微生物的營(yíng)養(yǎng)與生長(zhǎng)精美課件

第5章

營(yíng)養(yǎng)與

MicrobialNutritionandGrowth

【目的要求】微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，微生物的營(yíng)養(yǎng)類型及其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收；微生物生長(zhǎng)的概念，個(gè)體生長(zhǎng)與群體生長(zhǎng)的關(guān)系，微生物群體生長(zhǎng)的衡量指標(biāo)，微生物生長(zhǎng)量的測(cè)定方法；微生物的群體生長(zhǎng)規(guī)律和環(huán)境因素對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響。【重點(diǎn)】營(yíng)養(yǎng)類型、微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收、培養(yǎng)基；微生物群體的生長(zhǎng)規(guī)律；環(huán)境因素對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響?！倦y點(diǎn)】微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收微生物群體的生長(zhǎng)規(guī)律。一、微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素1、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成大量元素(macroelement)：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵。微量元素(traceelement)：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼。化學(xué)元素在細(xì)胞內(nèi)存在形式水分、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、核酸和無機(jī)鹽微生物細(xì)胞的化學(xué)組成化學(xué)組成因微生物種類、菌齡、培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)條件、分析方法等而有所不同。主要成分細(xì)菌酵母菌霉菌水分（占細(xì)胞鮮重的%）75~8570~8085~90占細(xì)胞干重的

%蛋白質(zhì)50~8032~7514~15碳水化合物12~2827~637~40脂肪5~202~154~40核酸10~206~81無機(jī)鹽2~303.8~76~122、微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要功用：供給微生物所需要碳源和氮源，參與細(xì)胞組成；構(gòu)成酶的活性成分與物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)；提供能量；有的營(yíng)養(yǎng)物如維生素主要用于調(diào)節(jié)新陳代謝。據(jù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)生理作用，可概括為：碳源、氮源、能源、無機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子、水種類:無機(jī)含碳化合物：如CO2和碳酸鹽等。有機(jī)含碳化合物：糖與糖的衍生物、脂類、醇類、有機(jī)酸、烴類、芳香族化合物等。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的碳源葡萄糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、有機(jī)酸等發(fā)酵工業(yè)中用作碳源的原料傳統(tǒng)種類：糖類、麩皮、各種米糠等代糧發(fā)酵：纖維素、石油、CO2和H2等氮源（nitrogensource）概念能提供微生物生長(zhǎng)繁殖所需氮元素的營(yíng)養(yǎng)源。功能提供合成細(xì)胞中含氮物，如蛋白質(zhì)、核酸，以及含氮代謝物等的原料；少數(shù)細(xì)菌可以銨鹽、硝酸鹽等氮源為能源。種類空氣中分子態(tài)氮無機(jī)氮化合物：銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨等；有機(jī)氮化合物：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物（如胨、肽、氨基酸等）、尿素、牛肉膏、魚粉、花生餅粉、黃豆餅粉、玉米漿等。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的氮源牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、黃豆餅粉等無機(jī)鹽（InorganicSalt）大量元素（生長(zhǎng)所需濃度在10-3~10-4mol/L）P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe微量元素（生長(zhǎng)所需濃度在10-6~10-8mol/L）Cu、Zn、Mn、Mo、Co生理功能無機(jī)鹽大量元素一般功能生理調(diào)節(jié)物質(zhì)化能自養(yǎng)菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-)細(xì)胞內(nèi)一般分子成分(P,S,Ca,Mg,Fe等)微量元素特殊分子結(jié)構(gòu)成分（Co、Mo等）酶的激活劑（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）特殊功能無氧呼吸時(shí)的氫受體(NO3-、SO42-)維持滲透壓酶的激活劑pH的穩(wěn)定生長(zhǎng)因子（growthfactor）概念微生物生長(zhǎng)所必需、需要量很小，微生物自身不能合成，或合成量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。廣義的生長(zhǎng)因子：維生素、堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4-C6脂肪酸、需要量較大的氨基酸狹義的生長(zhǎng)因子：維生素二、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型據(jù)對(duì)碳源的不同利用能力自養(yǎng)型微生物（autotrophicbacteria）指利用簡(jiǎn)單的無機(jī)物作營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，能以CO2或碳酸鹽為唯一的碳源在體內(nèi)合成有機(jī)物，不需要外界供給有機(jī)含碳化合物。異養(yǎng)型微生物（heterotrophicbacteria）需要利用有機(jī)物質(zhì)碳作為營(yíng)養(yǎng)和能源的微生物。強(qiáng)調(diào)：劃分異養(yǎng)、自養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)不在于能否利用CO2，而在于是否為唯一碳源或主要碳源。

