第六章_微生物的生长及其控制优秀PPT.ppt

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1、第六章_微生物的生长及其控制第一页，本课件共有133页6.6.掌握控制有害微生物的几个重要概念；熟练掌握高温灭菌掌握控制有害微生物的几个重要概念；熟练掌握高温灭菌的种类和相应的参数条件，特别是湿热灭菌方法的种类和相应的参数条件，特别是湿热灭菌方法(巴氏消毒法、巴氏消毒法、超高温瞬时灭菌法、连续灭菌法及高压蒸汽灭菌法的注意事超高温瞬时灭菌法、连续灭菌法及高压蒸汽灭菌法的注意事项项)；高温灭菌对培养基成分的有害影响及其防止措施。；高温灭菌对培养基成分的有害影响及其防止措施。7.7.了解几种常用化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂的种类和功效，了解几种常用化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂的种类和功效，以及其杀菌、抑

2、菌原理，熟练掌握抗代谢药物磺胺类药物的以及其杀菌、抑菌原理，熟练掌握抗代谢药物磺胺类药物的治疗机制，抗生素的概念以及抗药性产生的机理等。治疗机制，抗生素的概念以及抗药性产生的机理等。第二页，本课件共有133页个体生长个体生长个体繁殖个体繁殖群体生长群体生长 群体生长个体生长个体繁殖群体生长个体生长个体繁殖 生长是一个逐渐发生的量变的过程，是繁殖的基础；繁生长是一个逐渐发生的量变的过程，是繁殖的基础；繁殖是一个质变的过程，是生长的结果。殖是一个质变的过程，是生长的结果。生长：生长：指细胞物质有规律、不可逆增加的过程。是有机体的细胞组分与指细胞物质有规律、不可逆增加的过程。是有机体的细胞组分与结构

3、在量方面的增加。结构在量方面的增加。繁殖：繁殖：是微生物生长到一定阶段，由于细胞内各种细胞结构的复制和是微生物生长到一定阶段，由于细胞内各种细胞结构的复制和重建，导致产生一个新的细胞个体，即引起细胞个体数量增加的整重建，导致产生一个新的细胞个体，即引起细胞个体数量增加的整个生物学过程。个生物学过程。单细胞：由于细胞分裂引起个体数目的增加。单细胞：由于细胞分裂引起个体数目的增加。多细胞：通过无性或有性孢子使个体数目增加的过程。多细胞：通过无性或有性孢子使个体数目增加的过程。第三页，本课件共有133页第一节第一节 测定生长繁殖的方法测定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

4、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 微生物培养法概论微生物培养法概论第五节第五节 有害微生物的控制有害微生物的控制第四页，本课件共有133页（二）间接法（二）间接法1 1、比浊法：、比浊法：微生物培养物在其生长过程中，由于原生质含量的增加，会引微生物培养物在其生长过程中，由于原生质含量的增加，会引起培养物混浊度的增高。起培养物混浊度的增高。用分光光度计在可见光的用分光光度计在可见光的450450650650nmnm波段内测定培养物的吸光度。波段内测定培养物的吸光度。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、测生长量一、测生长量（一）直接法（一）

5、直接法1 1、测体积：在刻度离心管中测沉降量。、测体积：在刻度离心管中测沉降量。粗放粗放2 2、测测干干重重：可可用用离离心心法法或或过过滤滤法法测测定定，一一般般干干重重为为湿湿重重的的10%10%20%20%。精确精确第五页，本课件共有133页第六页，本课件共有133页第七页，本课件共有133页2 2、生理指标法、生理指标法 测定与微生物生长量相平行的生理指标。测定与微生物生长量相平行的生理指标。1)1)测含氮量；测含氮量；用用凯凯氏氏定定氮氮法法等等测测其其总总氮氮量量，再再乘乘以以系系数数6 62525即即为为粗粗蛋蛋白白含量。蛋白含量越高，说明菌体数和细胞物质量越高。含量。蛋白含量越

6、高，说明菌体数和细胞物质量越高。2)DNA2)DNA含量测定法含量测定法 采用适当的荧光指示剂或染色剂与菌体采用适当的荧光指示剂或染色剂与菌体DNADNA作用，利用荧作用，利用荧光比色或分光光度计法测得光比色或分光光度计法测得DNADNA的含量。的含量。3)3)其他生理指标法其他生理指标法 测定碳、磷、测定碳、磷、RNARNA、ATPATP、DAP(DAP(二氨基庚二酸二氨基庚二酸)等的含量。等的含量。此外，产酸、产气、耗氧、粘度和产热等指标，有时也此外，产酸、产气、耗氧、粘度和产热等指标，有时也应用于生长量的测定。应用于生长量的测定。第八页，本课件共有133页二、计繁殖数二、计繁殖数 测定单

