典型生长曲线

微生物的生长第三节微生物的群体生长一、单细胞微生物的典型生长曲线将少量单细胞微生物接种到新鲜液体培养基中，在最适的条件下培养，培养过程中定时测定细胞数量，以细胞数的对数作纵坐标，以培养时间为横坐标，画出的曲线，就是单细胞微生物的典型生长曲线。典型生长曲线根据微生物的生长速率常数R（即每小时的分裂次数）的不同，一般可分为迟缓期（延滞期）、指数期、稳定期和衰亡期等四个时期。1.延滞期（Lagphase），也称迟缓期、延迟期、适应期。菌数不立即增加,或增加很少；生长速度接近于零。此时细胞特点可概括为：分裂迟缓、代谢活跃。该期的具体特点为：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，容易产生各种诱导酶；⑤对外界条件如NaCl溶液浓度、温度和抗生素等理化因素反应敏感。迟滞期出现的原因：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。调整代谢迟滞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。缩短迟滞期的常用手段：(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。2.指数期（Exponentialphase），又称对数期（Logphase)生长速度呈几何级数增长。指数期的特点：①生长速率常数R最大且为常数，代时(G)最短且稳定；②细胞进行平衡生长，菌体各部分的成分十分均匀；③酶系活跃，代谢旺盛。三个重要参数的计算：繁殖代数(n)、生长速率常数(R)、代时(G)

t1

–t01G=——————=—————

nR注意：只有处于指数期，才符合以上计算公式采用木醋杆菌生产细菌纤维素，培养的第5h进入对数生长期，此时活菌数是1×105个/ml，总菌数是1.1×105个/ml,培养的第10个小时进入稳定期，此时活菌数是1×107个/ml，总菌数是1.2×107个/ml，请计算代数（n)和代时（G）影响代时的因素：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。指数期细胞的应用：适宜作“种子”；研究基础代谢的材料；噬菌体增殖的最好阶段；革兰氏染色；诱变育种。3.稳定期（Stationaryphase）指数期之后，培养液中活细菌数最高并维持稳定的阶段(可能由于细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数，或者细胞仅停止分裂而保持代谢活性)。稳定期特点：①生长速率常数R降低至0；②代时G延长；③细胞重要的分化阶段；细胞开始衰老，原生质分布不均匀，出现液泡；开始积累糖原等内含物；产芽孢的菌开始形成芽孢；次生代谢产物（抗生素等）开始大量合成④菌体的最大收获期稳定期到来的原因①营养物质尤其是生长限制因子的耗尽②有害代谢产物的累积③营养物的比例失调④pH、氧化还原势等条件不适宜①稳定期如果及时采取措施，补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件（调整pH、温度、通气），可以获得更多的菌体物质或代谢产物。②对以收获菌体或与菌体生长相平行的代谢产物（SCP、乳酸等）为目的的发酵生产来说，稳定期是产物的最佳收获期。③通过对稳定期到来原因的研究，促使了连续培养原理的提出和工艺、技术的创建。微生物在稳定期的生长规律对于生产实践的指导意义：4.衰亡期（Decline或Deathphase）营养物质耗尽和有毒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。衰亡期特点：①生长速率常数R小于0；②细胞形态发生多形化

出现畸形或细胞大小悬殊；有些微生物因蛋白酶活力的增强而发生自溶，有些微生物产生或释放出一些代谢产物如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等；芽孢杆菌往往在此期释放芽孢。

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，但该法绘制的生长曲线不能反映衰亡期。二.丝状真菌的生长曲线丝状真菌是以菌丝干重（mg）作为衡量生长状况的纵坐标，时间为横坐标，绘制生长曲线。三个时期：延滞期，快速生长期，衰亡期丝状真菌不是单细胞，其繁殖不以几何级数增加，故没有指数生长期1、典型生长曲线也适于描述丝状菌的生长规律（）2、一般来说，用指数生长期的细胞作为“种子”（）3、对于细菌来说，可以用直接计数法和间接计数法来测定细胞的生长量（）4、对霉菌来说，可以采用稀释平板菌落计数法来测定其生长量（)三、连续培养(Continousculture）分批培养（batchculture）封闭培养（closedculture）培养基一次加入，不予补充，不再更换连续培养(Continousculture）培养基连续加入，发酵液以相同的流速连续流出，从而达到稳态平衡。若在一个开放的系统中(恒定容积的流动系统)培养微生物，培养过程中不断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。培养系统中的细胞数量和营养状态恒定，即处于稳态。单细胞微生物的生长符合典型的生长曲线最简单的连续培养装置包括：培养室、无菌培养基储存器和调节流速的控制系统。连续培养的主要参数稀释率D（h-1）：即培养基每小时流过培养容器的体积数。D==培养基的流动速率培养室的容积FV无菌培养基储存器培养室调节流速的控制阀1.连续培养的类型根据控制培养基流入培养容器方式的不同可分两种类型：恒浊器连续培养和恒化器连续培养。A.恒浊培养系统B.恒化培养系统1.盛无菌培养基的容器2.控制流速阀3.培养室4.排出管5.光源6.光电池7.排出物恒浊器：根据培养室内微生物的生长密度，借光电控制系统来控制培养基的流速，以取得菌体密度高、生长速率恒定的微生物细胞的连续培养器。恒化器：培养基流速恒定，通过控制培养基中某一生长限制性底物的浓度来调节微生物的生长速率,使微生物维持恒定生长速率的连续培养装置。两种连续培养系统的比较装置控制对象培养基培养基流速生长速率产物应用恒浊器菌体密度无限制生长因子不恒定最高菌体或与菌体相平行的代谢产物生产恒化器培养基流速有限制生长因子恒定低于最高速率不同生长速率的菌体实验室科研恒化器中的菌体浓度不由稀释率决定，而由生长限制性底物浓度决定。通过控制流速可得到生长速率不同但密度基本恒定的培养物，微生物始终在低于其最高生长速率下进行生长繁殖。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如果根据连续培养器串联的数目分，也可分为两种类型：单级连续培养多级连续培养适用于：代谢产物的产生速率与菌体生长速率相平行的培养微生物代谢产物与菌体生长不平行，例如丙酮、丁醇或某些次级代谢产物（抗生素、维生素等）的生产，应采取多级连续培养法，第一级发酵罐中