最新微生物学格式课件第六章微生物的生长及控制PPT课件.ppt
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1、微生物学格式课件第六章微生物的生长及控制第一节第一节 测定生长繁殖的方法测定生长繁殖的方法一、一、测生长量测生长量二、二、计繁殖数计繁殖数1、直接法直接法测体积法测体积法(粗放粗放)称干重法称干重法(精确精确)2、间接法间接法比浊法:分光光度法比浊法:分光光度法(OD)生理指标法:测含氮量生理指标法:测含氮量影响延滞期长短的因素影响延滞期长短的因素(1)接种龄)接种龄(2)接种量)接种量(3)培养基成分)培养基成分 延滞期延滞期(lag phase)出现延滞期的原因?出现延滞期的原因?指数期指数期(exponential phase)是指在生长曲线中,紧接着延滞期的一段细胞数以是指在生长曲线中
2、,紧接着延滞期的一段细胞数以几何级数增长的几何级数增长的时期。时期。生长速率常数生长速率常数R最大,代时最大,代时G最短;最短;整个群体的生理特性较一致;整个群体的生理特性较一致;酶系活跃,代谢旺盛。酶系活跃,代谢旺盛。细胞各成分平衡增长,生长速率恒定;细胞各成分平衡增长,生长速率恒定;三个重要参数三个重要参数(1)繁殖代数)繁殖代数(n)(2)生长速率常数)生长速率常数(R)(3)代时)代时(G)指数期指数期(exponential phase)G=(tG=(t2 2-t-t1 1)/n)/n =(t =(t2 2-t-t1 1)/3.322(lgX)/3.322(lgX2 2-lgX-lg
3、X1 1)R=1/GR=1/G =3.322(lgX =3.322(lgX2 2-lgX-lgX1 1)/(t)/(t2 2-t-t1 1)X X2 2=X=X1 1 2 2n n 两边取对数:两边取对数:lgXlgX2 2=lgX=lgX1 1+nlg2 +nlg2 (lg2lg2=0.301)n=3.322(lgX2-lgX1)n=3.322(lgX2-lgX1)指数期指数期(exponential phase)x2x1t1t2影响代时长短的因素影响代时长短的因素(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)培养温度细胞数或菌体量细胞数或菌体量时间时间
4、8.0mg/ml6.0mg/ml4.0mg/ml2.0mg/ml1.0mg/ml0.5mg/ml0.2mg/ml营养物浓度对生长速度和菌体产量的影响营养物浓度对生长速度和菌体产量的影响 指数期指数期(exponential phase)稳定期稳定期(stationary phase)生长速率常数生长速率常数R=0,即新繁殖的细胞数与衰亡的细,即新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等;胞数相等;菌体产量达到最高点,且产量与营养物质的消耗出现菌体产量达到最高点,且产量与营养物质的消耗出现有规律的比例关系,用生长产量常数有规律的比例关系,用生长产量常数Y表示;表示;Y=(X-XY=(X-X0 0)/C)/
5、C0 0-C-C =(X-X =(X-X0 0)/C)/C0 0 X:稳定期的细胞干重(g/ml培养液)X0:刚接种时的细胞干重C0:限制性营养物的最初浓度(g/ml)C:稳定时期限制性营养物的浓度通过对稳定期到来原因的研究,促进了连续培养原理的提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;出和工艺、技术的创建;对以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物对以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物(SCP(SCP、乳酸、乳酸)等等为目的的一些发酵生产来说,稳定期是产物的最佳收获期:为目的的一些发酵生产来说,稳定期是产物的最佳收获期:是对维生素、碱基和氨基酸等生长因子进行生
