微生物的生長(zhǎng)規(guī)律

1、微生物的生長(zhǎng)規(guī)律錄入時(shí)間：2010-8-31 9:51:21來(lái)源：青島海博一、細(xì)菌群體生長(zhǎng)規(guī)律細(xì)菌接種到均勻的液體培養(yǎng)基后，當(dāng)細(xì)菌以二分裂法繁殖，分裂后的子細(xì)胞都具有生活能力。在不補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或移去培養(yǎng)物，保持整個(gè)培養(yǎng)液體積不變條件下，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以菌數(shù)為縱坐標(biāo)，根據(jù)不同培養(yǎng)時(shí)間時(shí)細(xì)菌數(shù)量的變化，可以作出一條反映細(xì)菌在整個(gè)培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線，這種曲線稱為生長(zhǎng)曲線稱為生長(zhǎng)曲線(growth curve)。一條典型的生長(zhǎng)曲線至少可以分為遲緩期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期等四個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期。1 .遲緩期(lag phase).又稱延滯期、適應(yīng)期。細(xì)菌接種到新鮮培養(yǎng)基而處于一個(gè)新的生長(zhǎng)環(huán)境，因此在

2、一段時(shí)間里并不馬上分裂，細(xì)菌的數(shù)量維持恒定，或增加很少。此時(shí)胞內(nèi)的RNA、蛋白質(zhì)等物質(zhì)含量有所增加，相對(duì)地此時(shí)的細(xì)胞體最大，說(shuō)明細(xì)菌并不是處于完全靜止的狀態(tài)。產(chǎn)生遲緩期的原因，認(rèn)為是微生物接種到一個(gè)新的環(huán)境，暫時(shí)缺乏足夠的能量和必需的生長(zhǎng)因子，“種子”老化(即處于非對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期)或未充分活化，接種時(shí)造成的損傷等。在工業(yè)發(fā)酵和科研中遲緩期會(huì)增加生產(chǎn)周期而產(chǎn)生不利的影響，但是遲緩期無(wú)疑也是必需的，因?yàn)榧?xì)胞分裂之前，細(xì)胞各成分的復(fù)制與裝配等也需要時(shí)間，因此應(yīng)該采取一定的措施： 通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使遲緩期縮短；利用對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞作為“種子”；盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；適

3、當(dāng)擴(kuò)大接種量等方式縮短遲緩期，克服不良的影響。2 .對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期(log phase)又稱指數(shù)生長(zhǎng)期(exponential Phase)。細(xì)菌經(jīng)過遲緩期進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，并以最大的速率生長(zhǎng)和分裂，導(dǎo)致細(xì)菌數(shù)量呈對(duì)數(shù)增加，而且細(xì)菌內(nèi)各成分按比例有規(guī)律地增加，此時(shí)期內(nèi)的細(xì)菌生長(zhǎng)是平衡生長(zhǎng)。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)菌的代謝活性、酶活性高而穩(wěn)定，大小比較一致，生活力強(qiáng)，因而它廣泛地在生產(chǎn)上 用作“種子”和在科研上作為理想的實(shí)驗(yàn)材料。3 .穩(wěn)定生長(zhǎng)期(stationary phase)由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗，代謝產(chǎn)物積累和pH 等環(huán)境變化，逐步不適宜于細(xì)菌生長(zhǎng)，導(dǎo)致生長(zhǎng)速率降低直至零(即細(xì)菌分裂增加的數(shù)量等于細(xì)菌死亡數(shù)量)

4、，結(jié)束對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，進(jìn)入穩(wěn)定生長(zhǎng)期。穩(wěn)定生長(zhǎng)期的話細(xì)菌數(shù)最高并維持穩(wěn)定。如果及時(shí)采取措施，補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或取走代謝產(chǎn)物或改善培養(yǎng)條件，如對(duì) 好氧菌進(jìn)行通氣、攪拌或振蕩等可以延長(zhǎng)穩(wěn)定生長(zhǎng)期，獲得更多的菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物。4 衰亡期 （decline 或 death Phase）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)耗盡和有毒代謝產(chǎn)物的大量積累，細(xì)菌死亡速率逐步增加和活細(xì)菌逐步減少，標(biāo)志進(jìn)入 衰亡期。該時(shí)期細(xì)菌代謝活性降低，細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶。該時(shí)期死亡的細(xì)菌以對(duì)數(shù)方式增加，但在衰亡 期的后期，由于部分細(xì)菌產(chǎn)生抗性也會(huì)使細(xì)菌死亡的速率降低。此外，不同的微生物，甚至同一種微生物對(duì)不同物質(zhì)的利用能力是不同的。有的物質(zhì)可直接被利用 （

