微生物生长以及其控制(6)讲稿

1、关于微生物的生长及其控制 (6)第一张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月生物个体物质有规律地、不可逆增加，导致个体体积扩大的生物学过程。生长：生物个体生长到一定阶段，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。繁殖：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。第二张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月一个微生物细胞合适的外界条件，吸收营养物质，进行代谢。如果同化作用的速度超过了异化作用个体的生长原生质的总量（重量、

2、体积、大小）就不断增加如果各细胞组分是按恰当的比例增长时，则达到一定程度后就会发生繁殖，引起个体数目的增加。群体内各个个体的进一步生长群体的生长第三张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖个体生长 个体繁殖 群体生长在一定时间和条件下细胞数量的增加（微生物群体生长）微生物生长:在微生物学中提到的“生长”，一般均指群体生长，这一点与研究大生物时有所不同。第四张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月第一节 微生物的生长及其测定分化（differentiation）：细胞通过分裂在形态、功能及蛋白质（酶）合成等方面发生稳定差异的过程；或在一定条件下，细

3、胞朝着不同方向发展，使其形态结构、生理发生了一系列的变化，最后形成另一种类型细胞的过程，是基因转录或翻译水平上有序表达的结果。如细菌芽孢的生产及萌发，酵母菌出芽繁殖、产生子囊孢子繁殖，霉菌的无性及有性繁殖等。第五张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月一、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。第六张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月染色体DNA的复制和分离细菌个体生长过程中，染色体连续复制。在迅速生长的细菌里，不仅在细胞分裂之前完成了染色体的复制，而且也开始了2个子细胞DNA的复制。DNA复制起点附着在细胞膜上，随着膜的生长和细胞的分裂，2个未

4、来的子细胞基因组不断地分离开来，最后达到2个子细胞中。第七张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月细胞壁扩增杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖在细胞壁中新老细胞壁间隔分布，新合成的细胞壁在多个位点插入；球菌新合成的肽聚糖固定在赤道板附近插入，导致新老细胞壁能明显分开，老细胞壁不断被推向两端。新合成的肽聚糖可通过其短肽的第三个二氨基氨基酸（Lys）的氨基连到老肽聚糖短肽的第四个氨基酸的羧基上，或通过新合成肽聚糖短肽的第四个氨基酸的氨基连到老肽聚糖短肽的第三位二氨基氨基酸的游离羧基上，导致肽聚糖的扩增。第八张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月细菌的分裂与调节在细菌长度的中间位置，通过

5、细胞膜内陷并伴随合成的肽聚糖插入，导致横隔壁向心生长，最后在中心会合，完成一次分裂。第九张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月二、 真菌的生长第十张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月（一）真菌对大分子营养物质的降解1、纤维素降解纤维素是植物细胞壁的主要组成成分，其含碳量约占自然界有机体中碳总量的40%，纤维素是由许多以-1,4糖苷键联接而成的葡萄糖单糖的聚合体，在葡萄糖单糖上的第六碳原子呈反式联接，从而导致整个纤维素结构呈稳定的扁带状的微纤维，在微纤维之间还有牢固的氢键连接，天然纤维素具有一定的结晶区和无定形区，聚合度很大，一般为100010000，结构紧密。 第十一张，PP

6、T共一百五十七页，创作于2022年6月纤维素酶降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，不是单种酶，而是起协调作用的多组份酶系。纤维素酶系由C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶组成。C1酶： 作用于不溶性纤维素表面，使结晶纤维素链开裂、长链纤维素分子末端部分游离，从而使纤维素链易于水化，是对纤维素最初起作用的酶。Cx酶：包括内切-1,4-葡聚糖酶和外切-1,4-葡聚糖酶。内切型葡聚糖酶从高分子聚合物内部任意位置切开-1,4键，产生新的未端，主要生成纤维二糖、纤维三糖等。外切型葡聚糖酶作用于低分子多糖，从非还原性末端游离出葡萄糖。-葡萄糖苷酶：将纤维二糖、纤维三糖及其它低分子纤维糊精分解为葡萄糖。C1酶组分活力

7、反映出真菌崩解天然纤维素结构能力，Cx酶组分是真菌生长过程中获取碳源物质的主要限制因子。上述三种酶之间有明显的协调作用。C1酶Cx酶第十二张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月2、木质素降解由苯基丙烷为单体组成的天然聚合物，是维管束植物的主要成分，是植物世界中仅次于纤维素的最丰富的有机高分子聚合物。在同一植物中，木质素的含量是恒定的，不同植物中木质素含量相差较大，例如软木（针叶树）中木质素含量为2737，而硬木（阔叶树）中木质素含量为1629，草本植物中占14%25%。它与纤维素、半纤维素被称为植物体的“三素”，植物光合作用所固定的CO2有很大一部分被转化为木质素。 第十三张，PPT共

