第二章微生物的生長規(guī)律

1、第二節(jié) 微生物的生長規(guī)律,一、微生物的個體生長和同步生長 二、單細胞微生物的群體生長曲線 三、微生物的連續(xù)培養(yǎng),微生物細胞極其微小，其個體生長表現(xiàn)為細胞體積的增加和細胞內(nèi)物質(zhì)含量的增加兩個方面（病毒例外）, 細胞有一個從小到大的生長過程。 研究微生物單個細胞的生長變化是很困難的，主要的方法： 1.電子顯微鏡觀察 2.同步培養(yǎng)技術(shù),一、微生物的個體生長和同步生長,同步培養(yǎng) 使培養(yǎng)物中所有微生物細胞都處于相同的生長階段的培養(yǎng)方法。通過分析此群體在各階段的生物化學特性變化，間接了解單個細胞的相應變化規(guī)律性。 同步生長 培養(yǎng)物中所有微生物細胞都處于同一生長階段，并都能同時分裂的生長方式,同步培養(yǎng)方法,

2、誘導法：采取控制培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)基成分和某些代謝抑制劑等，誘導形成同步生長的過程,篩選法：將處于不同生長階段的細胞，通過差異離心技術(shù)或濾膜過濾技術(shù)使它們分開，再行培養(yǎng),絕大多數(shù)微生物個體微小，個體質(zhì)量和體積的變化不易觀察，所以常是以微生物的群體作為研究對象，以微生物群體細胞的數(shù)量或群體細胞物質(zhì)量的增加作為生長的指標,二、單細胞微生物的群體生長曲線,在純培養(yǎng)條件下，微生物的群體生長隨著時間的增加，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，即開始緩慢，逐漸加快，達到最高階段后，又逐漸下降，呈現(xiàn)一個曲線式的生長過程,單細胞微生物的群體生長規(guī)律,分批培養(yǎng)：將少量的細菌接種到一定體積的液體培養(yǎng)基中，在適宜的條件下培養(yǎng)，最后一次

3、性收獲的過程,生長曲線：細菌在新的適宜的環(huán)境中生長、繁殖、衰老、死亡的動態(tài)變化,根據(jù)細菌生長繁殖速率將生長曲線分四個階段,緩慢期 對數(shù)期 穩(wěn)定期 衰亡期,1）延滯期 特點： 分裂遲緩，生長速率等于零 代謝活躍，細胞合成新的成分 補充消耗的材料 適應新的培養(yǎng)基 細胞形態(tài)變大或變長 對外界不良環(huán)境敏感,產(chǎn)生原因,1）接種時的機械損傷引,2） 細胞分裂必需因子的缺乏,影響延滯期長短的因素 接種菌齡: 對數(shù)期“種子”，延滯期較短； 延滯期或衰亡期“種子”,延滯期較長； 接種量：接種量大，延滯期較短； 接種量小，延滯期較長； 培養(yǎng)基成分:培養(yǎng)基成分豐富的， 延滯期較短； 培養(yǎng)基成分與種子培養(yǎng)基一致,延滯

4、期較短； 菌株的遺傳性,研究滯留適期長短的意義,2）指數(shù)期 特點： 代謝活性強，生長速率最快，細胞呈指數(shù)增長 世代時短而穩(wěn)定，生長速率恒定 群體的生理特性較一致,對數(shù)期（指數(shù)生長期,Nt=2n N0 n=3.33(lgNt-lgN0) G=t/n=0.301t/(lgNt-lgN0) n繁殖代數(shù) G世代時(每繁殖一代所需的時間) N0對數(shù)生長期開始微生物數(shù)量 Nt對數(shù)生長期經(jīng)過時間t后微生物數(shù)量,影響指數(shù)期的因素,菌種： 不同菌種的代時差異極大 營養(yǎng)成分：營養(yǎng)越豐富，代時越短 營養(yǎng)物濃度：影響微生物的生長速率和總生長量 培養(yǎng)溫度：影響微生物的生長速率,指數(shù)期的實踐意義 是代謝、生理研究的良好材

