一、实验前期准备

1. 菌株验证与同步预培养

准备野生型菌株、基因敲除突变株、基因回补株,通过PCR或测序完成基因型验证,排除杂菌污染与基因型错误。

挑取单菌落接种至对应液体培养基过夜活化,次日转接传代一次,消除冻存带来的生长滞后差异。

离心收集菌体,新鲜培养基洗涤1次并重悬,测定菌液OD,稀释至统一初始浓度:细菌0.05~0.1,酵母/丝状真菌0.02~0.05。

每组设置至少3次生物学重复与3次技术重复,保证数据重复性。


2. 培养基配制与分组设置

统一批次配制基础培养基,如需添加胁迫、药物、特殊碳氮源,待灭菌冷却至50℃以下再加料混匀,调节固定pH。

单独配制无菌种空白培养基,用于后续基线校正。

分组包含:野生对照组、单基因敲除株组、回补株组,若需多重胁迫可增设氧化、渗透压、低pH处理亚组。

培养基全部121℃高压灭菌20min,冷却静置除气泡,实验前恒温平衡至培养温度。


3. 耗材与仪器预检

使用原厂配套蜂窝板,检查板底透光面无划痕、污渍;准备原厂防蒸发盖板,减少冷凝水干扰。

提前开机预热仪器30min,擦拭孵育腔体、光路窗口,清理内部积水霉斑,执行一次光路基线校准。

检查温控、振荡、舱门传感器、串口通讯功能是否正常,确认无板位温差故障。


二、微孔板加样与封板操作

1. 标准化加样流程

单孔体系固定200μL~350μL,先加入平衡温度的培养基,再加入稀释完成的标准化菌悬液,轻柔吹打混匀。

板布局采用棋盘分散排布,野生、敲除、回补菌株交错放置,空白对照孔均匀分散在板内各处,边缘孔可设置缓冲孔降低蒸发漂移。

加样完成后逐孔检查,移除液面气泡,杜绝液体渗漏、挂壁现象。


2. 封板处理

加盖原厂适配盖板,长期培养可搭配半透气封板膜封闭板四周,兼顾气体交换与防蒸发效果。

无尘纸巾擦拭板底透光面,去除指纹、水渍、残留培养基,避免光路读数产生噪声。


三、仪器硬件放置与通讯搭建

1. 微孔板放置

将蜂窝板平稳卡入仪器卡槽,确认完全卡紧无松动,缓慢关闭舱门,确认舱门闭合到位,防止运行中触发安全保护中断扫描。


2. 电脑通讯设置

以管理员身份打开Bioscreen配套软件,查看电脑设备管理器,确认COM端口无其他软件占用,匹配仪器串口波特率等参数建立连接。

关闭电脑自动休眠、USB节能、硬盘休眠功能,整套设备接入UPS不间断电源,规避断电断连风险。


四、软件完整参数设置

1. 新建实验工程

创建新实验文件,保存路径不包含中文与特殊字符;录入完整板布局信息,标注每孔菌株类型、处理条件、重复编号,保存布局模板便于后续数据匹配。


2. 培养与扫描参数设定

设置目标孵育温度,开启间歇振荡模式,避免菌体沉降结块;检测波长固定600nm。

根据菌株生长速度选择读数间隔:快速细菌20min,酵母、慢生长真菌30min;设置总培养时长,常规细菌24~48h,真菌最长7天。


3. 基线与存储参数

开启初始基线扫描,指定空白对照孔作为校正基准;设置数据存储格式为CSV,勾选全程时序OD数据自动保存。

核对全部参数无错误后执行预扫描,确认初始基线平稳无大幅跳动,正式启动连续监测。

实验全程禁止中途开盖、修改参数、拔插通讯数据线。


五、实验结束后数据处理与表型分析

1. 原始数据导出预处理

培养周期结束停止扫描,软件导出完整时序OD原始数据并备份工程文件。

采用空白对照逐点基线扣零校正,使用移动平均滤波适度平滑曲线噪声,标记并剔除污染、严重沉降、漂移异常的离群孔。


2. 生长动力学参数批量拟合

使用R语言growthcurver包、Origin等工具批量拟合所有曲线核心参数:延滞期λ、比生长速率μ、最大OD、AUC曲线下总面积。

对比敲除株与野生、回补株的各项参数,计算相对生长抑制指数,定量判断敲除菌株是否存在生长缺陷、应激敏感等表型。


3. 统计学验证

采用t检验、单因素方差分析判断各组参数差异显著性;绘制叠加生长曲线与参数柱状图。

若敲除株生长显著异常,且回补株表型恢复至野生水平,可判定该基因参与调控菌株生长或胁迫适应。


六、仪器收尾清洁与维护

1. 微孔板处理

取出蜂窝板,按照生物安全规范灭菌处理废弃菌液,一次性板直接丢弃,可重复板充分清洗灭菌备用。


2. 腔体维护

擦拭舱内壁、顶盖、托盘残留水汽,敞开舱门通风干燥,防止冷凝积水滋生霉菌。

再次执行光路基线校准,恢复软件默认参数,依次关闭软件、仪器、电脑电源,完整归档实验数据、板布局、分析脚本。