8、一百五十七页，创作于2022年6月参与木质素降解的酶类包括：木质素过氧化物酶（Lignin Peroxidase，lip）：催化非酚类芳香族底物，以H2O2为最初底物；锰过氧化物酶（Manganese Peroxidase，MnP）：催化酚类、胺类等依赖Mn的氧化，以H2O2为最初底物；多酚氧化酶（以漆酶为主，laccase）、香草醛酸还原酶/醌还原酶。木质素降解过程主要是氧化反应，其中最重要的降解酶是lip、MnP、laccase。漆酶是含Cu的氧化酶，催化木质素相关酚类的电子氧化，尤其是丁香型木质素，形成酚氧基。导致C氧化芳香基断裂以及侧链上CC之间断裂，需O2作为氧化剂。第十四张，PPT

9、共一百五十七页，创作于2022年6月3、半纤维素降解半纤维素不是均一聚糖，而是由许多不同的单糖聚合而成的混合体，大多带有支链。构成主链的单糖主要是葡萄糖、木糖和甘露糖，支链主要是阿拉伯糖、木糖、半乳糖、果糖、葡萄糖或葡萄糖酸等。各种糖所占比例随原料变化而变化，其中木聚糖在半纤维素中所占比例最大，一般在50%以上，有的占90%以上。这些糖之间分别以共价键、氢键、酯键或醚键相连接，结构复杂。 第十五张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月半纤维素由半纤维素酶降解。由于半纤维素所包括的化合物种类很多，半纤维素酶也各不相同，主要包括-葡聚糖酶、半乳聚糖酶、木聚糖酶和甘露糖酶、阿拉伯聚糖酶等。例如

10、木聚糖由木聚糖酶水解，阿拉伯聚糖由阿拉伯聚糖酶水解。半纤维素比纤维素容易分解，但也需多种酶促反应才能完全水解。半纤维素的降解首先被内切酶（葡聚糖酶、木聚糖酶等）分解而产生过渡性短链，再被糖苷酶水解为单糖。 第十六张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月存在于植物细胞壁的杂多糖，造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。分解过程 TCA循环 聚糖酶 CO2 + H2O 半纤维素 单糖 + 糖醛酸 H2O 各种发酵产物 厌氧分解分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。第十七张，PPT共一百五十七页，创

11、作于2022年6月4、果胶质的转化 果胶(Pectin)是一组聚半乳糖醛酸，水溶性，分子量5-30万。在适宜条件下其溶液能形成凝胶和部分发生甲氧基化（甲酯化，形成甲醇酯）,其主要成分是部分甲酯化的-(l,4)-D-聚半乳糖醛酸，残留的羧基单元以游离酸的形式存在或形成铵、钾、钠和钙等盐。果胶存在于植物的细胞壁和细胞内层，为内部细胞的支撑物质。不同的蔬菜，水果口感有区别，主要是由它们含有的果胶含量以及果胶分子的差异决定的。柑橘、柠檬、柚子等果皮中约含30果胶，是果胶的最丰富来源。 按果胶的组成可有同质多糖和杂多糖(最常见)两种类型：同质多糖型果胶如D-半乳聚糖、L-阿拉伯聚糖和D-半乳糖醛酸聚糖等

12、；杂多糖果胶由半乳糖醛酸聚糖、半乳聚糖和阿拉伯聚糖以不同比例组成，通常称为果胶酸。部分甲酯化的果胶酸称为果胶酯酸。天然果胶中约2060的羧基被酯化，分子量为2万4万。第十八张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月鼠李糖杂多糖果胶同质多糖型果胶第十九张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月果胶酶是分解果胶质的原果胶酶、果胶酯酶以及聚半乳糖醛酸酶的总称。原果胶酶能够水解不溶性原果胶为水溶性果胶，切断聚甲氧基半乳糖醛酸和阿拉伯糖之间的化学键；果胶酯酶能够分解水溶性果胶分子中的甲氧基（-0CH2）与半乳糖醛酸之间的酯键，形成半乳糖醛酸和甲醇；聚半乳糖醛酸酶能切断果胶酸的-1,4-糖苷键，形

13、成游离的半乳糖醛酸。示果胶酯酶的作用位置表示聚半乳糖醛酸酶的作用位置第二十张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月5、淀粉的转化淀粉的种类直链淀粉（-1,4-糖苷键结合）支链淀粉（-1,6-糖苷键结合）第二十一张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月淀粉酶(amylase)一般作用于可溶性淀粉、直链淀粉、糖元等-1,4-葡聚糖，水解-1,4-糖苷键的酶。根据作用的方式可分为-淀粉酶与-淀粉酶。（1）-淀粉酶：广泛分布于动物（唾液、胰脏等）、植物（麦芽、山萮菜）及微生物。以Ca2+为必需因子，既作用于直链淀粉，亦作用于支链淀粉，无差别地切断-1，4-链，引起底物溶液粘度的急剧下降和碘

