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1、关于微生物的生长及其控制工业微生物学第1页，讲稿共127张，创作于星期日微生物通过新陈代谢把营养物质转变成细胞物质，增加个体微生物通过新陈代谢把营养物质转变成细胞物质，增加个体重量的过程。重量的过程。生长：生长：生长：生长：细胞生长到一定程度进行分裂，产生同亲代相似的子代细细胞生长到一定程度进行分裂，产生同亲代相似的子代细胞的过程。胞的过程。繁殖：繁殖：繁殖：繁殖：生长是一个逐步发生的生长是一个逐步发生的量变量变过程过程;繁殖是一个产生繁殖是一个产生新的生命个体新的生命个体的质变过程。的质变过程。在高等生物里这两个过程可以明显分开，但在低等特别是在在高等生物里这两个过程可以明显分开，但在低等特
2、别是在单细胞的生物单细胞的生物里，由于细胞小，这两个过程是紧密联系又很难里，由于细胞小，这两个过程是紧密联系又很难划分的过程。划分的过程。第2页，讲稿共127张，创作于星期日单细胞微生物，单细胞微生物，单细胞微生物，单细胞微生物，生长导致细胞数量增加生长导致细胞数量增加生长导致细胞数量增加生长导致细胞数量增加（细胞个体增长（细胞个体增长（细胞个体增长（细胞个体增长到一定程度就分裂成两个大小基本相等的子代细胞）。到一定程度就分裂成两个大小基本相等的子代细胞）。到一定程度就分裂成两个大小基本相等的子代细胞）。到一定程度就分裂成两个大小基本相等的子代细胞）。多细胞微生物（某些霉菌）多细胞微生物（某些
3、霉菌）多细胞微生物（某些霉菌）多细胞微生物（某些霉菌），生长意味着细胞数目增生长意味着细胞数目增加而个体数目不变加而个体数目不变，只能叫生长，而不能叫繁殖只能叫生长，而不能叫繁殖（只有通过形成无性或有性孢子使得个体数目增加（只有通过形成无性或有性孢子使得个体数目增加的过程才叫繁殖）。的过程才叫繁殖）。第3页，讲稿共127张，创作于星期日第一节第一节 个体细胞生长概述个体细胞生长概述一、细菌细胞的生长一、细菌细胞的生长 1.染色体染色体DNA的复制和分离的复制和分离 细胞伸长和细胞伸长和DNA复制复制DNA分分配配和和隔隔膜膜开始形成开始形成第4页，讲稿共127张，创作于星期日杆菌在生长过程中，
4、新合成杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖是在多个位点插入的肽聚糖是在多个位点插入到老细胞壁中，新老细胞壁到老细胞壁中，新老细胞壁呈间隔分布。呈间隔分布。球菌在生长过程中，新合球菌在生长过程中，新合成的肽聚糖是在赤道板附成的肽聚糖是在赤道板附近插入，导致新老细胞壁近插入，导致新老细胞壁明显分开，原来的老细胞明显分开，原来的老细胞壁推向细胞两端。壁推向细胞两端。2、细胞壁的扩增、细胞壁的扩增 荧光抗体技术荧光抗体技术 第5页，讲稿共127张，创作于星期日3、细菌的分裂、细菌的分裂 隔膜完全形成隔膜完全形成子细胞分离子细胞分离DNA分分配配和和隔隔膜膜开始形成开始形成 当细菌的各种细胞结构复当细菌的各
5、种细胞结构复制完成之后就进入分裂时期，制完成之后就进入分裂时期，此时在细菌长轴的中间位置，此时在细菌长轴的中间位置，通过细胞质膜内陷并伴随新通过细胞质膜内陷并伴随新合成的肽聚糖插入，导致横合成的肽聚糖插入，导致横隔壁向心生长，最后在中心隔壁向心生长，最后在中心汇合，完成一次分裂，通常汇合，完成一次分裂，通常情况下，将一个细胞分裂成情况下，将一个细胞分裂成两个大小相等的子细胞。两个大小相等的子细胞。第6页，讲稿共127张，创作于星期日二、酵母细胞的生长繁殖二、酵母细胞的生长繁殖 细胞分裂期细胞分裂期M 间隔期间隔期G1DNA合成期合成期S第二间隔期第二间隔期G2核膜上的纺锤体斑通过复制由一个变为
6、两个，核膜上的纺锤体斑通过复制由一个变为两个，DNA开始复制，芽体出现。开始复制，芽体出现。纺锤体斑产生约纺锤体斑产生约15根微管，其中一个纺锤体斑根微管，其中一个纺锤体斑沿核膜移动沿核膜移动180度，从而使两个纺锤体斑通过度，从而使两个纺锤体斑通过直线形的微管连在一起。直线形的微管连在一起。芽体增大，细胞核移到母细胞与芽体交界处，芽体增大，细胞核移到母细胞与芽体交界处，微管延长。微管延长。细胞核有丝分裂，其中一个核进入芽体，芽体细胞核有丝分裂，其中一个核进入芽体，芽体子细胞与母细胞之间的壁开始合成，随后子细子细胞与母细胞之间的壁开始合成，随后子细胞与母细胞分离，或暂时不分离（如假丝酵母胞与母