7、细胞微生物的个体数目、丝状微生物的孢子数。测定单细胞微生物的个体数目、丝状微生物的孢子数。1 1、直接计数法（全数）、直接计数法（全数）血球计数板法血球计数板法 是测定一定容积中的细胞总数目的常规方法。特点是测定简便、是测定一定容积中的细胞总数目的常规方法。特点是测定简便、直接、快速，但测定的对象有一定的局限性，只适合于个体较大的直接、快速，但测定的对象有一定的局限性，只适合于个体较大的微生物种类。微生物种类。第九页，本课件共有133页第十页，本课件共有133页2 2、间接计数法（活菌数）、间接计数法（活菌数）稀释平板菌落计数法稀释平板菌落计数法 是一种最常用的活菌计数法，包括浇注平板法和涂布

8、平板法。是一种最常用的活菌计数法，包括浇注平板法和涂布平板法。第十一页，本课件共有133页第十二页，本课件共有133页一、微生物的个体生长与同步生一、微生物的个体生长与同步生长长第二节第二节 微生物的生长规律微生物的生长规律（一）细胞周期：（一）细胞周期：指从一个新细胞的产生到分裂出两个子细胞的全过程。指从一个新细胞的产生到分裂出两个子细胞的全过程。它可简单地分为两个相互延续的时期，即细胞分裂期和分它可简单地分为两个相互延续的时期，即细胞分裂期和分裂间期。分裂间期是细胞增殖的物质准备和积累阶段，分裂间期。分裂间期是细胞增殖的物质准备和积累阶段，分裂期则是细胞增殖的实施过程。裂期则是细胞增殖的实

9、施过程。第十三页，本课件共有133页（二）观察微生物个体生长的方法：（二）观察微生物个体生长的方法：1 1、通过电子显微镜观察细胞的超薄切片：、通过电子显微镜观察细胞的超薄切片：2 2、同步培养法技术：、同步培养法技术：设法使某个群体中的所有个体细胞尽可能处于同样细胞分裂和设法使某个群体中的所有个体细胞尽可能处于同样细胞分裂和生长周期中，然后通过分析此群体在各阶段的生物化学特性变化来生长周期中，然后通过分析此群体在各阶段的生物化学特性变化来间接了解单个细胞的相应变化规律。间接了解单个细胞的相应变化规律。同步生长同步生长 ：通过同步培养的手段而使细胞群体中各个体处于分通过同步培养的手段而使细胞群

10、体中各个体处于分裂步调一致的生长状态，称为同步生长。裂步调一致的生长状态，称为同步生长。第十四页，本课件共有133页(1)(1)环境条件诱导法：环境条件诱导法：1 1）温度调整法：亚适生长温度）温度调整法：亚适生长温度-最适生长温度培养。最适生长温度培养。2 2）营营养养条条件件调调整整法法：控控制制浓浓度度或或组组成成，使使细细胞胞只只能能进进行行一一次分裂。次分裂。3 3）用用稳稳定定期期的的培培养养物物接接种种：稳稳定定期期细细胞胞处处于于衰衰老老状状态态，移移入新鲜培养基，可得同步生长。入新鲜培养基，可得同步生长。4 4）抑抑制制DNADNA合合成成法法：DNADNA合合成成是是细细胞

11、胞分分裂裂前前提提。抑抑制制一一段段时时间间再再解除抑制解除抑制第十五页，本课件共有133页(2)(2)机机械械筛筛选选法法：利利用用物物理理方方法法从从不不同同步步的的细细菌菌群群体体中中选择出同步的群体。选择出同步的群体。1)1)选择性过滤法：选择性过滤法：2)2)密度梯度离心法：密度梯度离心法：3)3)膜洗脱法某些滤膜可以吸附带相反电荷的细胞，其过程：吸膜洗脱法某些滤膜可以吸附带相反电荷的细胞，其过程：吸附、翻转洗脱附、翻转洗脱同步性只能保持同步性只能保持2 23 3代代第十六页，本课件共有133页第十七页，本课件共有133页二、微生物的群体生长规律二、微生物的群体生长规律 （一）微生物

12、在分批培养中的生长规律：（一）微生物在分批培养中的生长规律：分批培养即接种少量微生物在一密闭系统中生长繁殖，直到某些分批培养即接种少量微生物在一密闭系统中生长繁殖，直到某些营养物耗尽，或有些代谢产物积聚到毒害浓度为止。营养物耗尽，或有些代谢产物积聚到毒害浓度为止。1 1、典型生长曲线典型生长曲线 将少量纯种单细胞微生物接种到恒容积的液体培养基中将少量纯种单细胞微生物接种到恒容积的液体培养基中培养。在适宜条件下，其群体就会有规律地生长，定时取样培养。在适宜条件下，其群体就会有规律地生长，定时取样测定细胞含量，以细胞数目的对数值作纵坐标，以培养时间测定细胞含量，以细胞数目的对数值作纵坐标，以培养时

