微生物的生长繁殖及其控制 (2)精选PPT.ppt

关于微生物的生长繁殖及其控制(2)第1页，讲稿共73张，创作于星期日一个微生物细胞一个微生物细胞合适的外界条件，吸收营养物质，进行代谢。合适的外界条件，吸收营养物质，进行代谢。如果同化作用的速度超过了异化作用如果同化作用的速度超过了异化作用个体的生长个体的生长原生质的总量（重量、体积、大小）就不断增加原生质的总量（重量、体积、大小）就不断增加如果各细胞组分是按恰当的比例增长时，则达到一定程度后就如果各细胞组分是按恰当的比例增长时，则达到一定程度后就会发生繁殖，引起个体数目的增加。会发生繁殖，引起个体数目的增加。群体内各个个体的进一步生长群体内各个个体的进一步生长群体的生长群体的生长第2页，讲稿共73张，创作于星期日微生物生长微生物生长与与繁殖繁殖微生物生长微生物生长是细胞物质是细胞物质有规律地、不可逆增加有规律地、不可逆增加，导致，导致细胞细胞体积扩大体积扩大的生物学过程，这是个体生长的定义。的生物学过程，这是个体生长的定义。繁殖繁殖是微生物生长到一定阶段，由于是微生物生长到一定阶段，由于细胞结构的复制与重建细胞结构的复制与重建并通过特定方式并通过特定方式产生新的生命个体产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的，即引起生命个体数量增加的生物学过程。生物学过程。第3页，讲稿共73张，创作于星期日微生物生长微生物生长与与繁殖繁殖生长生长是一个逐步发生的是一个逐步发生的量变过程量变过程，繁殖繁殖是一个产生新的生是一个产生新的生命个体的命个体的质变过程质变过程。在低等特别是在单细胞的生物里，由于细胞小这两个过在低等特别是在单细胞的生物里，由于细胞小这两个过程是程是紧密联系又很难划分紧密联系又很难划分的过程。的过程。这样微生物生长又可以定义为在一定时间和条件下细胞数量的这样微生物生长又可以定义为在一定时间和条件下细胞数量的增加，这是增加，这是微生物群体生长的定义微生物群体生长的定义。第4页，讲稿共73张，创作于星期日微生物生长微生物生长与与繁殖繁殖个体生长个体生长 个体繁殖个体繁殖 群体生长群体生长群体生长群体生长=个体生长个体生长+个体繁殖个体繁殖第5页，讲稿共73张，创作于星期日第一节第一节 细菌的个体生长细菌的个体生长细菌的个体生长包括细菌的个体生长包括细胞结构的复制与再生细胞结构的复制与再生、细胞的分裂与控制细胞的分裂与控制。第6页，讲稿共73张，创作于星期日一、染色体一、染色体DNA的复制和分离的复制和分离细菌在个体生长过程中通过染色体细菌在个体生长过程中通过染色体DNA的复制，使其的复制，使其遗传特性能保持遗传特性能保持高度的连续性和稳定性高度的连续性和稳定性。第7页，讲稿共73张，创作于星期日一、染色体一、染色体DNA的复制和分离的复制和分离在迅速生长的细菌里，细菌个体细胞增长的过程中，染色体以在迅速生长的细菌里，细菌个体细胞增长的过程中，染色体以双双向的方式进行连续的复制向的方式进行连续的复制，在细胞分裂之前不仅完成了，在细胞分裂之前不仅完成了染色体的复制染色体的复制，而且也开始了二个而且也开始了二个子细胞子细胞DNA分子的复制分子的复制。第8页，讲稿共73张，创作于星期日一、染色体一、染色体DNA的复制和分离的复制和分离分离：分离：复制起点附着在细胞膜复制起点附着在细胞膜上随着膜的生长和细胞的分裂，二个未上随着膜的生长和细胞的分裂，二个未来的子体基因组不断地分离开来，来的子体基因组不断地分离开来，最后到达最后到达2个子细胞中。个子细胞中。第9页，讲稿共73张，创作于星期日二、细胞壁扩增二、细胞壁扩增细胞壁是细胞外的一种细胞壁是细胞外的一种“硬硬”性结构。细胞在生长过程中，细胞壁只性结构。细胞在生长过程中，细胞壁只有通过扩增，才能使细胞体积扩大。有通过扩增，才能使细胞体积扩大。杆菌杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖在细胞壁中是在生长过程中，新合成的肽聚糖在细胞壁中是新老细胞壁呈间隔新老细胞壁呈间隔分布分布，新合成的肽聚糖不是在一个位点而是，新合成的肽聚糖不是在一个位点而是在多个位点插入在多个位点插入；而而球菌球菌在生长过程中，新合成的肽聚糖是固定在在生长过程中，新合成的肽聚糖是固定在赤道板附近插入赤道板附近插入，导，导致新老细胞壁能明显地分开，原来的细胞壁被推向两端。致新老细胞壁能明显地分开，原来的细胞壁被推向两端。