微生物的生长及其控制精选PPT.ppt

关于微生物的生长及其控制第1页，讲稿共124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124张，创作于星期日生长生长:微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用作用异化作用时，生命个体的重量和体积不断增大的过程。异化作用时，生命个体的重量和体积不断增大的过程。繁殖繁殖生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。发育发育从生长到繁殖，是生物的构造和机能从简单到复杂、从生长到繁殖，是生物的构造和机能从简单到复杂、从量变到质变的发展变化过程，这一过程称为发育。从量变到质变的发展变化过程，这一过程称为发育。生长与繁殖的概念生长与繁殖的概念第3页，讲稿共124张，创作于星期日个体生长个体生长微生物细胞个体吸收营养物质，进行新微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。群体生长群体生长群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或浓度来衡量。密度或浓度来衡量。（由于微生物的个体极小，所以常（由于微生物的个体极小，所以常用群体生长来反映个体生长的状况）用群体生长来反映个体生长的状况）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4页，讲稿共124张，创作于星期日微生物的生长及其控制微生物的生长及其控制第一节第一节 测定微生物生长繁殖的方法测定微生物生长繁殖的方法第二节第二节 微生物的生长规律微生物的生长规律第三节第三节 影响微生物生长的主要因素影响微生物生长的主要因素第四节第四节 微生物培养法微生物培养法第五节第五节 有害微生物的控制有害微生物的控制第5页，讲稿共124张，创作于星期日纯培养纯培养(pure culture)(pure culture)微生物学中把从一个细胞或一微生物学中把从一个细胞或一群相同的细胞经过培养繁殖而得到的后代群相同的细胞经过培养繁殖而得到的后代,称纯培养。称纯培养。描述不同种类、不同生长状态的微生物生长情况，需描述不同种类、不同生长状态的微生物生长情况，需选用不同的测定指标。选用不同的测定指标。第一节第一节 测定微生物生长繁殖的方法测定微生物生长繁殖的方法第6页，讲稿共124张，创作于星期日微生物纯培养生长的测定方法微生物纯培养生长的测定方法一、测生长量一、测生长量直接法直接法(干重法，测体积法干重法，测体积法)间接法间接法（比浊法，碳、氮含量法，其它生理指标）（比浊法，碳、氮含量法，其它生理指标）二、计繁殖数二、计繁殖数直接法直接法（死、活细胞总数）血球计数板、比例计数法（死、活细胞总数）血球计数板、比例计数法间接法间接法（活菌）平板菌落计数法、（活菌）平板菌落计数法、液体稀释法、液体稀释法、膜过滤法膜过滤法第7页，讲稿共124张，创作于星期日一、测生长量（微生物生长量和生理指标测定法）一、测生长量（微生物生长量和生理指标测定法）1、直接法、直接法（1）粗放的测体积法）粗放的测体积法（2）精确的称干重法精确的称干重法将一定量的菌液中的菌体通过离心或过滤分离出来，然将一定量的菌液中的菌体通过离心或过滤分离出来，然后烘干后烘干(干燥温度可采用干燥温度可采用105、100或或80)、称重。、称重。一般干重为湿重的一般干重为湿重的10%20%，而一个细菌细胞一般重，而一个细菌细胞一般重约约10-1210-13g。该法适合菌浓较高的样品。该法适合菌浓较高的样品。例例：大大肠肠杆杆菌菌一一个个细细胞胞一一般般重重约约10121013g，100ml培培养养物物若若得得1090mg干干重重的的细细胞胞。则则液液体体培培养养物物中中细细胞胞浓浓度度达达到到2109个个/ml。第8页，讲稿共124张，创作于星期日2、间接法、间接法（1 1）比浊法）比浊法 借助于分光光度计，在一定波长下测借助于分光光度计，在一定波长下测定菌悬液的光密度，就可反应出菌液的浓度。定菌悬液的光密度，就可反应出菌液的浓度。原理：在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度与混浊度成原理：在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度与混浊度成正比，即与光密度成正比，菌数越多，光密度越大。