一、方案原理

严格厌氧菌对氧气极度敏感,常规取样、开盖操作会引入氧气,造成菌体代谢抑制甚至死亡。oCelloScope微孔时序成像系统可实现微孔板全程密闭、无开盖连续监测,搭配厌氧预处理微孔体系,依靠倾斜堆叠光学成像,无需开盖取样,同步获取生物量动力学与微观形态图像,规避氧气污染风险,满足产甲烷菌、硫酸盐还原菌、厌氧发酵菌群、厌氧致病菌等严格厌氧微生物长期动态观测需求。


二、标准化密闭实验操作流程

1. 微孔体系厌氧预处理

选用96孔平底微孔板,提前放置厌氧工作站内除氧平衡不少于24 h。培养基采用煮沸驱氧、通入高纯氮气吹扫,冷却后在厌氧工作站内完成分装与接种,减少溶氧残留。接种完成后快速封板,优先使用高阻隔厌氧封板膜,兼顾气密性与光学透光性,杜绝氧气缓慢渗透。

2. 密闭封板关键操作

封板全程在厌氧工作站内部完成,避免转移过程接触空气;封板膜紧贴孔板表面,消除膜与孔板之间空气夹层。如需开展超过7 d长周期监测,可选用密封铝膜;普通透气膜禁止用于严格厌氧菌实验。封板完成后,使用密封袋包裹微孔板,内置厌氧指示剂,用于全程监测气密性。

3. 仪器上机参数设置

微孔板上机后全程不揭开封膜,整套监测周期内无需打开板盖。关闭振荡功能,多数严格厌氧菌适合静态培养;设置时序采集间隔,依据菌株生长速率选择30 min~4 h。开启Z轴堆叠成像,修正孔底轻微折射带来的成像模糊;固定曝光、增益参数,保证不同时间点图像一致性。仪器箱体提前通入氮气置换内部空气,降低腔体环境氧分压。

4. 空白与对照设置

设置未接种厌氧培养基空白孔,用于扣除培养基杂质、封膜噪点;设置阳性对照菌株,验证整套密闭体系能够维持厌氧环境。每组至少3~4个生物学重复。


三、UniExplorer软件数据定量方案

1. SESA算法:识别菌体、聚集体投影面积,构建厌氧微生物生长动力学曲线,替代传统浊度检测;

2. SEAL算法:针对单细胞、菌丝状厌氧微生物,开展形态分割,统计菌体长度、聚团粒径;

3. 数据筛选:自动剔除气泡、培养基沉淀造成的异常数据点,区分微生物信号与背景噪声。


四、高频干扰问题与优化对策

1. 氧气缓慢渗透导致菌体生长停滞:选用高阻隔封膜,缩短孔板在大气环境转运时间,长周期实验配套厌氧密封腔体;

2. 孔内冷凝水干扰成像:仪器设置稳定恒温,避免温度波动,封板前保证孔壁无冷凝水汽;

3. 气泡生成遮挡视野:培养基充分脱气,降低代谢产气带来的气泡干扰;

4. 封膜透光不均:统一选用仪器推荐光学厌氧封膜,避免普通塑料膜造成图像畸变。


五、论文材料方法标准英文描述

Time-lapse monitoring of strict anaerobes was carried out using the oCelloScope imaging system. All medium preparation, inoculation and plate sealing were completed inside an anaerobic workstation to eliminate oxygen contamination. The 96-well microplate was sealed with high oxygen-barrier sealing film without uncovering during the whole incubation period. Static incubation was maintained at constant temperature. Z-stack tilted imaging was automatically collected at regular intervals. Image segmentation and kinetic analysis were performed in UniExplorer software using SESA algorithm to quantify microbial projected area. At least three biological replicates were established for each treatment.


中文释义:

采用oCelloScope成像系统开展严格厌氧菌时序监测。培养基配制、接种与封板全部在厌氧工作站内完成,消除氧气污染。96孔微孔板使用高阻氧封板膜密封,整个培养周期全程不揭盖。体系恒温静态培养,仪器按照固定时间间隔自动采集Z轴倾斜堆叠图像。利用UniExplorer软件SESA算法完成图像分割与动力学分析,定量微生物投影面积。每组处理设置至少三组生物学重复。


六、适用研究场景

厌氧发酵菌群动态监测、硫酸盐还原菌生长评价、产甲烷菌高通量筛选、厌氧病原菌抑菌测试、厌氧微生物逆境胁迫实验、厌氧共生菌群互作观测。