3.2.1 批次式培養（batch culture）之細胞生長模式
批次式培養是指在細胞的培養過程中不再添加任何新鮮的培養液，僅於開 始時提供一定量的培養液供細胞生長所需。由於細胞的生理狀況、培養液的組 成及細胞代謝產物等因素均會影響細胞生長，因此批次式培養時，依細胞生長 濃度與所需時間可作出一條生長曲線 （growth curve）。
在批次式培養過程中，細菌的生長可分為以下六個時期：
（1）遲滯期（lag phase）
細菌開始適應新的環境，菌體的重量增加，但不會分裂繁殖。
（2）加速生長期（accelerated growth phase）
菌體開始進行分裂，細胞數目增加，且細菌的生長速率逐漸增加而達 到最高生長速率。
（3）對數生長期（exponential growth phase）
細胞以最高生長速率進行分裂，在一定的時間內分裂一次，此時期菌 體的數目會隨著時間呈對數比例增加。
（4）減速生長期（decelerated growth phase）
菌體生長及分裂速率均降低。
（5）平原期（stationary phase）
細菌的增殖速率與死亡速率相等，細胞數目維持一定。
（6）死亡期（death phase）
因養分已被細菌耗盡，而過量代謝產物的累積導致菌體的毒害作用。
若細菌的死亡速率較其增殖速率快，則細胞數目會開始降低。
本實驗中對細菌生理及生長速率的研究均取對數生長時期的菌體加以分 析。
3.2.2 連續式培養之動力學模式
基於研究或工業所需，可利用連續式培養法將菌體維持在對數生長期。連 續式培養法是藉由控制無菌培養液流入醱酵槽之流速，並以相同的速率將醱酵 槽內的含菌培養液排出，藉此將醱酵槽內菌體維持在對數生長期。
連續式培養法依流量控制方式之不同可分成兩種形式。
（1）化學恆定（chemostat）之連續式培養
利用可調式幫浦直接控制流速，同時由醱酵槽內移除等體積的菌液，維持 槽中菌體處於恆定狀態。流進的無菌培養液中，除了限制生長所需之單一營養 因子（growth-limiting nutrient）外，其餘養份皆足以供應細菌生長所需。此法可 控制菌數處於穩定狀態（steady state），這種在菌數穩定狀態下，培養液養分維 持一定的方法稱為化學恆定連續式培養。本實驗即採用此法。
（2）濁度恆定（turbidostat）之連續式培養
以光電管來控制無菌培養液之流量，此法可以很敏銳地偵測醱酵槽中細胞 濃度的變化。一旦槽體中菌體的吸光度異於設定值，光電管將發出訊號來調控 無菌培養液之流量，藉以維持菌數恆定。
連續式培養之動力學模式如下：
當連續式培養達到穩定狀態時，對反應槽中細胞質量作質量平衡
cell in - cell out + cell growth - cell death = cell accumulation
FX0 / V － FX / V ＋ µX － αX = dX / dt ---（3-1）
其中 X0 ：進料時的細胞質量 X ：細胞質量
μ ：比生長速率（1/hr） α ：比死亡速率（1/hr）
F ：流量（l/hr） V ：培養液體積（l）
T ：時間（hr）
由於進料是滅菌後之培養液，為無菌狀態（即 X0 = 0），再者於連續式培養 中，比生長速率遠大於死亡速率（μ>>α），因此（3-1） 式可以簡化如下:
（μ- F/V）X = dX / dt ---（3-2）
當反應槽達穩定狀態時，單位時間內菌體質量的變化為零，即 dX / dt ＝ 0
因此由（3-2） 式可得
μ = F / V ---（3-3）
又（3-3） 式中 F/V 可定義為
D = F / V ， 且 D = 1 /τ 其中 D：稀釋速率
τ：培養液流經醱酵槽體的平均滯留時間（residence time，hr）
因此在化學恆定之連續式培養中，僅需決定進料流量（F）或稀釋率（D）
便可以控制細菌的比生長速率（μ）。
3.2.3 聚合酶連鎖反應（Polymerase chain reaction，PCR）之原理
聚合酶連鎖反應是在活體外，以基因組 DNA 當模板（template），將某段 特定序列之套數擴增至數百萬倍，利於實驗進行分析。PCR 原理係利用高溫將 雙股基因組 DNA 分成單股（denature），並以兩段單股的引子（primer）與單股 基 因 組 DNA 互 補 接 合 （ primer annealing ）， 經 由 耐 熱 性 高 的 Taq DNA polymerase 產生聚合反應，進行引子下游的序列合成（extention），至此稱為一 個週期。之後重新進行 DNA 分股的步驟，依序進行多個週期。當進行 n 個週 期時，便產生 2n 條特定序列雙股 DNA，藉此達到擴增大量特定序列之目的。
3.2.4 mRNA 半衰期計算原理
mRNA 自 N0 開始降解，最後殘餘數值為 N 時，依下列公式表示：
N = N0 / 2n ---（3-4）
N0 ： mRNA 最初表現量
N ：一段時間（t）後， mRNA 殘餘表現量 n ：降解半衰期次數
（3-4） 式兩邊取自然對數
ln N0 = ln N ＋ n ln 2 ↓
n = ln（N0 / N）/ ln 2---（3-5）
ln 2 = 0.693 代入（3-5）式
n = ln（N0 / N）/ 0.693 ↓
n = 1.443 × ln（N0 / N） ---（3-6）
經由測量 N0 與 N 的量，得到 ln（N0 / N） 代入（3-6）式，可求得 n 。 半衰期（T1/2）即 T1/2 ＝ t / n ，此時 N ＝ 1/2 N0 。