微生物第六章生长

2020/7/18环资学院1第六章微生物的生长繁殖及其控制2020/7/18环资学院2生长——微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用异化作用时，生命个体的重量和体积不断增大的过程。繁殖——生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。由于微生物的个体极小，所以常用群体生长来反映个体生长的状况个体生长个体繁殖群体生长群体生长=个体生长+个体繁殖生长与繁殖的概念2020/7/18环资学院3第一节细菌的群体生长繁殖2020/7/18环资学院4同步生长：一个细胞群体中各个细胞都处于同一生长阶段、在同一时间进行分裂的状态，称为同步生长（synchronousgrowth），进行同步分裂的细胞称为同步细胞或同步培养物。一、微生物的同步生长P1382020/7/18环资学院5化学诱导物理诱导诱导法过滤法区带密度梯度离心法膜洗脱法筛选法同步培养法获得同步生长的方法：获得同步生长的方法主要有两类：环境条件诱导法：变换温度、光线、培养基等。造成与正常细胞周期不同的周期变化。机械法（筛选法）：选择性过滤、梯度离心。物理方法，不影响细胞代谢。2020/7/18环资学院6膜洗脱法2020/7/18环资学院7二、细菌的群体生长☆由一个细胞分裂成为两个细胞的时间间隔称为世代。一个世代所需的时间就是代时(Generationtime,G)，代时也就是群体细胞数目扩大一倍所需时间，有时也称为倍增时间。2020/7/18环资学院8生长曲线的制作：接种适温培养定时取样测定生长量生长曲线：将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，测菌细胞数目。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制所得的曲线。生长曲线的制作2020/7/18环资学院9典型的生长曲线（Growthcurve）延滞期对数期稳定期衰亡期2020/7/18环资学院10其它名称：停滞期、调整期、适应期、迟缓期1.现象：活菌数没增加，曲线平行于横轴。2.特点：比生长速率常数μ=0细胞形态变大或增长细胞内RNA特别是rRNA含量增高合成代谢活跃，易产生诱导酶对外界不良条件敏感3.原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物①.延滞期（lagphase）2020/7/18环资学院11◆菌种：使用繁殖速度较快的菌种；◆接种菌龄：利用对数生长期的菌种接种，其延迟期较短，甚至检查不到延迟期；◆接种量：接种量增大可缩短甚至消除延迟期◆培养基成分：◇在营养成分丰富的天然培养基上生长的延滞期比在合成培养基上生长时短；◇尽量使发酵培养基的成分与种子培养基接近。★缩短延迟期的方法因素：2020/7/18环资学院12认识延迟期的特点及形成原因对实践的指导意义：◆在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期；◆在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌2020/7/18环资学院13②.对数期（logarithmicphase）其他名称：指数期现象：细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。特点：比生长速率常数μ最大，即代时最短细胞平衡生长，菌体大小、形态、生理特征等比较一致代谢最旺盛细胞对理化因素较敏感2020/7/18环资学院14对数期NdtdNN:每ml培养液中细胞的数量；μ（specificgrowthrate):比生长速率，即每单位数量的细菌在单位时间（h)内增加的量；t:培养时间（h).n:为繁殖代数（generationtime)G:倍增时间（doublingtime)lnNt-lnN0=μ(t1-t0)lgNt-lgN0=μ(t1-t0)/2.303G=t-t0,Nt=2N0,则：G=(lnNt-lnN0)/μ=ln2/μ=0.639/μNt=2nN0，n=(lgNt-lgN0)/lg22020/7/18环资学院15例如：一培养液中微生物数目由开始的12000（N0），经4h（t）后增加到120000000（Nt），则：μ=2.303×(lg1.2×108－lg1.2×104）/(4-0)=2.303/h这样，n＝(lg1.2×108－lg1.2×104）÷0.301＝13.3G＝t/n在本例中，G＝4×60/13.3＝18.05min∴该种微生物的代时为18.05分钟。在4小时内共繁殖了13.3代。μ=2.303×(lgNt-lgN0)/t1-t0=2.303/h，即每个细胞以每小时增加2.303个细菌的速度增加。2020/7/18环资学院16★代时能够反应细菌的生长速率，代时短，生长速率快，代时长，生长速率慢。★代时在不同种微生物中的变化很大，多数微生物的代时为1~3h,同一种微生物，在不同的生长条件下其代时的长短也不同；但是，在一定条件下，每一种微生物的代时是恒定的，因此它是微生物菌种的一个重要特征。2020/7/18环资学院17一些细菌的代时菌名培养基培养温度代时E.coli（大肠杆菌）肉汤37℃17minE.coli牛奶3712.5Enterobacteraerogenes（产气肠细菌）肉汤或牛奶3716~18E.aerogenes组合3729~44B.Cereus（蜡状芽孢杆菌）肉汤3018B.thermophilus（嗜热芽孢杆菌）肉汤5518.3Lactobacillusacidophilus（嗜酸乳杆菌）牛奶3766~87Streptococcuslactis（乳酸链球菌）牛奶3726S.lactis乳糖肉汤3748Salmonellatyphi（伤寒沙门氏菌）肉汤3723.5Azotobacterchroococcum（褐球固氮菌）葡萄糖2534~46Mycobacteriumtuberculosis（结核分枝杆菌）组合37792~933Nitrobacteragilis（活跃硝化杆菌）组合2712002020/7/18环资学院18不同温度下的代时温度对微生物的代时有明显影响：E.Coli在不同温度下的代时温度（℃）代时（分）温度（℃）代时（分）10860352215120371720904017.525404520302947.5772020/7/18环资学院19应用意义：①增殖噬菌体的最适菌龄；生产上用作接种的最佳菌龄；②发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度③食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期④是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等的良好材料。