发酵工艺学课件第2章 微生物生长与产物合成

延滞期的长短与菌种的遗传特性、菌种的 生长阶段、培养基的成分等有关。
思考： 在工业发酵过程中，我们希望缩短延滞期 的时间，你认为可能的方法有哪些？
缩短延滞期一般措施
①种龄：利用对数生长期的细胞作为“种子”； ②培养基成份：尽量减少接种前后培养基组分的
差异； ③ 接种量：适当扩大接种量。
三、微生物的群体生长
菌丝球
4、酵母 多以出芽繁殖。
啤酒酵母正在出芽繁殖
二、微生物生长曲线
细菌数目的对数
稳
定ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对
期
数
衰
延期
亡
滞
期
期
时间
某种细菌的生长曲线
延滞期（适应期）
特点：菌体体积增大较快，菌体内部代 谢活跃。初级代谢产物合成，诱 导酶开始合成。
对数期
特点：细菌个体形态、化学组成和生理特性 等均较稳定，代谢旺盛、生长迅速、 是研究微生物基本代谢的良好材料。 在生产上用作“种子”。
微生物的生长繁殖和分化受遗传特性和环境 条件的变化的影响。
微生物细胞的分化与次级代谢产物的生物合 成密切相关。
因而需要了解发酵菌株的生长繁殖特性与分 化的规律，了解产物合成的基本特性及影响 因素，从而更好应用于研究、生产和实践。
——本章学习的目的
1、细菌
细菌靠简单的横向无性二等分分裂进行生殖， 这种生殖方式叫做裂殖。在适宜的环境下，细 菌只需20～30 min就能繁殖一代。
细胞形态受培养基组成的控制，温度、pH 和氧气对其无影响。
在新鲜培养上，球形→杆状转变；当条件 不适宜时杆状→球形转变。
细胞形态取决于细胞壁。节杆菌的杆状细 胞与球形细胞的细胞壁厚度不同，杆状细胞 的细胞壁无三层结构。
在肽聚糖的构成方式上，二种形态的细胞 之间存在差异。
2 根瘤菌的形态分化
1)根瘤菌细胞形态转变
分批发酵过程中比生长速率的变化
2、生长曲线的实践意义：微生物发酵的摇瓶实验、中 试以及上大罐发酵的理论基础。 在微生物的生长过程中，延滞时间、比生长速率和总 生长量有重要参考意义。 *细菌比生长速率μ与生长基质浓度之间关系： μ=μm[S/(Ks+S)] — Monod公式 μm：最大比生长速率； S：基质浓度；
2、放线菌
营养方式—放线菌的菌丝分为营养菌丝和气生菌 丝。它靠营养菌丝吸收营养物质，营腐生生活。
生殖方式—当生长发育到一定时期时，气生菌丝 顶端长出孢子丝，形成孢子。孢子散落出去，在适 宜的条件下，萌发成新的菌丝体。
3、霉菌
霉菌的生长繁殖：以有性或无性孢子或菌丝 片段繁殖，大多数以无性孢子繁殖为主，生 长易受环境影响。
Ks：μ为μm一半时的基质浓度。 当S很大时，Ks + S = S，μ=μm； 当S很小时，Ks+S=Ks，μ=(μm/Ks)S
3 连续培养：以一定方式使细菌能以恒定的μ值 进行生长，并使这种生长连续下去。
细菌的μ值与营养物质浓度有关，通过控制基 质浓度来控制细菌的μ值。
连续培养在工业生产上可缩短生产周期，但是 染菌机会增大。
根瘤菌：杆状、周生鞭毛、G-；从根部进 入植物细胞后，杆状细胞发育为膨大的类菌 体。
不同植物中所形成的类菌体形态不同。
3 丝状蓝细菌的形态分化[异形胞] 1)异形胞的分化：
蓝细菌的营养细胞行光合作用，无固氮作 用，当缺乏氮源时，特定的营养细胞可以分 化为具有固氮作用的异形胞，其存在光合系 统Ⅰ，产生ATP供固氮之用。
一、微生物的营养体分化
一种形态的营养细胞转变为另一种或几种形态的 营养细胞。
营养体分化与环境条件变化相关，是机体对环境 条件的一种应答，当环境条件改变后，一种形态的 营养细胞就启动与营养体分化有关的基因表达，代 谢方式发生改变。
营养体的分化可随环境条件的恢复而逆向进行。
1、成晶节杆菌细胞形态的转变
2)静止细胞的分化： 营养细胞变为厚壁细胞，对环境因子具有一 定抗性，可回复萌发。
4 毛霉和酵母菌的二型态
二型态：在不同生长条件下，真菌营养体 呈现二种不同的细胞形态，丝状(M)或酵母状 (Y)。
M与Y二种形态在一定条件下可互相转换， 转变后的细胞结构、代谢途径、生长方式均 发生变化。
1)毛霉二型态 在厌氧条件下毛霉以酵母状 细胞生长，出芽繁殖。
微生物发酵过程通常用群体来表示，微 生物群体生长速率反映群体生物量的生 长速率。 在液体培养基中微生物群体的生长包括 细胞体积的增大和群体细胞数量的增加。 涉及到两个概念：生长速率μx和比生长 速率μ。
1、生长速率和比生长速率
生长速率μx表示单位体积、单位时间里生长 的菌体量（干重）。比生长速率μ表示单位细 胞浓度的菌体生长速率。
第二节 微生物的分化
分化的概念
分化定义：细胞在一定条件下朝不同方向发展，使其 形态结构、生理功能发生一系列变化，最终导致产生 不同形态类型的细胞。包括：
①从一种营养菌体分化为另一种形态的营养菌体； ②孢子形成：芽胞杆菌的内生孢子，啤酒酵母子囊孢 子，曲霉菌的分生孢子 。 细胞的分化受到遗传因素和环境因素的相互作用所控 制。细胞的分化潜力决定于遗传因子，但分化同环境 条件密切相关。
平衡生长 细菌数量或细胞物质随时间呈对数增加，每个细
胞组成成分按比例增大，处于这一时期的细胞数量 增加速率与单位体积中细胞数量或质量或细胞成分 按比例增加。
稳定期
特点：活菌数达到最高。 代谢产物大量积累，如毒素、抗 生素、以及芽胞开始形成。
衰亡期
特点：细胞呈现多种形态，甚至产生畸 形，细胞大小悬殊。 细菌代谢活 性降低，细菌衰老并出现解体， 产生或释放出一些产物。
第二章 工业微生物的生长繁殖 与产物的生物合成
微生物发酵产品产业化
有较高的生长繁殖速度和很高的生物合成活动； 代谢多样性，尤其是次级代谢产物； 适应性强，容易适应多种环境。
微生物发酵的重要经济产品 微生物细胞：酵母，生物杀虫剂等； 生物大分子：酶，多糖，核酸，蛋白质等； 代谢产物：氨基酸，维生素，抗生素，色素等； 转化产物：乙醇，有机酸，甾体激素转化。
二、微生物的孢子形成
微生物在非适宜条件下可以产生一种特化细 胞 spore：细菌芽孢、蓝细菌静止孢子、放线 菌孢子、毛霉孢囊孢子、白地霉节孢子、假丝 酵母厚垣孢子、粘细菌的粘孢子、腐霉卵孢子、 根霉接合孢子、子囊菌的子囊孢子、担子菌的 担孢子等。