微生物生长及其控制
第六章微生物的生长及其控制
第六章微生物的生长及其控制微生物不论其在自然条件下还是在人为条件下发生作用，都是通过“以数取胜”或“以量取胜”。
生长和繁殖就是保证微生物获得巨大数量的必要前提。
微生物生长是指由于细胞成分的增加导致微生物的个体大小、群体数量或两者的增长。
个体细胞生长：细胞内组分的增加，导致细胞总量（体积、质量、大小）扩个体繁殖：是微生物个体生长到一定阶段，由于细胞结构的复制与重建并通由于微生物个体微小，以个体为对象研究其生长和繁殖十分不便，常以群体数量的变化来研究微生物的生长。
在微生物学中，凡说“生长”一般均指群体生长，这与研究大型生物有所不同。
群体生长：指在一定时间和条件下，微生物细胞总量的增加。
既有量变也有质变。
三者之间的关系：个体生长→个体繁殖→群体生长群体生长＝个体生长＋个体繁殖第一节测定生长繁殖的方法测定生长的方法是以原生质含量的增加为基础，测定繁殖是建立在计算个体数目上。
一、测生长量直接方法：测菌体细胞（数）量、菌体体积、菌体质量等；间接方法：根据细胞内某种物质的含量或某种代谢活动强度间接测定。
（一）直接法1、测体积这是一种粗放的方法。
将待测培养液放在刻度离心管中作自然沉降或离心沉降，观察其体积。
污泥沉降比（SV）：为含有污泥的混合液在量筒中静置30 min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分数，以%表示。
又叫30 min沉淀率。
该参数是评定活性污泥质量的重要指标之一。
正常范围为15-30%。
2、称重此法的原理是根据每个细胞有一定的重量而设计的。
它可以用于单细胞、多细胞以及丝状体微生物生长的测定。
包括称干重（DCW）和湿重。
将一定体积的样品通过离心或过滤将菌体分离出来，经洗涤，再离心后直接称重，求出湿重。
如果是丝状体微生物，过滤后用滤纸吸去菌丝之间的自由水，再称重求出湿重。
不论是细菌样品还是丝状菌样品，可以将它们放在已知重量的平皿或烧杯内，于105℃烘干至恒重，取出放入干燥器内冷却，再称量，求出微生物干重。
第六章 微生物的生长及其控制1
获得同步生长的方法： 获得同步生长的方法：
同步培养法
诱导法
筛选法
化化化化 物物化化
过过过 区区区区区区区区过 膜膜膜过
获得同步生长的方法主要有两类： 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。 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。 胞周期不同的周期变化。 机械筛选法：选择性过滤、梯度离心。物理方法，随机选择， 机械筛选法：选择性过滤、梯度离心。物理方法，随机选择， 不影响细胞代谢。 不影响细胞代谢。
☆以细菌为例介绍无分支单细胞微生物群体生长规律，其结 以细菌为例介绍无分支单细胞微生物群体生长规律， 论也基本适用于酵母菌。 论也基本适用于酵母菌。 ☆生长曲线代表了细菌在新的环境中从开始生长、分裂直至 生长曲线代表了细菌在新的环境中从开始生长、 死亡的整个动态变化过程。 死亡的整个动态变化过程。 ☆每种细菌都有各自的典型生长曲线，但它们的生长过程却 每种细菌都有各自的典型生长曲线， 有着共同的规律性。一般可以将生长曲线划分为四个时期。 有着共同的规律性。一般可以将生长曲线划分为四个时期。
二、以数量变化对微生物生长情况进行测定 （一）直接法
将待测样品制成菌悬液，适当稀释， 将待测样品制成菌悬液，适当稀释，加入血球计数板方 格网的计数室内，在显微镜下直接计数； 格网的计数室内，在显微镜下直接计数；因为计数室的 体积一定， 体积一定，所以能够计算出每毫升待测样品中的细胞个 数； 特点：全菌计数，不区分死菌与活菌； 特点：全菌计数，不区分死菌与活菌； 适用于单细胞微生物：细菌、酵母菌； 适用于单细胞微生物：细菌、酵母菌； 要点：菌悬液浓度应在 个细胞/毫升左右 毫升左右； 要点：菌悬液浓度应在108个细胞 毫升左右；
控制微生物生长繁殖的主要方法及原理
控制微生物生长繁殖的主要方法及原理微生物生长繁殖的控制方法有多种，包括物理方法、化学方法和生物方法。
下面将详细介绍这些方法及其原理。
物理方法：1.温度控制：微生物对温度非常敏感，不同种类的微生物具有不同的生长温度范围。
控制温度可以通过调节环境的温度来限制微生物的生长。
低温可以抑制微生物的繁殖，高温则可以杀灭微生物。
常见的温度控制方法包括冷藏、煮沸和灭菌等。
2.辐射控制：辐射是一种能够杀灭或抑制微生物生长的物理方法。
常见的辐射包括紫外线辐射和电离辐射。
紫外线辐射可以杀死微生物的DNA，从而阻碍其繁殖。
电离辐射则可以破坏微生物的细胞结构，导致其死亡。
3.过滤控制：通过过滤物质可以去除微生物，从而控制其繁殖。
过滤方法通常使用微孔过滤器或高效过滤器。