第10页，讲稿共73张，创作于星期日二、细胞壁扩增二、细胞壁扩增新合成的肽聚糖可以通过本身短肽中第三位氨基酸新合成的肽聚糖可以通过本身短肽中第三位氨基酸-二氨基氨基酸的氨二氨基氨基酸的氨基基连到原来的细胞壁肽聚糖短肽中连到原来的细胞壁肽聚糖短肽中第四个氨基酸的羧基第四个氨基酸的羧基上，或通过新合成肽聚上，或通过新合成肽聚糖短肽中糖短肽中第四个氨基酸的羧基第四个氨基酸的羧基连到原来细胞壁肽聚糖短肽中第三位的连到原来细胞壁肽聚糖短肽中第三位的二氨二氨基氨基酸的游离氨基基氨基酸的游离氨基上，导致细胞壁肽聚糖链的扩增。上，导致细胞壁肽聚糖链的扩增。地衣芽孢杆菌的肽聚糖是以前面一种方式扩增。地衣芽孢杆菌的肽聚糖是以前面一种方式扩增。第11页，讲稿共73张，创作于星期日三、细菌的分裂与调节三、细菌的分裂与调节当细菌的各种结构复制完成之后就进入分裂时期。此时在当细菌的各种结构复制完成之后就进入分裂时期。此时在细菌长度的细菌长度的中间位置中间位置，通过，通过细胞质膜内陷细胞质膜内陷并伴随并伴随新合成的肽聚糖插入新合成的肽聚糖插入，导致，导致横隔壁向横隔壁向心生长心生长，最后在中心会合，完成一次分裂，将一个细菌分裂成两个大小相，最后在中心会合，完成一次分裂，将一个细菌分裂成两个大小相等的子细菌。等的子细菌。细胞在生长和分裂过程中都伴随有细胞壁的细胞在生长和分裂过程中都伴随有细胞壁的裂解裂解和和闭合闭合两个过程。两个过程。裂解裂解将细胞壁打开，有利于合成的细胞壁物质插入；将细胞壁打开，有利于合成的细胞壁物质插入；闭合闭合是在新合成是在新合成细胞壁物质插入后的开口处重新闭合形成一个完整的细胞壁。细胞壁物质插入后的开口处重新闭合形成一个完整的细胞壁。第12页，讲稿共73张，创作于星期日三、细菌的分裂与调节三、细菌的分裂与调节目前已知目前已知作用于细胞壁肽聚糖的酶作用于细胞壁肽聚糖的酶，有作用于双糖链的，有作用于双糖链的N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖胺酶和胺酶和N-乙酰胞壁酸酰胺酶；乙酰胞壁酸酰胺酶；作用于肽聚糖短肽链的作用于肽聚糖短肽链的N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸-L-丙氨丙氨酸酰胺酶，酸酰胺酶，D.D-羧肽酶羧肽酶，转肽酶转肽酶，内肽酶和，内肽酶和L.D-羧肽酶。它们在细菌细胞壁羧肽酶。它们在细菌细胞壁的打开和闭合中起着重要作用。的打开和闭合中起着重要作用。细菌的生长和分裂是两个重要过程，这两个过程如何协调，其机理不完全细菌的生长和分裂是两个重要过程，这两个过程如何协调，其机理不完全了解，根据目前的某些资料认为了解，根据目前的某些资料认为转肽酶和转肽酶和D.D-羧肽酶的活性比羧肽酶的活性比在生长和分裂在生长和分裂两个过程中起着重要作用。两个过程中起着重要作用。转肽酶转肽酶可以催化可以催化两个肽聚糖短肽链的连接两个肽聚糖短肽链的连接，D.D-羧肽酶羧肽酶则是则是催化肽聚催化肽聚糖的五肽转变成四肽并放出一个丙氨酸糖的五肽转变成四肽并放出一个丙氨酸。第13页，讲稿共73张，创作于星期日三、细菌的分裂与调节三、细菌的分裂与调节转肽酶活性比羧肽酶活性高转肽酶活性比羧肽酶活性高，新合成的肽聚糖中四肽单位比五肽单位的比，新合成的肽聚糖中四肽单位比五肽单位的比率低，有利于细胞壁扩增，率低，有利于细胞壁扩增，导致细菌生长导致细菌生长；转肽酶活性比羧肽酶活性低转肽酶活性比羧肽酶活性低，新合成的肽聚糖四肽单位比五肽单位的比，新合成的肽聚糖四肽单位比五肽单位的比率高，细胞壁合成部位中率高，细胞壁合成部位中四肽单位数量多，可以接受更多新合成的肽聚糖四肽单位数量多，可以接受更多新合成的肽聚糖，有利于横隔壁形成，有利于横隔壁形成，导致细胞分裂导致细胞分裂。分裂前分裂前的细胞内的细胞内羧肽酶羧肽酶的活性高，而在刚的活性高，而在刚完成分裂完成分裂产生的子细胞内产生的子细胞内转肽酶转肽酶的活性高。的活性高。第14页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，测菌细胞数目。以培养时间为在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，测菌细胞数目。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制曲线。横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制曲线。第15页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖第16页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖1、迟缓期、迟缓期(Lag phase)细菌接种到新鲜培养基而处于一个新的生长环境，因此在一段时间细菌接种到新鲜培养基而处于一个新的生长环境，因此在一段时间里并不马上分裂，细菌的数量维持恒定，或增加很少。