14、反应的消失（故又称为液化酶），最终产物在分解直链淀粉时以麦芽糖为主，还有麦芽三糖及少量葡萄糖。在分解支链淀粉时，除麦芽糖、葡萄糖外，还生成分支部分具有-1,6-键的-极限糊精。（2）-淀粉酶：从非还原性末端逐次以麦芽糖为单位切断1,4-葡聚糖链。主要见于高等植物中（大麦、小麦、甘薯、大豆等），但也在细菌、牛乳、霉菌中存在。直链淀粉能完全分解得到麦芽糖和少量的葡萄糖；作用于支链淀粉或葡聚糖的时候，切断至1,6-键的前面反应就停止了，因此生成分子量比较大的极限糊精。第二十二张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月（3）糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，能在常温条件下将淀粉分子的-1,4-和-1,6-糖

15、苷键切开，而使淀粉转化为葡萄糖。（4）支链淀粉酶水解支链淀粉中-,-糖苷键，切下整个侧枝，形成长短不一的直链淀粉。第二十三张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月（二）真菌菌丝的顶端生长菌丝养分的输送是通过基质内的菌丝吸收，然后输送到菌丝的顶端。真菌菌丝顶端部位呈圆拱形，菌丝的生长点在顶端，即其生长部位仅限于菌丝顶端的圆拱形区域，在直径均匀的后部管状区域则几乎不再伸长。菌丝的生长速率在顶端最大，距顶端lm处壁的合成速率可能是50m处的50倍，而在伸长区的基部，生长速率可能降为零。 第二十四张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月菌丝顶端生长和顶端菌丝细胞内泡囊的聚集有关，在顶端12

16、m的顶部区域含有大量的原生质的泡囊（vesicle）。当生长停止时，这些泡囊就扩散开，分布在整个细胞中，只有当这些泡囊重新聚集在顶端时，生长才重新开始。第二十五张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月泡囊的作用：运输细胞壁溶解酶去破坏原来壁组成之间的键；运输新的细胞壁物质，并在细胞壁合成酶的作用下并入细胞壁中，增加细胞壁的面积；在生长期间增加原生质膜的表面积。菌丝顶端泡囊中含有丰富的多糖、几丁质合成酶类、细胞壁溶解酶类、细胞壁合成酶类以及一些合成细胞壁的前体物质等。当它们移向顶端与原生质膜融合后，释放它们的内含物并融合到细胞壁中。顶端生长被认为是细胞壁水解、细胞壁的合成和细胞壁的膨压之间

17、的动力平衡，破坏这一平衡便会改变生长的模式。 第二十六张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月（三）菌丝的分枝生长菌丝是通过分枝来增加顶端数目，增加生长点数量，从而保证其较快的生长速度。菌丝在生长中，单个菌丝生长量是不变的，即菌丝顶端的数目总是与菌丝的长度和细胞质的体积保持一定的比例关系。当细胞质的体积超过现存顶端数目时，新的顶端就产生了。第二十七张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月（四）菌丝生长的4个时期 1.生长迟缓期：少量菌丝接种到新鲜培养基后，由于菌丝转接过程中的机械损伤、前后环境的差异等，在开始培养的一段时间内，菌丝有一个适应过程，因而生长很缓慢。迟缓期的长短与菌种类

18、型、菌龄、培养基种类及前后环境如温度、湿度、培养基成分等差异程度有关。在培养环境和培养基成分等相似的条件下，液体培养时菌丝迟缓期一般1天左右，固体培养时迟缓期一般13天。2.生长快速期（对数生长期）：生长迟缓期过后，菌丝适应了新的环境，开始进入快速生长期，菌丝生长表现为直线上升，日均生长速度最大。3.生长减速期：由于养分的逐渐消耗、基质中氧气的缺乏、对菌体本身有害的代谢产物的积累等，菌丝生长进入减速期，表现为日均生长速度越来越小。4.生长停止期：在液体培养时，菌丝干重逐渐减少，菌丝老化自溶，菌丝细胞中的有机质分解而把N、P释放到培养液中，镜检可发现菌丝内液泡增多，贮藏物质减少。 第二十八张，P

19、PT共一百五十七页，创作于2022年6月三、 微生物生长的测定单位时间里微生物数量或生物量（Biomass）的变化微生物生长：（参见P151）微生物生长的测定：个体计数群体重量测定群体生理指标测定评价培养条件、营养物质等对微生物生长的影响；评价不同的抗菌物质对微生物产生抑制(或杀死)作用的效果；客观地反映微生物生长的规律；第二十九张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月第一节 微生物生长的测定（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情况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（参见P153）第三十张，PPT共一百五十

