最新微生物的生长及影响因素PPT课件.ppt
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1、微生物的生长及影响因素微生物的生长及影响因素一、微生物的生长一、微生物的生长n个体生长:细胞体积增大,重量增加。个体生长:细胞体积增大,重量增加。n个体生长个体生长个体繁殖个体繁殖群体生长群体生长n除了特定的目的以外,在微生物的研究和应用中提到的除了特定的目的以外,在微生物的研究和应用中提到的“生长生长”,均指群体生长。,均指群体生长。(2)接种量的影响)接种量的影响n一般说来,接种量大,一般说来,接种量大,则延滞期短,因此,则延滞期短,因此,在发酵工业上,为缩在发酵工业上,为缩短不利于提高发酵效短不利于提高发酵效率的延滞期,一般采率的延滞期,一般采用用10%的接种量。的接种量。(3)培养基成
2、分的影响)培养基成分的影响n接种到营养丰富的天然培养基中的微生物,要比接种接种到营养丰富的天然培养基中的微生物,要比接种到营养单调的组分培养基中的延滞期短。到营养单调的组分培养基中的延滞期短。n在发酵生产中,常使发酵培养基的成分与种子培养基在发酵生产中,常使发酵培养基的成分与种子培养基的成分尽量接近。的成分尽量接近。2、对数生长期、对数生长期n特点:特点:1.R最大,增代时间(代时最大,增代时间(代时G)或倍增时间最短。或倍增时间最短。2.细胞进行平衡生长,菌体内各种成分最为均匀。细胞进行平衡生长,菌体内各种成分最为均匀。3.酶系活跃,代谢旺盛。酶系活跃,代谢旺盛。n影响因素:影响因素:1.菌
3、种特性菌种特性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(1)营养成分的影响)营养成分的影响n同一种细菌,在营养物丰富的培养基中生长,其代时同一种细菌,在营养物丰富的培养基中生长,其代时较短,反之则长。较短,反之则长。(2)营养物浓度的影响)营养物浓度的影响n在营养物浓度很低的情况在营养物浓度很低的情况下,营养物的浓度才会影下,营养物的浓度才会影响生长速率;随着营养物响生长速率;随着营养物浓度的提高,生长速率不浓度的提高,生长速率不受影响,而只影响最终的受影响,而只影响最终的菌体产量;进一步提高营菌体产量;进一步提高营养物浓度,则生长速率和养物浓度,则生长速率和菌体产量两
4、者均不受影响。菌体产量两者均不受影响。n凡是处于较低浓度范围内,凡是处于较低浓度范围内,可影响生长速率和菌体产可影响生长速率和菌体产量的营养物,称为生长限量的营养物,称为生长限制因子。制因子。(3)培养温度的影响)培养温度的影响E.coli在不同温度下的代时在不同温度下的代时温度温度 代时(分)代时(分)温度温度 代时(分)代时(分)10 860 35 22 15 120 40 17.5 20 90 45 20 25 40 47.5 77 30 29特征参数特征参数n繁殖代数繁殖代数 n:x2=x12nnn=3.322(lgx2 lgx1)n生长速率常数生长速率常数 R:单位时间内的繁殖代数单
5、位时间内的繁殖代数nR=n/(t2 t1)=3.322(lgx2 lgx1)/(t2 t1)n代时代时G:繁殖一代所需的时间繁殖一代所需的时间nG=1/R=(t2 t1)/3.322(lgx2 lgx1)3、稳定期、稳定期n特点:特点:1.R=0,菌体产量达到最高点(细胞繁殖数菌体产量达到最高点(细胞繁殖数=死亡数)。死亡数)。2.细胞开始储存糖原、异染颗粒和脂肪等储藏物。细胞开始储存糖原、异染颗粒和脂肪等储藏物。3.以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物的最佳收获期。以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物的最佳收获期。n稳定期到来的原因:稳定期到来的原因:1.营养物尤其是生长限制因子的耗尽;
6、营养物尤其是生长限制因子的耗尽;2.营养物的比例失调;营养物的比例失调;3.有害代谢产物累积;有害代谢产物累积;4.pH、氧化还原电势等物化条件不适宜。氧化还原电势等物化条件不适宜。4、衰亡期、衰亡期n特点:特点:1.个体死亡速度个体死亡速度 新生速度,群体呈现负生长;新生速度,群体呈现负生长;2.细胞形态多样;细胞形态多样;3.细胞产生自溶;细胞产生自溶;4.产生或释放抗生素;产生或释放抗生素;5.芽孢杆菌中芽孢的释放。芽孢杆菌中芽孢的释放。n衰亡期到来原因:衰亡期到来原因:环境条件越来越不利,从而引起细胞内分解代谢大大超环境条件越来越不利,从而引起细胞内分解代谢大大超过合成代谢,导致菌体死
7、亡。过合成代谢,导致菌体死亡。生长曲线的应用生长曲线的应用n缩短延滞期缩短延滞期,以缩短发酵周期以缩短发酵周期n取对数生长期的种子接种取对数生长期的种子接种n延长对数生长期延长对数生长期,有利于形成大量的微生物细胞有利于形成大量的微生物细胞n采用连续培养采用连续培养n延长稳定期,有利于代谢产物积累延长稳定期,有利于代谢产物积累n根据细胞内含物判断菌龄;根据细胞内含物判断菌龄;n根据生长期控制培养条件。根据生长期控制培养条件。三、连续培养三、连续培养n连续培养:当微生物以单批培养的方式培养到对数期连续培养:当微生物以单批培养的方式培养到对数期的后期时,一方面以一定速度连续流进新鲜培养基,的后期时
8、,一方面以一定速度连续流进新鲜培养基,并立即搅拌均匀;另一方面,利用溢流的方式,以同并立即搅拌均匀;另一方面,利用溢流的方式,以同样的流速不断流出培养物。这样,培养物就达到动态样的流速不断流出培养物。这样,培养物就达到动态平衡,其中的微生物可长期保持在指数期的平衡生长平衡,其中的微生物可长期保持在指数期的平衡生长状态和稳定的生长速率上。状态和稳定的生长速率上。单批培养与连续培养的关系单批培养与连续培养的关系连续培养器的类型连续培养器的类型 内控制(控制菌体浓度):恒浊器内控制(控制菌体浓度):恒浊器 外控制(控制培养液流速,以控制生长速率):恒化器外控制(控制培养液流速,以控制生长速率):恒化
