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1、微生物的营养与生长精美课微生物的营养与生长精美课件件【目的要求目的要求】微生物细胞的化学组成及所需营养物质，微生物微生物细胞的化学组成及所需营养物质，微生物的营养类型及其对营养物质的吸收；的营养类型及其对营养物质的吸收；微生物生长的概念，个体生长与群体生长的关系，微生物生长的概念，个体生长与群体生长的关系，微生物群体生长的衡量指标，微生物生长量的测微生物群体生长的衡量指标，微生物生长量的测定方法；定方法；微生物的群体生长规律和环境因素对微生物生长微生物的群体生长规律和环境因素对微生物生长的影响。的影响。v种类种类:无机含碳化合物：如无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。和碳酸盐等。有机含碳化合物
2、：糖与糖的衍生物、脂类、醇类、有机含碳化合物：糖与糖的衍生物、脂类、醇类、有机酸、烃类、芳香族化合物等。有机酸、烃类、芳香族化合物等。v实验室内常用的碳源实验室内常用的碳源葡萄糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、有机酸等葡萄糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、有机酸等v发酵工业中用作碳源的原料发酵工业中用作碳源的原料传统种类：糖类、麸皮、各种米糠等传统种类：糖类、麸皮、各种米糠等代粮发酵：纤维素、石油、代粮发酵：纤维素、石油、CO2和和H2等等氮源（氮源（nitrogensource）v概念概念能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。v功能功能提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核
3、酸，以及提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料；含氮代谢物等的原料；少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。v种类种类空气中分子态氮空气中分子态氮无机氮化合物：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨无机氮化合物：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨等；等；有机氮化合物：蛋白质及其降解产物（如胨、有机氮化合物：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、氨基酸等）、尿素、牛肉膏、鱼粉、花生肽、氨基酸等）、尿素、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等。饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等。v实验室内常用的氮源实验室内常用的氮源牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、黄豆饼粉等牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、
4、黄豆饼粉等能源（能源（energysource）v概念概念能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。物或辐射能。v微生物的能源谱微生物的能源谱能源谱能源谱有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）化学化学物质物质辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源无机盐（无机盐（InorganicSalt）v大量元素（大量元素（生长所需浓度在生长所需浓度在10-310-4mol/L）P、S、K、Mg、
5、Ca、Na、Fev微量元素（微量元素（生长所需浓度在生长所需浓度在10-610-8mol/L）Cu、Zn、Mn、Mo、Cov生理功能生理功能无无机机盐盐大量大量元素元素一般功能一般功能生理调节物质生理调节物质化能自养菌的能源化能自养菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-)细胞内一般分子成分细胞内一般分子成分(P,S,Ca,Mg,Fe等等)微量微量元素元素特殊分子结构成分（特殊分子结构成分（Co、Mo等）等）酶的激活剂（酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）等）特殊功能特殊功能无氧呼吸时的氢受体无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-)维持渗透压维持渗透压酶的激活剂酶的激活剂pH的稳定
6、的稳定生长因子（生长因子（growthfactor）v概念概念微生物生长所必需、需要量很小，微生物自身不微生物生长所必需、需要量很小，微生物自身不能合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有能合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。机营养物质。广义的生长因子：维生素、碱基、卟啉及其衍生广义的生长因子：维生素、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、物、甾醇、胺类、C4-C6脂肪酸、需要量较大的脂肪酸、需要量较大的氨基酸氨基酸狭义的生长因子：维生素狭义的生长因子：维生素v生长因子的来源生长因子的来源天然培养基天然培养基v酵母膏、牛肉浸出液、肝浸液、小牛血清、麦芽汁、酵母膏、牛肉浸出液、肝浸液