5、例如葡萄糖或 NH 4 + 等 ） ；有的需要經(jīng)過一定的適應(yīng)期后才能獲得利用能力 （ 例如乳糖或 NO 3 - 等 ） 。前者通常稱為速效碳源 （ 或氮源 ） ，后者稱為遲效碳源 （ 或氮源 ） 。當(dāng)培養(yǎng)基中同時(shí)含有這兩 類碳源 （ 或氮源 ） 時(shí)，微生物在生長(zhǎng)過程中會(huì)產(chǎn)生二次生長(zhǎng)現(xiàn)象。二、同步培養(yǎng) 微生物個(gè)體生長(zhǎng)是微生物群體生長(zhǎng)的基礎(chǔ)。但群體中每個(gè)個(gè)體可能分別是處于個(gè)體生長(zhǎng)的不同階 段，因而它們的生長(zhǎng)、生理與代謝活性等特性不一致，出現(xiàn)生長(zhǎng)與分裂不同步的現(xiàn)象。同步培養(yǎng)（synchronous culture）是一種培養(yǎng)方法，它能使群體中不同步的細(xì)胞轉(zhuǎn)變成能同時(shí)進(jìn)行生長(zhǎng)或分裂的群體細(xì)胞。以同步培

6、養(yǎng)方法使群體細(xì)胞能處于同一生長(zhǎng)階段，并同時(shí)進(jìn)行分裂的生長(zhǎng)方式稱為同步生長(zhǎng)。通 過同步培養(yǎng)方法獲得的細(xì)胞被稱為同步細(xì)胞或同步培養(yǎng)物。同步培養(yǎng)物常被用來(lái)研究在單個(gè)細(xì)胞上難以研 究的生理與遺傳特性和作為工業(yè)發(fā)酵的種子，它是一種理想的材料。用一般培養(yǎng)方法獲得的細(xì)胞通常是不完全同步的細(xì)胞，就是同步培養(yǎng)方法獲得的同步細(xì)胞經(jīng)幾次 傳代之后，也會(huì)出現(xiàn)不同步的現(xiàn)象。如何使不同步轉(zhuǎn)變?yōu)橥剑约叭绾问褂猛郊?xì)胞能較長(zhǎng)時(shí)間地保持 同步，這是同步培養(yǎng)中要研究的課題。同步培養(yǎng)方法很多，可歸納為機(jī)械法與環(huán)境條件控制兩類。1 機(jī)械方法 這是一類根據(jù)微生物細(xì)胞在不同生長(zhǎng)階段的細(xì)胞體積與質(zhì)量或根據(jù)它們同某種材料結(jié)合能力不同 的

7、原理設(shè)計(jì)出來(lái)的方法。其中常用的有：（1） 離心方法將不同步的細(xì)胞培養(yǎng)物懸浮在不被這種細(xì)菌利用的糖或葡聚糖的不同梯度溶液里，通過密度梯度 離心將不同細(xì)胞分布成不同的細(xì)胞帶，每一細(xì)胞帶的細(xì)胞大致是處于同一生長(zhǎng)期的細(xì)胞，分別將它們?nèi)〕?進(jìn)行培養(yǎng)，就可以獲得同步細(xì)胞。(2)過濾分離法將不同步的細(xì)胞培養(yǎng)物通過孔徑大小不同微孔濾器，從而將大小不同的細(xì)胞分開，分別將濾液中的細(xì)胞取出進(jìn)行培養(yǎng)，獲得同步細(xì)胞。(3)硝酸纖維素濾膜法根據(jù)細(xì)菌能緊緊結(jié)合到硝酸纖維素濾膜上的特點(diǎn)， 將細(xì)菌懸液通過墊有硝酸纖維素濾膜的過濾器，然后將濾膜顛倒過來(lái)，再將培養(yǎng)基流過濾器，以洗去末結(jié)合的細(xì)菌，然后將濾器放入適宜條件下培養(yǎng)一段時(shí)間

8、，其后仍將培養(yǎng)基流過濾器，這時(shí)新分裂產(chǎn)生的細(xì)菌被洗下，分部收集并通過培 養(yǎng)獲得同步細(xì)胞。2 環(huán)境條件控制技術(shù)這類技術(shù)是根據(jù)細(xì)菌生長(zhǎng)與分裂對(duì)環(huán)境因子要求不同的原理設(shè)計(jì)的一類獲得同步細(xì)胞的方法。(1)溫度最適生長(zhǎng)溫度有利于細(xì)菌生長(zhǎng)與分裂，不適宜溫度如低溫不利于細(xì)菌生長(zhǎng)與分裂。通過適宜與不適宜溫度的交替處理之后，通過培養(yǎng)可獲得同步細(xì)胞。(2)培養(yǎng)基成分控制培養(yǎng)基中的碳、氮源或生長(zhǎng)因子不足，可導(dǎo)致細(xì)菌緩慢生長(zhǎng)直至生長(zhǎng)停止。因此將不同步的細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)不足的條件下培養(yǎng)一段時(shí)間，然后轉(zhuǎn)移到營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基里培養(yǎng)，能獲得同步細(xì)胞。另外也可以將不同步的細(xì)胞轉(zhuǎn)接到含有一定濃度的，能抑制蛋白質(zhì)等生物大分子合成的化學(xué)物