20、七页，创作于2022年6月采用培养平板计数法要求操作熟练、准确，否则难以得到正确的结果：样品充分混匀；每支移液管及涂布棒只能接触一个稀释度的菌液；同一稀释度三个以上重复,取平均值；每个平板上的菌落数目合适，便于准确计数；一个菌落可能是多个细胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成单位（colony forming units， CFU）来表示，而不是直接表示为细胞数。第三十一张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月（一）以数量变化对微生物生长情况进行测定2、膜过滤培养法当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜过滤器，然后将将膜转到相应的培养基上进行培养，对形成的菌

21、落进行统计。第三十二张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月第三十三张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月（一）以数量变化对微生物生长情况进行测定3、The most probable number method（液体稀释法）主要适用于只能进行液体培养的微生物，或采用液体鉴别培养基进行直接鉴定并计数的微生物。对未知样品进行十倍稀释，然后根据估算取三个连续的稀释度平行接种多支试管，对这些平行试管的微生物生长情况进行统计，长菌的为阳性，未长菌的为阴性，然后根据数学统计计算出样品中的微生物数目。第三十四张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月（一）以数量变化对微生物生长情况进行测

22、定4、显微镜直接计数法（参见P152）1）常规方法：采用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接计数（计算一定容积里样品中微生物的数量）。缺点：不能区分死菌与活菌；不适于对运动细菌的计数；需要相对高的细菌浓度；个体小的细菌在显微镜下难以观察；第三十五张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月（一）以数量变化对微生物生长情况进行测定4、显微镜直接计数法2）其它方法：将已知颗粒浓度的样品（例如血液）与待测细胞细胞浓度的样品混匀后在显微镜下根据二者之间的比例直接推算待测微生物细胞浓度。比例计数：过滤计数：当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜过滤器。然后

23、将滤膜干燥、染色，并经处理使膜透明，再在显微镜下计算膜上(或一定面积中)的细菌数；活菌计数：采用特定的染色技术也可分别对活菌和死菌进行分别计数第三十六张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月涂片染色法应用：可同时计数不同微生物的菌数，适于土壤、牛奶中 细菌计数。 方法：用镜台测微尺计算出视野面积；取0.1ml菌液涂于1cm2面积上， 计数后代入公式： 每ml原菌液含菌数 =视野中平均菌数(涂布面积/视野面积) 10稀释倍数第三十七张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月染色后活菌计数法 采用特定的染色技术进行活菌染色，然后用光学显微镜计数的方法。可分别对活菌和死菌进行计数。Eg.

24、美蓝 酵母 活细胞无色 死细胞蓝色Eg. 细菌经丫啶橙染色后，在紫外光显微镜下可观察活细胞橙色荧光死细胞绿色荧光第三十八张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月（二）以生物量为指标测定微生物的生长1、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。实验测量时应控制在菌浓度与光密度成正比的线性范围内，否则不准确。第三十九张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月测体积法：粗放型，在刻度离心管中测沉降量称干重法：精确型，离心法和过滤法获得菌体细胞，微生物的干重一般为其湿重的1020，而一个细菌细胞一般重约10-1210-13g。测

25、定多细胞及丝状真菌生长情况的有效方法2、重量法以干重、湿重直接衡量微生物群体的生物量；第四十张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月以E. coli为例，一般液体的培养物（culture）中，细胞浓度通常为2109个mL，100mL培养物约可得1090mg干重的细胞；高密度培养（high cell-density culture，HCDC）中，细胞产量最高记录可达到174g/L。第四十一张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月蛋白质含氮量为16%。蛋白质总量=含氮量6.25；细胞总量=蛋白质总量65%蛋白质总量1.54每个细菌DNA含量相当恒定，平均为8.410-5ng，将一定体积

26、的细菌悬液离心，提取细胞DNA，求得DNA含量，则可计算出该体积下的细菌悬液所含有的细菌总数。通过样品中蛋白质、核酸含量的测定间接推算微生物群体的生物量第四十二张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月3、 生理指标法（参见P154）微生物的生理指标，如呼吸强度，耗氧量、酶活性（琥珀酸脱氢酶、谷氨酸脱羧酶等）、生物热等与其群体的规模成正相关。样品中微生物数量多或生长旺盛，这些指标愈明显，因此可以借助特定的仪器如瓦勃氏呼吸仪、微量量热计等设备来测定相应的指标。（参见P354，表12-12）常用于对微生物的快速鉴定与检测第四十三张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月 一种特定的微生物，

