微生物学心得

1 分批培养与连续培养的区别与联系 连续培养是以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基 同时以相同的 速度流出培养液 从而使培养系统内培养液量维持恒定 使微生物能在接近恒 定状态下生长 分批培养是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后 接入少量微 生物菌种进行培养 使微生物生长繁殖 在特定条件下完成一个生长周期的微 生物培样的方法 连续培养是跟 分批 是相对而言的 后者在每次培养之后都要对发酵罐 进行灭菌 然后加入新的培养基并进行接种 实际上 连续培养 也有两种不 同的方式 一种是连续加料连续出料 从培养线的一端源源不断地加入新鲜培 养基 从另一端连续地将发酵产物放出 这样在培养线内靠近加料口外始终处 于对数期初期 而靠近出料口则始终处于稳定期或对数期的末期 另一种是在 对数期末期将一部分培养基连同其中的微生物放出 以获得菌体为目的 或转 入另一个发酵罐中继续培养 以获得次级代谢产物为目的 在留有部分旧培养 基及微生物的发酵罐中加入新鲜培养基以开始 下一次 发酵 连续培养在第一次发酵进行灭菌 加料及接种后 以后只需不断加入新鲜 培养基就行了 培养基因为不是生物 其灭菌 混合 加工等过程都比较简单 可由自动化的机器来完成 而对培养罐的灭菌 接种等过程则相当复杂 要实 现自动化管理的难度要高许多许多 连续培养有两种类型 恒化器连续培养和恒浊器连续培养 前者是在整个培 养过程中通过控制培养基中某种营养物质的浓度基本恒定的方式 保持细菌的比 生长速率恒定 使生长 不断 进行 培养基中的某种营养物质通常是作为细菌比 生长速率的控制因子 这类因子一般是氨基酸 氨和铵盐等氮源 或是葡萄糖 麦 芽糖等碳源或者是无机盐 生长因子等物质 恒化器连续培养通常用于微生物学 的研究 筛选不同的变种 后者主要是通过连续培养装置中的光电系统控制培养 液中菌体浓度恒定 使细菌生长连续进行的一种培养方式 菌液浓度大小通过光 电系统调节稀释率来维持菌数恒定 此种培养方式一般用于菌体以及与菌体生长 平行的代谢产物生产的发酵工业 从而获得更好的经济效益 2 微生物生长规律及各阶段的特点 微生物特别是单细胞微生物 体积很小 个体的生长很难测定 而且也没 有什么实际应用价值 因此 测定它们的生长不是依据细胞个体的大小 而是 测定群体的增加量 即群体的生长 以培养时间为横坐标 以细菌数目的对数或生长速度为纵坐标作图 所得 到的曲线 称为微生物的生长曲线 根据细菌生长繁殖速率的不同 可将生长 曲线大致分为适应期 对数期 稳定期和衰亡期 微生物的生长曲线 2 1 适应期 处于适应期细菌细胞的特点可概括为 8 个字 分裂迟缓 代谢活跃 细胞 体积增长较快 尤其是长轴 在延迟期末 细胞平均长度比刚接种时大 6 倍以 上 细胞中 RNA 含量增高 原生质嗜碱性加强 对不良环境条件较敏感 对氧 的吸收 二氧化碳的释放以及脱氨作用也很强 同时容易产生各种诱导酶等 这些都说明细胞处于活跃生长中 只是细胞分裂延迟 在此阶段后期 少数细 胞开始分裂 曲线略有上升 适应期长短与菌种的遗传性 菌龄以及移种前后所处的环境条件等因素有 关 短的只需几分钟 长的可达几小时 因此 深入了解延迟期产生的原因 采取缩短延迟期的措施 在发酵工业上具有十分重要的意义 在生产实践中 通常采取的措施有增加接种量 在种子培养中加入发酵培养基的某些营养成分 采用最适种龄 即处于对数期的菌种 的健壮菌种接种以及选用繁殖快的菌种等 措施 以缩短延迟期 加速发酵周期 提高设备利用率 2 2 对数期 对数期又称指数期 在此期中 细胞代谢活性最强 组成新细胞物质最快 所有分裂形成的新细胞都生活旺盛 这一阶段的突出特点是细菌数以几何级数 增加 代时稳定 细菌数目的增加与原生质总量的增加 与菌液混浊度的增加 均呈正相关性 这时 