第六章微生物的生长与繁殖.ppt

1、第六章微生物的生长繁殖和调控，第一节细菌的生长，生长微生物细胞球吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用异化作用，生命体的重量和体积增大的过程。 繁殖的生命个体成长到某个阶段，以特定的方式产生新的生命个体，即引起生命个体数增加的生物科学过程。 个体成长微生物细胞球个体吸收营养物质进行新陈代谢，原生质和细胞组分的增加是个体成长。 集体成长集体中个体数的增加。 可按重量、体积、密度、浓度进行测量。 (由于微生物个体极小，经常集体生长反映个体生长情况)个体生长个体繁殖集体生长=个体生长个体繁殖、生长和繁殖的概念，(1)细菌的集体生长规律，单细胞球微生物主要含有细菌和酵母菌，其集体生长以增加群体中的细胞

2、球数来表示， 一个细胞球分裂成为两个细胞球的时间间隔称为世代这一世代所需要的时间是世代时(eneration time，g )，是世代时即集团细胞球数倍增所需要的时间，有时也称为倍增时间。 右图显示了一个细胞球分裂了好几代的样子。 由右图可知，随着世代的推移，细胞球数增加2倍，指数增加，被称为指数增长是单细胞球群增长的特征。 细菌生长曲线：将一定的细菌细胞球接种一定容积的液体培养基，在适当的条件下培养，定时采样测定细胞球数，以细菌细胞球数的对数为纵轴，以生长时间为横轴绘制的曲线。 生长曲线表现了细菌在新环境下从开始生长、分裂到领便当的动态变化过程。 每种细菌都有各自的典型生长曲线，但它们的生长

3、过程有共同的规定性。 一般来说，生长曲线可以分为四个时期。 将少量单细胞球纯培养接种一定容积的新鲜液体培养基，在适当条件下培养，每隔一定时间取样，测定菌细胞数。 以培养时间为横轴，以细菌增加数的对数为纵轴，绘制所得曲线。 生长曲线的制作、典型的生长曲线(Growth curve )、延迟、指数期、稳定期、衰退期，其他名称：停滞期、调整期、适应期1 .现象：活菌数不增加，曲线平行于横轴。 2特征生长速率常数=0细胞球形态变大，或细胞球内RNA，特别是rRNA含量增高，原生质的嗜盐化学基性增强合成代谢活跃(核糖体、酶催化剂类、ATP合成加快)，易产生诱导酶，对外界不良条件敏感(如氯化钠浓度、温度、

4、抗生素等) 3接种物的菌龄：用对数生长期的菌种接种时，其迟延期间短，迟延期间也不能检查的接种量：一般，接种量的增大可以缩短或消除迟延期间(在发酵工业上通常采用1/10的接种量)。 培养基成分：由于在营养成分丰富的天然培养基中生长延迟时间比在合成培养基中生长的情况短，接种后培养基的成分变化较大则延迟时间变长，因此从发酵工业上讲使发酵培养基的成分尽量接近种子培养基。影响延龄期长短的因素：认识延龄期的特征和形成原因是实践的指导意义：发酵工业应尽量缩短延龄期缩短lag phase的措施是增加接种量(集团优势-适应性增强)调整采用对数生长期优势菌种的培养基成分，并使种子化学基发酵选择繁殖快的菌种，(2)

5、指数期，其他名称：指数期现象：细胞球数在几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。特征：生长速率常数最大，即世代最短细胞球进行平衡生长，菌体大小、形态、大姨妈特征等较一致、代谢最旺盛的细胞球是对理化因素敏感的影响因素：菌种营养成分营养物质浓度培养温度，应用意义：这个时期菌种比较结实， 在增殖噬菌体最佳菌龄生产上最适合接种的菌龄发酵工业中尽量延长这个时期，在达到高菌密度的食品工业中尽量使有害微生物不进入这个时期，是大姨妈代谢和遗传研究或染色、形态观察等良好的材料。 营养素浓度和指数期的生长速度和产量、作用方式：影响微生物生长速度和总生长量的生长限制因子：在低浓度范围内，影响生长速度和菌体生产量的营养

6、素有生长限制因子、细胞球数或菌体量、(3)稳定期、细胞分裂速度下降，开始积累内含物，产生芽胞的细菌开始产生芽胞。 这一时期微生物开始合成次级代谢产物，对发酵生产来说，一般在稳定期后期产物的积累达到顶峰，是最佳的收获时期。 发生原因：营养物质，特别是生长限制因子枯竭营养物质比例失调，如碳氮比不合适宜有害代谢废物积累(酸、醇、毒素等)理化条件(pH、氧化还原电势等)不适当，应用意义：1)发酵生产形成的重要时期(抗生素、氨基酸等)； 生产上应尽量延长这一时期，提高产量，措施是：补充营养物质(辅料)调节pH值温度2 )稳定期细胞球的数量和产物的积累最高。生长产量常数(y或生长率，growth yiel

