微生物群體生長和生長曲線

作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)/教學(xué)資源庫微生物的群體生長及生長曲線II微生物的群體生長一、單細(xì)胞微生物的典型生長曲線將少量純種非絲狀單細(xì)胞微生物接種到恒容積的新鮮液體培養(yǎng)基中，在適宜的溫度、通氣等條件下培養(yǎng)，定時取樣測定單位體積里的細(xì)胞數(shù)，以單位體積里細(xì)胞數(shù)的對數(shù)作縱坐標(biāo)，以培養(yǎng)時間為橫坐標(biāo)，畫出的曲線，就是非絲狀的單細(xì)胞微生物的典型生長曲線。典型生長曲線根據(jù)微生物的生長速率常數(shù)R（即每小時的分裂次數(shù)）的不同，一般可分為遲緩期（延滯期）、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期等四個時期。1.延滯期（Lagphase），也稱遲緩期、延遲期、適應(yīng)期。將少量菌種接入新鮮培養(yǎng)基后,在開始一段時間內(nèi)菌數(shù)不立即增加,或增加很少，生長速度接近于零。此時細(xì)胞特點(diǎn)可概括為：分裂遲緩、代謝活躍。該期的具體特點(diǎn)為：①生長速率常數(shù)為零；②細(xì)胞形態(tài)變大或增長，尤其是長軸最為明顯，許多桿菌可長成絲狀；③細(xì)胞內(nèi)的RNA尤其是rRNA含量增高，原生質(zhì)呈嗜堿性；④合成代謝十分活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加速，容易產(chǎn)生各種誘導(dǎo)酶；⑤對外界條件如NaCl溶液濃度、溫度和抗生素等理化因素反應(yīng)敏感。遲滯期出現(xiàn)的原因：微生物接種到一個新的環(huán)境，暫時缺乏分解和催化有關(guān)底物的酶，或是缺乏充足的中間代謝產(chǎn)物等。為產(chǎn)生誘導(dǎo)酶或合成中間代謝產(chǎn)物，就需要一段適應(yīng)期。調(diào)整代謝遲滯期的長短與菌種的遺傳性、菌齡以及移種前后所處的環(huán)境條件等因素有關(guān)，短的只需要幾分鐘，長的需數(shù)小時?？s短遲滯期的常用手段：(1)通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使遲緩期縮短；(2)利用對數(shù)期的細(xì)胞作為種子；(3)盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；(4)適當(dāng)擴(kuò)大接種量。2.指數(shù)期（Exponentialphase），又稱對數(shù)期（Logphase)指緊接遲滯期之后，細(xì)胞以幾何級數(shù)增長的一段時期。三個重要參數(shù)的計(jì)算：繁殖代數(shù)(n)、生長速率常數(shù)(R)、代時(G)

指數(shù)期的特點(diǎn)：①生長速率常數(shù)R最大且為常數(shù)，細(xì)胞每分裂一次所需的時間（稱為代時，或世代時間，或增代時間，或倍增時間，用G表示）最短且穩(wěn)定；②細(xì)胞進(jìn)行平衡生長，菌體各部分的成分十分均勻；③酶系活躍，代謝旺盛。

t1

–t01G=——————=—————

nR注意：只有處于指數(shù)期，才符合以上計(jì)算公式納米細(xì)菌(nanobacteria)，三天才分裂一次；九十年代初期從地下數(shù)公里發(fā)現(xiàn)的超微型細(xì)菌，用代謝產(chǎn)生的CO2作指標(biāo)，計(jì)算出這些超微菌的代謝速率僅為地上正常細(xì)菌的10-15，有人認(rèn)為它們需要100年才能分裂一次。

影響代時的因素：1）菌種：不同的微生物及微生物的不同菌株代時不同；2）營養(yǎng)成分：在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中生長代時短；3）營養(yǎng)物濃度：在一定范圍內(nèi)，生長速率與營養(yǎng)物濃度呈正比；凡是處于較低濃度范圍內(nèi)，可影響生長速率的營養(yǎng)物成分，就稱為生長限制因子。4）溫度：在一定范圍，生長速率與培養(yǎng)溫度呈正相關(guān)。指數(shù)期細(xì)胞的應(yīng)用：適宜作“種子”；研究基礎(chǔ)代謝的材料；噬菌體增殖的最好階段；革蘭氏染色；誘變育種；3.穩(wěn)定期（Stationaryphase）指數(shù)期之后，培養(yǎng)液中活細(xì)菌數(shù)最高并維持穩(wěn)定的階段(可能由于細(xì)菌分裂增加的數(shù)量等于細(xì)菌死亡數(shù)，或者細(xì)胞僅停止分裂而保持代謝活性)。穩(wěn)定期特點(diǎn)：①生長速率常數(shù)R降低至0；②代時G延長；③細(xì)胞重要的分化階段；細(xì)胞開始衰老，原生質(zhì)分布不均勻，出現(xiàn)液泡；開始積累糖原等內(nèi)含物；產(chǎn)芽孢的菌開始形成芽孢；次生代謝產(chǎn)物（抗生素等）開始大量合成④菌體的最大收獲期①穩(wěn)定期如果及時采取措施，補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)或取走代謝產(chǎn)物或改善培養(yǎng)條件（調(diào)整pH、溫度、通氣），可以獲得更多的菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物。②對以收獲菌體或與菌體生長相平行的代謝產(chǎn)物（SCP、乳酸等）為目的的發(fā)酵生產(chǎn)來說，穩(wěn)定期是產(chǎn)物的最佳收獲期。③通過對穩(wěn)定期到來原因的研究，促使了連續(xù)培養(yǎng)原理的提出和工藝、技術(shù)的創(chuàng)建。微生物在穩(wěn)定期的生長規(guī)律對于生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)意義：4.衰亡期（Decline或Deathphase）營養(yǎng)物質(zhì)耗盡和有毒代謝產(chǎn)物的大量積累，細(xì)菌死亡速率超過新生速率，整個群體呈現(xiàn)出負(fù)增長。衰亡期特點(diǎn)：①生長速率常數(shù)R小于0；②細(xì)胞形態(tài)發(fā)生多形化

出現(xiàn)畸形或細(xì)胞大小懸殊；有些微生物因蛋白酶活力的增強(qiáng)而發(fā)生自溶，有些微生物產(chǎn)生或釋放出一些代謝產(chǎn)物如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外肽酶或抗生素等；芽孢桿菌往往在此期釋放芽孢。

該時期死亡的細(xì)菌以對數(shù)方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分細(xì)菌產(chǎn)生抗性也會使細(xì)菌死亡的速率降低，仍有部分活菌存在。衰亡期在實(shí)際工作中多采用分光光度計(jì)測定OD值的方法繪制細(xì)菌的生長曲線，但該法繪制的生長曲線不能反映衰亡期。二.絲狀真菌的生長曲線絲狀真菌是以菌絲干重（mg）作為衡量生長狀況