微生物的生長規(guī)律

微生物的生長規(guī)律第一頁，共五十四頁，2022年，8月28日典型生長曲線：

將少量單細(xì)胞微生物純培養(yǎng)菌種接種到新鮮的液體培養(yǎng)基中，在最適條件下培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中定時測定菌體的數(shù)量，再以幾何曲線表示，以菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標(biāo)，時間為橫坐標(biāo)，所繪成的曲線稱為典型生長曲線。第二頁，共五十四頁，2022年，8月28日1、延滯期（或稱延遲期、滯留適應(yīng)期）指少量微生物接種到新培養(yǎng)基中，在開始培養(yǎng)的一段時間內(nèi)細(xì)胞數(shù)目不增加的時期。（1）原因：合成新的代謝酶類，適應(yīng)新環(huán)境。（2）影響延遲期長短的因素：菌種、接種齡、接種量、培養(yǎng)基成分。第三頁，共五十四頁，2022年，8月28日（3）特點：①群體生長速度近于零；②細(xì)胞重量增加，體積增大，但不分裂繁殖；③細(xì)胞內(nèi)的RNA特別是rRNA含量增高，原生質(zhì)嗜堿性；④代謝活動特別是合成代謝旺盛；⑤對外界不利條件反應(yīng)敏感。第四頁，共五十四頁，2022年，8月28日2、指數(shù)期（又稱對數(shù)生長期）（logphase)：緊接延滯期的細(xì)胞數(shù)以幾何級數(shù)增長的時期。

（1）特點：①菌數(shù)以幾何級數(shù)增加；生長速率常數(shù)最大，代時最短而且穩(wěn)定；②個體形態(tài)、化學(xué)組成、生理特性均較為一致；③酶系活躍，代謝旺盛。

（2）影響指數(shù)期微生物增代時間的因素：菌種、營養(yǎng)成分、營養(yǎng)物濃度、培養(yǎng)溫度等。對數(shù)生長期的微生物其個體形態(tài)，化學(xué)組成和生理特性等均較一致，代時穩(wěn)定，代謝旺盛，生長迅速，是研究基本代謝的良好材料，也是發(fā)酵生產(chǎn)的良好種子。第五頁，共五十四頁，2022年，8月28日第六頁，共五十四頁，2022年，8月28日3、穩(wěn)定期(stationaryphase)又稱最高生長期，此時期微生物群體中新繁殖的細(xì)胞數(shù)目與死亡的細(xì)胞數(shù)目基本上處于平衡穩(wěn)定的狀態(tài)。

（1）特點：生長速率等于0；菌體產(chǎn)量達(dá)到最高點。

（2）穩(wěn)定期到來的原因：①營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡；②營養(yǎng)物的比例失調(diào)；③有害代謝產(chǎn)物的累積；④pH、氧化還原電位等物化條件越來越不適宜等。第七頁，共五十四頁，2022年，8月28日4、衰亡期(declinephase)（1）特點：細(xì)胞生活力衰退，死亡率增加，細(xì)菌總數(shù)急劇下降。細(xì)胞出現(xiàn)多形態(tài)；有的微生物出現(xiàn)自溶現(xiàn)象；有的會進(jìn)一步合成或釋放對人類有益的抗生素等次生代謝物；芽孢桿菌在這一時期會產(chǎn)生芽孢；等等。

（2）原因：外界環(huán)境對繼續(xù)生長越來越不利，引起細(xì)胞內(nèi)的分解代謝大大超過合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體死亡。第八頁，共五十四頁，2022年，8月28日三、連續(xù)培養(yǎng)第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖將微生物置于一定容積的培養(yǎng)基中，經(jīng)過培養(yǎng)生長，最后一次收獲。分批培養(yǎng)（batchculture）or封閉培養(yǎng)（closedculture）培養(yǎng)基一次加入，不予補(bǔ)充，不再更換。連續(xù)培養(yǎng)(Continousculture）在微生物的整個培養(yǎng)期間，通過一定的方式使微生物能以恒定的比生長速率生長并能持續(xù)生長下去的一種培養(yǎng)方法。培養(yǎng)過程中不斷的補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物是實現(xiàn)微生物連續(xù)培養(yǎng)的基本原則。生長：遲緩期、對數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期1、連續(xù)培養(yǎng)(continuousculture)，又稱開放培養(yǎng)