13、间作横坐标，就可以画出一条有规律的曲线，这就是微生物的作横坐标，就可以画出一条有规律的曲线，这就是微生物的典型生长曲线。典型生长曲线。意义：描述单细胞微生物从生长开始到衰老死亡的一般规律。意义：描述单细胞微生物从生长开始到衰老死亡的一般规律。适用对象：适用对象：单细胞微生物：细菌、酵母单细胞微生物：细菌、酵母不适合丝状生长的真菌或放线菌不适合丝状生长的真菌或放线菌第十八页，本课件共有133页2 2、典型生长曲线的分期及各分期的意义、典型生长曲线的分期及各分期的意义第十九页，本课件共有133页(1)(1)延滞期延滞期(停滞期、调整期停滞期、调整期)：是是指指把把少少量量微微生生物物接接种种到到新

14、新培培养养液液中中后后，在在开开始始培培养养的的一一段时间内，细胞数目不增加的时期。段时间内，细胞数目不增加的时期。1)1)特点：特点：a.a.生长速率常数为零；生长速率常数为零；生长速率常数：每小时的分裂代数。生长速率常数：每小时的分裂代数。b.b.细胞形态变大或增大；细胞形态变大或增大；c.c.细胞内细胞内RNARNA尤其是尤其是rRNArRNA含量增高，原生质呈嗜碱性。含量增高，原生质呈嗜碱性。d.d.合合成成代代谢谢活活跃跃，核核糖糖体体、酶酶类类和和ATPATP的的合合成成加加速速，易易产产生生各各种诱导酶种诱导酶 ；e.e.对外界不良条件的反应敏感。对外界不良条件的反应敏感。第二十

15、页，本课件共有133页3)3)缩短延滞期的手段：缩短延滞期的手段：a.a.以对数期的菌体作种子菌以对数期的菌体作种子菌 ；b.b.b.b.适当增大接种量适当增大接种量 ：一般采用：一般采用3%-8%3%-8%的接种量，根据生产上的的接种量，根据生产上的具体情况而定，最高不超过具体情况而定，最高不超过1/101/10。2)2)形成原因：调整代谢，合成新的酶系和中间代谢产物以适形成原因：调整代谢，合成新的酶系和中间代谢产物以适应新环境。应新环境。c.c.培养基的成分：种子培养培养基的成分：种子培养基尽量接近发酵培养基基尽量接近发酵培养基 。第二十一页，本课件共有133页4)4)实践意义：实践意义：

16、延延滞滞期期的的长长短短直直接接影影响响发发酵酵周周期期，发发酵酵工工业业生生产产中中要要尽尽量量缩缩短短延延滞滞期期，选选择择对对数数期期接接种种龄龄的的细细胞胞做做种种子子，增增大大接接种种量量，使使发发酵酵培培养养基基的的成成分分与与种种子子培培养养基基成分接近。成分接近。第二十二页，本课件共有133页(2)(2)对数期对数期 log phase log phase 又叫指数期，指微生物在培养过程中以几何级数速度分裂又叫指数期，指微生物在培养过程中以几何级数速度分裂的一段时期。在生长曲线中，紧接着延滞期后的一段时期。的一段时期。在生长曲线中，紧接着延滞期后的一段时期。1)1)特点：此时菌

17、体细胞生长的速率常数特点：此时菌体细胞生长的速率常数R R最大，分裂快，代时短，最大，分裂快，代时短，细胞进行平衡生长，菌体内酶系活跃，代谢旺盛，菌体数目以几细胞进行平衡生长，菌体内酶系活跃，代谢旺盛，菌体数目以几何级数增加，群体的形态与生理特征最一致，抗不良环境的能力何级数增加，群体的形态与生理特征最一致，抗不良环境的能力强。强。第二十三页，本课件共有133页2)2)重要参数：重要参数：a.a.繁殖代数繁殖代数n n：指数生长期愈长，指数生长期愈长，n n愈多，则菌体产量愈高。愈多，则菌体产量愈高。X X2 2=X=X1 122n n以以对数表示：对数表示：lgXlgX2 2=lgX=lgX

18、1 1nlg2 nlg2 n=3.322(lgXn=3.322(lgX2 2lgXlgX1 1)第二十四页，本课件共有133页b.b.生长速率常数生长速率常数R R：即每小时的分裂代数。即每小时的分裂代数。c.c.代时代时G G：单个细胞完成一次分裂所需时间，亦即增加一代单个细胞完成一次分裂所需时间，亦即增加一代所需时间。受菌种、培养基营养成分的影响。所需时间。受菌种、培养基营养成分的影响。第二十五页，本课件共有133页影响微生物对数期增代时间的因素较多，主要有：影响微生物对数期增代时间的因素较多，主要有：菌种菌种：不同微生物代时差别大。：不同微生物代时差别大。菌种菌种代时代时(min)大肠杆