據(jù)微生物生命活動(dòng)中能量來源不同光能營(yíng)養(yǎng)型微生物依靠光能進(jìn)行生長(zhǎng)化能營(yíng)養(yǎng)型微生物依靠化合物氧化釋放的能量進(jìn)行生長(zhǎng)據(jù)微生物體內(nèi)生物氧化過程中供氫體分無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物1、光能無機(jī)自養(yǎng)型微生物特點(diǎn)以CO2作為唯一碳源或主要碳源；以無機(jī)物作為供氫體；利用光能——含有光合色素，可使光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能（ATP），供機(jī)體直接利用。典型代表藍(lán)細(xì)菌、紅硫細(xì)菌和綠硫細(xì)菌等少數(shù)微生物3、化能無機(jī)自養(yǎng)型微生物特點(diǎn)以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源；利用無機(jī)物如氫氣、硫化氫、Fe2+或亞硝酸鹽等作為電子供體，使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。以無機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能為能源；典型代表硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌與鐵細(xì)菌。4、化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物特點(diǎn)以有機(jī)化合物為碳源；以有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能為能源。根據(jù)利用有機(jī)物的特性可將其分為：腐生型（metatrophy）寄生型（paratrophy）兼性腐生型（facultivemetatrophy）或兼性寄生型（facultiveparatrophy）三、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式1、單純擴(kuò)散（diffusion）被動(dòng)輸送：動(dòng)力來自胞內(nèi)外濃度差，方向可逆。特點(diǎn)擴(kuò)散由高濃度向低濃度，即單純物理擴(kuò)散，速度慢；不需要能量；非特異性（沒有酶參與）；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身在運(yùn)輸時(shí)分子結(jié)構(gòu)上也不會(huì)發(fā)生變化。輸送物質(zhì)主要有水、O2、CO2、乙醇、某些氨基酸分子。2、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion)動(dòng)力來自細(xì)胞內(nèi)外的濃度差。方向可逆。特點(diǎn)：擴(kuò)散由高濃度向低濃度；不需要能量；運(yùn)輸有滲透酶參與，對(duì)被運(yùn)輸物質(zhì)有高度立體專一性；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身在運(yùn)輸時(shí)分子結(jié)構(gòu)上也不會(huì)發(fā)生變化。常見輸送物質(zhì)真核生物的普遍運(yùn)輸機(jī)制，原核生物中少見。主要有氨基酸、單糖、維生素及無機(jī)鹽等。促進(jìn)擴(kuò)散模式圖細(xì)胞膜細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)恢復(fù)原構(gòu)象移位再循環(huán)結(jié)合結(jié)合構(gòu)象改變4、基團(tuán)轉(zhuǎn)位（grouptranslocation）特點(diǎn)運(yùn)輸由低濃度向高濃度；運(yùn)輸有滲透酶參與，對(duì)被運(yùn)輸物質(zhì)有高度立體專一性；需要能量。被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)性質(zhì)發(fā)生改變。存在范圍主要存在于厭氧和兼性厭氧型細(xì)菌中。葡萄糖、果糖等單糖以及核苷與脂肪酸的運(yùn)輸均以此種方式進(jìn)行。基團(tuán)移位模式圖四種運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方式的比較比較項(xiàng)目單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸基團(tuán)轉(zhuǎn)位特異載體蛋白運(yùn)輸速度物質(zhì)運(yùn)輸方向平衡時(shí)胞內(nèi)外濃度運(yùn)輸分子能量消耗運(yùn)輸后物質(zhì)的結(jié)構(gòu)載體飽和效應(yīng)與溶質(zhì)類似物運(yùn)送抑制劑無慢由濃至稀相等無特異性不需要不變無無競(jìng)爭(zhēng)性無有快由濃至稀相等特異性不需要不變有有競(jìng)爭(zhēng)性有有快由稀至濃胞內(nèi)濃度高特異性需要不變有有競(jìng)爭(zhēng)性有有快由稀至濃胞內(nèi)濃度高特異性需要改變有有競(jìng)爭(zhēng)性有四、培養(yǎng)基(culturemedium)概念由人工配制的、適合于不同微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。特點(diǎn)具備微生物所需要六大營(yíng)養(yǎng)要素，且比例適當(dāng)。用途促使微生物生長(zhǎng)；積累代謝產(chǎn)物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細(xì)胞計(jì)數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品1、配制培養(yǎng)基的基本原則培養(yǎng)基組分應(yīng)符合微生物的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)——目的明確營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適——營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)物理化學(xué)條件適宜——條件適宜根據(jù)培養(yǎng)目的選擇原料及其來源——經(jīng)濟(jì)節(jié)約選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)根據(jù)微生物營(yíng)養(yǎng)需求配制針對(duì)性強(qiáng)的培養(yǎng)基微生物類群、營(yíng)養(yǎng)類型不同對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需求不同培養(yǎng)目的不同，原料選擇和配比不同實(shí)驗(yàn)室常用的培養(yǎng)基有：細(xì)菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、LB(Luria-Bertani)放線菌：高氏1號(hào)培養(yǎng)基真菌：查氏合成培養(yǎng)基、PDA(Potato-Dextrose-Agar)酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適合適營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度下微生物才能良好生長(zhǎng)；培養(yǎng)基中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長(zhǎng)繁殖和(或)代謝產(chǎn)物的形成和積累。碳氮比指培養(yǎng)基中碳元素與氮元素的摩爾數(shù)比值。例如谷氨酸生產(chǎn)中

