微生物的生长曲线

（2）恒化器 — 恒化连续培养
➢特点：维持营养成分 的亚适量，控制微生 物生长速率。菌体生 长速率恒定，菌体均 一、密度稳定，产量 低于最高菌体产量。 ➢应用范围：实验室科 学研究。
恒浊器与恒化器的比较
装置 控制对象 培养基 培养基 生长 流速 速率
产物
应用 范围
恒浊器 菌体密度 无限制 （内控制） 生长因 子
脱法。 ➢ 物理方法，随机选择，不影响细胞代谢。
硝酸纤维素膜法
细菌细胞会粘附于具有相反电荷的硝酸纤维微孔滤膜上。
第二节、影响微生物生长的主要因素
几个基本概念 1、灭菌：是指采用强烈的理化因素，使任何物 体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能 力的措施称为灭菌。分杀菌和溶菌 2、消毒：指采用较温和的理化因素，仅杀死物 体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而 对被消毒的物体基本无害的措施。 3、防腐：是指采用某种物理,化学或生物因素, 抑制物体上的微生物进行生长繁殖,从而达到防 止食品等发生霉腐的措施.处理方法有:低温、 缺氧、干燥、高渗、高酸、高醇、加防腐剂等。
25 344~46
Mycobacterium tuberculosis（结核分枝杆菌）组合
37 792~93
Nitrobacter agilis（活跃硝化杆菌）
组合
27 1200
3、影响指数期微生物代时长短的因素
➢ （1）菌种：不同菌种其代时差别极大。 ➢ （2）营养成分：同一种微生物，在营养丰富的培养基上
2、加压法
(1) 加压蒸汽灭菌法 条件：121 ℃（压力1kg/cm2），5-20min， 或115℃，35min。 效果：可杀死全部细菌,大多数孢子 应用范围:实验室、医院、发酵工厂器材、物料及肉
肉汤
30 18
B. thermophilus（嗜热芽孢杆菌）
肉汤
55 18.3
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
乳糖肉汤 37 48
Azotobacter chroococcum（褐球固氮菌） 葡萄糖
恒化器（chemostat或bactosen）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 于其最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养 装置。这是一种通过控制某一种营养物的浓度，使其始 终成为生长限制因子的条件下达到的。
（1）恒浊器 — 恒浊连续培养
➢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。
宜等等。
4、应用
（1）对以生产菌体或菌体生长相平行的代谢产物 的最佳收获期；
（2）是对维生素、碱基、氨基酸等物质进行生物 测定的最佳测定时期；
（3）通过对稳定期到来原因的研究，促进了连续 培养原理的提出和工艺、技术的创建。
（四）衰亡期
1、特点： （1）细胞死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞数， 群体中的活菌数目急剧下降，出现“负生长” （ R＜0 ） ； （2）细胞出现多形态，畸形或衰退形； （3）因菌体本身产生的水解酶及代谢产物的作用，使菌体 死亡、自溶等。 （4）有的微生物进一步合成或释放次生代谢物。 （5）芽孢杆菌在此期释放芽孢等。
2、生长得率
x – x0 Y=
C0 – C
x – x0
=
C0
Y指生长产量常数/生长得率 ，表示微生物对基 质利用效率的高低 ，即消耗每g或mol营养物质 所产生的菌体干重（g）。
3、稳定期到来的原因
（1）营养物尤其是生长是限制因子耗尽； （2）营养物的比例失调； （3）酸、醇、毒素或H2O2等有害代谢产物的累积； （4）pH、氧化还原势等物理化学条件越来越不适
（二）指数期
1、特点： ➢ 生长速率常数R最大，即代时最短; ➢细胞进行平衡生长，菌体大小、形态、 生理特征等比较一致; ➢酶系活跃，代谢最旺盛。
