氧發(fā)酵中海水和動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)生物顯微鏡

  在大多數(shù)發(fā)酵中，pH可發(fā)生顯著變化。通常，氮源的特性是重
要的。如果銨是唯一的氮源，微生物利用銨的結(jié)果使氫離子被釋放
到培養(yǎng)基中，結(jié)果導(dǎo)致pH’降低。如果硝酸鹽是唯一的氮源，由于
硝酸鹽還原成氨時(shí)消耗培養(yǎng)基中的氫離子，結(jié)果導(dǎo)致pH升高。還有
，pH也由于有機(jī)酸的產(chǎn)生、酸(特別是氨基酸)的利用或堿的生成而
發(fā)生變化。在一些體系中(例如海水和動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng))，二氧化碳
的釋放和供應(yīng)能大大改變pH。因此，通過緩沖液或靈敏的pH控制系
統(tǒng)對(duì)pH加以控制是重要的。
  在好氧發(fā)酵中溶氧(DO)是一種重要的底物，而且因?yàn)檠鯕庠谒?br>中是難溶解的，它也可能是一種限制性的底物。在高細(xì)胞濃度下，
氧的消耗速率可能超過了氧的供應(yīng)速率，這可導(dǎo)致氧的限制。當(dāng)氧
成為限速因素時(shí)，比生長(zhǎng)速率隨溶氧濃度按照飽和動(dòng)力學(xué)規(guī)律發(fā)生
變化；低于臨界濃度時(shí)，生長(zhǎng)或呼吸與溶氧濃度近似一級(jí)速率關(guān)系
。重要的是要記住，盡管恒定的細(xì)胞組成和平衡生長(zhǎng)在指數(shù)生長(zhǎng)期
占優(yōu)勢(shì)，但細(xì)胞組成和生物合成能力對(duì)新的生長(zhǎng)條件進(jìn)行響應(yīng)而變
化(非平衡生長(zhǎng))。如果減速生長(zhǎng)期是由于底物耗盡而不是因?yàn)槎疚?br>的抑制引起的，那么生長(zhǎng)速率的減緩就與底物濃度的降低相關(guān)。在
穩(wěn)定期和死亡期，個(gè)體中特性的分布是很重要的(例如隱蔽性死亡)
。這些動(dòng)力學(xué)概念不僅在分批發(fā)酵中是明確的，它們?cè)谄渌囵B(yǎng)模
式中(例如連續(xù)培養(yǎng))也是明確和重要的。
  很顯然，對(duì)一種培養(yǎng)過程的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的完全描述涉及對(duì)每個(gè)
細(xì)胞結(jié)構(gòu)特性的認(rèn)識(shí)和培養(yǎng)物的隔離，將其隔離為可能互不相同的
獨(dú)立單元(細(xì)胞)。模型可能有這些相同的屬性?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)化模型將
細(xì)胞分成各種組分。如果這些組分的比例隨胞外環(huán)境的擾動(dòng)而變化
，那么該模型就能模擬細(xì)胞組分隨環(huán)境變化而變化的性質(zhì)。如果一
種培養(yǎng)模型是由非連續(xù)的單元構(gòu)成的，那么它就能模擬真實(shí)培養(yǎng)中
所觀察到的隔離現(xiàn)象。模型種類有結(jié)構(gòu)化隔離模型、結(jié)構(gòu)化非隔離
模型、非結(jié)構(gòu)化隔離模型、非結(jié)構(gòu)化非隔離模型。結(jié)構(gòu)化隔離模型
是最接近實(shí)際情況的，但它們?cè)谟?jì)算上很復(fù)雜。
  在一個(gè)模型中所需要的真實(shí)性和復(fù)雜性的程度取決于要描述什
么；建模者應(yīng)選擇能夠足以描述所選系統(tǒng)的最簡(jiǎn)單模型。非結(jié)構(gòu)化
模型假定細(xì)胞組成是固定不變的，這等于是假定細(xì)胞平衡生長(zhǎng)。平
衡生長(zhǎng)假定主要在單級(jí)穩(wěn)態(tài)連續(xù)培養(yǎng)和分批培養(yǎng)的指數(shù)期才是有效
的；在任何瞬態(tài)條件下它都不成立。細(xì)胞對(duì)其環(huán)境擾動(dòng)響應(yīng)的快慢
和這些擾動(dòng)發(fā)生的快慢決定著是否能夠假定是擬穩(wěn)態(tài)生長(zhǎng)。如果細(xì)
胞的響應(yīng)比外部的變化快，而且如果這些變化的量不太大(例如，
偏離初始條件的10％或20％)，那么使用非結(jié)構(gòu)化模型是合理的，
因?yàn)榇藭r(shí)與平衡生長(zhǎng)的偏離很小。非結(jié)構(gòu)化模型不能滿意地描述對(duì)
大擾動(dòng)或快速擾動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)的培養(yǎng)過程。
  對(duì)于很多系統(tǒng)，隔離并不是培養(yǎng)物響應(yīng)的關(guān)鍵，所以在很多情
況下，使用非隔離模型的效果令人滿意。

(本文由上海光學(xué)儀器廠編輯整理提供, 未經(jīng)允許禁止復(fù)制http://www.sgaaa.com)