微生物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與死亡問(wèn)題

1、主 講 惠 明 博士現(xiàn)代微生物學(xué)第第4 4章章 微生物的營(yíng)養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)生長(zhǎng) 與死亡問(wèn)題與死亡問(wèn)題第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題微生物的營(yíng)養(yǎng)素微生物的營(yíng)養(yǎng)類型營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送微生物培養(yǎng)基問(wèn)題（略）一、 微生物的營(yíng)養(yǎng)需求 q 微生物活細(xì)胞是個(gè)新陳代謝動(dòng)力系統(tǒng)，它要活下去，就必須不斷從環(huán)境中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)物質(zhì)代謝和能量代謝，以實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)和繁殖，同時(shí)向環(huán)境排出“廢物”。微生物的這種物質(zhì)交換對(duì)工業(yè)發(fā)酵至關(guān)重要。q 營(yíng)養(yǎng)素營(yíng)養(yǎng)素（nutrients）：指微生物在生命活動(dòng)中從環(huán)境中吸取的用以提供能量、調(diào)節(jié)代謝及合成細(xì)胞物質(zhì)（甚至包括發(fā)酵產(chǎn)物）的原材料。這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)必須能直接地或經(jīng)降解后可以跨膜進(jìn)入細(xì)胞。o

2、營(yíng)養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)(過(guò)程)nutrition：微生物吸收和利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程。 5營(yíng)養(yǎng)素的分析o 可把營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大致分為元素營(yíng)養(yǎng)和能源營(yíng)養(yǎng) 元素營(yíng)養(yǎng)中研究得最透徹的是碳源，能源營(yíng)養(yǎng)可以是化學(xué)物質(zhì)，也可以是非化學(xué)物質(zhì)如光能。o 一般把為模塊分子（building block）生物合成提供碳骨架（carbon skeletons）的基質(zhì)，通常稱為碳源；而為生命活動(dòng)提供吉布斯自由能（其中只有一部分能被微生物細(xì)胞轉(zhuǎn)化成代謝能）和還原力的基質(zhì)稱為能源。o 元素營(yíng)養(yǎng)和元素代謝在細(xì)胞生理的研究中仍具有重要地位。舉例：P、Mn、Se（大骨節(jié)?。?種常量元素的一些生理功能及生長(zhǎng)需求量元素生理功能生長(zhǎng)需求量mol/L）CNH

3、OSPKMg細(xì)胞有機(jī)物質(zhì)的組成部分，常作能源蛋白質(zhì)、核酸和輔酶的組成部分組成細(xì)胞的有機(jī)物質(zhì)和水組成細(xì)胞的有機(jī)物質(zhì)和水，有氧呼吸蛋白質(zhì)和某些輔酶的組分核酸、磷脂、核苷酸和某些輔酶組分細(xì)胞中主要的無(wú)機(jī)陽(yáng)離子、某些酶的輔助因子許多酶、葉綠素（光合微生物）的輔助因子，存在于細(xì)胞壁和細(xì)胞膜10-210-3-10-410-410-310-410-310-410-3這個(gè)8種常量元素組成了細(xì)菌和真菌干重的98%（平均值）營(yíng)養(yǎng)元素o 元素營(yíng)養(yǎng)以C 、O 、H、N 含量最多（占細(xì)胞干重的90%95%），這4種元素具有共同的化學(xué)性質(zhì)是：可通過(guò)共享電子（共有電子對(duì)）而迅速形成共價(jià)鍵。o 單純由C 和 H 組成的生物分