正比，即与光密度成正比，菌数越多，光密度越大。特点：特点：快速、简便。快速、简便。第9页，讲稿共124张，创作于星期日（2）生理指标法）生理指标法测含氮量测含氮量蛋白质是细胞的主要物质，含量稳定，而氮是蛋白质的主要蛋白质是细胞的主要物质，含量稳定，而氮是蛋白质的主要成分，通过测含氮量就可推知微生物的浓度。成分，通过测含氮量就可推知微生物的浓度。一般细菌含氮量为干重的一般细菌含氮量为干重的12.5%，酵母菌为，酵母菌为7.5%，霉菌为，霉菌为6.0%，根据一定体积培养液中的含氮量再乘以，根据一定体积培养液中的含氮量再乘以6.25，就可测得，就可测得粗蛋白的含量粗蛋白的含量:N6.25=Pr其他方法其他方法含碳、磷、含碳、磷、DNA、RNA、耗氧量、消耗底物量、产耗氧量、消耗底物量、产CO2、产酸、产热、粘度等，都可用于生长量的测定。产酸、产热、粘度等，都可用于生长量的测定。第10页，讲稿共124张，创作于星期日血球计数板法血球计数板法（死、活细胞在内的总菌数）（死、活细胞在内的总菌数）二、计繁殖数（单细胞微生物细胞数目的检测法）二、计繁殖数（单细胞微生物细胞数目的检测法）（一）直接法（一）直接法如用特殊染料对菌体进如用特殊染料对菌体进行染色后，再用光学显行染色后，再用光学显微镜计数，可作活菌计微镜计数，可作活菌计数和总菌计数。数和总菌计数。第11页，讲稿共124张，创作于星期日（二）间接法（二）间接法活菌计数法活菌计数法（1）平板菌落计数法）平板菌落计数法第12页，讲稿共124张，创作于星期日菌落形成单位菌落形成单位（colonyformingunit,cfu）一定菌样中的单个微生物经培养后，形成的单菌落。一定菌样中的单个微生物经培养后，形成的单菌落。根据每皿上形成的根据每皿上形成的cfu数乘上稀释度即可推算出菌样的含菌数。数乘上稀释度即可推算出菌样的含菌数。第13页，讲稿共124张，创作于星期日（2）厌氧菌的菌落计数法）厌氧菌的菌落计数法亨盖特滚管培养法。亨盖特滚管培养法。半固体深层琼脂法。半固体深层琼脂法。第14页，讲稿共124张，创作于星期日第二节第二节微生物的生长规律微生物的生长规律一、微生物的个体生长和同步生长一、微生物的个体生长和同步生长二、单细胞微生物的典型生长曲线二、单细胞微生物的典型生长曲线三、微生物的连续培养三、微生物的连续培养四、微生物的高密度培养四、微生物的高密度培养第15页，讲稿共124张，创作于星期日由于微生物细胞极其微小，研究其个体生长存在着技术上的由于微生物细胞极其微小，研究其个体生长存在着技术上的困难（用电子显微镜和同步培养技术）。困难（用电子显微镜和同步培养技术）。同步生长同步生长（synchronousgrowth）：一个细胞群体中各个）：一个细胞群体中各个细胞都在同一时间进行分裂的状态，称为同步生长。细胞都在同一时间进行分裂的状态，称为同步生长。同步培养技术：同步培养技术：获得同步生长的技术。获得同步生长的技术。同步细胞：同步细胞：进行同步分裂的细胞称为进行同步分裂的细胞称为同步细胞。同步细胞。同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一相，彼同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一相，彼此间形态、生化特征都很一致，因而是细胞学、生理学和此间形态、生化特征都很一致，因而是细胞学、生理学和生物化学等研究的良好材料。生物化学等研究的良好材料。一、微生物的个体生长和同步生长一、微生物的个体生长和同步生长第16页，讲稿共124张，创作于星期日获得同步生长的方法：获得同步生长的方法：获得同步生长的方法主要有两类：获得同步生长的方法主要有两类：环境条件诱导法：环境条件诱导法：抗生素、变换温度、光线、培养基等。造成与正常细抗生素、变换温度、光线、培养基等。造成与正常细胞周期不同的周期变化。胞周期不同的周期变化。机械筛选法：机械筛选法：选择性过滤、梯度离心或膜洗脱法。选择性过滤、梯度离心或膜洗脱法。物理方法，随机选择，不影响细胞代谢。物理方法，随机选择，不影响细胞代谢。第17页，讲稿共124张，创作于星期日硝酸纤维素膜硝酸纤维素膜法法原理：原理：一些细菌细胞会紧紧粘附于具不同电荷的硝酸纤维微一些细菌细胞会紧紧粘附于具不同电荷的硝酸纤维微孔滤膜上。孔滤膜上。