微生物的生長規(guī)律

一、生長曲線一條經(jīng)典的生長曲線至少能夠分為緩慢期，對數(shù)期，穩(wěn)定時和衰亡期等四個生長時期經(jīng)典生長曲線：將少許單細胞微生物純培養(yǎng)菌種接種到新鮮的液體培養(yǎng)基中，在最適條件下培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中定時測定菌體的數(shù)量，再以幾何曲線表達，以菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標(biāo)，時間為橫坐標(biāo)，所繪成的曲線稱為經(jīng)典生長曲線。1、延滯期（或稱延遲期、滯留適應(yīng)期）指少許微生物接種到新培養(yǎng)基中，在開始培養(yǎng)的一段時間內(nèi)細胞數(shù)目不增長的時期。（1）原因：合成新的代謝酶類，適應(yīng)新環(huán)境。（2）影響延遲期長短的原因：菌種、接種齡、接種量、培養(yǎng)基成份。（3）特點：①群體生長速度近于零；②細胞重量增長，體積增大，但不分裂繁殖；③細胞內(nèi)的RNA尤其是rRNA含量增高，原生質(zhì)嗜堿性；④代謝活動尤其是合成代謝旺盛；⑤對外界不利條件反應(yīng)敏感。2、指數(shù)期（又稱對數(shù)生長久）（logphase)：緊接延滯期的細胞數(shù)以幾何級數(shù)增長的時期。（1）特點：①菌數(shù)以幾何級數(shù)增長；生長速率常數(shù)最大，代時最短而且穩(wěn)定；②個體形態(tài)、化學(xué)構(gòu)成、生理特征均較為一致；③酶系活躍，代謝旺盛。（2）影響指數(shù)期微生物增代時間的原因：菌種、營養(yǎng)成份、營養(yǎng)物濃度、培養(yǎng)溫度等。對數(shù)生長久的微生物其個體形態(tài)，化學(xué)構(gòu)成和生理特征等均較一致，代時穩(wěn)定，代謝旺盛，生長迅速，是研究基本代謝的良好材料，也是發(fā)酵生產(chǎn)的良好種子。3、穩(wěn)定時(stationaryphase)又稱最高生長久，此時期微生物群體中新繁殖的細胞數(shù)目與死亡的細胞數(shù)目基本上處于平衡穩(wěn)定的狀態(tài)。（1）特點：生長速率等于0；菌體產(chǎn)量達成最高點。（2）穩(wěn)定時到來的原因：①營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡；②營養(yǎng)物的百分比失調(diào)；③有害代謝產(chǎn)物的累積；④pH、氧化還原電位等物化條件越來越不合適等。4、衰亡期(declinephase)（1）特點：細胞生活力衰退，死亡率增長，細菌總數(shù)急劇下降。細胞出現(xiàn)多形態(tài)；有的微生物出現(xiàn)自溶現(xiàn)象；有的會進一步合成或釋放對人類有益的抗生素等次生代謝物；芽孢桿菌在這一時期會產(chǎn)生芽孢；等等。（2）原因：外界環(huán)境對繼續(xù)生長越來越不利，引起細胞內(nèi)的分解代謝大大超出合成代謝，繼而造成菌體死亡。三、連續(xù)培養(yǎng)第二節(jié)細菌的群體生長繁殖將微生物置于一定容積的培養(yǎng)基中，經(jīng)過培養(yǎng)生長，最終一次收獲。分批培養(yǎng)（batchculture）or封閉培養(yǎng)（closedculture）培養(yǎng)基一次加入，不予補充，不再更換。連續(xù)培養(yǎng)(Continousculture）在微生物的整個培養(yǎng)期間，經(jīng)過一定的方式使微生物能以恒定的比生長速率生長并能連續(xù)生長下去的一種培養(yǎng)措施。培養(yǎng)過程中不斷的補充營養(yǎng)物質(zhì)和以一樣的速率移出培養(yǎng)物是實現(xiàn)微生物連續(xù)培養(yǎng)的基本原則。生長：緩慢期、對數(shù)期、穩(wěn)定時、衰亡期1、連續(xù)培養(yǎng)(continuousculture)，又稱開放培養(yǎng)在一恒定的培養(yǎng)容器的流動系統(tǒng)中，以一定的流動速度不斷補充入新的營養(yǎng)物質(zhì)，同步以相同的速度排出培養(yǎng)物（涉及菌體及代謝產(chǎn)物），使流動系統(tǒng)內(nèi)的流量，細胞數(shù)量和營養(yǎng)狀態(tài)維持恒定，使培養(yǎng)的微生物處于對數(shù)生長久的時間繼續(xù)延長下去，這種措施稱為連續(xù)培養(yǎng)。第二節(jié)細菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)控制連續(xù)培養(yǎng)的措施恒濁連續(xù)培養(yǎng)不斷調(diào)整流速而使細菌培養(yǎng)液濁度保持恒定恒化連續(xù)培養(yǎng)保持恒定的流速第二節(jié)細菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)（一）恒濁連續(xù)培養(yǎng)一般用于菌體以及與菌體生長平行的代謝產(chǎn)物生產(chǎn)的發(fā)酵工業(yè)（連續(xù)發(fā)酵）連續(xù)發(fā)酵與單批發(fā)酵相比的優(yōu)點：縮短發(fā)酵周期，提升設(shè)備利用率；便于自動控制；降低動力消耗及體力勞動強度；產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；缺陷：雜菌污染和菌種退化第二節(jié)細菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)二）恒化連續(xù)培養(yǎng)使培養(yǎng)液流速保持不變，并使微生物一直在低于其最高生長速率下進行生長繁殖。第二節(jié)細菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)經(jīng)過控制流速能夠得到生長速率不同但密度基本恒定的培養(yǎng)物多用于科研遺傳學(xué)：突變株分離；生理學(xué)：不同條件下的代謝變化；生態(tài)學(xué)：模擬自然營養(yǎng)條件建立試驗?zāi)Ｐ停?、連續(xù)發(fā)酵優(yōu)缺陷優(yōu)點：①高效；②可實現(xiàn)自動化控制；③產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；缺陷：①菌種易退化②易染菌③營養(yǎng)物利用率低，產(chǎn)量常數(shù)小。微生物的高密度培養(yǎng)1、高密度培養(yǎng)（highcell-densityculture,HCDC)：指微生物在液體培養(yǎng)中細胞群體密度超出常規(guī)培養(yǎng)的10倍以上。2、應(yīng)用：基因工程菌生產(chǎn)多肽類藥物。3、高密度培養(yǎng)時應(yīng)注意的問題：選用最佳培養(yǎng)基成份和含量；補料；提升溶解氧濃度；預(yù)防有害代謝產(chǎn)物生成。第三節(jié)影響微生物生長的原因一、溫度從微生物界整體來看，微生物能夠在-10~100℃范圍內(nèi)生長。但就詳細的某種微生物來講，它只能在一定的溫度范圍內(nèi)生長。在這一定的溫度范圍內(nèi)，每種微生物都有自己的生長溫度三基點：最低生長溫度、最適生長溫度和最高生長溫度。在生長溫度三基點內(nèi)，微生物都能生長，但生長速率不同。溫度對微生物的生長具有雙重影響。一方面，在一定的溫度范圍內(nèi)，伴隨溫度的上升，代謝活動逐漸旺盛，生長速度加緊；另一方面，伴隨溫度的上升，細胞內(nèi)物質(zhì)如蛋白質(zhì)、酶、核酸等對溫度比較敏感，逐漸變性失活。所以微生物處于它自己的生長溫度三基點之外是極為不利的。