C/N＝4/1時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；C/N＝3/1時(shí)，菌體生長(zhǎng)受抑制，而谷氨酸大量增加。物理化學(xué)條件適宜pH各類微生物的最適生長(zhǎng)pH值各不相同；微生物在生長(zhǎng)和代謝過程中，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)基的初始pH值發(fā)生改變。維持培養(yǎng)基pH值相對(duì)恒定常采用的方法內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。外源調(diào)節(jié)：按實(shí)際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液內(nèi)源調(diào)節(jié)主要有兩種方法磷酸緩沖液：pH值從6.0~7.6之間K2HPO4+HClKH2PO4+KClKH2PO4+KOHK2HPO4+H2O

CO32–HCO3–H2CO3CO2+H2O+H+–H–+H+–H–

培養(yǎng)基中所含氨基酸、肽、蛋白質(zhì)等物質(zhì)也可起到緩沖作用。加入CaCO3作為“備用堿”滲透壓（osmoticpressure）微生物有一定的適應(yīng)滲透壓變化的能力，尤其會(huì)通過體內(nèi)大分子貯藏物合成或分解的方式來適應(yīng)大腸桿菌膨壓：2atmG＋細(xì)菌：20atmG－細(xì)菌：5～10atm水分活度（aw,wateractivity）表示微生物可實(shí)際利用的游離水的含量。微生物生長(zhǎng)的最低aw普通細(xì)菌0.91、普通酵母菌0.88、普通霉菌0.80氧化還原電位(redoxpoyential)度量某氧化還原系統(tǒng)中還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢(shì)的一種指標(biāo)，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。各種微生物對(duì)培養(yǎng)基的氧化還原電勢(shì)的要求：好氧微生物：+0.3~+0.4V，(在>0.1V以上的環(huán)境中均能生長(zhǎng))；厭氧微生物：只能在+0.1V以下生長(zhǎng)兼性厭氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下發(fā)酵影響氧化還原電位的因素氧分壓pH實(shí)踐中調(diào)節(jié)培養(yǎng)基氧化還原電位的方法在pH相對(duì)穩(wěn)定的條件下，增加通氣量可提高培養(yǎng)基的氧分壓，或加入氧化劑，從而增加Ф值；培養(yǎng)基中加入還原劑：巰基乙酸、抗壞血酸、硫化氫、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等可降低Ф值。培養(yǎng)基的滅菌高壓蒸氣滅菌一般培養(yǎng)基:103KPa,121.3℃,15-30min含糖培養(yǎng)基:54.9KPa,112.6℃,15-30min過濾滅菌間歇滅菌的應(yīng)用2、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用根據(jù)營(yíng)養(yǎng)成分來源分天然培養(yǎng)基（complexmedium）牛肉膏、蛋白胨、玉米粉、血清、馬鈴薯、牛奶，實(shí)驗(yàn)室常用。合成培養(yǎng)基（syntheticmedium）用于研究微生物形態(tài)、營(yíng)養(yǎng)代謝、分類鑒定、菌種選育、遺傳分析等，如高氏培養(yǎng)基、察氏培養(yǎng)基等。半合成培養(yǎng)基（semi-syntheticmedium）馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基。按物理狀態(tài)分固體培養(yǎng)基（solidmedium）天然固體培養(yǎng)基或加入凝固劑（瓊脂、明膠、硅膠等），可供分離、鑒定、活菌計(jì)數(shù)、菌種保藏等半固體培養(yǎng)基（semisolidmedium）只加瓊脂0.2～0.3%。用于觀察細(xì)菌運(yùn)動(dòng)，菌種保存，噬菌體分離純化。液體培養(yǎng)基（liquidmedium）廣泛用于微生物的培養(yǎng)，生理代謝和遺傳學(xué)的研究及工業(yè)發(fā)酵等。脫水培養(yǎng)基（dehydratedculturemedium）按功能分基礎(chǔ)培養(yǎng)基(minimummedium)營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基(enrichmentmedium)在普通培養(yǎng)基中加入某些特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。在用于菌種篩選時(shí)，一般在培養(yǎng)基中加入額外的營(yíng)養(yǎng)物，使某種微生物在其中生長(zhǎng)比其它的生長(zhǎng)迅速，逐漸淘汰其它微生物?！巴镀渌谩?。用來培養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)要求比較苛刻的異養(yǎng)型微生物。在加富培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的微生物并不是一純種，而只是營(yíng)養(yǎng)要求相同的一類微生物，用于菌種的篩選等。選擇培養(yǎng)基（selectivemedium）根據(jù)某種微生物的特殊營(yíng)養(yǎng)要求或?qū)δ撤N化學(xué)、物理因素的抗性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基，具有使混合菌群中劣勢(shì)菌變成優(yōu)勢(shì)菌的功能，可用于進(jìn)行菌種篩選。“投其所好”“取其所抗”鑒別培養(yǎng)基（differentialmedium）在培養(yǎng)基中加入某種特殊化學(xué)物質(zhì)，某種微生物在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)后能產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物，而這種代謝產(chǎn)物可以與培養(yǎng)基中的特殊化學(xué)物質(zhì)發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生明顯的特征性的變化。根據(jù)這種特征性變化可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來的培養(yǎng)基。如EMB培養(yǎng)基（伊紅美藍(lán)平板培養(yǎng)基）用于檢查飲水和乳品中是否含有腸道致病菌。第二節(jié)