步骤：步骤：菌悬液通过微孔滤膜，细胞吸附其上；菌悬液通过微孔滤膜，细胞吸附其上；反置滤膜，以新鲜培养液通过滤膜，洗掉浮游细胞；反置滤膜，以新鲜培养液通过滤膜，洗掉浮游细胞；除去起始洗脱液后就可以得到刚刚分裂下来的新生细胞，除去起始洗脱液后就可以得到刚刚分裂下来的新生细胞，即为同步培养。即为同步培养。这种细胞在培养过程中，一般经这种细胞在培养过程中，一般经23个分裂周期就会丧失其同步性。个分裂周期就会丧失其同步性。第18页，讲稿共124张，创作于星期日二、单细胞微生物的典型生长曲线二、单细胞微生物的典型生长曲线生长曲线：定量描述液体培养基中微生物群体生长规律生长曲线：定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲线。的实验曲线。单细胞微生物主要包括细菌和酵母菌，其群体生长单细胞微生物主要包括细菌和酵母菌，其群体生长是以群体中细胞数量的增加来表示的。是以群体中细胞数量的增加来表示的。由一个细胞分裂成为两个细胞的时间间隔称为由一个细胞分裂成为两个细胞的时间间隔称为世代世代，一个世代所需的时间就是一个世代所需的时间就是代时（代时（enerationtime,G），代时也就是群体细胞数目扩大一倍所需，代时也就是群体细胞数目扩大一倍所需时间，有时时间，有时也称为也称为倍增时间倍增时间。生长速率常数：每小时分裂次数，用生长速率常数：每小时分裂次数，用R表示。表示。第19页，讲稿共124张，创作于星期日右图表示的是一个细胞经过右图表示的是一个细胞经过若干代分裂后的情况。如图若干代分裂后的情况。如图可见，每经过一个代时，细可见，每经过一个代时，细胞数目就增加一倍，呈指数胞数目就增加一倍，呈指数增加，因而被称为增加，因而被称为指数生长指数生长，这就是这就是单细胞群体生长的特征。单细胞群体生长的特征。即：即：X2=X12n第20页，讲稿共124张，创作于星期日将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的新鲜液体培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。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为胞数目。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制所得的曲线。纵坐标，绘制所得的曲线。生长曲线的制作生长曲线的制作第21页，讲稿共124张，创作于星期日以细菌为例介绍无分支单细胞微生物群体生长规律，以细菌为例介绍无分支单细胞微生物群体生长规律，其结论也基本适用于酵母菌。其结论也基本适用于酵母菌。生长曲线代表了单细胞微生物在新的环境中从开始生生长曲线代表了单细胞微生物在新的环境中从开始生长、分裂直至死亡的整个动态变化过程。长、分裂直至死亡的整个动态变化过程。每种单细胞微生物都有各自的典型生长曲线，但它们每种单细胞微生物都有各自的典型生长曲线，但它们的生长过程却有着共同的规律性。一般可以将生长曲线的生长过程却有着共同的规律性。一般可以将生长曲线划分为四个时期。划分为四个时期。第22页，讲稿共124张，创作于星期日典型生长曲线典型生长曲线（Growthcurve）延延滞滞期期对对数数期期稳定期稳定期衰亡期衰亡期时期的划分：按照生长速率常数时期的划分：按照生长速率常数R（growthraceconstant）的不同）的不同第23页，讲稿共124张，创作于星期日又称：停滞期、调整期、适应期又称：停滞期、调整期、适应期1.现象：现象：活菌数没增加，曲线平行于横轴。活菌数没增加，曲线平行于横轴。2.特点：特点：生长速率常数生长速率常数R=0细胞形态变大或增长细胞形态变大或增长细胞内细胞内RNA特别是特别是rRNA含量增高，原生质嗜碱性增强含量增高，原生质嗜碱性增强合成代谢活跃（核糖体、酶类、合成代谢活跃（核糖体、酶类、ATP合成加快），易产生诱导酶合成加快），易产生诱导酶对外界不良条件敏感，（如氯化钠浓度、温度、抗生素等化学药物）对外界不良条件敏感，（如氯化钠浓度、温度、抗生素等化学药物）3.