19、菌大肠杆菌12.5-17枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌26-32嗜酸乳杆菌嗜酸乳杆菌66-87乳酸链球菌乳酸链球菌26-48金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌27-30结核分枝杆菌结核分枝杆菌792-932活跃硝化杆菌活跃硝化杆菌1200酿酒酵母酿酒酵母120第二十六页，本课件共有133页营养成分营养成分：同种微生物，营养丰富的培养基，其代时就短，反之则长。同种微生物，营养丰富的培养基，其代时就短，反之则长。营养物浓度营养物浓度：很低时影响。：很低时影响。固定环境条件，其他必需营养都过量，改变其中一特定生固定环境条件，其他必需营养都过量，改变其中一特定生长必需底物的浓度，与比生长速度的关系可用长必需底物的

20、浓度，与比生长速度的关系可用Monod公式表示：公式表示：式中：式中：为最大比生长速度；为最大比生长速度；S为限制生长底物浓度；为限制生长底物浓度；Ks为比生长速度是最大比生长速度一半时的底物浓度；为比生长速度是最大比生长速度一半时的底物浓度；当当SKs时，时，当当KsS时，时，第二十七页，本课件共有133页生长限制因子：生长限制因子：凡是处于较低凡是处于较低浓度范围内，可影浓度范围内，可影响生长速率和菌体响生长速率和菌体产量的营养物，就产量的营养物，就称生长限制因子。称生长限制因子。第二十八页，本课件共有133页营养浓度对生长速度和菌体产量的影响营养浓度对生长速度和菌体产量的影响营养浓度对生

21、长速度和菌体产量的影响营养浓度对生长速度和菌体产量的影响培养时间培养时间培养时间培养时间不不不不同同同同营营营营养养养养物物物物浓浓浓浓度度度度水水水水平平平平只有最大收获量只有最大收获量只有最大收获量只有最大收获量受影响受影响受影响受影响生长速度和最大收获量生长速度和最大收获量生长速度和最大收获量生长速度和最大收获量受影响受影响受影响受影响细细细细胞胞胞胞数数数数或或或或菌菌菌菌体体体体量量量量第二十九页，本课件共有133页培养温度培养温度：在微生物的最适生长温度范围时，代时就短。在微生物的最适生长温度范围时，代时就短。第三十页，本课件共有133页4)4)实践意义：实践意义：指数期的微生物是

22、研究生理、代谢等的良好材料；指数期的微生物是研究生理、代谢等的良好材料；是增殖噬菌体的最适菌龄；是发酵生产中用做种子的最是增殖噬菌体的最适菌龄；是发酵生产中用做种子的最佳种龄，通过补加营养物质延长指数期。佳种龄，通过补加营养物质延长指数期。第三十一页，本课件共有133页（3 3）稳定期）稳定期 ：即活细胞数保持相对稳定的时期。即活细胞数保持相对稳定的时期。1)1)特点：特点：a.a.生长速率常数为零；生长速率常数为零；b.b.菌体产量达到最高；菌体产量达到最高；c.c.活菌数相对稳定；活菌数相对稳定；d.d.细胞开始贮存贮藏物；细胞开始贮存贮藏物；e.e.芽孢在这个时期形成；芽孢在这个时期形成

23、；f.f.有些微生物在此时形成次生代谢产物。有些微生物在此时形成次生代谢产物。第三十二页，本课件共有133页2)2)形成原因；形成原因；a.a.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；b.b.营养物的比例失调；营养物的比例失调；c.c.有害代谢产物的积累；有害代谢产物的积累；d.d.物化条件的变化。物化条件的变化。3)3)实践意义实践意义a.a.是菌体或与菌体生长相平行的代谢产物的最佳收获期；是菌体或与菌体生长相平行的代谢产物的最佳收获期；b.b.是对某些生长因子进行测定的必要前提；是对某些生长因子进行测定的必要前提；稳定期的重要参数稳定期的重要参数生长产量常数生长产量

24、常数Y Y：指菌体产量与限制性营养物消耗的比例关系。指菌体产量与限制性营养物消耗的比例关系。第三十三页，本课件共有133页c.c.对连续培养技术的设计和研究有指导意义。对连续培养技术的设计和研究有指导意义。4 4）延长：补料，调）延长：补料，调pHpH、温度等。温度等。4 4、衰亡期、衰亡期 即总活菌数明显下降的时期。即总活菌数明显下降的时期。1)1)特点：特点：a.a.细胞形态多样；细胞形态多样；b.b.出现细胞自溶现象；出现细胞自溶现象；c.c.有次生代谢产物的形成；有次生代谢产物的形成；d.d.芽孢在此时释放。芽孢在此时释放。2)2)形成原因：形成原因：不利的外界环境引起细胞内的分解代谢

25、大大超过合不利的外界环境引起细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体死亡。成代谢，继而导致菌体死亡。第三十四页，本课件共有133页延滞期延滞期对数期对数期稳定期稳定期死亡期死亡期特征特征=0=max=死亡率死亡率 死亡率死亡率群体动态群体动态细胞数几乎不细胞数几乎不增增细胞数以指数细胞数以指数增加增加活细胞数达最活细胞数达最大，并保持恒大，并保持恒定定活细胞数显著活细胞数显著下降下降细胞生理状细胞生理状态态代谢活跃，调代谢活跃，调整和适应新环整和适应新环境境养分过剩，生养分过剩，生长繁殖旺盛，长繁殖旺盛，生理均一生理均一养分消耗大，养分消耗大，代谢物积累，代谢物积累，芽孢形成芽孢形成细胞