此时胞内的里并不马上分裂，细菌的数量维持恒定，或增加很少。此时胞内的RNA、蛋白质等物质含量有所增加，相对地此时的细胞体积最大，说明蛋白质等物质含量有所增加，相对地此时的细胞体积最大，说明细菌并不是细菌并不是处于完全静止的状态处于完全静止的状态。微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏足够的能。微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏足够的能量和必需的生长因子，种子老化或未充分活化，接种时造成的损伤等。量和必需的生长因子，种子老化或未充分活化，接种时造成的损伤等。第17页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖1、迟缓期、迟缓期(Lag phase)（1）生长繁殖的速度几乎等于零）生长繁殖的速度几乎等于零（2）细胞形态增大，杆菌的长度增加。）细胞形态增大，杆菌的长度增加。（3）细胞内核酸含量增加，原生质呈嗜碱性。）细胞内核酸含量增加，原生质呈嗜碱性。（4）合成代谢活跃，核糖体、酶类合成加快，易产生诱导酶。）合成代谢活跃，核糖体、酶类合成加快，易产生诱导酶。（5）对外界不良条件，如温度和抗生素等反应敏感。）对外界不良条件，如温度和抗生素等反应敏感。第18页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖影响适应期长短的因素：影响适应期长短的因素：（1）菌种的种类。）菌种的种类。（2）菌种的菌龄。）菌种的菌龄。（3）培养基成分接种量。）培养基成分接种量。（4）接种量。）接种量。第19页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖1、迟缓期、迟缓期(Lag phase)在工业发酵和科研中：在工业发酵和科研中：(1)通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；(2)利用对数生长期的健壮的细胞作为种子；利用对数生长期的健壮的细胞作为种子；(3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；(4)适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的影响适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的影响。一般来说，。一般来说，接种量增大可缩短甚至消除延迟期（发酵工业上一般采用接种量增大可缩短甚至消除延迟期（发酵工业上一般采用1/10的接种量）；的接种量）；第20页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖第21页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖2、对数生长期、对数生长期(Log phase)又称指数生长期又称指数生长期(Exponential phase)。细菌经过迟缓期进入对数生长期，。细菌经过迟缓期进入对数生长期，并以最大的速率生长和分裂，导致细菌数量呈并以最大的速率生长和分裂，导致细菌数量呈对数增加对数增加，而且细菌内，而且细菌内各成分各成分按比例有规律地增加，按比例有规律地增加，此时期内的细菌生长是此时期内的细菌生长是平衡生长。平衡生长。第22页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖2、对数生长期、对数生长期(Log phase)（1）生长繁殖速度快，活菌的数目呈对数增长，世代时间最短，且在）生长繁殖速度快，活菌的数目呈对数增长，世代时间最短，且在这个时期内均匀一致。这个时期内均匀一致。（2）细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均匀。）细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最为均匀。（3）代谢活性、酶活性高而稳定。）代谢活性、酶活性高而稳定。（4）菌细胞的形态特征均匀一致，最代表种的特征。）菌细胞的形态特征均匀一致，最代表种的特征。（5）微生物的生化特性均匀一致，并且典型。）微生物的生化特性均匀一致，并且典型。