值得注意的是，微生物的最適生長溫度，是指它生長速度最快時的溫度，但并不等于它能大量累積代謝產(chǎn)物時的溫度。有的可能一樣，有的不同。所以只有經(jīng)過試驗，才干掌握什么樣的生理活動需要多少溫度才算合適。例如生產(chǎn)味精的菌種A.S.1299，它的最適生長溫度是30-32℃，而累積谷氨酸的溫度以34-36℃為宜。微生物生長的溫度類型最低生長溫度：生長繁殖的溫度下限；最適生長溫度：生長繁殖速率最快，但不一定是一切代謝活動的最適溫度，不等于最適發(fā)酵溫度，也不等于積累某一代謝產(chǎn)物的最適溫度，例如：乳酸鏈球菌：25－30度,細胞產(chǎn)量最高；30度，乳酸產(chǎn)量最多；34度，Ｒ最高；40度，發(fā)酵速率最大。最高生長溫度：微生物生長繁殖的上限，在此條件下，細胞輕易衰老死亡。與胞內(nèi)酶活性有關(guān)。致死溫度：在10分鐘內(nèi)，殺死全部供試微生物的溫度下限?；|(zhì)：生理鹽水；濃度：每毫升108個細胞。指導(dǎo)意義：①變溫控制；②③消毒、滅菌的原則。微生物類型生長溫度范圍（℃）分布最低最適最高低溫型專性嗜冷－１２５～１５１５～２０兩極兼性嗜冷－５～０１０～２０２５～３０深海、冷藏中溫型室溫型１０～２０２０～３５４０～４５腐生菌體溫型３５～４０寄生菌高溫型