这些过滤器可以筛除微生物和微小颗粒，从而阻止其传播和生长。
化学方法：1.抗生素：抗生素是一类可以杀灭或抑制微生物生长的化学物质。
抗生素可以通过破坏微生物的细胞壁或阻断其代谢途径来发挥作用。
常见的抗生素包括青霉素、四环素和氨基糖苷类等。
2.消毒剂：消毒剂是一种可以杀死微生物的化学物质。
常见的消毒剂包括酒精、漂白粉和过氧化氢等。
消毒剂可以破坏微生物的细胞结构、蛋白质和DNA，从而导致其死亡。
生物方法：1.优势菌抑制：通过增加有益细菌的数量来抑制有害细菌的繁殖，从而达到控制微生物生长的目的。
常见的方法包括接种好气菌、厌氧菌和益生菌等。
2.使用控制病原微生物的生物制剂：生物制剂是指通过培养和提取微生物、代谢产物或酶制备的一种特定的微生物产品。
这些制剂可以具有抗菌、抗病毒和抗真菌等特性，可以控制微生物的繁殖和传播。
总之，物理方法、化学方法和生物方法是目前常用的控制微生物生长繁殖的方法。
选择合适的方法取决于对微生物种类的了解以及具体的应用环境。
通过综合使用这些方法，可以有效地控制微生物的生长和传播，从而保护人类的健康和环境的安全。
第六章微生物的生长及其控制
t2 - t1
3.322(lgx2-lgx1) t2 - t1
3.322(lgx2-lgx1)
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25
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℃ 17min
E. coli
牛奶
37
12.5
Enterobacter aerogenes（产气肠细菌）
肉汤或牛奶 37
一般连续培养器 固定化细胞连续培养器
实验室科研用：连续培养器 发酵生产用：连续发酵罐
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（1）恒浊器 — 恒浊连续培养
Ø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；但工艺 复杂，烦琐。 Ø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。
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（二）指数期
1、特点： Ø 生长速率常数R最大，即代时最短; Ø细胞进行平衡生长，菌体大小、形态、生理特征等比较一致; Ø酶系活跃，代谢最旺盛。
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x2
2、指数期中的的
三个重要参数
x1
t1
t2
u繁殖代数 n=3.322(lgx2-lgx1)
u生长速率常数R= u代时G=
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（三）稳定期
1、特点： （1）R=0，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。 （2）菌体产量达到了最高点。 （3）菌体产量与营养物质的消耗间呈现出有规律的比例关系。 （4）细胞内开始积聚糖原、异染颗粒和脂肪等内含物；芽孢杆菌一般在这时开始形成芽孢； （5）通过复杂的次生代谢途径合成各种次生代谢物。
第六章微生物的生长及其控制
（2） 恒化器：
与恒浊器相反，恒化器是一种设法使培养液 流速保持不变，并使微生物始终在低于最高 生长速率下进行生长繁殖的一种连贯培养装 置 在恒化器中，一方面菌体密度会随时间的增 长而增高，另一方面，限制因子的浓度会随 时间的增长而降低，（使菌体生长慢），两 者相互作用，会出现生长与流速相平衡，这 样，即可获得一定生长速率的均一菌体，又 可获得虽低于最高菌体产量，却能保持稳定 菌体密度的菌体。
3、 防腐：（Antisepsis）
是指利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁 殖，从而达到防止食品等发生霉变的措施。
措施：
（1） 低温： （2） 缺氧： （3） 干燥： （4） 高渗： （5） 高酸度： （6） 防腐剂：
4、化疗：（Chemotheraph）
即化学治疗，它是利用对病原菌具有高度毒力，而对 宿主细胞无显著毒性的化学物质来抑制宿主体内病原 微生物的生长繁殖，借以达到治疗在目的。
连续培养的优缺点：
优点： A、高效，简化了装料、灭菌，出料、清洗等 程序。 B、产品质量较稳定。 C、自控，可利用各种仪表加以控制。 D、节约人力、动力、资源（水、汽等） 缺点： A、菌种易于退化 B、易遭杂菌污染。
第二节 影响微生物生长的主要因素