原因：原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物（一）（一）延滞期（延滞期（lagphase）第24页，讲稿共124张，创作于星期日认识延迟期的特点及形成原因对实践的指导意义：认识延迟期的特点及形成原因对实践的指导意义：在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期，措施有：在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期，措施有：接种龄：采用对数生长期的健壮菌种；接种龄：采用对数生长期的健壮菌种；增加接种量；一般来说，增加接种量；一般来说，接种量增大可缩短甚至消除延接种量增大可缩短甚至消除延迟期（发酵工业上一般采用迟期（发酵工业上一般采用1/10的接种量）；的接种量）；调整培养基的成分，应适当丰富，且发酵培养基成分调整培养基的成分，应适当丰富，且发酵培养基成分尽量与种子培养基的成分接近。尽量与种子培养基的成分接近。第25页，讲稿共124张，创作于星期日（二）对数期（二）对数期（logarithmicphase，指数期指数期）在生长曲线中，紧接着延滞期的一段细胞数目以几在生长曲线中，紧接着延滞期的一段细胞数目以几何级数增长的时期。何级数增长的时期。其对数与时间呈直线关系。其对数与时间呈直线关系。1、指数期的特点：、指数期的特点：生长速率常数生长速率常数R最大，即代时最短最大，即代时最短;细胞进行细胞进行平衡生长平衡生长，菌体大小、形态、生理特征菌体大小、形态、生理特征等比较一致等比较一致;酶系活跃，代谢最旺盛酶系活跃，代谢最旺盛;细胞对理化因素较敏感。细胞对理化因素较敏感。第26页，讲稿共124张，创作于星期日2、指数期中的的三个重要参数、指数期中的的三个重要参数v繁殖代数（繁殖代数（n）指数生长方式：指数生长方式：1、2、4、82n设接种时细胞数为设接种时细胞数为x1,时间为时间为t1,到时间到时间t2后，繁殖后，繁殖n代，细胞数为代，细胞数为x2，它们之间的相互关系为：它们之间的相互关系为：x2=x12n以对数表示：以对数表示：x2=x1+n2 n=3.322(x2-x1)x2-x12第27页，讲稿共124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28页，讲稿共124张，创作于星期日代时在不同种微生物中的变化很大，多数微生物的代时为代时在不同种微生物中的变化很大，多数微生物的代时为13h，然而有些快速生长的微生物的代时还不到，然而有些快速生长的微生物的代时还不到10min,而另一而另一些微生物的代时却可长达几小时或几天；些微生物的代时却可长达几小时或几天；另外，同一种微生物，在不同的生长条件下其代时的长短也另外，同一种微生物，在不同的生长条件下其代时的长短也不同；但是，在一定条件下，每一种微生物的代时是恒定的，不同；但是，在一定条件下，每一种微生物的代时是恒定的，因此它是微生物菌种的一个重要特征。因此它是微生物菌种的一个重要特征。第29页，讲稿共124张，创作于星期日一一些些细细菌菌的的代代时时菌名菌名培养基培养基培养温度培养温度代时代时E.coli（大肠杆菌）（大肠杆菌）肉汤肉汤3717minE.coli牛奶牛奶3712.5Enterobacteraerogenes（产气肠细菌）（产气肠细菌）肉汤或牛奶肉汤或牛奶371618E.aerogenes组合组合372944B.Cereus（蜡状芽孢杆菌）（蜡状芽孢杆菌）肉汤肉汤3018B.thermophilus（嗜热芽孢杆菌）（嗜热芽孢杆菌）肉汤肉汤5518.3Lactobacillusacidophilus（嗜酸乳杆菌）（嗜酸乳杆菌）牛奶牛奶376687Streptococcuslactis（乳酸链球菌）（乳酸链球菌）牛奶牛奶3726S.lactis乳糖肉汤乳糖肉汤3748Azotobacterchroococcum（褐球固氮菌）（褐球固氮菌）葡萄糖葡萄糖2534446Mycobacteriumtuberculosis（结核分枝杆菌）组合（结核分枝杆菌）组合3779293Nitrobacteragilis（活跃硝化杆菌）（活跃硝化杆菌）组合组合271200第30页，讲稿共124张，创作于星期日3影响指数期微生物代时长短的因素影响指数期微生物代时长短的因素（1）菌种：不同菌种其代时差别极大。）菌种：不同菌种其代时差别极大。（2）营养成分：同一种微生物，在营养丰富的培养基上）营养成分：同一种微生物，在营养丰富的培养基上生长时，其代时较短，反之则长。生长时，其代时较短，反之则长。（3）营养物浓度：既影响微生物的生长速率，又影响它）营养物浓度：既影响微生物的生长速率，又影响它的生长总量。的生长总量。（浓度（浓度0.12.0mg/mL影响生长速影响生长速率，浓度率，浓度2.08.0mg/mL时影响最终产量）时影响最终产量）（4）培养温度：温度对微生物的生长速率明显的影响。）