微生物的生長與環(huán)境條件課件

微生物的生長與環(huán)境條件微生物的生長與環(huán)境條件本章主要內(nèi)容純培養(yǎng)微生物的生長。微生物的個體生長和分化。環(huán)境條件對微生物生長的影響。微生物的生長與環(huán)境條件一、純培養(yǎng)微生物的生長微生物的生長與環(huán)境條件相關(guān)概念

生長：是細(xì)胞體積、內(nèi)含物和細(xì)胞數(shù)目的增加，對單細(xì)胞微生物而言，是指細(xì)胞內(nèi)的原生質(zhì)和各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)增加。

繁殖：產(chǎn)生新一代的過程。對單細(xì)胞微生物而言，細(xì)胞分裂導(dǎo)致細(xì)胞數(shù)目的增加也是繁殖。

純培養(yǎng)：從一個細(xì)胞繁殖得到的后代稱為繁殖。

微生物的生長與環(huán)境條件獲得純培養(yǎng)的方法稀釋分離法稀釋平皿分離法平皿劃線分離法單細(xì)胞挑取法利用選擇性培養(yǎng)基分離（一般還要經(jīng)過劃線分離法進(jìn)行純化）通過控制某些環(huán)境因素純化菌種微生物的生長與環(huán)境條件微生物的生長與環(huán)境條件圖7-2平皿劃線分離法

A.扇形劃線;B.連續(xù)劃線;C.方格劃線

微生物的生長與環(huán)境條件方法應(yīng)用范圍液體稀釋法適用與培養(yǎng)細(xì)胞較大的微生物固體稀釋平皿法即可定義,有可定量,用途廣泛平皿劃線分離和涂布分離法方法簡便,多用于分離細(xì)菌組織分離法高等真菌及植物病原菌單細(xì)胞挑取法局限于高等專業(yè)化的科學(xué)研究利用選擇培養(yǎng)基法適用于分離某些生理類型較特殊的微生物表7-1微生物純培養(yǎng)分離方法的比較

微生物的生長與環(huán)境條件細(xì)菌群體生長的測量細(xì)胞數(shù)量的測定細(xì)胞總數(shù)的測定。活細(xì)菌數(shù)量的測定細(xì)胞生物量的測定測定細(xì)胞干重法

DNA含量測定法

ATP含量測定法代謝活性法微生物的生長與環(huán)境條件細(xì)胞總數(shù)的測定（totalcount)

顯微鏡直接計(jì)數(shù)法：適用于細(xì)菌等單細(xì)胞微生物群體比濁法：原理是懸浮液中細(xì)胞數(shù)量越多，濁度越大，在一定濃度范圍內(nèi)，懸液中的細(xì)菌細(xì)胞濃度與光密度成正比，與透光度成反比。微生物的生長與環(huán)境條件用Petroff-Hausser計(jì)數(shù)器直接計(jì)數(shù)微生物的生長與環(huán)境條件活細(xì)菌數(shù)量的測定（viablecount)稀釋平皿測數(shù)法。最大概率法（mostprobablenumber,MPN)濃縮法（濾膜法）。微生物的生長與環(huán)境條件稀釋平板計(jì)數(shù)法微生物的生長與環(huán)境條件最大或然數(shù)法微生物的生長與環(huán)境條件稀釋度10~-310~-410~-510~-610~-710~-8重復(fù)數(shù)555555出現(xiàn)生長的管數(shù)555410最大或然數(shù)法計(jì)算微生物的生長與環(huán)境條件分批培養(yǎng)中細(xì)菌群體的生長細(xì)菌群體的生長曲線微生物的生長與環(huán)境條件細(xì)菌群體的生長周期根據(jù)微生物的生長速率（growthrateconstant），即每小時的分裂代數(shù)不同，一般可以將典型生長曲線分為延滯期、指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期。

微生物的生長與環(huán)境條件

A延滯期(lagphase)特點(diǎn)：生長速率常數(shù)等于零；細(xì)胞形態(tài)變大或增長；核酸含量提高；合成代謝活躍，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶；對外界不良條件反應(yīng)敏感。影響因素：接種齡；接種量；培養(yǎng)基成分微生物的生長與環(huán)境條件B指數(shù)期(exponentialphase)特點(diǎn)：生長速率常數(shù)最大；細(xì)胞進(jìn)行平衡生長，菌體內(nèi)各成分最均勻；酶系活躍，代謝旺盛

在指數(shù)