影响微生物生长的外界因素很多，除一些营养 条件外，还有许多物理条件，其中最重要的有 温度，PH、氧气等。 一、 温度： 微生物的生长T有宽窄，但总有最低生长T，最 适生长T，最高T。并称为生长温度三基点。 最低生长T：一般-5---10。C，极端为-30。C 最适生长T：嗜冷菌；中温菌；嗜热菌。 最高生长T：一般为80—95。C，极端为105— 300。C。
三、 影响加压灭菌效果的因素：
微生物的生长及其控制
生长曲线反映的是群体的生长规律，不是但个细胞的生长 规律。 掌握微生物是生长曲线在生产实践中具有重要意义。 如：医学进行G＋ 的鉴定，通常采用对数期的菌体，因为 这时G＋反应最典型；工业上生产食品酵母，要在稳定期
可以用重量、体积、密度或浓度来衡量。
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。只有群体生长在微生物的研究和应用中，才有 实际意义。 单细胞微生物的群体生长具有明显的规律，且受到外界环 境因素影响，所以可以通过控制外界的环境因素对微生物
是生长加以控制。
研究生长规律需要解决三个前提：
耐氧菌
厌氧菌 严格厌氧菌
四、营养物质
营养物质对微生物的生长速率影响很大，营养丰富则生长 快，繁殖迅速；反之则反。
第四节 微生物生长的控制
微生物的生长繁殖对外界环境产生好或坏的影响 对人类而言，微生物有其有益的一面，同时也存在着危害 人类的一面。 必须对环境中的有害微生物施加影响，控制其生长繁殖。 一般通过消毒、灭菌、防腐等手段达到消灭有害微生物的
o
o
最高温度oC 20
生存环境 常年低温环境，如 地球两极、海洋深 处 海洋、湖泊、土壤、 冷泉、冰箱等 广泛分布，人和动 植物体表面等
耐冷微生物
0-5
25-40（37） 45
中温微生物
5-15
20-35
45
嗜热微生物30Fra bibliotek50-60
70-80
温泉、堆肥、热水 器等环境中
均为古菌，热泉、 火山口等处
超嗜热微生 物
06第六章 微生物的生长及控制
1. 微生物生长繁殖的pH值
大多数细菌、放线菌喜欢生活在中性偏碱的环境中， 细菌最适的pH在7.0~8.0之间，放线菌的最适pH在7.5~8.5 之间； 而酵母菌和霉菌刚好相反，适合在偏酸的条件下生 长，霉菌的最适pH值在4.0~5.8之间，酵母菌在3.8~6.0之 间。
2. pH值对微生物生长的影响
稀释倒平板法
操作较麻烦，对 好氧菌、热敏感 菌效果不好！
2. 膜过滤培养法
菌数低的样品（如水）→ 膜过滤 → 培养 → 菌落计数
3. 显微镜直接计数法
缺点：
① 不能区分死菌与活菌 ② 不适于对运动细菌的计数 ③ 需要相对高的细菌浓度 ④ 个体小的细菌在显微镜下难以观察
4. 比浊法
5. 重量法
为什么氧气存在能够抑制甚至杀死厌氧菌？
氧气进入菌体后，能接受电子而产生不同还原性的氧 离子，如过氧离子、过氧化物自由基。过氧化物自由基和过 氧离子都是很强的氧化剂，对微生物有毒，能氧化微生物过 程中所必需的酶。 好氧菌、兼性需氧菌以及微量需氧菌体内含有过氧化 物歧化酶（SOD)和过氧化氢酶。这两种酶能将过氧化物自由 基和过氧离子还原成没有毒性的水分子，所以它们不会被氧 气所杀死。耐氧菌虽没有过氧化氢酶，但有过氧化物酶，能 合成SOD，而不会被氧毒害。 厌氧菌体内都没有这些酶，所以不能忍受氧气。
将单位体积培养液中的菌体，用清水洗净， 然后放入干燥器内加热或减压干燥，最后测定其 干重。一般来说，干重约为湿重的10~20%，即 1mg干菌 = 5~10mg湿菌 = 4~5×109个菌体。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 6.氮量法(生理指标法)
微生物细胞的含氮量一般比较稳定，所以 常作为生长量的指标。如细菌含氮量约为菌体 干重的14%。含氮量乘以6.25即可粗测出其蛋白 质含量。
微生物7 微生物的生长及其控制
第七章 微生物的生长及其控制
z z z z z z
生长 (growth)：个体体积或重量的变化 繁殖 (reproduction)：个体数量的变化 个体生长→个体繁殖→群体生长 群体生长＝个体生长 ＋ 个体繁殖 生长和繁殖是交替进行的 衡量群体生长的量： 重量、体积、密度、浓度、个体数目等 生理指标：测含氮量、测含碳量、测磷、 DNA、RNA、ATP、呼吸
第一节 微生物生长的测定
测定生长量 测体积 称干（湿）重 比浊法 颜色改变单位 生理指标法：测含氮量 测含碳量 测磷、DNA、RNA、ATP 呼吸
微生物生长的测定
测细胞的个数
¾比例计数法 ¾血球计数法 ¾平板活菌计数法：
菌落形成单位 (cfu, colony forming unit） ¾膜过滤法 ¾稀释摇管法
比浊法
turbidity
血球计数法
z
又被称为Petroff-Hausser counting。
平板活菌计数法
平板活菌计数法的两种策略——涂布 和倾注
膜过滤法——用于较稀溶液的计数 方法
膜过滤法