２５～４５５０～６０７０～９５溫泉、堆肥

按生長溫度范圍分類

耐熱菌耐熱的硫化葉菌耐輻射奇球菌低溫生長機制：①酶的最適溫度低；②細胞膜中不飽和脂肪酸含量高低溫殺(抑)菌機制：水冰晶損傷膜系統(tǒng)細胞質(zhì)泄漏死亡菌種保藏：加保護劑（預(yù)防冰晶過大，降低細胞脫水），杜絕反復(fù)凍融。高溫生長機制：①酶、蛋白質(zhì)對熱穩(wěn)定；②細胞膜中飽和脂酸多。二、氧氣按照微生物與氧的關(guān)系，可把微生物提成好氧菌和厭氧菌兩大類，并可細分為五類。（1）專性好氧菌：必須在有分子氧的條件下才干生長，有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，細胞含超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶。絕大多數(shù)真菌和許多細菌都是專性好氧菌。（2）兼性好氧菌：在有氧或無氧條件下均能生長，但有氧情況下生長得愈加好；在有氧時靠呼吸產(chǎn)能，無氧時借發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能；細胞含SOD和過氧化氫酶。許多酵母菌和許多細菌都是兼性厭氧菌。（3）微好氧菌：只能在較低的氧分壓下才干正常生長的微生物。也經(jīng)過呼吸鏈并以氧為最終受體而產(chǎn)能。（4）耐氧菌：一類可在分子氧存在下進行厭氧生活的厭氧菌，即它們的生長不需要氧，分子氧對它也無毒害。不具有呼吸鏈，僅依托專性發(fā)酵取得能量。細胞內(nèi)存在SOD和過氧化物酶，但缺乏過氧化氫酶。一般的乳酸菌多數(shù)是耐氧菌。（5）厭氧菌：

分子氧對它們都毒，雖然短期接觸空氣，也會克制其生長甚至致死；在固體或半固體培養(yǎng)基深層才干生長；生命活動所需能量經(jīng)過發(fā)酵、無氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵等提供；細胞內(nèi)缺乏SOD和細胞色素氧化酶，大多數(shù)還缺乏過氧化氫酶。為何氧氣存在能夠克制甚至殺死厭氧菌？氧氣進入菌體后，能接受電子而產(chǎn)生不同還原性的氧離子，如過氧離子、過氧化物自由基。過氧化物自由基和過氧離子都是很強的氧化劑，對微生物有毒，能氧化微生物過程中所必需的酶。好氧菌、兼性需氧菌以及微量需氧菌體內(nèi)具有過氧化物歧化酶（SOD)和過氧化氫酶。這兩種酶能將過氧化物自由基和過氧離子還原成沒有毒性的水分子，所以它們不會被氧氣所殺死。耐氧菌雖沒有過氧化氫酶，但有過氧化物酶，能合成SOD，而不會被氧毒害。厭氧菌體內(nèi)都沒有這些酶，所以不能忍受氧氣。SOD學(xué)說：1971年McCord&Fridovich超氧化物陰離子自由基超氧化物歧化酶三、pHpH值對微生物的生長繁殖影響很大。從微生物界整體來看，pH值在5~9范圍內(nèi)，較易生長。各類微生物之間略有差別。和溫度一樣，對每種詳細的微生物來講，只能在一定的pH值范圍內(nèi)生長，也有自己的生長pH三基點：最低pH值、最適pH值和最高pH值。（1）微生物生長繁殖的pH值大多數(shù)細菌、放線菌喜歡生活在中性偏堿的環(huán)境中，細菌最適的pH在7.0~8.0之間，放線菌的最適pH在7.5~8.5之間；而酵母菌和霉菌剛好相反，適合在偏酸的條件下生長，霉菌的最適pH值在4.0~5.8之間，酵母菌在3.8~6.0之間。（2）pH值對微生物生長的影響，主要表目前二個方面：能影響細胞膜的電荷，從而影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收；能影響代謝過程中酶的活性，從而影響微生物的生命活動。微生物在不同的生理階段有不同的最適pH值，所以在發(fā)酵工業(yè)中，常經(jīng)過控制pH值來達成預(yù)期的目的。如黑曲霉進行發(fā)酵，pH值在2~3時，發(fā)酵產(chǎn)物主要是檸檬酸，只有極少許的草酸；而當(dāng)pH值接近中性時，則產(chǎn)生大量草酸。（3）微生物的生長對環(huán)境pH值的影響微生物在生長過程中，因為代謝作用，會產(chǎn)生酸性或堿性的代謝物，從而變化培養(yǎng)基或周圍環(huán)境的pH值。為了防止pH值大幅度變化，而影響微生物生命活動的正常進行，一般采用添加緩沖劑或加入不溶解的碳酸鹽的措施。在中性培養(yǎng)基內(nèi)常加入磷酸鹽緩沖劑；當(dāng)培養(yǎng)物中產(chǎn)生大量酸時，可在配制培養(yǎng)基時加入不溶性的碳酸鹽。第四節(jié)微生物的培養(yǎng)法一、試驗室培養(yǎng)法（一）固體培養(yǎng)1、好氧菌的培養(yǎng)：主要有試管斜面、培養(yǎng)皿平板及較大型的克氏扁瓶、茄子瓶等的平板培養(yǎng)措施。2、厭氧菌的培養(yǎng)1）高層瓊脂柱2）Hungate滾管技術(shù)3）厭氧培養(yǎng)皿4）厭氧灌技術(shù)5）厭氧手套箱（二）液體培養(yǎng)1、好氧菌的培養(yǎng)2、厭氧菌的培養(yǎng)二、生產(chǎn)實踐中微生物的培養(yǎng)（一）固體培養(yǎng)1、好氧菌的曲法培養(yǎng)2、厭氧菌的堆積培養(yǎng)（二）液體培養(yǎng)1、好氧菌的培養(yǎng)2、厭氧菌大規(guī)模的液體培養(yǎng)第三節(jié)微生物生長繁殖的控制控制（有害）微生物的生長速率或消滅不需要的微生物，在實際應(yīng)用中具有主要的意義?？酥?Inhibition)：生長停止，但不死亡；死亡(Death)：生長能力不可逆喪失；防腐(Antisepsis)：預(yù)防或克制霉腐微生物在食品等物質(zhì)上的生長；化療(Chemotherapy)：殺死或克制宿主體內(nèi)的病原微生物；消毒(Disinfection)：殺死或滅活病原微生物（營養(yǎng)體細胞）；滅菌(Sterilization)：殺死涉及芽孢在內(nèi)的全部微生物；第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)的抗微生物能力的測定液體培養(yǎng)法最低克制濃度（minimuminhibitoryconcentration（MIC））試驗平板培養(yǎng)法抑菌圈（zoneofinhibition）試驗對殺菌或抑菌作用無法辨別第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)能否經(jīng)過試驗進行辨別？抗微生物劑抑菌：抑菌劑(Bacteriostaticagent)殺菌殺菌劑(Bactericide)溶菌劑(Bacteriolysis)待測化學(xué)物質(zhì)對數(shù)生長培養(yǎng)物定時測定總菌數(shù)和活菌數(shù)第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)抗微生物劑非選擇性（對全部細胞都有毒性）有選擇性（對病原微生物毒性更強）消毒劑(Disinfectant)防腐劑(Antisepsis)抗代謝藥物抗生素中草藥有效成份（化學(xué)治療劑）第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（二）抗代謝物