期三個最重要的參數(shù)是繁殖代數(shù)；生長速率常數(shù)；代時。

影響因素：菌種；營養(yǎng)成分；營養(yǎng)物濃度；培養(yǎng)溫度微生物的生長與環(huán)境條件C穩(wěn)定期(stationaryphase)特點(diǎn)：生長速率常數(shù)等于0。穩(wěn)定期到來的原因：①營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡；②營養(yǎng)物的比例失調(diào)，如C/N不合適；③酸、醇、毒素等有害代謝產(chǎn)物的積累；④pH、氧化還原電勢等物化條件越來越不適宜。微生物的生長與環(huán)境條件D衰亡期（declinephase）特點(diǎn)：整個群體出現(xiàn)負(fù)增長（R為負(fù)值）。原因：主要是外界的環(huán)境對繼續(xù)生長越來越不利，從而引起細(xì)胞內(nèi)的分解代謝大大超過合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體死亡。

微生物的生長與環(huán)境條件以二分裂的細(xì)菌為代表，假設(shè)細(xì)菌培養(yǎng)體在對數(shù)期to時的總菌數(shù)為No，那么到ｔ時的菌數(shù)Nt＝No×2n；式中ｎ為to到ｔ這段時間內(nèi)細(xì)菌的繁殖代數(shù)。如果用G來表示世代時間(或倍增時間):即群體細(xì)胞數(shù)量增加一倍需要的時間，則：

------------------G＝(t-to)/n(1)

----∵------------Nt＝No×2n

----∴------------logNt＝ｎlog2＋logNo

------------------ｎ＝〔logNt－logNo〕/log2=logNt/N0/0.301(2)

將(2)代入(1)式得：

------------------G＝0.301(t-t0)/logNt/N0(3)

----通過實(shí)驗(yàn)可測得No、Nt和時間ｔo、ｔ，由(3)式可計(jì)算出供試微生物的世代時間G。微生物的生長與環(huán)境條件細(xì)菌群體生長的連續(xù)培養(yǎng)

當(dāng)微生物以單批培養(yǎng)的方式培養(yǎng)到指數(shù)期后期時，一方面以一定的速度連續(xù)流進(jìn)新鮮的培養(yǎng)基，并立即攪拌均勻；另一方面以同樣的流速不斷流出培養(yǎng)物。這樣，培養(yǎng)物就達(dá)到了動態(tài)平衡，微生物可以長期保持在指數(shù)期的平衡生長狀態(tài)和穩(wěn)定的生長速率上，這種培養(yǎng)方法就叫連續(xù)培養(yǎng)（continuousculture）。

微生物的生長與環(huán)境條件連續(xù)培養(yǎng)兩種方式

恒化培養(yǎng)：通過控制培養(yǎng)液的添補(bǔ)速度來保持培養(yǎng)菌體的恒定的生長速度。采用的培養(yǎng)液是一種低濃度的限制性養(yǎng)料。

恒濁培養(yǎng)：根據(jù)細(xì)菌生長導(dǎo)致培養(yǎng)液中濁度變化來調(diào)節(jié)添補(bǔ)新鮮培養(yǎng)液的流速，從而保持培養(yǎng)基恒定的渾濁度，以控制菌數(shù)的恒定。

微生物的生長與環(huán)境條件連續(xù)培養(yǎng)法裝置示意圖微生物的生長與環(huán)境條件二、微生物個體的生長和分化微生物的生長與環(huán)境條件細(xì)胞生長周期

—是指細(xì)胞從上一次分裂結(jié)束到下一次分裂結(jié)束的過程。

真核細(xì)胞的生長周期

分裂期(G1)：指上一次分裂結(jié)束之后到DNA復(fù)制之前的時期。

S期：DNA復(fù)制期，細(xì)胞要完成全部染色體中DNA的復(fù)制和組蛋白的合成。

G2期：DNA復(fù)制完成后到細(xì)胞分裂前的間隔期。

M期：指有絲分裂時期。原核生物生長周期

準(zhǔn)備期（I，有時沒有）復(fù)制期（R）

分裂期（D）

微生物的生長與環(huán)境條件細(xì)菌芽孢的形成過程微生物的生長與環(huán)境條件階段特征0營養(yǎng)細(xì)胞ⅠDNA變濃稠Ⅱ細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)陷形成芽孢隔膜，將細(xì)胞分成大小不同的兩部分Ⅲ前階段形成的較大部分細(xì)胞膜繼續(xù)沿著小的細(xì)胞部分延伸并逐步將它包圍，形成具有雙層膜的前芽孢Ⅳ初生皮層在前芽孢的雙層膜之間形成，此時伴有DPA的合成與鈣離子吸收。皮層主要是有肽聚糖組成。同時，在初生皮層形成過程中開始合成外壁。Ⅴ外膜形成Ⅵ皮層形成，芽孢繼續(xù)發(fā)育形成具有對熱和化學(xué)藥物等特殊抗性的芽孢，芽孢成熟。Ⅶ營養(yǎng)細(xì)胞自溶，芽孢游離而出。細(xì)菌芽孢的形成階段微生物的生長與環(huán)境條件三、環(huán)境條件對微生物生長和代謝的影響微生物的生長與環(huán)境條件四個主要的環(huán)境因子溫度酸堿度水可給性氧氣微生物的生長與環(huán)境條件微生物生長的溫度類型微生物類型

