《微生物的生长》PPT课件.ppt

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1、第六章第六章 微生物的生长微生物的生长l生长繁殖的概念：生长：指细胞内所有化学成分（蛋白质、核酸等）有规律地、均衡地、不可逆地增长（增加），体积得以增大即表现为生长（个体生长）。繁殖：使细胞数目增加伴随个体数目增加的生物学过程。生长是一个量变过程，是繁殖的基础；繁殖是一个质变过程，是生长的结果。l单细胞生物的生长和繁殖之间的关系极为密切，例如细菌的繁殖从其形态改变来观察，首先其细胞物质增加，然后细胞伸长，同时形成一个横隔，形成两个子细胞，在这个过程中，生长和繁殖是分不开的，我们还不能测定其个体生长而不涉及其繁殖，因此，所谓细胞生长，实际上是以群体细胞数目的增加作标志，即整个物质增加。l在多细胞

2、生物中，如果细胞数目的增加不伴随个体数目的增加，只能称生长，包括菌丝的延长等，形成孢子的过程称为繁殖。l微生物的群体生长：分批培养，研究微生物生长规律的基本方法；连续培养，以恒定的比生长速率，保持在恒定的生长阶段不断地生长。前者如发酵工业，后者如废水处理。在群体生长过程中的各个阶段生理特性的表现，是一个群体的平均指标，就每个微生物个体而言，是不可能都处于同一生理状态或同一生长阶段的。第一节 微生物的个体生长 一、细胞结构的复制（合成）（一）染色体复制 染色体是DNA的载体，对细菌来说，染色体实际上就是DNA，在生长过程中，DNA通过半保留复制完成。（二）核糖体的生物发生（二）核糖体的生物发生l

3、核糖体的重建包括核糖体的重建包括rRNArRNA的合成、蛋白质合成以及蛋的合成、蛋白质合成以及蛋白质在白质在rRNArRNA上的装配三个过程，细节尚不清楚。上的装配三个过程，细节尚不清楚。例：大肠杆菌核糖体的重建例：大肠杆菌核糖体的重建 ，Masayasu NomwaMasayasu Nomwa成成功地利用提纯的核糖体功地利用提纯的核糖体rRNArRNA和蛋白质分子重建了大和蛋白质分子重建了大肠杆菌核糖体，其中最重要的发现是肠杆菌核糖体，其中最重要的发现是30s30s颗粒的组装，颗粒的组装，只需要只需要16S RNA16S RNA分子和分子和2121种种S S型蛋白质，重建的颗型蛋白质，重建的

4、颗粒具有天然颗粒的所有的生物学功能，粒具有天然颗粒的所有的生物学功能，50S50S颗粒与颗粒与30S30S颗粒的情况相同，因而核糖体在体内的形成是颗粒的情况相同，因而核糖体在体内的形成是自自我组装的过程我组装的过程。RNA-RNA-蛋白质相互作用是一种有高度蛋白质相互作用是一种有高度特异性的作用。特异性的作用。该过程在真核细胞中要复杂得多。该过程在真核细胞中要复杂得多。（三）线粒体与叶绿体的生物发生l线粒体的发生是指细胞内线粒体如何生成新的线粒体的，有2种方式，一是由原来存在于细胞内的线粒体生长和分裂产生；二是类似于酵母出芽的分裂方式。（四）细胞壁的扩增（四）细胞壁的扩增l在细胞生长过程中，由

5、于壁的扩增，才使细胞体积在细胞生长过程中，由于壁的扩增，才使细胞体积得以增大。得以增大。l用荧光免疫技术研究，发现有用荧光免疫技术研究，发现有2 2种细胞壁的生长类型：种细胞壁的生长类型：（1 1）新壁在一端延长，如有鞭毛的细菌，新细胞无鞭）新壁在一端延长，如有鞭毛的细菌，新细胞无鞭毛，旧细菌有鞭毛；毛，旧细菌有鞭毛；（2 2）沿长度插入，有的间隔插入，每个细胞的新、旧）沿长度插入，有的间隔插入，每个细胞的新、旧细胞壁大致相等。细胞壁大致相等。在同一种细菌中，有时存在在同一种细菌中，有时存在2 2种方式。种方式。l细胞分裂：各种细胞物质的扩增导致了细菌细胞的细胞分裂：各种细胞物质的扩增导致了细

