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1、微生物的群体生长与环境条件第1页，共27页，编辑于2022年，星期六主要内容n n微生物群体生长周期；n n微生物群体生长的连续培养方法；n n环境条件对微生物生长的影响。第2页，共27页，编辑于2022年，星期六分批培养中细菌群体的生长n n细菌群体的生长曲线第3页，共27页，编辑于2022年，星期六细菌群体的生长周期n n根据微生物的生长速率（growth rate constant），即每小时的分裂代数不同，一般可以将典型生长曲线分为延滞期、指数期、稳定期和衰亡期。第4页，共27页，编辑于2022年，星期六A 延滞期(lag phase)特点：生长速率常数等于零；细胞形态变大或增长；核酸
2、含量提高；合成代谢活跃，易产生诱导酶；对外界不良条件反应敏感。影响因素：接种龄；接种量；培养基成分第5页，共27页，编辑于2022年，星期六B 指数期(exponential phase)n n特点：生长速率常数最大；细胞进行平衡生长，菌体内各成分最均匀；酶系活跃，代谢旺盛n n 在指数期三个最重要的参数是繁殖代数；生长速率常数；代时。n n 影响因素：菌种；营养成分；营养物浓度；培养温度第6页，共27页，编辑于2022年，星期六C 稳定期(stationary phase)n n特点：生长速率常数等于0。n n稳定期到来的原因：营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物的比例失调，如C/N不合适
3、；酸、醇、毒素等有害代谢产物的积累；pH、氧化还原电势等物化条件越来越不适宜。第7页，共27页，编辑于2022年，星期六D 衰亡期（decline phase）特点：整个群体出现负增长（R为负值）。原因：主要是外界的环境对继续生长越来越不利，从而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。第8页，共27页，编辑于2022年，星期六以二分裂的细菌为代表，假设细菌培养体在对数期to时的总菌数为No，那么到时的菌数NtNo2n；式中为to到这段时间内细菌的繁殖代数。如果用G来表示世代时间(或倍增时间):即群体细胞数量增加一倍需要的时间，则：-G(t-to)/n(1)-NtNo2n-log
4、Ntlog2logNo-logNtlogNo/log2=logNt/N0/0.301(2)将(2)代入(1)式得：-G0.301(t-t0)/logNt/N0(3)-通过实验可测得No、Nt和时间o、，由(3)式可计算出供试微生物的世代时间G。第9页，共27页，编辑于2022年，星期六细菌群体生长的连续培养细菌群体生长的连续培养 n n 当微生物以单批培养的方式培养到指数期后期时，一方面以一定的速度连续流进新鲜的培养基，并立即搅拌均匀；另一方面以同样的流速不断流出培养物。这样，培养物就达到了动态平衡，微生物可以长期保持在指数期的平衡生长状态和稳定的生长速率上，这种培养方法就叫连续培养（cont
5、inuous culture）。第10页，共27页，编辑于2022年，星期六连续培养两种方式vv 恒化培养：通过控制培养液的添补速度来保持培养菌体的恒定的生长速度。采用的培养液是一种低浓度的限制性养料。vv 恒浊培养：根据细菌生长导致培养液中浊度变化来调节添补新鲜培养液的流速，从而保持培养基恒定的浑浊度，以控制菌数的恒定。第11页，共27页，编辑于2022年，星期六连续培养法装置示意图第12页，共27页，编辑于2022年，星期六三、环境条件对微生物生长和代谢的影响第13页，共27页，编辑于2022年，星期六四个主要的环境因子温度酸碱度水可给性氧气第14页，共27页，编辑于2022年，星期六微生
6、物生长的温度类型微生物生长的温度类型微生物类型生长温度范围（）最低 最适 最高分布的主要处所低温型专 性 嗜冷-125151520两极地区兼 性 嗜冷-5010202530海水及食品冷藏箱中温型102025404050哺乳动物生活的环境高温型嗜热30456070堆肥和沼气发酵池等极 端 嗜热307090100以上温泉和沿洋底火山口等第15页，共27页，编辑于2022年，星期六温度对细菌生长率的影响第16页，共27页，编辑于2022年，星期六EnzymesexhibitaQEnzymesexhibitaQ1010sothatwithinasothatwithinasuitabletemperat
7、urerangetherateofsuitabletemperaturerangetherateofenzymeactivitydoublesforevery10Cenzymeactivitydoublesforevery10Criseintemperatureriseintemperature.第17页，共27页，编辑于2022年，星期六注 意 最适生长温度是指某微生物群体生长繁殖速度最快的温度，代时也最短。但它不等于发酵的最适温度，也不等于积累代谢产物的最适温度，更不等于积累某一代谢产物的最适温度。在较高温度条件下，细胞分裂虽然较快，但维持的时间不长，容易老化。相反，在较低温度下，细胞分裂
