發(fā)酵調(diào)控學(xué)完整版

1、發(fā)酵調(diào)控學(xué)生物工程學(xué)院儲 炬課程內(nèi)容1 微生物生長分化調(diào)節(jié)的規(guī)律(1)細(xì)胞周期內(nèi)有關(guān)生長的活動，DNA合成與細(xì)胞分裂的調(diào)節(jié)(2)絲狀菌生長分化的調(diào)節(jié)2 初級代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制(1)調(diào)節(jié)的生化基礎(chǔ)(2)代謝調(diào)節(jié)的方式與內(nèi)容：誘導(dǎo)、分解代謝物調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)課程內(nèi)容3 次級代謝物的生物合成的調(diào)節(jié)(1)次級代謝物的概念(2)生物合成的前體(3)次級代謝物的生物合成(4)抗生素生物合成的控制課程內(nèi)容4 發(fā)酵過程控制(1)控制的策略(2)參數(shù)的指導(dǎo)作用(3)參數(shù)相關(guān)分析(4)過程控制的評價主要參考書 現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵調(diào)控學(xué)，儲炬，李友榮，化學(xué)工業(yè)出版社，北京。2002年1月 Biotechnology, 2nd

2、ed. Vol.1; Biological Fundamentals. Rehm H-JB Biotechnology, 3nd ed Vol.3;Bioprocessing. Rehm H-JB微生物發(fā)酵代謝調(diào)控與發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù) 代謝調(diào)控是研究內(nèi)在的調(diào)節(jié)機(jī)制，而過程優(yōu)化則是外在控制，是建立在相關(guān)參數(shù)的分析上的，這兩個方向相輔相成，前者為后者的基礎(chǔ)，而后者是使理論變?yōu)楝F(xiàn)實的手段。1微生物生長與調(diào)節(jié) 為了控制菌體的生長，需要了解生長的方式，細(xì)胞分裂和調(diào)節(jié)的規(guī)律，測量微生物生長的各種辦法，微生物生長繁殖的形式與工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系，環(huán)境變化對微生物生長的影響。因此，研究微生物的生長分化規(guī)律無疑是發(fā)酵調(diào)

3、控原理的一個重要組成部分。 細(xì)胞周期 對于個體細(xì)胞行為，主要關(guān)心 染色體啟動、復(fù)制和分離 新細(xì)胞壁材料的合成與插入 協(xié)調(diào)染色體復(fù)制和細(xì)胞分裂的信號細(xì)胞周期細(xì)胞周期(Cell cycle)： 細(xì)胞的一系列可鑒別的周而復(fù)始的生長活動。這些活動的順序不變, 完成一個活動后才能進(jìn)行下一個活動。圖1 細(xì)胞周期細(xì)胞周期 典型的真核生物細(xì)胞周期如圖所示: S, M和G1, G2分別代表DNA 合成, 有絲分裂期和兩次間隙。 若生長速率因養(yǎng)分多寡而改變, S, G2 和M 幾乎不變, 只有G1改變。 MTG: mean generation time細(xì)胞周期 原核生物在低生長速率下的細(xì)胞周期, 與真核生物相似

4、。 其染色體復(fù)制期C 相當(dāng)于 S； 細(xì)胞分裂期 D相當(dāng)于G2+M； C 和D 不隨生長速率變化, 只有G1可變動。細(xì)胞周期的各項活動怎樣去適應(yīng)生長速率變化的需要？染色體復(fù)制與細(xì)胞分裂的調(diào)節(jié) 染色體復(fù)制怎樣與細(xì)胞分裂協(xié)調(diào)？ 在高速生長下, 如細(xì)胞周期為30 min, 染色體復(fù)制不能在一個周期內(nèi)完成。為此，未等前一輪復(fù)制結(jié)束，后一輪復(fù)制又在原點上啟動?？梢园袰 期的啟動和終止,以及細(xì)胞分裂看作是不可更改的活動順序, 稱為C+D 周期。染色體復(fù)制與細(xì)胞分裂的調(diào)節(jié) 若增代時間少于 C+D時間, C+D 周期重疊，其重要特征是分配到子細(xì)胞的染色體已開始新的一輪復(fù)制。這類染色體稱為二叉染色體(dichot