4、子呈非極性，與水親和力低，使生物體與水環(huán)境之間形成一定的界面，這是生命誕生和存在的必要條件。o O、N、S等的參與引起有機(jī)分子電荷分布不均勻，使分子出現(xiàn)極性，能與水分子形成氫鍵而表現(xiàn)親水性。N參加主鏈結(jié)構(gòu)可改善大分子的機(jī)械性能，O、S、P等可在有機(jī)分子間或分子內(nèi)形成橋式連接，影響分子的形狀和性能。 8元素組成： C、H、O、N、P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo（大體16種）。其中C、H、O、N、P占細(xì)胞干重的97%。物質(zhì)組成: 水：約占細(xì)胞濕重的90%。 有機(jī)物：蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類、核酸、維生素以及它們的合成中間體和降解物。 無(wú)機(jī)鹽：參與有機(jī)物組成及單獨(dú)存

5、在于細(xì)胞原生質(zhì)內(nèi)的無(wú)機(jī)鹽等灰分物質(zhì)中的元素。微生物細(xì)胞的化學(xué)組成微生物細(xì)胞的化學(xué)組成影響微生物細(xì)胞化學(xué)組成的因素微生物的種類：硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌、海洋細(xì)菌含有較多的S、Fe、Cl和Na。菌齡：幼齡菌中含氮量較高。培養(yǎng)條件：在氮源豐富的環(huán)境中生長(zhǎng)的微生物含氮量較高。 （培養(yǎng)富Se酵母、靈芝等）一些微生物細(xì)胞的元素組成部分發(fā)酵產(chǎn)品的元素組成部分發(fā)酵產(chǎn)品的元素組成紅霉素頭孢霉素二、二、 微生物的營(yíng)養(yǎng)類型微生物的營(yíng)養(yǎng)類型 一般根據(jù)碳源營(yíng)養(yǎng)將微生物分為：一般根據(jù)碳源營(yíng)養(yǎng)將微生物分為：異養(yǎng)型微生物和自養(yǎng)型異養(yǎng)型微生物和自養(yǎng)型微生物。微生物。前者從前者從有機(jī)化合物有機(jī)化合物中獲取組成細(xì)胞的碳（中獲取組成細(xì)胞的碳

6、（所有的所有的真菌、多數(shù)細(xì)菌及原生動(dòng)物真菌、多數(shù)細(xì)菌及原生動(dòng)物），后者從），后者從COCO2 2中中獲取碳（獲取碳（COCO2 2的固定，的固定，藻類和幾種細(xì)菌藻類和幾種細(xì)菌），也有兼養(yǎng)型微生物。），也有兼養(yǎng)型微生物。A A 微生物營(yíng)養(yǎng)類型的分類（一）分類標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)類型能 源光能營(yíng)養(yǎng)型 phototroph化能營(yíng)養(yǎng)型 chemotroph（無(wú)機(jī)、有機(jī)）氫供體無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型 lithotroph有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型 organotroph分類標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)類型碳 源（同化作用）自養(yǎng)型autotroph（碳架物質(zhì)由細(xì)胞自身從CO2還原生成）異養(yǎng)型heterotroph（碳架物質(zhì)從其它有機(jī)物供給） 異化作用需氧型/厭氧型

7、 生長(zhǎng)因子原養(yǎng)型(prototroph)/野生型(wild type)營(yíng)養(yǎng)缺陷型auxotroph 合成氨基酸能力氨基酸自養(yǎng)型amino acid autotroph氨基酸異養(yǎng)型amino acid heterotroph 取食方式滲透營(yíng)養(yǎng)型osmotroph吞噬營(yíng)養(yǎng)型phagotroph 取得死或活有機(jī)物腐生saproghytism寄生parasitismB B 微生物營(yíng)養(yǎng)類型的分類（二）C 微生物的營(yíng)養(yǎng)類型（三）營(yíng)養(yǎng)類型能源氫供體 基本碳源實(shí)例光能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型（PLA）光無(wú)機(jī)物CO2紫硫細(xì)菌、綠硫細(xì)菌、藻類光能有機(jī)異養(yǎng)型（POH）光有機(jī)物CO2及簡(jiǎn)單有機(jī)物紅螺細(xì)菌化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型（CLA）無(wú)機(jī)

