第六章 微生物的生長繁殖及其控制.ppt

1、第六章微生物的生長繁殖及其控制、生物個體物質(zhì)規(guī)律、不可逆地增加，導致個體體積擴大的生物學過程。 生長：生物個體生長到某個階段，以特定的方式產(chǎn)生新的生命個體，即引起生命個體數(shù)的增加的生物學過程。 繁殖：生長是階段性發(fā)生的量化過程，繁殖是產(chǎn)生新生命個體的質(zhì)的變化過程。 在高等生物中這兩個過程是明顯分開的，但在下等，特別是單細胞生物中，由于細胞較小，這兩個過程是密切相關而難以分開的過程。 吸收、代謝營養(yǎng)物質(zhì)、適當?shù)耐饨鐥l件、微生物細胞、 同化作用的速度超過異化作用后，個體原形質(zhì)的總量(重量、體積、大小)增加，各細胞成分以適當?shù)谋壤黾雍螅谝欢ǔ潭壬戏敝?，引起個體數(shù)的增加。 客觀地反映了微生物的生長

2、規(guī)律，用于評價群體內(nèi)各個個體的進一步生長、群體的生長、不同抗菌物質(zhì)對微生物的抑制(或滅絕)作用的效果。 評價培養(yǎng)條件、營養(yǎng)物質(zhì)等對微生物生長的影響的微生物生長，第一節(jié)微生物生長的測定，微生物生長：每單位時間的微生物數(shù)和生物量的變化，微生物生長測定方法，個體訂正數(shù)法，重量法，比濁法，生理指標法，通常是細菌， 用于測定酵母菌等單細胞微生物的生長狀況和樣品中微生物個體的數(shù)量(細菌、孢子、酵母菌)、1、培養(yǎng)平板修正數(shù)法，原理：各活細菌可在合適的培養(yǎng)基和良好的生長條件下生長形成菌落。 采用培養(yǎng)平板修正數(shù)法要求操作熟練、準確，否則無法得到準確的結(jié)果：樣品充分混合，各移液管和涂布棒只能接觸一種稀釋度的菌液，

3、同一稀釋度重復3個以上，取平均值的各平板上的菌落數(shù)適當，準確的修正數(shù)容易， 由于一個菌落可能是由多個細胞一起形成的，所以在科學研究中，一般不用細胞數(shù)，而用菌落形成單位(colony forming units，CFU )來表示。 在超濾培養(yǎng)法中，樣品中菌數(shù)低時，可以使一定體積的湖水、海水、飲用水等樣品通過超濾器，然后將膜轉(zhuǎn)移到對應的培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，對形成的菌落進行修訂。 液體稀釋法，主要適用于只能液體培養(yǎng)的微生物，以及使用液體鑒別培養(yǎng)基直接鑒定修訂數(shù)的微生物。 將未知樣品稀釋10倍，然后估計3個連續(xù)稀釋度平行接種的多根試管，統(tǒng)一這些平行試管的微生物生長狀況，長菌為陽性，未長菌為陰性，根據(jù)數(shù)學

4、統(tǒng)一計算樣品中的微生物數(shù)量。 1 .使用血細胞校正板法、血細胞校正板，在顯微鏡下校正一定容積的樣品中的微生物的數(shù)量。 缺點：不適合對死菌和活菌進行鑒別的運動細菌的校正數(shù)，需要較高的細菌濃度，個體小細菌很難用顯微鏡觀察，4，顯微鏡直接校正數(shù)法，、2 )其他方法：粒子濃度已知的樣品(例如血液)和被測定細胞的細胞濃度的樣品混合，用顯微鏡下比例修正數(shù)：過濾修正數(shù)：樣品中菌數(shù)低時，一定體積的湖水、海水或飲用水等樣品可以通過膜過濾器。然后，對濾膜進行干燥、染色，處理使膜透明，在顯微鏡下校正膜上(或一定面積中)的細菌數(shù)，生菌計數(shù)：也可以使用特定的染色技術(shù)，分別計數(shù)生菌和死菌，以生物量為指標測定微生物的生長用

5、一定波長測定菌懸濁液的光密度，在實驗測定時使菌濃度控制在與光密度成正比的線性范圍內(nèi)。 不那樣做的話是不正確的。 在干重、濕重下直接測定微生物群的生物量。 通過測定試樣中蛋白質(zhì)、核酸含量間接推定微生物群的生物量，測定多細胞及絲狀真菌的生長狀況的有效方法有、3、生理指標法、微生物的生理指標，例如呼吸強度、耗氧量、酶活性、生物熱等與該集團的規(guī)模正相關。 樣品中的微生物數(shù)量越多，或者生長旺盛，這些指標越明確，就越能夠通過特定的儀器，例如鐘形呼吸器、微量熱量校正等設備來測量相應的指標。 常用于微生物的快速鑒定和檢測，、第二節(jié)細菌的集體生長繁殖，微生物的特征：個體微小、肉眼可見或接觸的微生物是由數(shù)千萬個單