5、omous)。圖2大腸桿菌的染色體復(fù)制和細(xì)胞分裂的時間分配示意圖染色體復(fù)制和細(xì)胞分裂的調(diào)節(jié)規(guī)律 染色體復(fù)制未完成， 細(xì)胞就不會分裂。不管生長速率如何，大腸桿菌的細(xì)胞分裂總是出現(xiàn)在染色體復(fù)制完成之后。 不管生長速率如何，C 和D 所需時間大致不變。 C 和 D可以依次或同時(指上一輪的 D和下一輪的C ) 進(jìn)行。思考題 加倍時間最小為多少？C40， D20時，時間如何分配？ 染色體復(fù)制的啟動 染色體復(fù)制的啟動受啟動因子(origin), 一種特異調(diào)節(jié)性蛋白的正向控制。當(dāng)啟動因子增加到某一臨界水平, 啟動便開始。在這以后啟動因子被毀或稀釋。合成啟動因子達(dá)到有效濃度所需的時間恰好等于培養(yǎng)物增代時間。

6、染色體復(fù)制的啟動 大腸桿菌在啟動時的啟動因子數(shù)量與細(xì)胞質(zhì)量之比在各種生長速率下是一樣的。這一比例實際上是染色體啟動因子的濃度。細(xì)胞似乎能檢出啟動因子的濃度。當(dāng)它達(dá)到一臨界值時便啟動新一輪的復(fù)制。啟動的直接后果是啟動因子的濃度提高一倍。染色體復(fù)制的啟動 啟動不會重新發(fā)生直到其濃度因生長而降到臨界值。這種控制機(jī)制構(gòu)成一種生物鐘。它是以細(xì)胞體積或其它有關(guān)參數(shù)為依據(jù)。據(jù)此，染色體復(fù)制的啟動頻率是DNA 合成速率的控制步驟。染色體復(fù)制的啟動O/M=I 啟動， 啟動后，2O/M=I,I>I 不再啟動， M增加，M 2M，使I逐漸下降， 2O/2M=O/M=I，又開始啟動。啟動和復(fù)制是性質(zhì)截然不同的兩

7、種過程 啟動的過程需要蛋白質(zhì)合成，如蛋白質(zhì)合成受阻，已啟動的DNA合成能完成，但不能啟動新一輪DNA合成 。 曾檢出其產(chǎn)物負(fù)責(zé)啟動而不負(fù)責(zé)隨后復(fù)制的基因； 加入利福平或氯霉素抑制RNA或蛋白質(zhì)合成或除去營養(yǎng)缺陷型所需的氨基酸都能阻止啟動，但允許復(fù)制繼續(xù)完成； 培養(yǎng)物進(jìn)入穩(wěn)定生長期后，中止生長的細(xì)胞含有完整的染色體。染色體復(fù)制的啟動 啟動總是在染色體上的專一位置上進(jìn)行。此位點稱為復(fù)制或染色體原點。在大腸桿菌此位點很靠近ilv座位。 在大腸桿菌和枯草桿菌中復(fù)制叉以兩個方向沿染色體運(yùn)行，大約在離原點180度地方相遇。染色體復(fù)制的啟動 啟動的頻率取決于細(xì)胞量增長的速率，即生長停止，啟動也隨著停止是預(yù)料