细菌纯培养的生长速率也就是群体生长的速率 可用代 时表示 所谓代时 即单个细胞完成一次分裂所需的时间 亦即增加一代所需 的时间 也叫增代时间或世代时间 在此阶段 由于代时稳定 因此 只要知 道了对数期中任何两个时间的菌数 就可求出细菌的代时 不同的细菌 其对数期的代时不同 同一种细菌 由于培养基组成和物理 条件的影响 如培养温度 培养基 pH 营养物的性质等 代时也不相同 但是 在一定条件下 各种菌的代时又是相对稳定的 多数种为 20 30 分钟 有的长 达 33 小时 而有的繁殖极快 增代时间只 9 8 分左右 表 6 4 示不同细菌的代 时 2 3 稳定期 又称恒定期或最高生长期 处于稳定期的微生物 新增殖的细胞数与老细 胞的死亡数几乎相等 整个培养物中二者处于动态平衡 此时生长速度 又逐 渐趋向零 此阶段初期 细菌分裂的间隔时间开始延长 曲线上升逐渐缓慢 随后 部分细胞停止分裂 少数细胞开始死亡 致使细胞的新生与死亡速率处于动态 平衡 这时培养物中细胞总数达到最高水平 接着死亡细胞数大大超过新增殖 细胞数 曲线出现下降趋势 稳定期的细胞内开始积累贮藏物 如肝糖 异染颗粒 脂肪粒等 大多数 芽孢细菌也在此阶段形成芽孢 如果为了获得大量菌体 就应在此阶段收获 因这时细胞总数量最高 这一时期也是发酵过程积累代谢产物的重要阶段 某 些放线菌抗生素的大量形成也在此时期 稳定期的长短与菌种和外界环境条件有关 生产上常常通过补料 调节 pH 调整温度等措施 延长稳定期 以积累更多的代谢产物 2 4 衰亡期 稳定期后如再继续培养 细菌死亡率逐渐增加 以致死亡数大大超过新生 数 群体中活菌数目急剧下降 出现了 负生长 此阶段叫衰亡期 这一阶段 的细胞 有的开始自溶 产生或释放出一些产物 如氨基酸 转化酶 外肽酶 或抗生素等 菌体细胞也呈现多种形态 有时产生畸形 细胞大小悬殊 有的 细胞内多液泡 革兰氏染色反应的阳性菌变成阴性反应等 3 微生物的生长规律在污 废水生物处理中的应用 3 1 适应期在污水处理工程中的应用 这是微生物培养的最初阶段 在这个时期 微生物刚接入 细胞内各种酶 系要有一个适应过程 此阶段在污水处理中的实际意义不太大 只是对于刚刚运行的污水处理厂 或是停顿检修之后的再运行有意义 3 2 对数期在污水处理工程中的应用 在此时期 细菌数以几何级数增加 在该期间内 细菌的生长速度最大 微生物周围的营养物质较丰富 生物体的生长 繁殖不受底物限制 在这 期间内 死菌数相对来说是较小的 一般在工程实际中 可略去不计 此时的微生物生长虽然旺盛 但不易沉降 在二沉池中仍以悬浮状态存在 如果以这种状态的出水排放的话 难以达到排放标准 3 3 静止期在污水处理工程中的应用 静止期 平衡期 细胞经过对数期大量繁殖后 污水中的营养物质逐渐被 消耗 减少 细胞繁殖速度逐渐减慢 故有时亦称为减速生长期 在此期间 细胞繁殖速度几乎和细胞死亡速度相等 活菌数趋近稳定 这个现象的出现 主要是由于环境中的养料减少 代谢产物积累过多所致 如果再次期间 继续 再增加营养物质 并排除代谢产物 那么 菌体细胞又可恢复过去对数期的生 长速度 当然我们并不希望将微生物的生长状态定位在对数期 考虑到出水清 澈的要求 我们更希望污泥具有良好的沉降性能 处于此时期的污泥即具有这 种良好性能 因此 在污水处理中常将微生物固定在本时期 3 4 衰亡期在污水处理工程中的应用 衰老期 衰亡期 在静止期后 由于污水中的营养物质近乎耗尽 细菌将 得不到营养而只能利用菌体内的储存物质或以死菌体作为养料 进行着内源呼 吸 维持生命 故亦称为内源呼吸期 在这期间 活细胞数急剧下降 只有少 数细胞能继续分裂 大多数细胞出现自溶现象并死亡 菌体细胞的死亡速度超 过分裂速度 生长曲线显著下降 在细菌形态方面 此时是退化型较多 有些 细菌在这个时期也往往产生芽孢 处于此时期的污泥没有什么活性 对有机物 的去除基本没什么贡献 因此常在污泥浓缩过程中使用 3 5 生长曲线在污水处理工程中的应