2、指数期中的的 x2
三个重要参数
x1
t1 t2
繁殖代数 n=3.322(lgx2-lgx1)
生长速率常数R=
代时G=
t2 -
3.322(lgx2-lgx1) t1 t2 - t1
只最大收 获量受影响
生长速度和最大 收获量受影响
8.0mg/ml 6.0mg/ml 4.0mg/ml 2.0mg/ml
1.0mg/ml
0.5mg/ml 0.2mg/ml 0.1mg/ml
时间
4、应用
指数期的微生物具有整个群体的生理特性一致、 细胞各成分平衡增长和生长速率恒定等优点。 （1）用作代谢、生理等研究的良好材料； （2）是增殖噬菌体的最适宿主； （3）是发酵工业中用种子的最佳材料。 （4）进行染色、形态观察等的良好材料。
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。
五、微生物的个体生长和群体的同步生长
➢ 使用同步培养技术，即设法使群体中的所有细 胞尽可能都处于同样细胞生长和分裂周期中， 然后分析此群体的各种生物化学特征，从而了 解单个细胞所发生的变化。
3.322(lgx2-lgx1)
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
百度文库牛奶
37 12.5
Enterobacter aerogenes（产气肠细菌）
肉汤或牛奶 37 16~18
E. aerogenes
组合
37 29~44
B. Cereus（蜡状芽孢杆菌）
最高生长温度：指微生物能进行生长繁殖的最高温度界限。微 生物处于这个温度，尚能生长，但生长慢，若高于此温度，则易 于衰老和死亡。一般80-95℃，极端105-150℃
最适生长温度：指微生物生长速率最高时的温度。
最适生长温度不等于积累代谢物最高时的培养温度。例：乳酸 链球菌的生长最适温度为34℃， 发酵产酸最快的温度为30℃
一、温度 第二节、影响微生物生长的主要因素
（一）
1.微生物生长要有一定的温度范围
温度升高，细胞生化反应速率加快，每升高10℃加快1倍，但 温度升高，细胞内pr、酶和核酸可能受到不可逆的破坏
按微生物的生长速度划分→M温度三基点;
最低生长温度：指微生物能进行生长繁殖的最低温度界限。微 生物在此范围内尚能生长，但生长很慢，若低于此温度，则生长 受到抑制，甚至死亡。一般-10— -5℃，极端-30 ℃
➢ 通过同步培养而使细胞群体处于分裂步调一致 的状态即同步生长。进行同步分裂的细胞称为 同步细胞。
获得同步生长的方法
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
➢ 获得同步生长的方法主要有两类： （1）环境条件诱导法：抗生素、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。 （2）机械筛选法：选择性过滤、梯度离心或膜洗
（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。
2、微生物按其生长温度范围分三大类群
低温型微生物:-10-30℃ ， 最适宜10-20℃，分布 在地球两极的水域和土壤，海洋或冷藏场所中。
嗜温型微生物:10-45℃，最适宜25-40℃，大多数 微生物。
高温型微生物:25-80℃，最适宜50 ℃
1. 干热灭菌 （1）烘箱热空气法
条件：150-170℃，维持1-2h 。 效果：可杀死细菌的芽孢，如梭状芽孢杆菌。 应用范围：用于玻璃器皿、金属用具等的灭菌 。
生长时，其代时较短，反之则长。 ➢ （3）营养物浓度：既影响微生物的生长速率，又影响它
的生长总量。 （浓度0.1～2.0mg/mL影响生长速率，浓度 2.0～8.0mg/mL时影响最终产量）（图） ➢ （4）培养温度：温度对微生物的生长速率明显的影响。
营养物浓度与对数期生长速率和产量
细胞数或菌体量
衰亡期
死亡超过 繁殖
生存条件 极度恶化
出现畸变
细胞裂解 释放产物
四、微生物的连续培养 1、概念
➢分批培养：将微生物置于一定容积的定量的培养基中培 养，培养基一次性加入。不再补充和更换，最后一次性收 获。