微生物的生長(zhǎng)

MicrobialGrowth

一、微生物生長(zhǎng)及測(cè)定方法1、微生物生長(zhǎng)個(gè)體生長(zhǎng)―→個(gè)體繁殖―→群體生長(zhǎng)群體生長(zhǎng)＝個(gè)體生長(zhǎng)＋個(gè)體繁殖研究微生物生長(zhǎng)繁殖的意義可作為研究生理、生化、遺傳等問題的重要指標(biāo)；生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用；治病、變質(zhì)微生物的控制。2、測(cè)定生長(zhǎng)繁殖的方法測(cè)生長(zhǎng)量直接法測(cè)體積稱干重間接法比濁法生理指標(biāo)法測(cè)含碳量測(cè)含氮量其它（P、DNA）計(jì)繁殖數(shù)直接法比例計(jì)數(shù)法血球計(jì)數(shù)板法間接法液體稀釋法平板菌落計(jì)數(shù)法細(xì)胞渾濁度的測(cè)定血球計(jì)數(shù)板法225mL無菌水加25g樣品1mL1mL1mL試管中原始裝9mL無菌水10-210-310-41mL平板菌落計(jì)數(shù)法二、微生物的群體生長(zhǎng)規(guī)律1、典型的生長(zhǎng)曲線少量純種單細(xì)胞接種到一定容積的液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下培養(yǎng)，定時(shí)取樣測(cè)定細(xì)胞數(shù)，然后以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以細(xì)胞數(shù)的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，可以得到有規(guī)律的曲線，即為單細(xì)胞微生物典型生長(zhǎng)曲線。適合對(duì)象：?jiǎn)渭?xì)胞微生物（細(xì)菌、酵母等），不適合絲狀生長(zhǎng)的真菌或放線菌。典型的生長(zhǎng)曲線延滯期