7、、小牛血清、麦芽汁、玉米浆、蔬菜汁、麸皮、米糠等。玉米浆、蔬菜汁、麸皮、米糠等。组合培养基组合培养基v复合维生素溶液复合维生素溶液v主要作用主要作用作为酶的辅基或辅酶作为酶的辅基或辅酶合成细胞结构及组分的前体合成细胞结构及组分的前体二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型v据对碳源的不同利用能力据对碳源的不同利用能力自养型微生物（自养型微生物（autotrophicbacteria）v指利用简单的无机物作营养物质进行生长繁殖，能以指利用简单的无机物作营养物质进行生长繁殖，能以CO2或碳酸盐为唯一的碳源在体内合成有机物，不需或碳酸盐为唯一的碳源在体内合成有机物，不需要外界供给有机含碳化合物。要外
8、界供给有机含碳化合物。异养型微生物（异养型微生物（heterotrophicbacteria）v需要利用有机物质碳作为营养和能源的微生物。需要利用有机物质碳作为营养和能源的微生物。强调：强调：划分异养、自养的标准不在于能否利用划分异养、自养的标准不在于能否利用CO2，而在于是否为唯一碳源或主要碳源。而在于是否为唯一碳源或主要碳源。v据微生物生命活动中能量来源不同据微生物生命活动中能量来源不同光能营养型微生物光能营养型微生物v依靠光能进行生长依靠光能进行生长化能营养型微生物化能营养型微生物v依靠化合物氧化释放的能量进行生长依靠化合物氧化释放的能量进行生长v据微生物体内生物氧化过程中供氢体分据微生
9、物体内生物氧化过程中供氢体分无机营养型微生物无机营养型微生物有机营养型微生物有机营养型微生物1、光能无机自养型微生物、光能无机自养型微生物v特点特点以以CO2作为唯一碳源或主要碳源；作为唯一碳源或主要碳源；以以无机物无机物作为供氢体；作为供氢体；利用利用光能光能含有光合色素，可使光能转变成化含有光合色素，可使光能转变成化学能（学能（ATP），供机体直接利用。），供机体直接利用。v典型代表典型代表蓝细菌、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物蓝细菌、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物2、光能有机异养型微生物、光能有机异养型微生物v特点特点不能以不能以CO2为主要碳源或唯一碳源；为主要碳源或唯一碳源；以以有机
10、物有机物（如异丙醇）作为供氢体；（如异丙醇）作为供氢体；利用利用光能光能将将CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。v典型代表典型代表红螺菌属中的一些细菌。红螺菌属中的一些细菌。3、化能无机自养型微生物、化能无机自养型微生物v特点特点以以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源；或碳酸盐作为唯一或主要碳源；利用利用无机物无机物如氢气、硫化氢、如氢气、硫化氢、Fe2+或亚硝酸盐等或亚硝酸盐等作为电子供体，使作为电子供体，使CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。以无机物氧化释放的以无机物氧化释放的化学能化学能为能源；为能源；v典型代表典型代表硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁
11、细菌。4、化能有机异养型微生物、化能有机异养型微生物v特点特点以以有机化合物有机化合物为碳源；为碳源；以以有机物氧化有机物氧化产生的化学能为能源。产生的化学能为能源。v根据利用有机物的特性可将其分为：根据利用有机物的特性可将其分为：腐生型（腐生型（metatrophy）寄生型（寄生型（paratrophy）兼性腐生型（兼性腐生型（facultivemetatrophy）或兼性寄）或兼性寄生型（生型（facultiveparatrophy）三、营养物质进入细胞的方式三、营养物质进入细胞的方式1、单纯扩散（、单纯扩散（diffusion）被动输送：动力来自胞内外浓度差，方向可逆。被动输送：动力来自
12、胞内外浓度差，方向可逆。特点特点v扩散由高浓度向低浓度，即单纯物理扩散，速度慢；扩散由高浓度向低浓度，即单纯物理扩散，速度慢；v不需要能量；不需要能量；v非特异性（没有酶参与）；非特异性（没有酶参与）；v营养物质本身在运输时分子结构上也不会发生变化。营养物质本身在运输时分子结构上也不会发生变化。输送物质主要有水、输送物质主要有水、O2、CO2、乙醇、某些氨基、乙醇、某些氨基酸分子。酸分子。单纯扩散模式图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜内细胞膜2、促进扩散、促进扩散(facilitateddiffusion)v动力来自细胞内外的浓度差。方向可逆。动力来自细胞内外的浓度差。方向可逆。v特点：特点：扩散
13、由高浓度向低浓度；扩散由高浓度向低浓度；不需要能量；不需要能量；运输有渗透酶参与，运输有渗透酶参与，对被运输物质有高度立体专一性对被运输物质有高度立体专一性；营养物质本身在运输时分子结构上也不会发生变化。营养物质本身在运输时分子结构上也不会发生变化。v常见输送物质常见输送物质真核生物的普遍运输机制，原核生物中少见。主要有氨真核生物的普遍运输机制，原核生物中少见。主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。基酸、单糖、维生素及无机盐等。促进扩散模式图促进扩散模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合结合构象改变3、主动运输（、主动运输（activetransport）v在代谢能的推动下，通过
14、膜上特殊载体蛋白逆养料在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白逆养料浓度梯度吸收营养物质的过程。浓度梯度吸收营养物质的过程。v特点特点运输由低浓度向高浓度运输由低浓度向高浓度；有渗透酶参与，有渗透酶参与，对被运输物质有高度立体专一性对被运输物质有高度立体专一性；需要能量需要能量；营养物质本身在运输时营养物质本身在运输时不发生任何化学变化不发生任何化学变化。v主要运送物质主要运送物质无机离子（无机离子（Na、K）、有机离子、一些糖类（乳糖、）、有机离子、一些糖类（乳糖、葡萄糖、蜜二糖等）、氨基酸等葡萄糖、蜜二糖等）、氨基酸等主动运输模式图主动运输模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合
