微生物学教案 第六章 微生物的生长繁殖及其控制
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。
农业微生物学教案
四、教案内容1、 生物的化学组成 15分2、 营养物质及功能 25分-二微生物的营养类型 20分三' 微生物吸收营养物质的机制1、 单纯扩散 7分2、 促进扩散 8分3、 主动运输 12分4、 集团转位 13分第四章微生物的营养了解微生物的生长所需营养要素和营养特点，掌握微生物的营养类型、营养物主要内容四、培养基 1、概念要求质进入细胞方式、培养基的类型及配制原则和方法重点 重点:难点 难点:三、氢离子浓度 四、氧气和氧化还原电位 五、光照与辐射 六、化学杀菌剂和抑菌剂第四节 有害微生物生长的控制二、消毒与灭菌的方法1、物理灭菌(1 )热力灭菌(2)紫外线灭菌(3)其他灭菌方法2、化学灭菌 第七章微生物的生态掌握微生物在生态系统中的作用；生态环境中的微生物种群、微生物与环境保微生物与动植物的关系；微生物在生态系统中的作用；微生物与环境保护难点主要内容二、水分及其可给性 10分10分、消毒与灭菌的概念15分35分要求护的关系重点主要内容主要内容第一节微生物接种剂一、微生物接种剂的概念、性质特点15 分二、微生物接种剂的应用1.根瘤菌剂10 分2.固氮细菌制剂10 分3.促生细菌剂10 分4.菌根菌 5 分第二节微生物农药一、微生物农药的性质和种类10 分二、微生物农药的应用1.细菌杀虫剂分10分2.杀虫抗生素103.真菌杀虫剂分104.其他微生物杀虫剂10分。
微生物的生长繁殖及其控制
注意：要三个以上重复平板平均计数；不适合丝状菌
C，比浊法 在一定波长下，测定菌悬液的光密度，以光密度 (optical density, 即O.D.)表示菌量。 注意： 测量应在菌浓度与O.D.成正比的线性范围内，否则不准
2.重量法 测定多细胞及丝状真菌生长情况的有效方法。 以干重（105℃）、湿重直接衡量微生物群体
P146
1.个体计数法 A.直接法
利用血球 计数板， 在显微镜 下计算一 定容积里 样品中微 生物的数 量。
缺点：
不适于1对m运m动2 细菌2的5（计1数6）；中格 需要相对高1的6（细2菌5浓）度小；格， 个体小的细共菌4在00显小微格镜下难以观察；
B.简接法
原理是每个活细菌在适宜的培养基和良好的生长条件下可 以通过生长形成菌落。
• 高密度培养常用于重组蛋白质药物的生产; • 主要的优势:节约成本.
六、微生物培养法概论
• 实验室培养法; • 生产实践中微生物培养法;
实验室培养法
固体培养法
好氧菌：斜面、琼脂平板等
厌氧菌：高层琼脂柱、、厌氧 培养皿、厌氧罐等
液体培养法
试管液体培养 三角瓶液体培养 摇瓶培养 台式发酵罐
生产实践中微生物培养法
μ ：比生长速率，每单位数量细菌
在单位时间增加的量 t：培养时间
重要参数:
（1）繁殖代数（n）
x2=x1·2n 以对数表示： lgx2=lgx1+nlg2
n= 3.322 (lgx2-lgx1)
（2）比生长速率常数（μ）
lgNt - lgN0) μ=
t - t0
（3）代时（G）:在群体生长里,细菌数量增加一
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；
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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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 微生物生长
恒化连续培养
随着细菌的生长，限制性因子的浓
度降低，致使细菌生长速率受限，但同 时通过自动控制系统来保持限制因子的 恒定流速，不断予以补充，就能使细菌 保持恒定的生长速率。 常见的限制性营养物质有作为氮源 的氨、氨基酸；作为碳源的葡萄糖、乳 酸及生长因子，无机盐等。