8、物無(wú)機(jī)物CO2硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌化能有機(jī)異養(yǎng)型（COH）有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物絕大多數(shù)細(xì)菌和全部真核微生物15o 細(xì)菌、放線菌、酵母菌、霉菌沒(méi)有專門(mén)的攝食和排泄“器官”，各種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞主要依賴于細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜的功能。盡管細(xì)胞壁對(duì)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞有一定的障礙。（G+細(xì)胞壁能阻止10000Da的葡聚糖，真菌只允許分子質(zhì)量相對(duì)較小的化合物通過(guò)細(xì)胞壁）o 注意：存在于水相中的化學(xué)物質(zhì)如何跨過(guò)疏存在于水相中的化學(xué)物質(zhì)如何跨過(guò)疏水的膜？這些化合物如何克服濃度梯度向高水的膜？這些化合物如何克服濃度梯度向高濃度運(yùn)輸？濃度運(yùn)輸？三、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的跨膜輸送三、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的跨膜輸送微生物是通過(guò)細(xì)胞膜的滲透和選擇吸收作用而

9、從外界吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的。被動(dòng)吸收 簡(jiǎn)單擴(kuò)散 （順濃度梯度） 促進(jìn)擴(kuò)散 （借助載體，不耗能）主動(dòng)吸收 主動(dòng)運(yùn)輸 （耗能，借助載體） 基團(tuán)移位 （耗能，借助載體，結(jié)構(gòu)有變化）原生動(dòng)物膜泡運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的跨膜輸送基本類型營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的跨膜輸送基本類型17A 簡(jiǎn)單擴(kuò)散簡(jiǎn)單擴(kuò)散 simple diffusion無(wú)載體蛋白參與下，單純依靠物理擴(kuò)散方式輸送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。特點(diǎn)特點(diǎn)： 輸送動(dòng)力：濃度梯度 輸送方向：順濃度梯度 輸送物質(zhì)：一些非極性小分子如：O2、N2、苯等 一些不帶電荷但顯極性的小分子如：水、尿素、NH3、甘油、CO2、脂肪酸和某些醇等18B 促進(jìn)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散 facilitated diffusion在特

10、異性載體蛋白的協(xié)助下，不消耗能量的一類擴(kuò)散性運(yùn)輸方式。普遍存在于真核生物，原核生物中僅有幾例。特點(diǎn)： 輸送動(dòng)力：濃度梯度 輸送方向：順濃度梯度 載體蛋白：需要，具有特異性 輸送物質(zhì)：真核微生物對(duì)許多糖類的吸收、大腸桿菌對(duì)甘油的吸收真核微生物對(duì)許多糖類的吸收、大腸桿菌對(duì)甘油的吸收及運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌和牛鏈球菌對(duì)葡萄糖的吸收。及運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌和牛鏈球菌對(duì)葡萄糖的吸收。 輸送機(jī)制：被輸送的物質(zhì)與相應(yīng)的載體之間存在一種親和力。一些細(xì)菌通常有不同的載體蛋白分別來(lái)完成AA、糖、維生素和無(wú)機(jī)鹽等物質(zhì)的運(yùn)輸。思考：載體思考：載體-蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-誘變誘變-輸送增強(qiáng)或削弱輸送增強(qiáng)或削弱涉及物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的一些載體多樣性o

11、主要促進(jìn)超家族（major facilitator superfamily）o 核苷和核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)家族o 革蘭氏陰性細(xì)菌糖特異孔結(jié)構(gòu)家族22C 主動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸 active transport 在消耗能量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的濃縮，而且跨膜前后沒(méi)有任何化學(xué)變化發(fā)生的輸送機(jī)制。特點(diǎn)： 輸送動(dòng)力：代謝能量 輸送方向：逆濃度梯度（由低到高） 載體蛋白：需要，具有特異性 輸送物質(zhì)：氨基酸、某些糖、Na、K 等。 輸送機(jī)制：代謝能量改變底物與載體之間的結(jié)合力。2324D 基團(tuán)移位基團(tuán)移位 group translocation被輸送的基質(zhì)分子在膜內(nèi)經(jīng)受了共價(jià)的改變， 以被修飾的形式進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的輸送機(jī)