6、物测定的最佳是对维生素、碱基和氨基酸等生长因子进行生物测定的最佳测定时期;测定时期;稳定期的实践意义稳定期的实践意义IV 衰亡期衰亡期(death phase)l 微生物个体死亡速度超过新生速度,整个群体呈现负生微生物个体死亡速度超过新生速度,整个群体呈现负生长状态;长状态;l 细胞形态发生变化,出现畸形;细胞形态发生变化,出现畸形;l 有的发生自溶;有的发生自溶;l 有的合成或释放次生代谢产物;有的合成或释放次生代谢产物;l 芽孢此期释放;芽孢此期释放;三、三、微生物的连续培养方法微生物的连续培养方法稳定期到来的主要原因?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;有害代
7、谢产物的累计;有害代谢产物的累计;理化条件的不适宜等;理化条件的不适宜等;是一种根据培养器内是一种根据培养器内微生物的生长密度微生物的生长密度,并,并借光电控制系统来控制培养液流速,使细菌培借光电控制系统来控制培养液流速,使细菌培养液保持恒定的连续培养方法;养液保持恒定的连续培养方法;主要用于获得大量菌体或与菌体相平行的代主要用于获得大量菌体或与菌体相平行的代谢产物。谢产物。1.1.恒浊器恒浊器(turbidostat)(turbidostat)2 2、恒化器、恒化器(chemostat)(chemostat)是一种设法使是一种设法使培养液的流速保持不变培养液的流速保持不变,并使微,并使微生物
8、始终在低于其最高生长速率的条件下进行生物始终在低于其最高生长速率的条件下进行繁殖的连续培养装置;繁殖的连续培养装置;主要获得不同生长速率的菌体;主要获得不同生长速率的菌体;恒浊与恒化培养控制装置恒浊与恒化培养控制装置装置装置恒浊器恒浊器恒化器恒化器控制对象控制对象菌体密度菌体密度(内控制内控制)培养基流速培养基流速(外控制外控制)培养基培养基无限制生长因子无限制生长因子有限制生长因子有限制生长因子培养基流速培养基流速不恒定不恒定恒定恒定生长速率生长速率最高速率最高速率低于最高速率低于最高速率产物产物大量菌体或与菌体相平大量菌体或与菌体相平行的代谢产物行的代谢产物不同生长速率的菌体不同生长速率的
9、菌体应用范围应用范围生产为主生产为主实验室为主实验室为主 Turbidostat&chemostat Turbidostat&chemostat的比较的比较分批培养与连续培养的比较分批培养与连续培养的比较连续培养的优缺点n优点优点n高效高效n自控自控n产品质量稳定产品质量稳定n节约动力、人力、水和蒸汽等节约动力、人力、水和蒸汽等n缺点缺点n菌种容易退化菌种容易退化n容易污染杂菌容易污染杂菌n营养物的利用率低于单批培养营养物的利用率低于单批培养微生物的高密度培养n指微生物在液体培养中细胞群体密度超过常指微生物在液体培养中细胞群体密度超过常规培养规培养10倍以上的生长状态或培养技术;倍以上的生长状
10、态或培养技术;n目前由于研究的微生物种类主要局限于目前由于研究的微生物种类主要局限于E.coli and S.cerevisiae 等兼性厌氧菌;等兼性厌氧菌;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一、一、温度温度二、二、氧气氧气三、三、pH值值一、一、温度温度(temperature)嗜冷菌嗜冷菌 (20oC)嗜温菌嗜温菌 (20-45oC)嗜热菌嗜热菌 (50-60oC)嗜高温菌嗜高温菌(80-95oC)极端高温菌极端高温菌(105-150oC)根据温度对微生物的影响分类Thermophile and Biotechnologyn来自嗜热菌的酶可在高温下稳定的催化生
11、物化学反应;来自嗜热菌的酶可在高温下稳定的催化生物化学反应;其中由其中由ThermusThermus aquaticusaquaticus 中分离出来的中分离出来的 DNA DNA 聚合酶,聚合酶,TaqTaq polymerase polymerase,已广泛应用于已广泛应用于PCRPCR反应;反应;n分离自分离自PyrocuccusPyrocuccus furiosusfuriosus 的的 pfupfu polymerase polymerase应用于应用于PCRPCR反应更加稳定,而且错误率更低;反应更加稳定,而且错误率更低;二、二、氧气氧气(oxygen)好氧菌好氧菌(Aerobes