三、同步培养
微生物细胞极其微小，但它也有一个自小到大 的过程，即个体生长。要研究微生物的个体生 长，在技术上是极为困难的。 目前主要使用的方法是： 同步培养技术分析细胞各阶段的生物化学特性 变化。 电子显微镜观察细胞的超薄切片。
死亡原因？ 营养短缺；代谢毒物增 多；pH、Eh改变；溶氧 不足。
t
时间
稳定期与生产实践
指导思想：延长稳定期。 措施： 1.调节pH； 2.注意降温、通风； 3.中和排除有毒代谢产物； 4.稳定期是生产收获时期，注意把握好收获时机。
（4）衰亡期（老年）
死亡率＞出生率 ？ 细胞畸形 细胞死亡,出现自溶 有的微生物细胞产生或释放出一些产物。 如氨基酸、转化酶、抗生素等。现象。
单细胞微生物典型生长曲线
生 长 速 + 率 0 指 数 期
延滞期 指数期 稳定期 衰亡期
_
菌 数 目 的 对 数 值
延 滞 期
总菌数
稳定期
衰 亡 期
活菌数
0 时间t
微生物的数量很大，都是10的n次方，取对数作图时 方便，0-10代表1～1010
（1）延滞期－“万事开头难”
特征： 代谢活跃，个体体积、重量增加，
（2）指数期（青年）
快，平均代时（繁殖一代的时间）最短， 生长速率常数最大。 细胞的化学组成、形态、生理特性比较一致。
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。
第六章微生物的生长繁殖及其控制
二、同步培养
同步生长的概念：一个细胞群体中各个细胞都在同 一时间进行分裂的状态，称为同步生长 （synchronous growth） ，进行同步分裂的细胞称为 同步细胞。
同步培养：是使群体中不同步的细胞转变成能同时 进行生长或分裂的群体细胞。
•同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一 相，彼此间形态、生化特征都很一致，因而是细胞 学、生理学和生物化学等研究的良好材料。
稳定期
衰亡期
（1）延滞期（lag phase，停滞期、调整期、适应期）
1.现象：活菌数没增加，曲线平行于横轴。
2.特点：
生长速率常数= 0
细胞形态变大或增长
细胞内RNA特别rRNA含量增高，原生质嗜碱性增强
合成代谢活跃（核糖体、酶类、ATP合成加快），易 产生诱导酶
对外界不良条件敏感，（如氯化钠浓度、温度、抗生 素等化学药物）
体
生产 为主
实验 室为
主
生长与代谢产物的形成存在两种类型
微生物发酵形成产物的过程与微生物细胞生长的过程并 不总是一致的。一般认为：
细胞
产物
lg 细胞数或产物浓 度
I型
II型
时间
连续发酵（continuous fermentation）
连续培养在生产上的应用，相对于单批发酵而言。 优点： 高效，简化了操作——装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等单 元操作； 自控：便于利用各种仪表进行自动控制； 产品质量稳定 节约大量动力、人力、水和蒸汽，且使水、汽、电的负荷均 衡合理。 缺点： 菌种易于退化；易于遭到杂菌污染；营养物利用率低于单批培 养。连续发酵的生产时间受以上因素限制，一般只能维持数月 ~ 1年。
营养物浓度与对数期生长速率和产量作用方Βιβλιοθήκη ：影响 微生物的生长 速率和总生长 量
沈萍微生物学第六章PPT课件
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2. 丝状微生物群体生长曲线
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影响衰亡期的因素及实践意义
•与菌种的遗传特性有关: 有些细菌的培养经历所有的 各个生长时期，几天以后死亡, 有些细菌培养几个月乃 至几年以后仍然有一些活的细胞；
•与是否产芽孢有关：产芽孢的细菌更易于幸存下来；
•与营养物质和有毒物质有关：补充营养和能源，以及 中和环境毒性，可以减缓死亡期细胞的死亡速率，延 长细菌培养物的存活时间。