7、d ) :概念：表示微生物对基质的利用效率的高低的Y=菌干重/从消耗营养物质的浓度产量常数可以确定微生物对营养物质的需要量： Y=0.5，表示为了得到5g菌，需要某个营养物质(4) 衰退期(decline phase )，特征：细胞球死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞球数，集团中的活菌数急剧下降，出现“负增长”。 细胞球内颗粒更明显，细胞球呈多形态、畸形或衰退形，芽胞开始释放。 由于菌体自身产生的酶催化剂和代谢产物的作用，菌体死亡、自溶解等之类，自溶解的菌的生长曲线呈现向下沉降的倾向。 衰退期比其他各时期长，其长度也与菌种或环境条件有关。 发生原因：由于生长条件的进一步恶化，细胞球内的分解

8、代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡，微生物生长与代谢产物形成的关系、微生物发酵产物的过程与微生物细胞球的生长过程不一定一致。 一般认为，初级代谢是给予生物能量生成中间产物的过程，初级代谢产物的形成与微生物细胞球的形成过程同步，微生物生长的稳定期是这些个产物最佳收获时期的次级代谢产物与微生物的生存、生长、繁殖无关。 次级代谢产物的形成往往与微生物细胞球的形成过程不同步。 在分批培养，它们的形成峰多处于微生物生长稳定期的后期或衰退期。 同步增长的概念：将一个细胞球群中各个细胞球分裂成云同步的状态称为同步增长，进行同步分裂的细胞球称为同步细胞球。 同步培养：将群体中不同步骤的细胞球转化为可生长

9、或分裂成云同步的群体细胞球。 同步细胞球组始终处于细胞周期的同相，相互形态、生化特性一致，是细胞学、生理学和生化等研究的良好材料。二、同步培养、同步生长的方法：同步生长的方法主要有环境条件诱导法：转化温度、光线、培养基等两种。 引起与正常的细胞周期不同的周期变化。 选择法：选择性过滤、梯度离心分离。 随机选择物理方法，不影响细胞球代谢。Helmstetter-Cummings法，原理：一些细菌细胞球牢固地附着在硝酸纤维微孔过滤烟嘴上。 工序：菌混悬剂通过微孔过滤烟嘴，使细胞球吸附的过滤烟嘴反应，用新鲜培养液通过过滤烟嘴，洗掉浮游细胞球除去初期洗脱液，就能得到刚分裂的新生细胞球，即所谓的云同步培

10、养。 四、连续培养(continuous culture )、分批培养(batch culture ) :将微生物放入一定容积的定量培养基中培养，一次加入培养基。 停止补充和交换，最后一次收获。 连续培养(continuous culture ) :在微生物培养过程中，不断地供给新鲜的营养物质和云同步，排除含有菌体及代谢产物的发酵液，使培养的微生物长时间处于对数生长期，使微生物的增殖速度和代谢活性处于一定的稳定状态。 连续培养理论基础：从对典型生长曲线稳定期到来原因的认识出发，采取相应的有效措施推迟其到来，从而发展所出现的连续培养技术。 原理：微生物以单批培养方式生长到指数期后期时，以一定速度

11、流入新鲜培养基并搅拌，以向上溢出方式流入培养液，使培养物达到动态平衡。 其中微生物能够长期维持指数期的平衡生长状态和稳定的生长速度。 按连续培养原理、连续培养器、控制方式按培养器级数、细胞球状态分为不同用途，内控(菌密度控制):恒浊器外控(培养液流速控制、生长速度控制):恒化器、单级连续培养器多级连续培养器、一般连续培养器固定化细胞连续培养器原理：某些营养素浓度(如碳、氮气源、生长因子等) 通过控制，使其始终成为生长限制因子，培养液的流速控制不变，微生物始终在低于其最高生长速度的条件下进行生长繁殖。 特点：维持营养成分亚适量，控制微生物生长速度。 菌体生长速度恒定，菌体均匀，密度稳定，产量低于

