大学分子生物学经典课件微生物的生长.ppt

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1、第六章第六章 微生物的生长微生物的生长环境科学与工程学院环境科学与工程学院l生长繁殖的概念：生长繁殖的概念：生长：指细胞内所有化学成分（蛋白质、核生长：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（增加），体积得以增大即表现为生长（个体生长）。体生长）。繁殖：使细胞数目增加伴随个体数目增加的繁殖：使细胞数目增加伴随个体数目增加的生物学过程。生物学过程。生长是一个量变过程，是繁殖的基础；繁殖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。是一个质变过程，是生长的结果。环境科学与工

2、程学院环境科学与工程学院l单细胞生物的生长和繁殖之间的关系极为密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，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。加作标志，即整个

3、物质增加。l在多细胞生物中，如果细胞数目的增加不伴在多细胞生物中，如果细胞数目的增加不伴随个体数目的增加，只能称生长，包括菌丝随个体数目的增加，只能称生长，包括菌丝的延长等，形成的延长等，形成有性、无性有性、无性孢子的过程称为孢子的过程称为繁殖。繁殖。环境科学与工程学院环境科学与工程学院l微生物的群体生长：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；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。的生长阶段不断地生长。在群体生长过程中的各个阶段生理特性的表现，在群体生长过程中的各个阶段生

4、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言，是不可能都处于同一生理状态或同一生长阶段的。阶段的。环境科学与工程学院环境科学与工程学院第一节第一节 微生物的个体生长微生物的个体生长 一、细胞结构的复制（合成）一、细胞结构的复制（合成）（一）染色体复制（一）染色体复制 染色体是染色体是DNA的载体，对细菌来说，染色体的载体，对细菌来说，染色体实际上就是实际上就是DNA，在生长过程中，在生长过程中，DNA通通过过半保留复制半保留复制完成。完成。环境科学与工程学院环境科学与工程学院（二）细胞壁的扩增（二）细胞

5、壁的扩增l在细胞生长过程中，由于壁的扩增，才使细胞在细胞生长过程中，由于壁的扩增，才使细胞体积得以增大。体积得以增大。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种细胞壁的生长种细胞壁的生长类型：类型：（1 1）杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖不是在一个位）杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖不是在一个位）杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖不是在一个位）杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖不是在一个位点而是在多个位点插入细胞壁，使得新老细胞壁呈间点而是在多个位点插入细胞壁，使得新老细胞壁呈间点而是在多个位点插入细胞壁，使得新老细胞壁呈间点而是在多个位点插入细胞壁，使得新老细胞壁呈间隔分布；隔

6、分布；隔分布；隔分布；（2 2）球菌新合成的肽聚糖固定在赤道板附近插入，导致）球菌新合成的肽聚糖固定在赤道板附近插入，导致）球菌新合成的肽聚糖固定在赤道板附近插入，导致）球菌新合成的肽聚糖固定在赤道板附近插入，导致新老细胞壁能明显分开，原来的细胞壁被推向两端。新老细胞壁能明显分开，原来的细胞壁被推向两端。新老细胞壁能明显分开，原来的细胞壁被推向两端。新老细胞壁能明显分开，原来的细胞壁被推向两端。环境科学与工程学院环境科学与工程学院（三）核糖体的生物发生（三）核糖体的生物发生l核糖体的重建包括核糖体的重建包括rRNA的合成、蛋白质合成的合成、蛋白质合成以及蛋白质在以及蛋白质在rRNA上的装配三个

7、过程。上的装配三个过程。例：大肠杆菌核糖体的重建例：大肠杆菌核糖体的重建例：大肠杆菌核糖体的重建例：大肠杆菌核糖体的重建 ，Masayasu NomwaMasayasu Nomwa成功地利用提纯的核糖体成功地利用提纯的核糖体成功地利用提纯的核糖体成功地利用提纯的核糖体rRNArRNA和蛋白质分子重建了和蛋白质分子重建了和蛋白质分子重建了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大肠杆菌核糖体，其中最重要的发现是大肠杆菌核糖体，其中最重要的发现是大肠杆菌核糖体，其中最重要的发现是30s30s颗粒的组颗粒的组颗粒的组颗粒的组装，只需要装，只需要装，只需要装，只需要16S rRNA16S

8、rRNA分子和分子和分子和分子和2121种种种种S S型蛋白质，重建型蛋白质，重建型蛋白质，重建型蛋白质，重建的颗粒具有天然颗粒的所有的生物学功能，的颗粒具有天然颗粒的所有的生物学功能，的颗粒具有天然颗粒的所有的生物学功能，的颗粒具有天然颗粒的所有的生物学功能，50S50S颗粒颗粒颗粒颗粒与与与与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我组装的过程自我组装的过程自我组装的过程自我组装的过程。RNA-RNA-蛋白质相互作用是一种有高蛋白质相互作用是一种有高蛋白质相

