【教学课件】第五章微生物的生长及其影响因素.ppt

第五章第五章 微生物的生长及其影响因素微生物的生长及其影响因素 第一节第一节第一节第一节 微生物生长微生物生长微生物生长微生物生长一、微生物生长的概念一、微生物生长的概念一、微生物生长的概念一、微生物生长的概念 一一一一个个个个微微微微生生生生物物物物细细细细胞胞胞胞在在在在合合合合适适适适的的的的外外外外界界界界环环环环境境境境条条条条件件件件下下下下，不不不不断断断断地地地地吸吸吸吸收收收收营营营营养养养养物物物物质质质质，并并并并按按按按其其其其自自自自身身身身的的的的代代代代谢谢谢谢方方方方式式式式进进进进行行行行新新新新陈陈陈陈代代代代谢谢谢谢。如如如如果果果果同同同同化化化化作作作作用用用用的的的的速速速速度度度度超超超超过过过过了了了了异异异异化化化化作作作作用用用用，则则则则其其其其原原原原生生生生质质质质的的的的总总总总量量量量（重重重重量量量量、体体体体积积积积、大大大大小小小小）就就就就不不不不断断断断增增增增加加加加，于于于于是是是是出出出出现现现现了了了了个个个个体体体体的的的的生生生生长长长长现现现现象象象象。如如如如果果果果这这这这是是是是一一一一种种种种平平平平衡衡衡衡生生生生长长长长，即即即即各各各各细细细细胞胞胞胞组组组组分分分分是是是是按按按按恰恰恰恰当当当当的的的的比比比比例例例例增增增增长长长长时时时时，则则则则达达达达到到到到一一一一定定定定程程程程度度度度后后后后就就就就会会会会发发发发生生生生繁繁繁繁殖殖殖殖，从从从从而而而而引引引引起起起起个个个个体体体体数数数数目目目目的的的的增增增增加加加加，这这这这时时时时，原原原原有有有有的的的的个个个个体体体体已已已已经经经经发发发发展展展展成成成成一一一一个个个个群群群群体体体体。随随随随着着着着群群群群体体体体中中中中各各各各个个个个个个个个体体体体的的的的进进进进一一一一步步步步生生生生长长长长，就就就就引引引引起起起起了了了了这这这这一一一一群群群群体体体体的的的的生生生生长长长长，这这这这可可可可从其重量、体积、密度或浓度作指标来衡量。所以：从其重量、体积、密度或浓度作指标来衡量。所以：从其重量、体积、密度或浓度作指标来衡量。所以：从其重量、体积、密度或浓度作指标来衡量。所以：个体生长个体生长个体生长个体生长个体繁殖个体繁殖个体繁殖个体繁殖群体生长群体生长群体生长群体生长群体生长个体生长个体繁殖群体生长个体生长个体繁殖群体生长个体生长个体繁殖群体生长个体生长个体繁殖二、微生物生长量的测定二、微生物生长量的测定二、微生物生长量的测定二、微生物生长量的测定（一）稀释平板菌落计数法（一）稀释平板菌落计数法（一）稀释平板菌落计数法（一）稀释平板菌落计数法 是一种最常用的活菌计数法。是一种最常用的活菌计数法。是一种最常用的活菌计数法。是一种最常用的活菌计数法。（二）血球计数板法（二）血球计数板法（二）血球计数板法（二）血球计数板法 这这这这种种种种方方方方法法法法的的的的特特特特点点点点是是是是测测测测定定定定简简简简便便便便、直直直直接接接接、快快快快速速速速，但但但但测测测测定定定定的的的的对对对对象象象象有有有有一一一一定定定定的的的的局局局局限限限限性性性性，只只只只适适适适合合合合于于于于个个个个体体体体较较较较大大大大的的的的微微微微生生生生物物物物种种种种类类类类，如如如如酵酵酵酵母母母母菌菌菌菌、霉霉霉霉菌菌菌菌的的的的孢子等；此外测定结果是微生物个体的总数孢子等；此外测定结果是微生物个体的总数孢子等；此外测定结果是微生物个体的总数孢子等；此外测定结果是微生物个体的总数（三）称干重（三）称干重（三）称干重（三）称干重 这这这这种种种种方方方方法法法法较较较较适适适适合合合合于于于于丝丝丝丝状状状状微微微微生生生生物物物物的的的的生生生生长长长长量量量量的的的的测测测测定定定定，对对对对于于于于细细细细菌菌菌菌来来来来说说说说，一一一一般在实验室或生产实践中较少使用。般在实验室或生产实践中较少使用。般在实验室或生产实践中较少使用。般在实验室或生产实践中较少使用。