第23页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖2、对数生长期、对数生长期(Log phase)设在时间设在时间 t0 的活菌数为的活菌数为 X0，经培养时间，经培养时间 t 后的菌数为后的菌数为 X 则有繁殖代数则有繁殖代数n：X=X0 lg X=lg X0+n lg 2 n=(lg X-lg X0)/lg 2 =3.3(lg X-lg X0)第24页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖2.影响指数期微生物增代时间的因素影响指数期微生物增代时间的因素（1）菌种。）菌种。（2）营养成分。）营养成分。（3）营养物浓度。）营养物浓度。（4）培养温度。）培养温度。第25页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖第26页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖3、稳定生长期、稳定生长期(Stationary phase)又称恒定期或最高生长期又称恒定期或最高生长期由于营养物质消耗，代谢产物积累和由于营养物质消耗，代谢产物积累和PH等环境变化，逐步不适宜于细菌等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，导致生长速率降低直至零生长，导致生长速率降低直至零(即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数)，结束对数生长期，进入稳定生长期。，结束对数生长期，进入稳定生长期。稳定生长期的活细菌数最高并维持稳定生长期的活细菌数最高并维持稳定。稳定。如果及时采取措施，补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件，如果及时采取措施，补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件，如对好氧菌进行通气、搅拌或振荡等可以如对好氧菌进行通气、搅拌或振荡等可以延长稳定生长期延长稳定生长期，获得更多的菌体，获得更多的菌体物质或代谢产物。物质或代谢产物。第27页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖第28页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖4、衰亡期、衰亡期(Decline或或Death phase)营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率逐步增加和细菌死亡速率逐步增加和活细菌逐步减少，标志进入衰亡期活细菌逐步减少，标志进入衰亡期。该时期细菌代谢活性降低，细菌衰。该时期细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶。该时期死亡的细菌以对数方式增加，但在衰亡期的后期，老并出现自溶。该时期死亡的细菌以对数方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低。由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低。不同的微生物，同一种微生物对不同物质的利用能力不同。有的物不同的微生物，同一种微生物对不同物质的利用能力不同。有的物质可直接被利用质可直接被利用(例如速效碳源或氮源例如速效碳源或氮源)；有的需要经过一定的适应期后才；有的需要经过一定的适应期后才能获得利用能力能获得利用能力(例如迟效碳源或氮源例如迟效碳源或氮源)，当培养基中同时含有这两类碳，当培养基中同时含有这两类碳源或氮源时，源或氮源时，微生物在生长过程中会形成二次生长现象。微生物在生长过程中会形成二次生长现象。第29页，讲稿共73张，创作于星期日第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖第30页，讲稿共73张，创作于星期日二、生长的数学模型二、生长的数学模型对数生长期中微生物的生长数学模型对数生长期中微生物的生长数学模型(Mathema tics for growth)表示。表示。dN/dtN(或或dM/dtM或或dE/dtE)N：每毫升培养液中细胞的数量；：每毫升培养液中细胞的数量；M：每毫升培养液中细胞物质的量；：每毫升培养液中细胞物质的量；E：每毫升培养液中其他细胞物质的量；：每毫升培养液中其他细胞物质的量；：比生长速率：比生长速率(Specific growth rate)，即每单位数量的细菌或物质在单位时间，即每单位数量的细菌或物质在单位时间(小时小时)内增加的量；内增加的量；t：培养时间：培养时间(小时小时)。