第六章微生物的生长

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– 此期的微生物因其具有整个群体的生理特性 较一致、细胞各成分平衡和生长速率恒定等 优点,故是用作代谢、生理等研究的良好材 料,是增殖噬菌体的最适宿主,也是发酵工 业中用作种子的最佳材料。
三)稳定期
• 概念
– 又称恒定期或最高生长期
• 特点
– ①生长速度常数R=0;②菌体产量达到最高点, 且菌体产量与营养物质的消耗间呈现出有规律的比 例关系;③细胞内开始积累糖原、异染颗粒和脂肪 等内含物,产芽孢杆菌在此形成芽孢;④抗生素等 各种次生代谢物合成。
二)指数期
• 影响指数期长短的因素:
– 菌种 – 营养成分
只最大收获 量受影响
细 生长速度和最大 胞 收获量受影响 数 或 菌 体 量
• 营养丰富的培养基上,指数期较短
时间
– 营养物浓度:影响生长速度和总生长量
8.0mg/mL
6.0mg/mL 4.0mg/mL 2.0mg/mL 1.0mg/mL
0.5mg/mL 0.2mg/mL 0.1mg/mL
根据微生物的生长速率常数,即每 小时分裂次数(R)的不同粗分
微生物的典型生长曲线
(+) ↑ 0 ↓ (-)
总菌数