磺胺藥物是最早發(fā)覺，也是最常見的化學(xué)療劑，抗菌譜廣，能治療多種傳染性疾病。大多數(shù)革蘭氏陽性細菌（如肺炎球菌、溶血性鏈球菌等）某些革蘭氏陰性細菌（如痢疾桿菌、腦膜炎球菌、流感桿菌等）對放線菌也有一定的作用。1934年，德國I.G.Farben染料廠的G.Domagk一種紅色染料（prontosil），白鼠靜脈注射，可治療因鏈球菌引起的感染，但在體外卻無作用。1935年，進一步證明prontosil對人的鏈球菌病也有效。法國人Trefouel和英國人Fullerprontosil在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成了具有抑菌作用的磺胺第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（二）抗代謝物

磺胺是葉酸構(gòu)成部分對氨基苯甲酸的構(gòu)造類似物作用機理：磺胺的抑菌作用是因為諸多細菌需要自己合成葉酸而生長?；前穼θ梭w細胞無毒性，因為人缺乏從對氨基苯甲酸合成葉酸的有關(guān)酶----二氫葉酸合成酶，不能用外界提供的對氨基苯甲酸自行合成葉酸，而必須直接利用葉酸為生長因子進行生長。第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)G.Domagk因發(fā)明第一種治療微生物疾病的“神藥”取得了1939年的諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素第三節(jié)微生物生長繁殖的控制二、控制微生物的物理原因殺滅或克制微生物的物理原因溫度輻射作用過濾滲透壓干燥超聲波等二、高溫殺菌(以耐熱芽孢的致死溫度為參照)（一）種類

1、干熱滅菌法

灼燒法：明火殺菌＞800℃

烘箱熱空氣滅菌法（160－170℃，1－2小時）2、濕熱滅菌法常壓：①巴氏63度30`（LTH法）；72度15‘（HTST法）②煮沸：100度10`－15`；③間歇(誘殺)15`－60`過夜加壓：常規(guī)121℃1kg/cm215`－20`；連續(xù)135－140℃