9、質(zhì)如抗生素等的培養(yǎng)基 里，培養(yǎng)一段時(shí)間后，再轉(zhuǎn)接到完全培養(yǎng)基里培養(yǎng)也能獲得同步細(xì)胞。(3)其他對(duì)于光合細(xì)菌可以將不同步的細(xì)菌經(jīng)光照培養(yǎng)后再轉(zhuǎn)到黑暗中培養(yǎng)，這樣通過光照和黑暗交替培 養(yǎng)的方式可獲得同步細(xì)胞；對(duì)于不同步的芽孢桿菌培養(yǎng)至絕大部分芽孢形成，然后經(jīng)加熱處理，殺死營(yíng)養(yǎng) 細(xì)胞，最后轉(zhuǎn)接到新的培養(yǎng)基里，經(jīng)培養(yǎng)可獲得同步細(xì)胞。環(huán)境條件控制獲得同步細(xì)胞的機(jī)理不完全了解。這種處理可能是導(dǎo)致胞內(nèi)某些物質(zhì)合成，它合成和積累可導(dǎo)致細(xì)胞分裂，從而獲得同步細(xì)胞。三、連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng) (continous culture of microorganisms) 是在微生物的整個(gè)培養(yǎng)期間，通過一定的方式使微生物能以

10、恒定的比生長(zhǎng)速率生長(zhǎng)并能持續(xù)生長(zhǎng)下去的一種培養(yǎng)方法。根據(jù)生長(zhǎng)曲線，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消 耗和代謝產(chǎn)物的積累是導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)停止的主要原因。因此在微生物培養(yǎng)過程中不斷的補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和 以同樣的速率移岀培養(yǎng)物是實(shí)現(xiàn)微生物連續(xù)培養(yǎng)的基本原則。在連續(xù)培養(yǎng)里，培養(yǎng)容器中細(xì)菌的數(shù)量一方面以比生長(zhǎng)速率的數(shù)量增加，同時(shí)又在以稀釋率的數(shù) 量減少。連續(xù)培養(yǎng)有兩種類型，恒化器連續(xù)培養(yǎng)和恒濁器連續(xù)培養(yǎng)。前者是在整個(gè)培養(yǎng)過程中通過控制培 養(yǎng)基中某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度基本恒定的方式，保持細(xì)菌的比生長(zhǎng)速率恒定，使生長(zhǎng)“不斷”進(jìn)行。培養(yǎng)基 中的某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通常是作為細(xì)菌比生長(zhǎng)速率的控制因子，這類因子一般是氨基酸、氨和銨鹽等氮源，或 是葡

11、萄糖、麥芽糖等碳源或者是無(wú)機(jī)鹽，生長(zhǎng)因子等物質(zhì)。恒化器連續(xù)培養(yǎng)通常用于微生物學(xué)的研究，篩 選不同的變種。后者主要是通過連續(xù)培養(yǎng)裝置中的光電系統(tǒng)控制培養(yǎng)液中菌體濃度恒定、使細(xì)菌生長(zhǎng)連續(xù) 進(jìn)行的一種培養(yǎng)方式。菌液濃度大小通過光電系統(tǒng)調(diào)節(jié)稀釋率來(lái)維持菌數(shù)恒定，此種培養(yǎng)方式一般用于菌 體以及與菌體生長(zhǎng)平行的代謝產(chǎn)物生產(chǎn)的發(fā)酵工業(yè)，從而獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。恒濁器連續(xù)培養(yǎng)與恒化器連續(xù)培養(yǎng)的比較裝置控制對(duì)象培養(yǎng)基培養(yǎng)基流速生長(zhǎng)速率產(chǎn)物應(yīng)用范圍恒濁器菌體密度無(wú)限制生長(zhǎng)因子不恒定最高速率大量菌體或與菌體相平行的代謝產(chǎn)物生產(chǎn)為主恒化器培養(yǎng)基流速有限制生長(zhǎng)因子恒定低于最高速率不同生長(zhǎng)速率的菌體實(shí)驗(yàn)室為主連續(xù)培養(yǎng)如用于生產(chǎn)實(shí)踐上， 就稱為連續(xù)發(fā)酵，連續(xù)發(fā)酵與單批發(fā)酵相比有許多優(yōu)點(diǎn)：高效，它簡(jiǎn)化了裝料，滅