15、构象改变ADP+PiATP4、基团转位（、基团转位（grouptranslocation）v特点特点运输由低浓度向高浓度；运输由低浓度向高浓度；运输有渗透酶参与，运输有渗透酶参与，对被运输物质有高度立体专一性对被运输物质有高度立体专一性；需要能量。需要能量。被转运物质性质发生改变被转运物质性质发生改变。v存在范围存在范围主要存在于厌氧主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌和兼性厌氧型细菌中。葡萄糖、果糖等中。葡萄糖、果糖等单糖以及核苷与脂肪酸的运输均以此种方式进行。单糖以及核苷与脂肪酸的运输均以此种方式进行。基团移位基团移位模式图模式图四种运输营养物质方式的比较四种运输营养物质方式的比较比较项目比较项
16、目单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转位基团转位特异载体蛋白特异载体蛋白运输速度运输速度物质运输方向物质运输方向平衡时胞内外浓度平衡时胞内外浓度运输分子运输分子能量消耗能量消耗运输后物质的结构运输后物质的结构载体饱和效应载体饱和效应与溶质类似物与溶质类似物运送抑制剂运送抑制剂无无慢慢由浓至稀由浓至稀相等相等无特异性无特异性不需要不需要不变不变无无无竞争性无竞争性无无有有快快由浓至稀由浓至稀相等相等特异性特异性不需要不需要不变不变有有有竞争性有竞争性有有有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要不变不变有有有竞争性有竞争性有有有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓
17、度高胞内浓度高特异性特异性需要需要改变改变有有有竞争性有竞争性有有四、培养基四、培养基(culturemedium)v概念概念由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质。产物用的营养基质。v特点特点具备微生物所需要六大营养要素，且比例适当。具备微生物所需要六大营养要素，且比例适当。v用途用途促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；鉴促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品物制品1、配制培养基的基本原则、配制培养
18、基的基本原则v培养基组分应符合微生物的营养特点培养基组分应符合微生物的营养特点目的明确目的明确v营养物质浓度及配比合适营养物质浓度及配比合适营养协调营养协调v物理化学条件适宜物理化学条件适宜条件适宜条件适宜v根据培养目的选择原料及其来源根据培养目的选择原料及其来源经经济节约济节约选择适宜的营养物质选择适宜的营养物质v根据微生物营养需求配制针对性强的培养基根据微生物营养需求配制针对性强的培养基微生物类群、营养类型不同对营养物质需求不同微生物类群、营养类型不同对营养物质需求不同培养目的不同，原料选择和配比不同培养目的不同，原料选择和配比不同实验室常用的培养基有：实验室常用的培养基有：v细菌：牛肉膏
19、蛋白胨培养基、细菌：牛肉膏蛋白胨培养基、LB(Luria-Bertani)v放线菌：高氏放线菌：高氏1号培养基号培养基v真菌：查氏合成培养基、真菌：查氏合成培养基、PDA(Potato-Dextrose-Agar)v酵母菌：麦芽汁培养基酵母菌：麦芽汁培养基营养物质浓度及配比合适营养物质浓度及配比合适v合适营养物质浓度下微生物才能良好生长；合适营养物质浓度下微生物才能良好生长；v培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和生物的生长繁殖和(或或)代谢产物的形成和积累。代谢产物的形成和积累。碳氮比碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的摩尔数比值
20、。指培养基中碳元素与氮元素的摩尔数比值。v例如例如谷氨酸生产中谷氨酸生产中C/N4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；C/N3/1时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。物理化学条件适宜物理化学条件适宜vpH各类微生物的最适生长各类微生物的最适生长pH值各不相同；值各不相同；微生物在生长和代谢过程中，由于营养物质的利微生物在生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，会导致培养基的初用和代谢产物的形成与积累，会导致培养基的初始始pH值发生改变。值发生改变。维持培养基维持培养基pH值相对恒定常采用的方法值相对恒定
21、常采用的方法v内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐；调节培养基的碳氮比。盐；调节培养基的碳氮比。v外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液v内源调节主要有两种方法内源调节主要有两种方法磷酸缓冲液：磷酸缓冲液：pH值从值从6.07.6之间之间K2HPO4+HCl KH2PO4+KClKH2PO4+KOH K2HPO4+H2OCO32 HCO3 H2CO3 CO2+H2O+H+H+H+H 培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。也可起到缓冲作用
22、。加入加入CaCO3作为作为“备用碱备用碱”v渗透压（渗透压（osmoticpressure）微生物有一定的适应渗透压变化的能力，尤其会微生物有一定的适应渗透压变化的能力，尤其会通过体内大分子贮藏物合成或分解的方式来适应通过体内大分子贮藏物合成或分解的方式来适应v大肠杆菌膨压：大肠杆菌膨压：2atmvG细菌：细菌：20atmvG细菌：细菌：510atmv水分活度（水分活度（aw,wateractivity）表示微生物可实际利用的游离水的含量。表示微生物可实际利用的游离水的含量。微生物生长的最低微生物生长的最低awv普通细菌普通细菌0.91、普通酵母菌、普通酵母菌0.88、普通霉菌、普通霉菌0.
