第二节微生物的生长

1、第二节第二节 微生物的生长微生物的生长1. 1. 单细胞微生物群体生长的特征单细胞微生物群体生长的特征单细胞微生物主要包括细菌和酵母菌；不同种类的单细胞微生物表单细胞微生物主要包括细菌和酵母菌；不同种类的单细胞微生物表现出趋势相近的生长动力学规律。现出趋势相近的生长动力学规律。 一一. .微生物的群体生长微生物的群体生长的特征和的特征和规律规律群体生长特征群体生长特征: :每经历一个代时，细胞的数目就增加每经历一个代时，细胞的数目就增加1 1倍，呈指数倍，呈指数增加，因而被称为增加，因而被称为指数生长指数生长。表-微生物 的对数生长 时间 分裂次数 2n 细胞数目 （N02n） 细胞数目对数

2、0 0 20=1 1 0.000 30 1 21=2 2 0.301 60 2 22=4 4 0.602 90 3 23=8 8 0.903 120 4 24=16 16 1.204 150 5 25=32 32 1.505 180 6 26=64 64 1.806 210 7 27=128 128 2.107 *由一个细胞开始每30 分钟分裂一次 细胞数目的对数细胞数目的对数与生长时间呈正与生长时间呈正比直线关系：比直线关系：三个重要参数：三个重要参数：（1）繁殖代数（）繁殖代数（n）：）：x2=x12n（2）生长速率常数（）生长速率常数（R）：）：（3）代时（）代时（G）：）：由一个细胞分

3、裂成为两个细胞的时间间隔称为由一个细胞分裂成为两个细胞的时间间隔称为世代世代，一个世代所需，一个世代所需的时间就是的时间就是代时代时，即即群体细胞数目扩大群体细胞数目扩大1倍倍所需的时间，所需的时间，有时也被称为有时也被称为倍增时间倍增时间。代时能够反应细菌的生长代时能够反应细菌的生长速率。按前述速率。按前述平均代时平均代时的定义的定义(G = t/n) 可知：可知：以对数表示：以对数表示：lgx2=lgx1+nlg2n=3.322(lgx2-lgx1)指数生长的数学模型指数生长的数学模型接种接种适温培养适温培养定时测定生定时测定生长量长量2.单细胞微生物单细胞微生物群体生长的规律群体生长的规

4、律单细胞微生物主要包括细菌和酵母菌；不同种类的单细胞微生物表单细胞微生物主要包括细菌和酵母菌；不同种类的单细胞微生物表现出趋势相近的生长动力学规律。现出趋势相近的生长动力学规律。 将少量细菌纯培养物接种入一定量的新鲜液体将少量细菌纯培养物接种入一定量的新鲜液体培养基，在适宜的条件下培养，且培养过程中培养基，在适宜的条件下培养，且培养过程中不补充营养物质或移去培养物，保持整个培养不补充营养物质或移去培养物，保持整个培养液体积不变，定时测定单位体积培养基中的菌液体积不变，定时测定单位体积培养基中的菌细胞数，以培养时间为横坐标，以计数获得的细胞数，以培养时间为横坐标，以计数获得的细胞数的对数细胞数的

5、对数（或（或O.D值）值）为纵坐标为纵坐标作图，可作图，可得到一条定量描述液体培养基中微生物生长规得到一条定量描述液体培养基中微生物生长规律的实验曲线，该曲线则称为律的实验曲线，该曲线则称为生长曲线生长曲线 什么样的微生物在什么条件下可作出典型生长曲线？什么样的微生物在什么条件下可作出典型生长曲线？ 单细胞、二分裂法、液体培养、营养物质恒定、培养条件适宜。 利用细菌作科学研究或发酵生产为什么要首先绘制其生长曲线？微生物接种是群体接种，接种后的生长是微生物群体繁殖生长。微生物接种是群体接种，接种后的生长是微生物群体繁殖生长。在微生物学中提到的在微生物学中提到的“生长生长”，均指群体生长。，均指群