在一恒定的培養(yǎng)容器的流動系統(tǒng)中，以一定的流動速度不斷補(bǔ)充入新的營養(yǎng)物質(zhì)，同時以相同的速度排出培養(yǎng)物（包括菌體及代謝產(chǎn)物），使流動系統(tǒng)內(nèi)的流量，細(xì)胞數(shù)量和營養(yǎng)狀態(tài)維持恒定，使培養(yǎng)的微生物處于對數(shù)生長期的時間繼續(xù)延長下去，這種方法稱為連續(xù)培養(yǎng)。第九頁，共五十四頁，2022年，8月28日第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)控制連續(xù)培養(yǎng)的方法恒濁連續(xù)培養(yǎng)不斷調(diào)節(jié)流速而使細(xì)菌培養(yǎng)液濁度保持恒定恒化連續(xù)培養(yǎng)保持恒定的流速第十頁，共五十四頁，2022年，8月28日第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)（一）恒濁連續(xù)培養(yǎng)一般用于菌體以及與菌體生長平行的代謝產(chǎn)物生產(chǎn)的發(fā)酵工業(yè)（連續(xù)發(fā)酵）連續(xù)發(fā)酵與單批發(fā)酵相比的優(yōu)點：縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率；便于自動控制；降低動力消耗及體力勞動強(qiáng)度；產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；缺點：雜菌污染和菌種退化第十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)二）恒化連續(xù)培養(yǎng)使培養(yǎng)液流速保持不變，并使微生物始終在低于其最高生長速率下進(jìn)行生長繁殖。第十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)通過控制流速可以得到生長速率不同但密度基本恒定的培養(yǎng)物多用于科研遺傳學(xué)：突變株分離；生理學(xué)：不同條件下的代謝變化；生態(tài)學(xué)：模擬自然營養(yǎng)條件建立實驗?zāi)Ｐ停坏谑?，共五十四頁?022年，8月28日3、連續(xù)發(fā)酵優(yōu)缺點優(yōu)點：①高效；②可實現(xiàn)自動化控制；③產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；缺點：①菌種易退化②易染菌③營養(yǎng)物利用率低，產(chǎn)量常數(shù)小。第十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日微生物的高密度培養(yǎng)1、高密度培養(yǎng)（highcell-densityculture,HCDC)：指微生物在液體培養(yǎng)中細(xì)胞群體密度超過常規(guī)培養(yǎng)的10倍以上。2、應(yīng)用：基因工程菌生產(chǎn)多肽類藥物。3、高密度培養(yǎng)時應(yīng)注意的問題：選取最佳培養(yǎng)基成分和含量；補(bǔ)料；提高溶解氧濃度；防止有害代謝產(chǎn)物生成。第十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)影響微生物生長的因素一、溫度

從微生物界整體來看，微生物可以在-10~100℃范圍內(nèi)生長。但就具體的某種微生物來講，它只能在一定的溫度范圍內(nèi)生長。在這一定的溫度范圍內(nèi)，每種微生物都有自己的生長溫度三基點：最低生長溫度、最適生長溫度和最高生長溫度。在生長溫度三基點內(nèi)，微生物都能生長，但生長速率不一樣。溫度對微生物的生長具有雙重影響。一方面，在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的上升，代謝活動逐漸旺盛，生長速度加快；另一方面，隨著溫度的上升，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)如蛋白質(zhì)、酶、核酸等對溫度比較敏感，逐漸變性失活。所以微生物處于它自己的生長溫度三基點之外是極為不利的。

第十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日第十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日