23、80v氧化还原电位氧化还原电位(redoxpoyential)度量某氧化还原系统中还原剂释放电子或氧化剂度量某氧化还原系统中还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是接受电子趋势的一种指标，其单位是V（伏）或（伏）或mV（毫伏）。（毫伏）。各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：v好氧微生物：好氧微生物：+0.3+0.4V，(在在0.1V以上的环境中均以上的环境中均能生长能生长)；v厌氧微生物：只能在厌氧微生物：只能在+0.1V以下生长以下生长v兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1V以上呼吸、以上呼吸、+0.1V以下发酵以下发酵影响氧化还
24、原电位的因素影响氧化还原电位的因素v氧分压氧分压vpH实践中调节培养基氧化还原电位的方法实践中调节培养基氧化还原电位的方法v在在pH相对稳定的条件下，增加通气量可提高培养基的相对稳定的条件下，增加通气量可提高培养基的氧分压，或加入氧化剂，从而增加氧分压，或加入氧化剂，从而增加值；值；v培养基中加入还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、培养基中加入还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等可降低半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等可降低值。值。培养基的灭菌培养基的灭菌v高压蒸气灭菌高压蒸气灭菌一般培养基一般培养基:103KPa,121.3,15-30min含糖培养基含糖培养基
25、:54.9KPa,112.6,15-30minv过滤灭菌过滤灭菌v间歇灭菌的应用间歇灭菌的应用2、培养基的类型及应用、培养基的类型及应用v根据营养成分来源分根据营养成分来源分天然培养基（天然培养基（complexmedium）v牛肉膏、蛋白胨、玉米粉、血清、马铃薯、牛奶，实牛肉膏、蛋白胨、玉米粉、血清、马铃薯、牛奶，实验室常用。验室常用。合成培养基（合成培养基（syntheticmedium）v用于研究微生物形态、营养代谢、分类鉴定、菌种选用于研究微生物形态、营养代谢、分类鉴定、菌种选育、遗传分析等，如高氏培养基、察氏培养基等。育、遗传分析等，如高氏培养基、察氏培养基等。半合成培养基（半合成培
26、养基（semi-syntheticmedium）v马铃薯蔗糖培养基。马铃薯蔗糖培养基。v按物理状态分按物理状态分固体培养基（固体培养基（solidmedium）v天然固体培养基或加入凝固剂（琼脂、明胶、硅胶等）天然固体培养基或加入凝固剂（琼脂、明胶、硅胶等），可供分离、鉴定、活菌计数、菌种保藏等，可供分离、鉴定、活菌计数、菌种保藏等半固体培养基（半固体培养基（semisolidmedium）v只加琼脂只加琼脂0.20.3%。用于观察细菌运动，菌种保存，。用于观察细菌运动，菌种保存，噬菌体分离纯化。噬菌体分离纯化。液体培养基（液体培养基（liquidmedium）v广泛用于微生物的培养，生理代谢
27、和遗传学的研究及广泛用于微生物的培养，生理代谢和遗传学的研究及工业发酵等。工业发酵等。脱水培养基（脱水培养基（dehydratedculturemedium）v按功能分按功能分基础培养基基础培养基(minimummedium)v营养琼脂培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基营养琼脂培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基加富培养基加富培养基(enrichmentmedium)v在普通培养基中在普通培养基中加入某些特殊营养物质加入某些特殊营养物质制成的一类营制成的一类营养丰富的培养基。养丰富的培养基。v在用于菌种筛选时，一般在培养基中加入额外的营养在用于菌种筛选时，一般在培养基中加入额外的营养物，使某种微生物在其