第31页，讲稿共73张，创作于星期日二、生长的数学模型二、生长的数学模型对上式积分，得对上式积分，得lnNtlnN0(t1t0)(2）转换成以转换成以10为底的对数：为底的对数：logNtlogN0(t1t0)/2.303 (3)Nt与与N0分别代表时间分别代表时间t和和t0时的细胞数量。因此时的细胞数量。因此只要测定从只要测定从N0增加到增加到Nt所用的时间和所用的时间和N0与与Nt的量，就可以由上式求出该条件下的生长速率的量，就可以由上式求出该条件下的生长速率。例如：例如：t0时每毫升培养液中细胞数的为时每毫升培养液中细胞数的为104，经过，经过4小时后该培养液中小时后该培养液中细胞数量增加到每毫升细胞数量增加到每毫升108(Nt)，则此条件该菌的比生长速率为，则此条件该菌的比生长速率为：(logNtlogNo)2.303/tt0(84)2.303/4/小时小时2.303/小时。说明该菌在此条小时。说明该菌在此条件下，每个细菌以每小时增加件下，每个细菌以每小时增加2.303个细菌的速度增加。个细菌的速度增加。第32页，讲稿共73张，创作于星期日代时代时与与倍增时间倍增时间在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为代时代时(Generation time)，通常以，通常以G表示；表示；在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为倍增时间倍增时间(Doubling time)。第33页，讲稿共73张，创作于星期日代时代时与与倍增时间倍增时间根据公式根据公式(2)可以求可以求代时代时与与比生长速率比生长速率之间的关系：之间的关系：tt0Nt2N0G(lnNtlnN0)ln(NtN0)ln2 0.693 仍以上述例子的数量为依据，就可以求出该细菌在此条件下的仍以上述例子的数量为依据，就可以求出该细菌在此条件下的代时代时为：为：G0.693 0.6932.303 0.3(小时小时)第34页，讲稿共73张，创作于星期日代时代时与与倍增时间倍增时间也可以用一般常用的先求出细菌繁殖的世代数也可以用一般常用的先求出细菌繁殖的世代数(n)，然后再求，然后再求G，即，即:n=（lgNt-lgN0）lg2 =（lgNt-lgN0）0.301G=（t1-t0）n =（t1-t0）3.322（lnNtlnN0）代时代时在微生物中变化很大，一般为在微生物中变化很大，一般为一小时左右一小时左右，但生长快的微生，但生长快的微生物在条件适宜时还不到物在条件适宜时还不到10分钟。分钟。第35页，讲稿共73张，创作于星期日x2x1t2t1培养时间培养时间Lg 细胞数细胞数/mlt2 -t13.322(lgx2-lgx1)生长速率常数生长速率常数R=t2 -t13.322(lgx2-lgx1)代时代时G=繁殖代数繁殖代数 n=3.322(lgx2-lgx1)第36页，讲稿共73张，创作于星期日三、主要生长参数三、主要生长参数1.迟缓时间（迟缓时间（T）:微生物在生长过程中，在实际条件下达到对数生长期微生物在生长过程中，在实际条件下达到对数生长期所需时间与理想条件所需时间与理想条件(即无迟缓期即无迟缓期)下达下达 到对数生长期所需时间之差。到对数生长期所需时间之差。迟缓时间长短客观反映了迟缓时间长短客观反映了细菌生长条件适合程度细菌生长条件适合程度。在生产实践中，这个时间越短越好。在生产实践中，这个时间越短越好。第37页，讲稿共73张，创作于星期日三、主要生长参数三、主要生长参数用作图方法求出迟缓时间用作图方法求出迟缓时间:迟缓生长量迟缓生长量则反映了则反映了迟缓期迟缓期给给细胞物质的工业化生产所造成的损失细胞物质的工业化生产所造成的损失。第38页，讲稿共73张，创作于星期日三、主要生长参数三、主要生长参数2.比生长速率比生长速率：比生长速率与比生长速率与微生物的生长基质浓度微生物的生长基质浓度密切相关。目前一般用莫诺密切相关。目前一般用莫诺(Monod)经验公式表示比生长速率与生长基质浓度之间的关系：经验公式表示比生长速率与生长基质浓度之间的关系：m(S（Ks+S）)m:最大比生长速率最大比生长速率；S:生长的基质浓度；生长的基质浓度；Ks：比生长速率为最大比生长速率一半时的：比生长速率为最大比生长速率一半时的基质浓度。在同种基质里它是一个常数，基质浓度。在同种基质里它是一个常数，Ks通常很小；通常很小；当基质浓度很高时当基质浓度很高时，Ks可以忽略不计，可以忽略不计，Ks+SS此时，此时，m，细，细菌以最大比生长速率生长。对数生长期细菌的生长就属于这种情况；菌以最大比生长速率生长。