12、制（需要載體、代謝能、酶）。特點(diǎn)： 輸送動(dòng)力：代謝能量, PEP上的高能磷酸鍵 輸送方向：逆濃度梯度 載體蛋白：磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng) 被輸送物質(zhì)在輸送前后的存在狀態(tài)：在細(xì)胞膜內(nèi)被磷酸化o 輸送機(jī)制：磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（PTS） 酶：非特異性，存在于細(xì)胞質(zhì)中 酶：特異性(誘導(dǎo)型)，存在于膜上 因子：特異性，存在于細(xì)胞質(zhì)中 HPr(組氨酸蛋白質(zhì)/熱穩(wěn)定蛋白質(zhì))：非特異性，存在于細(xì)胞質(zhì)中葡萄糖的跨膜輸送葡萄糖的跨膜輸送26E 膜泡運(yùn)輸膜泡運(yùn)輸 Membrane vesicle transport通過(guò)趨化性運(yùn)動(dòng)靠近營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將它吸附到膜表面，形成膜泡，并進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。胞吞作用：顆粒物質(zhì)胞飲作用：活細(xì)胞不靠滲透性而

13、靠膜的凸或凹攝取溶液狀態(tài)物質(zhì)的現(xiàn)象。四種物質(zhì)運(yùn)輸方式的比較四種物質(zhì)運(yùn)輸方式的比較29F 真核微生物細(xì)胞內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的跨膜輸送o 不帶電的分子包括極性和非極性小分子容易透過(guò)線粒體內(nèi)膜如：水、氧、二氧化碳、氨、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等o 帶電的分子或離子需借助載體通過(guò)線粒體內(nèi)膜如：磷酸鹽、硫酸鹽、ADP、ATP、PYR、TCA環(huán)中的有機(jī)酸、Glu、Asp、Orn（鳥(niǎo)氨酸）、Cit（瓜氨酸）、酰基肉堿、PEP等o NAD（P）+/NADPH、NADH、CoA和?；鵆oA不能跨過(guò)線粒體內(nèi)膜30G 代謝中間產(chǎn)物排出細(xì)胞的機(jī)制o 氨基酸的釋出 微生物細(xì)胞內(nèi)氨基酸庫(kù)（AA pool)內(nèi)存在最多的氨基酸是谷氨酸

14、。近年來(lái)的研究表明：谷氨酸棒桿菌中Glu、Lys、Ile及Thr的釋出以及大腸桿菌中Glu、Thr的釋出都是借助載體的輸送過(guò)程。但即使借助載體輸送，膜脂質(zhì)雙層分子結(jié)構(gòu)的組成及分子排列的緊密程度仍會(huì)影響到Glu的排出。谷氨酸的吸收是主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程。o 核苷酸的釋出借助于細(xì)胞形態(tài)的改變（Mn+）o 胞外酶的釋出是由信號(hào)肽決定，分泌蛋白被連接上一段分泌載體（信號(hào)肽），將酶定位在膜外。o 如何構(gòu)建這種“信號(hào)肽”載體？有利于某些酶的分泌32如何促進(jìn)特定物質(zhì)的輸入和輸出？（或吸收和分泌）物質(zhì)輸送與工業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)性（營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和發(fā)酵產(chǎn)物的合成與分泌） 能量的來(lái)源（ATP、膜電位） 主動(dòng)輸送-耗能代謝生長(zhǎng)產(chǎn)