28、中生长比其它的生长迅速，逐物，使某种微生物在其中生长比其它的生长迅速，逐渐淘汰其它微生物。渐淘汰其它微生物。“投其所好投其所好”。v用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物。用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物。v在加富培养基中生长的微生物并不是一纯种，而只是在加富培养基中生长的微生物并不是一纯种，而只是营养要求相同的一类微生物，用于菌种的筛选等。营养要求相同的一类微生物，用于菌种的筛选等。选择培养基（选择培养基（selectivemedium）v根据某种微生物的特殊营养要求或对某种化学、物理根据某种微生物的特殊营养要求或对某种化学、物理因素的抗性而设计的培养基，具有使混合菌群中劣势因素的抗性
29、而设计的培养基，具有使混合菌群中劣势菌变成优势菌的功能，可用于进行菌种筛选。菌变成优势菌的功能，可用于进行菌种筛选。v“投其所好投其所好”“取其所抗取其所抗”鉴别培养基（鉴别培养基（differentialmedium）v在培养基中加入某种特殊化学物质，某种微生物在培在培养基中加入某种特殊化学物质，某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产物养基中生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征性的变化。根据这种特征性变化可将产生明显的特征性的变化。根据这种特征性变化可将该种微
30、生物与其他微生物区分开来的培养基。该种微生物与其他微生物区分开来的培养基。v如如EMB培养基（伊红美蓝平板培养基）用于检查饮水培养基（伊红美蓝平板培养基）用于检查饮水和乳品中是否含有肠道致病菌。和乳品中是否含有肠道致病菌。第第 二二 节节微生物的生长微生物的生长Microbial Growth一、一、微生物生长及测定方法微生物生长及测定方法1、微生物生长、微生物生长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研究微生物生长繁殖的意义研究微生物生长繁殖的意义v可作为研究生理、生化、遗传等问题的重要指标；可作为研究生理、生化、遗传等问题的重要指标
31、；v生产实践中的应用；生产实践中的应用；v治病、变质微生物的控制。治病、变质微生物的控制。2、测定生长繁殖的方法、测定生长繁殖的方法测生长量测生长量直接法直接法测体积测体积称干重称干重间接法间接法比浊法比浊法生理指标法生理指标法测含碳量测含碳量测含氮量测含氮量其它（其它（P、DNA）计繁殖数计繁殖数直接法直接法比例计数法比例计数法血球计数板法血球计数板法间接法间接法液体稀释法液体稀释法平板菌落计数法平板菌落计数法细胞浑浊度的测定细胞浑浊度的测定血球计数板法血球计数板法225mL无菌无菌水加水加25g样品样品1mL1mL1mL试管中原始装试管中原始装9mL无菌水无菌水10-210-310-41m
32、L平板菌落计数法平板菌落计数法二、微生物的群体生长规律二、微生物的群体生长规律v1、典型的生长曲线、典型的生长曲线少量纯种单细胞接种到一定容积的液体培养基中，少量纯种单细胞接种到一定容积的液体培养基中，在适宜条件下培养，定时取样测定细胞数，然后在适宜条件下培养，定时取样测定细胞数，然后以以培养时间为横坐标培养时间为横坐标，以，以细胞数的对数为纵坐标细胞数的对数为纵坐标，可以得到有规律的曲线，即为单细胞微生物典型可以得到有规律的曲线，即为单细胞微生物典型生长曲线。生长曲线。适合对象：单细胞微生物（细菌、酵母等），不适合对象：单细胞微生物（细菌、酵母等），不适合丝状生长的真菌或放线菌。适合丝状生长
33、的真菌或放线菌。典型的生长曲线典型的生长曲线延滞期 对数期稳定期衰亡期延滞期延滞期(lagphase)v现象现象培养体系内细胞数目几乎保持不变培养体系内细胞数目几乎保持不变v特点特点生长速率常数为零；生长速率常数为零；细胞体积增大，细胞体积增大，DNA含量增多；含量增多；细胞合成代谢旺盛；细胞合成代谢旺盛；对外界不良反应敏感。对外界不良反应敏感。v出现的原因：出现的原因：重新调整代谢；重新调整代谢；缺乏充足的中间代谢产物。缺乏充足的中间代谢产物。v影响因素：影响因素：菌种的生理活性菌种的生理活性(菌种、菌龄）菌种、菌龄）培养基的组分培养基的组分接种量接种量v在发酵工业上为缩短延滞期，常采用措施