菌丝球不等。
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图示 丝状真菌的沉淀生长
起始培2养021/6时/7 菌丝体
培养18小时后的菌丝体 22
影响因素：
接种体积的大小、接种物是否凝集、以及菌丝体是 否易于断裂等因素的综合作用决定着丝状微生物是 丝状生长还是沉淀生长。
工业发酵意义：
丝状微生物在液体培养中的生长方式在工业生产中 很重要，因为它影响发酵过程的通气性、生长速率 、搅拌能耗及菌丝体与发酵液的分离难易等。
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达到 生物 量阈 值
DNA 复制 启动
间隙期G
达到 长度 阈值
细胞 分裂 过程 启动
DNA复制与分离
染色体复制期C
分裂蛋白和 横 隔前体成分
横隔 形成
细胞 分裂
分开的 DNA拷贝
分裂期D
时间（min）
三、细菌的分裂与调节
细胞周期各期启动机制（以大肠杆菌为例）：
DNA复制启动：细胞必须达到某一阈值体积或起始物质量。
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第一节 细菌的个体生长
•单细胞微生物个体生长表现为细胞体积的增加 和细胞内物质含量的增加两个方面, 当细胞生 长到一定时期，就分裂成为两个子细胞。 •多细胞微生物个体生长则反映在构成个体的细 胞数目增加和每个细胞个体生长两个方面。
第六章微生物的生长繁殖及其控制
第六章微生物的生长生殖及其操纵一、微生物生长生殖的概念微生物的生长是指细胞物质有规律地、不可逆增加，导致个体体积扩大的生物学过程。
当细胞个体生长到一定时期，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加即生殖。
在高等生物里这两个过程能够明显分开，但对低等特别是单细胞的微生物，由于细胞小，这两个过程紧密联系、特别难划分，因此，微生物的生长生殖，一般指群体生长，这一点与研究动物、植物有所不同。
1、细菌一般没有有性生殖，多采纳二分裂方式。
2、真菌除了进行无性生殖，产生大量孢子如分生孢子、节孢子、厚垣孢子、孢囊孢子等外，还能进行有性生殖，产生有性孢子如卵孢子、接合孢子、孢囊孢子等。
二、微生物生长的测定微生物生长：单位时刻里微生物数量或生物量〔Biomass〕的变化个体计数微生物生长的测定：群体重量测定群体生理指标测定〔一〕以数量变化对微生物生长情况进行测定通常用来测定细菌、酵母菌等单细胞微生物的生长或样品中所含微生物个体的数量〔细菌、孢子、酵母菌〕。
1、培养平板计数法样品充分混匀后，取一定量的稀释液涂布或倾注在平板上，进行培养，统计平板上长出的菌落数。
注重：1）同一稀释度三个以上重复,取平均值；2）每个平板上的菌落数目适宜，便于正确计数；一个菌落可能是多个细胞一起形成，因此在科研中一般用菌落形成单位〔colonyformingunits，CFU〕来表示，而不是直截了当表示为细胞数。
2、膜过滤培养法当样品中菌数特别低时，能够将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜过滤器，然后将膜转到相应的培养基上进行培养，对形成的菌落进行统计。
3、Themostprobablenumbermethod〔液体稀释法〕1〕未知样品进行十倍稀释；2〕取三个连续的稀释度平行接种多支试管并培养；3〕长菌的为阳性，未长菌的为阴性；4〕查表推算出样品中的微生物数目；4、显微镜直截了当计数法采纳细菌计数板或血球计数板，在显微镜下对微生物数量进行直截了当计数，计算一定容积里样品中微生物的总数量。
微生物学(周德庆版)第六章 微生物的生长及其控制
除不同种类微生物有其最适生长PH外，即使同一种微生 物在其不同的生长阶段和不同的生理、生化过程，也有不同 的最适pH要求。研究其中的规律．对发酵生产中PH的控制极 为重要.
微生物细胞内环境中的PH值相当稳定.