培养温度：温度对微生物的生长速率明显的影响。第31页，讲稿共124张，创作于星期日营养物浓度与对数期生长速率和产量营养物浓度与对数期生长速率和产量作用方式作用方式作用方式作用方式：影响微影响微生物的生长速率和生物的生长速率和总生长量。总生长量。生长限制因子生长限制因子生长限制因子生长限制因子：凡是处于较低浓度凡是处于较低浓度范围内，可影响生范围内，可影响生长速率和菌体产量长速率和菌体产量的营养物就称生长的营养物就称生长限制因子。限制因子。8.0mg/ml6.0mg/ml4.0mg/ml2.0mg/ml1.0mg/ml0.5mg/ml0.2mg/ml0.1mg/ml只最大收只最大收获量受影响获量受影响生长速度和最大生长速度和最大收获量受影响收获量受影响时间时间细胞数或菌体量细胞数或菌体量第32页，讲稿共124张，创作于星期日应用意义：应用意义：指数期的微生物具有整个群体的生理特性一致、细胞各指数期的微生物具有整个群体的生理特性一致、细胞各成分平衡增长和生长速率恒定等优点，是：成分平衡增长和生长速率恒定等优点，是：（1 1）用作代谢、生理等研究的良好材料；）用作代谢、生理等研究的良好材料；（2 2）是增殖噬菌体的最适宿主；）是增殖噬菌体的最适宿主；（3 3）是发酵工业中用种子的最佳材料。）是发酵工业中用种子的最佳材料。（4 4）进行染色、形态观察等进行染色、形态观察等的良好材料的良好材料。第33页，讲稿共124张，创作于星期日（三）稳定期（三）稳定期（stationaryphase，恒定期、最高生长期恒定期、最高生长期）1特点：特点：（1）R=0，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。正生长与负生长相等的动态平衡之中。培养物中的细胞数目培养物中的细胞数目达到最高值。达到最高值。（2）菌体产量达到了最高点；）菌体产量达到了最高点；第34页，讲稿共124张，创作于星期日（3）菌体产量与营养物质的消耗间呈现出有规律的比例关系）菌体产量与营养物质的消耗间呈现出有规律的比例关系（可用生长产量常数（可用生长产量常数Y生长得率来表示：表示微生物对生长得率来表示：表示微生物对基质利用效率的高低基质利用效率的高低。Y=菌体干重菌体干重/消耗营养物质的浓度消耗营养物质的浓度根据产量常数可确定微生物对营养物质的需要量根据产量常数可确定微生物对营养物质的需要量意义：消耗每意义：消耗每g或或mol营养物质所产生的菌体干重（营养物质所产生的菌体干重（g）。）。（4）细胞内开始积聚糖原、异染颗粒和脂肪等内含物；）细胞内开始积聚糖原、异染颗粒和脂肪等内含物；（5）芽孢杆菌一般在这时开始形成芽孢；）芽孢杆菌一般在这时开始形成芽孢；（6）通过复杂的次生代谢途径合成抗生素等对人类有用的各种）通过复杂的次生代谢途径合成抗生素等对人类有用的各种次生代谢物（稳定期产物）。次生代谢物（稳定期产物）。Y=xx0C0C=xx0C0第35页，讲稿共124张，创作于星期日2 2稳定期到来的原因稳定期到来的原因（1）营养物尤其是生长是限制因子耗尽；）营养物尤其是生长是限制因子耗尽；（2）营养物的比例失调；）营养物的比例失调；（3）酸、醇、毒素或）酸、醇、毒素或H2O2等有害代谢产物的累积；等有害代谢产物的累积；（4）pH、氧化还原势等物理化学条件越来越不适宜；等等、氧化还原势等物理化学条件越来越不适宜；等等.第36页，讲稿共124张，创作于星期日3 3生产实践的重要指导意义生产实践的重要指导意义（1 1）对以生产菌体或菌体生长相平行的代谢产物的最）对以生产菌体或菌体生长相平行的代谢产物的最佳收获期；佳收获期；（2 2）是对维生素、碱基、氨基酸等物质进行生物测定）是对维生素、碱基、氨基酸等物质进行生物测定的最佳测定时期；的最佳测定时期；（3 3）通过对稳定期到来原因的研究，促进了连续培养原理的）通过对稳定期到来原因的研究，促进了连续培养原理的提出和工艺、技术的创建。提出和工艺、技术的创建。第37页，讲稿共124张，创作于星期日（四）衰亡期（四）衰亡期（declinephase）1、特点：、特点：（1）细胞死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞数，群体中的活菌细胞死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞数，群体中的活菌数目急剧下降，出现数目急剧下降，出现“负生长负生长”（R0）；（2）细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、畸形或衰退形；细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、畸形或衰退形；（3）因菌体本身产生的因菌体本身产生的水解水解酶及代谢产物的作用，使菌体死亡、自溶等，发酶及代谢产物的作用，使菌体死亡、自溶等，发生自溶的菌生长曲线表现为向下跌落的趋势。