7、细胞分离，或暂时不分离（如假丝酵母属）继续出芽。属）继续出芽。第7页，讲稿共127张，创作于星期日三、霉菌菌丝的延伸过程三、霉菌菌丝的延伸过程 顶端生长需要高尔基体、内质网顶端生长需要高尔基体、内质网等细胞器参与。在菌丝的亚顶端区等细胞器参与。在菌丝的亚顶端区富含内质网和核糖体等细胞器。富含内质网和核糖体等细胞器。细胞膜脂肪和蛋白质在亚顶端区细胞膜脂肪和蛋白质在亚顶端区的内质网中合成后，通过小泡囊转的内质网中合成后，通过小泡囊转移到高尔基体的近侧潴泡中，由高移到高尔基体的近侧潴泡中，由高尔基体转向远侧时，成熟而分泌泡尔基体转向远侧时，成熟而分泌泡囊。囊。分泌的泡囊从亚顶端区移向分泌的泡囊从亚顶
8、端区移向顶端，泡囊与细胞膜融合形成顶端，泡囊与细胞膜融合形成细胞膜。同时释放出细胞壁分细胞膜。同时释放出细胞壁分解酶与合成酶，分解酶使壁组解酶与合成酶，分解酶使壁组份间的键断裂，合成酶催化合份间的键断裂，合成酶催化合成新壁成分，并将其转移到壁成新壁成分，并将其转移到壁区形成新壁。区形成新壁。“菌丝尖端生长的泡囊假设菌丝尖端生长的泡囊假设”第8页，讲稿共127张，创作于星期日第二节第二节 微生物的群体生长微生物的群体生长一、单细胞微生物的典型生长曲线一、单细胞微生物的典型生长曲线 将少量纯种非丝状单细胞微生物接种到恒容积的新鲜液体将少量纯种非丝状单细胞微生物接种到恒容积的新鲜液体培养基中，在适宜
9、的温度、通气等条件下培养，定时取样测定培养基中，在适宜的温度、通气等条件下培养，定时取样测定单位体积里的细胞数，以单位体积里细胞数的对数作纵坐标，单位体积里的细胞数，以单位体积里细胞数的对数作纵坐标，以培养时间为横坐标，画出的曲线，就是非丝状的单细胞微生以培养时间为横坐标，画出的曲线，就是非丝状的单细胞微生物的典型生长曲线。物的典型生长曲线。第9页，讲稿共127张，创作于星期日 典型生长曲线根据微生物的典型生长曲线根据微生物的生长速率常数生长速率常数R（即每小时的分裂次数）的（即每小时的分裂次数）的不同，一般可分为不同，一般可分为迟缓期（延滞期）迟缓期（延滞期）、指数期指数期、稳定期稳定期和和
10、衰亡期衰亡期等四个时等四个时期期。第10页，讲稿共127张，创作于星期日1.延滞期（延滞期（Lag phase），也称迟缓期、延迟期、适应期。，也称迟缓期、延迟期、适应期。将少量菌种接入新鲜培养基后将少量菌种接入新鲜培养基后,在开始一段时间内菌数不立即在开始一段时间内菌数不立即增加增加,或增加很少，生长速度接近于零。此时细胞特点可概括为：分裂迟或增加很少，生长速度接近于零。此时细胞特点可概括为：分裂迟缓、代谢活跃。缓、代谢活跃。第11页，讲稿共127张，创作于星期日该期的具体特点为：该期的具体特点为：生长速率常数为零；生长速率常数为零；细胞形态变大或增长，尤其是长轴最为明显，细胞形态变大或增长
11、，尤其是长轴最为明显，许多杆菌可长成丝状；许多杆菌可长成丝状；细胞内的细胞内的RNA尤其是尤其是rRNA含量增高，原生质含量增高，原生质呈嗜碱性；呈嗜碱性；合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和ATP的合的合成加速，容易产生各种诱导酶；成加速，容易产生各种诱导酶；对外界条件如对外界条件如NaCl 溶液浓度、温度和抗生素溶液浓度、温度和抗生素等理化因素反应敏感。等理化因素反应敏感。第12页，讲稿共127张，创作于星期日迟滞期出现的原因：迟滞期出现的原因：迟滞期出现的原因：迟滞期出现的原因：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，微生物接种到一个新的环境
12、，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。物，就需要一段适应期。调整代谢调整代谢调整代谢调整代谢 迟滞期的长短与菌种的遗传性、菌龄以及移种前后所处的环境条件等迟滞期的长短与菌种的遗传性、菌龄以及移种前后所处的环境条件等因素有关，短的只需要几分钟，长的需数小时。因素有关，短的只需要几分钟，长的需数小时。缩短迟滞期的常用手段：缩短迟滞期的常用手段：缩短迟滞期的常用手段：缩短迟滞期的常用手段：(1)(1)通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；通过遗传学方法改变种的遗
13、传特性使迟缓期缩短；(2)(2)利用对数期的细胞作为种子；利用对数期的细胞作为种子；(3)(3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；(4)(4)适当扩大接种量。适当扩大接种量。第13页，讲稿共127张，创作于星期日2.指数期（指数期（Exponential phase），又称对数期（，又称对数期（Log phase)指紧接迟滞期之后，细胞以几何级数增长的一段时期。指紧接迟滞期之后，细胞以几何级数增长的一段时期。三个重要参数的计算：三个重要参数的计算：三个重要参数的计算：三个重要参数的计算：繁殖代数繁殖代数(n)、生长速率常数、生长速率常数