（四）比浊法（四）比浊法（四）比浊法（四）比浊法微生物生长曲线微生物生长曲线 把把把把一一一一定定定定微微微微生生生生物物物物接接接接种种种种到到到到一一一一定定定定量量量量的的的的液液液液体体体体培培培培养养养养基基基基中中中中，在在在在一一一一定定定定条条条条件件件件下下下下进进进进行行行行一一一一次次次次性性性性培培培培养养养养，定定定定时时时时取取取取样样样样测测测测定定定定活活活活菌菌菌菌数数数数，以以以以活活活活菌菌菌菌数数数数的的的的对对对对数数数数值值值值为为为为纵纵纵纵坐坐坐坐标标标标，以以以以培培培培养养养养时时时时间间间间为为为为横横横横坐坐坐坐标标标标，就就就就可可可可以以以以画画画画出出出出一一一一条条条条有有有有规规规规律律律律的的的的曲曲曲曲线线线线，这这这这就就就就是是是是微微微微生生生生物物物物的的的的典典典典型型型型生长曲线（生长曲线（生长曲线（生长曲线（growth curvegrowth curve）。）。）。）。一一一一般般般般把把把把典典典典型型型型生生生生长长长长曲曲曲曲线线线线划划划划分分分分为为为为适适适适应应应应期期期期、对对对对数数数数增增增增长长长长期期期期（指指指指数数数数期期期期）、稳稳稳稳定定定定期期期期和和和和衰亡期等四个时期。衰亡期等四个时期。衰亡期等四个时期。衰亡期等四个时期。该该该该生生生生长长长长曲曲曲曲线线线线只只只只适适适适用用用用于于于于单单单单细细细细胞胞胞胞微微微微生生生生物物物物，包括细菌和酵母菌。包括细菌和酵母菌。包括细菌和酵母菌。包括细菌和酵母菌。（一）适应期（一）适应期（一）适应期（一）适应期（adaptive phaseadaptive phase）适应期的出现，可能是因为在接种到新适应期的出现，可能是因为在接种到新适应期的出现，可能是因为在接种到新适应期的出现，可能是因为在接种到新鲜培养液的细胞中，一时还缺乏分解或鲜培养液的细胞中，一时还缺乏分解或鲜培养液的细胞中，一时还缺乏分解或鲜培养液的细胞中，一时还缺乏分解或催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢物。间代谢物。间代谢物。间代谢物。该时期有几个特点：该时期有几个特点：该时期有几个特点：该时期有几个特点：生长繁殖的速度几乎等于零。生长繁殖的速度几乎等于零。生长繁殖的速度几乎等于零。生长繁殖的速度几乎等于零。细胞形态增大；细胞形态增大；细胞形态增大；细胞形态增大；细细细细胞胞胞胞内内内内RNARNA尤尤尤尤其其其其是是是是rRNArRNA含含含含量量量量增增增增高高高高，原生质呈嗜碱性。原生质呈嗜碱性。原生质呈嗜碱性。原生质呈嗜碱性。合合合合成成成成代代代代谢谢谢谢活活活活跃跃跃跃，核核核核糖糖糖糖体体体体、酶酶酶酶类类类类和和和和ATPATP的合成加快，易产生诱导酶。的合成加快，易产生诱导酶。的合成加快，易产生诱导酶。的合成加快，易产生诱导酶。对外界不良条件反应敏感。对外界不良条件反应敏感。对外界不良条件反应敏感。对外界不良条件反应敏感。影影影影响响响响适适适适应应应应期期期期长长长长短短短短的的的的因因因因素素素素很很很很多多多多，除除除除菌菌菌菌种种种种外外外外，主要有三。主要有三。主要有三。主要有三。1 1菌种的菌龄菌种的菌龄菌种的菌龄菌种的菌龄 菌龄即菌龄即菌龄即菌龄即“种子种子种子种子”(inoculum)”(inoculum)的群体生长年龄，亦即它的群体生长年龄，亦即它的群体生长年龄，亦即它的群体生长年龄，亦即它处在生长曲线上的哪一个阶段。处在生长曲线上的哪一个阶段。处在生长曲线上的哪一个阶段。处在生长曲线上的哪一个阶段。2 2接种量接种量接种量接种量 接种量的大小明显影响适接种量的大小明显影响适接种量的大小明显影响适接种量的大小明显影响适应期的长短。应期的长短。应期的长短。应期的长短。