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4.2
7.0~7.5 9.3
Chlorobium limicola 泥生绿菌
6.0
6.8 7.0
Thurmus aquaticus 水生栖热菌
6.0 7.5~7.8 9.5
Aspergillus niger 黑曲霉 一般放线菌 一般酵母菌
1.5 5.0~6.0 9.0
5.0 7.0~8.0 10.0
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应用意义：
1）发酵生产形成的重要时期（抗生素、氨基酸等），生产上
应尽量延长此期，提高产量，措施如下：
• 补充营养物质（补料）
•
调pH
•
调整温度
2）稳定期细胞数目及产物积累达到最高。
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4、衰亡期
表现：出现 “负生长 ”，有些细胞开始自溶。
衰亡期特点：R为负值，细菌代谢活性降低，细 菌衰老并出现自溶，产生或释放出一些产物，如 氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。 细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊， 有些革兰氏染色反应阳性菌变成阴性反应等。
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不同微生物的生长pH值范围
微生物
最低
pH值 最适
最高
Thiobacillus thiooxidans 氧化硫硫杆菌 0.5
2.0~3.5 6.0
Lactobacillus acidophilus 嗜酸乳杆菌 4.0~4.6 5.8~6.6 6.8
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。
【南昌大学】优质课《微生物学》 第-六-章--微生物的生长及其控制方法
迟缓期出现的原因：调整代谢 在生产实践中缩短迟缓期的常用手段：
(1)通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；
(2)利用对数生长期的细胞作为种子； (3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大； (4)适当扩大接种量
南昌大学
食品院食品微生物组
对数生长期(Log phase)：
又称指数生长期(Exponential phase)，在生长曲线中，紧接着迟 缓期的一段细胞数以几何级数增长的时期。 对数生长期特点： 平衡生长； 酶系活跃、代谢旺盛；生长速率常数R最大、代 时最短。 是研究微生物基本代谢的良好材料。它也常在生产上用作种 子，使微生物发酵的迟缓期缩短，提高经济效益。
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3. 稳定生长期(Stationary phase)：
由于营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变化，逐步不 适宜于细菌生长，导致生长速率降低直至零。
稳定生长期又称恒定期或最高生长期，此时培养液中活细菌 数最高并维持稳定。
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4. 衰亡期(Decline或Death phase)：
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（二）恒浊连 续培养
概念：在恒浊器内，调节培养基流速，使细菌培养液浊度保 持恒定的连续培养方法。 原理：维持菌浓度不变。 特点：基质过量，菌以最高速率生长；但工艺复杂，烦琐。
在恒浊连续培养中装有浊度计，借光电池检测培养室中的浊 度(即菌液浓度)，并根据光电效应产生的电信号的强弱变化， 自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速。
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对数生长期(Log phase)的重要参数：
（1）繁殖代数（n）
X2=2n . X1 lgX2=lgX1 ＋n lg2 n =（lgX2-lgX1）/lg2 =3.322（lgX2-lgX1）