生自溶的菌生长曲线表现为向下跌落的趋势。（4）有的微生物合成或释放对人类有益的抗生素等次生代谢）有的微生物合成或释放对人类有益的抗生素等次生代谢（5）芽孢杆菌在此期释放芽孢；等等。）芽孢杆菌在此期释放芽孢；等等。衰亡期比其他各时期时间长，它的衰亡期比其他各时期时间长，它的长短也与菌种和环境条件有关。长短也与菌种和环境条件有关。2、产生原因：、产生原因：生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡谢，继而导致菌体的死亡第38页，讲稿共124张，创作于星期日丝状微生物的群体生长丝状微生物的群体生长丝状微生物的纯培养采用孢子丝状微生物的纯培养采用孢子接种，在液体培养基中振荡培接种，在液体培养基中振荡培养或深层通气加搅拌培养，菌养或深层通气加搅拌培养，菌丝体通过断裂繁殖不形成产孢丝体通过断裂繁殖不形成产孢结构。结构。以菌丝干重作为衡量生长的指以菌丝干重作为衡量生长的指标，即以时间为横坐标，以菌标，即以时间为横坐标，以菌丝干重为纵坐标，绘制生长曲丝干重为纵坐标，绘制生长曲线。线。培养时间与菌丝体干重的立培养时间与菌丝体干重的立方根成直线关系。方根成直线关系。可分为三个阶段：可分为三个阶段：1、停滞期（生长延滞期）、停滞期（生长延滞期）2、迅速生长期（快速生长期）、迅速生长期（快速生长期）3、衰亡期（生长衰退期）、衰亡期（生长衰退期）第39页，讲稿共124张，创作于星期日1、生长停滞期、生长停滞期:造成生长停滞的原因一是孢子萌发前真正的停滞造成生长停滞的原因一是孢子萌发前真正的停滞状态，另一种是生长已经开始，但还无法测定。状态，另一种是生长已经开始，但还无法测定。2、迅速生长期、迅速生长期:菌丝体干重迅速增加，其立方根与时间呈直线关菌丝体干重迅速增加，其立方根与时间呈直线关系，菌丝干重不以几何级数增加，没有对数生长期。生长主要系，菌丝干重不以几何级数增加，没有对数生长期。生长主要表现在菌丝尖端的伸长和出现分支、断裂等，此时期的菌体呼表现在菌丝尖端的伸长和出现分支、断裂等，此时期的菌体呼吸强度达到高峰，有的开始积累代谢产物。吸强度达到高峰，有的开始积累代谢产物。3、衰退期、衰退期:菌丝体干重下降，到一定时期不再变化。大多数次级代菌丝体干重下降，到一定时期不再变化。大多数次级代谢产物在此期合成，大多数细胞都出现大的空泡。有些菌丝体还会谢产物在此期合成，大多数细胞都出现大的空泡。有些菌丝体还会发生自溶菌丝体，这与菌种和培养条件有关。发生自溶菌丝体，这与菌种和培养条件有关。丝状微生物的群体生长丝状微生物的群体生长第40页，讲稿共124张，创作于星期日三、微生物的连续培养三、微生物的连续培养（continuousculture）分批培养分批培养（batchculture）：将微生物置于一定容积的定：将微生物置于一定容积的定量的培养基中培养，培养基一次性加入。不再补充和更换，量的培养基中培养，培养基一次性加入。不再补充和更换，最后一次性收获。最后一次性收获。连续培养连续培养（continuousculture）：在微生物培养的过程：在微生物培养的过程中，不断地供给新鲜的营养物质，同时排除含菌体及代中，不断地供给新鲜的营养物质，同时排除含菌体及代谢产物的发酵液，让培养的微生物长时间地处于对数生谢产物的发酵液，让培养的微生物长时间地处于对数生长期，以利于微生物的增殖速度和代谢活性处于某种稳长期，以利于微生物的增殖速度和代谢活性处于某种稳定状态。定状态。连续培养连续培养理论基础理论基础：由于对典型生长曲线中稳定期到来原因：由于对典型生长曲线中稳定期到来原因的认识，采取相应有效措施推迟其来临，从而发展出现在的的认识，采取相应有效措施推迟其来临，从而发展出现在的连续培养技术。连续培养技术。第41页，讲稿共124张，创作于星期日当微生物在单批培养方式下生长达到对数期后期时，一当微生物在单批培养方式下生长达到对数期后期时，一方面以一定的速度流进新鲜培养基并搅拌，另一方面以溢方面以一定的速度流进新鲜培养基并搅拌，另一方面以溢流方式流出培养液，使培养物达到动态平衡，其中的微生流方式流出培养液，使培养物达到动态平衡，其中的微生物就能长期保持对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率。