15、物合成工業(yè)生產(chǎn)思考與討論 之一 物質(zhì)輸送問(wèn)題33加入解偶聯(lián)劑 如：2,4-二硝基苯酚 破壞質(zhì)膜內(nèi)外的質(zhì)子梯度，使一些物質(zhì)不能輸送，能量問(wèn)題？加入電子傳遞鏈抑制劑 如：KCN CN-與Fe+形成絡(luò)合物破壞細(xì)胞色素加入能量轉(zhuǎn)移抑制劑 如：寡酶素 阻塞ATP酶的“質(zhì)子井”，使能量合成受阻競(jìng)爭(zhēng)及飽和效應(yīng) 推測(cè)輸送過(guò)程有載體參與營(yíng)養(yǎng)物輸送前后性質(zhì)變化-泡囊試驗(yàn) 推測(cè)輸送過(guò)程有酶參與思考與討論之二營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送機(jī)制探討34一般的載體是蛋白質(zhì)，具有蛋白質(zhì)的一切屬性。載體與酶是有區(qū)別的（前者不發(fā)生共價(jià)變化）載體有天然的，由DNA編碼，經(jīng)轉(zhuǎn)錄、翻譯產(chǎn)生，可用遺傳手段修飾。載體是可調(diào)控的（可誘導(dǎo)產(chǎn)生、活性可調(diào)）載

16、體可人工構(gòu)建（諸如：潔霉素、短桿菌肽）細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)輸及代謝中有哪些載體呢？5 思考與討論之三 物質(zhì)輸送的載體問(wèn)題第二節(jié) 微生物的生長(zhǎng)問(wèn)題生長(zhǎng)：個(gè)體體積的增大及細(xì)胞原生質(zhì)總量的增加。繁殖：個(gè)體數(shù)量的增多。群體生長(zhǎng)：包含了個(gè)體生長(zhǎng)和繁殖休眠與死亡oMicrobial growth curve in a closed system36一、微生物個(gè)體細(xì)胞的生長(zhǎng)A 細(xì)菌的生長(zhǎng)與繁殖B 絲狀菌的生長(zhǎng)與繁殖 曲霉菌分生孢子形成的過(guò)程二、微生物生長(zhǎng)的測(cè)定A 直接計(jì)數(shù)法顯微計(jì)數(shù)法酵母菌、霉菌孢子：血球計(jì)數(shù)器細(xì)菌：Petroff-Hausser或 Helber計(jì)數(shù)器 B 電子自動(dòng)計(jì)數(shù)法 Coulter電子計(jì)數(shù)器電子

17、計(jì)數(shù)器可測(cè)定細(xì)胞數(shù)、細(xì)胞大小分布。 細(xì)胞呼吸熵、活化能、氧化還原電位40C 間接計(jì)數(shù)法間接計(jì)數(shù)法薄膜過(guò)濾計(jì)數(shù)法薄膜過(guò)濾計(jì)數(shù)法 微孔濾膜如硝化纖維素薄膜 適用：量大、含菌濃度低的樣品平板菌落計(jì)數(shù)法平板菌落計(jì)數(shù)法 適用：?jiǎn)渭?xì)胞或單孢子菌懸液 方法：傾注平板、涂布平板 CFU：colony-forming unit42 MPN( Most probable number) 將樣品作10倍系列稀釋，接種液體試管，培養(yǎng)后記錄出現(xiàn)生長(zhǎng)的試管數(shù)，查表并計(jì)算。例：某一細(xì)菌在稀釋法中的 生長(zhǎng)情況如下 稀釋度 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 重復(fù)數(shù) 5 5 5 5 5 生長(zhǎng)管數(shù) 5 5 4 1