第六章 微生物生长及其控制
第五节 有害微生物生长繁殖的控制
一、基本概念
防腐(antisepsis)：在某些化学物质或物理因子作用下，能防止 或抑制霉腐微生物生长的一种措施 。比如:低温、缺氧、干燥、 高渗、高酸度、高醇度、加防腐剂等等。 消毒(disinfection)：利用某种方法杀死或灭活物质或物体中所 有病原微生物的一种措施。比如：巴氏消毒法 灭菌(sterilization)：指利用某种方法杀死物体中包括芽孢在内 的所有微生物的一种措施。包括杀菌和溶菌。比如：高压蒸汽 灭菌法 化疗(chemotherapy)：利用具有选择毒性的化学物质如磺胺、 抗生素等对生物体内部被微生物感染的组织、病变细胞进行治 疗，以杀死组织内的病原微生物或病变细胞，但对机体本身无 毒害作用的治疗措施。以达到治疗传染病的目地。 四个概念的比较：p174表6-8
G = t1 - t0 /3.32(lgy - lgx) 特点：1）细菌个体形态、化学组成和生理特性等均 较一致2）代谢旺盛3）生长迅速、代时最短。 应用：研究微生物基本代谢、生理的良好材料。也常 在生产上用作种子
3.稳定期
表现： 新增殖细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，活菌数动态 平衡。 特点： 1）生长速率为0---动态平衡,细胞总数最高. 2）细胞内开始积累内含物 3）开始形成芽孢、次生代谢物 原因： 养分减少；有毒代谢物产生。 延长： 补料，调pH、温度等。
嗜冷微生物 兼性嗜冷微生物 嗜温微生物 嗜热微生物 超嗜热或嗜高温微生物
最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度
(二) PH
微生物生长过程中机体内发生的绝大多数的反 应是酶促反应，而酶促反应都有一个最适pH范围， 在此范围内只要条件适合，酶促反应速率最高，微 生物生长速率最大，因此微生物生长也有一个最适 生长的pH范围。
微生物学教案 第六章 微生物的生长繁殖及其控制
第六章微生物的生长繁殖及其控制微生物生长是细胞物质有规律地、不可逆增加，导致细胞体积扩大的生物学过程，这是个体生长的定义。
繁殖是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。
可以看出微生物的生长与繁殖是两个不同，但又相互联系的概念。
生长是一个逐步发生的量变过程，繁殖是一个产生新的生命个体的质变过程。
在高等生物里这两个过程可以明显分开，但在低等特别是在单细胞的生物里，由于细胞小这两个过程是紧密联系又很难划分的过程。
因此在讨论微生物生长时，往往将这两个过程放在一起讨论，这样微生物生长又可以定义为在一定时间和条件下细胞数量的增加，这是微生物群体生长的定义。
第一节细菌的个体生长细菌的个体生长包括细胞结构的复制与再生、细胞的分裂与控制，本节主要介绍细菌部分结构的复制和细菌分裂与控制等有关内容：一、染色体DNA的复制和分离细菌的染色体为环形的双链DNA分子。
在细菌个体细胞增长的过程中，染色体以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，而且也开始了二个子细胞DNA分子的复制，例如在迅速生长的细菌里就存在这种情况。
也就是说，当细胞的一个世代即将结束时，不仅为即将形成的二个子细胞各备有一份完整的亲本的遗传信息，而且也具有已经按亲本的方式开始复制的基因组(图6-1)。
其复制起点附着在细胞膜上随着膜的生长和细胞的分裂，二个未来的子体基因组不断地分离开来，最后到达2个子细胞中。
细菌在个体生长过程中通过染色体DNA的复制，使其遗传特性能保持高度的连续性和稳定性。
图6-1 细菌个体生长过程中染色体DNA的分离二、细胞壁扩增细胞壁是细胞外的一种"硬"性结构。
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。
在细胞壁扩增过程中，细胞壁在什么位点扩增，以及它如何扩增这是两个主要问题，根据研究结果表明：杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖在细胞壁中是新老细胞壁呈间隔分布，证明新合成的肽聚糖不是在一个位点而是在多个位点插入；而球菌在生长过程中，新合成的肽聚糖是固定在赤道板附近插入，导致新老细胞壁能明显地分开，原来的细胞壁被推向两端。
第六章微生物生长繁殖及其控制PPT课件
（二）微生物生长量的测定
1。直接法(干重法，体积法) 2。间接法（比浊法，碳、氮含量法，DNA
测定法等）
1.血球计数板法