14、(R)、代时、代时(G)第14页，讲稿共127张，创作于星期日指数期的特点：指数期的特点：生长速率常数生长速率常数R最大且为常数，细胞每分裂一最大且为常数，细胞每分裂一次所需的时间（称为代时，或世代时间，或增次所需的时间（称为代时，或世代时间，或增代时间，或倍增时间，用代时间，或倍增时间，用G表示）最短且稳定；表示）最短且稳定；细胞进行平衡生长，菌体各部分的成分十分均细胞进行平衡生长，菌体各部分的成分十分均匀；匀；酶系活跃，代谢旺盛。酶系活跃，代谢旺盛。第15页，讲稿共127张，创作于星期日 t t1 1 t t0 0 1 1G=G=n R n R注意：只有处于指数期，才符合以上计算公式注意：
15、只有处于指数期，才符合以上计算公式第16页，讲稿共127张，创作于星期日 纳米细菌纳米细菌(nanobacteria)，三天，三天才分裂一次；才分裂一次；九十年代初期从地下数公里九十年代初期从地下数公里发现的超微型细菌，用代谢产发现的超微型细菌，用代谢产生的生的CO2作指标，计算出这些作指标，计算出这些超微菌的代谢速率仅为地上正超微菌的代谢速率仅为地上正常细菌的常细菌的10-15，有人认为它们需，有人认为它们需要要100年才能分裂一次。年才能分裂一次。第17页，讲稿共127张，创作于星期日影响代时的因素：影响代时的因素：影响代时的因素：影响代时的因素：1 1）菌种：）菌种：）菌种：）菌种：不同
16、的微生物及微生物的不同菌株代时不同；不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同；不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同；不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同；2 2）营养成分：在营养丰富的培养基中生长代时短；）营养成分：在营养丰富的培养基中生长代时短；）营养成分：在营养丰富的培养基中生长代时短；）营养成分：在营养丰富的培养基中生长代时短；3 3）营养物浓度：在一定范围内，生长速率与营养物浓度呈正比；）营养物浓度：在一定范围内，生长速率与营养物浓度呈正比；）营养物浓度：在一定范围内，生长速率与营养物浓度呈正比；）营养物浓度：在一定范围内，生长速率与营养物浓度呈正比；凡是凡是凡是凡是处于较低浓度范围
17、处于较低浓度范围处于较低浓度范围处于较低浓度范围内，可影响生长速率的内，可影响生长速率的内，可影响生长速率的内，可影响生长速率的营养物成分营养物成分营养物成分营养物成分，就称为，就称为，就称为，就称为生生生生长限制因子。长限制因子。长限制因子。长限制因子。4 4）温度：在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。）温度：在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。）温度：在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。）温度：在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。第18页，讲稿共127张，创作于星期日指数期细胞的应用：指数期细胞的应用：指数期细胞的应用：指数期细胞的应用：适宜作适宜作“种子种子”；研究基础代
18、谢的材料；研究基础代谢的材料；噬菌体增殖的最好阶段；噬菌体增殖的最好阶段；革兰氏染色；革兰氏染色；诱变育种；诱变育种；第19页，讲稿共127张，创作于星期日3.稳定期（稳定期（Stationary phase）指数期之后，培养液中活细菌数最高并维持稳定的阶段指数期之后，培养液中活细菌数最高并维持稳定的阶段(可能可能由于细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数，或者细胞仅停止分裂由于细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数，或者细胞仅停止分裂而保持代谢活性而保持代谢活性)。第20页，讲稿共127张，创作于星期日稳定期特点：稳定期特点：生长速率常数生长速率常数R降低至降低至0；代时代时G延长；延长；细胞重要的分化