26、衰老，死细胞衰老，死亡并自溶亡并自溶影响因素影响因素菌株、遗传、菌株、遗传、菌龄、接种量、菌龄、接种量、培养条件培养条件菌株遗传性、菌株遗传性、培养条件培养条件菌株遗传性、菌株遗传性、培养条件培养条件实际意义实际意义影响发酵周期影响发酵周期接种菌种，实接种菌种，实验材料验材料获得代谢产物获得代谢产物第三十五页，本课件共有133页丝状微生物的群体生长规律丝状微生物的群体生长规律丝状微生物的纯培丝状微生物的纯培养采用孢子接种，在液养采用孢子接种，在液体培养基中震荡培养或体培养基中震荡培养或深层通气加搅拌培养，深层通气加搅拌培养，菌丝体通过断裂繁殖不菌丝体通过断裂繁殖不形成产孢结构。可以用形成产孢结

27、构。可以用菌丝干重作为衡量生长菌丝干重作为衡量生长的指标，即以时间为横的指标，即以时间为横坐标，以菌丝干重为纵坐标，以菌丝干重为纵坐标，绘制生长曲线。坐标，绘制生长曲线。可分为三个阶段：可分为三个阶段：1、生长停滞期、生长停滞期2、迅速生长期、迅速生长期3、衰退期、衰退期第三十六页，本课件共有133页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。滞状态，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菌丝体干重迅速增加，其立方根与时间

28、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。生长主要表现在菌丝尖端的伸长和出现分支、断裂等，此时期的菌体要表现在菌丝尖端的伸长和出现分支、断裂等，此时期的菌体呼吸强度达到高峰，有的开始积累代谢产物。呼吸强度达到高峰，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

29、培养条件有关。第三十七页，本课件共有133页（二）微生物在连续培养中的生长规律（二）微生物在连续培养中的生长规律连续培养：连续培养：指指微微生生物物接接种种到到培培养养基基里里以以后后的的整整个个生生长长期期间间，微微生生物物能能持持续续地地以以比比较较恒恒定定的的生生长长速速率率常常数数进进行行生生长长，从从而而导导致致微微生生物物的的生生长长过过程程能能“不不断断”地地进进行行下下去去的的一一种种培培养养方方法。法。第三十八页，本课件共有133页单批培养和连续培养的关系：单批培养和连续培养的关系：第三十九页，本课件共有133页1 1、原理：、原理：当当微微生生物物在在单单批批培培养养方方式

30、式下下生生长长达达到到对对数数期期后后期期时时，一一方方面面以以一一定定的的速速度度流流进进新新鲜鲜培培养养基基并并搅搅拌拌，另另一一方方面面以以溢溢流流方方式式流流出出培培养养液液，使使培培养养物物达达到到动动态态平平衡衡，其其中中的的微微生生物物就就能能长长期期保持对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率。保持对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率。第四十页，本课件共有133页2、特点：、特点：连连续续培培养养中中微微生生物物可可长长期期保保持持指指数数期期的的平平衡衡生生长长状状态态和和稳定的生长速率。稳定的生长速率。3、连续培养方法：、连续培养方法：第四十一页，本课件共有133页(1)按不同

31、控制方式分：按不同控制方式分：1）恒浊连续培养）恒浊连续培养：不断调节流速使培养液浊度保持恒定。不断调节流速使培养液浊度保持恒定。a.装置装置恒浊器：恒浊器：指指根根据据培培养养器器内内微微生生物物的的生生长长密密度度，并并借借光光电电控控制制系系统统来来控控制制培培养养液液流流速速，以以取取得得菌菌体体密密度度高高、生生长长速速率率恒恒定定的的微微生生物物细细胞胞的的连连续续培养器。培养器。b.原理：原理：根根据据培培养养器器内内微微生生物物的的生生长长密密度度，用用光光电电控控制制系系统统（浊浊度度计计）来来检检测测培培养养液液的的浊浊度度（即即菌菌液液浓浓度度），并并控控制制培培养养液液

32、的的流流速速，从从而而获获得得菌菌体体密密度度高高、生生长长速速度度恒恒定定的的微微生生物物细细胞胞的的连连续续培培养养液液。当当培培养养器器中中浊浊度度增增高高时时，通通过过光光电电控控制制系系统统的的调调节节，可可促促使使培培养养液液流流速速加加快快，反反之之则则慢慢，以以此此来来达达到恒密度的目的。到恒密度的目的。c.适用：收获菌体及与菌体相平行的产物。适用：收获菌体及与菌体相平行的产物。第四十二页，本课件共有133页第四十三页，本课件共有133页测定所培养微生物的光密度值测定所培养微生物的光密度值自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流