值得注意的是，微生物的最適生長溫度，是指它生長速度最快時的溫度，但并不等于它能大量累積代謝產(chǎn)物時的溫度。有的可能一樣，有的不一樣。因此只有通過試驗，才能掌握什么樣的生理活動需要多少溫度才算適宜。例如生產(chǎn)味精的菌種A.S.1299，它的最適生長溫度是30-32℃，而累積谷氨酸的溫度以34-36℃為宜。第十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日微生物生長的溫度類型最低生長溫度：生長繁殖的溫度下限；最適生長溫度：生長繁殖速率最快，但不一定是一切代謝活動的最適溫度，不等于最適發(fā)酵溫度，也不等于積累某一代謝產(chǎn)物的最適溫度，例如：乳酸鏈球菌：25－30度,細(xì)胞產(chǎn)量最高；30度，乳酸產(chǎn)量最多；34度，Ｒ最高；40度，發(fā)酵速率最大。最高生長溫度：微生物生長繁殖的上限，在此條件下，細(xì)胞容易衰老死亡。與胞內(nèi)酶活性有關(guān)。致死溫度：在10分鐘內(nèi)，殺死全部供試微生物的溫度下限?；|(zhì)：生理鹽水；濃度：每毫升108個細(xì)胞。指導(dǎo)意義：①變溫控制；②③消毒、滅菌的標(biāo)準(zhǔn)。第十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日微生物類型生長溫度范圍（℃）分布最低最適最高低溫型專性嗜冷－１２５～１５１５～２０兩極兼性嗜冷－５～０１０～２０２５～３０深海、冷藏中溫型室溫型１０～２０２０～３５４０～４５腐生菌體溫型３５～４０寄生菌高溫型

２５～４５５０～６０７０～９５溫泉、堆肥

按生長溫度范圍分類

第二十頁，共五十四頁，2022年，8月28日耐熱菌耐熱的硫化葉菌耐輻射奇球菌第二十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日

低溫生長機(jī)制：①酶的最適溫度低；②細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸含量高低溫殺(抑)菌機(jī)制：水冰晶損傷膜系統(tǒng)細(xì)胞質(zhì)泄漏死亡

菌種保藏：加保護(hù)劑（防止冰晶過大，降低細(xì)胞脫水），杜絕反復(fù)凍融。

高溫生長機(jī)制：①酶、蛋白質(zhì)對熱穩(wěn)定；②細(xì)胞膜中飽和脂酸多。第二十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日二、氧氣按照微生物與氧的關(guān)系，可把微生物分成好氧菌和厭氧菌兩大類，并可細(xì)分為五類。第二十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日第二十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日（1）專性好氧菌：必須在有分子氧的條件下才能生長，有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，細(xì)胞含超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶。絕大多數(shù)真菌和許多細(xì)菌都是專性好氧菌。（2）兼性好氧菌：

在有氧或無氧條件下均能生長，但有氧情況下生長得更好；在有氧時靠呼吸產(chǎn)能，無氧時借發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能；細(xì)胞含SOD和過氧化氫酶。許多酵母菌和許多細(xì)菌都是兼性厭氧菌。第二十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日（3）微好氧菌：

只能在較低的氧分壓下才能正常生長的微生物。也通過呼吸鏈并以氧為最終受體而產(chǎn)能。（4）耐氧菌：

一類可在分子氧存在下進(jìn)行厭氧生活的厭氧菌，即它們的生長不需要氧，分子氧對它也無毒害。不具有呼吸鏈，僅依靠專性發(fā)酵獲得能量。細(xì)胞內(nèi)存在SOD和過氧化物酶，但缺乏過氧化氫酶。一般的乳酸菌多數(shù)是耐氧菌。第二十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日（5）厭氧菌：

