微生物生長繁殖

1、關(guān)于微生物生長繁殖第1頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三本章內(nèi)容一、生物生長的測(cè)定1. 以數(shù)量變化對(duì)微生物生長情況進(jìn)行測(cè)定2. 以生物量為指標(biāo)測(cè)定微生物的生長二、 細(xì)菌的群體生長繁殖1. 生長曲線2. 同步培養(yǎng)3. 連續(xù)培養(yǎng)三、 微生物生長繁殖的控制1. 控制微生物生長的化學(xué)物質(zhì)2. 控制微生物生長的物理因素第2頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三要求： 通過本章的課堂教學(xué)，使學(xué)生了解微生物生長繁殖的規(guī)律，掌握微生物生長的測(cè)定方法，及各種物理、化學(xué)因素對(duì)微生物生長的影響。 第3頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的

2、測(cè)定（一）微生物生長概述（二）以數(shù)量變化對(duì)微生物生長情況進(jìn)行測(cè)定（三）以生物量為指標(biāo)測(cè)定微生物的生長要求：掌握微生物生長的常規(guī)測(cè)定方法（原理和操作） 第4頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的測(cè)定生長：個(gè)體體積的增加繁殖：個(gè)體生長到一定階段，通過特定方式產(chǎn)生新 個(gè)體，即引起生命個(gè)體數(shù)量增加的生物學(xué)過程。在微生物學(xué)中提到的“生長”，一般均指群體生長，這一點(diǎn)與研究大生物時(shí)有所不同。細(xì)菌太小，往往討論其群體生長。（一）微生物生長概述第5頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的測(cè)定細(xì)菌個(gè)體生長包括細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)制和再生、細(xì)胞分裂和控制。（

3、一）染色體復(fù)制和分離雙向復(fù)制復(fù)制附著點(diǎn)在CM上，隨CM生長和細(xì)胞分裂而分離，形成兩個(gè)子細(xì)胞。（一）微生物生長概述第6頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的測(cè)定（二）CW擴(kuò)增桿菌中是新合成的肽聚糖在新舊Cw均有分布，而球菌是在赤道板插入，固定位置。（三）細(xì)菌分裂與調(diào)節(jié)各種物質(zhì)復(fù)制后，質(zhì)膜內(nèi)陷伴隨新肽聚糖插入，導(dǎo)致橫隔壁向心生長，最后會(huì)合，一分為二。調(diào)節(jié)主要依賴轉(zhuǎn)肽酶和D，D羧肽酶活性比。轉(zhuǎn)肽酶活性高些，利于CW擴(kuò)增，導(dǎo)致細(xì)菌生長。羧肽酶高些，利于橫隔壁形成，導(dǎo)致細(xì)胞分裂。第7頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的測(cè)定第8頁，共5

4、1頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的測(cè)定微生物生長的測(cè)定：個(gè)體計(jì)數(shù)：生物量測(cè)定：重量測(cè)定、生理指標(biāo)測(cè)定（二）以數(shù)量變化對(duì)微生物生長情況進(jìn)行測(cè)定通常用來測(cè)定細(xì)菌、酵母菌等單細(xì)胞微生物的生長情況或樣品中所含微生物個(gè)體的數(shù)量（細(xì)菌、孢子、酵母菌）第9頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的測(cè)定1、稀釋平板計(jì)數(shù)法對(duì)樣品進(jìn)行適當(dāng)稀釋 單個(gè)微生物在適宜的固體培養(yǎng)基表面或內(nèi)部生長、繁殖 肉眼可見的菌落 對(duì)菌落數(shù)目的計(jì)數(shù)推測(cè)樣品中的微生物細(xì)胞數(shù)（二）以數(shù)量變化對(duì)微生物生長情況進(jìn)行測(cè)定第10頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、