8、中的事。 細(xì)胞周期的研究方法1 鏡檢法 用電子顯微鏡觀察單個細(xì)胞的生長，定時拍照。由此發(fā)現(xiàn)大腸桿菌在分裂時細(xì)胞個子的變化不大。細(xì)胞周期的研究方法 1 鏡檢法 說明似乎存在一種控制細(xì)胞個子大小的因子，即尺寸因子(size factor), 可能是啟動細(xì)胞質(zhì)量(initiation mass)。 1 鏡檢法 缺點:細(xì)胞由培養(yǎng)液轉(zhuǎn)移到固體表面,會受到干擾。 細(xì)胞年齡變化較大時,細(xì)胞大小變化不大。2 同步培養(yǎng)(Synchrony)法 (1) 密度梯度離心沉降法 按細(xì)胞的大小/年齡把在對數(shù)生長期的培養(yǎng)物分級。 H2O/D2O密度梯度沉降法: 能應(yīng)用于任何品種, 不會施加滲透壓強(qiáng) 的影響。 從某一密度帶便

9、可分離出同質(zhì)的細(xì)胞群體，隨后培養(yǎng)。細(xì)胞大小的分布頻率與蛋白質(zhì)合成速率的關(guān)系細(xì)胞大小的分布頻率與蛋白質(zhì)合成速率的關(guān)系 蛋白質(zhì)合成速率與細(xì)胞長度(體積)成正比，從而與細(xì)胞年齡成正比。(2)過濾洗脫法 將細(xì)胞粘附在固體支持物，如硝化纖維膜上，然后將其倒置，讓生長培養(yǎng)基從上到下通過，新生的細(xì)胞便被洗脫到培養(yǎng)基中，呈一種特征性的振蕩模式，見圖123。過濾洗脫法(2)過濾洗脫法 在初始沖洗(wash-off)期后從濾膜上洗脫下來的主要是新分裂的細(xì)胞。在洗脫曲線高峰下從膜上洗下的細(xì)胞是沉積在膜上的新生細(xì)胞后代，那些在低峰下的是其沉積時正要分裂細(xì)胞后代。過濾洗脫法 洗脫(wash- off)的振蕩模式可以測出

10、細(xì)胞周期。3 同位素示蹤法 如親本培養(yǎng)物沉積在濾膜上之前用氚標(biāo)記的胸苷使細(xì)胞帶上標(biāo)記，則結(jié)合到洗脫細(xì)胞的標(biāo)記量與結(jié)合到親本培養(yǎng)物那一年齡細(xì)胞的標(biāo)記量成正比。細(xì)胞周期細(xì)胞周期 其一個洗脫峰(后代)帶有比前一代少一倍的放射性標(biāo)記。 可以分別求得C和D值3 同位素示蹤法 另一種研究細(xì)胞周期的方法是通過蔗糖密度梯度離心，使一對數(shù)生長的培養(yǎng)物沉淀, 收集最上層的細(xì)胞，在含有氚-標(biāo)記胸苷的生長培養(yǎng)基上生長，測量其DNA合成速率。3 同位素示蹤法 洗脫前在無標(biāo)記培養(yǎng)基中生長，洗脫時用帶標(biāo)記的培養(yǎng)基，得到的帶標(biāo)記DNA呈階梯上升狀。細(xì)胞周期4 生長速率與細(xì)胞個子大小的關(guān)系 生長培養(yǎng)基越豐富，細(xì)菌生長速率加快，

11、其細(xì)胞的個子也越大。 如在同一種培養(yǎng)基內(nèi)改變溫度也會影響生長速率，但對細(xì)胞個子大小幾乎沒有多大影響。4 生長速率與細(xì)胞個子大小的關(guān)系 如一細(xì)胞的增代時間為60min，在細(xì)胞分裂時染色體復(fù)制便開始啟動。假設(shè)細(xì)胞這時具有質(zhì)量為M (啟動細(xì)胞量=1/啟動因子濃度)。4 生長速率與細(xì)胞個子大小的關(guān)系 個體細(xì)胞的量在指數(shù)地增加，直到2M，細(xì)胞便開始分裂。 此時從培養(yǎng)液中檢出新生的細(xì)胞，置于較豐富的培養(yǎng)基 (能使菌快速生長, 增代時間為35 min) 中，并假定細(xì)胞迅速調(diào)整到新的生長速率。4 生長速率與細(xì)胞個子大小的關(guān)系 這樣，個體細(xì)胞量增長速率往上移動，如C+D規(guī)律還適用，下一個細(xì)胞分裂的時間不會變動，

