微生物的生长及其控制周德庆.ppt

第第6 6章章 细菌的生长及其细菌的生长及其控制控制 * 第二节第二节 微生物的生长规律微生物的生长规律 同步生长的概念同步生长的概念：采用一定的方法使细 胞群体处于分裂步调一致的状态。 环境诱导法：环境诱导法：变换温度、光线或对于稳 定期的培养物添加新鲜培养液。 物理学方法：物理学方法： 通过物理学方法选择。 例如选择性过滤或梯度离心法。 * 两种同步法两种同步法 环境条件诱导法环境条件诱导法：如用氯霉素抑制、藻胞的光照、黑暗、如用氯霉素抑制、藻胞的光照、黑暗、 控制等，可能造成细胞循环周期改变。控制等，可能造成细胞循环周期改变。 机械选择法机械选择法：膜过滤法、膜洗脱法、密度梯度离心法等。膜过滤法、膜洗脱法、密度梯度离心法等。 同步生长法特点：同步生长法特点： 同步性丧失同步性丧失：在培养过程中，其同步性丧失较快。在培养过程中，其同步性丧失较快。 丧失的原因丧失的原因：群体中的不同细胞个体间分裂周期差异。群体中的不同细胞个体间分裂周期差异。 * 获得同步生长的方法：获得同步生长的方法： 诱导法诱导法：变换温度、光线、培养基等。造成与正常细胞周期：变换温度、光线、培养基等。造成与正常细胞周期 不同的周期变化。不同的周期变化。 选择法选择法：选择性过滤、梯度离心。物理方法，随机选择，不：选择性过滤、梯度离心。物理方法，随机选择，不 影响细胞代谢。影响细胞代谢。 * 原理原理：细菌细胞会紧紧粘附于硝酸纤维微孔滤膜上。 步骤步骤：菌悬液通过微孔滤膜，细胞吸附其上；反置滤膜，以新 鲜培养液通过滤膜，洗掉浮游细胞；除去起始洗脱液后就可以 得到刚刚分裂下来的新生细胞，即为同步培养。 * 典型生长曲线典型生长曲线 概念概念：定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲 线称为生长曲线（growth curve）。 条件条件：将少量纯种单细胞微生物群体、接入适宜的恒定容积的培养 液中，在适宜温度、通气与酸碱度等条件下，微生物群体细胞量有 规律地增加的过程。 只适用于单细胞微生物如细菌和酵母菌。 * 生长曲线生长曲线（growth curvegrowth curve） 结果结果：根据微生物的生长速率常数生长速率常数即每小 时分裂次数（R）的不同，以细胞数目的对 数值为纵坐标与培养时间作横坐标，绘制 出的由延滞期、指数期、稳定期和衰亡期4 个阶段组成的曲线。 典型生长曲线典型生长曲线 延滞期 指数期 稳定期 衰亡期 * 生长曲线 生长曲线图示生长曲线图示 延 滞 期 对 数 期 稳定期 衰亡期 * （2指数指数期（期（exponential phaseexponential phase） ） 又称对数期对数期（logarithmic phase）：群体 细胞分裂与其数量以几何级数增加的一段 时期。 特点特点：生长速率最大、代时最短；细胞进 行平衡生长; 酶系活跃、代谢旺盛。 * 特点特点 生长速率常数为零；细胞形态变大或增长；细胞 内的RNA含量增高；合成代谢活跃；对外界环境敏感。 影响因素影响因素 接种龄接种龄 接种量接种量 培养基成分培养基成分 * 延滞期产生原因延滞期产生原因 移植规律移植规律：群体移植后产生延滞期是生命活 动的基本规律，是适应新环境需要一定的 时间的表现。 原原 因因： 因诱导酶、ATP、H及各种原材料等的合 成需环境及时间。 细胞修复： 细胞损伤部分的修复需一定的 时间。 * 指数期几个名词指数期几个名词 R：生长速率常数 即为单位时间内生物体细胞所分裂的 代数值(每小时分裂的次数)。 G ：代时即为生物体细胞每分裂一次所需时间或群体细 胞的原生质体增加一倍所花的倍增时间。 N ：繁殖代数即指生物群体的全部在单位时间内共繁 殖的代数 (植物、动物、人?)。 生长限制因子：凡在培养液中处于较低浓度范围内，可 影响生长速率和菌体产量的营养物或营养因子。 * 一些细菌的代时一些细菌的代时 体温菌： 大肠杆菌 G = 12.5 17 min 枯草杆菌 G = 2632 min 结核杆菌 G = 792 932 min 室温菌： 褐球固氮菌 G = 240 min 大豆根瘤菌 G = 410 min 嗜热菌： 嗜热芽胞菌 G = 18 min * 现象现象：细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线 关系。 特点特点： 生长速率常数最大，即代时最短生长速率常数最大，即代时最短 细胞进行平衡生长，菌体大小、形态、生理细胞进行平衡生长，菌体大小、形态、生理 特征，等比较一致特征，等比较一致 代谢最旺盛细胞对理化因素较敏感代谢最旺盛细胞对理化因素较敏感 影响因素影响因素：菌种菌种 营养成分营养成分 营养物浓度营养物浓度 培养温度培养温度* 指数期影响因素指数期影响因素 菌种菌种 营养成分营养成分 营养物浓度营养物浓度 培养温度：对实际应用有参考价值培养温度：对实际应用有参考价值 酸碱度酸碱度 * 指数期的应用指数期的应用 特性特性：群体生理特性一致，细胞成分平衡发展和 生长速率恒定。 应用应用：宜作发酵种子；是代谢、生理研究的好材料 ；是增殖噬菌体的最佳菌龄。 * （3 3）稳定期）稳定期 生长速率常数为零生长速率常数为零 （新繁殖细胞数=衰亡细胞 数）菌体产量达到最高点。 菌体产量与营养物消耗间呈比例关系（用生长产量常数 Y表示）。 胞内出现贮藏物（糖原、异染颗粒和脂肪等）；形成形成 芽胞。芽胞。 产生抗生素抗生素等次生代谢物。 * 稳定期到来的原因稳定期到来的原因 消耗消耗：营养物的消耗 失调失调：营养物的比例失调（碳氮比） 累积累积：有害代谢产物的累积（酸、醇、毒素等） 不适不适：物化条件不适宜（pH、氧化还原电势等） * 稳定期与生产实践稳定期与生产实践 SCPSCP收获期收获期 ：以菌体量为主的最佳收获期 产物收获期产物收获期：与菌体相平行的代谢产物的收获 生物测定生物测定：宜作生物测定的菌源（维生素、碱 基、氨基酸） 连培的依据连培的依据：启示连续培养的主要依据 * 概念概念：群体中个体死亡速度超过新生个体速 度。 特点特点： 负负 增增 长长：R 为负值；细胞形态多样，产 生膨大与不规则退化形态 自溶现象自溶现象：菌体常发生自溶现象 芽胞释放：芽胞释放：产芽胞菌体常在此期释放芽胞等 次生代谢物累积次生代谢物累积 （4 4）衰亡期）衰亡期 * 连续培养 分批培分批培养养 ：又称封闭封闭培养培养，将微生物置于一定容 积的定量的培养基中培养，培养基一次性加入，不 再补充和更换，最后一次性收获。 连续培养连续培养：又称开放开放培养培养，在微生物培养的过程 中，不断地供给新鲜的营养物质，同时排除含菌体 及代谢产物的发酵液，让培养的微生物长时间地处 于对数生长期，以利于微生物的增殖速度和代谢活 性处于某种稳定状态。 * * 连续 培养 器 按控制方式分 按培养器的级数分 按细胞状态分 按用途分 内控制（控制菌体密度）：恒浊器 外控制（控制培养液流速、以控制 生长速率）：恒化器 单级连续培养器 多级连续培养器 一般连续培养器 固定化细胞连续培养器 实验室科研用：连续培养器 发酵生产用：连续发酵罐 连续培养器连续培养器 * 两种连续培养器的比较两种连续培养器的比较 * 微生物的连续培养 * 连续培养的优缺点 优点优点：高效；自控；稳定；节约 缺点缺点：菌种易退化；易污染杂菌；营养物的利用率低 应用应用：酵母菌单细胞蛋白（SCP）、乙醇、乳酸等发酵、污水处理 * 微生物的高密度培养（微生物的高密度培养（HCDCHCDC） 也称高密度发酵，一般指微生物在液体培养 基中细胞群体密度超过常规培养10倍以上时 的生长状态或培养技术 选取最佳培养基成分和各成分含量选取最佳培养基成分和各成分含量 补料补料 提高溶解氧的浓度提高溶解氧的浓度 防止有害代谢产物的生成防止有害代谢产物的生成 * 高密度培养实例高密度培养实例 E.coliE.coli的高密度培养理论的高