對(duì)數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期延滯期(lagphase)現(xiàn)象培養(yǎng)體系內(nèi)細(xì)胞數(shù)目幾乎保持不變特點(diǎn)生長(zhǎng)速率常數(shù)為零；細(xì)胞體積增大，DNA含量增多；細(xì)胞合成代謝旺盛；對(duì)外界不良反應(yīng)敏感。出現(xiàn)的原因：重新調(diào)整代謝；缺乏充足的中間代謝產(chǎn)物。影響因素：菌種的生理活性(菌種、菌齡）培養(yǎng)基的組分接種量在發(fā)酵工業(yè)上為縮短延滯期，常采用措施：用對(duì)數(shù)期健壯菌體做菌種；適當(dāng)增大接種量；種子培養(yǎng)基中加入生產(chǎn)培養(yǎng)基中某些成分。對(duì)數(shù)期（Logarithmicphasc）特點(diǎn)生長(zhǎng)速率常數(shù)最大，分裂快，菌數(shù)以幾何級(jí)數(shù)增加，代時(shí)短；菌體長(zhǎng)的較標(biāo)準(zhǔn)，群體形態(tài)與生理特征一致，菌種健壯，菌體成分均勻，且單個(gè)存在的細(xì)胞占多數(shù)；酶系活躍，代謝旺盛，營(yíng)養(yǎng)消耗多，代謝產(chǎn)物不足以影響其生長(zhǎng)。原因細(xì)胞完成生理調(diào)整，基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境適宜影響微生物對(duì)數(shù)期代時(shí)的因素：菌種營(yíng)養(yǎng)成分營(yíng)養(yǎng)物濃度——影響生長(zhǎng)速率、總生長(zhǎng)量濃度低時(shí)影響生長(zhǎng)速度，隨濃度逐步提高生長(zhǎng)速度不受影響，只影響最終菌體產(chǎn)量；如果濃度再提高，則生長(zhǎng)速率、菌體產(chǎn)量均不受影響。在較低濃度下，影響生長(zhǎng)速率、菌體產(chǎn)量的營(yíng)養(yǎng)物，叫做生長(zhǎng)限制因子。培養(yǎng)溫度重要參數(shù)繁殖代數(shù)（n）生長(zhǎng)速度常數(shù)（R）代時(shí)(generationtime)穩(wěn)定期（stationaryphase）特點(diǎn)：新生數(shù)與死亡數(shù)基本相同，活菌數(shù)維持一個(gè)穩(wěn)定數(shù)，生長(zhǎng)速率常數(shù)為零；細(xì)胞分裂速度降低，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)貯藏物如糖原、脂肪粒等增多，大多芽孢菌形成芽孢；代謝活動(dòng)繼續(xù)，并保持相當(dāng)水平，但總體活力逐漸減弱，積累許多不利于微生物活動(dòng)的代謝產(chǎn)物，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)失調(diào)。原因：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸消耗；代謝廢物逐漸積累；環(huán)境條件不適宜。影響因素：遺傳特性培養(yǎng)條件和環(huán)境有大量代謝物積累→獲得代謝產(chǎn)物→乳酸；又因?yàn)榛罹鷶?shù)達(dá)最高水平→收獲活菌→單細(xì)胞蛋白。衰亡期（declinephase）特點(diǎn)生長(zhǎng)繁殖的菌體減少，死亡速度加大，整個(gè)群體呈負(fù)增大；細(xì)胞內(nèi)顆粒更明顯，出現(xiàn)液泡，菌體常出現(xiàn)多種形態(tài)，包括畸形或衰退型；細(xì)胞死亡并伴有自溶現(xiàn)象，菌體活力下降。原因菌體老化、生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)一步惡化2、微生物的連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)（continuousculture）在培養(yǎng)容器中，不斷補(bǔ)充新鮮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并以同樣的速率移出菌體和代謝物的培養(yǎng)方式。連續(xù)培養(yǎng)的方法恒濁法采用高濃度養(yǎng)料，流速變化，濁度基本不變；始終能以最高生長(zhǎng)速率生長(zhǎng)、繁殖，并在一定范圍內(nèi)控制不同的菌體密度；光電系統(tǒng)的靈敏度決定了培養(yǎng)器的工作精度。用途用于獲得菌體以及與菌體生長(zhǎng)平行的代謝產(chǎn)物。恒化法控制低濃度限制性養(yǎng)料，流速不變；始終在低于最高生長(zhǎng)速率條件下生長(zhǎng)、繁殖；獲得生長(zhǎng)速度一定的均一菌體、密度穩(wěn)定的菌體。用途多用于實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究，特別用于與生長(zhǎng)速率有關(guān)的各種理論研究。恒濁法與恒化法的比較裝置控制對(duì)象培養(yǎng)基培養(yǎng)基流速生長(zhǎng)速率產(chǎn)物應(yīng)用范圍恒濁法菌體密度（內(nèi)控制）無限制生長(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)為主恒化法培養(yǎng)基流速（外控制）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)室為主連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)3、同步生長(zhǎng)（Synchronousgrowth）同步培養(yǎng)（Synchronousculture）使群體中的細(xì)胞處于比較一致的，生長(zhǎng)發(fā)育均處于同一階段上，即大多數(shù)細(xì)胞能同時(shí)進(jìn)行生長(zhǎng)或分裂的培養(yǎng)方法。獲得同步培養(yǎng)物的方法機(jī)械法離心方法、過濾分離法和硝酸纖維素濾膜法等。調(diào)整生理?xiàng)l件誘導(dǎo)同步三、影響微生物生長(zhǎng)的因素影響的環(huán)境因素物理：溫度、干燥、滲透壓、輻射等化學(xué)：pH值、化學(xué)消毒劑等生物因素：寄生、互生、共生、拮抗等1、溫度生長(zhǎng)溫度三基點(diǎn)最高生長(zhǎng)溫度最適生長(zhǎng)溫度最低生長(zhǎng)溫度強(qiáng)調(diào)最適生長(zhǎng)溫度指某菌分裂代時(shí)最短或生長(zhǎng)速率最高時(shí)培養(yǎng)溫度。不同微生物，在其最適溫度下，代時(shí)不同同一微生物，其不同生理生化過程有著不同的最適溫度。即最適生長(zhǎng)溫度并不等于生長(zhǎng)量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度，也不等于發(fā)酵速度最高時(shí)的培養(yǎng)溫度或累積代謝產(chǎn)物量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度，更不等于累積一代謝產(chǎn)物量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度。微生物各生理過程的不同最適溫度菌名生長(zhǎng)溫度（℃）發(fā)酵溫度（℃）累積產(chǎn)物溫度（℃）Streptococcusthermophilus(嗜熱鏈球菌)374737Streptococcuslactis(乳酸鏈球菌)3440產(chǎn)細(xì)胞：25～30產(chǎn)乳酸：30Corynebacteriumpekinensis（北京棒狀桿菌）3233～35Penicilliumchrysogenum（產(chǎn)黃青霉）302520實(shí)踐意義運(yùn)用不同生理代謝過程所需溫度特點(diǎn)，對(duì)微生物采用變溫分段培養(yǎng)，提高出品率及生產(chǎn)效率。如：產(chǎn)黃青霉165h發(fā)酵過程：30℃5h，25℃35h，20℃85h，25℃40h，產(chǎn)量比自始至終30℃恒溫培養(yǎng)對(duì)照提高14.7%。微生物按生長(zhǎng)溫度范圍不同分類低溫型、中溫型、高溫型不同類型微生物生長(zhǎng)溫度范圍微生物類型最低生長(zhǎng)溫度最適生長(zhǎng)溫度最高生長(zhǎng)溫度專性嗜冷型兼性嗜冷型中溫室溫型中溫體溫型高溫型-12-5—010—2010—2025—45