18、0 數(shù)量指標(biāo)“541”，查統(tǒng)計(jì)分配表 原菌液中的活菌數(shù)=1.7106 個(gè)/dLD 液體稀釋法（或然率法）液體稀釋法（或然率法）43E 其他方法測(cè)定細(xì)胞物質(zhì)的量測(cè)定細(xì)胞物質(zhì)的量測(cè)定細(xì)胞干重法比濁法測(cè)定細(xì)胞總含氮量法 霉菌菌絲長(zhǎng)度的測(cè)定霉菌菌絲長(zhǎng)度的測(cè)定 菌落直徑測(cè)定法： U型管測(cè)定法：比濁法比濁法45三、微生物群體生長(zhǎng)規(guī)律三、微生物群體生長(zhǎng)規(guī)律A 細(xì)菌生長(zhǎng)曲線growth curve 將少量細(xì)菌接種到一恒定容積的新鮮液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下培養(yǎng)，定時(shí)取樣測(cè)定細(xì)胞密度（CFU），以活細(xì)胞數(shù)的對(duì)數(shù)對(duì)培養(yǎng)時(shí)間所作出的曲線稱為生長(zhǎng)曲線。細(xì)菌群體生長(zhǎng)曲線細(xì)菌群體生長(zhǎng)曲線 471 延遲期（lag phas

19、e 調(diào)整期）活細(xì)胞數(shù)：基本不變細(xì)胞生理特點(diǎn)：分裂遲緩、代謝活躍出現(xiàn)的原因：調(diào)整代謝，適應(yīng)新環(huán)境影響因素：菌種的遺傳性；種齡；接種量； 培養(yǎng)基組分及培養(yǎng)條件縮短措施：擴(kuò)大接種量，保持培養(yǎng)基成分的一致性482 對(duì)數(shù)期 log phase/exponential phase活細(xì)胞數(shù)：呈幾何級(jí)數(shù)增加細(xì)胞的生理特點(diǎn)： 細(xì)胞生長(zhǎng)速率最大； 細(xì)胞進(jìn)行平衡生長(zhǎng)； 酶系活躍，代謝旺盛在最適條件下幾種微生物的世代時(shí)間503 平衡期平衡期 stationary phase活細(xì)胞數(shù)：動(dòng)態(tài)平衡出現(xiàn)原因：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗 ；有生理毒性代謝產(chǎn)物的積累 ；環(huán)境條件（pH, 氧化還原電位）的改變對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)不利 細(xì)胞生理特點(diǎn)：分裂

20、速度降低；活細(xì)胞數(shù)達(dá)到最大值；開(kāi)始積累儲(chǔ)藏物質(zhì)；積累發(fā)酵產(chǎn)物；芽孢細(xì)菌產(chǎn)生芽孢514 衰亡期衰亡期 decline phase/death phase活細(xì)胞數(shù)：逐漸下降細(xì)胞生理特點(diǎn)： 細(xì)胞內(nèi)顆粒更加明顯，出現(xiàn)液泡 細(xì)胞出現(xiàn)異常形態(tài) 細(xì)胞死亡伴隨自溶B 真菌的生長(zhǎng)曲線真菌的生長(zhǎng)曲線酵母菌的生長(zhǎng)曲線：與細(xì)菌相似絲狀真菌的生長(zhǎng)曲線 三個(gè)時(shí)期 各期特征生長(zhǎng)停滯期 孢子萌發(fā)前的時(shí)期迅速生長(zhǎng)期 菌絲伸長(zhǎng)及分枝衰退期 菌絲體干重下降 伴隨自溶葡萄糖和乳糖共存時(shí)大腸桿菌的二次生長(zhǎng)曲線麥芽糖和蔗糖共存時(shí)釀酒酵母的二次生長(zhǎng)曲線C 多種碳源及復(fù)合培養(yǎng)基存在下多種碳源及復(fù)合培養(yǎng)基存在下 的微生物的生長(zhǎng)的微生物的生長(zhǎng)四