5、生物生長的測(cè)定2、涂布平板法使用較多的常規(guī)方法，但有時(shí)涂布不均勻?。ㄒ话?.2ml）（二）以數(shù)量變化對(duì)微生物生長情況進(jìn)行測(cè)定同一稀釋度三個(gè)以上重復(fù),取平均值；每支移液管及涂布棒只能接觸一個(gè)稀釋度的菌液；樣品充分混勻；每個(gè)平板上的菌落數(shù)目合適，便于準(zhǔn)確計(jì)數(shù)；要求：每ml活菌數(shù)同一稀釋度平均數(shù)稀釋倍數(shù)5注意：要三個(gè)以上重復(fù)平板平均計(jì)數(shù)；不適合絲狀菌第11頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的測(cè)定3.顯微鏡直接計(jì)數(shù)法采用細(xì)菌計(jì)數(shù)板或血球計(jì)數(shù)板，顯微鏡下直接計(jì)數(shù)（計(jì)算一定容積里樣品中微生物的數(shù)量）。（二）以數(shù)量變化對(duì)微生物生長情況進(jìn)行測(cè)定每ml原液含菌數(shù)每小格平均菌數(shù)

6、400 1000 稀釋倍數(shù)第12頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的測(cè)定顯微鏡直接計(jì)數(shù)法缺點(diǎn)：不能區(qū)分死菌與活菌；不適于對(duì)運(yùn)動(dòng)細(xì)菌的計(jì)數(shù)；需要相對(duì)高的細(xì)菌濃度；個(gè)體小的細(xì)菌在顯微鏡下難以觀察；第13頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的測(cè)定（三）以生物量為指標(biāo)測(cè)定微生物的生長1、比濁法在一定波長下，測(cè)定菌懸液的光密度，以光密度(optical density, 即O.D.)表示菌量。注意：測(cè)量應(yīng)在菌濃度與O.D.成正比的線性范圍內(nèi)，否則不準(zhǔn)第14頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的測(cè)定2、

7、重量法以干重、濕重直接衡量微生物群體的生物量；通過樣品中蛋白質(zhì)、核酸含量的測(cè)定間接推算微生物群體的生物量；測(cè)定多細(xì)胞及絲狀真菌生長情況的有效方法（三）以生物量為指標(biāo)測(cè)定微生物的生長第15頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一、生物生長的測(cè)定3、 生理指標(biāo)法呼吸強(qiáng)度耗氧量酶活性 與其群體的規(guī)模成正相關(guān)生物熱樣品中微生物數(shù)量多或生長旺盛，這些指標(biāo)愈明顯，因此可以借助特定的儀器如瓦勃氏呼吸儀、微量量熱計(jì)等設(shè)備來測(cè)定相應(yīng)的指標(biāo)。（三）以生物量為指標(biāo)測(cè)定微生物的生長第16頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖生長曲線：細(xì)菌接種到定量的液體培養(yǎng)基中

8、，定時(shí)取樣測(cè)定細(xì)胞數(shù)量，以培養(yǎng)時(shí)間為橫座標(biāo)，以菌數(shù)為縱座標(biāo)作圖，得到的一條反映細(xì)菌在整個(gè)培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。包括：遲緩期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期1.遲緩期（lag phase）細(xì)胞分裂之前的準(zhǔn)備，適應(yīng)環(huán)境。將少量菌種接入新鮮培養(yǎng)基后，在開始一段時(shí)間內(nèi)菌數(shù)不立即增加，或增加很少，生長速度接近于零。也稱延遲期、適應(yīng)期。（一）生長規(guī)律第17頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三一條典型的生長曲線至少可以分為 遲緩期，對(duì)數(shù)期，穩(wěn)定期和衰亡期等四個(gè)生長時(shí)期第18頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖延緩期特點(diǎn)：細(xì)胞形態(tài)變大或增長，例如巨大芽

9、孢桿菌，在遲緩期末，細(xì)胞的平均長度比剛接種時(shí)長6倍。一般來說處于遲緩期的細(xì)菌細(xì)胞體積最大； 細(xì)胞內(nèi)RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代謝活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加快，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。 對(duì)外界不良條件反應(yīng)敏感。（一）生長規(guī)律第19頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖減少遲緩期時(shí)間措施：（1）遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性（2）用對(duì)數(shù)生長期的做種子（3）接種前后培養(yǎng)基成分不要相差太大（4）適當(dāng)擴(kuò)大接種量（一）生長規(guī)律第20頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖2.對(duì)數(shù)生長期（log phase）這時(shí)的細(xì)菌代謝活性、酶活性