12、最高菌体产量。 应用范围：实验室科研、恒化器Chemostat或bactogen，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。 原理：通过调节新鲜培养基流入速度和培养物流出速度，使菌浓度保持一定，即浊度保持一定。 主要采用恒浊器，浊度高时新鲜培养基的流速加快，浊度降低时培养基的流速减慢。 特点：基质过剩，微生物常在最高车速生长，可在允许范围内控制不同的菌密度，但技术复杂而麻烦。 连续培养技术的恒浊培养、使用范围：产生大量的菌体，可产生与菌体生长平行的代谢产物，如乳酸、乙醇等。 恒浊器与恒化器的比较，在连续发酵、连续培养生产中的应用，相对于单批发酵。 优点：高效、简化了操作投入

13、、灭菌、取材、发酵罐清洗等的用户针织面料操作自学：各种订正器的自动控制方便，产品品质稳定，节省了大量动力、人力、水和蒸汽，且使水、蒸汽、电的负荷平衡合理。 缺点：菌种容易退化杂菌污染的营养物质的利用率比单批次培养低。 连续发酵的生产时间受这些个因素的限制，一般只能维持数月一年。第二节真菌的生长和繁殖，一、丝状真菌的生长繁殖(一)无性孢子，霉菌的繁殖方式，)，一.孢子(sporangiospore )，形成特征：菌丝形成于特殊结构孢子囊内。 孢子形态：大致圆形。 /根霉，毛霉菌。 2 .分生孢子(Canidinm):具有分生孢子梗前端细胞球形成特殊的单一或群生孢子的特征。 孢子形态：极为多样。

14、曲霉，青霉。 2、分生孢子(Canidinm):无性孢子结构复杂的子实体，3，节孢子(arthrospore，又称粉孢子)，特征：菌丝断裂。 孢子的形态：常呈短柱状。 /白地霉。 厚垣孢子，4 .厚垣孢子(Chlamydospore )形成一部分菌丝细胞质浓缩、变圆、周围形成厚壁的特征。 孢子的形态：圆形、柱形等。 /总状毛霉菌。 (2)有性繁殖，(1)过程中相邻的不同质的(细胞球)菌丝碰撞形成原配子囊。 质配接触部位的细胞贴壁溶解，两细胞质融合，二倍体接线子核减数分裂(r )形成核，成为单倍体状态的霉菌核配合后，二倍体核减数分裂，形成单倍体有性孢子的霉菌核配合后，二倍体的接线子直接发育，形成

15、有性孢子(二倍体的)，发芽时进行减数分裂。 (2)方式、有性结构及其形态特征：不同大小的配子囊结合发育。 小配子囊称雄器大的配子囊被称为藏卵器。 所属分类地位：卵菌纲。 1、卵细胞子(oospore )、2 .接合孢子(zygospore):有性结构及其形态特征：由菌丝产生的结构大小相似、形态相同或稍不同的2个配体结合发育而成。 所属分类地位：接合菌纲，接合孢子形成过程：根据产生接合孢子的菌丝源或亲和力，可将结合分为两种情况：同宗配合(Hemothallism ) :单一胞子囊孢子发芽的菌丝，甚至同一菌丝的分支相互接触， 形成结合的异宗配伍(Heterothallism ) :只有不同菌系的菌

16、丝相遇才能形成接合孢子，这两种具有亲和性的菌系在形态上没有区别。 同宗配伍与异宗配伍：3 .子囊孢子(ascospore):有性结构及其形态特征：形成子囊。 子囊：由两性细胞球接触形成的囊状结构。 子囊的形成有两种方式：两个营养细胞直接交配，由其外无菌丝包裹的特殊产囊菌丝(称产囊丝)产生子囊，多个子囊外被菌丝包围形成子实体，称子囊果。 所属分类地位：子囊菌纲、子囊果形状：子囊果(Ascocarp ) :子实体(一个有性结构)、多个子囊外部是由假菌丝组成的共同保护组织结构，称为子囊果。 子囊被包在其中。 子囊果因生长在具有闭囊壳(Cleistothecium )、子囊壳(Perthecium )、子囊盘(Apothecium )、4 .孢子承载(basidiospore种的担子上而得名。 所属分类地位：担子菌纲、丝状微生物群体生长，丝状微生物纯培养采用孢子接种，以液体培养基进行振动培养或深层通气加搅拌培养，假菌丝通过断裂繁殖不形成孢霉素结构。 作为测量菌丝干重的指标，即以时间为横轴，菌丝干重为纵轴，可描绘生长曲线。 1、生长停滞期2、快速生长期3、衰退期1、生长停滞期：引起的生长停滞的原因之一是孢子萌发前的真正停滞状态，另一个开始了生长，但还不能测定。 2、快速增长期：假菌丝的干燥重量迅速增加，其立方根与