培养时间/h
活菌数
Ⅰ 延滞期 Ⅱ 指数期 Ⅲ 稳定期 Ⅳ 衰亡期
一)延滞期
• 概念
– 又称停滞期、调整期或适应期。指少量单细胞微生物 接种到新鲜培养液中后,在开始一段时间内,因代谢 系统适应新环境的需要,细胞数目没有增加的一段时 期。
• 特点
– ①生长速率常数为零;②细胞形态变大或增长;③细胞 内的RNA尤其是 rRNA含量增高,原生质呈嗜碱性;④ 合成代谢十分活跃,核糖体、酶类和ATP的合成加速, 易产生各种诱导酶;⑤对外界不良条件如NaCl溶液浓 度、温度和抗生素等理、化因素反应敏感 。
一)延滞期
• 影响延滞期长短的因素
– 菌种 – 接种龄
上次教学回顾
• 第三节 微生物独特合成代谢途径举例
– 自养微生物的CO2固定
– – –
生肽微物聚生固糖物氮的次(生生物代★)合谢成物固 固 好氮 氮 氧的(微 的 菌合★生 生 固)成物 化 氮在 在 在机 酶细 细 细制 避胞 胞 胞氧质 膜 膜害外中 中机的 的的制合合 合成成成
• 第四节 微生物的代谢调节与发酵生产
三)稳定期
• 稳定期到来的原因
– 营养物尤其是生长限制因子的耗尽;营养物的比例 失调;酸、醇、毒素或H2O2等有害代谢产物的累积; pH、氧化还原电位等物理化学条件越来越不适宜 等。
• 实践意义
– 以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物为目的 时,稳定期是产物的最佳收获期;若以维生素、碱 基、氨基酸等物质进行生物测定时,稳定期为最佳 的测定时期。
组合
37 29~44
B. subtilis(枯草芽孢杆菌)
肉汤
37 26-32
S. aureus(金黄葡萄球菌)
肉汤
37 27-30
Lactobacillus acidophilus(嗜酸乳杆菌)
牛奶
37 66~87
Streptococcus lactis(乳酸链球菌)
牛奶
37 26
S. Lactis
• 营养物浓度很低时,才会影响生长速度;营养物浓度增高, 生长速度不受影响,而只影响最终的菌体产量;若进一步提 高营养物浓度,则生长速度和菌体产量均不受影响。
• 生长限制因子:凡处于较低浓度范围内可影响生长速率和菌 体产量的某营养物。
– 培养温度
• 温度接近最适生长温度,则指数期短。
二)指数期
• 实践意义
温度(℃) 代时(分) 温度(℃)
10
860
35
15
120
37
20
90
40
25
40
wenku.baidu.com
45
30
29
47.5
代时(分) 22 17 17.5 20 77
本次教学回顾及作业
• 教学回顾
– §6-1 测定生长繁殖的方法
• 测生长量 – 直接法(干重法)、间接法(比浊法、生理指标法)
• 计繁殖数 – 直接法(显微镜计数法) 、间接法(平板菌落计数法、厌 氧菌的菌落计数法)
– 二)间接法
• 是一种活菌计数法。 – 平板菌落计数法:浇注平板法、涂布平板法 – 厌氧菌的菌落记录数法:亨盖特滚管培养法
直接法—血球记数板
细菌计数板和血球计数板都用来测微生物的总菌数。血球计数板用来测 较大微生物如酵母菌和霉菌孢子的总数,细菌计数板用来测细菌的总菌 数。两种计数板的构造相似,不同的是细菌计数板的深度仅为血球计数 板深度的1/5。
• = 3.322(lgb - lgB )
指数期三个重要参数的关系
例如:一培养液中微生物数目由开始的12,000(B),经4h (t) 后增加到49,000,000(b ),
这样, n=(lg4.9×107-lg1.2×104)× 3.322=12
★2、生长速率常数(R)
R= n = 3.322(lgb - lgB )
第六章 微生物的生长
个体生长 个体繁殖 群体生长
第一节 测定生长繁殖的方法
• 一、测生长量
– 一)直接法
• (粗放的)测体积法 • (精确的)称干重法
– 二)间接法
• 比浊法:分光光度法,450~650nm波段 • 生理指标法:
– 测含氮量法(细菌N%为12.5%,酵母菌为7.5%,霉菌为 6.5%);
– 测含碳量; – 测磷、DNA、RNA、ATP、DAP等; – 产酸、产气、耗氧 、粘度和产热等。
三、微生物生长繁殖的测定方法
• 二、计繁殖数
– 适宜于测定单细胞的细菌和酵母菌,而对放线菌和 霉菌等丝状的微生物而言,只能计算其孢子数。
– 一)直接法
• 指用计数板(如血球计数板)在光学显微镜下直接观察细胞进 行计数的方法。为包括死细胞在内的总菌计数法。为此, 有用特殊染料作活菌染色后再用光学显微镜计数的方法(如 酵母+美蓝液;细菌+吖啶橙)
四)衰亡期
• 概念
– 处于稳定期的细菌继续培养,细胞的死亡率将逐渐增 加,最终群体中活的细胞数目将以对数速率急剧下降 的时期
• 特点
– ①微生物的个体死亡速度超过新生速度,整个群体呈 现负生长状态,R为负值。
– ②细胞形态发生多形化,例如会发生膨大或不 规则的 退化形态;有的微生物因蛋白水解酶活力的增强而发 生自溶;有的微生物在这期会进一步合成或释放对人 类有益的抗生素等次生代谢物;而在芽孢杆菌中,往 往此时释放芽孢。
– §6-2 微生物的生长规律
• 微生物的个体生长和同步生长 • 单细胞微生物的典型生长曲线
• 作业
– P187 2,5
上次教学回顾
• §6-1 测定生长繁殖的方法
– 测生长量 – 计繁殖数
直接法(干重法) 间直接接法法((比显浊微法镜、计生数理法指)标法) 间接法(平板菌落计数法)
• §6-2 微生物的生长规律
• 指接种物或种子的生长年龄,亦即它生长到生长曲线上哪一 阶段时用来作种的。是指某一群体的生理年龄。
• 对数期接种龄的种子接种,则子代延滞期短; • 延滞期或衰亡期种子接种,则子代延滞期长; • 稳定期种子接种,则延滞期居中。
– 接种量
• 接种量大,则延滞期短,反之则长。
– 培养基成分
• 发酵培养基的成分与种子培养基的成分尽量接近
• ★指数生长可以用下式表示