10、穩(wěn)定且高；大小一致；生活力強(qiáng)；用做種子和實(shí)驗(yàn)材料。3.穩(wěn)定期（stationary phase）生長率為0，菌數(shù)最多并維持穩(wěn)定，積累代謝產(chǎn)物的好時(shí)期。（一）生長規(guī)律第21頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖對(duì)數(shù)期到穩(wěn)定期的轉(zhuǎn)變是細(xì)胞重要的分化調(diào)節(jié)階段： 1）開始儲(chǔ)存糖原等內(nèi)含物； 2）形成芽孢或建立自然感受態(tài)（芽孢桿菌） 3）發(fā)酵過程積累代謝產(chǎn)物的重要階段； 某些放線菌抗生素的大量形成也在此時(shí)期（一）生長規(guī)律生產(chǎn)上延長穩(wěn)定期的方法： 補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)（補(bǔ)料）或取走代謝產(chǎn)物； 調(diào)節(jié)pH、調(diào)節(jié)溫度； 對(duì)好氧菌增加通氣、攪拌或振蕩第22頁，共51頁，2022年，5月

11、20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖4.衰亡期（death phase）特點(diǎn)：細(xì)菌代謝活性降低；細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶；產(chǎn)生或釋放出一些產(chǎn)物；如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外肽酶或抗生素等。菌體細(xì)胞也呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時(shí)產(chǎn)生畸形，細(xì)胞大小懸殊； 有些革蘭氏染色反應(yīng)陽性菌此時(shí)會(huì)變成陰性反應(yīng)（一）生長規(guī)律第23頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖不同的微生物或同一種微生物對(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(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NO3-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

12、）。當(dāng)培養(yǎng)基中同時(shí)含有這兩類碳源（或氮源）時(shí)，微生物在生長過程中會(huì)形成二次生長現(xiàn)象。（一）生長規(guī)律第24頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖在細(xì)菌個(gè)體生長里，每個(gè)細(xì)菌分裂繁殖一代所需的時(shí)間為代時(shí)(Generation time)。代時(shí)通常以G表示。在群體生長里細(xì)菌數(shù)量增加一倍所需的時(shí)間稱為倍增時(shí)間（Doubling time)。（二） 生長數(shù)學(xué)模型dNdtNN：每毫升培養(yǎng)液中細(xì)胞數(shù) ：比生長速率，每單位數(shù)量細(xì)菌 在單位時(shí)間增加的量t：培養(yǎng)時(shí)間 t1 t0 0.639G = = n m第25頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生

13、長繁殖使群體中不同步的轉(zhuǎn)變?yōu)橥缴L或繁殖的方法。常用來科學(xué)研究和做種子。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。分為：機(jī)械法 環(huán)境條件控制法 （三）同步培養(yǎng)第26頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖1、機(jī)械法根據(jù)不同階段細(xì)胞體積與質(zhì)量或跟某種材料結(jié)合程度不同。（1）離心法（2）過慮分離法（3）硝酸纖維素膜法（三）同步培養(yǎng)第27頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三硝酸纖維素濾膜法是最經(jīng)典的獲得同步生長的方法第28頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖2.環(huán)境條件控制法（1）溫度（2）培

14、養(yǎng)基成分控制（3）其他，如：光（三）同步培養(yǎng)由于細(xì)胞的個(gè)體差異，同步生長往往只能維持2-3個(gè)世代，隨后又逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)生長。第29頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖采取一定措施使微生物以恒定比生長速率生長并持續(xù)。培養(yǎng)過程中不斷的補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物是實(shí)現(xiàn)微生物連續(xù)培養(yǎng)的基本原則。（四）連續(xù)培養(yǎng)dNdt=N 菌數(shù)增加速率dNdt=DN 菌數(shù)減少速率第30頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖D：稀釋率，即培養(yǎng)基每小時(shí)流過培養(yǎng)容器的體積數(shù)D，細(xì)菌數(shù)會(huì)增加，營養(yǎng)物消耗和代謝產(chǎn)物積累導(dǎo)致細(xì)菌停止生長。 D，維持

15、平衡D，菌被稀釋（四）連續(xù)培養(yǎng)第31頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖連續(xù)培養(yǎng)兩種類型：恒化器連續(xù)培養(yǎng)、恒濁器連續(xù)培養(yǎng)恒化：某種營養(yǎng)物質(zhì)維持恒定恒濁：菌恒定（四）連續(xù)培養(yǎng)第32頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖恒濁器連續(xù)培養(yǎng)（四）連續(xù)培養(yǎng)測(cè)定所培養(yǎng)微生物的光密度值自動(dòng)調(diào)節(jié)新鮮培養(yǎng)基流入和培養(yǎng)物流出培養(yǎng)室的流速使培養(yǎng)物維持在某一恒定濁度當(dāng)培養(yǎng)室中的濁度超過預(yù)期數(shù)值時(shí)，流速加快，使?jié)岫冉档停划?dāng)培養(yǎng)室中的濁度低于預(yù)期數(shù)值時(shí)，流速減慢，使?jié)岫壬?；?3頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長

