微生物的生长及其控制-工业微生物学PDF教案-07

1. 温度、pH、水活度和渗透压、氧气、辐射等理化因素对微生物生长的影响。通过谷 氨酸发酵过程控制的实例来阐述
2. 消毒、灭菌、防腐和化疗四个相关术语；常用的物理灭菌方法，包括各种加热法、 辐射法和过滤法；常用的防腐剂和消毒剂及其用法；
难点:
掌握消毒和灭菌的原理和方法。主要通过结合微生物学实验技术中常用的对于玻璃器 皿进行干灭, 对配制的培养基进行湿灭, 在无菌操作时用到的接种工具进行灼烧灭菌以及清 除培养物时用到的煮沸灭菌的方法, 一一讲述其灭菌原理, 并和学生一起回顾灭菌的方法, 以加深学生印象, 利于学生掌握。
一条典型的生长曲线分为延滞期, 对数生长期, 稳定期, 衰亡期 1. 延滞期
将少量菌种接入新鲜培养基后, 在开始一段时间菌体不立即增加或增加很少, 生长速度接 近于 0
特点: 分裂迟缓, 代谢活跃 缩短延迟期的手段: (1) 改变遗传特性 (2) 利用对数期细胞作为种子 (3) 接种前后培养基的成分相差不要太大 (4) 适当扩大接种量 2. 对数期 细胞以几何级数生长 特点: 生长速率大, 酶系活跃, 代谢旺盛 三个重要参数的计算
二、教学内容
第四节 环境对微生物生长的影响 一、温度 二、pH 值 三、渗透压 四、氧 五、其它（表面张力、辐射、液体静压力、声能） 六、谷氨酸发酵过程中，氧、温度、pH 和磷酸盐等的调节和控制
第五节 微生物生长的控制 一、物理因素对微生物生长的控制 （一）加热灭菌 （二）辐射灭菌
三、教学重点、难点及处理方法 重点:
进行延长稳定期, 以获得更多的营养物质或代谢产物.
4. 衰亡期
细胞死亡数大于增长数, 负增长, 死亡的细菌以对数方式增加
特点: 细菌衰老并出现自溶, 代谢缓慢, 变形, 革兰氏染色变化
研究生长曲线的意义:
(1) 扩大培养时, 各级种子选择适宜的菌龄
缩短延迟期, 提高设备利用率
(2) 确定菌体或代谢产物的最佳收获期
专性好氧菌
好氧菌
兼性好氧菌
微好氧菌
耐氧菌
厌氧菌
专性厌氧菌
2. 氧对微生物具有毒害作用
3. 不同微生物对于氧气的措施
(1) 好氧菌
含有过氧化氢酶和超氧化物歧化酶
(2) 厌氧菌
A. 耐氧菌
不含有过氧化氢酶, 只含有过氧化物酶和超氧化物岐化酶
B. 厌氧菌
不含有过氧化氢酶和超氧化物歧化酶
实例：谷氨酸发酵过程中，氧、温度、pH 和磷酸盐等的调节和控制
2. 同步培养的方法（机械筛选法和环境条件控制法）；恒浊连续培养和恒化连续培养的 原理、控制方法和应用. 连续培养的原理来自于典型生长曲线, 使微生物保持一定比生长速 率进行生长. 在一个恒定体积的培养物中, 通过不断地移出营养物质和以同样速率移走培养 物的方法来得以实现.
难点:
1. 单细胞微生物的典型生长曲线 对于单细胞微生物生长曲线中的指数期的三个重要 参数例如: 繁殖代数, 代时和生长速率常数的意义及其相互关系及计算方法应说明清楚. 并 将生长曲线各个时期对于实践的指导意义举例加以说明. 以加深对于生长曲线的理解. 分析 微生物的生长曲线, 有重要的实际意义. 首先在扩大培养各级种子时就必须选择适宜的菌龄 和接种量.其次为了获得大量菌体或代谢产物, 需经常设法延长细胞的对数生长阶段. 这就 是连续培养的根据.
一般用于获得菌体或与菌体平行的代谢产物的发酵行业
连续发酵的优点:
(1) 高效
(2) 自动控制
(3) 节省人力物力
(4) 产品质量较为稳定
连续发酵缺点:
(1) 杂菌污染机会多
(2) 菌种易退化
(3) 营养物利用率不高
2. 恒化连续培养
使培养物流速保持不变, 通过调节某一限制性底物浓度来调节微生物的生长速率及其细
胞密度
恒化培养中, 必须将某种必须的营养物质控制在较低浓度, 以作为限制性因子, 而其它营
养物过量.
细菌的生长速率取决于限Βιβλιοθήκη Baidu性因子的浓度, 并低于最高生长速率.
细胞生长依赖于稀释率和细胞限制性底物的浓度.