19、阶段；细胞重要的分化阶段；细胞开始衰老，原生质分布不均匀，出现液泡；细胞开始衰老，原生质分布不均匀，出现液泡；开始积累糖原等内含物；开始积累糖原等内含物；产芽孢的菌开始形成芽孢；产芽孢的菌开始形成芽孢；次生代谢产物（抗生素等）开始大量合成次生代谢产物（抗生素等）开始大量合成菌体的最大收获期菌体的最大收获期第21页，讲稿共127张，创作于星期日稳定期如果及时采取措施，补充营养物质或取走代谢产物或稳定期如果及时采取措施，补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件（调整改善培养条件（调整pH、温度、通气），可以获得更多的菌、温度、通气），可以获得更多的菌体物质或代谢产物。体物质或代谢产物。对以收获菌体
20、或与菌体生长相平行的代谢产物（对以收获菌体或与菌体生长相平行的代谢产物（SCP、乳酸等）、乳酸等）为目的的发酵生产来说，稳定期是产物的最佳收获期。为目的的发酵生产来说，稳定期是产物的最佳收获期。通过对稳定期到来原因的研究，促使了连续培养原理的提出和工艺、通过对稳定期到来原因的研究，促使了连续培养原理的提出和工艺、技术的创建。技术的创建。微生物在稳定期的生长规律对于生产实践的指导意义：微生物在稳定期的生长规律对于生产实践的指导意义：微生物在稳定期的生长规律对于生产实践的指导意义：微生物在稳定期的生长规律对于生产实践的指导意义：第22页，讲稿共127张，创作于星期日4.衰亡期（衰亡期（Declin
21、e或或Death phase）营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新生速营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长。率，整个群体呈现出负增长。第23页，讲稿共127张，创作于星期日衰亡期特点：衰亡期特点：生长速率常数生长速率常数R小于小于0；细胞形态发生多形化细胞形态发生多形化 出现畸形或细胞大小悬殊；出现畸形或细胞大小悬殊；有些微生物因蛋白酶活力的增强而发生自溶，有些微生物因蛋白酶活力的增强而发生自溶，有些微生物产生或释放出一些代谢产物如氨基有些微生物产生或释放出一些代谢产物如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等；酸、转化酶、外肽酶或抗
22、生素等；芽孢杆菌往往在此期释放芽孢。芽孢杆菌往往在此期释放芽孢。该时期该时期该时期该时期死亡的细菌以对数方式增加死亡的细菌以对数方式增加死亡的细菌以对数方式增加死亡的细菌以对数方式增加，但，但，但，但在衰亡期的后期，由于部分细菌产在衰亡期的后期，由于部分细菌产在衰亡期的后期，由于部分细菌产在衰亡期的后期，由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低，生抗性也会使细菌死亡的速率降低，生抗性也会使细菌死亡的速率降低，生抗性也会使细菌死亡的速率降低，仍有部分活菌存在。仍有部分活菌存在。仍有部分活菌存在。仍有部分活菌存在。衰亡期第24页，讲稿共127张，创作于星期日 在实际工作中多采用分光光度计测定在
23、实际工作中多采用分光光度计测定OD值的方法绘制细菌的生长曲值的方法绘制细菌的生长曲线，但该法绘制的生长曲线不能反映衰亡期。线，但该法绘制的生长曲线不能反映衰亡期。第25页，讲稿共127张，创作于星期日二二.丝状真菌的生长曲线丝状真菌的生长曲线 丝状真菌是以菌丝干重（丝状真菌是以菌丝干重（mg）作为衡量生长状况的纵坐标，时间作为衡量生长状况的纵坐标，时间为横坐标，绘制生长曲线。为横坐标，绘制生长曲线。丝状真菌的生长曲线由三丝状真菌的生长曲线由三个时期组成：延滞期，个时期组成：延滞期，快快速生长期，衰亡期速生长期，衰亡期 丝状真菌不是单细丝状真菌不是单细胞，其繁殖不以几何胞，其繁殖不以几何级数增加
24、，故没有指级数增加，故没有指数生长期数生长期第26页，讲稿共127张，创作于星期日三、同步生长（三、同步生长（Synchronous growthSynchronous growth）同步培养同步培养:使群体中的所有个体细胞处于使群体中的所有个体细胞处于同样细胞生长和分裂周期中（即大多数细胞同样细胞生长和分裂周期中（即大多数细胞能同时进行生长或分裂）的培养方法。能同时进行生长或分裂）的培养方法。通过同步培养方法获得的细胞被称为同步细通过同步培养方法获得的细胞被称为同步细胞或同步培养物。胞或同步培养物。问题：如何研究在单个细胞的生理与遗传问题：如何研究在单个细胞的生理与遗传特性。特性。通过同步培