3 3培养基成分培养基成分培养基成分培养基成分 适应期对数增长期稳定期衰亡期（二）对数增长期（二）对数增长期（二）对数增长期（二）对数增长期(logarithmic phase)(logarithmic phase)又称为指数增长期（又称为指数增长期（又称为指数增长期（又称为指数增长期（exponential exponential phasephase），是指在生长曲线中，紧接着适），是指在生长曲线中，紧接着适），是指在生长曲线中，紧接着适），是指在生长曲线中，紧接着适应期的一个细胞以几何级数速度分裂的应期的一个细胞以几何级数速度分裂的应期的一个细胞以几何级数速度分裂的应期的一个细胞以几何级数速度分裂的一段时期。一段时期。一段时期。一段时期。对数增长期有以下几个特点：对数增长期有以下几个特点：对数增长期有以下几个特点：对数增长期有以下几个特点：生长生长生长生长繁殖的速度很快，世代时间均匀一致；繁殖的速度很快，世代时间均匀一致；繁殖的速度很快，世代时间均匀一致；繁殖的速度很快，世代时间均匀一致；酶系活跃，代谢旺盛。酶系活跃，代谢旺盛。酶系活跃，代谢旺盛。酶系活跃，代谢旺盛。菌细胞的形态特征均匀一致，最代表菌细胞的形态特征均匀一致，最代表菌细胞的形态特征均匀一致，最代表菌细胞的形态特征均匀一致，最代表种的特征；种的特征；种的特征；种的特征；此时期内的微生物的生化特性均匀一此时期内的微生物的生化特性均匀一此时期内的微生物的生化特性均匀一此时期内的微生物的生化特性均匀一致，并且典型。致，并且典型。致，并且典型。致，并且典型。稳定期（稳定期（stationary phase）稳定期到来的原因主要是：稳定期到来的原因主要是：营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物的比例失调，例如营养物的比例失调，例如C/N比值不比值不合适等；合适等；酸、醇、毒素或酸、醇、毒素或H2O2等有害代谢产物等有害代谢产物的累积；的累积；pH、氧化还原势等物化条件越来越不、氧化还原势等物化条件越来越不适宜等等。适宜等等。在稳定期时，细胞开始贮存糖原、异在稳定期时，细胞开始贮存糖原、异染颗粒和脂肪等贮藏物；多数芽孢杆菌染颗粒和脂肪等贮藏物；多数芽孢杆菌在这时开始形成芽孢；有的微生物在稳在这时开始形成芽孢；有的微生物在稳定期时还开始合成抗生素等次生代谢产定期时还开始合成抗生素等次生代谢产物。物。在此时期内主要表现为：在此时期内主要表现为：（1）细胞内开始积累贮藏物，如肝糖颗）细胞内开始积累贮藏物，如肝糖颗粒、异染颗粒、脂肪颗粒等；粒、异染颗粒、脂肪颗粒等；（2）大多数能形成芽孢的细菌在此时期）大多数能形成芽孢的细菌在此时期内形成芽孢；内形成芽孢；（3）在此时期内，细胞的次级代谢产物）在此时期内，细胞的次级代谢产物大量积累，菌细胞的总数也达到最高峰。大量积累，菌细胞的总数也达到最高峰。如何延长稳定期，促进代谢产物的积如何延长稳定期，促进代谢产物的积累，对稳定期到来的原因进行研究，还累，对稳定期到来的原因进行研究，还促进了连续培养技术的设计和研究。促进了连续培养技术的设计和研究。衰亡期（衰亡期（衰亡期（衰亡期（decline phasedecline phase或或或或death phasedeath phase）在衰亡期中，个体死亡的速度超过新生在衰亡期中，个体死亡的速度超过新生在衰亡期中，个体死亡的速度超过新生在衰亡期中，个体死亡的速度超过新生的速度，因此，整个群体就呈现出负生长的速度，因此，整个群体就呈现出负生长的速度，因此，整个群体就呈现出负生长的速度，因此，整个群体就呈现出负生长(R(R为负值为负值为负值为负值)。在这个时期内，细胞形态出现不正常，在这个时期内，细胞形态出现不正常，在这个时期内，细胞形态出现不正常，在这个时期内，细胞形态出现不正常，呈多样性，细胞种的特征典型；呈多样性，细胞种的特征典型；呈多样性，细胞种的特征典型；呈多样性，细胞种的特征典型；生理生化出现异常现象，例如会产生生理生化出现异常现象，例如会产生生理生化出现异常现象，例如会产生生理生化出现异常现象，例如会产生很多膨大、不规则的退化形态；很多膨大、不规则的退化形态；很多膨大、不规则的退化形态；很多膨大、不规则的退化形态；有的微生物因蛋白水解酶活力的增强有的微生物因蛋白水解酶活力的增强有的微生物因蛋白水解酶活力的增强有的微生物因蛋白水解酶活力的增强就发生自溶就发生自溶就发生自溶就发生自溶(autolysis)(autolysis)，芽孢释放往往，芽孢释放往往，芽孢释放往往，芽孢释放往往也发生在这一时期。