、微生物的生長(zhǎng)公開(kāi)課課件

第六章

微生物的生長(zhǎng)生長(zhǎng)繁殖的概念：生長(zhǎng)：指細(xì)胞內(nèi)所有化學(xué)成分（蛋白質(zhì)、核酸等）有規(guī)律地、均衡地、不可逆地增長(zhǎng)（增加），體積得以增大即表現(xiàn)為生長(zhǎng)（個(gè)體生長(zhǎng)）。繁殖：使細(xì)胞數(shù)目增加伴隨個(gè)體數(shù)目增加的生物學(xué)過(guò)程。生長(zhǎng)是一個(gè)量變過(guò)程，是繁殖的基礎(chǔ)；繁殖是一個(gè)質(zhì)變過(guò)程，是生長(zhǎng)的結(jié)果。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院?jiǎn)渭?xì)胞生物的生長(zhǎng)和繁殖之間的關(guān)系極為密切，例如細(xì)菌的繁殖從其形態(tài)改變來(lái)觀察，首先其細(xì)胞物質(zhì)增加，然后細(xì)胞伸長(zhǎng)，同時(shí)形成一個(gè)橫隔，形成兩個(gè)子細(xì)胞，在這個(gè)過(guò)程中，生長(zhǎng)和繁殖是分不開(kāi)的，我們還不能測(cè)定其個(gè)體生長(zhǎng)而不涉及其繁殖，因此，所謂細(xì)胞生長(zhǎng)，實(shí)際上是以群體細(xì)胞數(shù)目的增加作標(biāo)志，即整個(gè)物質(zhì)增加。在多細(xì)胞生物中，如果細(xì)胞數(shù)目的增加不伴隨個(gè)體數(shù)目的增加，只能稱(chēng)生長(zhǎng)，包括菌絲的延長(zhǎng)等，形成有性、無(wú)性孢子的過(guò)程稱(chēng)為繁殖。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院第一節(jié)微生物的個(gè)體生長(zhǎng)

一、細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)制（合成）（一）染色體復(fù)制染色體是DNA的載體，對(duì)細(xì)菌來(lái)說(shuō)，染色體實(shí)際上就是DNA，在生長(zhǎng)過(guò)程中，DNA通過(guò)半保留復(fù)制完成。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院（二）細(xì)胞壁的擴(kuò)增在細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中，由于壁的擴(kuò)增，才使細(xì)胞體積得以增大。用熒光免疫技術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)有2種細(xì)胞壁的生長(zhǎng)類(lèi)型：（1）桿菌在生長(zhǎng)過(guò)程中，新合成的肽聚糖不是在一個(gè)位點(diǎn)而是在多個(gè)位點(diǎn)插入細(xì)胞壁，使得新老細(xì)胞壁呈間隔分布；（2）球菌新合成的肽聚糖固定在赤道板附近插入，導(dǎo)致新老細(xì)胞壁能明顯分開(kāi)，原來(lái)的細(xì)胞壁被推向兩端。

環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院（三）核糖體的生物發(fā)生核糖體的重建包括rRNA的合成、蛋白質(zhì)合成以及蛋白質(zhì)在rRNA上的裝配三個(gè)過(guò)程。