21、四 微生物的培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)A 分批培養(yǎng)分批培養(yǎng) batch culture 將微生物置于一定容積的培養(yǎng)基中，經(jīng)過(guò)培養(yǎng)生長(zhǎng)，最后一次收獲的培養(yǎng)方法。搖瓶培養(yǎng)發(fā)酵罐培養(yǎng)B補(bǔ)料分批培養(yǎng)補(bǔ)料分批培養(yǎng) 適用對(duì)象： 底物對(duì)菌體生長(zhǎng)或產(chǎn)物形成具有抑制作用方法： 階段式補(bǔ)料 連續(xù)補(bǔ)料-流加發(fā)酵 56C 連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng) continuous culture 當(dāng)微生物以分批培養(yǎng)的方式培養(yǎng)到對(duì)數(shù)期后，向培養(yǎng)器中不斷補(bǔ)充新鮮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并以同樣速度排出培養(yǎng)物，使微生物的增殖速度及培養(yǎng)基中的總菌量保持不變的培養(yǎng)方法。分批培養(yǎng)與連續(xù)培養(yǎng)的關(guān)系58連續(xù)培養(yǎng)裝置連續(xù)培養(yǎng)裝置59恒濁連續(xù)培養(yǎng)恒濁連續(xù)培養(yǎng)概念：不斷調(diào)節(jié)流速而使

22、培養(yǎng)液的濁度(菌體密度)保持恒定的連續(xù)培養(yǎng)方法反應(yīng)器：恒濁器（turbidostat）目的：不斷提供具有一定生理狀態(tài)的細(xì)胞， 得到以最高生長(zhǎng)速率進(jìn)行生長(zhǎng)的培養(yǎng)物。應(yīng)用：獲得大量的菌體 獲得與菌體生長(zhǎng)相平衡的代謝產(chǎn)物。 60連續(xù)發(fā)酵的應(yīng)用 連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn) 提高設(shè)備利用率 便于自動(dòng)化控制 產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定 節(jié)省人力、物力，水、電、氣負(fù)荷均衡連續(xù)發(fā)酵的缺點(diǎn) 菌種易退化 易污染雜菌 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率低于分批發(fā)酵61D 同步培養(yǎng)物同步培養(yǎng)物 synchronous culture 在同一時(shí)刻，所有的細(xì)胞都處于細(xì)胞周期中在同一時(shí)刻，所有的細(xì)胞都處于細(xì)胞周期中的同一階段的培養(yǎng)物叫同步培養(yǎng)物的同一階段的培養(yǎng)物叫同

23、步培養(yǎng)物。 Synchronous culture is a form of culture on which all the cells path through the same stage of the cell cycle at the same time。 用途：種子液、誘變育種、細(xì)胞融合、生理試驗(yàn)62機(jī)械法：依據(jù)處于不同生長(zhǎng)階段的細(xì)胞的大小不同 密度梯度離心分離法 過(guò)濾分離法 調(diào)整生理?xiàng)l件的同步法誘導(dǎo)法 溫度調(diào)整法 ：亞適溫度 /最適溫度 營(yíng)養(yǎng)條件調(diào)整法：營(yíng)養(yǎng)豐富培養(yǎng)基/無(wú)N培養(yǎng)基用最高穩(wěn)定期細(xì)胞接種 誘導(dǎo)芽孢或孢子萌發(fā) 抑制DNA合成 抑制蛋白質(zhì)合成獲得同步培養(yǎng)物的方法獲得同步培

24、養(yǎng)物的方法63A A 細(xì)胞的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的得率細(xì)胞的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的得率得率系數(shù)：表示消耗單位重量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所形成的細(xì)胞量或產(chǎn)物的數(shù)量。碳源消耗： 細(xì)胞合成、產(chǎn)物合成、細(xì)胞維持乙醇發(fā)酵： 葡萄糖理論轉(zhuǎn)化率：2mol乙醇/mol葡萄糖 實(shí)際轉(zhuǎn)化率：90%95%菌體生長(zhǎng)與發(fā)酵產(chǎn)物生成64發(fā)酵產(chǎn)物的類型及其發(fā)酵特點(diǎn) 偶聯(lián)型、 部分偶聯(lián)型、非偶聯(lián)型劃分的依據(jù)： 發(fā)酵產(chǎn)物形成的速度和菌體生長(zhǎng)速度之間的關(guān)系。 B 營(yíng)養(yǎng)消耗及產(chǎn)物形成65代謝產(chǎn)物的積累與菌體生長(zhǎng)平行 產(chǎn)物生成的速率為： dp/dt = mX/Yp/c 產(chǎn)物生成的比速率： qp= dp/Xdt = m/Yp/c 式中Yp/c：每克細(xì)胞的產(chǎn)物克數(shù)（g