生長溫度范圍（℃）最低

最適

最高分布的主要處所低溫型專性嗜冷-125～1515～20兩極地區(qū)兼性嗜冷-5～010～2025～30海水及食品冷藏箱中溫型10～2025～4040～50哺乳動物生活的環(huán)境高溫型嗜熱3045～6070堆肥和沼氣發(fā)酵池等極端嗜熱3070～90100以上溫泉和沿洋底火山口等微生物的生長與環(huán)境條件溫度對細(xì)菌生長率的影響微生物的生長與環(huán)境條件

EnzymesexhibitaQ10sothatwithinasuitabletemperaturerangetherateofenzymeactivitydoublesforevery10'Criseintemperature.微生物的生長與環(huán)境條件注意

最適生長溫度是指某微生物群體生長繁殖速度最快的溫度，代時也最短。

但它不等于發(fā)酵的最適溫度，也不等于積累代謝產(chǎn)物的最適溫度，更不等于積累某一代謝產(chǎn)物的最適溫度。在較高溫度條件下，細(xì)胞分裂雖然較快，但維持的時間不長，容易老化。相反，在較低溫度下，細(xì)胞分裂較慢，但維持時時間較長，結(jié)果細(xì)胞的總產(chǎn)量反而較高。同樣，發(fā)酵速度與代謝產(chǎn)物積累量之間也有類似的關(guān)系微生物的生長與環(huán)境條件菌名最適生長溫度最適發(fā)酵溫度積累產(chǎn)物的最適溫度灰色鏈霉(Streptomycesgriseus)

(產(chǎn)鏈霉素菌種)37℃28℃----產(chǎn)黃青霉(Penicilliumchrysogenum)

(產(chǎn)青霉素菌種)30℃25℃20℃北京棒桿菌(Corynebacteriumpekinese)

A.S1299(谷氨酸產(chǎn)生菌)32℃33～35℃----微生物的生長與環(huán)境條件水可給性（wateravailability)水活度：表示環(huán)境中水對微生物生長可給性高低的指標(biāo)，用aw表示。aw值實(shí)質(zhì)上是以小數(shù)來表示與溶液或含水物質(zhì)平衡時的空氣的相對濕度，即在相同溫度和壓力條件下，密閉容器中該溶液的水飽和蒸汽壓與純水飽和蒸汽壓的比值。

aw＝Ｐ/Ｐ0＝RH×100

----式中：P為溶液或含水物質(zhì)的蒸汽壓

----------P0為純水的蒸汽壓

----------RH為空氣的相對濕度

微生物的生長與環(huán)境條件微生物生長所要求的水活度aw通常在0.66～0.99之間，細(xì)菌生長的最適aw＝0.93～0.99，大多數(shù)酵母菌生長的最適aw＝0.88～0.91，絲狀真菌在aw＝0.8左右微生物的生長與環(huán)境條件滲透壓正常細(xì)胞質(zhì)壁分離細(xì)胞微生物的生長與環(huán)境條件微生物pH值最低最適最高氧化硫硫桿菌

嗜酸乳桿菌

大豆根瘤菌

原褐固氮菌

亞硝酸細(xì)菌

硝化細(xì)菌

放線菌

酵母菌

黑曲霉1.0

4.0～4.6

4.2

4.5

7.0

3.8

5.0

3.0

1.52.0～2.8

5.8～6.6

6.8～7.0

7.4～7.6

7.8～8.6

6.5～7.5

7.0～8.0

4.8～6.0

5.0～6.04.0～6.0

6.8

11.0

9.0

9.4

12.0

10.0

8.0

9.0不同微生物對氫離子濃度的適應(yīng)范圍微生物的生長與環(huán)境條件氧氣對微生物生長的影響按照微生物與氧氣的關(guān)系，把它們分成好氧菌（aerobe）和厭氧菌（anaerobe）兩大類，并可繼續(xù)分為五類：專性好氧菌（strictaerobe）：必須在有分子氧的條件下才能生長，有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終的氫受體，細(xì)胞含超氧化物歧化酶和過氧化氫酶。如綠濃桿菌、白喉?xiàng)U菌等。兼性厭氧菌（facultativeaerobe）：在有氧或無氧條件下均能生長，但有氧條件下生長得更好。如釀酒酵母、普通變性桿菌。微生物的生長與環(huán)境條件氧氣對微生物生長的影響微好氧菌（mircoaerophilicbacteria）：只能在較低氧分壓下（0.01～0.03巴）才能正常生長的微生物。如霍亂弧菌。