8、较慢，但维持时时间较长，结果细胞的总产量反而较高。同样，发酵速度与代谢产物积累量之间也有类似的关系 第18页，共27页，编辑于2022年，星期六菌 名最适生长温度最适发酵温度积累产物的最适温度灰色链霉(Streptomycesgriseus)(产链霉素菌种)3728-产黄青霉(Penicilliumchrysogenum)(产青霉素菌种)302520北京棒杆菌(Corynebacteriumpekinese)A.S1299(谷氨酸产生菌)323335-第19页，共27页，编辑于2022年，星期六水可给性（wateravailability)n n水活度：水活度：水活度：水活度：表示环境中水对微
9、生物生长可给性高低的指表示环境中水对微生物生长可给性高低的指标，用标，用awaw表示。表示。awaw值实质上是以小数来表示与溶液值实质上是以小数来表示与溶液或含水物质平衡时的空气的相对湿度，即在相同温或含水物质平衡时的空气的相对湿度，即在相同温度和压力条件下，密闭容器中该溶液的水饱和蒸汽度和压力条件下，密闭容器中该溶液的水饱和蒸汽压与纯水饱和蒸汽压的比值。压与纯水饱和蒸汽压的比值。aw w/0 0RH100RH100-式中：式中：P P为溶液或含水物质的蒸汽压为溶液或含水物质的蒸汽压-P0-P0为纯水的蒸汽压为纯水的蒸汽压-RH-RH为空气的相对湿度第20页，共27页，编辑于2022年，星期六
10、微生物生长所要求的水活度aw通常在0.660.99之间，细菌生长的最适aw0.930.99，大多数酵母菌生长的最适aw0.880.91，丝状真菌在aw0.8左右第21页，共27页，编辑于2022年，星期六渗透压正常细胞质壁分离细胞第22页，共27页，编辑于2022年，星期六微生物pH值最低最适最高氧化硫硫杆菌嗜酸乳杆菌大豆根瘤菌原褐固氮菌亚硝酸细菌硝化细菌放线菌酵母菌黑曲霉1.04.04.64.24.57.03.85.03.01.52.02.85.86.66.87.07.47.67.88.66.57.57.08.04.86.05.06.04.06.06.811.09.09.412.010.08
11、.09.0不同微生物对氢离子浓度的适应范围不同微生物对氢离子浓度的适应范围第23页，共27页，编辑于2022年，星期六氧气对微生物生长的影响按按照照微微生生物物与与氧氧气气的的关关系系，把把它它们们分分成成好好氧氧菌菌（aerobeaerobe）和和厌厌氧菌（氧菌（anaerobeanaerobe）两大类，并可继续分为五类：）两大类，并可继续分为五类：n n专专专专性性性性好好好好氧氧氧氧菌菌菌菌（strict strict strict strict aerobeaerobeaerobeaerobe）：必必须须在在有有分分子子氧氧的的条条件件下下才才能能生生长长，有有完完整整的的呼呼吸吸链链
12、，以以分分子子氧氧作作为为最最终终的的氢氢受受体体，细细胞胞含含超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。如绿浓杆菌、白喉杆菌等。超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。如绿浓杆菌、白喉杆菌等。n n兼兼兼兼性性性性厌厌厌厌氧氧氧氧菌菌菌菌（facultative facultative facultative facultative aerobeaerobeaerobeaerobe）：在在有有氧氧或或无无氧氧条条件件下下均均能能生长，但有氧条件下生长得更好。如酿酒酵母、普通变性杆菌。生长，但有氧条件下生长得更好。如酿酒酵母、普通变性杆菌。第24页，共27页，编辑于2022年，星期六氧气对微生物生长的影响n n微微微微
13、好好好好氧氧氧氧菌菌菌菌（mircoaerophilic mircoaerophilic bacteriabacteria）：只只能能在在较较低低氧氧分分压压下（下（0.010.010.030.03巴）才能正常生长的微生物。如霍乱弧菌。巴）才能正常生长的微生物。如霍乱弧菌。n n耐耐耐耐氧氧氧氧菌菌菌菌（aerotolerant aerotolerant anaerobeanaerobe）：可可在在有有氧氧条条件件下下进进行行厌厌氧氧生生活活的的厌厌氧氧菌菌，即即它它们们的的生生长长不不需需要要氧氧气气，但但氧氧气气对对它它们们也也无无害害。如如乳乳链球菌、乳酸杆菌等。链球菌、乳酸杆菌等。n n厌厌厌厌氧氧氧氧菌菌菌菌（anaerobeanaerobe）：在在有有氧氧条条件件下下不不能能生生长长，生生命命活活动动所所需需要要能能量量是是通通过过发发酵酵、无无氧氧呼呼吸吸、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。第25页，共27页，编辑于2022年，星期六第26页，共27页，编辑于2022年，星期六作作 业业1.1.谈谈生长和繁殖的区别。2.2.细菌生长曲线可以分为几个时期？各期有何特征？3.3.什么是微生物生长温度三基点？谈谈温度对微生物的影响。第27页，共27页，编辑于2022年，星期六