33、速使培养物维持在某一恒定浊度使培养物维持在某一恒定浊度当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快，使浊度降低；当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快，使浊度降低；当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高；当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高；恒浊培养器的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的恒浊培养器的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的如果所用培养基中有过量的必需营养物，就可以使菌体维持最如果所用培养基中有过量的必需营养物，就可以使菌体维持最高的生长速率。高的生长速率。使用范围：用于生产大量菌体、生产与菌体生长相平行的某些使用范围：用于生产大量菌体、生产与菌

34、体生长相平行的某些代谢产物，如乳酸、乙醇等。代谢产物，如乳酸、乙醇等。第四十四页，本课件共有133页2)恒化连续培养恒化连续培养：恒定流速，及时补充营养，营养物浓度基本恒定，从而保恒定流速，及时补充营养，营养物浓度基本恒定，从而保持恒定生长速率。又称恒组成连续培养。持恒定生长速率。又称恒组成连续培养。a.装置装置恒化器恒化器是是通通过过控控制制培培养养液液恒恒定定的的流流速速，来来调调节节生生长长限限制制因因子子在在营营养养液液中中的的浓浓度度，使使微微生生物物始始终终在在低低于于其其最最高高生生长长速速率率条条件件下下进进行行生生长长繁繁殖殖的连续培养装置。的连续培养装置。b.原理：原理：通

35、通过过控控制制某某一一种种营营养养物物的的浓浓度度，使使其其成成为为限限制制性性的的因因子子，而而其其他他营营养养物物均均为为过过量量，这这样样，细细菌菌的的生生长长速速率率将将取取决决于于限限制制性性因因子子的的浓浓度度。随随着着细细菌菌的的生生长长，菌菌体体的的密密度度会会随随时时间间的的增增长长而而增增高高，而而限限制制性性生生长长因因子子的的浓浓度度又又会会随随时时间间的的增增长长而而降降低低，两两者者互互相相作作用用的的结结果果，出出现现微微生生物物的的生生长长速速率率正正好好与与恒恒速速加加入入的的新新鲜鲜培培养养基基流流速速相相平平衡衡。这这样样，既既可可获获得得一一定定生生长长

36、速速率率的的均均一一菌菌体体，又又可可获获得得虽虽低低于于最最高高菌菌体体产产量量，但但能能保保持持稳稳定定菌体密度的菌体。菌体密度的菌体。c.适用：科研适用：科研第四十五页，本课件共有133页第四十六页，本课件共有133页第四十七页，本课件共有133页恒浊法与恒化法恒浊法与恒化法的比较：的比较：装置装置控制对控制对象象培养基培养基培养基培养基流速流速生长速生长速率率产物产物应用范围应用范围恒浊器恒浊器菌体密菌体密度度（内控（内控制）制）无限制生无限制生长因子长因子不恒定不恒定最高最高大量菌体大量菌体及与菌体及与菌体相平行的相平行的代谢产物代谢产物生产为主生产为主恒化器恒化器培养基培养基流速流

37、速（外控（外控制）制）有限制生有限制生长因子长因子恒定恒定低于最低于最高高不同生长不同生长速率的菌速率的菌体体实验室为实验室为主主第四十八页，本课件共有133页(2)按培养器的级数分按培养器的级数分单级连续培养器和多级连续培养器单级连续培养器和多级连续培养器多级连续培养以单级连续培养为基础，主要用于产物生产与多级连续培养以单级连续培养为基础，主要用于产物生产与菌体生长不平行的培养类型上菌体生长不平行的培养类型上第四十九页，本课件共有133页4、连续培养的实践意义：、连续培养的实践意义：(1)连续培养的优点：连续培养的优点：高效、低耗、利于自控、产品质量稳定。高效、低耗、利于自控、产品质量稳定。

38、(2)连续培养的缺点：连续培养的缺点：菌种易于退化、易遭杂菌污染、营养物利用率较低。菌种易于退化、易遭杂菌污染、营养物利用率较低。第五十页，本课件共有133页5、连续发酵：、连续发酵：连续培养如用于发酵工业中，就称为连续发酵。连续培养如用于发酵工业中，就称为连续发酵。连续发酵的特点：连续发酵的特点：优点：优点：自控；自控；高效；高效；产品质量较稳定；产品质量较稳定；节约了大量动力、节约了大量动力、人力、水和蒸汽，使水、汽、电的负荷减少。人力、水和蒸汽，使水、汽、电的负荷减少。缺点：缺点：菌种易于退化；菌种易于退化；容易污染；容易污染；营养物的利用率低于分批培营养物的利用率低于分批培养。养。第五