12、但細(xì)胞個子會增大。 新一輪復(fù)制的啟動將在細(xì)胞分裂前便開始。4 生長速率與細(xì)胞個子大小的關(guān)系 換句話說，C+D 周期現(xiàn)在開始重疊。快速生長經(jīng)一個細(xì)胞周期后便達(dá)到新的平衡。生長速率越快，細(xì)胞個子的差異也越大。生長速率對細(xì)胞個子和染色體復(fù)制啟動時間的影響生長速率對細(xì)胞個子和染色體復(fù)制啟動時間的影響可用式1-27 表示細(xì)胞周期t對指數(shù)培養(yǎng)物的細(xì)胞個子平均大小M 的影響。 M = K2(C+D/t) (1-27) 曲線的形狀將取決于C，D 和K 是否變，只有在簡單情況下logM與t作曲線才會得一直線。細(xì)菌培養(yǎng)物的生長周期 在一來自靜止期細(xì)胞的培養(yǎng)物的生長期間，在細(xì)胞數(shù)目開始增加以前有一相當(dāng)長的停滯期。細(xì)

13、胞量開始增長的滯后現(xiàn)象短一些。細(xì)菌培養(yǎng)物的生長周期 如達(dá)到物態(tài)的指數(shù)生長，則所有可測的參數(shù)也將平行地增長。 當(dāng)培養(yǎng)物進(jìn)入靜止期便發(fā)生與上述相反的活動順序。 因啟動速率比細(xì)胞分裂早減速CD分鐘。 細(xì)胞量增長下降時，細(xì)胞分裂繼續(xù)指數(shù)進(jìn)行，細(xì)胞漸漸變小。細(xì)菌培養(yǎng)物的生長周期細(xì)菌培養(yǎng)物的生長周期 新的一輪DNA復(fù)制的啟動頻率取決于新細(xì)胞量的積累速率，則吸光度與細(xì)胞數(shù)目至少有CD分鐘不平行。生長速率和DNA濃度 細(xì)胞中的DNA%隨生長速率的增加而下降，可用式1-28表示:G/M=/(KC ln2)(1-2-C/) (1-28)式中G 是基因組的當(dāng)量，為每個細(xì)胞的DNA 平均值。生長速率對DNA濃度和平均

14、染色體構(gòu)型的影響展示了3種質(zhì)量倍增時間：a) 70 min，b) 40 min，c) 20 min生長速率對DNA濃度和平均染色體構(gòu)型的影響 一個啟動細(xì)胞量單位含有一個剛開始一輪復(fù)制的染色體。用一水平線C 分鐘長度表示。它在縱軸上所處高度代表細(xì)胞量。假定細(xì)胞量的復(fù)制時間為70 min，見圖1-28a，將出現(xiàn)輪與輪復(fù)制的間隙。當(dāng)細(xì)胞量增加到三倍時它將完成4 個復(fù)制好的染色體。生長速率對DNA濃度和平均染色體構(gòu)型的影響 如在零小時把細(xì)胞置于增代時間為40 min的培養(yǎng)基內(nèi)，見圖1-28b，則新一輪復(fù)制將緊跟在上一輪復(fù)制完成之后開始，輪與輪之間不存在間隙。待細(xì)胞量增到3個單位時，第二輪的復(fù)制將不會完

15、成。結(jié)果得到2條復(fù)制了一半的染色體，DNA濃度下降到3/3。生長速率對DNA濃度和平均染色體構(gòu)型的影響 如將細(xì)胞置于增代時間為20 min的培養(yǎng)基內(nèi), 在第一輪復(fù)制還未完成前第二輪復(fù)制已開始。當(dāng)細(xì)胞量達(dá)到3 時, 只有一個帶三個復(fù)制叉的染色體，見圖1-28c，DNA 濃度進(jìn)一步下降到2.25/3。生長速率對DNA濃度和平均染色體構(gòu)型的影響生長速率影響染色體上不同位置的相對基因拷貝數(shù) 在一隨機(jī)的指數(shù)培養(yǎng)物中，接近原點處的基因，其拷貝數(shù)總是居多，靠近兩端的較少。 這種相對基因劑量的傾斜度隨生長速率的增加而提高。生長速率影響染色體上不同位置的相對基因拷貝數(shù) DNA的濃度隨生長速率的增加而下跌，從而不