27、每一个细胞中的ATP浓度几乎是一个常数，所以测定这种微生物的ATP含量，即可知其细胞数。已知细胞数的微生物样品测定ATP含量测定未知细胞数的微生物样品的ATP含量换算出每个细胞所含的ATP量即可算出未知样中细胞数第四十四张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月ATP浓度的测定ELAMPH2O荧光素酶E还原型荧光素LH2E-LH2 AMP复合物ATPppiMg2光O2生物发光仪第四十五张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月 在这个反应系统中，酶、荧光素和O2都过量时，光的强度与ATP的量成正比。可用生物发光仪测定光照强度，从而换算出ATP的浓度。 生物发光仪现用于各种样品中细胞数的

28、测定。Eg. 临床上测血液、尿液中的菌数；工业上发酵液中的菌数；环境污染状况的测定等。第四十六张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月大型真菌生长的测定1、菌落半径增长速度测定法 将待测菌株点种于固体培养基平板中心，生长一定时间后在显微镜下用测微尺测定，测量时先在菌落边缘选一单根的菌丝侧枝处作参照点，定时测量生长长度，可求出一定时间的菌丝生长速度。此法简单简便，但不精确，常用来做初步测定。 菌丝生长速度（mm/d）=（菌落直径-接种块直径）/2培养时间（d）第四十七张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月2、菌落直线扩展速度测定法 用一U形培养管，管长40cm，内径1.3cm，两端

29、5cm处弯成45角，内盛固体培养基达直径一半，两端加棉塞灭菌，凝固后从一端接种，定时测定生长踞离，并计算生长率。生产中，可测定菌瓶或菌袋中菌落扩展速度：定时在扩展边缘划线，然后测定两条线间的长度距离。此法简单简便，但不精确，常用来做初步测定。 第四十八张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月3、菌丝干重测定法 配制液体培养基，定量接种，不同时间取样，抽滤获得菌丝球或菌丝片，如菌丝较粘也可采用离心方法，取得菌丝后在7080烘干，测定菌丝体干重，用干重平均值/培养基体积（g/mL）来表示菌体的生长量。该方法直接、可靠，但只适用于菌体浓度较高的样品；而且要求样品不含菌丝体以外的其它干物质（难溶

30、解的培养基成分干扰结果）。也可以直接采用测定菌丝湿重法，省去烘干步骤（不如干重法准确）。第四十九张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月4、菌丝生物量间接测定法 与细菌类似，根据已知菌丝含N量、RNA含量等，通过分析样品中的全氮量或核糖核酸量而推算菌丝重量。例如已知一般干菌丝含N 4.5%8.5%，RNA含量是2.0%4.0%，据此通过分析样品中的全氮量或核糖核酸量，而推算菌丝重量。 第五十张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月第二节 细菌的群体生长微生物的特点：个体微小肉眼看到或接触到的微生物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

31、生长。（参见P134）对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础第五十一张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月一、生长曲线生长曲线(Growth Curve)： 细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横座标，以菌数为纵座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。在微生物学中提到的“生长”，均指群体生长。第五十二张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月一、生长曲线细菌的生长曲线一般用菌数的对数为纵坐标作图第五十三张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月一、生长曲线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

32、等四个生长时期第五十四张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月一、生长曲线迟缓期(Lag phase)：将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间内菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零。也称延迟期、适应期。第五十五张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月迟缓期的特点：分裂迟缓、代谢活跃 细胞形态变大或增长，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末，细胞 的平均长度比刚接种时长6倍。一般来说处于迟缓期的细菌细胞 体积最大 细胞内RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代谢活跃，核糖体、 酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶。 对外界不良条件反应敏感。细胞处于活跃生长中，只是分裂迟缓在此阶段后

33、期，少数细胞开始分裂，曲线略有上升。第五十六张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月迟缓期出现的原因：微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏分解和催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢产物等。为产生诱导酶或合成中间代谢产物，就需要一段适应期。调整代谢迟缓期的长短与菌种的遗传性、菌龄以及移种前后所处的环境条件等因素有关，短的只需要几分钟，长的需数小时。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)适当扩大接种量第五十七张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6

34、月一、生长曲线对数生长期(Log phase)：又称指数生长期(Exponential phase)以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数增加，细菌内各成分按比例有规律地增加，表现为平衡生长。对数生长期的细菌个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，代谢旺盛、生长迅速、代时稳定，所以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。第五十八张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月 t1 t0 0.639G = = n mm：比生长速率在细菌个体生长里，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