34、：在发酵工业上为缩短延滞期，常采用措施：用对数期健壮菌体做菌种；适当增大接种量；种子培养用对数期健壮菌体做菌种；适当增大接种量；种子培养基中加入生产培养基中某些成分。基中加入生产培养基中某些成分。对数期（对数期（Logarithmicphasc）v特点特点生长速率常数最大生长速率常数最大，分裂快，分裂快，菌数以几何级数增加，菌数以几何级数增加，代时短代时短；菌体长的菌体长的较标准较标准，群体形态与，群体形态与生理特征一致，菌种健壮，菌生理特征一致，菌种健壮，菌体成分均匀，且单个存在的细体成分均匀，且单个存在的细胞占多数；胞占多数；酶系活跃，代谢旺盛，营养消酶系活跃，代谢旺盛，营养消耗多，代谢产
35、物不足以影响其耗多，代谢产物不足以影响其生长。生长。v原因原因细胞完成生理调整，基质营养和环境适宜细胞完成生理调整，基质营养和环境适宜v影响微生物对数期代时的因素：影响微生物对数期代时的因素：菌种菌种营养成分营养成分营养物浓度营养物浓度影响生长速率、总生长量影响生长速率、总生长量v浓度低时影响生长速度，随浓度逐步提高生长速度不浓度低时影响生长速度，随浓度逐步提高生长速度不受影响，只影响最终菌体产量；如果浓度再提高，则受影响，只影响最终菌体产量；如果浓度再提高，则生长速率、菌体产量均不受影响。生长速率、菌体产量均不受影响。v在较低浓度下，影响生长速率、菌体产量的营养物，在较低浓度下，影响生长速率
36、、菌体产量的营养物，叫做叫做生长限制因子生长限制因子。培养温度培养温度v重要参数重要参数繁殖代数（繁殖代数（n）生长速度常数（生长速度常数（R R）代时代时(generation time)(generation time)稳定期（稳定期（stationaryphase）v特点：特点：新生数与死亡数基本相同，活菌数维持一个稳定新生数与死亡数基本相同，活菌数维持一个稳定数，生长速率常数为零；数，生长速率常数为零；细胞分裂速度降低，细胞质内贮藏物如糖原、脂细胞分裂速度降低，细胞质内贮藏物如糖原、脂肪粒等增多，大多芽孢菌形成芽孢；肪粒等增多，大多芽孢菌形成芽孢；代谢活动继续，并保持代谢活动继续，并保
37、持相当水平，但总体活力逐相当水平，但总体活力逐渐减弱，积累许多不利于渐减弱，积累许多不利于微生物活动的代谢产物，微生物活动的代谢产物，营养物质失调。营养物质失调。v原因：原因：营养物质逐渐消耗；营养物质逐渐消耗；代谢废物逐渐积累；代谢废物逐渐积累；环境条件不适宜。环境条件不适宜。v影响因素：影响因素：遗传特性遗传特性培养条件和环境培养条件和环境v有大量代谢物积累有大量代谢物积累获得代谢产物获得代谢产物乳酸；又因为乳酸；又因为活菌数达最高水平活菌数达最高水平收获活菌收获活菌单细胞蛋白。单细胞蛋白。衰亡期（衰亡期（declinephase）v特点特点生长繁殖的菌体减少，死亡速度加大，整个群体生长繁
38、殖的菌体减少，死亡速度加大，整个群体呈负增大；呈负增大；细胞内颗粒更明显，出现液泡，菌体常出现多种细胞内颗粒更明显，出现液泡，菌体常出现多种形态，包括畸形或衰退型；形态，包括畸形或衰退型；细胞死亡并伴有自溶现象，菌体活力下降。细胞死亡并伴有自溶现象，菌体活力下降。v原因原因菌体老化、生长环境进一步恶化菌体老化、生长环境进一步恶化2、微生物的连续培养、微生物的连续培养v连续培养（连续培养（continuousculture）在培养容器中，不断补充新鲜营养物质，并以同在培养容器中，不断补充新鲜营养物质，并以同样的速率移出菌体和代谢物的培养方式。样的速率移出菌体和代谢物的培养方式。v连续培养的方法连
39、续培养的方法恒浊法恒浊法v采用高浓度养料，流速变化，浊度基本不变；采用高浓度养料，流速变化，浊度基本不变；v始终能以最高始终能以最高生长速率生长、繁殖，并在一定范围内生长速率生长、繁殖，并在一定范围内控制不同的菌体密度；控制不同的菌体密度；v光电系统的灵敏度决定了培养器的工作精度。光电系统的灵敏度决定了培养器的工作精度。用途用途用于获得菌体以及与菌体生长平行的代谢产物。用于获得菌体以及与菌体生长平行的代谢产物。恒化法恒化法v控制低浓度限制性养料，流速不变；控制低浓度限制性养料，流速不变；v始终在低于最高始终在低于最高生长速率条件下生长、繁殖；生长速率条件下生长、繁殖；v获得生长速度一定的均一菌