12、)1.专性好氧菌专性好氧菌(obligate aerobes)必须有氧存在必须有氧存在2.兼性好氧菌兼性好氧菌(facultative aerobes)有氧无氧均可,但有氧更好有氧无氧均可,但有氧更好3.微好氧菌微好氧菌(microaerophilic aerobes)只在较低的氧分压下生长只在较低的氧分压下生长 厌氧菌厌氧菌(anaerobes)4.耐氧菌耐氧菌(aerotolerant anaerobes)不需氧,但有氧也能生存,氧无毒害不需氧,但有氧也能生存,氧无毒害5.专性厌氧菌专性厌氧菌(obligate/strict anaerobes)氧有毒害,甚至致死氧有毒害,甚至致死微生物与
13、氧的关系厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制 厌氧菌体内无SOD(超氧化物歧化酶),因此受生物体内普遍存在的超氧阴离子自由基的毒害作用。去除去除O2-等有害活性氧分子的机制等有害活性氧分子的机制H2O+1/2O22H2O2O2-+2H+H2O2+O2SOD一切好氧生物一切好氧生物 及耐氧菌及耐氧菌过氧化氢酶过氧化氢酶一切好氧生物一切好氧生物NADH2NAD过氧化物酶过氧化物酶耐氧菌耐氧菌三、三、pH值值嗜碱微生物(嗜碱微生物(basophile)多数放线菌、硝化细菌、根瘤菌等多数放线菌、硝化细菌、根瘤菌等耐碱微生物(耐碱微生物(basotolerant microorganism)若干链霉菌若
14、干链霉菌嗜酸微生物(嗜酸微生物(acidophile)多数真菌多数真菌耐酸微生物耐酸微生物(acidotolerant microorganism)乳酸杆菌、醋酸杆菌,许多肠杆菌等乳酸杆菌、醋酸杆菌,许多肠杆菌等第四节第四节 微生物培养方法概论微生物培养方法概论微微生生物物培培养养方方法法生产实践生产实践实验室培养法实验室培养法固体培养固体培养好氧菌的培养好氧菌的培养厌氧菌的培养厌氧菌的培养液体培养液体培养好氧菌的培养好氧菌的培养厌氧菌的培养厌氧菌的培养固体培养固体培养好氧菌的培养好氧菌的培养厌氧菌的培养厌氧菌的培养液体培养液体培养好氧菌的培养好氧菌的培养厌氧菌的培养厌氧菌的培养1、好氧菌的实
15、验室培养、好氧菌的实验室培养固体培养固体培养试管斜面试管斜面培养皿琼脂平板培养皿琼脂平板液体培养液体培养试管液体培养试管液体培养三角瓶浅层液体培养三角瓶浅层液体培养摇瓶培养(振荡培养)摇瓶培养(振荡培养)台式发酵罐培养台式发酵罐培养2、厌氧菌的实验室培养、厌氧菌的实验室培养高层琼脂柱高层琼脂柱Hungate 滚管滚管厌氧罐技术厌氧罐技术厌氧手套箱厌氧手套箱第五节第五节 有害微生物的控制有害微生物的控制一、一、几个基本概念几个基本概念1、灭菌、灭菌(sterilization)采用采用强烈的理化因素强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的
16、措施。例如各种高温灭菌措施等。丧失其生长繁殖能力的措施。例如各种高温灭菌措施等。总菌数总菌数活菌数活菌数细细胞胞数数的的对对数数细细胞胞数数的的对对数数时间时间时间时间杀菌杀菌溶菌溶菌2、消毒、消毒(disinfection)消毒是一种采用消毒是一种采用较温和的理化因素较温和的理化因素,仅杀死物体表,仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌,而对被消毒的面或内部一部分对人体有害的病原菌,而对被消毒的物体基本无害的措施。物体基本无害的措施。举例:举例:一些常用的对皮肤、水果、饮用水进行药剂消毒一些常用的对皮肤、水果、饮用水进行药剂消毒的方法;的方法;对啤酒、牛奶、果汁和酱油等进行消毒处理的巴
17、对啤酒、牛奶、果汁和酱油等进行消毒处理的巴氏消毒法等;氏消毒法等;3、防腐、防腐(antisepsis)防腐就是利用某种理化因素完全防腐就是利用某种理化因素完全抑制抑制霉腐微生物的生霉腐微生物的生长繁殖,从而达到防止食品等发生霉腐的措施。长繁殖,从而达到防止食品等发生霉腐的措施。防腐的常用措施防腐的常用措施低温低温缺氧缺氧干燥干燥高渗高渗高酸度高酸度防腐剂防腐剂4、化学治疗、化学治疗(chemotherapy)它是利用具有高度选择毒力(它是利用具有高度选择毒力(selective toxicityselective toxicity,即即对病原菌具有高度毒力而对宿主无显著毒性)的化学物质对病原
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