前言
土壤鹽堿化已成為與人類生產活動相關的全球性問題。在高鹽條件下，植物的光合作用、呼吸和離子運輸等代謝活動受到很大影響，導致生長遲緩、產量下降甚至死亡。在工業發酵過程中，通常需要向反應器中添加高濃度的糖或礦物質，在此過程中微生物容易發生高滲脅迫，導致生長和生產力降低。因此，如何提高生物體對惡劣環境的耐受性成為工業生產活動中的關鍵問題。傳統微生物的適應性進化通常將微生物置于具有特殊條件的培養環境中（如特殊底物、高滲透壓、pH值等環境），依靠研究人員反復挑選生長較快的微生物，但存在時效性差、工作量大的問題，馴化效果往往也不盡人意。 天木生物全自動微生物適應性進化儀（Automatic microbial adaptive evolution instrument，EVOL cell）是基于高氣體透過性微管路及單相微流控技術開發而成的微生物馴化裝備，具有微生物培養、傳代、化學因子梯度添加、實時檢測、氧分壓控制等功能，能夠應用于多種微生物的培養和適應性進化。
實驗過程
本案例使用天木生物全自動微生物適應性進化儀為基礎開展耐NaCl大腸桿菌的馴化實驗。活化后的大腸桿菌按照2%的接種量接入新鮮培養基，并將其中8 mL接入耗材盒緩沖瓶。制備的無菌LB培養基（含1% NaCl）和高鹽LB培養基（含5% NaCl）用于EVOL cell根據傳代參數自動調整NaCl的添加比例。本實驗中NaCl設定為1%、1.3%、1.7%、2.0%、2.2%，2.4%，根據菌株生長情況調整每個梯度傳代次數。定期觀察設備運行情況，并且及時取樣進行菌株性能驗證及優良菌株保藏。實驗結果
以1%NaCl作為菌株耐NaCl馴化的初始濃度，馴化總時長280 h，全自動完成傳代27次，在NaCl濃度達到2.4%時取出菌株，在搖瓶培養體系中比較馴化前后菌株對NaCl的耐受能力。原始菌株和耐受菌株分別在含2%和2.4%NaCl的培養基中進行搖瓶培養，結果如圖2B所示。經過EVOL cell馴化后的菌株，在高NaCl濃度的培養基中，其生長情況優于原始菌株。在2%的搖瓶培養10 h后，原始菌株和耐受菌株OD值分別達到1.74和2.21，生長性能提升27.01%。在2.4%的搖瓶培養10 h后，原始菌株和耐受菌株OD值分別達到1.43和2.09，生長性能提升46.15%。
圖2 EVOL cell耐高NaCl大腸桿菌適應性進化結果。（A）大腸桿菌耐NaCl適應性進化過程；（B）原始菌株與耐受菌株在搖瓶中的生長情況對比。
結論
本案例以大腸桿菌為研究對象，使用EVOL cell對其耐受NaCl性能進行適應性進化，以提升該菌株在較高濃度NaCl環境脅迫下的生長能力。經過280 h 27輪的連續自動傳代進化，大腸桿菌在高NaCl濃度的培養基中具有穩定的生長性能，對NaCl的耐受能力提升27.01~46.15%，這說明EVOL cell在菌種改良工作中的重要作用。全自動的微生物適應性進化儀極大提升馴化工作的自動化程度，減少實驗中的人為操作失誤造成的誤差。實時檢測能力也有助于研究人員掌握菌株生長情況，及時調整適應性進化策略，成為實驗室及工業生產中微生物適應性進化培養的未來趨勢。
前言
土壤鹽堿化已成為與人類生產活動相關的全球性問題。在高鹽條件下，植物的光合作用、呼吸和離子運輸等代謝活動受到很大影響，導致生長遲緩、產量下降甚至死亡。在工業發酵過程中，通常需要向反應器中添加高濃度的糖或礦物質，在此過程中微生物容易發生高滲脅迫，導致生長和生產力降低。因此，如何提高生物體對惡劣環境的耐受性成為工業生產活動中的關鍵問題。傳統微生物的適應性進化通常將微生物置于具有特殊條件的培養環境中（如特殊底物、高滲透壓、pH值等環境），依靠研究人員反復挑選生長較快的微生物，但存在時效性差、工作量大的問題，馴化效果往往也不盡人意。 天木生物全自動微生物適應性進化儀（Automatic microbial adaptive evolution instrument，EVOL cell）是基于高氣體透過性微管路及單相微流控技術開發而成的微生物馴化裝備，具有微生物培養、傳代、化學因子梯度添加、實時檢測、氧分壓控制等功能，能夠應用于多種微生物的培養和適應性進化。
實驗過程
本案例使用天木生物全自動微生物適應性進化儀為基礎開展耐NaCl大腸桿菌的馴化實驗。活化后的大腸桿菌按照2%的接種量接入新鮮培養基，并將其中8 mL接入耗材盒緩沖瓶。制備的無菌LB培養基（含1% NaCl）和高鹽LB培養基（含5% NaCl）用于EVOL cell根據傳代參數自動調整NaCl的添加比例。本實驗中NaCl設定為1%、1.3%、1.7%、2.0%、2.2%，2.4%，根據菌株生長情況調整每個梯度傳代次數。定期觀察設備運行情況，并且及時取樣進行菌株性能驗證及優良菌株保藏。實驗結果
以1%NaCl作為菌株耐NaCl馴化的初始濃度，馴化總時長280 h，全自動完成傳代27次，在NaCl濃度達到2.4%時取出菌株，在搖瓶培養體系中比較馴化前后菌株對NaCl的耐受能力。原始菌株和耐受菌株分別在含2%和2.4%NaCl的培養基中進行搖瓶培養，結果如圖2B所示。經過EVOL cell馴化后的菌株，在高NaCl濃度的培養基中，其生長情況優于原始菌株。在2%的搖瓶培養10 h后，原始菌株和耐受菌株OD值分別達到1.74和2.21，生長性能提升27.01%。在2.4%的搖瓶培養10 h后，原始菌株和耐受菌株OD值分別達到1.43和2.09，生長性能提升46.15%。
圖2 EVOL cell耐高NaCl大腸桿菌適應性進化結果。（A）大腸桿菌耐NaCl適應性進化過程；（B）原始菌株與耐受菌株在搖瓶中的生長情況對比。
結論
本案例以大腸桿菌為研究對象，使用EVOL cell對其耐受NaCl性能進行適應性進化，以提升該菌株在較高濃度NaCl環境脅迫下的生長能力。經過280 h 27輪的連續自動傳代進化，大腸桿菌在高NaCl濃度的培養基中具有穩定的生長性能，對NaCl的耐受能力提升27.01~46.15%，這說明EVOL cell在菌種改良工作中的重要作用。全自動的微生物適應性進化儀極大提升馴化工作的自動化程度，減少實驗中的人為操作失誤造成的誤差。實時檢測能力也有助于研究人員掌握菌株生長情況，及時調整適應性進化策略，成為實驗室及工業生產中微生物適應性進化培養的未來趨勢。
