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微生物的生长规律微生物的生长规律微生物的生长规律V:1.0精细整理,仅供参考微生物的生长规律日期:20xx年X月微生物的生长规律微生物特别是单细胞微生物,体积很小,个体的生长很难测定,而且也没有什么实际应用价值。因此,测定它们的生长不是依据细胞个体的大小,而是测定群体的增加量,即群体的生长。以培养时间为横坐标,以细菌数目的对数或生长速度为纵坐标作图,所得到的曲线,称为微生物的生长曲线。根据细菌生长繁殖速率的不同,可将生长曲线大致分为延迟期、对数期、调整期或滞留适应期。
一、延迟期处于延迟期细菌细胞的特点可概括为8个字:分裂迟缓、代谢活跃。细胞体积增长较快,尤其是长轴,在延迟期末,细胞平均长度比刚接种时大6倍以上;细胞中RNA含量增高,原生质嗜碱性加强;对不良环境条件较敏感,对氧的吸收、二氧化碳的释放以及脱氨作用也很强,同时容易产生各种诱导酶等。这些都说明细胞处于活跃生长中,只是细胞分裂延迟。在此阶段后期,少数细胞开始分裂,曲线略有上升。
延迟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,短的只需几分钟,长的可达几小时。因此,深入了解延迟期产生的原因,采取缩短延迟期的措施,在发酵工业上具有十分重要的意义。在生产实践中,通常采取的措施有增加接种量,在种子培养中加入发酵培养基的某些营养成分,采用最适种龄(即处于对数期的菌种)的健壮菌种接种以及选用繁殖快的菌种等措施,以缩短延迟期,加速发酵周期,提高设备利用率。二、对数期对数期又称指数期。在此期中,细胞代谢活性最强,组成新细胞物质最快,所有分裂形成的新细胞都生活旺盛。这一阶段的突出特点是细菌数以几何级数增加,代时稳定,细菌数目的增加与原生质总量的增加,与菌液混浊度的增加均呈正相关性。这时,细菌纯培养的生长速率也就是群体生长的速率,可用代时(generationtime)表示。所谓代时,即单个细胞完成一次分裂所需的时间,亦即增加一代所需的时间(也叫增代时间或世代时间)。在此阶段,由于代时稳定,因此,只要知道了对数期中任何两个时间的菌数,就可求出细菌的代时。
单细胞微生物,在对数期细胞数据按几何级数增加,1→2→4→8→……,若以乘方的形式表示,即20→21→22→23→2n。很清楚,这里的指数"n"就是细菌分裂的次数或增殖的代数。也就是1个细菌繁殖"n"代产生了2n个细菌。如果在时间t
0时菌数为x,经过一段时间,到t1时,繁殖"n"代后,菌数为y则代时(G)可以下式表示:
例如,设大肠杆菌在接种时的细胞浓度为100/个ml,经400分钟的培养,细胞浓度增至10ml,求该菌的世代时间和繁殖代数。
根据公式
G=t1-t0/3.3(lgy-lgx)
t0为接种的时间
x=100
t1为培养时间(400分钟)
y=1,000,000,000
n=3.3(lg109-lg102)=3.3×7=23.1
代入上式
G=400/23.1=17.3
即在上述培养物中,大肠杆菌的代时为17.3分钟,400分钟内共繁殖了23.1代。
不同的细菌,其对数期的代时不同,同一种细菌,由于培养基组成和物理条件的影响,如培养温度、培养基pH、营养物的性质等,代时也不相同。但是,在一定条件下,各种菌的代时又是相对稳定的,多数种为20-30分钟,有的长达33小时,而有的繁殖极快,增代时间只9.8分左右。表6-4示不同细菌的代时。三、稳定期又称恒定期或最高生长期。处于稳定期的微生物,新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等,整个培养物中二者处于动态平衡,此时生长速度,又逐渐趋向零。
此阶段初期,细菌分裂的间隔时间开始延长,曲线上升逐渐缓慢。随后,部分细胞停止分裂,少数细胞开始死亡,致使细胞的新生与死亡速率处于动态平衡。这时培养物中细胞总数达到最高水平,接着死亡细胞数大大超过新增殖细胞数,曲线出现下降趋势。
稳定期的细胞内开始积累贮藏物,如肝糖、异染颗粒、脂肪粒等,大多数芽孢细菌也在此阶段形成芽孢。如果为了获得大量菌体,就应在此阶段收获,因这时细胞总数量最高;这一时期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。
可以看出,稳定期的微生物,在数量上的达到了最高水平,产物的积累也达到了高峰,此时,菌体的总产量与所消耗的营养物质之间存在着一定关系,这种关系,生产上称为产量常数,可用下式表示:
γ=菌体总生长量/消耗营养物质总量
式中γ值的大小可说明该种细菌同化效率的高低。根据这一原理,可用适当的微生物作为指示,对维生素、氨基酸或核苷酸等进行定量的生物测定。稳定期的长短与菌种和外界环境条件有关。生产上常常通过补料、调节pH、调整温度等措施,延长稳定期,以积累更多的代谢产物。四、衰亡期稳定期后如再继续培养,细菌死亡率逐渐增加,以致死亡数大大超过新生数,群体中活菌数目急剧下降,出现了"负生
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