对数生长期细菌的生长就属于这种情况；当基质浓度很低时当基质浓度很低时，Ks+SKs，则，则（mKs）S，此时，比，此时，比生长速率与基质浓度成正比，基质浓度变化引起比生长速率迅速变化。生长速率与基质浓度成正比，基质浓度变化引起比生长速率迅速变化。第39页，讲稿共73张，创作于星期日三、主要生长参数三、主要生长参数3.总生长量总生长量：代表在某一时间里，通过培养所获得的微生物总量与原来：代表在某一时间里，通过培养所获得的微生物总量与原来接种的微生物量之差值，总生长量大小客观上也反映了培养基与生长条件是接种的微生物量之差值，总生长量大小客观上也反映了培养基与生长条件是否适合于菌的生长。否适合于菌的生长。与总生长量相关的另一个参数与总生长量相关的另一个参数-产量常数产量常数(K)，它代表了在培养过程中，它代表了在培养过程中所获得的总生长量所获得的总生长量与与获得这总生长量所消耗基质总量获得这总生长量所消耗基质总量之比，即：之比，即：K总生长量所消耗基质的总量总生长量所消耗基质的总量 K值大小代表值大小代表微生物对基质同化的效率微生物对基质同化的效率，反映了微生物利用某种，反映了微生物利用某种基质生长的效果，因此在生产实践中应采取有效措施，提高基质生长的效果，因此在生产实践中应采取有效措施，提高K值以创造值以创造更大的经济效益。更大的经济效益。第40页，讲稿共73张，创作于星期日三、主要生长参数三、主要生长参数3.总生长量总生长量：代表在某一时间里，通过培养所获得的微生物总量：代表在某一时间里，通过培养所获得的微生物总量与原来接种的微生物量之差值，总生长量大小客观上也反映了培养基与原来接种的微生物量之差值，总生长量大小客观上也反映了培养基与生长条件是否适合于菌的生长。与生长条件是否适合于菌的生长。与总生长量相关的另一个参数与总生长量相关的另一个参数-产量常数产量常数(K)，它代表了在培养过程中所，它代表了在培养过程中所获得的获得的总生长量总生长量与与获得这总生长量所消耗基质总量获得这总生长量所消耗基质总量之比，即：之比，即：K总生长量所消耗基质的总量总生长量所消耗基质的总量 K值大小代表值大小代表微生物对基质同化的效率微生物对基质同化的效率，反映了，反映了微生物利用某种微生物利用某种基质生长的效果基质生长的效果，因此在生产实践中应采取有效措施，提高，因此在生产实践中应采取有效措施，提高K值以创造值以创造更大的经济效益。更大的经济效益。第41页，讲稿共73张，创作于星期日四、同步培养四、同步培养同步培养同步培养(Synchronous culture)是一种培养方法，它能使群体中不同步的是一种培养方法，它能使群体中不同步的细胞转变成细胞转变成 能同时进行生长或分裂的群体细胞。能同时进行生长或分裂的群体细胞。以以同步培养方法同步培养方法使群体细胞能处于同一生长阶段，并同时进行分裂使群体细胞能处于同一生长阶段，并同时进行分裂的生长方式称为的生长方式称为同步生长同步生长。通过同步培养方法获得的细胞被称为通过同步培养方法获得的细胞被称为同步细胞或同步培养物同步细胞或同步培养物。同步培养物常被用来研究在同步培养物常被用来研究在单个细胞上难以研究的生理与遗传特性单个细胞上难以研究的生理与遗传特性和和作为作为工业发酵的种子工业发酵的种子。第42页，讲稿共73张，创作于星期日四、同步培养四、同步培养用一般培养方法获得的细胞通常是不完全同步的细胞；用一般培养方法获得的细胞通常是不完全同步的细胞；同步培养方法获得的同步细胞经几次传代之后，也会出现不同步同步培养方法获得的同步细胞经几次传代之后，也会出现不同步的现象。的现象。第43页，讲稿共73张，创作于星期日四、同步培养四、同步培养-1.机械方法机械方法根据微生物细胞在根据微生物细胞在不同生长阶段的细胞体积与质量或根据它们同不同生长阶段的细胞体积与质量或根据它们同某种材料结合能力不同某种材料结合能力不同的原理设计出来的方法。的原理设计出来的方法。(1)离心方法离心方法:密度梯度密度梯度离心将不同细胞分布成不同的离心将不同细胞分布成不同的细胞带，分别将它们取出进行细胞带，分别将它们取出进行培养。培养。第44页，讲稿共73张，创作于星期日四、同步培养四、同步培养-1.机械方法机械方法(2)过滤分离法过滤分离法:通过孔径大小不同微孔滤器，从而将大小不同的细胞分通过孔径大小不同微孔滤器，从而将大小不同的细胞分开，分别将滤液中的细胞取出进行培养。开，分别将滤液中的细胞取出进行培养。第45页，讲稿共73张，创作于星期日四、同步培养四、同步培养-1.