例：大腸桿菌核糖體的重建，MasayasuNomwa成功地利用提純的核糖體rRNA和蛋白質(zhì)分子重建了大腸桿菌核糖體，其中最重要的發(fā)現(xiàn)是30s顆粒的組裝，只需要16SrRNA分子和21種S型蛋白質(zhì)，重建的顆粒具有天然顆粒的所有的生物學(xué)功能，50S顆粒與30S顆粒的情況相同，因而核糖體在體內(nèi)的形成是自我組裝的過(guò)程。RNA-蛋白質(zhì)相互作用是一種有高度特異性的作用。該過(guò)程在真核細(xì)胞中要復(fù)雜得多。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院（五）細(xì)胞膜的擴(kuò)增研究細(xì)胞膜擴(kuò)增的方法是通過(guò)研究原來(lái)細(xì)胞膜的分布，再確定新擴(kuò)增的部位。通過(guò)利用突變株的培養(yǎng)，確定細(xì)胞膜的擴(kuò)增部位，陰影部分為原來(lái)的細(xì)胞膜，隨著分裂次數(shù)的增加，原來(lái)的細(xì)胞膜在子細(xì)胞中的量就越來(lái)越少。細(xì)胞分裂：各種細(xì)胞物質(zhì)的擴(kuò)增導(dǎo)致了細(xì)菌細(xì)胞的分裂，細(xì)菌細(xì)胞分裂一般在間體位置上，以壁和膜的凹入開(kāi)始，最后形成2個(gè)新的細(xì)胞。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院（六）鞭毛的形成鞭毛亞基在細(xì)胞內(nèi)合成，并貯存在細(xì)胞內(nèi)，然后通過(guò)鞭毛中間的通道，逐步輸送到鞭毛末端進(jìn)行裝配，使鞭毛延長(zhǎng)到正常的長(zhǎng)度。可通過(guò)同位素標(biāo)記和抗原抗體反應(yīng)等試驗(yàn)得到證實(shí)。隨著長(zhǎng)度增加，速度減慢（運(yùn)送距離）。真核生物的鞭毛亞基是在細(xì)胞內(nèi)合成后，在鞭毛的基部裝配延長(zhǎng)，直至正常的長(zhǎng)度。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院二、細(xì)胞分裂的控制細(xì)胞分裂為什么能夠開(kāi)始?一種假設(shè)是對(duì)數(shù)期的細(xì)胞，其成分的合成以指數(shù)的方式連續(xù)進(jìn)行，造成擴(kuò)散有了困難，并有利于某些外部反應(yīng)—如細(xì)胞壁的合成，使細(xì)胞分裂形成兩個(gè)新細(xì)胞。另外一種細(xì)胞分裂發(fā)生的原因是與細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的大分子變化的連續(xù)順序有關(guān)。尤其是DNA的合成，因?yàn)榧?xì)胞分裂總是發(fā)生在DNA復(fù)制完成之后，DNA復(fù)制在一定程度上決定了細(xì)胞的分裂。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院第二節(jié)微生物的群體生長(zhǎng)一、分批培養(yǎng)的概念和特點(diǎn)（一）概念和特點(diǎn)將少量細(xì)菌接種到液體培養(yǎng)液中適宜條件下培養(yǎng)，生長(zhǎng)繁殖，在生長(zhǎng)期不補(bǔ)充加入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和去除代謝產(chǎn)物，處于這種封閉系統(tǒng)中的生長(zhǎng)稱(chēng)之為分批培養(yǎng)。特點(diǎn)：微生物所處的環(huán)境不斷變化，從而使得研究微生物在不同環(huán)境中的群體生長(zhǎng)規(guī)律變得方便、簡(jiǎn)化。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院（二）、微生物的生長(zhǎng)曲線(xiàn)細(xì)菌接種到定量的液體培養(yǎng)基中，定時(shí)取樣測(cè)定細(xì)胞數(shù)量，以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以菌數(shù)為縱坐標(biāo)作圖，得到的一條反映細(xì)菌在整個(gè)培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線(xiàn)。典型的生長(zhǎng)曲線(xiàn)呈S形，反映出微生物從開(kāi)始生長(zhǎng)到衰亡整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程中數(shù)目和生理的變化。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院1.遲緩期又稱(chēng)停滯期，適應(yīng)期原因：微生物接種到一個(gè)新的環(huán)境，暫時(shí)缺乏分解和催化有關(guān)底物的酶，或是缺乏充足的中間代謝產(chǎn)物等。為產(chǎn)生誘導(dǎo)酶或合成中間代謝產(chǎn)物，就需要一段適應(yīng)期。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院2.對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期以最大的速率生長(zhǎng)和分裂，細(xì)菌數(shù)量呈對(duì)數(shù)增加，細(xì)菌內(nèi)各成分按比例有規(guī)律地增加，表現(xiàn)為平衡生長(zhǎng)。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院3.穩(wěn)定期細(xì)菌的繁殖數(shù)與死亡數(shù)基本相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)已經(jīng)成為限制因子。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院二、同步培養(yǎng)使群體細(xì)胞在同一時(shí)間里都處于同一個(gè)生長(zhǎng)階段的培養(yǎng)稱(chēng)為同步培養(yǎng)（synchronousculture），得到的培養(yǎng)物為同步培養(yǎng)物，同步培養(yǎng)物是研究微生物細(xì)胞生理活動(dòng)的理想材料。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院獲得同步培養(yǎng)的方法：（1）物理方法，根據(jù)菌體大小用區(qū)帶密度梯度離心或過(guò)濾或?qū)⑿路至鸭?xì)胞從固體載體上洗脫下來(lái)進(jìn)行培養(yǎng)；（2）控制環(huán)境條件（溫度、化學(xué)藥物等）的誘導(dǎo)方法。 在兩類(lèi)方法中，由于誘導(dǎo)法可能造成與正常細(xì)胞循環(huán)周期不同的周期變化，所以不及選擇法好，這在生理學(xué)研究中尤為明顯。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院硝酸纖維素濾膜法密度梯度離心方法環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院三、連續(xù)培養(yǎng)的概念和方法在微生物的培養(yǎng)過(guò)程中，不斷補(bǔ)充新鮮的無(wú)菌培養(yǎng)基，等量排出培養(yǎng)液，避免代謝產(chǎn)物積累，維持對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院恒濁器與恒化器的比較裝置控制對(duì)象培養(yǎng)基培養(yǎng)基流速生長(zhǎng)速率產(chǎn)物應(yīng)用范圍恒濁器菌體密度無(wú)限制生長(zhǎng)因子不恒定最高速率大量菌體或與菌體相平行的代謝產(chǎn)物生產(chǎn)為主恒化器培養(yǎng)基流速有限制生長(zhǎng)因子恒定低于最高速率不同生長(zhǎng)速率的菌體實(shí)驗(yàn)室為主環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院第三節(jié)影響微生物生長(zhǎng)的主要因素生物膜的液晶結(jié)構(gòu)酶和蛋白質(zhì)的合成與活性2、影響原因