分子氧對它們都毒，即使短期接觸空氣，也會抑制其生長甚至致死；在固體或半固體培養(yǎng)基深層才能生長；生命活動所需能量通過發(fā)酵、無氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵等提供；細(xì)胞內(nèi)缺乏SOD和細(xì)胞色素氧化酶，大多數(shù)還缺乏過氧化氫酶。第二十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日為什么氧氣存在能夠抑制甚至殺死厭氧菌？氧氣進(jìn)入菌體后，能接受電子而產(chǎn)生不同還原性的氧離子，如過氧離子、過氧化物自由基。過氧化物自由基和過氧離子都是很強(qiáng)的氧化劑，對微生物有毒，能氧化微生物過程中所必需的酶。好氧菌、兼性需氧菌以及微量需氧菌體內(nèi)含有過氧化物歧化酶（SOD)和過氧化氫酶。這兩種酶能將過氧化物自由基和過氧離子還原成沒有毒性的水分子，所以它們不會被氧氣所殺死。耐氧菌雖沒有過氧化氫酶，但有過氧化物酶，能合成SOD，而不會被氧毒害。

厭氧菌體內(nèi)都沒有這些酶，所以不能忍受氧氣。

第二十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日SOD學(xué)說：1971年McCord&Fridovich超氧化物陰離子自由基超氧化物歧化酶第二十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日三、pHpH值對微生物的生長繁殖影響很大。從微生物界整體來看，pH值在5~9范圍內(nèi)，較易生長。各類微生物之間略有差異。和溫度一樣，對每種具體的微生物來講，只能在一定的pH值范圍內(nèi)生長，也有自己的生長pH三基點：

最低pH值、最適pH值和最高pH值。（1）微生物生長繁殖的pH值大多數(shù)細(xì)菌、放線菌喜歡生活在中性偏堿的環(huán)境中，細(xì)菌最適的pH在7.0~8.0之間，放線菌的最適pH在7.5~8.5之間；而酵母菌和霉菌剛好相反，適合在偏酸的條件下生長，霉菌的最適pH值在4.0~5.8之間，酵母菌在3.8~6.0之間。第三十頁，共五十四頁，2022年，8月28日

（2）pH值對微生物生長的影響，主要表現(xiàn)在二個方面：能影響細(xì)胞膜的電荷，從而影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收；能影響代謝過程中酶的活性，從而影響微生物的生命活動。