40、体、密度稳定的菌体。获得生长速度一定的均一菌体、密度稳定的菌体。用途用途v多用于实验室科学研究，特别用于与生长速率有关的多用于实验室科学研究，特别用于与生长速率有关的各种理论研究。各种理论研究。恒浊法与恒化法的比较恒浊法与恒化法的比较装置装置控制对象控制对象培养基培养基培养基培养基流速流速生长速率生长速率产物产物应用范围应用范围恒浊恒浊法法菌体密度菌体密度（内控制）（内控制）无限制生无限制生长因子长因子不恒定不恒定最高速率最高速率大量菌体大量菌体或与菌体或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恒化法法培养基流速培养基流速（外控制）（外控制）有限制生有限制生长因子长因子恒定恒
41、定低于最高低于最高速率速率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连续培养的优缺点连续培养的优缺点3、同步生长、同步生长（Synchronousgrowth）v同步培养（同步培养（Synchronousculture）使群体中的细胞处于比较一致的，生长发育均处使群体中的细胞处于比较一致的，生长发育均处于同一阶段上，即大多数细胞能同时进行生长或于同一阶段上，即大多数细胞能同时进行生长或分裂的培养方法。分裂的培养方法。v获得同步培养物的方法获得同步培养物的方法机械法机械法v离心方法、过滤分离法和硝酸纤维素滤膜法等。离心方法、过滤分离法和硝酸纤维素滤膜法等。调整生理条件诱导同步调整生
42、理条件诱导同步三、影响微生物生长的因素三、影响微生物生长的因素影响的环境因素影响的环境因素物理物理：温度、干燥、渗透压、辐射等：温度、干燥、渗透压、辐射等化学化学：pH值、化学消毒剂等值、化学消毒剂等生物因素生物因素：寄生、互生、共生、拮抗等：寄生、互生、共生、拮抗等v1、温度、温度生长温度三基点生长温度三基点v最高生长温度最高生长温度v最适生长温度最适生长温度v最低生长温度最低生长温度v强调强调最适生长温度指某菌分裂代时最短或生长速率最最适生长温度指某菌分裂代时最短或生长速率最高时培养温度。高时培养温度。不同微生物，在其最适温度下，代时不同不同微生物，在其最适温度下，代时不同同一微生物，其不
43、同生理生化过程有着不同的最同一微生物，其不同生理生化过程有着不同的最适温度。即适温度。即最适生长温度最适生长温度并不等于并不等于生长量最高时生长量最高时的培养温度，的培养温度，也不等于也不等于发酵速度最高时的培养温发酵速度最高时的培养温度或累积代谢产物量最高时的培养温度，度或累积代谢产物量最高时的培养温度，更不等更不等于于累积一代谢产物量最高时的培养温度累积一代谢产物量最高时的培养温度。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名菌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（）Streptococcus thermophilus(嗜热链球菌嗜热链球菌
44、)374737Streptococcus lactis(乳酸链球菌乳酸链球菌)3440产细胞：产细胞：2530产乳酸：产乳酸：30Corynebacterium pekinensis（北京棒状杆菌）（北京棒状杆菌）323335Penicillium chrysogenum（产黄青霉）（产黄青霉）302520v实践意义实践意义运用不同生理代谢过程所需温度特点，对微生物运用不同生理代谢过程所需温度特点，对微生物采用变温分段培养，提高出品率及生产效率。采用变温分段培养，提高出品率及生产效率。如：产黄青霉如：产黄青霉165h发酵过程：发酵过程：305h，2535h，2085h，2540h，产量比自始至