16、同程度地影響基因濃度。那些靠近染色體原點的基因濃度沒有變化；位于中間的基因平均濃度則只有原點周圍的一半左右；處在染色體復(fù)制近末端的基因濃度最低。生長速率影響染色體上不同位置的相對基因拷貝數(shù) 在一個細(xì)胞周期內(nèi)，一個基因濃度相對另一個而言，可相差4倍。生長速率對不同作用，提供了一種解釋非隨機(jī)基因次序的理由。生長速率影響染色體上不同位置的相對基因拷貝數(shù) 據(jù)此，對生長速率有限制作用的應(yīng)位于靠近染色體原點處。其實，這是為什么大腸桿菌中有6 個拷貝編碼核糖體RNA的基因都聚集在原點的附近的緣故。生長速率對細(xì)胞組分的影響 每個細(xì)胞RNA隨生長速率的變化可以達(dá)10倍之多。在快速生長的細(xì)胞中RNA的含量可以達(dá)到

17、細(xì)胞重量的30。 每個細(xì)胞的DNA也隨生長速率的提高而增加，但程度低一些。因此，以細(xì)胞重量衡量，DNA含量是減少的。 細(xì)胞的外殼的厚度通常不變，胞壁和質(zhì)膜在整個細(xì)胞中的比例隨細(xì)胞個子的增大而減小。絲狀菌生長分化的調(diào)節(jié)微生物的生長調(diào)節(jié) 微生物的生長分化受其自身和外界多種因素的調(diào)節(jié)。這里以真菌為對象，闡述菌絲體形態(tài)調(diào)節(jié)的規(guī)律。絲狀菌生長分化的調(diào)節(jié) 霉菌和放線菌均為絲狀微生物。其生長方式是菌絲 (hyphae) 末梢伸長、分枝 (圖1-5) 和交錯成網(wǎng) (圖1-6)，稱為菌絲體 (mycelium)。一定長度的真菌菌絲，其橫切面有間隔膜。真菌屬真核生物，為多細(xì)胞，且每個細(xì)胞含有多個細(xì)胞核和各種細(xì)胞器

18、。絲狀菌生長分化的調(diào)節(jié) 細(xì)胞一旦形成后便保持其完整性，且與其相鄰細(xì)胞的菌齡不同，越靠近末梢的菌絲，越年輕。 放線菌、鏈霉菌和諾卡氏菌屬均屬于放線菌屬，為原核生物，革蘭氏染色呈陽性。它們無核膜和細(xì)胞器，其菌絲直徑 (約1 m) 比霉菌 (2-10m) 細(xì)，易折斷。許多真菌能形成孢子，稱為分生孢子。菌絲頂端生長(Apical growth of haphae) 菌絲僅在頂端(末梢)生長, 其余部分的菌絲壁加厚，但不擴(kuò)展。 居間生長(intercalary growth)的細(xì)胞的任何部分均能擴(kuò)展與分裂。菌絲頂端生長機(jī)制大多數(shù)菌絲頂端生長機(jī)制都與泡囊(vesicles)在頂端的聚集有關(guān)。一旦生長停止，