9、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恒浊器与恒化器恒浊器与恒化器n恒浊器(恒浊器(turbidostat):):根据培养器内微生物的生长密度,根据培养器内微生物的生长密度,并借光电控制系统来控制培养液流速,以取得菌体密度高、并借光电控制系统来控制培养液流速,以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养
10、器。生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。n恒化器(恒化器(chemostat):):一种设法使培养液流速保持不变,一种设法使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进行生长繁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的一种连续培养装置。殖的一种连续培养装置。恒化器恒化器恒浊器与恒化器的比较恒浊器与恒化器的比较装置装置 控制对象控制对象 培养基培养基 培养基流速培养基流速 生长速率生长速率 产物产物 应用范围应用范围恒浊器恒浊器 菌体密度菌体密度 无限制无限制 不恒定不恒定 最高速率最高速率 大量菌体大量菌体 生产为主生产为主 (内控制)(内控制)生长因子生长因子
11、 或与菌体或与菌体 相平行的相平行的 代谢产物代谢产物恒化器恒化器 培养基培养基 有限制有限制 恒定恒定 低于低于 不同生长不同生长 实验室实验室 流速流速 生长因子生长因子 最高速率最高速率 速率菌体速率菌体 为主为主 (外控制)(外控制)连续培养的优缺点连续培养的优缺点n优点优点n高效高效n自控自控n产品质量较稳定产品质量较稳定n节约了大量动力、人力、水和蒸汽节约了大量动力、人力、水和蒸汽n缺点缺点n菌种易于退化菌种易于退化n易遭杂菌污染易遭杂菌污染n营养物的利用率低营养物的利用率低四、影响微生物生长的主要因素四、影响微生物生长的主要因素n温度温度n氧气氧气npHn渗透压渗透压n水活度水活
12、度1、温度、温度n基本原理基本原理n温度通过影响蛋白质、核酸等生物大分子的结构与功能以温度通过影响蛋白质、核酸等生物大分子的结构与功能以及细胞膜的流动性及完整性来影响微生物的生长、繁殖和及细胞膜的流动性及完整性来影响微生物的生长、繁殖和新陈代谢。新陈代谢。n过高的环境温度会导致蛋白质或核酸的变性失活过高的环境温度会导致蛋白质或核酸的变性失活n过低的环境温度会抑制酶活力,降低细胞的新陈代谢活动。过低的环境温度会抑制酶活力,降低细胞的新陈代谢活动。n应用:高温灭菌,低温保藏菌种。应用:高温灭菌,低温保藏菌种。Heat denaturation of proteins 最低生长温度:一般为最低生长温
13、度:一般为-5-10,极端为,极端为-30 嗜冷菌:嗜冷菌:20生长温度最适生长温度生长温度最适生长温度 嗜温菌:嗜温菌:2045 嗜热菌:嗜热菌:45 最高生长温度:一般为最高生长温度:一般为8095v最适生长温度:分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。最适生长温度:分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。v最适生长温度最适生长温度发酵速度最高时的培养温度发酵速度最高时的培养温度代谢产物量最高代谢产物量最高时的温度时的温度生长量最高时温度生长量最高时温度微生物各生理过程的不同最适温度微生物各生理过程的不同最适温度 菌菌 名名 生长温度生长温度 发酵温度发酵温度 累积产物温度累积产物温度 嗜
14、热链球菌嗜热链球菌 37 47 37 乳酸链球菌乳酸链球菌 34 40 产细胞:产细胞:2530 产乳酸:产乳酸:30 灰色链霉菌灰色链霉菌 37 28 北京棒杆菌北京棒杆菌 32 3335 丙酮丁醇梭菌丙酮丁醇梭菌 37 33 产黄青霉产黄青霉 30 25 20Cardinal temperaturesTemperature classes2、氧气、氧气n根据微生物与氧的关系,可分为:根据微生物与氧的关系,可分为:专性好氧菌:必需在有氧条件下生长专性好氧菌:必需在有氧条件下生长 好氧菌好氧菌 兼性厌氧菌:在有氧及无氧条件下均能生长,但在有氧条件下生兼性厌氧菌:在有氧及无氧条件下均能生长,但在
15、有氧条件下生 长得更好。长得更好。微好氧菌:生长需要少量的氧,过量的氧常导致这类微生物死微好氧菌:生长需要少量的氧,过量的氧常导致这类微生物死 亡。亡。耐氧菌:生长不需要氧,但氧对其也无毒害。耐氧菌:生长不需要氧,但氧对其也无毒害。厌氧菌厌氧菌 (专性)厌氧菌:只能生长在无氧条件下,氧剧毒(专性)厌氧菌:只能生长在无氧条件下,氧剧毒,即使短期,即使短期 接触空气,也会抑制其生长甚至致死。接触空气,也会抑制其生长甚至致死。(a)专性好氧菌;专性好氧菌;(b)厌氧菌;厌氧菌;(c)兼性厌氧菌;兼性厌氧菌;(d)微好氧菌;微好氧菌;(e)耐氧菌耐氧菌厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制nO2+e O
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