物就能长期保持对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率。单批培养单批培养恒浊法恒浊法恒化法恒化法单批培养单批培养连续培养连续培养时间时间连续流入连续流入新鲜培养液新鲜培养液lg细胞数（个细胞数（个/ml）连续培养连续培养（一）连续培养原理（一）连续培养原理第42页，讲稿共124张，创作于星期日连续连续培养培养器器按控制方式分按控制方式分按培养器的级数分按培养器的级数分按细胞状态分按细胞状态分按用途分按用途分内控制（控制菌体密度）：恒浊器内控制（控制菌体密度）：恒浊器外控制（控制培养液流速、以控制生长外控制（控制培养液流速、以控制生长速率）：恒化器速率）：恒化器单级连续培养器单级连续培养器多级连续培养器多级连续培养器一般连续培养器一般连续培养器固定化细胞连续培养器固定化细胞连续培养器实验室科研用：连续培养器实验室科研用：连续培养器发酵生产用：连续发酵罐发酵生产用：连续发酵罐（二）连续培养器（二）连续培养器第43页，讲稿共124张，创作于星期日（三）连续培养技术（三）连续培养技术1、恒化连续培养恒化连续培养概念概念：以恒定流速使营养物质浓度恒定而保持微生物始终：以恒定流速使营养物质浓度恒定而保持微生物始终在低于其最高生长速率的条件下达到连续培养。在低于其最高生长速率的条件下达到连续培养。原理：原理：通过控制某一种营养物浓度通过控制某一种营养物浓度（如碳、氮源、生长因（如碳、氮源、生长因子等）子等），使其始终成为生长限制因子，而达到控制培养液流，使其始终成为生长限制因子，而达到控制培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行生长繁殖。进行生长繁殖。特点：特点：维持营养成分的维持营养成分的亚适量亚适量，控制微生物生长速率。，控制微生物生长速率。菌体菌体生长速率恒定，菌体均一、密度稳定，产量低于最高菌体产生长速率恒定，菌体均一、密度稳定，产量低于最高菌体产量。量。应用范围：应用范围：实验室科学研究实验室科学研究第44页，讲稿共124张，创作于星期日恒化器（恒化器（Chemostat或或bactogen）第45页，讲稿共124张，创作于星期日概念：概念：根据培养器内微生物的生长根据培养器内微生物的生长密度，借光电控制系统来控制培养密度，借光电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体高密度、生长液流速，以取得菌体高密度、生长速度恒定的微生物细胞。速度恒定的微生物细胞。原理原理：通过调节新鲜培养基流入的：通过调节新鲜培养基流入的速度和培养物流出的速度来速度和培养物流出的速度来维持菌维持菌液浓度不变液浓度不变,即浊度不变即浊度不变。当浊度。当浊度高时，使新鲜培养基的流速加快，高时，使新鲜培养基的流速加快，浊度降低，则减慢培养基的流速。浊度降低，则减慢培养基的流速。特点：特点：基质过量，微生物始终以最基质过量，微生物始终以最高速率进行生长，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内控制不同的菌体密度；但工艺复；但工艺复杂，烦琐。杂，烦琐。2、恒浊培养、恒浊培养使用范围：使用范围：用于生产大量菌体、用于生产大量菌体、生产与菌体生长相平行的某生产与菌体生长相平行的某些代谢产物，如乳酸、乙醇些代谢产物，如乳酸、乙醇等。等。第46页，讲稿共124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47页，讲稿共124张，创作于星期日（四）连续发酵（四）连续发酵（continuousfermentation）将连续培养用于发酵，即为连续发酵。相对于单批发酵而言。将连续培养用于发酵，即为连续发酵。相对于单批发酵而言。SCP的生产、乙醇、乳酸、丙酮和丁醇的发酵、石油脱蜡、污水的生产、乙醇、乳酸、丙酮和丁醇的发酵、石油脱蜡、污水处理等应用。处理等应用。优点：优点：高效，简化了操作装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等单元操作；高效，简化了操作装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等单元操作；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；产品质量稳定；产品质量稳定；节约大量动力、人力、水和蒸汽，且使水、汽、电的负荷均衡合理。