25、养方法的处理，非同步群体细胞通过同步培养方法的处理，非同步群体细胞处于同一生长阶段，并能同时进行分裂的生长处于同一生长阶段，并能同时进行分裂的生长状态，称为状态，称为同步生长同步生长。同步生长往往只同步生长往往只同步生长往往只同步生长往往只能维持能维持能维持能维持2-32-3个世个世个世个世代，代，代，代，随后又逐渐随后又逐渐随后又逐渐随后又逐渐转变为随机转变为随机转变为随机转变为随机生长。生长。生长。生长。第27页，讲稿共127张，创作于星期日1.1.机械筛选法机械筛选法机械筛选法机械筛选法硝酸纤维素滤膜法硝酸纤维素滤膜法硝酸纤维素滤膜法硝酸纤维素滤膜法（膜洗脱法，右图（膜洗脱法，右图（膜洗
26、脱法，右图（膜洗脱法，右图a a）同步培养的方法有两类：同步培养的方法有两类：离心法离心法离心法离心法,右图右图右图右图b b过滤法过滤法过滤法过滤法机械法优点：不影响菌体的代谢与活性，机械法优点：不影响菌体的代谢与活性，细胞保持自然状态。细胞保持自然状态。第28页，讲稿共127张，创作于星期日2.2.环境条件控制法环境条件控制法环境条件控制法环境条件控制法环境环境控制法的缺点：细胞活性受到不同程度的影响。环境环境控制法的缺点：细胞活性受到不同程度的影响。温度温度温度温度培养基成份培养基成份培养基成份培养基成份其他其他其他其他光合细菌：光照和黑暗交替培养；光合细菌：光照和黑暗交替培养；光合细菌
27、：光照和黑暗交替培养；光合细菌：光照和黑暗交替培养；芽孢菌：形成芽孢后加热处理芽孢菌：形成芽孢后加热处理芽孢菌：形成芽孢后加热处理芽孢菌：形成芽孢后加热处理第29页，讲稿共127张，创作于星期日四、连续培养四、连续培养(Continous cultureContinous culture）分批培养（分批培养（分批培养（分批培养（batch culturebatch culture）封闭培养（封闭培养（封闭培养（封闭培养（closed cultureclosed culture）培养基一次加入，不予补充，不再更换培养基一次加入，不予补充，不再更换连续培养连续培养连续培养连续培养(Continou
28、s culture Continous culture）在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物生长处于平衡生长在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物生长处于平衡生长状态，能以恒定的生长速率生长的一种培养方法。状态，能以恒定的生长速率生长的一种培养方法。若在一个开放的系统中若在一个开放的系统中(恒定容积的流动系统恒定容积的流动系统)培养微生物，培养过程中培养微生物，培养过程中不断补充营养物质和以同样的速率移出培养物，是实现微生物连续培养的不断补充营养物质和以同样的速率移出培养物，是实现微生物连续培养的基本原则。基本原则。培养系统中的细胞数量和营养状态恒定，即处于稳态。培养系统中的
29、细胞数量和营养状态恒定，即处于稳态。单细胞微生物的生长符合典型的生长曲线单细胞微生物的生长符合典型的生长曲线第30页，讲稿共127张，创作于星期日最简单的连续培养装置包括：最简单的连续培养装置包括：培养培养室室、无菌培养基储存器无菌培养基储存器和和调节流调节流速的控制系统速的控制系统。连续培养的主要参数连续培养的主要参数 稀释率稀释率D（h-1）：即培养基每小时）：即培养基每小时流过培养容器的体积数。流过培养容器的体积数。D=培养基的流动速率培养基的流动速率 培养室的容积培养室的容积FV无菌培养基储存器无菌培养基储存器培养室培养室调节流速的控调节流速的控制阀制阀第31页，讲稿共127张，创作于
30、星期日1.1.连续培养的类型连续培养的类型连续培养的类型连续培养的类型 根据控制培养基流入培养容器方式的不同可分两种类型：根据控制培养基流入培养容器方式的不同可分两种类型：恒恒浊器连续培养浊器连续培养和和恒化器连续培养恒化器连续培养。A.恒浊培养系统恒浊培养系统 B.恒化培养系统恒化培养系统1.盛无菌培养基的容器盛无菌培养基的容器 2.控制流速阀控制流速阀 3.培养室培养室 4.排出管排出管 5.光源光源 6.光电池光电池 7.排出物排出物 恒浊器：根据恒浊器：根据培养室内微生培养室内微生物的生长密度，物的生长密度，借光电控制系借光电控制系统来控制培养统来控制培养基的流速，以基的流速，以取得菌