适用范围：个体较大细胞或颗粒，如血球、 酵母菌等。不适用于细菌等个体较小的细 胞，因为（1）细菌细胞太小，不易沉降； （2）在油镜下看不清网格线，超出油镜 工作距离。
➢活菌数目急剧下降； ➢出现了“负生长”； ➢细胞形态多样，有时产生畸形； ➢细胞开始自溶，释放次生代谢产物。
第三节 环境条件对微生物生长的影响
一、温度 二、水和渗透压 三、酸碱度 四、氧和氧化还原电位 五、辐射 六、化学杀菌剂和抑菌剂
一、温度
温度对微生物的影响具体表现在：
▪ 影响酶活性。温度变化影响酶促反应速率，最终影响 细胞合成。
类型：恒浊连续培养和恒化连续培养
二、细菌的纯培养生长曲线
将少量细菌接种到一种新鲜的、定量的液体 培养基中进行分批培养，定时取样计数，以 细菌个数或细菌数的对数为纵坐标，以培养 时间为横坐标，连接坐标纸上各点成一条曲 线即细菌的生长曲线。
生长曲线可以细分为四个时期： 延迟期、对 数生长期、稳定期、 衰亡期。
▪ 影响细胞膜的流动性。温度高，流动性大，有利于物 质的运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输， 因此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分 泌。
▪ 影响物质的溶解度。对生长有影响。
最适
最高
温度
最低 生长速率
根据微生物的最适生长温度分类
(一)微生物生长的温度类型
嗜冷微生物(最适<20℃，最低<0℃) 嗜温微生物(最适为25~40℃) 嗜热微生物(最适>40℃)
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第六章微生物的生长繁殖及其控制微生物生长是细胞物质有规律地、不可逆增加，导致细胞体积扩大的生物学过程，这是个体生长的定义。
繁殖是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。
可以看出微生物的生长与繁殖是两个不同，但又相互联系的概念。
生长是一个逐步发生的量变过程，繁殖是一个产生新的生命个体的质变过程。
在高等生物里这两个过程可以明显分开，但在低等特别是在单细胞的生物里，由于细胞小这两个过程是紧密联系又很难划分的过程。
因此在讨论微生物生长时，往往将这两个过程放在一起讨论，这样微生物生长又可以定义为在一定时间和条件下细胞数量的增加，这是微生物群体生长的定义。
第一节细菌的个体生长细菌的个体生长包括细胞结构的复制与再生、细胞的分裂与控制，本节主要介绍细菌部分结构的复制和细菌分裂与控制等有关内容：一、染色体DNA的复制和分离细菌的染色体为环形的双链DNA分子。
在细菌个体细胞增长的过程中，染色体以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，而且也开始了二个子细胞DNA分子的复制，例如在迅速生长的细菌里就存在这种情况。
也就是说，当细胞的一个世代即将结束时，不仅为即将形成的二个子细胞各备有一份完整的亲本的遗传信息，而且也具有已经按亲本的方式开始复制的基因组(图6-1)。
其复制起点附着在细胞膜上随着膜的生长和细胞的分裂，二个未来的子体基因组不断地分离开来，最后到达2个子细胞中。
细菌在个体生长过程中通过染色体DNA的复制，使其遗传特性能保持高度的连续性和稳定性。
图6-1 细菌个体生长过程中染色体DNA的分离二、细胞壁扩增细胞壁是细胞外的一种"硬"性结构。
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。
在细胞壁扩增过程中，细胞壁在什么位点扩增，以及它如何扩增这是两个主要问题，根据研究结果表明：杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖在细胞壁中是新老细胞壁呈间隔分布，证明新合成的肽聚糖不是在一个位点而是在多个位点插入；而球菌在生长过程中，新合成的肽聚糖是固定在赤道板附近插入，导致新老细胞壁能明显地分开，原来的细胞壁被推向两端。
新合成的细胞壁成分肽聚糖如何插入到原来的细胞壁上肽聚糖短肽中第三个氨基酸是含二个氨基的氨基酸，它通过本身的氨基与另一个肽聚扩短肽中第四个氨基酸的羧基相连接形成肽键，使之形成一个完整的整体。
新合成的肽聚糖可以通过本身的二氨基氨基酸的氨基连到原来的细胞壁肽聚糖短肽中第四个氨基酸的羧基上，或通过新合成肽聚糖短肽中第四个氨基酸的羧基连到原来细胞壁肽聚糖短肽中第三位的二氨基氨基酸的游离氨基上，导致细胞壁肽聚糖链的扩增。
地衣芽孢杆菌的肽聚糖是以前面一种方式扩增。
