使用氧微电极来研究细菌的呼吸作用来确定浮游细菌的生长速率

异养菌的生长效率(BGE)，即消耗的碳与细菌的生物量的产生的比率。异氧菌的生长效率（BGE）是理解水生生态系统中有机物流动的一个关键因素。通常的方法通过估计细菌的呼吸需要长时间的培养(24至36小时)，在这个过程中来测量氧气速率减少的非线性模式来计算出BGE值。这些测算出呼吸速率值估计一般采用了放射性示踪剂掺入法测定的细菌产率。本研究了一种新的细菌呼吸速率的测定方法，以便更好地估计细菌的生长效率(BGE)值。研究人员采用了unisense氧微呼吸系统结合氧微呼吸电极测算随机获得的海水样本(海水经过0.6μm过滤)，同时测定该海水样品中细菌的丰度。氧微呼吸电极的使用使研究人员能够连续不断地在细菌的培养过程中监测体系的氧气浓度。

unisense微呼吸系统应用

unisense微呼吸系统应用于浮游细菌的呼吸速率测试，该微呼吸系统是由克拉克型氧气微电极一个微呼吸瓶组成，微呼吸瓶底部含有磁子。氧气微电极与呼吸瓶中的联合使用可以检测加入细菌后培养的氧的浓度变化情况得出呼吸速率的变化，然后通过对氧浓度随时间的数据进行拟合一个指数衰减方程，和时间过程的一阶导数计算处呼吸速率。

实验结果

研究表明细菌的生长率的计算的常规方法是基于加入放射性示踪剂的方法获得的，这种测试方法是一种很好原位测试BEG的方法，但是只是适合于孵化时间非常短的细菌。研究人员开发了一种计算BGE值的新方法，是基于细菌长时间的培养增长过程的呼吸速率（细菌的呼吸速率采用了unisense微呼吸系统监测）计算获得的，此种方法适合在两种不同的条件下并存在两种代谢过程的细菌培养过程后的细菌的生长率的计算，相比于添加放射性标记的方法，此方法不好产生偏差，因此根据培养过程中细菌丰度的变化来估算净细菌产量可以作为另一种解决方案来计算浮游细菌的生长速率。这种方法使用的是非破坏性的方法测定氧的变化，能够在细菌孵育结束时获得准确的净细菌生产量。

图1、在黑暗环境下培养孵化后的样本经过0.2um和0.6um的微滤膜过滤后的次级样本的氧浓度随时间的变化情况。

图2、在黑暗环境下培养孵化后的样本经过0.6um过滤后（重复两次实验）的次级样本的氧浓度随时间的变化情况。

图3、两种营养环境下（富营养化的水体和缺乏营养的水体）培养的细菌样本中的细菌丰度(○)、TdR(■)结合率和呼吸速率（-），所以水体样本都经过0.6um微滤膜过滤。

图4、表示采用不同模型法对应的氧浓度随时间的变化情况以及呼吸速率随时间的变化情况。n代表本研究中观察到的相应病例数。图中的两条线表示的是间隔时间(5h)内用于计算细菌呼吸速率值。对于模型b和模型c，起点是从最小值（氧浓度为0.5μM）开始。

图5、不同测量O2获得细菌的呼吸速率的方法对比（离散呼吸法和连续呼吸法）。离散方法是根据培养开始和结束时氧浓度的差异计算出细菌相应的呼吸速率值。

图6、测量浮游环境中氧浓度的不同方法的精确度对比，从表中可以看出，使用卡拉克型的氧气微电极测试水体中氧弄的方法精度较好，几乎和Winkler法的精度相识，而且卡拉克型氧微电极测试水体系中的氧具有响应快的特点。

总结

异养菌的生长速率BGE，即消耗的碳与细菌的增长量的比值，是理解水生生态系统中有机物流动的一个关键因素。本论文主要研究了如何应用细菌的呼吸速率来技术浮游细菌的生长速率（BEG）的方法。常规方法是通过测量所添加的放射性标记的亮氨酸合成蛋白质或DNA或胸腺嘧啶的速率，该方法不会受到细菌数量的尺寸变化影响，然而这种测试方法只是适合于孵化时间非常短的浮游细菌的生长速率(BGE)测试。本论文的研究人员提出了一种新的测试异养菌的生长速率(BGE)的方法，异养菌的生长速率(BGE)值是基于细菌长时间的培养增长过程的呼吸速率计算获得的，应用了unisense微呼吸系统并结合氧气微电极实现了一种非破坏性的方法测定浮游细菌体系中细菌的氧呼吸速率变化，并在细菌孵育结束时得到确定的净细菌生产量值，而unisense微呼吸氧电极在监测细菌呼吸过程中，能够准确的测试出体系中氧气的微小变化，从而准确的测定出细菌的净生产量，通过应用unisense微呼吸系统从细菌的呼吸测量监测中观察到的细菌数量的变化获得异养菌的生长速率BGE的方法还可以应用相似的细菌培养条件的BEG测试。相比之下，常规的利用放射性示踪剂衍生的细菌增长量地会导致了对BGE值的低估，这也说明unisense微呼吸系统在计算异养菌的生长速率BGE具有非常好的应用前景。