35、加一倍所需的时间称为倍增时间（Doubling time)。代时通常以G表示。第五十九张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月比生长速率（）：每单位数量的细菌或物质在单位时间（h）内增加的量。=（lgNt-lgN0）/(t-t0)2.303比生长速率与微生物的生长基质浓度密切相关。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： =mS/(Ks+S) m为最大比生长速率；S为生长的基质浓度，Ks为比生长速率为最大比生长速率一半时的基质浓度，在同种基质中为一个常数，通常很小。当基质浓度很高时，S= Ks+S，=m，细菌以最大比生长速率生长，如对数生长期的细菌。当基质浓度很

36、低时，Ks+S=Ks，=（m/Ks）S，比生长速率与基质浓度成正比。总生长量：在某一时间里，培养获得的微生物总量与原来接种的微生物量的差值，客观上反映了培养基与培养条件是否适合微生物的生长。产量常数：培养过程中所获得的总生长量与获得该总生长量所消耗基质总量的比值：K=（总生长量/所消耗基质的总量），代表微生物对基质同化的效率，反映微生物利用某种基质生长的效果，在生产实践中应采取有效措施，提高K值，创造更大的经济效益。第六十张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月需钠贝内克菌结核分支杆菌高山组囊蓝细菌深红红螺菌桃褐腐病菌肉毒杆菌柱胞鱼腥藻蛋白核小球藻扁盘栅藻淡水硅藻中肋骨条藻三角角藻小眼虫

37、卡氏棘阿米巴尾草履虫四膜虫黑热病原虫蓝氏贾第虫第六十一张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月影响微生物增代时间（代时）的因素：1）菌种，不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同；2）营养成分，在营养丰富的培养基中生长代时短3）营养物浓度，在一定范围内，生长速率与营养物浓度呈正比，凡是处于较低浓度范围内，可影响生长速率的营养物成分，就称为生长限制因子。4）温度，在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。第六十二张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月一、生长曲线（参见P131）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

38、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)。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。细胞重要的分化调节阶段；储存糖原等细胞质内含物，芽孢杆菌在此阶段形成芽孢或建立自然感受态等。也是发酵过程积累代谢产物的重要阶段，某些放线菌抗生素的大量形成也在此时期。生产上常通过补充营养物质（补料）或取走代谢产物、调节pH、调节温度、对好氧菌增加通气、搅拌或振荡等措施延长稳定生长期，以获得更多的菌体物质或积累更多的代谢产物。第六十三张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月一、生长曲线衰亡期(Decline或Death phase)：营养物质耗尽和有毒

39、代谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长。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，仍有部分活菌存在。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。第六十四张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月Ecotype and Periodic selectionThe ecotype describes a collection of strains that shows some

40、 level of ecological distinctiveness growth (or loss of growth) on a new carbon substrate or the ability to cause increased/decreased disease symptoms for a pathogenic species within its species. An ecotype have only a small gene content (or expression) difference compared with other ecotypes of the

41、 same species. periodic selection: the population is periodically replaced by a new type arising in the predominant component and characterized by a selective advantage over the previous type. Natural selection purges消除了 the genetic diversity within an ecotype to nearly zero. 第六十五张，PPT共一百五十七页，创作于202

42、2年6月Inoculated a single strain of Escherichia coli in a glucose limited chemostat恒化器 and cultured for a long time (800 generations). The cells are competing only for glucose, and all other nutrients are in excess. The cultures transferred periodically into fresh chemostats to make sure that the glas

43、s walls of the chemostat did not provide another niche. E. coli, while metabolizing glucose, excretes acetate and a little glycerol. These compounds are later taken up again and used. The one strain evolved into at least three strains which coexist: a strain evolved which was a specialist on glucose

44、, but could no longer take up and metabolize either acetate and glycerol; two other strains arose each of which specialized on acetate or glycerol while retaining the ability to utilize any glucose they could acquire. Thus the bacteria have created three niches where before only one existed and the

45、three coexisting strains, none of which can become extinct within this system, can evolve into separate species over time. One might even consider them separate species already by the ecological definition of species. 第六十六张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月不同的微生物或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NH+4等)；有的需

46、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。（参见P136）第六十七张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月一、生长曲线由于采用活菌计数比较麻烦，并要求严格进行操作，否则不易得到准确的结果，重复性也差，因此在实际工作中多采用分光光度计测定OD值的方法绘制细菌的生长曲线。第六十八张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月二、同步培养（参见P 138）同步培养(Synchronous culture)： 使群体中的细胞处于比较一致的

47、，生长发育均处于同一阶段上，即大多数细胞能同时进行生长或分裂的培养方法。 以同步培养方法使群体细胞能处于同一生长阶段，并同时进行分裂的生长。同步生长：通过同步培养方法获得的细胞被称为同步细胞或同步培养物第六十九张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月二、同步培养同步培养物常被用来研究在单个细胞上难以研究的生理与遗传特性和作为工业发酵的种子，它是一种理想的材料。机械方法离心方法过滤分离法硝酸纤维素滤膜法环境条件控制技术温度：适宜和不适宜温度交替处理培养基成份控制：营养不足培养一段时间， 再转入营养丰富的培养基培养。 将不同步细菌转入抗生素培养基培养， 再转入完全培养基培养其他（如光照和黑暗