2020/7/18环资学院20③.稳定期（stationaryphase）又称：恒定期或最高生长期特点：①新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，培养物中的细胞数目达到最高值。②细胞分裂速度下降，开始积累内含物，产芽孢的细菌开始产芽孢。③开始合成次生代谢产物。产生原因：营养物尤其是生长限制因子的耗尽营养物的比例失调有害代谢废物的积累物化条件不合适;2020/7/18环资学院21应用意义：1）发酵生产形成的重要时期（抗生素、氨基酸等）：2）稳定期细胞数目及产物积累达到最高。总生长量：一定时间内，通过培养所获得的微生物总量与原来接种的微生物量之差值。产量常数K：表示微生物对基质利用效率的高低K=菌体干重/消耗营养物质的浓度根据产量常数可确定微生物对营养物质的需要量如：Y=0.5，表示要得到5g菌体，需某营养物（葡萄糖）10g。Y=x–x0C0–C=x–x0C02020/7/18环资学院22④.衰亡期（declinephase）特点：①细胞死亡数增加，群体中的活菌数目急剧下降，出现“负生长”。②细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、畸形或衰退形，芽孢开始释放。③发生自溶的菌生长曲线表现为向下跌落的趋势。衰亡期比其他各时期时间长，它的长短也与菌种和环境条件有关。产生原因：生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡2020/7/18环资学院23三、连续培养（continuousculture）分批培养（batchculture）：将微生物置于一定容积的定量的培养基中培养，培养基一次性加入。不再补充和更换，最后一次性收获。连续培养（continuousculture）：在微生物培养的过程中，通过一定的方式，使微生物能以恒定的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方式。2020/7/18环资学院24原理：一定的速度流进新鲜培养基并搅拌，以溢流方式流出培养液，使培养物达到动态平衡，其中的微生物就能长期保持对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率。单批培养恒浊法恒化法单批培养连续培养时间连续流入新鲜培养液lg细胞数（个/ml）连续培养连续培养原理2020/7/18环资学院25连续培养技术——恒化连续培养概念：以恒定流速使营养物质浓度恒定而保持细菌生长速率恒定的方法。原理：通过控制某一种营养物浓度，使其始终成为生长限制因子。特点：维持营养成分的亚适量。菌体生长速率恒定，菌体均一、密度稳定，产量低于最高菌体产量。应用范围：实验室科学研究2020/7/18环资学院26恒化器Chemostat或bactogen2020/7/18环资学院27通过调节新鲜培养基流入的速度和培养物流出的速度来维持菌浓度不变,即浊度不变。特点：基质过量，微生物始终以最高速率进行生长，并可在允许范围内控制不同的菌体密度。连续培养技术——恒浊培养使用范围：用于生产大量菌体、生产与菌体生长相平行的某些代谢产物，如乳酸、乙醇等。2020/7/18环资学院28装置控制对象培养基培养基流速生长速率产物应用范围恒浊器菌体密度（内控制）无限制生长因子不恒定最高大量菌体或与菌体形成相平行的产物生产为主恒化器培养基流速（外控制）有限制生长因子恒定低于最高不同生长速率的菌体实验室为主恒浊器与恒化器的比较2020/7/18环资学院29连续培养的最大优点是微生物能够在比较恒定的生长条件下以恒定的生长速率生长。在生产实践上可以缩短生长周期，提高生产设备的利用率，降低产品成本。但也有缺点，即营养物质的利用率低；污染杂菌的机会增多；菌种易退化等。2020/7/18环资学院30第三节环境对微生物生长的影响及生长的测定2020/7/18环资学院31影响酶活性影响细胞膜的流动性，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。影响物质的溶解度，对生长有影响。一、温度对微生物生长的影响2020/7/18环资学院32生长的温度范围一般在-10℃~100℃极端下限为-30℃，极端上限为105~300℃对于特定的某一种微生物：只能在一定温度范围内生长，在这个范围内，每种微生物都有自己的生长温度三基点，即最低、最适、最高生长温度（一）微生物生长的三个温度基点2020/7/18环资学院33根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为三个类型：（二）微生物生长温度类型低温型微生物（嗜冷微生物）中温型微生物（嗜温微生物）高温型微生物（嗜热微生物）2020/7/18环资学院34•微生物不同生理活动要求不同温度，所以，•最适生长温度≠发酵速度快、积累代谢产物多。2020/7/18环资学院35微生物对氧的需要和耐受力在不同的类群中变化很大，分为几种类群:专性好氧菌:O2体积分数≥20%好氧菌微好氧菌：2-10%兼性厌氧菌：有氧或无氧耐氧厌氧菌：2%以下厌氧菌(专性)厌氧菌：有氧时死亡二、氧气对微生物生长的影响2020/7/18环资学院361.专性好氧菌（strictaerobe）有完整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞含有超氧物歧化酶（SOD，superoxidedismutase）和过氧化氢酶。在有氧或无氧条件下均能生长，但有氧情况下生长得更好，在有氧时靠呼吸产能，无氧时接发酵或无氧呼吸产能；细胞含有SOD酶和H2O2酶。2.微好氧菌（microaerophilicbacteria）只能较低的氧分压下才能正常生长，通过呼吸链并以氧为最终氢受体而产能，细胞含SOD酶和H2O2酶。3.兼性好氧菌（facultativeaerobe）2020/7/18环资学院374.耐氧菌（aerotolerantanaerobe）可在分子氧存在下进行厌氧生活的厌