微生物学-第六章 微生物的生长及其控制-

1、 个体生长个体繁殖群体生长群体生长= 个体生长+ 个体繁殖个体生长:微生物细胞个体吸收营养物质,进行新陈代谢,原生质与细胞组 分的增加为个体生长。群体生长:群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或浓度来衡量。 。 （二）对数期（logarithmic phase） 又称指数期 1.现象：细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直 线关系。 2.特点： u生长速率常数最大，即代时最短； v细胞进行平衡生长，菌体大小、形态、生理特征等 比较一致； w代谢最旺盛； x细胞对理化因素较敏感； 3.影响因素： 菌种；营养成分；营养物浓度；培养温度等。 营养物浓度与对数期生长速率和产量 作用方式：影响

2、 微生物的生长速 率和总生长量。 生长限制因子： 凡是处于较低浓 度范围内，可影 响生长速率和菌 体产量的营养物 就称生长限制因 子。 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 细 胞数 或 菌 体 量 时间 （三） 稳定期（stationary phase） 4.应用意义： u由于此时期的菌种比较健壮，增殖噬菌体的最适菌 龄；生产上用作接种的最佳菌龄； v发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度； w食品工业上尽量使有害微生物不

3、能进入此期； x是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等的良 好材料。 1.特点： 新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，微生物 的生长速率处于动态平衡，培养物中的细胞数目达到最 高值。 细胞分裂速度下降，开始积累内含物，产芽孢的细菌 开始产芽孢。 此时期的微生物开始合成次生代谢产物，对于发酵生 产来说，一般在稳定期的后期产物积累达到高峰，是最 佳的收获时期。 又称恒定期或最高生长期 2.产生原因： 营养物尤其是生长限制因子的耗尽 营养物的比例失调，如碳氮比不合适; 有害代谢废物的积累； pH、氧化还原势等不合适; 3.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

4、尽量延长此期，提高产量，措施如下： A.补充营养物质; B.调pH; C.调整温度 2）稳定期细胞数目及产物积累达到最高。 4.生长产量常数（Y，或生长得率，growth yield）： 概念：表示微生物对基质利用效率的高低 Y=菌体干重/ 消耗营养物质的浓度 根据产量常数可确定微生物对营养物质的需要量 如：Y=0.5，表示要得到5g菌体，需某营养物（葡萄 糖）10g。 0 Y= C C 0 xx = x x0 C0 6 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ （四） 衰亡期（decline phase） 1.特点： 细胞 死 亡 数

5、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”。 细胞内 颗粒更 明显 ，细胞 出现 多 形态 、畸 形 或衰退 形，芽孢开始释放。 因 菌体 本身产生的 酶 及代谢产物的作用， 使 菌体死 亡 、 自溶 等 ，发生自溶 的菌 生长 曲线表现为 向 下跌落 的趋势。 2.产生原因： 生长 条件 的进一步 恶 化，使 细胞 内的 分 解代谢大 大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡. 三、微生物的连续培养（continuous culture） 分批培养（ batch culture） ：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。

6、不再补充和更换，最后一次性收获。 连续培养（ continuous culture） ：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。 8 连续培养理论基础：由于对典型生长曲线中稳定 期到来原因的认识，采取相应有效措施推迟其来 临，从而发展出现在的连续培养技术。 连续培养原理： 当微 生物在 单批培养方式 下生长 达到对数期后 期时，一 方 面以一定的速 度流进 新鲜培养基并搅拌， 另一方 面以溢流 方式流出培养液，使培养物达到动态 平衡， 其中的 微生物 就 能

7、长期保持对数 期的平 衡生长 状态和稳定的生长速率。 连续流入 新鲜培养液 单 批培养 恒 浊法 恒化法 连续培养 按控制方 式分 内控制（控制菌体密度 ）：恒 浊器 外控制（控制培养液流速、以 控制 生长速率）：恒化器 单 级连续培养器 lg细 胞数 （ 个 /ml） 连续 按培养器的级数分 多级连续培养器 培养器 一 般连续培养器 按 细胞状态分 固 定化细胞连续培养器 按用途分 实验室科研用：连续培养器 发酵生产用：连续发酵罐 单 批培养 连续培养 时间 连续培养技术恒化连续培养 概念： 以恒定流速使营养物质浓度恒定而保持细菌生 长速率恒定的方法。 特点： 维持 营养 成分 的 亚 适

8、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。 原理： 通过控制某一种营养物浓度（如碳、氮源、生 长因子等），使其始终成为生长限制因子，而达到 控制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。 应用范围： 实验室科学研究。 7 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ 恒化器Chemostat 或bactogen 连续培养技术恒浊培养 Ø 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。 Ø 原理： 通过调节新鲜培养基流入的

9、速度和培养物流出 的速度来维持菌浓度不变,即浊度不变。主要采用恒 浊器，当浊度高时，使新鲜培养基的流速加快，浊 度降低，则减慢培养基的流速。 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。 恒浊器与恒化器的比较 装置 控制对象 培养 基 无限 制生 长因 子 有限 制生 长因 子 培养基 生长速 流速 率 不恒定 最高 产物 应用 范围 生产 为主 连续发酵（continuous fermentation） 连续培养在生产

10、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。 恒 浊器 菌体密度 （内控 制） 恒化器 培养基流 速（外控 制） 恒定 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 实验 室为 主 8 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ 四、微生物的高密度培养 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。 -连续发酵生产时间受以上因素限制，一般只能 维持数月 1年。 概念： 又 称 高 密度 发 酵，一 般 是指 微生物在液 体培 养中 细胞 群体 密度超 过常 规 培养10倍 以 上时的生长 状态或 培养技术.主要是在