6、菌细胞的分裂，细菌细胞分裂一般在间体位置上，以壁和膜分裂，细菌细胞分裂一般在间体位置上，以壁和膜的凹入开始，最后形成的凹入开始，最后形成2 2个新的细胞。个新的细胞。（五）细胞膜的扩增l研究细胞膜扩增的方法是通过研究原来细胞膜的分布，再确定新扩增的部位。通过利用突变株的培养，确定细胞膜的扩增部位，阴影部分为原来的细胞膜，随着分裂次数的增加，原来的细胞膜在子细胞中的量就越来越少。（六）鞭毛的形成l鞭毛亚基在细胞内合成，并贮存在细胞内，然后通过鞭毛中间的通道，逐步输送到鞭毛末端进行装配，使鞭毛延长到正常的长度。可通过同位素标记和抗原抗体反应等试验得到证实。随着长度增加，速度减慢（运送距离）。l真核

7、生物的鞭毛亚基是在细胞内合成后，在鞭毛的基部装配延长，直至正常的长度。二、二、细胞分裂的控制细胞分裂的控制l细胞分裂为什么能够开始细胞分裂为什么能够开始?一种假设是对数期的细胞一种假设是对数期的细胞,其成分的合成以指数的方其成分的合成以指数的方式连续进行式连续进行,造成扩散有了困难造成扩散有了困难,并有利于某些外部并有利于某些外部反应反应如细胞壁的合成如细胞壁的合成,使细胞分裂形成两个新细胞。使细胞分裂形成两个新细胞。另外一种细胞分裂发生的原因是与细胞内发生的大另外一种细胞分裂发生的原因是与细胞内发生的大分子变化的连续顺序有关。尤其是分子变化的连续顺序有关。尤其是DNADNA的合成，因的合成，

8、因为细胞分裂总是发生在为细胞分裂总是发生在DNADNA复制完成之后，复制完成之后，DNADNA复复制在一定程度上决定了细胞的分裂。制在一定程度上决定了细胞的分裂。第二节 微生物的群体生长一、分批培养的概念和特点（一）概念和特点l将少量细菌接种到液体培养液中适宜条件下培养，生长繁殖，在生长期不补充加入营养物质和去除代谢产物，处于这种封闭系统中的生长称之为分批培养。特点：微生物所处的环境不断变化，从而使得研究微生物在不同环境中的群体生长规律变得方便、简化。（二）、微生物的生长曲线l细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横坐标，以菌数为纵坐标作图，得到的一条反映细菌在整个培

9、养期间菌数变化规律的曲线。l典型的生长曲线呈S形，反映出微生物从开始生长到衰亡整个动态过程中数目和生理的变化。一条典型的生长曲线至少可以分为一条典型的生长曲线至少可以分为迟缓期迟缓期，对数期对数期，稳定期稳定期和和衰亡期衰亡期等四个生长时期1.迟缓期 又称停滞期，适应期原因：微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏分解和催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢产物等。为产生诱导酶或合成中间代谢产物，就需要一段适应期。2.对数生长期l以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数增加，细菌内各成分按比例有规律地增加，增加，细菌内各成分按比例有规律地增加，表现为平衡生长。表

10、现为平衡生长。3.稳定期l细菌的繁殖数与死亡数基本相等，达到动态平衡。营养物质已经成为限制因子。4.衰亡期l死亡数大大超过繁殖速度，死亡率达到最大。l在不同条件下，生长曲线的形状会有一些差异，但总的形式是相近的。二、同步培养l使群体细胞在同一时间里都处于同一个生长阶段的培养称为同步培养（synchronous culture），得到的培养物为同步培养物，同步培养物是研究微生物细胞生理活动的理想材料。l获得同步培养的方法：（1）物理方法，根据菌体大小用区带密度梯度离心或过滤或将新分裂细胞从固体载体上洗脱下来进行培养；（2）控制环境条件（温度、化学药物等）的诱导方法。在两类方法中，由于诱导法可能造

11、成与正常细胞循环周期不同的周期变化，所以不及选择法好，这在生理学研究中尤为明显。l诱导方法：如对数期的E.coli在6处理45min，营养物改变，37培养70min，饥饿，所有细胞在培养10min后分裂，就可以获得同步培养物。三、连续培养（continuous culture）的概念和方法l在微生物的培养过程中，不断补充新鲜的无菌培养基，等量排出培养液，避免代谢产物积累，维持对数生长期。恒化法恒浊法相同之处：都是维持培养液总体恒定 流入流出；不同之处：恒浊通过改变培养基输入和输出速度使微生物浓度保持恒定。根据需要还可以有搅拌系统和通气系统。恒浊器与恒化器的比较恒浊器与恒化器的比较装置装置控制控制对象对象培养培养基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菌体密度密度无限制无限制生长因生长因子子不恒定不恒定最高最高速率速率大量菌体或大量菌体或与菌体相平与菌体相平行的代谢产行的代谢产物物生产生产为主为主恒化器恒化器培养培养基流基流速速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速率速率不同生长速不同生长速率的菌体率的菌体实验室实验室为主为主