31、体密度取得菌体密度高、生长速率高、生长速率恒定的微生物恒定的微生物细胞的连续培细胞的连续培养器。养器。恒化器：培养恒化器：培养基流速恒定，基流速恒定，通过控制培养通过控制培养基中某一生长基中某一生长限制性底物的限制性底物的浓度来调节微浓度来调节微生物的生长速生物的生长速率率,使微生物使微生物维持恒定生维持恒定生长速率的连长速率的连续培养装置。续培养装置。第32页，讲稿共127张，创作于星期日两种连续培养系统的比较两种连续培养系统的比较两种连续培养系统的比较两种连续培养系统的比较装置装置装置装置控制对象控制对象控制对象控制对象培养基培养基培养基培养基培养基流培养基流培养基流培养基流速速速速生长生
32、长生长生长速率速率速率速率产物产物产物产物应用应用应用应用恒浊器恒浊器恒浊器恒浊器菌体密度菌体密度菌体密度菌体密度无限制生无限制生无限制生无限制生长因子长因子长因子长因子不恒定不恒定不恒定不恒定最高最高最高最高菌体或与菌体相菌体或与菌体相菌体或与菌体相菌体或与菌体相平行的代谢产物平行的代谢产物平行的代谢产物平行的代谢产物生产生产生产生产恒化器恒化器恒化器恒化器培养基流速培养基流速培养基流速培养基流速有限制生有限制生有限制生有限制生长因子长因子长因子长因子恒定恒定恒定恒定低于低于低于低于最高最高最高最高速率速率速率速率不同生长速率的不同生长速率的不同生长速率的不同生长速率的菌体菌体菌体菌体实验室
33、实验室实验室实验室科研科研科研科研恒化器中的菌体浓度不由稀释率决定，而由生长限制性底物浓度恒化器中的菌体浓度不由稀释率决定，而由生长限制性底物浓度决定。通过控制流速可得到生长速率不同但密度基本恒定的培养决定。通过控制流速可得到生长速率不同但密度基本恒定的培养物，微生物始终在低于其最高生长速率下进行生长繁殖。物，微生物始终在低于其最高生长速率下进行生长繁殖。遗传学：突变株分离；遗传学：突变株分离；生理学：不同条件下的代谢变化；生理学：不同条件下的代谢变化；生态学：模拟自然营养条件建立实验模型生态学：模拟自然营养条件建立实验模型第33页，讲稿共127张，创作于星期日如果根据连续培养器串联的数目分，
34、也可分为两种类型：如果根据连续培养器串联的数目分，也可分为两种类型：单级连续培养单级连续培养多级连续培养多级连续培养适用于：代谢产物的产生速率与菌体生长速率相平行的培养适用于：代谢产物的产生速率与菌体生长速率相平行的培养 微生物代谢产物与菌体生长不平行，例如丙酮、丁醇或某些微生物代谢产物与菌体生长不平行，例如丙酮、丁醇或某些次级代谢产物（抗生素、维生素等）的生产，应采取多级连次级代谢产物（抗生素、维生素等）的生产，应采取多级连续培养法，第一级发酵罐中以培养菌体为主，后几级则以产续培养法，第一级发酵罐中以培养菌体为主，后几级则以产生大量代谢产物为主。生大量代谢产物为主。第34页，讲稿共127张，
35、创作于星期日 连续培养应用与生产就称为连续发酵。连续培养应用与生产就称为连续发酵。连续发酵的优点：连续发酵的优点：连续发酵的优点：连续发酵的优点：高效：简化操作单元，缩短生产周期，提高设备利用率；高效：简化操作单元，缩短生产周期，提高设备利用率；便于自动控制；便于自动控制；降低动力消耗及体力劳动强度；降低动力消耗及体力劳动强度；产品质量较稳定。产品质量较稳定。杂菌污染机会增多；杂菌污染机会增多；易菌种退化；易菌种退化；营养物利用率低。营养物利用率低。连续发酵的缺点：连续发酵的缺点：连续发酵的缺点：连续发酵的缺点：2.2.连续培养的应用连续培养的应用连续培养的应用连续培养的应用第35页，讲稿共1
36、27张，创作于星期日第三节第三节 微生物生长的测定微生物生长的测定单位时间里微生物数量或生物量（单位时间里微生物数量或生物量（Biomass）的变化。的变化。微生物生长测定：微生物生长测定：微生物生长测定：微生物生长测定：微生物生长微生物生长微生物生长微生物生长的测定方法的测定方法的测定方法的测定方法计数计数评价培养条件、营养物质等对微生物生长的影响；评价培养条件、营养物质等对微生物生长的影响；评价不同的抗菌物质对微生物产生抑制评价不同的抗菌物质对微生物产生抑制(或杀死或杀死)作用的效果；作用的效果；客观地反映微生物生长的规律。客观地反映微生物生长的规律。质量法质量法生理指标法生理指标法第36
37、页，讲稿共127张，创作于星期日一、计数法一、计数法1.1.直接计数法直接计数法直接计数法直接计数法 采用特殊的计数板（血球计数板），在显微镜下对微生物数量进行采用特殊的计数板（血球计数板），在显微镜下对微生物数量进行直接计数（计算一定容积里样品中微生物的数量）直接计数（计算一定容积里样品中微生物的数量）缺点缺点:(1)不能区分死菌不能区分死菌与活菌；与活菌；(2)只适用于只适用于单细胞状态的微生物单细胞状态的微生物或丝状微生物的孢子；或丝状微生物的孢子；不适于对运动细菌的不适于对运动细菌的计数；计数；(3)需要相对高需要相对高的菌体浓度的菌体浓度(106/mL以上以上)；(4)个体小的个体小