9、互作用是一种有高蛋白质相互作用是一种有高度特异性的作用。度特异性的作用。度特异性的作用。度特异性的作用。该过程在真核细胞中要复杂该过程在真核细胞中要复杂得多。得多。环境科学与工程学院环境科学与工程学院（四）线粒体的生物发生（四）线粒体的生物发生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发生是指细胞内线粒体如何生成新的线粒体的，有线粒体的，有2种方式，一是由原来存在于细胞种方式，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。出芽的分裂方式。环境科学与工程学院环境科学与工程学院（五）（五）细胞膜的扩增细胞膜的扩增l研究细

10、胞膜扩增的方法是通过研究原来细胞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。膜的分布，再确定新扩增的部位。通过利用突变株的培养，通过利用突变株的培养，确定细胞膜的扩增部位，确定细胞膜的扩增部位，阴影部分为原来的细胞阴影部分为原来的细胞膜，随着分裂次数的增膜，随着分裂次数的增加，原来的细胞膜在子加，原来的细胞膜在子细胞中的量就越来越少。细胞中的量就越来越少。l细胞分裂：各种细胞物质的扩增导致了细菌细胞的分裂，细菌细胞分裂：各种细胞物质的扩增导致了细菌细胞的分裂，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

11、2个新的细胞。个新的细胞。环境科学与工程学院环境科学与工程学院（六）鞭毛的形成（六）鞭毛的形成l鞭毛亚基在细胞内合成，并贮存在细胞内，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。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（运送距到证实。随着长度增加，速度减慢（运送距离）。离）。l真核生物的鞭毛亚基是在细胞内合成后，在真核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

12、。鞭毛的基部装配延长，直至正常的长度。环境科学与工程学院环境科学与工程学院二、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，其成分的合成以指数的一种假设是对数期的细胞，其成分的合成以指数的一种假设是对数期的细胞，其成分的合成以指数的一种假设是对数期的细胞，其成分的合成以指数的方式连续进行，造成扩散有了困难，并有利于某些方式连续进行，造成扩散有了困难，并有利于某些方式连续进行，造成扩散有了困难，并有利于某些方式连续进行，造成扩散有了困难，并有利于某些外部反应外部反应外部反应外部反应如细胞壁的合成

13、，使细胞分裂形成两个如细胞壁的合成，使细胞分裂形成两个如细胞壁的合成，使细胞分裂形成两个如细胞壁的合成，使细胞分裂形成两个新细胞。新细胞。新细胞。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，因的合成，因的合成，因为细胞分裂总是发生在为细胞分裂总是发生在为细胞分裂总是发生在为细胞分裂总是发生在DNADNA复制完

14、成之后，复制完成之后，复制完成之后，复制完成之后，DNADNA复复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。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。环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院第二节第二节 微生物的群体生长微生物的群体生长一、分批培养的概念和特点一、分批培养的概念和特点（一）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物质和去除代

15、谢产物，处于这种封闭系统中的生长称之为的生长称之为分批培养分批培养。特点：微生物所处的环境不断变化，从而使特点：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。变得方便、简化。环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院（二）、微生物的生长曲线二）、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数为纵坐标作图，得到的一条反映细菌在整

16、个培养期间菌数变化规律的曲线。个培养期间菌数变化规律的曲线。l典型的生长曲线呈典型的生长曲线呈S形，反映出微生物从开始形，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生长到衰亡整个动态过程中数目和生理的变化。化。环境科学与工程学院环境科学与工程学院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等四个生长时期环境科学与工程学院环境科学与工程学院1.迟缓期迟缓期 又称停滞期，适应期又称停滞期，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

17、缺乏充足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。间代谢产物，就需要一段适应期。环境科学与工程学院环境科学与工程学院2.对数生长期对数生长期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。表现为平衡生长。环境科学与工程学院环境科学与工程学院3.稳定期稳定期l细细菌菌的的繁繁殖殖数数与与死死亡亡数数基基本本相相等等，达达到到动动态态平衡。营养物质已经成为限制因子。平衡。营养物

18、质已经成为限制因子。环境科学与工程学院环境科学与工程学院4.衰亡期衰亡期l死亡数大大超过繁殖速度，死亡率达到最大。死亡数大大超过繁殖速度，死亡率达到最大。l在在不不同同条条件件下下，生生长长曲曲线线的的形形状状会会有有一一些些差差异，但总的形式是相近的。异，但总的形式是相近的。环境科学与工程学院环境科学与工程学院二二、同步培养、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。环境科学与工程学院环境科学与工程学院l获得同步培养的方法：获得同步培养的方法：（1）