硝酸纤维素滤膜法是最经典的获得同步生长的方法
由于细胞的个体差异，同步生长往往只能维持2-3随后又逐渐转变为随机生长。
邻苯基苯酚
六氯酚
哈拉腙
十六烷基吡啶氯
氯苯甲烷铵
丙炔内酯Disinfectants and antiseptics。
微生物学-第六章 微生物的生长及其控制
步骤：
菌悬液通过微孔滤膜，细胞吸附其上；反置滤膜，以新鲜 培养液通过滤膜，洗掉浮游细胞；除去起始 洗脱液 后就可 以得 到刚刚分裂下来 的新生细胞， 即为同步培养。
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二、单细胞微生物的典型生长曲线
1.平板菌落计数法
最常用的活菌计数法。将适当稀释的菌液倾注平板 或涂布在平板表面，经适当温度培养后，以平板上出 现的菌落数乘以稀释度就可计数出原菌液的含菌量。 直径9cm 的平板上出现菌落数一般以50～500个为 宜。按照国家标准规定的样品菌落数总数测定的计数 原则，以平板菌落数在30～300个之间为报告依据。 适用范围： 中温、好氧和兼性厌氧、能在营养琼脂上生长的微 生物。
生长曲线概念： 定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的 实验曲线，称为生长曲线。 生长曲线的制作： 把少量纯种单细胞微生物接种到一定体积的培养液 中后，在适宜的条件下培养，如果以细胞数目的对数 值为纵坐标，以培养时间为横坐标，就可以绘制出分 批培养条件下微生物的生长曲线。
每种细菌都有各自的典型生长曲线，但它们的生长 过程却有着共同的规律性。一般可以将生长曲线划分为 四个时期，即迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期。
技术要求： 样品充分混匀，操作熟练快速（15~20min完成操 作），严格无菌操作； 注意事项： 每一支吸管只能用于一个稀释度，样品混匀处理， 倾注平板时的培养基温度； 误差： 多次稀释造成的误差是主要来源，其次还有由于样 品内菌体分布不均匀、以及不当操作。
2. 液体稀释法
对样品做10倍连续稀释，从适宜的3个连续稀 释度 中各取5ml 试 样，接 种 3组共9 支装有培养液 的试管中（每管接入1ml ）。经培养后，记录每个 稀 释 度 出 现 生 长 的 试 管 数 ， 然 后 查 M.P.N. 表 （most probable number，最大可能数），根据 样品稀释倍数就可计算出其中的活菌含量。
第六章微生物的生长及其控制
第六章微⽣物的⽣长及其控制第六章微⽣物的⽣长及其控制1.概述⽣长:细胞物质有规律地,不可逆地增加,导致细胞体积扩⼤的⽣物学过程.繁殖:微⽣物⽣长到⼀定阶段,由于细胞结构的复制与重建并通过特定的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。
⽣长是⼀个量变的过程，繁殖是⼀个质变的过程2.细菌的个体⽣长1.染⾊体DNA的复制和分离细菌的染⾊体为环形双链DNA分⼦。
染⾊体⼀双向的⽅式进⾏连续的复制，在细胞分裂之前不仅完成了染⾊体的复制，⽽且也开始了2个⼦细胞DNA分⼦的复制。
当细胞的⼀个世代即将结束时，不仅为即将形成的2个⼦细胞各备有⼀份完整的遗传信息，⽽且也具有已经按亲本⽅式复制的基因组。
其复制点附着在细胞膜上，随膜的⽣长和细胞分裂，2个未来的⼦细胞基因组不断地分离，最后达到2个⼦细胞中。
细菌在个体⽣长中通过染⾊体DNA的复制，使其遗传特性能保持⾼度的连续性和稳定性。
2.细胞壁的扩增细胞在⽣长过程中，细胞壁只有通过扩增，才能使细胞体积扩⼤。
3.细菌分裂的调节细菌进⼊分裂时期，此时在细菌长度的中间位置，通过细胞质膜内陷并伴随新合成的肽聚糖插⼊，导致横隔壁向⼼⽣长，最后在中⼼回合，完成⼀次分裂，将细菌分裂成2个⼤⼩相等的⼦细菌。
细胞在⽣长和分裂伴随细胞壁的裂解和闭合2个过程。
前者将细胞壁打开，有利于细胞壁物质插⼊；后者在新合成的细胞壁物质插⼊后的开⼝处重新闭合形成完整的细胞壁，以利于机体⽣存。
影响细菌的⽣长和分裂的主要因素是：转肽酶（催化2个肽聚糖的短肽链的链接）；D-Ala-D-Ala-梭肽酶（催化五肽转变为四肽）青霉素竞争性抑制转肽酶。
3. 细菌的群体⽣长繁殖1.⽣长的规律细菌以⼆分裂繁殖,即细胞核⾸先进⾏有丝分裂,然后细胞质通过胞质分裂⽽分开,形成2个相同的个体.分批培养:在封闭系统中对微⽣物进⾏的培养,既不补充营养也不移去培养物质，保持整个培养液体积不变的培养⽅式。
培养曲线：以时间为横坐标，以菌数为纵坐标，依据不同培养时间⾥细菌数量变化，作出培养期间菌数变化规律的曲线。
第六章 微生物的生长及控制
第一节
生长 （量变） 繁殖 （质变）
微生物的培养
生物个体由小到大的增长，即表现为细胞组分 与量方面结构在的增加 指生物个体数目的增加
