生長(zhǎng)控制2課件

第二節(jié)細(xì)菌的群體生長(zhǎng)繁殖微生物的特點(diǎn)：個(gè)體微小除真菌外，我們?nèi)庋劭吹交蚪佑|到的微生物已不是單個(gè)，而是成千上萬(wàn)個(gè)單個(gè)的微生物組成的群體。微生物接種是群體接種，接種后的生長(zhǎng)是微生物群體繁殖生長(zhǎng)。對(duì)細(xì)菌群體生長(zhǎng)規(guī)律的了解是對(duì)其進(jìn)行研究與利用的基礎(chǔ)一、生長(zhǎng)曲線生長(zhǎng)曲線(GrowthCurve)：

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)間為橫座標(biāo)，以菌數(shù)為縱座標(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。在微生物學(xué)中提到的“生長(zhǎng)”，均指群體生長(zhǎng)。一、生長(zhǎng)曲線一條典型的生長(zhǎng)曲線至少可以分為

遲緩期，對(duì)數(shù)期，穩(wěn)定期和衰亡期等四個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線一般用菌數(shù)的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)作圖（參見(jiàn)P130）采用活菌計(jì)數(shù)比較麻煩，必需嚴(yán)格操作，否則不易得到準(zhǔn)確的結(jié)果，重復(fù)性也差，在實(shí)際工作中多采用分光光度計(jì)測(cè)定OD值的方法繪制細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線。（參見(jiàn)P130）遲緩期(Lagphase)：將少量菌種接入新鮮培養(yǎng)基后，在開(kāi)始一段時(shí)間內(nèi)菌數(shù)不立即增加，或增加很少，生長(zhǎng)速度接近于零。也稱(chēng)延遲期、適應(yīng)期。

（參見(jiàn)P130倒數(shù)第一段）遲緩期的特點(diǎn)：分裂遲緩、代謝活躍

細(xì)胞形態(tài)變大或增長(zhǎng)，例如巨大芽孢桿菌，在遲緩期末，細(xì)胞的平均長(zhǎng)度比剛接種時(shí)長(zhǎng)6倍。一般來(lái)說(shuō)處于遲緩期的細(xì)菌細(xì)胞體積最大；細(xì)胞內(nèi)RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代謝活躍，核糖體、酶類(lèi)和ATP的合成加快，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。對(duì)外界不良條件反應(yīng)敏感。以上特征說(shuō)明細(xì)胞處于活躍生長(zhǎng)中，只是分裂遲緩。在此階段后期，少數(shù)細(xì)胞開(kāi)始分裂，曲線略有上升。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期(Logphase)or指數(shù)生長(zhǎng)期(Exponentialphase)：

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)。細(xì)菌個(gè)體形態(tài)、化學(xué)組成和生理特性等均較一致，代謝旺盛、生長(zhǎng)迅速、代時(shí)穩(wěn)定；是研究微生物基本代謝的良好材料；常在生產(chǎn)上用作種子，使微生物發(fā)酵的遲緩期縮短，提高經(jīng)濟(jì)效益

在細(xì)菌個(gè)體生長(zhǎng)里，每個(gè)細(xì)菌分裂繁殖一代所需的時(shí)間為代時(shí)(Generationtime)，在群體生長(zhǎng)里細(xì)菌數(shù)量增加一倍所需的時(shí)間稱(chēng)為倍增時(shí)間（Doublingtime)。代時(shí)通常以G表示。

———t1–t0n

G=影響微生物增代時(shí)間（代時(shí)）的因素：1）菌種，不同的微生物及微生物的不同菌株代時(shí)不同；2）營(yíng)養(yǎng)成分，在營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)代時(shí)短3）營(yíng)養(yǎng)物濃度，在一定范圍內(nèi)，生長(zhǎng)速率與營(yíng)養(yǎng)物濃度呈正比凡是處于較低濃度范圍內(nèi)，可影響生長(zhǎng)速率的營(yíng)養(yǎng)物成分，就稱(chēng)為生長(zhǎng)限制因子。4）溫度，在一定范圍，生長(zhǎng)速率與培養(yǎng)溫度呈正相關(guān)。又稱(chēng)恒定期或最高生長(zhǎng)期，此時(shí)培養(yǎng)液中活細(xì)菌數(shù)最高并維持穩(wěn)定。

穩(wěn)定生長(zhǎng)期(Stationaryphase)：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗，代謝產(chǎn)物積累、pH變化→→→→逐步不適宜于細(xì)菌生長(zhǎng)→→→生長(zhǎng)速率降低直至零（即細(xì)菌分裂增加的數(shù)量等于細(xì)菌死亡數(shù))。生產(chǎn)上延長(zhǎng)穩(wěn)定期的方法：

補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（補(bǔ)料）或取走代謝產(chǎn)物、調(diào)節(jié)pH、調(diào)節(jié)溫度、對(duì)好氧菌增加通氣、攪拌或振蕩對(duì)數(shù)期到穩(wěn)定期的轉(zhuǎn)變是細(xì)胞重要的分化調(diào)節(jié)階段：

1）開(kāi)始儲(chǔ)存糖原等內(nèi)含物；2）形成芽孢或建立自然感受態(tài)（芽孢桿菌）；3）發(fā)酵過(guò)程積累代謝產(chǎn)物的重要階段；