这样从分子水平上说明了细胞壁扩增的方式。
三、主要生长参数微生物生长过程中，迟缓时间、比生长速率和总生长量三个主要参数在生产实践中有着重要的参考意义。
1. 迟缓时间(T)微生物在生长过程中，在实际条件下达到对数生长期所需时间与理想条件(即无迟缓期)下达到对数生长期所需时间之差。
迟缓时间还可以用作图方法求出，例如菌数由N0增加到Nt，实际上所用的时间为Tp；如果不存在迟缓时间，则所需要的时间为Ti ，这时Tp与Ti之间的差，即为该菌在此生长条件下的迟缓时间(图6-3)。
在曲线上从Tp作平行纵坐标的直线与理想生长曲线相交，该交点为不存在迟缓时间时所应达到的菌数( Ni)，这时Ni与Np之间的差值为迟缓生长量，即为迟缓期存在所未能达得理想数量的那部分生长量。
图6-3 作图法求迟缓时间(T)与迟缓生长量(N)迟缓时间长短客观反映了细菌生长条件适合程度。
在生产实践中，这个时间越短越好。
迟缓生长量则反映了迟缓期给细胞物质的工业化生产所造成的损失。
2.比生长速率比生长速率与微生物的生长基质浓度密切相关。
目前一般用莫诺(Monod)经验公式表示比生长速率与生长基质浓度之间的关系：μ＝μm·(S／（Ks+S）)μm:最大比生长速率；S:生长的基质浓度；Ks：比生长速率为最大比生长速率一半时的基质浓度。
在同种基质里它是一个常数，Ks通常很小；根据莫诺经验公式，当基质浓度很高时，Ks可以忽略不计，Ks+S＝S此时，μ＝μm，细菌以最大比生长速率生长。
对数生长期细菌的生长就属于这种情况；当基质浓度很低时，Ks+S＝Ks，则μ＝（μm／Ks）·S，此时，比生长速率与基质浓度成正比，基质浓度变化引起比生长速率迅速变化。
3.总生长量总生长量代表在某一时间里，通过培养所获得的微生物总量与原来接种的微生物量之差值，总生长量大小客观上也反映了培养基与生长条件是否适合于菌的生长。
与总生长量相关的另一个参数--产量常数(K)，它代表了在培养过程中所获得的总生长量与获得这总生长量所消耗基质总量之比，即：K＝总生长量／所消耗基质的总量K值大小代表微生物对基质同化的效率，反映了微生物利用某种基质生长的效果，因此在生产实践中应采取有效措施，提高K值以创造更大的经济效益。
第二节细菌的群体生长繁殖除真菌外，我们肉眼看到或接触到的微生物已不是单个，而是成千上万个单个的微生物组成的群体。
微生物接种是群体接种，接种后的生长是微生物群体繁殖生长。
本节扼要介绍细菌群体生长的特点与一般规律。
一、细菌群体生长规律细菌接种到均匀的液体培养基后，当细菌以二分裂法繁殖，分裂后的子细胞都具有生活能力，并且不补充营养物质或移去培养物，保持整个培养液体积不变时，以时间为横座标，以菌数为纵座标，那么根据不同培养时间里细菌数量的变化，可以作出一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线，这种曲线称为生长曲线(Growth Curve)。
一条典型的生长曲线至少可以分为迟缓期，对数期，稳定期和衰亡期等四个生长时期(图6-2)。
图6-2 细菌生长曲线1、迟缓期(Lag phase)细菌接种到新鲜培养基而处于一个新的生长环境，因此在一段时间里并不马上分裂，细菌的数量维持恒定，或增加很少。
此时胞内的RNA、蛋白质等物质含量有所增加，相对地此时的细胞体积最大，说明细菌并不是处于完全静止的状态。
产生迟缓期的原因，认为是微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏足够的能量和必需的生长因子，种子老化(即处于非对数生长期)或未充分活化，接种时造成的损伤等。
在工业发酵和科研中迟缓期会增加生产周期而产生不利的影响，但是迟缓期无疑也是必需的，因为细胞分裂之前，细胞各成分的复制与装配等也需要时间，因此应该采取一定的措施，如(1)通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；(2)利用对数生长期的细胞作为种子；(3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；(4)适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的影响。
2、对数生长期(Log phase)又称指数生长期(Exponential phase)。
细菌经过迟缓期进入对数生长期，并以最大的速率生长和分裂，导致细菌数量呈对数增加，而且细菌内各成分按比例有规律地增加，很明显此时期内的细菌生长是平衡生长。