19、泡囊在頂端消失，并分布在次頂部生長區(qū)。菌絲頂端生長機(jī)制 一種推測的細(xì)胞壁單位的生長活動a) 含有細(xì)胞壁溶解酶的泡囊與質(zhì)膜融合；b) 細(xì)胞壁的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)局部拆開，從而取得塑性；c) 細(xì)胞壁由于原生質(zhì)內(nèi)部壓力而擴(kuò)展，泡囊與質(zhì)膜融合，釋放出細(xì)胞壁合成酶；d)新細(xì)胞壁的合成前體由泡囊提供，細(xì)胞壁的合成從質(zhì)膜向外擴(kuò)展；e) 新細(xì)胞壁單元被合成。泡囊是什么? 泡囊是一種由單層膜包裹的細(xì)胞器, 可把它看作是溶酶體復(fù)合物或內(nèi)膜復(fù)合物的一部分。 還含有細(xì)胞壁合成酶以及細(xì)胞壁的若干前體。它在胞內(nèi)起運(yùn)輸材料的作用。泡囊如何在菌絲頂端聚集 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生泡囊的區(qū)域位于菌絲的次頂部, 藉化學(xué)或電化學(xué)濃度梯度(推動力)移動

20、的。菌絲頂端全靠發(fā)酵維持。因無線粒體，頂部以外的細(xì)胞靠線粒體進(jìn)行正常呼吸。泡囊如何在菌絲頂端聚集 用細(xì)胞松弛素(Cytochalasin)可以完全抑制細(xì)胞質(zhì)的流動，從而阻止泡囊的移動和生長。故細(xì)胞質(zhì)的流動是生長的推動力，使泡囊流向菌絲頂端。泡囊如何在菌絲頂端聚集 如菌絲頂端同其次頂部區(qū)域被隔離, 則生長便緩慢下來； 如切斷的地方離開頂端遠(yuǎn)些, 對生長的影響便小得多。 據(jù)此，可測定末稍生長區(qū)域的長度。粗糙鏈孢霉頂端生長的低限長度為10 mm。兩種形式的胞質(zhì)流動 一種是導(dǎo)向菌絲頂端的快速流動。菌絲頂端失水, 造成頂端與次頂端之間的水勢梯度，從而加速這種流動。 另一種形式的胞質(zhì)流動為雙向流動或環(huán)流

21、(Cyclosis) , 其流動速率要慢得多。 泡囊的形成 泡囊的形成是由高爾基(Golgi)體或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmic reticulum) 的特定區(qū)域釋放，再輸送到生長點，與質(zhì)膜結(jié)合。泡囊的三種作用 1) 運(yùn)輸各種負(fù)責(zé)把細(xì)胞壁拆開和擴(kuò)建的酶； 2) 運(yùn)輸新的細(xì)胞壁成分, 其前體或預(yù)制單位； 3) 運(yùn)輸合成。 菌絲生長過程 對孢子發(fā)芽的研究可獲得有關(guān)頂端生長的有用的信息。 如圖所示, 開始孢子吸水膨脹, 這時細(xì)胞壁合成材料散布在孢子周圍內(nèi)表面, 隨后長出芽管，新材料便聚結(jié)在芽管的頂端。菌絲生長過程 故極性生長并不是一開始就有的特性，而是在非極性(各向同性)生長過后才出現(xiàn)的。在不利條件

22、下有些真菌的極性生長(非各向同性)被無限地推遲。菌絲生長過程 黑曲霉的孢子在44下生長，它繼續(xù)膨脹，形成巨細(xì)胞。如這時再轉(zhuǎn)移到30下生長，它會表現(xiàn)得很特殊。從巨細(xì)胞中伸出芽管，隨后形成孢子，見圖1-37。菌絲生長過程菌絲生長過程 這說明在孢子膨脹期間黑曲霉也能正常地成熟，甚至產(chǎn)生孢子，只是要等到適合于極性生長時機(jī)才能表達(dá)這種潛在能力。菌絲頂端生長過程 研究頂端生長過程的另一種實驗方法是用水浸沒鐮刀菌菌落，觀察其頂端生長情況。菌絲頂端生長過程菌絲頂端生長過程 結(jié)果有半數(shù)菌絲末梢停滯1 分鐘后重新生長，只是在膨脹的菌絲頂端長出較細(xì)的菌絲。其余菌絲停止生長幾分鐘后在菌絲頂端又長出一個以上的較細(xì)的芽。