某些放線菌抗生素的大量形成也在此時(shí)期

獲得更多的菌體物質(zhì)或積累更多的代謝產(chǎn)物穩(wěn)定期的長(zhǎng)短與菌種和外界環(huán)境條件有關(guān)衰亡期(Decline或Deathphase)：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)耗盡和有毒代謝產(chǎn)物的大量積累，細(xì)菌死亡速率超過(guò)新生速率，整個(gè)群體呈現(xiàn)出負(fù)增長(zhǎng)。死亡的細(xì)菌以對(duì)數(shù)方式增加，但由于部分細(xì)菌產(chǎn)生抗性也會(huì)使細(xì)菌死亡的速率降低，在死亡期后期仍會(huì)有部分活菌存在。（P131第四段）特點(diǎn)：細(xì)菌代謝活性降低；細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶；產(chǎn)生或釋放出一些產(chǎn)物；如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外肽酶或抗生素菌體細(xì)胞也呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時(shí)產(chǎn)生畸形，細(xì)胞大小懸殊；有些革蘭氏染色反應(yīng)陽(yáng)性菌此時(shí)會(huì)變成陰性反應(yīng)不同的微生物或同一種微生物對(duì)不同物質(zhì)的利用能力是不同的。有的物質(zhì)可直接被利用(例如葡萄糖或NH+4等)；有的需要經(jīng)過(guò)一定的適應(yīng)期后才能獲得利用能力（例如乳糖或NO3-等）。前者通常稱(chēng)為速效碳源（或氮源），后者稱(chēng)為遲效碳源（或氮源）。當(dāng)培養(yǎng)基中同時(shí)含有這兩類(lèi)碳源（或氮源）時(shí)，微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)形成二次生長(zhǎng)現(xiàn)象。二、同步培養(yǎng)同步培養(yǎng)(Synchronousculture)：使群體中的細(xì)胞進(jìn)行同步生長(zhǎng)培養(yǎng)技術(shù)

群體細(xì)胞能處于同一生長(zhǎng)階段，同時(shí)進(jìn)行分裂的生長(zhǎng)。同步生長(zhǎng)：通過(guò)同步培養(yǎng)方法獲得的細(xì)胞被稱(chēng)為同步細(xì)胞或同步培養(yǎng)物生理與遺傳特性的研究；工業(yè)發(fā)酵的種子；機(jī)械方法離心方法過(guò)濾分離法硝酸纖維素濾膜法環(huán)境條件控制技術(shù)溫度培養(yǎng)基成份控制其他（如光照和黑暗交替培養(yǎng)）同步培養(yǎng)物：一種理想的材料硝酸纖維素濾膜法是最經(jīng)典的獲得同步生長(zhǎng)的方法由于細(xì)胞的個(gè)體差異，同步生長(zhǎng)往往只能維持2-3個(gè)世代，隨后又逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)生長(zhǎng)。三、連續(xù)培養(yǎng)將微生物置于一定容積的培養(yǎng)基中，經(jīng)過(guò)培養(yǎng)生長(zhǎng)，最后一次收獲。分批培養(yǎng)（batchculture）or封閉培養(yǎng)（closedculture）培養(yǎng)基一次加入，不予補(bǔ)充，不再更換。連續(xù)培養(yǎng)(Continousculture）在微生物的整個(gè)培養(yǎng)期間，通過(guò)一定的方式使微生物能以恒定的比生長(zhǎng)速率生長(zhǎng)并能持續(xù)生長(zhǎng)下去的一種培養(yǎng)方法培養(yǎng)過(guò)程中不斷的補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物是實(shí)現(xiàn)微生物連續(xù)培養(yǎng)的基本原則。生長(zhǎng)：遲緩期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期控制連續(xù)培養(yǎng)的方法恒濁連續(xù)培養(yǎng)不斷調(diào)節(jié)流速而使細(xì)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（一）恒濁連續(xù)培養(yǎng)測(cè)定所培養(yǎng)微生物的光密度值自動(dòng)調(diào)節(jié)新鮮培養(yǎng)基流入和培養(yǎng)物流出培養(yǎng)室的流速使培養(yǎng)物維持在某一恒定濁度當(dāng)培養(yǎng)室中的濁度低于預(yù)期數(shù)值時(shí)恒濁培養(yǎng)器的工作精度是由光電控制系統(tǒng)的靈敏度來(lái)決定的如果所用培養(yǎng)基中有過(guò)量的必需營(yíng)養(yǎng)物，就可以使菌體維持最高的生長(zhǎng)速率。流速加快，使?jié)岫冉档土魉贉p慢，使?jié)岫壬弋?dāng)培養(yǎng)室中的濁度超過(guò)預(yù)期數(shù)值時(shí)恒濁連續(xù)培養(yǎng)一般用于菌體以及與菌體生長(zhǎng)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(diǎn)：

縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率；便于自動(dòng)控制；降低動(dòng)力消耗及體力勞動(dòng)強(qiáng)度；產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；缺點(diǎn)：雜菌污染和菌種退化二）恒化連續(xù)培養(yǎng)使培養(yǎng)液流速保持不變，并使微生物始終在低于其最高生長(zhǎng)速率下進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。（參見(jiàn)P136）通過(guò)控制流速可以得到生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)