16、繁殖恒濁器連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)： 缺點(diǎn)：（四）連續(xù)培養(yǎng)一般用于菌體以及與菌體生長平行的代謝產(chǎn)物生產(chǎn)的發(fā)酵工業(yè) 縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率； 便于自動(dòng)控制； 降低動(dòng)力消耗及體力勞動(dòng)強(qiáng)度； 產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；雜菌污染和菌種退化第34頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三二、群體生長繁殖恒化器連續(xù)培養(yǎng)使培養(yǎng)液流速保持不變，并使微生物始終在低于其最高生長速率下進(jìn)行生長繁殖。恒化連續(xù)培養(yǎng)中，必需將某種必需的營養(yǎng)物質(zhì)控制在較低的濃度，作為限制性因子，而其他營養(yǎng)物均過量。限制性因子必須是機(jī)體生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，如aa和氨等氮源，或G、麥芽糖等碳源或者是無機(jī)鹽，一定濃度范圍內(nèi)決定細(xì)菌生長

17、速率。（四）連續(xù)培養(yǎng)第35頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三三、環(huán)境對(duì)生長影響環(huán)境對(duì)生長影響1.營養(yǎng)物質(zhì)2.水活性3.溫度影響：酶活性、CM流動(dòng)性、物質(zhì)溶解度4.pH5.氧第36頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三四、生長繁殖控制控制（有害）微生物的生長速率或消滅不需要的微生物，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要的意義。抑制：亞致死劑量因子作用使生長停止死亡：生長能力不可逆喪失防腐：理化因素防止或抑制微生物生長消毒：殺死或滅活所有病原微生物滅菌：殺死包括芽孢在內(nèi)的所有菌化療：選擇毒性化學(xué)物質(zhì)對(duì)生物體內(nèi)部感染組織 或細(xì)胞進(jìn)行治療，對(duì)機(jī)體本身無毒害作用。第37頁，共

18、51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三四、生長繁殖控制1.抗微生物劑（antimicrobial agent）殺死或抑制微生物生長的化學(xué)物質(zhì)。分以下幾種：抑菌劑（bacteriostatic agent）：抑制生長不能殺死殺菌劑（bactericide）：殺死不裂解細(xì)胞溶菌劑（bacteriolysis）：誘導(dǎo)細(xì)胞裂解（一）控制微生物的化學(xué)物質(zhì)第38頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三四、生長繁殖控制消毒劑：可殺死微生物，通常用于非生物材料的滅菌或消毒。防腐劑：能殺死微生物或抑制其生長，但對(duì)人及動(dòng)物的體表組 織無毒性或毒性低，可作為外用抗微生物藥物?？刮⑸?/p>

19、劑又叫殺菌劑，分消毒劑和防腐劑。第39頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三四、生長繁殖控制2.抗代謝物生長因子的結(jié)構(gòu)類似物干擾達(dá)到抑制微生物生長目的。如：葉酸對(duì)抗物（磺胺）、 嘌呤對(duì)抗物（6-巰基嘌呤）、 苯丙氨酸對(duì)抗物（對(duì)氟苯丙氨酸）、 尿嘧啶對(duì)抗物（5-氟尿嘧啶） 胸腺嘧啶對(duì)抗物（5-溴胸腺嘧啶） 等等第40頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三四、生長繁殖控制3.抗生素（antibiotic）某些生物合成或半合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物或衍生物，抑制或殺死其他微生物。主要通過：抑制CW合成、破壞CM、作用呼吸鏈、抑制Pr核酸合成。第41頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三第42頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三第43頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三第44頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三第45頁，共51頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期三四、生長繁殖控制導(dǎo)致抗藥性菌株：細(xì)胞質(zhì)膜透性改變：使抗生素不進(jìn)入細(xì)胞或進(jìn)入細(xì)胞 后被細(xì)胞主動(dòng)排出