对数生长期细菌的代谢活性、酶活性高而稳定，大小比较一致，生活力强，因而它广泛地在生产上用作种子和在科研上作为理想的实验材料。
3、稳定生长期(Stationary phase)由于营养物质消耗，代谢产物积累和PH等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，导致生长速率降低直至零(即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数)，结束对数生长期，进入稳定生长期。
稳定生长期的活细菌数最高并维持稳定。
如果及时采取措施，补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件，如对好氧菌进行通气、搅拌或振荡等可以延长稳定生长期，获得更多的菌体物质或代谢产物。
4、衰亡期(Decline或Death phase)营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率逐步增加和活细菌逐步减少，标志进入衰亡期。
该时期细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶。
该时期死亡的细菌以对数方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低。
此外，不同的微生物，甚至同一种微生物对不同物质的利用能力是不同的。
有的物质可直接被利用(例如葡萄糖或NH4+等)；有的需要经过一定的适应期后才能获得利用能力(例如乳糖或NO3-等)。
前者通常称为速效碳源(或氮源)，后者称为迟效碳源(或氮源)。
当培养基中同时含有这两类碳源(或氮源)时，微生物在生长过程中会形成二次生长现象.二、生长的数学模型任何一数学公式所表示的数学关系，只要能反映客观物质的运动规律，都可视其为数学模型。
利用数学公式来表达微生物系统的某些定量关系，该数学公式便是此系统的数学模型。
现代生物学研究的特点之一是从定性逐步走向定量，用数学模型能较明确地表达生命现象的动态过程，数学模型在现代微生物学中的应用越来越重要。
对数生长期中微生物生长速率变化规律的研究有助于推动微生物生理学与生态学基础研究和解决工业发酵等应用中的问题。
对数生长期中微生物生长是平衡生长，即微生物细胞数量呈对数增加和细胞各成分按比例增加。
因此对数生长期中微生物的生长可用数学模型(Mathema tics for growth)表示。
dN/dt＝μN(或dM/dt＝μM或dE/dt＝μE)(1)N：每毫升培养液中细胞的数量；M：每毫升培养液中细胞物质的量；E：每毫升培养液中其他细胞物质的量；μ：比生长速率(Specific growth rate)，即每单位数量的细菌或物质在单位时间(小时)内增加的量；t：培养时间(小时)。
对dN/dt＝μN积分，得lnNt－lnN0＝μ(t1－t0)(2)将上式转换成以10为底的对数：logNt－logN0＝μ(t1－t0)/2.303(3)Nt与N0分别代表时间t和t0时的细胞数量。
因此只要测定从N0增加到Nt所用的时间和N0与Nt的量，就可以由上式求出该条件下的μ。
例如t0时每毫升培养液中细胞数的为104，经过4小时后该培养液中细胞数量增加到每毫升108(Nt)，则此条件该菌的比生长速率为：μ＝(logNt－logNo)×2.303/t－t0＝(8－4)×2.303/4/小时＝2.303/小时。
说明该菌在此条件下，每个细菌以每小时增加2.303个细菌的速度增加。
在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为代时(Generation time)，在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为倍增时间(Doubling time)代时通常以G表示。
根据公式(2)可以求代时与比生长速率之间的关系：∵Ｇ＝t－t0 Nt＝2N0∴G＝（lnNt－lnN0）／μ＝ln（Nt／N0）／μ＝ln2／μ＝0.693／μ如果仍以上述例子的数量为依据，就可以求出该细菌在此条件下的代时为0.3小时：G＝0.693／μ＝0.693／2.303＝0.3(小时)也可以用一般常用的先求出细菌繁殖的世代数(n)，然后再求G，即n=（lgNt-lgN0）／lg2=（lgNt-lgN0）／0.301G=（t1-t0）／n=（t1-t0）／3.322（lnNt－lnN0）代时在微生物中变化很大，一般为一小时左右，但生长快的微生物在条件适宜时还不到10分钟。