也发生在这一时期。也发生在这一时期。也发生在这一时期。在衰亡期，菌细胞很容易发生变异在衰亡期，菌细胞很容易发生变异在衰亡期，菌细胞很容易发生变异在衰亡期，菌细胞很容易发生变异微生物的连续培养微生物的连续培养 连续培养连续培养(continuous culture)连续培养是在研究生长曲线的基础上连续培养是在研究生长曲线的基础上,当微生物以单批培养的当微生物以单批培养的方式培养到指数期的后期时，一方面以一定速度连续流加新鲜培方式培养到指数期的后期时，一方面以一定速度连续流加新鲜培养基，并立即搅拌均匀，另一方面，利用溢流的方式，以同样的养基，并立即搅拌均匀，另一方面，利用溢流的方式，以同样的流速不断流出培养物。这样，培养物就达到动态平衡，其中的微流速不断流出培养物。这样，培养物就达到动态平衡，其中的微生物可长期保持在指数期的平衡生长状态和稳定的生长速率上生物可长期保持在指数期的平衡生长状态和稳定的生长速率上.其优点：其优点：高效，它简化了装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等许高效，它简化了装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等许多单元操作，从而减少了非生产时间和提高了设备的利用率；多单元操作，从而减少了非生产时间和提高了设备的利用率；自控，便于利用各种仪表进行自动控制；自控，便于利用各种仪表进行自动控制；产品质量较稳定；产品质量较稳定；节约了大量动力、人力、水和蒸汽，且使水、汽、电的负荷均节约了大量动力、人力、水和蒸汽，且使水、汽、电的负荷均匀合理。匀合理。第三节第三节 环境因素对微生物生长的影响环境因素对微生物生长的影响一、温度一、温度每种微生物都有自己的生长温度三基点：每种微生物都有自己的生长温度三基点：每种微生物都有自己的生长温度三基点：每种微生物都有自己的生长温度三基点：最低生长温度最低生长温度最低生长温度最低生长温度:最适生长温度最适生长温度最适生长温度最适生长温度:最高生长温度最高生长温度最高生长温度最高生长温度:在在在在生生生生长长长长温温温温度度度度三三三三基基基基点点点点内内内内，微微微微生生生生物物物物都都都都能能能能生生生生长长长长，但但但但生生生生长长长长速速速速率率率率不不不不一一一一样样样样。微微微微生生生生物物物物只只只只有有有有处处处处于于于于最最最最适适适适生生生生长长长长温温温温度度度度时时时时，生生生生长长长长速速速速度度度度才才才才最最最最快快快快，代代代代时时时时最最最最短短短短。一一一一般般般般情情情情况况况况下下下下，每每每每种种种种微微微微生生生生物物物物的的的的生生生生长长长长温温温温度度度度三三三三基基基基点点点点是是是是恒恒恒恒定定定定的的的的，但但但但也也也也常常常常受受受受其其其其它它它它环环环环境境境境条条条条件件件件的的的的影影影影响响响响而发生变化。而发生变化。而发生变化。而发生变化。最低温度最适温度最高温度嗜热液化芽孢杆菌376070嗜热纤维芽孢杆菌506068丙酮丁醇梭菌203747植物乳杆菌103040干酪乳杆菌103040大肠杆菌103747乳脂链球菌103037嗜热链球菌20405053枯草杆菌15303755黑曲霉7303947啤酒酵母102840根据微生物最适生长温度的不同，可将它们分为三个类型。根据微生物最适生长温度的不同，可将它们分为三个类型。根据微生物最适生长温度的不同，可将它们分为三个类型。根据微生物最适生长温度的不同，可将它们分为三个类型。1 1嗜嗜嗜嗜低低低低温温温温微微微微生生生生物物物物（psychrophilespsychrophiles）多多多多数数数数在在在在零零零零度度度度条条条条件件件件下下下下能能能能够够够够生生生生长长长长,一一一一般般般般最适生长温度在最适生长温度在最适生长温度在最适生长温度在10101515，最高生长温度为，最高生长温度为，最高生长温度为，最高生长温度为2020；2 2嗜嗜嗜嗜中中中中温温温温微微微微生生生生物物物物（mesophilesmesophiles）这这这这类类类类微微微微生生生生物物物物的的的的最最最最适适适适生生生生长长长长温温温温度度度度一一一一般般般般在在在在20204545之间。