45、终，产量比自始至终30恒温恒温培养对照提高培养对照提高14.7%。v微生物按生长温度范围不同分类微生物按生长温度范围不同分类低温型、中温型、高温型低温型、中温型、高温型不同类型微生物生长温度范围不同类型微生物生长温度范围微生物类型 最低生长温度 最适生长温度 最高生长温度专性嗜冷型兼性嗜冷型中温室温型 中温体温型高温型-12-50 1020 1020 2545 5151020 2035 3540 50601520 2530 4045 4045 7095低温微生物低温微生物v嗜冷微生物操作要求嗜冷微生物操作要求v低温微生物耐低温的原因低温微生物耐低温的原因胞内酶耐低温；胞内酶耐低温；细胞膜中不饱
46、和脂肪酸的含量高。细胞膜中不饱和脂肪酸的含量高。v低温对微生物生长的影响低温对微生物生长的影响降低代谢速率，抑制菌体生长降低代谢速率，抑制菌体生长导致敏感菌的死亡导致敏感菌的死亡v物理效应物理效应冻结导致裂解或冰晶刺伤冻结导致裂解或冰晶刺伤v化学效应化学效应脱水脱水v影响微生物抗低温的因素影响微生物抗低温的因素微生物本身因素：微生物本身因素：v微生物种类不同，抗冰冻能力不同；微生物种类不同，抗冰冻能力不同；一般球菌比一般球菌比G杆菌强，具有芽孢的菌体细胞、真菌的杆菌强，具有芽孢的菌体细胞、真菌的孢子有较强的抗冷冻特性。孢子有较强的抗冷冻特性。与低温有关的因素与低温有关的因素v温度影响温度影响贮
47、存时间相等，冻结温度相对较高的，死亡菌多，活菌贮存时间相等，冻结温度相对较高的，死亡菌多，活菌少，伤菌少，实验证明，微生物存放于少，伤菌少，实验证明，微生物存放于2时，菌数时，菌数下降较多，再低，菌数下降较少，一般低达下降较多，再低，菌数下降较少，一般低达-20以下以下时，菌数下降非常缓慢。时，菌数下降非常缓慢。荧光假单胞菌荧光假单胞菌在冷冻贮藏中的死亡率在冷冻贮藏中的死亡率温度（）贮藏天数占最初菌数的百分率损伤菌死亡菌正常菌7171525171.95182982410.1181715413412.8516387830.22917153539364854591775时间时间不论采用哪个温度，贮
48、存时间越长，死亡菌数越多，活菌不论采用哪个温度，贮存时间越长，死亡菌数越多，活菌越少。越少。降温速度影响降温速度影响一定温度范围内，降温对某些微生物死亡率有明显影响。一定温度范围内，降温对某些微生物死亡率有明显影响。v基质及环境因素：基质及环境因素：干燥，真空干燥，真空冻真空干燥保存菌种，注意冻真空干燥保存菌种，注意冰冻、解冻交替，菌体易亡冰冻、解冻交替，菌体易亡。基质基质糖、盐、蛋白质等存在时，对微生物有保护作用；糖、盐、蛋白质等存在时，对微生物有保护作用；基质中酸高、水多会加速微生物死亡。基质中酸高、水多会加速微生物死亡。冻结冰淇淋冻结冰淇淋对伤寒沙门氏菌的影响对伤寒沙门氏菌的影响贮存时间
49、冰淇淋配料中伤寒沙门氏菌（菌数/毫升）5天5100000020天1000000070天2200000342天660000648天510002年63002年4个月有活菌不同冷冻方式不同冷冻方式对粘质赛氏杆菌的影响对粘质赛氏杆菌的影响一次连续冷冻后存活菌数（个/mL）交替冷冻融化后存活菌数（个/mL）接种量340000接种量34000021小时42000冷融一次260030小时36000冷融二次28048小时14000冷融三次1596小时1900冷融四次0高温型微生物高温型微生物v嗜热微生物的耐热机理嗜热微生物的耐热机理具有对热稳定的酶及蛋白质，蛋白质合成机构具有对热稳定的酶及蛋白质，蛋白质合成机
50、构核糖体及其他成分抗高温。可高温处理核糖体及其他成分抗高温。可高温处理细胞中脂肪组成不同。饱和脂肪酸多，不饱和脂细胞中脂肪组成不同。饱和脂肪酸多，不饱和脂肪酸少。肪酸少。需高温需高温鞭毛具抗热性，鞭毛具抗热性，70不破坏。不破坏。耐高温耐高温生长速率快，能迅速合成生物大分子，弥补高温生长速率快，能迅速合成生物大分子，弥补高温对大分子的破坏。对大分子的破坏。v嗜热微生物的生长特性嗜热微生物的生长特性缓慢期非常短；缓慢期非常短；对数期也非常短，一定范围因温度越高，菌数增长速率对数期也非常短，一定范围因温度越高，菌数增长速率越大。菌数增长速度随温度升高而越快，即温度高时代越大。菌数增长速度随温度升高