6、一微生物組成的集體。 微生物接種為群體接種，接種后生長為微生物群體繁殖生長。 了解細菌群體的生長規(guī)律是研究和利用它們的基礎，、一、生長曲線，生長曲線(Growth Curve ) :細菌在定量液體培養(yǎng)基中接種，定時對細胞數(shù)進行采樣測定的微生物學中提到的“生長”都是指群體生長。 生長曲線通常以細菌數(shù)的對數(shù)為縱軸繪制，、生長曲線，典型的生長曲線至少可以分為延遲、對數(shù)期、穩(wěn)定期() 生長0速率(-)總菌數(shù)Lg細胞數(shù)生菌數(shù)I II III IV培養(yǎng)時間(h ) (I .延遲II .指數(shù)期III .穩(wěn)定期IV分裂慢，代謝活躍，細胞形態(tài)變大或生長，如巨大芽胞桿菌，在慢期末，細胞平均長度為剛接種后的6倍。

7、一般處于較晚期的細菌細胞體積最大的細胞內(nèi)RNA，特別是rRNA含量增高，合成代謝活躍，核糖體、酶類和ATP合成加快，易產(chǎn)生誘導酶。 對外界的惡劣條件敏感地作出反應。 細胞在活躍地成長，分裂延遲在這個階段的后期少數(shù)的細胞開始分裂，曲線稍微上升。 例如：、遲期的出現(xiàn)的原因：微生物接種新的環(huán)境，暫時分解底物催化酶不足，或者缺乏足夠的中間代謝產(chǎn)物等。 為了產(chǎn)生誘導酶或合成中間代謝產(chǎn)物，需要適應期。 調(diào)整代謝，延遲的長度與菌種的遺傳性、菌齡及移種前后的環(huán)境條件等因素有關，短的只需幾分鐘，長的只需幾小時。 在生產(chǎn)實踐中縮短延遲的常用手段： (1)根據(jù)遺傳學方法改變種的遺傳特性，縮短延遲；(2)將對數(shù)生長期

8、的細胞作為種子利用；(3)盡量使接種前后使用的培養(yǎng)基組成不存在大的差異。 (4)適當擴大接種量，指數(shù)期特征： a增長速度最大，世代最短。 b細胞進行平衡生長的c酶系活躍，代謝旺盛。影響、微生物增代時間(代時)的因素：1 )菌種、微生物及微生物不同菌株的代時不同，2 )營養(yǎng)成分在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中生長的時期短，3 )營養(yǎng)物濃度，在一定范圍內(nèi)，生長速度與營養(yǎng)物濃度成正比，在低濃度范圍內(nèi)，影響生長速度4 )在溫度、一定范圍內(nèi)，生長速度與培養(yǎng)溫度呈正相關。 穩(wěn)定期的特征： a生長速率常數(shù)等于零，細胞處于正生長與負生長相等的動態(tài)平衡。 b菌體的產(chǎn)量達到峰值，、穩(wěn)定生長期(Stationary pHase

9、 ) :營養(yǎng)物質(zhì)消耗、代謝產(chǎn)物積累和ph等環(huán)境變化導致細菌不適合生長，生長速度降低到零(即生長速度降低)。 細胞重要的分化調(diào)節(jié)階段儲藏糖原等細胞質(zhì)內(nèi)包物，芽孢桿菌在該階段形成芽孢或形成自然接受狀態(tài)。 也是發(fā)酵過程中代謝產(chǎn)物積累的重要階段，某些放線菌抗生素的大量形成也處于這個時期。 生產(chǎn)上通過補充營養(yǎng)物質(zhì)(輔料)、提取代謝產(chǎn)物、調(diào)節(jié)pH、調(diào)節(jié)溫度、增加好氧菌通氣、攪拌、振動等措施延長穩(wěn)定生長期，獲得更多菌體物質(zhì)、積累更多代謝產(chǎn)物。、衰退期(Decline或Death phase ) :營養(yǎng)物質(zhì)的枯竭和有毒代謝產(chǎn)物的大量積累，細菌的死亡速度超過新生速度，整個集團顯示負增長。 在這個時期死亡的細菌對

10、數(shù)增加，但在衰退期的后期，一部分細菌產(chǎn)生抵抗性，細菌的死亡速度也降低，存在一部分活菌。 不同的微生物或同一微生物對不同物質(zhì)的利用能力不同。 有些可以直接利用(例如葡萄糖或NH 4等)。 為了得到利用能力(乳糖和NO3-等)，也有必要經(jīng)過一定的適應期。 前者通常被稱為速效碳源(或氮氣源)，后者被稱為遲效碳源(或氮氣源)。 培養(yǎng)基中同時含有這兩種碳源(或氮源)時，微生物在生長過程中會形成二次生長現(xiàn)象。 培養(yǎng)方法：使群體中的細胞比較一致，使生長發(fā)育全部處于同一階段，即多個細胞可以同時生長或分裂。 同步培養(yǎng)法可使集體細胞處于同一生長階段，同時進行分裂生長。 同步生長：由同步培養(yǎng)法得到的細胞稱為同步細胞