23、菌絲頂端生長過程 重復(fù)以上試驗，但這次加水后,等40秒，再加入等滲溶液(即與瓊脂的滲透壓一樣的溶液)。這會使它膨脹，暫停出芽。過后又長出一個以上的細(xì)芽。菌絲頂端生長過程這些現(xiàn)象說明，生長可能包含兩個過程:1) 塑性頂端的延伸：2) 細(xì)胞壁的硬化，即隨頂端延伸后的硬化。菌絲頂端生長過程 在正常生長情況下這兩個過程以同樣的速率進(jìn)行，只是硬化緊隨頂端延伸之后，故總是只有一小段延伸區(qū)域呈塑性。菌絲頂端生長過程 菌絲浸水試驗的第一種情況可解釋為浸水后生長延伸停止，菌絲頂端在重新調(diào)整其新的滲透壓期間，細(xì)胞壁的硬化繼續(xù)進(jìn)行，在頂端還未完全封住前，在剩下的還未硬化的當(dāng)中塑性部位繼續(xù)長出一細(xì)芽；菌絲頂端生長過程

24、 對第二種情況，生長再次受到干擾，耽誤了在剩余部位出芽的時機(jī)，最終頂端全被封住。這期間胞質(zhì)繼續(xù)流動的結(jié)果菌絲頂端膨脹，過幾分鐘便會在其它薄弱部位找到突破口，抽出一個以上完全新的細(xì)芽。菌絲頂端生長過程 細(xì)胞壁的硬化是指胞壁的加厚或完全新的細(xì)胞壁的沉著, 而塑性頂端的延伸要靠溶解酶類的作用才能實現(xiàn)。 因此，如這些酶不穩(wěn)定，或被蛋白酶降解，或因滲透壓改變，阻止泡囊與菌絲頂端的結(jié)合，結(jié)果便出現(xiàn)胞壁的硬化。菌絲分枝規(guī)律 菌絲分枝一般離生長著的菌絲頂端有些距離的后方進(jìn)行。真菌如同高等植物那樣顯示出頂端生長的優(yōu)勢。但怎樣維持這種優(yōu)勢知道的很少。菌絲分枝規(guī)律 菌絲分枝一般均朝向菌落的邊緣擴(kuò)展生長， 并偏離其親

25、本菌絲和相互岔開生長。菌絲分枝規(guī)律 這是多余的細(xì)胞質(zhì)用于生長的結(jié)果，并且在細(xì)胞質(zhì)體積，核分裂和分枝數(shù)目之間存在著明顯的關(guān)系。在其它真菌中也確定了細(xì)胞體積和分枝之間的類似關(guān)系。分枝的形成 分枝需要從已成熟的細(xì)胞中產(chǎn)生。這伴隨著泡囊在菌絲頂端的聚集。分枝在菌絲的哪一部位產(chǎn)生? 這似乎有一中意點, 往往位于間隔的附近。通過試驗可證實這一點。完整菌絲斷片的出芽位置 分枝的形成 將菌絲打碎，只要得到含有完整間室的碎片，便能如圖1-39 那樣產(chǎn)生新的分枝。新分枝總是產(chǎn)生在這些碎片的靠間隔處，故即使在菌絲內(nèi)其個體細(xì)胞也有某些程度的極性。菌絲生長單位(hyphal growth unit) G(=m)G 菌絲

26、總長度/菌絲分枝數(shù)目 經(jīng)最初的波動后G隨菌落的生長而變化。因此，分枝的數(shù)目總是與菌絲總長，從而與細(xì)胞質(zhì)的體積成正比。 由此可見，新分枝是在胞液體積超過現(xiàn)有分枝數(shù)所能容納的體積時產(chǎn)生的。菌絲生長單位 在瓊脂中生長的不同階段攝下年輕菌落的發(fā)育照片，按公式可求的菌絲生長單位（G）菌絲生長單位從生長單位的確立可看出胞液體積與分枝之間有如下規(guī)律：1) 每一分枝連同其有關(guān)的一定量的細(xì)胞質(zhì)可當(dāng)作一個菌絲單位(unit)，就像對待個體細(xì)胞，如酵母那樣。故一真菌菌落是靠假想的單位生長的。實際上它們是連在一起，分不清的；2) 由于新的分枝是多余細(xì)胞質(zhì)形成的，分枝的數(shù)目基本上取決于菌落的營養(yǎng)狀況，從而取決于細(xì)胞質(zhì)的