群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖
在单细胞微生物中，生长繁殖的速度很快，而且两者 始终交替进行，个体生长与繁殖的界限难以划清，因此实
际上常以群体生长作为衡量微生物生长的指标。
或密度梯度离心的方法，选择同一生长阶段的细 胞。
18
第二节
微生物的生长规律
离 心 沉 降 分 离 法
19
膜 洗 脱 法
第二节
2.诱导法
微生物的生长规律
诱导法：采用物理、化学因子使微生物细胞生长进
行到某个阶段而停下来，使先到达该阶段的微生物
细胞不能进入下一个生长阶段，以达到诱导微生物
细胞同步生长的目的。
第二节
微生物的生长规律
延滞原因：适应新的环境条件，合成新的酶，
积累必要的中间产物。
影响延迟期长短的因素： ①菌种 ： 繁殖速度较快的菌种的延迟期一般 较短； ②接种物菌龄 ： 用对数生长期的菌种接种时， 其延迟期较短，甚至检查不到延迟期； ③接种量：一般来说， 接种量增大可缩短甚至 消除延迟期（发酵工业上一般采用1/10的接种 量）；
最高菌体产量。
应用范围：实验室科学研究
35
第二节
微生物的生长规律
恒 化 培 养 器
36
第二节
微生物的生长规律
连续培养技术——恒浊培养
概念：通过调节培养基流速，使培养液浊度保持恒定的连 续培养方法。 原理：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。主要采用恒浊器， 当浊度高时，使新鲜培养基的流速加快，浊度降低，则 减慢培养基的流速。 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；但工艺复杂，烦琐。 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。
微生物的生长及其控制
冰冻和解冻的反复交替容易造成微生物细胞破裂
(3) 低温用于食品保藏 根据各类食品的特点和保藏要求不同，将低温保藏食品 的温度可作如下的划分： 寒冷温度：指在室温和冷藏温度之间的温度。嗜冷微 生物能在这一温度范围内缓慢生长，保藏食品的有效期较 短，一般仅适宜于保藏果蔬食品。 冷藏温度：指在0～5℃之间的温度。一些嗜冷微生物 尚能缓慢生长，能阻止几乎所有的引起食物中毒的病原菌 生长（除肉毒杆菌E型尚能在3.3℃生长和产生毒素外）。 冷藏温度可用于储存果蔬、鱼肉、禽蛋、乳类等食品。
绝大多数真菌多数放线菌部分细绝大多数真菌多数放线菌部分细兼性厌氧菌兼性厌氧菌facultativeaerobefacultativeaerobe不需氧可生长而在有氧条件下生不需氧可生长而在有氧条件下生长更好长更好酵母菌许多细菌酵母菌许多细菌microaerophilicbacteriamicroaerophilicbacteria只能在较低的氧分压下只能在较低的氧分压下210210弯曲杆菌弯曲杆菌厌氧菌厌氧菌anerobeanerobe耐氧菌耐氧菌aerotolerantaerotolerantanaerobeanaerobe有氧有氧22以下和无氧条件下生长状况相以下和无氧条件下生长状况相乳酸杆菌肠膜明串珠菌粪肠乳酸杆菌肠膜明串珠菌粪肠球菌球菌专性厌氧菌专性厌氧菌anaerobeanaerobe只能在无氧条件下生长有氧时即被杀死只能在无氧条件下生长有氧时即被杀死拟杆菌梭菌属双歧杆菌属甲烷拟杆菌梭菌属双歧杆菌属甲烷微生物对氧的需求微生物对氧的需求厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制oh羟基自由基三种好氧菌及耐氧菌中都有超氧化物歧化酶三种好氧菌及耐氧菌中都有超氧化物歧化酶sodsod它可使剧毒的它可使剧毒的o歧化成毒性稍低的歧化成毒性稍低的h
无论微生物生长的pH范围多广泛，细胞内的pH一般都接 近中性。胞内酶的最适pH也接近中性，而位于周质空间的酶 和分泌到细胞外的胞外酶的最适pH则接近环境的pH。
第四章微生物生长及控制
发酵工业上一般采用1/10的接种量
（4）培养基成分：接种到营养丰富的天然培 养基中的微生物延滞期短。
5）缩短延滞期的意义和方法
在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期
接种对数生长期的菌种，采用最适菌龄 加大接种量 用与培养菌种相同组分的培养基 选用繁殖快的菌种
在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌
力、超声波
化学因素：酸、碱、氧化还原电位、化学
药物等
生物因素：寄生、互生、共生、拮抗等
有害微生物的控制
防腐、消毒、灭菌
1、防腐： 利用理化因素完全抑制霉腐微
生物的生长繁殖，从而达到防止物品发生 霉腐的措施，称为防腐。 2、消毒：采用较温和的理化因素，仅杀 死物体表面或内部的一部分对人体有害的 称为消毒。