机械方法机械方法(3)硝酸纤维素滤膜法硝酸纤维素滤膜法:根据细根据细菌能紧紧结合到硝酸纤维素滤膜上菌能紧紧结合到硝酸纤维素滤膜上的特点，将细菌悬液通过垫有硝酸的特点，将细菌悬液通过垫有硝酸纤维素滤膜的过滤器，然后将滤器纤维素滤膜的过滤器，然后将滤器颠倒过来，再将培养基流过滤器，颠倒过来，再将培养基流过滤器，以洗去未结合的细菌，然后将滤器以洗去未结合的细菌，然后将滤器放入适宜条件下培养一段时间放入适宜条件下培养一段时间其后其后仍将培养基流过滤器仍将培养基流过滤器，这时，这时新分裂产生的细菌被洗下，分部收集并新分裂产生的细菌被洗下，分部收集并通过培养获得同化细胞。通过培养获得同化细胞。第46页，讲稿共73张，创作于星期日四、同步培养四、同步培养-2.环境条件控制技术环境条件控制技术根据根据细菌生长与分裂对环境因子要求不同细菌生长与分裂对环境因子要求不同的原理设计的。的原理设计的。(1)温度温度 通过通过适宜与不适宜温度的交替适宜与不适宜温度的交替处理之后，通过培养可获处理之后，通过培养可获得同步细胞。得同步细胞。(2)培养基成份控制培养基成份控制 将不同步的细菌在将不同步的细菌在营养不足的条件下营养不足的条件下培养一段培养一段时间，然后转移到营养丰富的培养基里培养。另外也可以转接到含有一时间，然后转移到营养丰富的培养基里培养。另外也可以转接到含有一定浓度的，能定浓度的，能抑制蛋白质等生物大分子合成抑制蛋白质等生物大分子合成的化学物质，培养一段时间后，的化学物质，培养一段时间后，再转接到完全培养基里培养。再转接到完全培养基里培养。(3)其他其他 光合细菌通过光合细菌通过光照和黑暗交替光照和黑暗交替培养；芽孢杆菌培养至培养；芽孢杆菌培养至绝大部分芽孢形成，经绝大部分芽孢形成，经加热处理加热处理，然后转接到新的培养基培养。，然后转接到新的培养基培养。环境条件控制获得同步细胞的机理不完全了解环境条件控制获得同步细胞的机理不完全了解。这种处理可能是导致胞。这种处理可能是导致胞内某些物质合成和积累而导致细胞分裂。内某些物质合成和积累而导致细胞分裂。第47页，讲稿共73张，创作于星期日五、连续培养五、连续培养连续培养连续培养(Continous culture of microorganisms)是在微生物的整个培是在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并能持续以恒定的比生长速率生长并能持续生长下去生长下去的一种培养方法。的一种培养方法。根据生长曲线，根据生长曲线，营养物质的消耗和代谢产物的积累营养物质的消耗和代谢产物的积累是导致微生物生长停是导致微生物生长停止的主要原因。止的主要原因。在微生物培养过程中在微生物培养过程中不断的补充营养物质不断的补充营养物质和和以同样的速率移出培养物以同样的速率移出培养物是是实现微生物连续培养的基本原则。实现微生物连续培养的基本原则。第48页，讲稿共73张，创作于星期日五、连续培养五、连续培养在连续培养里，培养容器中细菌的数量一方面以在连续培养里，培养容器中细菌的数量一方面以比生长速率的数量增比生长速率的数量增加加，同时又在，同时又在以稀释率的数量减少以稀释率的数量减少。它们分别是：。它们分别是：菌数增加速率：菌数增加速率：dN/dtN菌数减少速率：菌数减少速率：dN/dt(f/V)NDNN：培养容器中的细菌数；：培养容器中的细菌数；F：培养液流出的速率：培养液流出的速率(或称为流加速率或称为流加速率)(L/h)V：培养容器中的有效体积；：培养容器中的有效体积；D：稀释率：稀释率，即培养基每小时流过培养容器的体积数。，即培养基每小时流过培养容器的体积数。稀释率的倒数稀释率的倒数(1/D)表示表示流入的培养基在培养容器中停留的时间流入的培养基在培养容器中停留的时间。第49页，讲稿共73张，创作于星期日五、连续培养五、连续培养当连续培养未达到平衡状时，培养容器中净增加的细菌数为：当连续培养未达到平衡状时，培养容器中净增加的细菌数为：dNNDN(D)N(4)该式反映了该式反映了连续培养中菌数变化的规律连续培养中菌数变化的规律：当当D时，培养容器中细菌数会不断增加，因此在培养过程中营养时，培养容器中细菌数会不断增加，因此在培养过程中营养物质不断消耗和代谢产物不断积累，导致细菌生长停止；物质不断消耗和代谢产物不断积累，导致细菌生长停止；当当D时，培养容器中细菌数会因不断稀释而减少，直至全部被稀时，培养容器中细菌数会因不断稀释而减少，直至全部被稀释掉；释掉；当当D时，培养容器中细菌数可以维持在一定水平上，表明连续时，培养容器中细菌数可以维持在一定水平上，表明连续培养达到平衡状态，此时培养达到平衡状态，此时比生长速率比生长速率公式公式m(S/（Ks+S）)可以改为可以改为Dm(S/（Ks+S）)解方式得：解方式得：SKs（D/（mD）(5)第50页，讲稿共73张，创作于星期日五、连续培养五、连续培养SKs（D/（mD）(5)该方程表示了连续培养平衡状态中该方程表示了连续培养平衡状态中营养物质浓度变化营养物质浓度变化与与稀释率稀释率之间的之间的关系。