b = B×2n
• 式中:B :起始细胞数目

b :指数生长某个时刻 t时的

细胞数目

n 为繁殖代数
• B,b和t可由试验获得,n可通 过上式计算得出,将等式两侧
取对数重排后得:
• lgb = lgB + nlg2

n=
lgb - lgB = lg2
lgb - lgB 0.301
– 微生物的个体生长和同步生长 – 单细胞微生物的典型生长曲线
注意几个概念: 同步生长、典型生长曲线、延滞期、
指数期、稳定期、衰亡期、接种龄、接种 量、繁殖代数、生长限制因子
延滞期 指数期 稳定期 衰亡期
第二节 微生物的生长规律
• 三、微生物的连续培养
– 一)分批培养与连续培养
• 分批培养
– 概念:即单批培养或密闭培养。指将微生物置于一定容积 的培养基中,经过培养生长,最后一次收获的培养方式。
t2-t1
t2-t1
n=3.322(lgb - lgB )
★3、代时(G) :G=1/R=(t2-t1)/n 在本例中, G=4×60/12=20min
∴该种微生物的代时为20分钟。在4小时内共繁殖了12代。
研究代时的意义:
★代时能够反应细菌的生长速率,代时短,生长速 率快,代时长,生长速率慢。在很多微生物学研究 中常常要了解微生物的代时。 ★在一定条件下,每一种微生物的代时是恒定的, 因此它是微生物菌种的一个重要特征。
以同样的流速不 断流出培养物
类型:主要有恒浊连续培养和恒化连续培养两种
恒浊连续培养
• 装置:恒浊器
– 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。
乳糖肉汤
37 48
Salmonella typhi(伤寒沙门氏菌)
肉汤
37 23.5
Mycobacterium tuberculosis(结核分枝杆菌) 组合
37 792~993
Nitrobacter agilis(活跃硝化杆菌)
组合
27 1200
不同温度下的代时
如:E. Coli 在不同温度下的代时
• 培养温度
– 影响极大 – 发酵实践、食品包藏和防止食物变质和中毒
一些细菌的代时
菌名
培养基 培养温度 代时
(℃)
( min )
E. coli(大肠杆菌)
肉汤
37 17
E. coli
牛奶
37 12.5
Enterobacter aerogenes (产气肠细菌)
肉汤或牛奶 37 16~18
E. aerogenes
– ①用氯霉素抑制细菌蛋白质的合成;②细 菌芽孢诱导发芽;③用EDTA或离子载体 处理;④藻类细胞的光照、黑暗控制等。
• 2、机械筛选法
– 用过滤、密度梯度离心法或膜洗脱法
同步培养法
诱导法
筛选法
化学诱导 物理诱导
过滤法 区带密度梯度离心法
膜洗脱法
A
常 用 同 步 培 养 方 法
B
A:膜洗脱法 B:密度梯度离心
影响微生物代时长短的因素
• 菌种
– 不同菌种差别很大。多数微生物的代时为1~3h,然而 有些快速生长的微生物的代时还不到10min,而另一些 微生物的代时却可长达几小时或几天。
• 营养成分
– 同一种微生物,在不同的生长条件下其代时的长短也 不同。
• 营养物浓度
– 生长限制因子影响生长速率和总生长量
第二节 微生物的生长规律
• 二、无分支单细胞微生物的典型生长曲线
– 生长曲线:定量描述液体培养基中微生物群体生长 规律的实验曲线。
– 典型生长曲线:当把少量纯种单细胞微生物接种到 恒容积的液体培养基中后,在适宜的培养条件下, 以细胞数目的对数值作纵坐标,以培养时间作横坐 标,就可画出一条由延滞期、指数期、稳定期和衰 亡期 4个阶段组成的曲线。
四)衰亡期
• 原因
– 与菌种的遗传特性有关 – 外界环境(营养、能源环境毒性等)对继续生长
越来越不利,从而引起细胞内的分解代谢明 显超过合成代谢,继而导致大量菌体死亡。
注意几个概念
• 菌龄 • 接种量 • 代时(世代时间,增代时间和倍增时间) • 生长限制因子
指数期三个重要参数的关系
• 1、繁殖代数(n)
间 接 法—平板菌落计数法
浇注平板法
涂布平板法
第二节 微生物的生长规律
• 一、微生物的个体生长和同步生长
– 同步培养法
• 能使培养物中所有微生物细胞都处于相同 生长阶段的培养方法。
– 同步生长
• 通过同步培养的手段使细胞群中各个体处 于分裂步调一致的生长状态。
– 获得方法
• 1、环境条件诱导法
微生物的代谢调节 代谢调节在发酵生产中的应用
第六章 微生物的生长
•一、教学目的与要求
– 了解微生物的生长规律,掌握测定微生物生长繁殖 方法,熟悉环境因素对微生物生长的影响
•二、教学内容:
– 1、测定生长繁殖的方法 – 2、微生物的生长规律(★) – 3、影响微生物生长的主要因素(★) – 4、微生物的培养法概论 – 5、有害微生物的控制(☆)
– 特点:培养基一次加入,不予 补充和更换
• 连续培养
– 概念:又称开放培养。即在一个恒定的流动系统中培养微 生物,其中的微生物可长期保持在指数期的平衡生长状态 和衡 定的生长速率上,于是形成了连续生长 。
连续培养
以一定的速度流入新鲜 培养基和无菌空气
立即搅拌均匀
指数期后期
培养物就可达 到动态平衡
二)指数期
• 概念
– 又称对数期,指在生长曲线中,紧接着延滞期 的一段细胞数以几何级数增长的时期。
• 特点
– ①生长速率常数R最大,因而细胞每分裂一次 所需时间----代时(世代时间或增代时间)或原生 质增加一倍所需的倍增时间最短。②细胞进行 平衡生长,故菌体各部分的成分十分均匀③酶 系活跃,代谢旺盛。
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