2、指数期（对数期）
1）现象：细胞数目以几何级数增加，其对 数与时间呈直线关系。 2）生理特性： R最大，G（代时）最短 细胞代谢活动比较稳定，菌体内各种成分最 均匀，生理特性较一致。 酶活力最高，酶系活跃，代谢旺盛 活菌数几乎接近于总菌数
指数期的细胞是进行生理、代谢、遗传等研究的最好材料。
3）指数期细胞高速生长的原因：
同步培养的方法
1. 选择法 ⑴离心沉降分离法： ⑵过滤分离法： ⑶硝酸纤维素薄膜法：
2.诱导法
⑴温度调整法
⑵营养条件调整法
⑶用最稳定期的培养物接种
由于细胞个体间存在着差异，同步生长只能维持 1至2代，不能长久维持。
18
4.4 环境因素对微生物生 长的影响
微生物的一切生命活动都离不开环境，同一种微生
病原菌，而对被处理物体基本无害的措施，
3、灭菌（sterilization） 采用强烈的理化因素使任何物体内
微生物的生长及其控制(共98张PPT)
生长温度三基点：任何微生物的生长温度 总有最低生长温度、最适生长温度、最高 生长温度。
温度
最适生长温度：
即某微生物分裂代 时最短或生长速率最高 时的培养温度。不同微 生物的最适生长温度是 不一样的。 应该着重 指出：最适生长温度不 一定是一切代谢活动的 最适温度。
膜洗脱（常用）等。
诱导法
诱导因子：不影响微生物生长，可特异性抑制细胞分裂， 消除该抑制后，细胞同时出现分裂。
此法会扰乱细胞的正常代谢
举例： 1、温度调整法； 2、营养条件调整法；
3、抑制DNA合成法（代谢抑制剂：）
（抑制DNA合成法是利用代谢抑制剂阻碍DNA合成相当一
段时间，然后解除其抑制，可达到同步目的。常用的代
（一）微生物细胞数目的测定
－－适用于单细胞微生物或丝状微生物的孢子
直接计数法－－总菌计数 1、计数板计数法（常用）
2、比例计数法
间接计数法－－活菌计数
1、平板菌落计数法
2、液体稀释法
3、厌氧菌菌落计数
其他计数法
1、比浊法
2、膜过滤法
血球计数板
各 种 型 号 的 全 自 动 血 球 计 数 仪
活菌计数的一般步骤
二、单细胞微生物的典型生长曲线
三、微生物的连续培养
四、微生物的高密度培养
一、微生物的个体生长和同步生长
微生物在适宜的环境条件下，不断地吸收 营养物质，并按照自己的代谢方式进行代 谢活动，如果同化作用大于异化作用，则 细胞质的量不断增加，体积得以加大，于 是表现为生长。简单地说，生长就是有机 体的细胞组分与结构在量方面的增加。
微生物的生长及其控制
微生物生长的测定：测定微生物的生长情况，可选用微生物的细胞数目或者生长量等作为指标。
测定细胞数目常用直接计数法、间接计数法以及其他计数法(比浊法和膜过滤等)；测定微生物的生长量常用测体积、称分量的直接法以及测含氮量、DNA 含量和其他生理指标的间接法。
同步生长：通过同步培养的手段而使细胞群体中各个体处于分裂步调一致的生长状态，称为同步生长。
获得微生物同步生长的方法主要有选择法和诱导法两大类。
典型生长曲线：单细胞微生物在分批培养时，其生长规律可用典型生长曲线描述，通常可分为四个时期：延滞期、指数期、稳定期和衰亡期。
研究和运用微生物生长规律对基础理论研究和指导生产实践都有重要的意义，连续培养的产生就是一例。
影响微生物生长的因素：影响微生物生长的环境因素主要是温度、氧气和pH。
根据最适生长温度的不同可将微生物分为三类：嗜冷菌、嗜温菌和嗜热菌。
根据微生物和氧的关系，可把它们分为专性好氧菌、兼性厌氧菌、微好氧菌、耐氧菌和(专性)厌氧菌五大类。
不同微生物有其生长的最适pH 范围；微生物生长会改变环境的pH 并导致对自身生长的不利状态，为此，在实验室或者生产实践中就应采用相应措施调整微生物培养物的pH。
微生物培养法：实验室和生产实践中培养微生物的方法和装置不少。
在实际工作中通常根据微生物的种类和培养目的等方面的不同进行选择。
微生物生长的控制：微生物研究或者生产实践中，往往需要控制所不期望的微生物的生长。
任何杀死或者抑制微生物的方法都可以达到控制微生物生长的目的，它们包括加热、低温、干燥、辐射、过滤等物理方法和消毒剂、防腐剂、化学治疗剂等化学方法两大类。
灭菌：利用强烈的理化因素杀死物体中所有微生物的措施称为灭菌。
消毒：采用温和的理化因素杀死物体中所有病原微生物的措施称为消毒。
防腐：利用某种理化因素抑制微生物生长的措施称为防腐。
化疗：利用具有高度选择毒力的化学物质抑制宿主体内病原微生物或者病变细胞的治疗措施微生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养物质，按其自身方式进行新陈代谢。
微生物的生长与控制
5
恒化器
恒浊器
01
菌体浓度↑，浊度↑， 控制使流速↑； 菌体密度恒定；生长速率最快
恒化器
02
限制性营养物浓度恒定，流速恒定； 生长速率恒定；
建议理解图表：
01.