在高稀释率时, 细胞增长的速率低于因稀释而细胞减少的速率, 生长与稀释间不建立平衡
关系
在低稀释率时, 限制性营养物的补充不足以维持细胞生长, 导致细胞死亡
延长对数期或稳定期
(3) 进行连续培养的理论依据
丝状真菌的生长曲线
二. 同步培养
使群体中所有个体细胞处于同样细胞生长和分裂周期中的培养方法
通过同步培养方法获得的细胞叫同步培养细胞, 常被用来研究利用单个细胞难以进行的
生理和遗传特性, 另外也常被用作工业发酵的种子
1. 同步培养的方法:
离心法
过虑法
机械筛选法
在合适的稀释率时, 细胞密度保持恒定, 低物浓度保持极低状态, 生长速率与稀释率成反
比.
恒化连续培养主要用在科研上:
(1) 遗传学: 突变株的获得
(2) 生理学, 遗传代谢的变化
(3) 生态学, 模拟自然环境建立实验模型
三. 两种连续培养系统的比较
第三节, 微生物生长的测定方法
计数法
微生物生长的测定方法
五、辐射
高能或短波辐射（如 X-射线和γ-射线）能使环境或细胞中的水分子发生电离产生自由基，
指一些与生长量相平行的指标, 如呼吸强度, 耗氧量, 酶活性, 生物热
思考题
.在某面包酵母的生长曲线的测定中得到如下数据,请完成如下工作：
（1） 在方格中画出该菌的生长曲线；
（2） 计算出该菌的代时；
（3） 指出该菌生长的延滞期、对数期、稳定期的其始时间；
（4） 欲得到该菌的最高活细胞量，应在培养开始后的多少小时
繁殖代数(n) 生长速率常数(R) 代时(G) 细菌数量增加一倍所需要的时间 影响代时的因素: (1) 菌种 (2) 营养物浓度 (3) 营养物成分 (4) 温度 指数期细胞的应用: (1) 适宜做种子 (2) 研究基础代谢的材料 (3) 噬菌体增殖的良好材料 (4) 革兰氏染色好时机
(5) 诱变育种的好时机
2. 恒浊连续培养和恒化连续培养的原理、控制方法和应用. 恒浊连续培养和恒化连续培 养的原理比较复杂, 应用画图的方法加以说明, 主要通过多媒体, 为学生展示恒浊连续培养 主要是通过不断调节流速使培养液浊度保持不变, 从而使微生物保持一定比生长速率进行 生长. 而此生长速率一般是微生物生长曲线中的最高生长速率. 但是恒化连续培养中, 细菌 的生长速率取决于限制性因子的浓度, 并低于最高生长速率. 营养物质浓度对微生物有影响, 一般认为营养物质适当时, 并不影响微生物的生长速率, 而低浓度时, 则会影响. 而且在一 定范围内生长速率与营养浓度成正比关系. 恒化培养所用的培养基成分中, 要将一种必须营 养物质控制在较低浓度, 以作为限制生长因子, 其它营养均可过量, 这样细胞的生长速率将
四、板书设计
第四节 环境对微生物生长的影响 影响微生物生长的主要因素 主要环境理化因素包括: 温度, PH, 水活度或渗透压, 氧气, 辐射
一. 温度 最低生长温度
生长温度三基点 最高生长温度 最适生长温度
1.根据生长温度范围, 可以将微生物分为三大类 1) 嗜冷微生物 0-20 度, 最适小于等于 15 度 2) 兼性嗜冷 最适 20-30 度, 能在 35 度生长 3) 嗜温微生物, 中温微生物 4) 嗜热微生物 5) 超嗜热微生物或极端微生物
连续培养按照培养基流入容器方式的不同将分为两类 恒浊连续培养: 不断调节流速使培养液浊度保持不变
恒化连续培养: 保持恒定速度 1. 恒浊连续培养
(1) 测定培养物的光密度值
(2) 自动调节新鲜培养基流入和培养物流出容器的速率
(3) 使培养物保持在某一恒定浊度
如果低于所需浊度, 则降低流速;
如果高于所需浊度, 则提高流速;
质量法
生理指标法
一. 计数法
1. 直接计数法
通常来测定酵母细胞数或霉菌孢子数
通常借助血球计数板来进行计数
2. 间接计数法
(1) 涂布法
(2) 倾注法
(3) 膜过滤法
(4) 光密度法
二. 质量法 1. 重量法
干重法
湿重法 2. 蛋白质及 DNA 含量测定方法
采用凯氏定氮法测出细胞中的含氮量, 蛋白质含氮量为 16%, 而细胞中蛋白质含量占细胞 质固形物的 50%-80%, 一般以 65%计算. 三. 生理指标法
微生物的生长意味着微生物数量的增加, 在微生物学中的”生长”, 一般指的是群体生 长.