48、交替培养） 芽孢细菌培养到产生芽孢，加热杀死营养体， 转入新的培养基，让芽孢统一萌发形成菌体。第七十张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月第二节 细菌的群体生长繁殖二、同步培养硝酸纤维素滤膜法是最经典的获得同步生长的方法由于细胞的个体差异，同步生长往往只能维持2-3个世代，随后又逐渐转变为随机生长。将细菌悬液通过垫有膜的过滤器将滤膜颠倒过来，再让培养基流过滤器，洗去未结合的细菌将滤器放入适宜条件下培养一段时间，仍将培养基流过滤器，洗下新分裂的细菌，收集。第七十一张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月三、连续培养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。分批培养

49、（batch culture）or封闭培养（closed culture）培养基一次加入，不予补充，不再更换。连续培养(Continous culture ）在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。（参见P140）培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物是实现微生物连续培养的基本原则。第七十二张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月三、连续培养控制连续培养的方法恒浊连续培养不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定恒化连续培养保持恒定的流速，通过保持某种营养物质（称细菌比生长速率的控制因子，如氨基酸、氨、铵盐等氮源，或

50、葡萄糖等碳源，或无机盐，或生长因子）的浓度基本恒定的方式，使细菌的比生长速率恒定。第七十三张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月三、连续培养（一）恒浊连续培养测定所培养微生物的光密度值自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速使培养物维持在某一恒定浊度当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快，使浊度降低；当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高；恒浊培养器的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的如果所用培养基中有过量的必需营养物，就可以使菌体维持最高的生长速率。第七十四张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月三、连续培养（一）恒浊连续培养一般用于菌体以及与菌体生

51、长平行的代谢产物生产的发酵工业（连续发酵）连续发酵与单批发酵相比的优点：缩短发酵周期，提高设备利用率；便于自动控制；降低动力消耗及体力劳动强度；产品质量较稳定；缺点：杂菌污染和菌种退化第七十五张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月三、连续培养二）恒化连续培养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下进行生长繁殖。第七十六张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月三、连续培养二）恒化连续培养恒化连续培养中，必需将某种必需的营养物质控制在较低的浓度， 以作为限制性因子，而其他营养物均过量。（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）限制性因子必须是机体生

52、长所必需的营养物质，如氨基酸和氨等氮源，或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是无机盐，因而可在一定浓度范围内能决定该机体生长速率。第七十七张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月三、连续培养通过控制流速可以得到生长速率不同但密度基本恒定的培养物多用于科研遗传学：突变株分离；生理学：不同条件下的代谢变化；生态学：模拟自然营养条件建立实验模型；第七十八张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月第三节 环境对微生物生长的影响一、营养物质二、水活度三、温度四、pH五、渗透压六、氧七、表面张力八、辐射九、液体静压力十、声能影响微生物生长的环境因素主要有：第七十九张，PPT共一百五十七页，创作于2022

53、年6月1. 微生物生长的适宜温度最低生长温度能生长的最低温度最适生长温度生长速度最高的温度最高生长温度能生长的最高温度最适生长温度并非等于最适发酵温度，或生长得率最高时的温度。生长温度三基点一、温度 每种微生物都有三个基本温度（cardinal temperature）第八十张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月(1)嗜冷微生物（psychrophile） 最低生长温度0 以下，最适生长温度 15 ，最高生长温度20左右；（地球两极，海洋深处） 能在0 生长，但最适生长温度 2040 。（冷水，土壤，引起冰箱食物腐败的主要微生物类群）-耐冷微生物(psychrotolernt),又称兼

54、性嗜冷微生物嗜冷微生物在低温下能生长的原因：嗜冷微生物的酶在低温下能有效起催化作用，其酶的二级结构含有较多的螺旋，能使酶蛋白在寒冷环境中有较强的弹性。嗜冷微生物的酶有较强的极性，含有较少的亲水性氨基酸，有助于在低温下保持蛋白质的弹性及酶的活性。嗜冷微生物细胞膜的脂类中不饱和脂肪酸的含量较高，在低温下膜也能保持半流动状态。根据微生物的最适生长温度，可将微生物分为三类：第八十一张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月（2）嗜温微生物(mesophiles) ，又称中温菌 最低生长温度10左右，最适生长温度 25 37，最高生长温度45左右（大多数微生物，人类病原菌）。嗜温微生物又可分为寄生和