微生物在不同的生理階段有不同的最適pH值，因此在發(fā)酵工業(yè)中，常通過控制pH值來達(dá)到預(yù)期的目的。如黑曲霉進(jìn)行發(fā)酵，pH值在2~3時，發(fā)酵產(chǎn)物主要是檸檬酸，只有極少量的草酸；而當(dāng)pH值接近中性時，則產(chǎn)生大量草酸。第三十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日（3）微生物的生長對環(huán)境pH值的影響微生物在生長過程中，由于代謝作用，會產(chǎn)生酸性或堿性的代謝物，從而改變培養(yǎng)基或周圍環(huán)境的pH值。為了避免pH值大幅度改變，而影響微生物生命活動的正常進(jìn)行，通常采用添加緩沖劑或加入不溶解的碳酸鹽的方法。在中性培養(yǎng)基內(nèi)常加入磷酸鹽緩沖劑；當(dāng)培養(yǎng)物中產(chǎn)生大量酸時，可在配制培養(yǎng)基時加入不溶性的碳酸鹽。第三十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日第四節(jié)微生物的培養(yǎng)法第三十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日一、實驗室培養(yǎng)法（一）固體培養(yǎng)1、好氧菌的培養(yǎng)：主要有試管斜面、培養(yǎng)皿平板及較大型的克氏扁瓶、茄子瓶等的平板培養(yǎng)方法。2、厭氧菌的培養(yǎng)1）高層瓊脂柱2）Hungate滾管技術(shù)第三十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日3）厭氧培養(yǎng)皿4）厭氧灌技術(shù)5）厭氧手套箱（二）液體培養(yǎng)1、好氧菌的培養(yǎng)2、厭氧菌的培養(yǎng)二、生產(chǎn)實踐中微生物的培養(yǎng)（一）固體培養(yǎng)1、好氧菌的曲法培養(yǎng)2、厭氧菌的堆積培養(yǎng)（二）液體培養(yǎng)1、好氧菌的培養(yǎng)2、厭氧菌大規(guī)模的液體培養(yǎng)第三十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)微生物生長繁殖的控制控制（有害）微生物的生長速率或消滅不需要的微生物，在實際應(yīng)用中具有重要的意義。抑制(Inhibition)：生長停止，但不死亡；死亡(Death)：生長能力不可逆喪失；防腐(Antisepsis)：防止或抑制霉腐微生物在食品等物質(zhì)上的生長；化療(Chemotherapy)：殺死或抑制宿主體內(nèi)的病原微生物；消毒(Disinfection)：殺死或滅活病原微生物（營養(yǎng)體細(xì)胞）；滅菌(Sterilization)：殺死包括芽孢在內(nèi)的所有微生物；第三十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)的抗微生物能力的測定液體培養(yǎng)法最低抑制濃度（minimuminhibitoryconcentration（MIC））實驗平板培養(yǎng)法抑菌圈（zoneofinhibition）試驗對殺菌或抑菌作用無法區(qū)分第四十頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)能否通過實驗進(jìn)行區(qū)分？抗微生物劑抑菌：抑菌劑(Bacteriostaticagent)殺菌殺菌劑(Bactericide)溶菌劑(Bacteriolysis)待測化學(xué)物質(zhì)對數(shù)生長培養(yǎng)物定時測定總菌數(shù)和活菌數(shù)第四十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)抗微生物劑非選擇性（對所有細(xì)胞均有毒性）有選擇性（對病原微生物毒性更強(qiáng)）消毒劑(Disinfectant)防腐劑(Antisepsis)抗代謝藥物抗生素中草藥有效成分（化學(xué)治療劑）第四十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（二）抗代謝物磺胺藥物是最早發(fā)現(xiàn)，也是最常見的化學(xué)療劑，抗菌譜廣，能治療多種傳染性疾病。大多數(shù)革蘭氏陽性細(xì)菌（如肺炎球菌、溶血性鏈球菌等）某些革蘭氏陰性細(xì)菌（如痢疾桿菌、腦膜炎球菌、流感桿菌等）對放線菌也有一定的作用。1934年，德國I.G.Farben染料廠的G.Domagk一種紅色染料（prontosil），白鼠靜脈注射，可治療因鏈球菌引起的感染，但在體外卻無作用。1935年，進(jìn)一步證明prontosil對人的鏈球菌病也有效。法國人Trefouel和英國人Fullerprontosil在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成了具有抑菌作用的磺胺第四十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（二）抗代謝物磺胺是葉酸組成部分對氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)類似物作用機(jī)理：磺胺的抑菌作用是因為很多細(xì)菌需要自己合成葉酸而生長。磺胺對人體細(xì)胞無毒性，因為人缺乏從對氨基苯甲酸合成葉酸的相關(guān)酶----二氫葉酸合成酶，不能用外界提供的對氨基苯甲酸自行合成葉酸，而必須直接利用葉酸為生長因子進(jìn)行生長。第四十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)G.Domagk因發(fā)明第一種治療微生物疾病的“神藥”獲得了1939年的諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎第四十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素第四十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三節(jié)微生物生長繁殖的控制二、控制微生物的物理因素殺滅或抑制微生物的物理因素溫度輻射作用過濾滲透壓干燥超聲波等第四十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日二、高溫殺菌

(以耐熱芽孢的致死溫度為參考)

（一）種類

1、干熱滅菌法

灼燒法：明火殺菌＞800℃

烘箱熱空氣滅菌法（160－170℃，1－2小時）2、濕熱滅菌法常壓：①巴氏63度30`（LTH法）；72度15‘（HTST法）②煮沸：100度10`－15`；③間歇(誘殺)15`－60`過夜加壓：常規(guī)121℃1kg/cm215`－20`；連續(xù)135－140℃0.7kg/cm25“－15”

優(yōu)：保存營養(yǎng)成份第四十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日（二）影響因素