微生物温度生长范围（宽温、窄温微生物）
02.
最适生长温度
03.
嗜冷菌：-10～20℃
04.
中温菌：20～45℃
05.
嗜热菌：45～95℃
●生产实践中保证M生长处在较稳定和合适pH， 方法：
pH调节措施
治标（酸碱中和）
治本
过酸：适当N源（尿素、NaNO3、NH4OH等） 通气量↑
过碱：糖、乳酸、油脂等C源；通气量↓
01
3.微生物培养方法
1
2
磺胺与病原菌生长因子（PABA）结构类似，可竞争与另一底物
二氢喋啶酰焦磷酸）结合→假二氢叶酸·病原菌无法合成叶酸，
二氢叶酸
二氢叶酸合成酶 二氢叶酸 二氢叶酸
四氢叶酸（COF,转移-碳基的重要辅酶）
磺胺类药物（PABA类似物）
人类缺四氢叶酸合成有关酶类，必须在营养 物中直接提供。因此，磺胺对人 类无毒。
GasPak 产气袋工作原理
2）厌氧手套箱
高层琼脂柱（液柱）
5.有害微生物的控制 概念 灭菌：除去或杀灭所有的微生物。 消毒：除去或杀灭病原微生物。 防腐：抑制食品或生物制品霉腐微生物 的生长。 化疗：利用高选择毒力的化学物质抑制病原 微生物的生长而达到治疗染病的措施。
常压法‑‑巴氏消毒法、煮沸消毒法、间歇灭菌法。 加压法‑‑常规加压灭菌法，连续加压灭菌法（连消法）
02
好气菌的培养
03
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稳定期的实践意义
• 是发酵生产中以菌体为终产品的最佳收获
期；
• 某些代谢产物特别是次生代谢产物发生在
此阶段，某些细菌的芽孢也发生在此阶段， 故又称作代谢产物合成期；
• 导致了连续培养原理的提出和工艺技术的
改进。
4）衰亡期 (decline phase,death phase)
• 特点：Байду номын сангаас• 细胞以指数速率死亡， 细胞死亡速率超过
2 活细胞计数法
1）平皿菌落 落计数法
2) 薄膜过滤平皿计数法
微生物生长测定方法比较
• 方法
特点与应用
测 定 细 胞 数
总 细 胞 数
血球计数板法 薄膜过滤染色法
较简便，但较费时 快速简便，适于含菌数很低的空气、水等中的总菌计数
目 活 平皿菌落计数法 简易价廉，但花费时间较长，不能立刻知道结果
第一节 微生物的生长
一、研究微生物生长的两个先决条件： 纯培养（pure culture）、 同步生长(synchronous culture)
1. 纯培养：从一个细胞或一种细胞群繁殖得
到的后代。
2. 同步生长：所有细胞处于生长的相同阶段，
都能同时分裂。
微生物纯培养的分离方法之一 稀释倒平板法分离微生物
t
0
lgN -lgN
t
0
lg2
0.301
式中N0为起始细胞数目，Nt为指数生长某个时刻t时 的细胞数目，n为世代数。N0、Nt和t可由实验获 得，n可通过上式计算得出。
• 世代：由1个细胞分裂成为2个细
胞的时间间隔被称为世代。
• 代时：细胞每分裂一次所需的时间，
也称世代时间或者增代时间。
2.微生物生长曲线
（分光光度计测OD值）。
• 4.生理指标法：消耗底物的量或产生的
物质量。
比浊法
活菌数（亿个/毫升）
2.5
2
1.5
1
0.5
0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
OD值
图示 假单胞菌OD值和活菌数的关系
（二）微生物细胞数目 的检测方法
• 1 总细胞计数法
1） 血球计数板法
• 2） 比例计数法：细菌悬液与等体 积的血液混合涂片。
四、培养微生物的两种方式
• （一）分批培养和连续培养
1.分批培养（batch culture）就是指将微生物置于一 定容积的培养液中，经过培养生长，最后一次收获的培 养方式。 2.连续培养(continuous culture) 基本上说来就是在一 个恒定容积的流动系统中培养微生物，一方面以一定速 率不断地加入新的培养液，另一方面又以相同的速率流 出培养物（菌体和代谢产物），以使培养系统中的细胞 数量和营养状态保持恒定，即处于稳态。
