生長控制2課件

第二節(jié)細菌的群體生長繁殖微生物的特點：個體微小除真菌外，我們肉眼看到或接觸到的微生物已不是單個，而是成千上萬個單個的微生物組成的群體。微生物接種是群體接種，接種后的生長是微生物群體繁殖生長。對細菌群體生長規(guī)律的了解是對其進行研究與利用的基礎一、生長曲線生長曲線(GrowthCurve)：

細菌接種到定量的液體培養(yǎng)基中，定時取樣測定細胞數(shù)量，以培養(yǎng)時間為橫座標，以菌數(shù)為縱座標作圖，得到的一條反映細菌在整個培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。在微生物學中提到的“生長”，均指群體生長。一、生長曲線一條典型的生長曲線至少可以分為

遲緩期，對數(shù)期，穩(wěn)定期和衰亡期等四個生長時期細菌的生長曲線一般用菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標作圖（參見P130）采用活菌計數(shù)比較麻煩，必需嚴格操作，否則不易得到準確的結果，重復性也差，在實際工作中多采用分光光度計測定OD值的方法繪制細菌的生長曲線。（參見P130）遲緩期(Lagphase)：將少量菌種接入新鮮培養(yǎng)基后，在開始一段時間內菌數(shù)不立即增加，或增加很少，生長速度接近于零。也稱延遲期、適應期。

（參見P130倒數(shù)第一段）遲緩期的特點：分裂遲緩、代謝活躍

細胞形態(tài)變大或增長，例如巨大芽孢桿菌，在遲緩期末，細胞的平均長度比剛接種時長6倍。一般來說處于遲緩期的細菌細胞體積最大；細胞內RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代謝活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加快，易產生誘導酶。對外界不良條件反應敏感。以上特征說明細胞處于活躍生長中，只是分裂遲緩。在此階段后期，少數(shù)細胞開始分裂，曲線略有上升。對數(shù)生長期(Logphase)or指數(shù)生長期(Exponentialphase)：

以最大的速率生長和分裂，細菌數(shù)量呈對數(shù)增加，細菌內各成分按比例有規(guī)律地增加，表現(xiàn)為平衡生長。細菌個體形態(tài)、化學組成和生理特性等均較一致，代謝旺盛、生長迅速、代時穩(wěn)定；是研究微生物基本代謝的良好材料；常在生產上用作種子，使微生物發(fā)酵的遲緩期縮短，提高經濟效益

在細菌個體生長里，每個細菌分裂繁殖一代所需的時間為代時(Generationtime)，在群體生長里細菌數(shù)量增加一倍所需的時間稱為倍增時間（Doublingtime)。代時通常以G表示。

———t1–t0n

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

穩(wěn)定生長期(Stationaryphase)：營養(yǎng)物質消耗，代謝產物積累、pH變化→→→→逐步不適宜于細菌生長→→→生長速率降低直至零（即細菌分裂增加的數(shù)量等于細菌死亡數(shù))。生產上延長穩(wěn)定期的方法：

補充營養(yǎng)物質（補料）或取走代謝產物、調節(jié)pH、調節(jié)溫度、對好氧菌增加通氣、攪拌或振蕩對數(shù)期到穩(wěn)定期的轉變是細胞重要的分化調節(jié)階段：

1）開始儲存糖原等內含物；2）形成芽孢或建立自然感受態(tài)（芽孢桿菌）；3）發(fā)酵過程積累代謝產物的重要階段；

某些放線菌抗生素的大量形成也在此時期

獲得更多的菌體物質或積累更多的代謝產物穩(wěn)定期的長短與菌種和外界環(huán)境條件有關衰亡期(Decline或Deathphase)：營養(yǎng)物質耗盡和有毒代謝產物的大量積累，細菌死亡速率超過新生速率，整個群體呈現(xiàn)出負增長。死亡的細菌以對數(shù)方式增加，但由于部分細菌產生抗性也會使細菌死亡的速率降低，在死亡期后期仍會有部分活菌存在。（P131第四段）特點：細菌代謝活性降低；細菌衰老并出現(xiàn)自溶；產生或釋放出一些產物；如氨基酸、轉化酶、外肽酶或抗生素菌體細胞也呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時產生畸形，細胞大小懸殊；有些革蘭氏染色反應陽性菌此時會變成陰性反應不同的微生物或同一種微生物對不同物質的利用能力是不同的。有的物質可直接被利用(例如葡萄糖或NH+4等)；有的需要經過一定的適應期后才能獲得利用能力（例如乳糖或NO3-等）。前者通常稱為速效碳源（或氮源），后者稱為遲效碳源（或氮源）。當培養(yǎng)基中同時含有這兩類碳源（或氮源）時，微生物在生長過程中會形成二次生長現(xiàn)象。二、同步培養(yǎng)同步培養(yǎng)(Synchronousculture)：使群體中的細胞進行同步生長培養(yǎng)技術

群體細胞能處于同一生長階段，同時進行分裂的生長。同步生長：通過同步培養(yǎng)方法獲得的細胞被稱為同步細胞或同步培養(yǎng)物生理與遺傳特性的研究；工業(yè)發(fā)酵的種子；機械方法離心方法過濾分離法硝酸纖維素濾膜法環(huán)境條件控制技術溫度培養(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典的獲得同步生長的方法由于細胞的個體差異，同步生長往往只能維持2-3個世代，隨后又逐漸轉變?yōu)殡S機生長。三、連續(xù)培養(yǎng)將微生物置于一定容積的培養(yǎng)基中，經過培養(yǎng)生長，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，不予補充，不再更換。連續(xù)培養(yǎng)(Continousculture）在微生物的整個培養(yǎng)期間，通過一定的方式使微生物能以恒定的比生長速率生長并能持續(xù)生長下去的一種培養(yǎng)方法培養(yǎng)過程中不斷的補充營養(yǎng)物質和以同樣的速率移出培養(yǎng)物是實現(xiàn)微生物連續(xù)培養(yǎng)的基本原則。生長：遲緩期、對數(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)不斷調節(jié)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（一）恒濁連續(xù)培養(yǎng)測定所培養(yǎng)微生物的光密度值自動調節(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培養(yǎng)室中的濁度低于預期數(shù)值時恒濁培養(yǎng)器的工作精度是由光電控制系統(tǒng)的靈敏度來決定的如果所用培養(yǎng)基中有過量的必需營養(yǎng)物，就可以使菌體維持最高的生長速率。流速加快，使?jié)岫冉档土魉贉p慢，使?jié)岫壬弋斉囵B(yǎng)室中的濁度超過預期數(shù)值時恒濁連續(xù)培養(yǎng)一般用于菌體以及與菌體生長平行的代謝產物生產的發(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，提高設備利用率；便于自動控制；降低動力消耗及體力勞動強度；產品質量較穩(wěn)定；缺點：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速率下進行生長繁殖。（參見P136）通過控制流速可以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：突變株分離；生理學：不同條件下的代謝變化；生態(tài)學：模擬自然營養(yǎng)