39、十一页，本课件共有133页（三）微生物的高密度培养（三）微生物的高密度培养（三）微生物的高密度培养（三）微生物的高密度培养lHighCell-DensityCulture一般是指微生物在液体培养中细胞群体密度超过常规培养一般是指微生物在液体培养中细胞群体密度超过常规培养10倍以上的生长状态或培养技术倍以上的生长状态或培养技术基因工程菌生产（基因工程菌生产（E.coli）生产多肽类药物生产多肽类药物l高密度培养的意义与进展高密度培养的意义与进展提高产物的比生产率提高产物的比生产率l高密度培养的方法高密度培养的方法最佳培养基成分及相应最佳含量最佳培养基成分及相应最佳含量补料补料溶解氧的浓度溶解氧的

40、浓度防止或去除有害代谢产物防止或去除有害代谢产物第五十二页，本课件共有133页一、营养物质一、营养物质二、温度二、温度（一）微生物的生长温度（一）微生物的生长温度生长温度三基点生长温度三基点即微生物的最低生长温度、最适生长温度、最高生长温度。即微生物的最低生长温度、最适生长温度、最高生长温度。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最适生长温度最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。第五十三页，本课件共有133页第五十四页，本课件共有133页l青霉素生产的四阶段控制，根据不同生理代谢过程的温度特点，比青霉素生产的

41、四阶段控制，根据不同生理代谢过程的温度特点，比30恒温提高恒温提高14.7%0hr5hr30：生长生长5hr40hr25：发酵发酵40hr-125hr20：累积代谢产物累积代谢产物125hr-165hr25l酸奶生产酸奶生产菌种培养菌种培养乳酸链球菌最适温度，乳酸链球菌最适温度，34发酵剂与酸奶发酵发酵剂与酸奶发酵抑制杂菌，用抑制杂菌，用45生产后期生产后期产香，产香，4-8第五十五页，本课件共有133页（二）按生长温度划分的微生物类型（二）按生长温度划分的微生物类型(1)低温微生物低温微生物存存在在于于两两极极地地区区的的水水域域、土土壤壤及及海海洋洋深深处处、腐腐败败的的冷冷藏藏食食物物中

42、中。专专性性低低温温菌菌最最适适生生长长温温度度为为1518，兼兼性性低低温温菌菌最最适适生生长长温度为温度为2530。(2)中温微生物中温微生物绝大多数微生物属中温微生物，最适宜于绝大多数微生物属中温微生物，最适宜于2040之间。之间。(3)高温微生物高温微生物常见于温泉、堆肥及其他腐烂有机物中，适宜常见于温泉、堆肥及其他腐烂有机物中，适宜4550以上温度以上温度生长。生长。第五十六页，本课件共有133页（三）温度对微生物的影响：（三）温度对微生物的影响：1、温度对微生物生长的影响具体表现在：、温度对微生物生长的影响具体表现在：影响酶活性，最终影响细胞物质合成；影响酶活性，最终影响细胞物质合

43、成；影响细胞质膜的流动性，从而影响营养物质的吸收与代谢产物的分影响细胞质膜的流动性，从而影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌；泌；影响物质的溶解度，最终影响微生物的生长。影响物质的溶解度，最终影响微生物的生长。2、低温对微生物的影响：、低温对微生物的影响：(1)在在高高于于冰冰点点的的低低温温条条件件下下，中中温温及及高高温温微微生生物物体体内内的的大大量量饱饱和和脂脂肪肪酸酸会会凝凝固固，造造成成生生长长代代谢谢停停止止，而而低低温温微微生生物物仍仍能能生生长繁殖；长繁殖；(2)在在低低于于冰冰点点的的低低温温条条件件下下，细细胞胞内内水水分分冻冻结结、生生化化反反应应停停止止，细细胞胞因因冰

44、冰晶晶形形成成而而脱脱水水，同同时时冰冰晶晶对对细细胞胞膜膜造造成成物物理理损损伤伤，从从而而导导致致微微生生物死亡。物死亡。第五十七页，本课件共有133页3、高温对微生物的影响、高温对微生物的影响机理机理蛋白质和核酸等变性、破坏，致使酶失活蛋白质和核酸等变性、破坏，致使酶失活参与新陈代谢的物质失活参与新陈代谢的物质失活热对微生物的致死作用热对微生物的致死作用在一定的温度条件下，以作用时间为横坐标，残存的活细胞在一定的温度条件下，以作用时间为横坐标，残存的活细胞数为纵坐标，可得到微生物细胞在高温作用下的死亡动力学规律数为纵坐标，可得到微生物细胞在高温作用下的死亡动力学规律第五十八页，本课件共有

45、133页4、影响微生物对热抵抗力的因素、影响微生物对热抵抗力的因素：菌种：嗜热菌的抗热力大于嗜温菌和嗜冷菌，芽孢大于非芽孢菌，菌种：嗜热菌的抗热力大于嗜温菌和嗜冷菌，芽孢大于非芽孢菌，球菌大于非芽孢杆菌，革兰氏阳性菌大于革兰氏阴性菌，霉菌大于球菌大于非芽孢杆菌，革兰氏阳性菌大于革兰氏阴性菌，霉菌大于酵母菌，霉菌和酵母的孢子大于其菌丝体。酵母菌，霉菌和酵母的孢子大于其菌丝体。菌龄菌龄：对数生长期的菌体抗热力较差，而稳定期的老龄细：对数生长期的菌体抗热力较差，而稳定期的老龄细胞较强胞较强。菌体数量：菌数愈多，抗热力愈强菌体数量：菌数愈多，抗热力愈强。基质的因素：基质的因素：水、脂肪、糖、蛋白质等物