5—1510—2020—3535—4050—6015—2025—3040—4540—4570—95低溫微生物嗜冷微生物操作要求低溫微生物耐低溫的原因胞內(nèi)酶耐低溫；細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸的含量高。低溫對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響降低代謝速率，抑制菌體生長(zhǎng)導(dǎo)致敏感菌的死亡物理效應(yīng)凍結(jié)導(dǎo)致裂解或冰晶刺傷化學(xué)效應(yīng)脫水影響微生物抗低溫的因素微生物本身因素：微生物種類不同，抗冰凍能力不同；一般球菌比G－桿菌強(qiáng)，具有芽孢的菌體細(xì)胞、真菌的孢子有較強(qiáng)的抗冷凍特性。與低溫有關(guān)的因素溫度影響貯存時(shí)間相等，凍結(jié)溫度相對(duì)較高的，死亡菌多，活菌少，傷菌少，實(shí)驗(yàn)證明，微生物存放于－2℃時(shí)，菌數(shù)下降較多，再低，菌數(shù)下降較少，一般低達(dá)-20℃以下時(shí)，菌數(shù)下降非常緩慢。熒光假單胞菌

在冷凍貯藏中的死亡率溫度（℃）貯藏天數(shù)占最初菌數(shù)的百分率損傷菌死亡菌正常菌－7171525171.95182982410.1－181715413412.8516387830.2－2917153539364854591775時(shí)間不論采用哪個(gè)溫度，貯存時(shí)間越長(zhǎng)，死亡菌數(shù)越多，活菌越少。降溫速度影響一定溫度范圍內(nèi)，降溫對(duì)某些微生物死亡率有明顯影響。基質(zhì)及環(huán)境因素：干燥，真空凍真空干燥保存菌種，注意冰凍、解凍交替，菌體易亡?；|(zhì)糖、鹽、蛋白質(zhì)等存在時(shí)，對(duì)微生物有保護(hù)作用；基質(zhì)中酸高、水多會(huì)加速微生物死亡。凍結(jié)冰淇淋

對(duì)傷寒沙門氏菌的影響貯存時(shí)間冰淇淋配料中傷寒沙門氏菌（菌數(shù)/毫升）5天20天70天342天660000648天510002年63002年4個(gè)月有活菌不同冷凍方式

對(duì)粘質(zhì)賽氏桿菌的影響一次連續(xù)冷凍后存活菌數(shù)（個(gè)/mL）交替冷凍融化后存活菌數(shù)（個(gè)/mL）接種量340000接種量34000021小時(shí)42000冷融一次260030小時(shí)36000冷融二次28048小時(shí)14000冷融三次1596小時(shí)1900冷融四次0高溫型微生物嗜熱微生物的耐熱機(jī)理具有對(duì)熱穩(wěn)定的酶及蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)合成機(jī)構(gòu)——核糖體及其他成分抗高溫?？筛邷靥幚砑?xì)胞中脂肪組成不同。飽和脂肪酸多，不飽和脂肪酸少。需高溫鞭毛具抗熱性，70℃不破壞。耐高溫生長(zhǎng)速率快，能迅速合成生物大分子，彌補(bǔ)高溫對(duì)大分子的破壞。嗜熱微生物的生長(zhǎng)特性緩慢期非常短；對(duì)數(shù)期也非常短，一定范圍因溫度越高，菌數(shù)增長(zhǎng)速率越大。菌數(shù)增長(zhǎng)速度隨溫度升高而越快，即溫度高時(shí)代時(shí)短。進(jìn)入穩(wěn)定期后，迅速死亡。應(yīng)用利用反應(yīng)代謝快，加快生產(chǎn)；對(duì)于有害菌，滅菌速度要快。高溫對(duì)微生物的影響引起菌體蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的變性影響高溫效應(yīng)的因素菌體本身菌種嗜熱菌抗熱力大于嗜溫菌和嗜冷菌，芽孢大于非芽孢菌，球菌大于非芽孢桿菌，革蘭氏陽性菌大于革蘭氏陰性菌，霉菌大于酵母菌，霉菌和酵母孢子大于其菌絲體。細(xì)菌芽孢和霉菌菌核抗熱力特別大。