➢连续培养：在微生物培养的过程中，不断地供给新鲜的 营养物质，同时排除含菌体及代谢产物的发酵液，让培养 的微生物长时间地处于对数生长期，以利于微生物的增殖 速度和代谢活性处于某种稳定状态。
单细胞微生物生长的四个时期
生长特点
成因
菌体特征 应用及其它
调整期 不立即繁殖
适应新环境
代谢活跃,体 积增长较快
与菌种和培 养条件有关
对数期
繁殖速度 最快
条件适宜
个体形态和 生产用菌种 生理特性稳定 科研材料
出生率等于死
稳定期
亡率,活菌数 最大,代谢产
生存条件 开始恶化
物大量积累
有些种类 出现芽孢
改善和控 制条件,延 长稳定期
(2)灼烧灭菌 利用火焰直接把微生物烧死 应用范围：适合于对接种针、环、试管口及不 能用的污染物品或实验动物尸体等的灭菌 。
2、湿热灭菌 1、常压法 (1) 巴氏消毒法 条件:60-85℃,维持15S-30min(传统法:6065℃,30min) 效果：可杀死大多数细菌、真菌，孢子及酵母仍存活。 应用范围：短期保存食品。 (2) 煮沸消毒法 条件：100℃，加热10-30min。 效果：可杀死全部细菌、真菌，不能杀死孢子 应用范围：饮用水、注射器、毛巾及解剖用具的消 毒；水果罐头、果酱等食品。 (3) 间歇灭菌法 条件：80-100℃,加热15-60min,冷却后37℃保温,重 复三次 。效果：可杀死全部细菌及芽孢。 应用范围：不耐热培养基灭菌。
lg细胞数（个/ml）
连续流入 新鲜培养液
单批培养
连续培养
单批培养 恒浊法 恒化法 连续培养
时间
2、连续培养方法
恒浊器（turbidostat）这是根据培养器内微生物的生长密 度，并借光电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体 密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。在 恒浊器中的微生物，始终能以最高生长速率进行生长， 并可在允许范围内控制不同的菌体密度。
三、单细胞微生物的典型生长曲线
生长曲线的制作：
接种
适温培养 定时取样测 定生长量
➢ 将少量纯种单细胞微生物接种到恒容积的液体培养基中后， 在适宜的温度、通气（厌氧菌除外）等条件下，它们的群 体会有规律地生长起来。每隔一定时间取样，测菌细胞数 目。以细胞数目的对数值作纵坐标，以培养时间作横坐标， 可以画出一条有规律的曲线即单细胞微生物的典型生长曲 线。
恒化器 培养基流 有限制
速（外控 生长因
制）
子
不恒定 恒定
最高
低于 最高
大量菌体 或与菌体 形成相平 行的产物
不同生长 速率的菌
体
生产 为主
实验 室为
主
2、连续发酵
➢将连续培养用于发酵，即为连续发酵，相对于单批发酵而 言。SCP的生产、乙醇、乳酸、丙酮和丁醇的发酵、石油脱 蜡、污水处理等应用。
➢优点： 高效，简化了操作装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等单元
2、在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期，措施有：
①接种龄：对数生长期的菌种接种,子代停滞期短；稳定期 的菌种接种，子代停滞期居中；停滞期或衰亡期菌种接种， 子代停滞期长。 ②增加接种量；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）。 ③调整培养基的成分，应适当丰富，且发酵培养基成分尽 量与种子培养基的成分接近。
➢ 生长曲线代表了单细胞微生物在新的环境中从开始生长、 分裂直至死亡的整个动态变化过程。
延指 滞数 期期
稳定期
衰亡期
单细胞微生物的典型生长曲线
（一） 延滞期
又称：停滞期、调整期、适应期－“万事开头难” 1、特点： ➢生长速率常数R= 0; ➢细胞形态变大或增长; ➢细胞内RNA特别是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; ➢对外界不良条件反应敏感（如氯化钠浓度、温度、抗生 素等理、化学药物）。