影響微生物生長(zhǎng)的主要因素有：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、水的活性、溫度pH和氧1.溫度根據(jù)微生物生長(zhǎng)的最適溫度不同，可以將微生物分為嗜冷、兼性嗜冷、嗜溫、嗜熱和超嗜熱五種不同的類(lèi)型。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院二、pH值有機(jī)物無(wú)機(jī)物糖類(lèi)脂肪蛋白質(zhì)硫酸銨硫酸（變酸）硝酸鈉氫氧化鈉（變堿）2.培養(yǎng)過(guò)程pH會(huì)變化培養(yǎng)基內(nèi)中性成分有機(jī)酸（變酸）胺類(lèi)（變堿）加堿或氮源；提高通氣量加酸或碳源；降低通氣量1.影響菌體的原因

破壞菌體中的結(jié)構(gòu)物質(zhì)；影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的離化程度。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院三、氧氣兼性厭氧菌（以呼吸為主，兼厭氧呼吸）1.微生物與氧的關(guān)系微好氧菌（0.01－0.03巴）耐氧菌（不需氧，只以發(fā)酵產(chǎn)能，氧無(wú)害）專(zhuān)性氧菌（氧有害，無(wú)氧呼吸產(chǎn)能）好氧菌（需氧，正常大氣壓）2.氧對(duì)厭氧菌的影響：厭氧菌中無(wú)SOD,POD（過(guò)氧化物酶）,CAT（過(guò)氧化氫酶）好氧菌中有SOD,CAT微好氧菌中SOD,POD環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院