38、的细菌在显微镜下难以细菌在显微镜下难以观察。观察。优点：快速优点：快速第37页，讲稿共127张，创作于星期日其它直接计数方法：其它直接计数方法：其它直接计数方法：其它直接计数方法：将已知颗粒浓度的样品（例如血液）与待测细胞浓度的样品混匀后在显将已知颗粒浓度的样品（例如血液）与待测细胞浓度的样品混匀后在显微镜下根据二者之间的比例直接推算待测微生物细胞浓度。微镜下根据二者之间的比例直接推算待测微生物细胞浓度。比例计数比例计数比例计数比例计数过滤计数过滤计数过滤计数过滤计数 当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜
39、过滤器。然后将滤膜干燥、荧光染色，并经处理使膜透明，再在显通过膜过滤器。然后将滤膜干燥、荧光染色，并经处理使膜透明，再在显微镜下计算膜上微镜下计算膜上(或一定面积中或一定面积中)的细菌数。的细菌数。活菌计数活菌计数活菌计数活菌计数 采用特定的染色技术也可分别对活菌和死菌进行分别计数（美采用特定的染色技术也可分别对活菌和死菌进行分别计数（美兰，能区分死菌和活菌的荧光试剂盒）兰，能区分死菌和活菌的荧光试剂盒）第38页，讲稿共127张，创作于星期日2.2.间接计数法间接计数法间接计数法间接计数法该法最常用。通该法最常用。通常用来测定细菌、常用来测定细菌、酵母菌等单细胞酵母菌等单细胞微生物的生长情微生
40、物的生长情况或样品中所含况或样品中所含微生物个体的数微生物个体的数量（细菌、酵母量（细菌、酵母菌、孢子）。菌、孢子）。即平板菌落计数即平板菌落计数法，又称活菌计法，又称活菌计数法数法 采用培养平板计数法要求操作熟练、准确，否则难以得到正确的采用培养平板计数法要求操作熟练、准确，否则难以得到正确的结果。结果。第39页，讲稿共127张，创作于星期日样品充分混匀；样品充分混匀；倾注法倾注法倾注法倾注法涂布法涂布法涂布法涂布法每支移液管及涂布棒只能接触一个每支移液管及涂布棒只能接触一个稀释度的菌液；稀释度的菌液；同一稀释度三个以上重复同一稀释度三个以上重复,取平均值；取平均值；每个平板上的菌落数目合适
41、，便于每个平板上的菌落数目合适，便于准确计数。准确计数。样品充分混匀；样品充分混匀；第40页，讲稿共127张，创作于星期日 一个菌落可能是多个细胞一起形成，一个菌落可能是多个细胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成单位所以在科研中一般用菌落形成单位（colony forming units，CFU）来表示，来表示，而不是直接表示为细胞数。而不是直接表示为细胞数。第41页，讲稿共127张，创作于星期日3.3.膜过滤培养法膜过滤培养法膜过滤培养法膜过滤培养法 当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜过滤器，然
42、后将滤膜转到相应的培养基上进行培养，对形成的菌落进行统计。膜过滤器，然后将滤膜转到相应的培养基上进行培养，对形成的菌落进行统计。第42页，讲稿共127张，创作于星期日第43页，讲稿共127张，创作于星期日4.4.比浊法比浊法比浊法比浊法 在一定波长在一定波长下，测定菌悬液下，测定菌悬液的光密度，以光的光密度，以光密度密度(optical density 即即OD值值)表示菌量。表示菌量。实验测量时应控制在菌浓度与光密度成正比的线性范围内，否实验测量时应控制在菌浓度与光密度成正比的线性范围内，否则不准确。则不准确。第44页，讲稿共127张，创作于星期日5 5.最大或然数法最大或然数法最大或然数法
43、最大或然数法The most probable number methodThe most probable number method（液体稀释法）液体稀释法）液体稀释法）液体稀释法）主要适用于能进行液体培养的主要适用于能进行液体培养的微生物，或采用液体鉴别培养基进行微生物，或采用液体鉴别培养基进行直接鉴定并计数的微生物。直接鉴定并计数的微生物。对未知样品进行十倍稀释，然后根据估算取三个对未知样品进行十倍稀释，然后根据估算取三个连续的稀释度平行接种多支试管，对这些平行试管的连续的稀释度平行接种多支试管，对这些平行试管的微生物生长情况进行统计，长菌的为阳性，未长菌的微生物生长情况进行统计，长菌