之间。之间。之间。在在在在这这这这一一一一类类类类中中中中又又又又可可可可分分分分为为为为室室室室温温温温型型型型微微微微生生生生物物物物和和和和体体体体温温温温型型型型微微微微生生生生物物物物。前前前前者者者者多多多多数数数数是是是是腐腐腐腐生生生生型型型型微微微微生生生生物物物物,它它它它们们们们的的的的最最最最适适适适生生生生长长长长温温温温度度度度一一一一般般般般为为为为20202828；人人人人和和和和温温温温血血血血动动动动物物物物的的的的寄寄寄寄生生生生菌菌菌菌属属属属于于于于体温性微生物，它们的最适生长温度与其宿主体温接近，在体温性微生物，它们的最适生长温度与其宿主体温接近，在体温性微生物，它们的最适生长温度与其宿主体温接近，在体温性微生物，它们的最适生长温度与其宿主体温接近，在37374545之间。之间。之间。之间。3.3.嗜嗜嗜嗜高高高高温温温温微微微微生生生生物物物物（thermophilesthermophiles）能能能能在在在在4545以以以以上上上上生生生生长长长长的的的的微微微微生生生生物物物物均均均均属属属属这这这这一一一一大大大大类类类类。它它它它们们们们常常常常存存存存在在在在于于于于温温温温泉泉泉泉、堆堆堆堆肥肥肥肥中中中中，土土土土壤壤壤壤中中中中也也也也有有有有高高高高温温温温菌菌菌菌。在在在在发发发发酵酵酵酵工工工工业业业业中中中中，如果能找到好热菌作为菌种，可以缩短生产周期，防止杂菌污染。如果能找到好热菌作为菌种，可以缩短生产周期，防止杂菌污染。如果能找到好热菌作为菌种，可以缩短生产周期，防止杂菌污染。如果能找到好热菌作为菌种，可以缩短生产周期，防止杂菌污染。二、水分二、水分二、水分二、水分1水水分分活活性性值值的的概概念念 Aw值值是是指指在在密密闭闭容容器器内内含含有有水水溶溶性性物物质质的的蒸蒸汽汽压压与与相相同同条条件件下下纯纯水水蒸蒸汽汽压压的的比比值值。以以纯纯水水的的蒸蒸汽汽压压为为P0，水溶性物质的蒸汽压为，水溶性物质的蒸汽压为P，则，则Aw=P/P0。不不含含任任何何固固形形物物成成分分的的纯纯水水的的P=P0，即即Aw=1；绝绝对对不不含含水水分分的的物物品品的的 P=0，即即Aw=0，因因此此Aw值值最最大大为为1，最最小小为为0。所所以以Aw值在值在0与与1之间。之间。一些微生物主要类群的最低水分活度一些微生物主要类群的最低水分活度(AW)第三节第三节 环境因素对微生物生长的影响环境因素对微生物生长的影响微生物最低Aw 值微生物最低Aw 值一般细菌090嗜盐细菌075一般酵母菌088干生性霉菌065一般霉菌080耐渗透压酵母菌060氧气对微生物生长的影响氧气对微生物生长的影响1需氧微生物（需氧微生物（aerobe）绝大多数丝状真菌、放线菌和部分细菌属于这个类型。绝大多数丝状真菌、放线菌和部分细菌属于这个类型。2厌氧微生物（厌氧微生物（anaerobe）主主 要要 是是 一一 些些 细细 菌菌 属属 于于 这这 一一 类类 群群，如如 梭梭 状状 芽芽 孢孢 杆杆 菌菌 属属（Clostridium）、产甲烷杆菌属（）、产甲烷杆菌属（Matharobacterium）等。）等。3兼性需氧微生物（兼性需氧微生物（facultative aerobe）绝大多数酵母菌和部分细菌属于这种类型。绝大多数酵母菌和部分细菌属于这种类型。4微量需氧微生物（微量需氧微生物（microaerophilic）只只有有少少数数细细菌菌属属于于此此类类型型，如如拟拟杆杆菌菌属属（Bacteriodes）中中的的个个别种。别种。5耐氧性厌氧微生物（耐氧性厌氧微生物（aerotolerant anaerobe）主要是一些乳酸菌属于该呼吸类型。主要是一些乳酸菌属于该呼吸类型。第三节第三节 环境因素对微生物生长的影响环境因素对微生物生长的影响