对于单细胞微生物来讲, 生长意味着数量的增加, 对于多细胞微生物来讲, (例如霉菌), 生长细胞数目的增加, 而个体数目没有变化.
第二节, 微生物的群体生长 一. 单细胞微生物的生长曲线
将少量细胞接种在定量的液体培养基中, 定时取样测定细胞数量, 以培养时间为横作标, 以单位体积细胞数目的对数值为纵作标, 得到一条在整个培养期间菌数变化规律的曲线.
终止培养？
培养时间（小时） 0 10
活细胞数（个/mL） 102 102
20
104
30
106
40
108
50
1010
60
1010
70
1010
80
109
第十七授课单元 一、教学目的
了解物理因素、化学因素对微生物生长发育的影响，并通过谷氨酸发酵过程的事例来阐 在发酵工业中的实际应用，掌握消毒和灭菌的原理和方法等
3. 稳定期
对数期过后, 培养基中活细胞数目最高并维持稳定的阶段.
特点: 生长速率常数为 0, 细胞开始分化, 代时 G 延长, 菌体的最大收获期.
应用:
(1) 收获菌体
(2) 收获与菌体相平行的代谢产物
延长稳定期的措施:
生长上常用增加培养物质, 取走代谢产物, 调节 PH 值, 温度, 增加通气及进行搅拌等措施
硝酸纤维素滤膜法: 最经典的同步培养方法
温度
环境条件控制法 培养基成分
其他
三. 连续培养
将微生物置于一定容积的培养物中, 经过培养, 最后一次性进行收集.
分批培养或封闭培养, 单细胞微生物的生长曲线
连续培养: 在微生物的整个培养时期, 通过一定的方式使微生物保持一定比生长速率 进行生长. 在一个恒定体积的培养物中, 通过不断地移出营养物质和以同 样速率移走培养物的方法来得以实现.
取决于限制生长因子的浓度. 此法培养可以得到不同生长速率的培养物. 常用的限制生长因子作为氮源的有氨基酸, 作为碳源的有葡萄糖, 麦芽糖, 乳糖以及生
长因子(维生素等) 无机盐等.
四、板书设计
第一节 个体生长概述 生长: 生物个体物质有规律地, 不可逆地增加, 导致个体体积变大的生物学过程. 繁殖: 生物个体生长到一定阶段, 通过特定方式产生新个体的过程, 即引起新个体数量增加 的生物学过程
二、教学内容
第七章 微生物的生长及其控制 第一节 个体细胞生长概述 第二节 微生物的群体生长 一、单细胞微生物的生长曲线 二、丝状真菌的生长曲线 三、同步培养 四、连续培养 第三节 微生物生长的测定 一、计数法 二、质量法 三、生理指标法
三、教学重点、难点及处理方法 重点:
1. 单细胞微生物的典型生长曲线, 在介绍单细胞微生物的生长曲线之前让学生了解微 生物生长测定的方法. 根据对于微生物生长的测定, 重点介绍单细胞微生物的典型生长曲线, 说明各个时期微生物生长的特点, 并结合实践说明微生物生长曲线对于生产有何指导意义.
二. PH 1.根据微生物生长的 PH 范围, 可将微生物分为三类: 1) 嗜酸菌 2) 耐酸菌 3) 嗜中性菌 4) 嗜碱菌 5) 耐碱菌 6) 极端耐碱菌
2. 培养基内 PH 值变化原因 糖类: 发酵氧化 形成有机酸
有机物 脂肪: 水解, 形成有机酸 蛋白质: 脱羧, 形成胺类
硫酸氨: 氨吸收, 变成硫酸
第十六授课单元 一、教学目的
此章为本课程的重点内容之一，使学生掌握微生物生长发育的规律及生长条件的控制， 掌握生长的测定方法，学会同步培养和连续培养的方法，了解物理因素、化学因素对微生物 生长发育的影响及实际应用，掌握消毒和灭菌的原理和方法等
本教学单元注重使学生了解微生物生长的测定：重点介绍单细胞微生物的典型生长曲 线，并了解丝状真菌的生长曲线；介绍同步培养的方法（机械筛选法和环境条件控制法）； 恒浊连续培养和恒化连续培养的原理、控制方法和应用。
无机物 硝酸钠: 硝酸吸收, 形成氢氧化钠
3. 微生物生长环境 PH 调节措施
治标
过酸, 加适当氮源如尿素, 氢氧化氨, 硝酸氨或蛋白质
治本
提高通气量
过碱: 加适当碳源如糖, 乳酸, 醋酸等
减少通气量
三. 水活度和渗透压
1. 微生物如何适应低渗或高渗环境
2. 水活度的概念和计算
四. 氧气
1. 根据微生物对氧气需要程度可以将微生物分为两大类五小类.