19、物理方法，根据菌体大小用区带密度梯度）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；脱下来进行培养；（2）控制环境条件（温度、化学药物等）的诱）控制环境条件（温度、化学药物等）的诱导方法导方法。在两类方法中，由于诱导法可能造成与正在两类方法中，由于诱导法可能造成与正常细胞循环周期不同的周期变化，所以不及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。选择法好，这在生理学研究中尤为明显。环境科学与工程学院环境科学与工程学院硝硝酸酸纤纤维维素素滤滤膜膜法法密密度度梯梯度度离离心心方方法法环境

20、科学与工程学院环境科学与工程学院l诱导方法：如诱导方法：如E.coli 胸腺嘧啶营养缺陷型菌胸腺嘧啶营养缺陷型菌株，当停止供给胸腺嘧啶时，株，当停止供给胸腺嘧啶时，DNA合成立即合成立即终止，但终止，但RNA和蛋白质的合成速率不受影响，和蛋白质的合成速率不受影响，30分钟后加入胸腺嘧啶，分钟后加入胸腺嘧啶，DNA合成立即恢复，合成立即恢复，结果几乎所有细胞在经过结果几乎所有细胞在经过35-40分钟的延滞期分钟的延滞期后都进行分裂，就可以获得同步培养物。后都进行分裂，就可以获得同步培养物。环境科学与工程学院环境科学与工程学院三三、连续培养的概念和方法、连续培养的概念和方法l在微生物的培养过程中，

21、不断补充新鲜的无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。积累，维持对数生长期。环境科学与工程学院环境科学与工程学院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

22、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环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院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生物膜的液晶结构生物膜的液晶结构酶和蛋白质的合成与活性酶和蛋白质的合成与活性2、影响原因影响原因 影响微生物生长的主要因素有：营养物质、水的活性、温度影响微生物生长的主要因素有：营养物质、水的活性、温度 pH和氧和氧1.温度 根据微生物生长的最适温度不同，可以将微生物分为嗜冷、兼性嗜冷、嗜温、嗜热和超嗜热五种不同的类型。环境科学与工程学院环境科学与工程学院二二、pH值值有

23、机物有机物无机物无机物糖类糖类脂肪脂肪蛋白质蛋白质硫酸铵硫酸铵硫酸硫酸（变酸）变酸）硝酸钠硝酸钠氢氧化钠（变碱）氢氧化钠（变碱）2.培养过程培养过程pH会变化会变化培养基内中性成分培养基内中性成分有机酸有机酸（变酸）变酸）胺类（变碱）胺类（变碱）加碱或氮源；加碱或氮源；提高通气量提高通气量加酸或碳源；加酸或碳源；降低通气量降低通气量1.影响菌体的原因影响菌体的原因破坏菌体中的结构物质；破坏菌体中的结构物质；影响营养物质的离化程度。影响营养物质的离化程度。环境科学与工程学院环境科学与工程学院三三、氧气氧气兼性厌氧菌（兼性厌氧菌（以呼吸为主，兼厌氧呼吸）以呼吸为主，兼厌氧呼吸）1.微生物与氧的关系

24、微生物与氧的关系微好氧菌（微好氧菌（0.010.03巴）巴）耐氧菌耐氧菌（不需氧，只以发酵产能，氧无害）（不需氧，只以发酵产能，氧无害）专性氧菌（氧有害，无氧呼吸产能）专性氧菌（氧有害，无氧呼吸产能）好氧菌（需氧，正常大气压）好氧菌（需氧，正常大气压）2.氧对厌氧菌的影响：氧对厌氧菌的影响：厌氧菌中无厌氧菌中无SOD,POD（过氧化物酶）（过氧化物酶）,CAT（过（过氧化氢酶）氧化氢酶）好氧菌中有好氧菌中有SOD,CAT微好氧菌中微好氧菌中SOD,POD环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院环境科学与工程学院思考题获得同步培养物的方法有哪些？获得同步培养物的方法有哪些？影响微生物生长的主要因素？影响微生物生长的主要因素？连续培养的方法及其两者之间的区别。连续培养的方法及其两者之间的区别。环境科学与工程学院环境科学与工程学院期末试题类型一、名词解释（一、名词解释（10个，个，30分）分）二、填空（共二、填空（共20分）分）三、简答题（三、简答题（5-6个，共个，共30分）分）四、论述题（四、论述题（2个，共个，共20分）分）环境科学与工程学院环境科学与工程学院谢谢大家！环境科学与工程学院环境科学与工程学院