44、的为阳性，未长菌的为阴性，然后根据数学统计计算出样品中的微生物数为阴性，然后根据数学统计计算出样品中的微生物数目。目。第45页，讲稿共127张，创作于星期日二、质量法二、质量法测定丝状菌生长的有效方法测定丝状菌生长的有效方法1.1.重量法重量法重量法重量法干重法干重法干重法干重法湿重法湿重法湿重法湿重法2.2.蛋白质及蛋白质及蛋白质及蛋白质及DNADNA含量测定法含量测定法含量测定法含量测定法 采用凯氏定氮法测出含氮量。蛋白质含氮量为采用凯氏定氮法测出含氮量。蛋白质含氮量为16%，细胞中，细胞中蛋白质含量占细胞固形物的蛋白质含量占细胞固形物的50%80%，一般以，一般以65%为代表。为代表。蛋
45、白质总量蛋白质总量=含氮量含氮量 16%=含氮量含氮量 6.25细胞总量细胞总量=蛋白质总量蛋白质总量 65%=蛋白质总量蛋白质总量 1.54第46页，讲稿共127张，创作于星期日三、三、生理指标法生理指标法生理指标法常用于对微生物的快速鉴定与检测生理指标法常用于对微生物的快速鉴定与检测常用的指标：呼吸强度、耗氧量、酶活性、生物热常用的指标：呼吸强度、耗氧量、酶活性、生物热 样品中微生物数量越多或生长越旺盛，这些指标愈明显，因此样品中微生物数量越多或生长越旺盛，这些指标愈明显，因此可以借助特定的仪器如瓦勃氏呼吸仪、微量量热计等设备来测定相可以借助特定的仪器如瓦勃氏呼吸仪、微量量热计等设备来测定
46、相应的指标。应的指标。与生长量相平行的生理指标很多，它们都可用作微生物生长的测与生长量相平行的生理指标很多，它们都可用作微生物生长的测定。定。第47页，讲稿共127张，创作于星期日第四节第四节 环境对微生物生长的影响环境对微生物生长的影响一、温度一、温度二、二、pH三、渗透压三、渗透压四、氧四、氧五、表面张力五、表面张力六、辐射六、辐射七、液体静压力七、液体静压力八、声能八、声能影响微生物生长的环境因素主要有：影响微生物生长的环境因素主要有：第48页，讲稿共127张，创作于星期日1.1.微生物生长的适宜温度微生物生长的适宜温度微生物生长的适宜温度微生物生长的适宜温度最低生长温度最低生长温度最低
47、生长温度最低生长温度能生长的最低温度能生长的最低温度能生长的最低温度能生长的最低温度最适生长温度最适生长温度最适生长温度最适生长温度生长速度最高的温度生长速度最高的温度生长速度最高的温度生长速度最高的温度最高生长温度最高生长温度最高生长温度最高生长温度能生长的最高温度能生长的最高温度能生长的最高温度能生长的最高温度最适生长温度并非等于最适发酵温度，或生长得率最高时的温度。最适生长温度并非等于最适发酵温度，或生长得率最高时的温度。最适生长温度并非等于最适发酵温度，或生长得率最高时的温度。最适生长温度并非等于最适发酵温度，或生长得率最高时的温度。生长温度生长温度三基点三基点三基点三基点一、温度一、
48、温度 每种微生物都有三个基本温度（每种微生物都有三个基本温度（每种微生物都有三个基本温度（每种微生物都有三个基本温度（cardinal temperaturecardinal temperature）第49页，讲稿共127张，创作于星期日(1)嗜冷微生物（嗜冷微生物（psychrophile）最低生长温度最低生长温度0 以下，以下，最适生长温度最适生长温度 15，最高生长温度最高生长温度20左右；（地球两极，海洋深处）左右；（地球两极，海洋深处）能在能在0 生长，但最适生长温度生长，但最适生长温度 2040。（冷水，土壤，。（冷水，土壤，引起冰箱食物腐败的主要微生物类群）引起冰箱食物腐败的主要
49、微生物类群）-耐冷微生物耐冷微生物(psychrotolernt),又称兼性嗜冷微生物又称兼性嗜冷微生物嗜冷微生物在低温下能生长的原因：嗜冷微生物在低温下能生长的原因：嗜冷微生物在低温下能生长的原因：嗜冷微生物在低温下能生长的原因：嗜冷微生物的酶在低温下能有效起催化作用，其酶的二级结构含有较多嗜冷微生物的酶在低温下能有效起催化作用，其酶的二级结构含有较多的的螺旋，能使酶蛋白在寒冷环境中有较强的弹性。螺旋，能使酶蛋白在寒冷环境中有较强的弹性。嗜冷微生物的酶有较强的极性，含有较少的亲水性氨基酸，有助于在嗜冷微生物的酶有较强的极性，含有较少的亲水性氨基酸，有助于在低温下保持蛋白质的弹性及酶的活性。低
50、温下保持蛋白质的弹性及酶的活性。嗜冷微生物细胞膜的脂类中不饱和脂肪酸的含量较高，在低温下膜也嗜冷微生物细胞膜的脂类中不饱和脂肪酸的含量较高，在低温下膜也能保持半流动状态。能保持半流动状态。根据微生物的最适生长温度，可将微生物分为三类：根据微生物的最适生长温度，可将微生物分为三类：第50页，讲稿共127张，创作于星期日（2）嗜温微生物）嗜温微生物(mesophiles)，又称中温菌，又称中温菌 最低生长温度最低生长温度10左右，最适生长温度左右，最适生长温度 25 37，最高生长，最高生长温度温度45左右（大多数微生物，人类病原菌）。左右（大多数微生物，人类病原菌）。嗜温微生物又可分为寄生和腐生