细
胞 数
薄膜过滤平皿法
灵敏度高, 不用于高密度培养物，不能立刻知道结果
测 细胞湿重法
较为简便，但含水量不定，准确度差
定 物
细胞干重法
较为费时，较准确，但易受颗粒杂质干扰
质 量
细胞成分含量法 如测定蛋白质、核酸、还原糖的含量等
比浊法
快速简便，敏感度低，适于发酵液或液体中的快速 总细胞计数，但需事先标定
3）稳定期(stationary phase)
• 特点： • 活细胞总数维持不变，细胞生长速率为零，
即新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等
• 菌体总数达到最高点 • 芽孢杆菌此时开始形成芽孢，G+染色发生
变化。
• 初级代谢产物大量积累
为什么细胞总数不再增加？
• 营养物质被消耗不能满足生长需要 • 代谢废物或有害物质积累到抑制生长水平 • pH、氧化还原势等物化条件越来越不适应
获得同步生长的方法
• 1.选择法：
离心沉淀分离法、硝酸纤维素薄膜法、 过滤分离法
• 2.诱导法：
是采用物理、化学因子使微生物细胞生 长进行到某个阶段而停下来，使先期到达该 阶段的微生物细胞不能进入下一生长阶段， 待全部群体细胞都到达该生长阶段后，再除 去该因子，使全部群体细胞同时进入下一个 生长阶段，以达到诱导微生物细胞同步生长 的目的。
（二）连续培养类型
连续培养类型
• 恒浊连续培养：（内控制菌体密度）
可获得最高的生长速率，用于工业生产 以获得大量的菌体及其代谢产物。
• 恒化连续培养：（外控制流速）
可获得低于最高速率的生长速度，适于 实验室
（二）生长曲线
• 1.指数生长公式：
Nt= N0×2n
lgNt=lgN0+nlg2
n = = lgN -lgN
获得纯培养的方法
• 微生物纯培养的分离方法之二 • 稀释涂布法分离微生物
微生物纯培养的分离方法之三 平板划线法分离微生物
微生物纯培养的分离方法之四
• 单细胞挑取法：利用显微操作仪，
在显微镜下挑取一个单细胞进行培 养
微生物纯培养的分离方法之五
• 选择培养基分离法：菌悬液进行适
当稀释涂布于选择培养基上
选择法
三、微生物群体生长的测定方法
• 测定群体微生物细胞数目的增加 • 测定群体微生物细胞物质量的增加
（一）细胞量的测定
• 1. 干重法：将微生物菌体或离心得到
的细胞沉淀物置100—105℃的烘箱 中干燥至水份去除，直至恒重。
• 2. 氮量法：微量凯氏定氮法 • 3.比浊法：菌液的浓度与浑浊度成正比
• 接种龄: 对数期的“种子” ，延滞期较短；
延滞期或衰亡期的“种子”，延滞期较长
• 接种量： 接种量大，延滞期较短；
接种量小，延滞期较长
• 培养基成分:
培养基成分丰富的， 延滞期较短 培养基成分与种子培养基一致，延滞期较短
2）指数期(log phase)
• 指数期特点
a生长速率最快，细胞呈指数增长 b生长速率恒定 c代谢旺盛，酶系活跃 d群体的生理特性较一致
单位体积活细胞数对数 光密度
对数增长期
细菌停止生长
稳定期
浊度（光密度）
活菌计数
消亡期 活菌数减少
细菌分裂速率最高
迟缓期 无增长
时间
1）延滞期（lag phase） • 延滞期特点:
a生长速率等于零 b细胞合成新的成分，代谢活跃 c细胞形态变大或变长 d对外界不良环境敏感
影响延滞期长短的因素与实践意义
新生速率，群体呈负增长
影响指数期的因素
a菌种：不同菌种的代时差异极大； 选择对数期菌种、大量接种， 代时短
b营养成分：营养越丰富，代时越短 c营养物浓度：影响微生物的生长速率 和总生长量 d培养温度：影响微生物的生长速率
指数期的实践意义
• 是代谢、生理等科研的良好材料 • 是发酵生产中用作“种子”的最佳种
龄
• 是增殖噬菌体的最适宿主菌龄 • G+染色鉴定时采用此期微生物