节约大量动力、人力、水和蒸汽，且使水、汽、电的负荷均衡合理。缺点：缺点：菌种易于退化；易于遭到杂菌污染；营养物利用率低于单批培养。菌种易于退化；易于遭到杂菌污染；营养物利用率低于单批培养。连续发酵的生产时间受以上因素限制，一般只能维持数月连续发酵的生产时间受以上因素限制，一般只能维持数月1年。年。第48页，讲稿共124张，创作于星期日指微生物在液体培养基中细胞群体密度超过常规培养指微生物在液体培养基中细胞群体密度超过常规培养10倍倍以上时的生长状态或培养技术。现代高密度培养技术主以上时的生长状态或培养技术。现代高密度培养技术主要是用于基因工程菌生产多肽类药物。要是用于基因工程菌生产多肽类药物。选取最佳培养基成分和各成分含量选取最佳培养基成分和各成分含量补料（采用逐量流加的方式进行）补料（采用逐量流加的方式进行）提高溶解氧的浓度提高溶解氧的浓度防止有害代谢产物的生成防止有害代谢产物的生成四、微生物的高密度培养（高密度发酵）四、微生物的高密度培养（高密度发酵）高密度培养的具体方法：高密度培养的具体方法：第49页，讲稿共124张，创作于星期日应用：应用：用基因工程菌生产多肽类贵重药物（胰岛素、用基因工程菌生产多肽类贵重药物（胰岛素、白细胞介素、干扰素、生长激素等）。白细胞介素、干扰素、生长激素等）。不不同同菌菌种种和和同同种种不不同同菌菌株株间间，达达到到高高密密度度的的水水平平差差别别很很大大。E.coliE.coli可可达达174175g(湿湿重重)/L)/L，理理论论值值可达可达200g/L，甚至，甚至400g/L。目前被用于高密度培养的只有大肠杆菌和酿酒酵母。目前被用于高密度培养的只有大肠杆菌和酿酒酵母。第50页，讲稿共124张，创作于星期日第三节第三节 影响微生物生长的主要因素影响微生物生长的主要因素v影响微生物生长的外界因素很多，除了营养因素之影响微生物生长的外界因素很多，除了营养因素之外，还有许多物理化学因素，如：外，还有许多物理化学因素，如：O2、温度、温度、pH值、值、水活度、渗透压、水活度、渗透压、Eh、辐射、辐射、UV、电离辐射、超声波、电离辐射、超声波、化学药剂等化学药剂等。第51页，讲稿共124张，创作于星期日本节主要内容：本节主要内容：一、温度对微生物生长的影响一、温度对微生物生长的影响二、氧气对微生物生长的影响二、氧气对微生物生长的影响三、三、pH值对微生物生长的影响值对微生物生长的影响第52页，讲稿共124张，创作于星期日温度是影响微生物生长繁殖的最重要因素之一。温度是影响微生物生长繁殖的最重要因素之一。温度对微生物的影响具体表现在直接影响细胞内的各种生化反应：温度对微生物的影响具体表现在直接影响细胞内的各种生化反应：v影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。成。v影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利于物质影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利于物质的运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输，因此，的运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输，因此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。v影响物质的溶解度，对生长有影响。影响物质的溶解度，对生长有影响。一、温度对微生物生长的影响一、温度对微生物生长的影响第53页，讲稿共124张，创作于星期日从微生物整体来看从微生物整体来看:生长的温度范围一般在生长的温度范围一般在-10100极端下限为极端下限为-30，极端上限为，极端上限为105300但对于特定的某一种微生物：只能在一定温度范围内生长（宽温微但对于特定的某一种微生物：只能在一定温度范围内生长（宽温微生物、窄温微生物）。生物、窄温微生物）。在这个范围内，每种微生物都有自己的在这个范围内，每种微生物都有自己的生长温度三基点生长温度三基点，即，即最低、最低、最适、最高生长温度。最适、最高生长温度。最适生长温度：某菌分裂代时最短