27、數(shù)量；菌絲生長單位3) 因現(xiàn)有的分枝能優(yōu)先得到細(xì)胞質(zhì)，故一分枝的形成對已有的分枝的生長速率影響很??；4) 真菌菌落容易適應(yīng)一定范圍的養(yǎng)分濃度變化。它在養(yǎng)分貧乏的瓊脂培養(yǎng)基中散開的速度幾乎同豐富培養(yǎng)基上的一樣，但分枝少一些。 菌絲生長單位 菌絲生長單位生長初期，菌絲總長度和分枝數(shù)目均以指數(shù)的速率增加，這時的菌絲體間隔較長。菌絲生長單位的變化幅度隨生長而減小，最后穩(wěn)定。微生物生長分化的調(diào)節(jié) 微生物的生長分化受其自身和外界多種因素的調(diào)節(jié)。以真菌為對象闡述菌絲體形態(tài)的調(diào)節(jié)。以下的規(guī)律主要適用于固體培養(yǎng)基上生長的未分化菌絲。微生物生長分化的調(diào)節(jié) 真菌孢子在培養(yǎng)基上發(fā)芽，形成未分化的菌絲，繼續(xù)生長，分化為

28、成熟的菌絲。微生物生長分化的調(diào)節(jié) 絲狀菌的形態(tài)上的優(yōu)勢:菌能無限擴(kuò)增而無需改變細(xì)胞質(zhì)的體積與表面積之比；菌絲體與培養(yǎng)基之間的物質(zhì)交換只需通過較短的距離；菌絲以有規(guī)律的分枝確保它能高效地復(fù)蓋在固體培養(yǎng)基上。微生物生長分化的調(diào)節(jié)微生物生長分化的調(diào)節(jié)未分化菌絲的生長調(diào)節(jié)至少包含三種機(jī)制；1)菌絲極化的調(diào)節(jié) 生長是極化的, 菌絲的伸長僅限于菌絲頂端；2)分枝啟動的調(diào)節(jié) 芽管伸長，形成主桿菌絲, 并由此形成初級分枝, 再由此形成次級, 一直分枝下去。從菌絲體的形態(tài)特征說明存在著一種調(diào)節(jié)分枝啟動頻率的機(jī)制；3)菌絲空間分布的調(diào)節(jié) 未分化菌絲趨向于分散獨立生長，相鄰菌絲間的接觸因 "回避作用&qu

29、ot; 而減少。這稱為向自性 (autotropism)。極化生長的調(diào)節(jié)菌絲極化生長是指孢子或菌絲細(xì)胞的一端發(fā)芽，伸長，長成菌絲。培養(yǎng)條件，如溫度不適，或在厭氧，含CO2濃度較高的條件下會阻止極化生長，并以非極化(即各向同性)方式, 像酵母那樣生長。非極化生長是與不利的生長條件相聯(lián)系的。極化生長的調(diào)節(jié) 菌絲極化生長受若干內(nèi)源調(diào)節(jié)機(jī)制的控制。菌絲生長(孢子發(fā)芽，頂端生長，分枝)總是與泡囊的活動相聯(lián)系。 調(diào)節(jié)是通過向菌絲頂端輸送泡囊，泡囊與細(xì)胞膜融合發(fā)揮作用的。 擾亂這兩種作用會導(dǎo)致各向同性生長。菌絲分枝啟動的調(diào)節(jié)從孢子發(fā)芽后未分化菌絲體起先在大致恒定的環(huán)境條件下生長，隨后其生長環(huán)境，即培養(yǎng)基的物化條件有較大的改變。在固體培養(yǎng)基上菌絲體的初期生長階段與分批培養(yǎng)