各種微生物的抗熱力微生物熱死時(shí)間微生物熱死時(shí)間溫度(℃)時(shí)間(分)溫度(℃)時(shí)間(分)(G－)脆弱假單胞菌5035(G＋)保加利亞乳桿菌7130(G－)氯針假單胞菌6010(G＋)胚芽乳桿菌65-7515(G－)熒光假單胞菌5325(G＋)嗜熱乳桿菌7130賽氏桿菌（低溫性）3030啤酒足球菌608海產(chǎn)弧菌(低溫性)2580芽孢桿菌芽孢l002-120(G－)鼠傷寒沙門氏菌5510*梭狀芽孢桿菌芽孢1005-800(G－)傷寒沙門氏菌605酵母菌50-60l0-15(G－)桑夫頓柏格沙門氏菌606*產(chǎn)朊假絲酵母5510(G＋桿)金黃色葡萄球菌637異常漢遜氏酵母5030**D值各種微生物的抗熱力（續(xù)）微生物熱死時(shí)間微生物熱死時(shí)間溫度(℃)時(shí)間(分)溫度(℃)時(shí)間(分)（G－桿）大腸桿菌605-30脆壁酵母547（G＋桿）結(jié)核桿菌6130魯氏酵母5014*（G－桿）產(chǎn)氣腸細(xì)菌4760膜醭畢氏酵母545玫瑰色醋酸桿菌505啤酒酵母509*紋膜醋酸桿菌6080105霉菌菌核82-8590-1001000300許氏醋酸桿菌5510霉菌605-10膠醋酸桿菌5510黑曲霉孢子504*嗜熱鏈球菌70-7530湯密青霉孢子602.5**D值

菌齡同樣的條件下，對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的菌體抗熱力較弱，而穩(wěn)定期的老齡細(xì)胞較強(qiáng)，老齡的細(xì)菌芽孢較幼齡的細(xì)菌芽孢抗熱力強(qiáng)。菌體數(shù)量菌數(shù)愈多，抗熱力愈強(qiáng)；原因：微生物群集在一起時(shí)，受熱致死不是同時(shí)而是有先有后，同時(shí)菌體能分泌一些有保護(hù)作用的蛋白質(zhì)物質(zhì)，菌多分泌的保護(hù)物質(zhì)也多，抗熱性也就強(qiáng)。肉毒桿菌芽孢的數(shù)量

對(duì)熱力致死時(shí)間的影響（100℃）芽孢菌數(shù)熱死時(shí)間72000000000240164000000012511065000085160005032840基質(zhì)因素水分微生物的抗熱力隨含水量減少而增大，同一種微生物在干熱環(huán)境中比在濕熱環(huán)境中抗熱力大滅菌時(shí)盡可能采用濕熱滅菌的原因⑴濕熱易于傳遞熱量，濕熱的穿透力比干熱大；⑵濕熱更易破壞保持蛋白質(zhì)的氫鍵等結(jié)構(gòu)，從而加速其變性；⑶濕熱的蒸汽有潛熱。干熱和濕熱空氣穿透力的比較加熱方式溫度(℃)加熱時(shí)間（小時(shí)）透過布的層數(shù)及其溫度(℃)20層40層100層干熱130—1404867270以下濕熱1053101101101蛋白質(zhì)含水量

與其凝固溫度的關(guān)系蛋白質(zhì)含水量（%）蛋白質(zhì)凝固溫度（℃）滅菌時(shí)間（分）5056302574—80301880—90306145300160—17030干熱與濕熱空氣

對(duì)不同細(xì)菌的致死時(shí)間

加熱方式細(xì)菌種類干熱90℃90℃，相對(duì)濕度20%80%白喉棒桿菌24小時(shí)2小時(shí)2分鐘痢疾桿菌3小時(shí)2小時(shí)2分鐘傷寒桿菌3小時(shí)2小時(shí)2分鐘葡萄球菌8小時(shí)3小時(shí)2分鐘脂肪、糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì)對(duì)微生物有保護(hù)作用，微生物的抗熱力隨這類物質(zhì)的增多而增大鹽類有些可降低基質(zhì)水分活性，從而增強(qiáng)抗熱力；另一類鹽類如鈣鹽、鎂鹽可減弱微生物對(duì)熱的抵抗力。pH值