46、质含量、水、脂肪、糖、蛋白质等物质含量、pH值。值。加热的温度和时间加热的温度和时间：加热的温度越高，微生物的抗热力越弱，越：加热的温度越高，微生物的抗热力越弱，越容易死亡，加热的时间越长，热致死作用越大。容易死亡，加热的时间越长，热致死作用越大。第五十九页，本课件共有133页二、氧：二、氧：（一）按对氧的需求划分的微生物类型（一）按对氧的需求划分的微生物类型根据氧与微生物生长的关系可将微生物分为好氧、微好氧、耐根据氧与微生物生长的关系可将微生物分为好氧、微好氧、耐氧、兼性厌氧和专性厌氧五种类型氧、兼性厌氧和专性厌氧五种类型。第六十页，本课件共有133页微生物类型微生物类型 最适生长的最适生长

47、的O2体积分数体积分数好氧好氧 等于或大于等于或大于20微好氧微好氧2一一l0耐氧耐氧2以下以下兼性厌氧兼性厌氧有氧或无氧有氧或无氧专性厌氧专性厌氧不需要氧、有氧时死亡不需要氧、有氧时死亡第六十一页，本课件共有133页（1)专性好氧菌专性好氧菌：在正常大气压下进行好氧呼吸产能，细胞含在正常大气压下进行好氧呼吸产能，细胞含SOD和过氧化氢酶，包括和过氧化氢酶，包括绝大多数真菌和许多细菌、放线菌。绝大多数真菌和许多细菌、放线菌。（2)微好氧菌：微好氧菌：只能在较低的养分压（只能在较低的养分压（0.010.03巴，正常大气压为巴，正常大气压为0.2巴）下才巴）下才能正常生长的微生物，通过呼吸链并以氧

48、为最终氢受体而产能。能正常生长的微生物，通过呼吸链并以氧为最终氢受体而产能。（3)兼性厌氧菌兼性厌氧菌：在有氧或无氧条件下都能生长，但有氧的情况下生长得更好；有氧在有氧或无氧条件下都能生长，但有氧的情况下生长得更好；有氧时进行呼吸产能，无氧时进行发酵或无氧呼吸产能；细胞含时进行呼吸产能，无氧时进行发酵或无氧呼吸产能；细胞含SOD和过和过氧化氢酶。包括许多酵母菌和不少细菌。氧化氢酶。包括许多酵母菌和不少细菌。第六十二页，本课件共有133页（4)厌氧菌厌氧菌:只只能能在在无无氧氧条条件件下下才才能能生生长长的的微微生生物物，其其生生命命活活动动所所需需能能量量是是通通过过发发酵酵、无无氧氧呼呼吸吸

49、、循循环环光光合合磷磷酸酸化化或或甲甲烷烷发发酵酵等等提提供供；细细胞胞内内缺缺乏乏SOD和和细细胞胞色色素素氧氧化化酶酶，大大多多数数还还缺缺乏乏过过氧氧化化氢氢酶酶。常常见见的有梭菌属、梭杆菌属、拟杆菌属等。的有梭菌属、梭杆菌属、拟杆菌属等。（5）耐氧菌：耐氧菌：一类可在分子氧存在时进行厌氧呼吸的厌氧菌，即它们的一类可在分子氧存在时进行厌氧呼吸的厌氧菌，即它们的生长不需要氧，但分子氧存在对它也无毒害。它们不具有呼吸生长不需要氧，但分子氧存在对它也无毒害。它们不具有呼吸链，仅依靠专性发酵获得能量。细胞内存在链，仅依靠专性发酵获得能量。细胞内存在SOD和过氧化物酶，和过氧化物酶，但没有过氧化氢

50、酶。通常的乳酸菌属于耐氧菌。但没有过氧化氢酶。通常的乳酸菌属于耐氧菌。第六十三页，本课件共有133页（二）氧对微生物的影响：（二）氧对微生物的影响：第六十四页，本课件共有133页 通过代谢产生的超氧基化合物的毒害作用；细胞氧化还原通过代谢产生的超氧基化合物的毒害作用；细胞氧化还原电势的改变导致机体内正常的代谢过程不能进行；还原性烟酰电势的改变导致机体内正常的代谢过程不能进行；还原性烟酰胺核苷酸类物质浓度降低。胺核苷酸类物质浓度降低。生物去除超氧阴离子自由基等各种有害的活性氧的机制：生物去除超氧阴离子自由基等各种有害的活性氧的机制：第六十五页，本课件共有133页三、三、pH1、微生物的生长微生物