6、体生长。对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础延滞期延滞期(lag phase)(lag phase)现象：细菌被接种到新鲜培养基中培养后，并不立即进行分裂繁殖，细菌增殖数为。出现原因：调整代谢。在刚被接种到新鲜培养液的菌细胞中，一时还缺乏分解或催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢物。为产生诱导酶或合成有关的中间代谢物，就需要有一段适应期。特点：生长速率常数= 0细胞形态变大或增长细胞内RNA特别是rRNA含量增高，原生质嗜碱性增强合成代谢活跃（核糖体、酶类、ATP合成加快），易产生诱导酶对外界不良条件敏感，抵抗能力降低（如氯化

7、钠浓度、温度、抗生素等化学药物）菌种或菌株菌种或菌株 ：接种物菌龄接种物菌龄 ： 接种量：接种量：培养基成分：培养基成分： 影响延迟期长短的因素：影响延迟期长短的因素：因微生物种或菌株的因微生物种或菌株的不同而异，实践已知不同而异，实践已知延滞期可从几分钟到延滞期可从几分钟到几小时、几天，甚至几小时、几天，甚至几个月不等几个月不等；菌种或菌株菌种或菌株 ：接种物菌龄接种物菌龄 ： 接种量：接种量：培养基成分：培养基成分： 影响延迟期长短的因素：影响延迟期长短的因素：l对数期对数期“种子种子”，延滞期，延滞期较短；较短；l延滞期或衰亡期延滞期或衰亡期“种子种子”, ,延滞期较长；延滞期较长；菌种

8、或菌株菌种或菌株 ：接种物菌龄接种物菌龄 ： 接种量：接种量：培养基成分：培养基成分： 影响延迟期长短的因素：影响延迟期长短的因素：接种量大，延滞期较短；接种量大，延滞期较短；接种量小，延滞期较长；接种量小，延滞期较长；菌种或菌株菌种或菌株 ：接种物菌龄接种物菌龄 ： 接种量：接种量：培养基成分：培养基成分： 影响延迟期长短的因素：影响延迟期长短的因素：在营养成分丰富的天然在营养成分丰富的天然培养基上生长的延滞期比培养基上生长的延滞期比在合成培养基上生长时短；在合成培养基上生长时短；接种到同样组成的培养接种到同样组成的培养基比接种到组成不同的培基比接种到组成不同的培养基中，其延迟期要短些；养基

9、中，其延迟期要短些；接种后培养基成分有较大接种后培养基成分有较大变化时，会使延滞期加长，变化时，会使延滞期加长，所以发酵工业上尽量使发所以发酵工业上尽量使发酵培养基的成分与二或三酵培养基的成分与二或三级种子培养基成分接近。级种子培养基成分接近。认识延迟期的特点及形成原因对实践的指导意义：认识延迟期的特点及形成原因对实践的指导意义：在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期，采取的在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期，采取的措施有：措施有：大加接种量；大加接种量； （群体优势（群体优势-适应性增强）适应性增强） 接种对数生长期的菌种接种对数生长期的菌种；在种子基中加入发酵培养基的某些成分；在种子基中加入发酵培

10、养基的某些成分；选用繁殖快的菌种；选用繁殖快的菌种；在食品工业上，尽量在此期的早期进行消毒或在食品工业上，尽量在此期的早期进行消毒或灭菌。灭菌。对数期对数期( (指数期指数期) )（logarithmic phase）表现：表现：细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。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： 活菌数和总菌数接近；活菌数和总菌数接近；酶系活跃，代谢最旺盛，酶系活跃，代谢最旺盛，生长速率常数生长速率常数最大且最大且恒定恒定，代时代时最最短；短；细胞进行细胞进行平衡生长平衡生长，即微生物细胞数量呈对数增加和细胞各，即微生物细胞数量呈对数增加和细胞各成分按