pH值范圍是7左右，抗熱力最強(qiáng)；pH值升高或下降都可以減少微生物的抗熱力。特別是酸性環(huán)境微生物的抗熱力減弱更明顯不同基質(zhì)對(duì)微生物抗熱力的影響菌種名稱基質(zhì)溫度(℃)基質(zhì)名稱熱死時(shí)間(分)大腸桿菌70水＜57030%果糖＞30肉毒梭狀芽孢桿菌100水330100棉子油425肉毒梭狀芽孢桿菌120水312020%明膠720馬鈴薯芽孢桿菌120磷酸鹽緩沖液20min殘留60%1200.5%蛋白質(zhì)20min殘留82%枯草桿菌芽孢的抗熱力與pH值的關(guān)系pH4.45.66.87.68.4生存（分）2711119（在1/15M磷酸溶液中加熱100℃）加熱溫度與時(shí)間加熱溫度越高，微生物抗熱力越弱，越易死亡；一定高溫范圍內(nèi)，溫度越高殺死所需時(shí)間越短；加熱時(shí)間越長(zhǎng)，熱致死作用越大。溫度對(duì)芽孢熱死時(shí)間的影響加熱溫度(℃)肉毒桿菌(A型)含有6×1010芽孢/mL緩沖懸液pH7嗜熱菌株含有15×104芽孢/mL玉米汁pH6～8.1100360（min）1140（min）105120——1103618011512601205172、干燥干燥對(duì)微生物的影響細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、鹽類濃度增高，水分活性降低，抑制生長(zhǎng)，造成死亡。類型最低生長(zhǎng)AW最適生長(zhǎng)AW干生性微生物0.80以下0.95—0.98中生性微生物0.80—0.900.98—1.00濕生性微生物0.901.00微生物生長(zhǎng)的水分活度范圍不同微生物生長(zhǎng)的AW值類群最低AW值細(xì)菌大腸桿菌枯草芽孢桿菌0.935～0.9600.915～0.930霉菌黑曲霉灰綠曲霉0.880.78酵母產(chǎn)朊假絲酵母各種酵母酵母屬的酵母0.940.880.60影響微生物抗干燥的因素菌體本身因素菌種細(xì)菌芽孢抗力最強(qiáng)，其它依次為霉菌、酵母孢子，G+球菌，酵母營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，霉菌菌絲。菌齡幼齡菌敏感基質(zhì)、環(huán)境條件溫度干燥時(shí)溫度高，微生物易死亡，低溫干燥，抗力強(qiáng)；空氣真空干燥，真空低溫環(huán)境貯存，可長(zhǎng)期存活?；|(zhì)在蒸餾水中抗力弱，生存時(shí)間短；在糖、淀粉、蛋白質(zhì)等中有保護(hù)作用，可存數(shù)年。干燥速度高速：不易死亡緩速：死亡多，干燥早期，死亡最多。3、滲透壓滲透壓對(duì)微生物的影響高滲溶液——質(zhì)壁分離，低滲溶液——膨脹影響微生物抗?jié)B性的因素菌種類多數(shù)桿菌在超過10%的鹽溶液中就不能生長(zhǎng)，如大腸桿菌、沙門氏菌、肉毒梭菌等；球菌被抑制的鹽濃度15%，霉菌在20～25%才能抑制。滲透液

濃度完全抑制微生物生長(zhǎng)最低濃度，鹽18～25%，蔗糖70～80%溶質(zhì)相同濃度的鹽、糖液，對(duì)微生物的作用不同；要達(dá)到同一抑菌效果，蔗糖必須比食鹽大6倍以上的濃度。溶質(zhì)分子量分子量愈小的糖液，含分子數(shù)愈多，滲透壓愈大，對(duì)微生物的作用愈大4、pH主要微生物類群的基本pH適應(yīng)范圍微生物類群最低生長(zhǎng)pH值最適生長(zhǎng)pH值最高生長(zhǎng)pH值一般極端一般極端細(xì)菌3.5～4

0.5氧化硫硫桿菌6.5～7.59.511副溶血性弧菌酵母菌2～34.5～5.58.0霉菌1～34.5～5.58.0不同微生物生長(zhǎng)pH值范圍微生物最低最適最高乳桿菌4.86.27.0嗜酸乳桿菌4.0～4.65.8～6.66.8金黃色葡萄桿菌4.27.0～7.59.3大腸桿菌4.36.0～8.09.5傷寒沙門氏菌4.06.8～7.29.6放線菌5.07.0～8.01.0一般酵母菌3.05.0～6.08.0黑曲霉1.55.0～6.09.0大豆根瘤菌4.26.8～7.011.0強(qiáng)調(diào)：不同種類的微生物各有其適應(yīng)的生長(zhǎng)pH值。同一微生物在不同的生長(zhǎng)階段，不同的生理、生化過程中，有不同的最適pH值要求。如：Aspniger(黑曲霉)在pH2-2.5，有利于產(chǎn)檸檬酸，只產(chǎn)少量草酸；在pH2.5-6.5范圍內(nèi)，以菌體生長(zhǎng)為主；而在pH7右左，以合成草酸為主，檸檬酸量極少。微生物自身代謝對(duì)基質(zhì)pH值有影響；在適當(dāng)范圍內(nèi)，盡管pH變化很大，但其內(nèi)環(huán)境pH值相當(dāng)穩(wěn)定，一般接近中性。這樣避免DNA、ATP等被酸破壞，RNA、磷脂類物質(zhì)被堿破壞。一般胞內(nèi)酶最適pH值接近中性，胞外酶最適pH接近環(huán)境。酸堿類對(duì)微生物的影響酸類對(duì)微生物的作用