11、或同步培養(yǎng)物、同步培養(yǎng)：同步培養(yǎng)物常被用作單一細胞難以研究的生理和遺傳特性及工業(yè)發(fā)酵的種子，是理想的材料。 機械方法、離心法過濾分離法硝酸纖維素過濾法、環(huán)境條件控制技術(shù)(誘導法)、溫度培養(yǎng)基成分控制其他(例如光和暗的交替培養(yǎng))、同步培養(yǎng)、硝酸纖維素過濾法是最典型的，a .使菌液通過硝酸纖維素薄膜， 因為細菌和過濾膜帶有不同的電荷，所以在不同的生長階段，反轉(zhuǎn)可以在過濾膜上附著細菌的b膜，用新鮮的培養(yǎng)液過濾培養(yǎng)的c膜上附著的細菌分裂，分裂的子細胞不與膜直接接觸，除菌體自身的重量外，根據(jù)附著的培養(yǎng)液的重量落入捕集器內(nèi)的d .陷阱在短時間內(nèi)收集的細菌處于同一分裂階段，通過用該細菌接種培養(yǎng)，可以得到同時

12、培養(yǎng)物。 機械法同步培養(yǎng)物可在不影響細菌代謝的情況下獲得，菌體的生命活動必然正常。 但是，該方法存在局限性，部分微生物在同一發(fā)育階段個體大小不一，甚至差異較大。 這樣的微生物不應該采用這樣的方法。 誘導同期增長的環(huán)境條件多種多樣。任何誘導因子都不影響微生物的生長，但必須具有特異性抑制細胞分裂，消除(或消除)這種抑制條件，微生物就會同時分裂的特性。 也可以添加培養(yǎng)基中的抑制蛋白質(zhì)合成的物質(zhì)(例如氯霉素)和抑制DNA合成的物質(zhì)(例如5-氟脫氧尿苷)，誘導一定時間后轉(zhuǎn)移到其他完全培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)。 或者用紫外線處理； 芽孢桿菌通過誘導芽孢桿菌同時發(fā)芽的方法，可以得到同時培養(yǎng)物。 然而，環(huán)境條件調(diào)控方

13、法對細胞產(chǎn)生不良影響，有時會擾亂細胞的正常代謝。 研究同期生長誘導生的作用，有助于揭示微生物細胞分裂的機制。 在上述方法的基礎上，也可以使用最高穩(wěn)定期的培養(yǎng)物進行接種。 從細菌的生長曲線可以看出，處于最高穩(wěn)定期的細胞，由于環(huán)境條件差，細胞都處于老化狀態(tài)，如果轉(zhuǎn)移到新鮮的培養(yǎng)基，同樣可以同時生長。 連續(xù)培養(yǎng)，將微生物放入一定容積的培養(yǎng)基中，經(jīng)過培養(yǎng)生長，最后收獲。 分批培養(yǎng)(batch culture )或封閉培養(yǎng)(closed culture )，培養(yǎng)基一次性加入，不補充，不更換。 連續(xù)培養(yǎng)(Continous culture )是在微生物全培養(yǎng)期間，能夠以一定的方法使微生物以一定的相對生長速

14、度生長、持續(xù)生長的培養(yǎng)方法。 培養(yǎng)過程中不斷補充營養(yǎng)物質(zhì)，以相同的速度移動培養(yǎng)物是實現(xiàn)微生物連續(xù)培養(yǎng)的基本原則。 連續(xù)培養(yǎng)、連續(xù)培養(yǎng)的控制方法，恒濁連續(xù)培養(yǎng)、不斷調(diào)節(jié)流速使細菌培養(yǎng)液的濁度保持一定、恒化連續(xù)培養(yǎng)、保持一定流速的培養(yǎng)室中的濁度低于期望值時，流速變慢、濁度上升的恒濁培養(yǎng)器的工作精度取決于光電控制系統(tǒng)的靈敏度，使用的培養(yǎng)基是必要的(1)恒濁連續(xù)培養(yǎng)，與菌體和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)酵相比有優(yōu)點：縮短發(fā)酵循環(huán)，提高設備利用率，自動控制容易，動力消耗和體力勞動強度降低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定， 缺點：雜菌污染和菌種退化，、二)恒化連續(xù)培養(yǎng)，使培養(yǎng)液的流速保持一定，使微生物總是以低于其最高生長速度的速度生長繁殖。 通過將某種營養(yǎng)素的濃度控制在經(jīng)常成為生長限制因子來實現(xiàn)。 控制第三節(jié)微生物的生長繁殖，控制(有害)微生物的生長速度，消滅不需要的微生物，在實用上有重要的意義。 抑制：生長停止，但不死亡，死亡：生長能力不可逆丟失，防腐：防止