关系。在平衡生长状态时，培养液内某营养物质浓度保持恒定，因此在平衡生长状态时，培养液内某营养物质浓度保持恒定，因此加到培养加到培养容器的某种营养物质浓度容器的某种营养物质浓度(DSi)等于等于机体生长所消耗的营养物质机体生长所消耗的营养物质(dS/dt)与与稀释时流出营养物质稀释时流出营养物质(DS0)之和。之和。DSi（dS/dt）+DS0(6)Si：流入培养基中某营养产物质的浓度；：流入培养基中某营养产物质的浓度；S0：流出培养液中同种营养物质的浓度；：流出培养液中同种营养物质的浓度；dS/dt：培养过程中，同种营养物质利用的速率。：培养过程中，同种营养物质利用的速率。第51页，讲稿共73张，创作于星期日五、连续培养五、连续培养连续培养在生产实践上可以连续培养在生产实践上可以缩短生长周期缩短生长周期，提高生产设备的利用，提高生产设备的利用率，率，降低产品成本降低产品成本。连续培养也有它的缺点，即连续培养也有它的缺点，即营养物质的利用率低营养物质的利用率低；由于培养时间；由于培养时间长，长，污染杂菌的机会增多污染杂菌的机会增多；菌种易退化菌种易退化等。等。第52页，讲稿共73张，创作于星期日五、连续培养五、连续培养（1）恒化器连续培养恒化器连续培养 在整个培养过程在整个培养过程 中通过控制培养基中某种中通过控制培养基中某种营养营养物质的浓度基本恒定物质的浓度基本恒定的方式，保持细菌的比生长速率恒定，使生长的方式，保持细菌的比生长速率恒定，使生长“不断不断”进行。进行。培养基中的某种营养物质通常是作为细菌培养基中的某种营养物质通常是作为细菌比生长速率的控制因子比生长速率的控制因子，这类因子一般是氨基酸和氨等氮源，或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是这类因子一般是氨基酸和氨等氮源，或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是无机盐，生长因子等物质。无机盐，生长因子等物质。恒化器连续培养通常用于微生物学的研究，恒化器连续培养通常用于微生物学的研究，筛选不同的变种筛选不同的变种。特点：维持营养成分的亚适量，控制微生物生长速率。特点：维持营养成分的亚适量，控制微生物生长速率。菌体生长菌体生长速率恒定，菌体均一、密度稳定，产量低于最高菌体产量速率恒定，菌体均一、密度稳定，产量低于最高菌体产量。第53页，讲稿共73张，创作于星期日恒化器（恒化器（Chemostat 或或bactogen）第54页，讲稿共73张，创作于星期日五、连续培养五、连续培养（2）恒浊器连续培养恒浊器连续培养 通过连续培养装置中的光电系统控制培养通过连续培养装置中的光电系统控制培养基中基中菌体浓度恒定菌体浓度恒定、使细菌生长连续进行的一种培养方式。、使细菌生长连续进行的一种培养方式。特点：基质过量，微生物始终特点：基质过量，微生物始终以最高速率进行生长以最高速率进行生长，并可在允许范围，并可在允许范围内控制不同的菌体密度；但内控制不同的菌体密度；但工艺复杂，烦琐工艺复杂，烦琐。此种培养方式一般用于此种培养方式一般用于菌体以及与菌体生长平行的代谢产物生产菌体以及与菌体生长平行的代谢产物生产的发的发酵工业，从而获得更好的经济效益。酵工业，从而获得更好的经济效益。如乳酸、乙醇等。如乳酸、乙醇等。第55页，讲稿共73张，创作于星期日装置装置控制对象控制对象培养基培养基培养基培养基流速流速生长生长速率速率产物产物应用应用范围范围恒浊器恒浊器菌体密度菌体密度（内控制）（内控制）无限制无限制生长因生长因子子不恒定不恒定最高最高大量菌体大量菌体或与菌体或与菌体形成相平形成相平行的产物行的产物生产生产为主为主恒化器恒化器培养基流培养基流速（外控速（外控制）制）有限制有限制生长因生长因子子恒定恒定低于低于最高最高不同生长不同生长速率的菌速率的菌体体实验实验室为室为主主恒浊器与恒化器的比较恒浊器与恒化器的比较第56页，讲稿共73张，创作于星期日五、连续培养五、连续培养第57页，讲稿共73张，创作于星期日第三节第三节 真菌的生长与繁殖真菌的生长与繁殖一、丝状真菌的生长繁殖一、丝状真菌的生长繁殖 丝状真菌的生长与繁殖的能力很强，而且丝状真菌的生长与繁殖的能力很强，而且方式各种各样方式各种各样，菌丝的，菌丝的断片可以生长繁殖，发育成新个体，一般称此为断片可以生长繁殖，发育成新个体，一般称此为断裂增殖断裂增殖，而自然界，主要靠，而自然界，主要靠形成形成各种无性各种无性和和(或或)有性孢子生长繁殖有性孢子生长繁殖。第58页，讲稿共73张，创作于星期日第三节第三节 真菌的