5、料 是增殖噬菌體的最適宿主菌齡 是發(fā)酵生產(chǎn)中用作“種子”的最佳種齡 G+染色鑒定時采用此期微生物,3）穩(wěn)定期 特點,活細胞總數(shù)維持不變，即新繁殖的細胞數(shù)與衰亡的細胞數(shù)相等，菌體總數(shù)達到最高點。 部分細菌大量積累代謝產(chǎn)物 群體細胞生長速率為零 細胞生理上處于衰老，代謝活力鈍化，細胞成分合成緩慢， G+染色發(fā)生變化,為何細胞總數(shù)不再增加？ 營養(yǎng)物質(zhì)被消耗不能滿足生長需要 代謝廢物或有害物質(zhì)積累到抑制生長水平 pH、氧化還原勢等物化條件越來越不適應,穩(wěn)定期的實踐意義 是發(fā)酵生產(chǎn)中以菌體為終產(chǎn)品的最佳收獲期； 某些代謝產(chǎn)物特別是次生代謝產(chǎn)物發(fā)生在此階段，某些細菌的芽孢也發(fā)生在此階段，故又稱作代謝產(chǎn)物合

6、成期； 導致了連續(xù)培養(yǎng)原理的提出和工藝技術(shù)的改進,4）衰亡期 特點： 菌體活性降低、大量死亡； 細胞畸變、自溶 革蘭氏染色不穩(wěn)定,影響衰亡期的因素及實踐意義,與菌種的遺傳特性有關(guān): 有些細菌的培養(yǎng)經(jīng)歷所有的各個生長時期，幾天以后死亡, 有些細菌培養(yǎng)幾個月乃至幾年以后仍然有一些活的細胞； 與是否產(chǎn)芽孢有關(guān)：產(chǎn)芽孢的細菌更易于幸存下來； 與營養(yǎng)物質(zhì)和有毒物質(zhì)有關(guān)：補充營養(yǎng)和能源，以及中和環(huán)境毒性，可以減緩死亡期細胞的死亡速率，延長細菌培養(yǎng)物的存活時間,生長曲線各時期的特征,生長曲線的意義： a. 處于對數(shù)期的細菌，生長繁殖速率快，代謝旺盛，常作生產(chǎn)用菌種，以縮短生產(chǎn)周期 b. 穩(wěn)定期時抗生素等代謝

7、產(chǎn)物逐漸增多，適當補充營養(yǎng)物質(zhì)，延長穩(wěn)定期、可提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量 c. 連續(xù)培養(yǎng)：在一個流動裝置中，以一定速度不斷地添加新的培養(yǎng)基，同時以同樣速度不斷放出老的培養(yǎng)基，以保證微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的需要，并排出部分有害代謝產(chǎn)物，使微生物保持較長時間的高速生長。 應用：酒精、丙酮、丁醇等產(chǎn)品的生產(chǎn) 優(yōu)點：縮短了培養(yǎng)周期，提高了設(shè)備利用率，并且便于自動化管理,三、 微生物的連續(xù)培養(yǎng),連續(xù)培養(yǎng)： 在一個恒定容積的流動系統(tǒng)中培養(yǎng)微生物，一方面以一定速率不斷地加入新的培養(yǎng)基，另一方面又以相同的速率流出培養(yǎng)物（菌體和代謝產(chǎn)物），以使培養(yǎng)系統(tǒng)中的細胞數(shù)量和營養(yǎng)狀態(tài)保持恒定，即處于穩(wěn)態(tài),連續(xù)培養(yǎng)類型：恒化培養(yǎng)、恒濁培

8、養(yǎng),保持細菌培養(yǎng)液濁度,保持細菌培養(yǎng)液營養(yǎng)物質(zhì)濃度,四、天然環(huán)境中的微生物生長,天然環(huán)境特點： 天然環(huán)境比人工條件常常要更復雜和更動態(tài)。 天然環(huán)境中微生物生長特點： 在自然環(huán)境中，微生物常常合成一些人工條件下生長時所不產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)，如細菌粘液層。因為微生物細胞能夠感受自然環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的各種化合物，其直接反應就是合成一些有用的結(jié)構(gòu)和酶以便在特定的環(huán)境中生存生長。 大量研究揭示，自然環(huán)境條件下的細菌能夠生長在復雜的群落中，表現(xiàn)出生長在試管中的純培養(yǎng)微生物所不曾發(fā)生的某些現(xiàn)象,活的但未能培養(yǎng)的微生物,很久以來，活的微生物被定義為能夠活躍生長，形成菌落或引起液體培養(yǎng)基渾濁的微生物。 英國科學家J.R. Postgate