25、產(chǎn)物/g細(xì)胞） 產(chǎn)物 菌體類：酵母、蘑菇菌絲、蘇云金桿菌 糖類厭氧發(fā)酵：酒精發(fā)酵 （1）與生長(zhǎng)偶聯(lián)的產(chǎn)物的生物合成）與生長(zhǎng)偶聯(lián)的產(chǎn)物的生物合成偶聯(lián)型發(fā)酵67發(fā)酵特點(diǎn)：菌體生長(zhǎng)一段時(shí)間后產(chǎn)物才開(kāi)始合成，合成速率與生長(zhǎng)速率有一段平行期，生長(zhǎng)速率減低或停止后產(chǎn)物繼續(xù)較快合成。 產(chǎn)物生成速率為: dp/dt = adX/dt + bX 產(chǎn)物生成的比速率： qp = am + b （2）與生長(zhǎng)部分偶聯(lián)的產(chǎn)物的生物合成）與生長(zhǎng)部分偶聯(lián)的產(chǎn)物的生物合成部分偶聯(lián)型發(fā)酵69發(fā)酵特點(diǎn)：菌體生長(zhǎng)速度減低或停止后產(chǎn)物較快合成產(chǎn)物生成的速率： dp/dt = bX產(chǎn)物生成的比速率： qp= b 次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成 大多

26、數(shù)抗生素、微生物毒素（3） 不與生長(zhǎng)偶聯(lián)的產(chǎn)物的生物合成不與生長(zhǎng)偶聯(lián)的產(chǎn)物的生物合成非偶聯(lián)型發(fā)酵71四、細(xì)胞的衰老與死亡o 細(xì)胞增殖能力減弱的現(xiàn)象稱為細(xì)胞衰老1.1.衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化 細(xì)胞核隨分裂次數(shù)增加而增大，核膜呈現(xiàn)內(nèi)折，染色質(zhì)固縮化。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散性分散于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)減少。 線粒體減少，體積膨脹。 膜流動(dòng)性降低，膜內(nèi)顆粒分布變化。 細(xì)胞骨架變化，信號(hào)傳遞系統(tǒng)變化。E. ashbyii T30 的菌絲形態(tài)變化的菌絲形態(tài)變化2.細(xì)胞死亡 細(xì)胞壞死：機(jī)械損傷、毒物毒害. 質(zhì)膜、核膜破裂，胞質(zhì)溢出。 細(xì)胞凋亡：主動(dòng)的、由基因決定的自動(dòng)結(jié)束細(xì)胞生命的過(guò)程。 生物學(xué)意義：根據(jù)需要調(diào)節(jié)細(xì)胞數(shù)量壞死細(xì)胞壞死細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡細(xì)胞74五、芽孢五、芽孢 endospore/ spore（1）定義）定義 某些細(xì)菌在其生長(zhǎng)發(fā)育后期,在細(xì)胞內(nèi)形成一個(gè)圓形或橢圓形，壁厚、含水量極低、抗逆性極強(qiáng)的休眠體休眠體。（2）著生情況）著生情況 菌種菌種 在細(xì)胞中的位置在細(xì)胞中的位置 形狀形狀 大小大小 顯微鏡下芽孢 電鏡下的芽孢 （3）特點(diǎn)）特點(diǎn)o組成特點(diǎn)組成特點(diǎn) 含水量低含水量