55、腐生两类： 寄生嗜温微生物的最适生长温度相对较高，大肠杆菌是典型的寄生嗜温微生物； 腐生嗜温微生物的相对较低，发酵工业中常用的黑曲霉、啤酒酵母、枯草杆菌均为腐生嗜温微生物。 第八十二张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月(3)嗜热微生物（thermophiles） 最低生长温度45 ，最适生长温度 5565，最高生长温度80（大部分为细菌。温泉，堆肥） 发酵工业中应用的德氏乳酸杆菌的最适生长温度为4550，嗜热糖化芽孢杆菌为65.-嗜高温微生物（hyperthermophiles） 最低生长温度65 ，最适生长温度 8090，最高生长温度100以上（古生菌，热泉、火山喷气口、海底火山喷

56、气口）微生物在高温环境下为何能生存呢？胞内酶和蛋白质在高温时更稳定（分子中1个或多个部位被某些氨基酸所取代，能以特殊的方式折叠，抵抗温度的变性作用）;细胞质膜富含饱和脂肪酸，因而膜在高温下仍很稳定并发挥功能;其核酸有热稳定性的结构，tRNA在特定的碱基区域含较多GC对.第八十三张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月2. 低温对微生物的影响 (1) 冰冻对微生物的影响 冰冻使细胞内游离水形成冰晶，对细胞造成机械性损伤；冰冻导致细胞失去可利用的水分，形成脱水干燥状态，细胞质的pH值和胶体状态发生改变，甚至可引起胞内蛋白质部分变性等；微生物所处的基质也因冰冻而产生一系列复杂的变化。(2) 低

57、温对微生物作用的有关因素 冰点附近会加速微生物死亡微生物种类不同抵抗低温能力不同微生物所处的环境不同，对低温的抵抗能力不同冰冻和解冻的反复交替容易造成微生物细胞破裂 第八十四张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月(3) 低温用于食品保藏 根据各类食品的特点和保藏要求不同，将低温保藏食品的温度可作如下的划分： 寒冷温度：指在室温和冷藏温度之间的温度。嗜冷微生物能在这一温度范围内缓慢生长，保藏食品的有效期较短，一般仅适宜于保藏果蔬食品。 冷藏温度：指在05之间的温度。一些嗜冷微生物尚能缓慢生长，能阻止几乎所有的引起食物中毒的病原菌生长（除肉毒杆菌E型尚能在3.3生长和产生毒素外）。冷藏温度

58、可用于储存果蔬、鱼肉、禽蛋、乳类等食品。 冻藏温度：指低于0以下的温度。在18以下的温度几乎阻止所有微生物的生长。第八十五张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月3. 高温对微生物的影响 微生物对热的忍受力依菌的种类、菌龄而异。 微生物的营养体、霉菌的孢子、细菌的芽孢等。微生物对热的忍受力还受微生物所处环境的其他条件的影响. 环境pH、渗透压、培养基组成等的影响。 如在酸性条件下，微生物对热的耐受力明显下降； 环境中富含蛋白质时，利于保护菌体，增加微生物细胞对热的抗性。 第八十六张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月二、pHpH = - lg H+ pH通过影响细胞质膜的透性、膜

59、结构的稳定性、物质的溶解性或电离性来影响营养物质的吸收。微生物生长的pH值范围每一种微生物都存在生长pH的三基点：最适生长pH 最适发酵pH从而影响微生物的生长速率最低生长pH；最适生长pH；最高生长pH；第八十七张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月根据微生物生长的pH范围，将其分以下几类：嗜酸菌（acidophile）只能生活在低pH（小于4）条件下，在中性pH下即死亡的微生物（硫细菌属，热原菌属等古生菌）嗜中性菌(neutrophile)生长最适pH 5.58.0（大多数微生物以及病原菌等）嗜碱菌(alkalophile)耐酸菌：可生活在pH5以下，但在中性pH下也能生活专性生活

60、在pH1011的碱性条件下而不能生活在中性条件下的微生物。(碱性盐湖和碳酸盐含量高的土壤中)。多数嗜碱菌为芽孢杆菌属，少数属于古生菌。 耐碱菌：在碱性环境下能生长，但在中性条件下不死亡。第八十八张，PPT共一百五十七页，创作于2022年6月 不同微生物最适生长pH可能不同，同种微生物在不同生长阶段和不同生理、生化过程中，也有不同的最适pH要求。 黑曲霉：在pH2.02.5时，有利于合成柠檬酸， 在pH2.56.5范围内，就以菌体生长为主， 在pH7左右时，则大量合成草酸。丙酮丁醇梭菌：在pH5.57.0内，以菌体生长繁殖为主， 在pH4.35.3范围内进行丙酮、丁醇发酵。 无论微生物生长的pH