11、比例增加成分按比例增加; ;细胞的化学组成及形态，生理特性比较一致；细胞的化学组成及形态，生理特性比较一致；每经过一个代时，细胞数目就增加一倍，呈指数增加，因而每经过一个代时，细胞数目就增加一倍，呈指数增加，因而被称为被称为指数生长指数生长；细菌数目增加与原生质总量增加，与菌液浊度增加呈正相关。细菌数目增加与原生质总量增加，与菌液浊度增加呈正相关。细胞对理化因素较敏感；细胞对理化因素较敏感；细菌群体生长数学表示式细菌群体生长数学表示式对数生长期中微生物生长是平衡生长平衡生长，即微生物细胞数量呈对数增加和细胞即微生物细胞数量呈对数增加和细胞各成分按比例增加。各成分按比例增加。因此对数生长期中微生

12、物的生长可用数学模型表示:dN/dtN (或或dM/dtM) (1)N：每毫升培养液中细胞的数量；M：每毫升培养液中细胞物质的量；：比生长速率(Specific growth rate)，即每单位数量的细菌或物质在单位时间(小时)内增加的数量；是微生物生长的一个重要的参数，它不仅可以估计某一时刻的菌体浓度，而且可以作为判断微生物生长情况和环境关系的一个指标 t：培养时间(小时)。 对dN/dtN积分，得： lnNtlnN0(t1t0) (2)(2)转换成以10为底的对数: (lgNtlgN0) 2.303 (tt0) (3)Nt与与N0分别代表时间分别代表时间t和和t0时的细胞数量。因此只要测

13、定从时的细胞数量。因此只要测定从N0增加到增加到Nt所用的时间和所用的时间和N0与与Nt的量，就可以由上式求出该条件下的的量，就可以由上式求出该条件下的。即在对数生长期单位时间内细菌增加数量每个细菌单位时间内增加的数量细菌数例：例：t t0 0时每毫升培养液中细胞数的为时每毫升培养液中细胞数的为10104 4 (N(N0 0) ) ，经过，经过4 4小时后该培养小时后该培养液中细胞数量增加到每毫升液中细胞数量增加到每毫升10108 8(Nt)(Nt)，则此条件该菌的比生长速，则此条件该菌的比生长速率为率为 ：(lgNt(lgNtlgNlgN0 0) )2.303/ 2.303/ ( t tt

14、t0 0)(84)2.303/4/小时2.303/小时。 说明该菌在此条件下，每个细菌以每小时增加2.303个细菌的速度增加。细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为代时代时(Generation time)，代时通常以，代时通常以G 表示；表示；在细菌群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为在细菌群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为倍增时倍增时间间(Doubling time) ，通常以，通常以 td 表示；表示；根据公式根据公式(2) 可以求可以求代时与比生长速率之间的关系代时与比生长速率之间的关系： G tt0， td 即在 N

15、t2N0 时所需时间， td=ln2/=0.693/ G（lnNtlnN0) ln（NtN0） ln20.693如果仍以上述例子的数量为依据，就可以求出该细菌在此条件下的代时为如果仍以上述例子的数量为依据，就可以求出该细菌在此条件下的代时为0.3小时：小时： G0.6930.6932.3030.3(小时小时) 代时或倍增时间能够反应细菌的生长速率。代时或倍增时间能够反应细菌的生长速率。一些细菌的代时一些细菌的代时菌名菌名培养基培养基培养温度培养温度 代时代时E. coli（大肠杆菌）（大肠杆菌） 肉汤肉汤 3717minE. coli 牛奶牛奶 3712.5Enterobacter aerog

16、enes（产气肠细菌）（产气肠细菌）肉汤或牛奶肉汤或牛奶 371618E. aerogenes 组合组合 372944B. Cereus（蜡状芽孢杆菌）（蜡状芽孢杆菌）肉汤肉汤3018B. thermophilus（嗜热芽孢杆菌）（嗜热芽孢杆菌）肉汤肉汤5518.3Lactobacillus acidophilus（嗜酸乳杆菌）（嗜酸乳杆菌） 牛奶牛奶376687Streptococcus lactis（乳酸链球菌）（乳酸链球菌）牛奶牛奶3726S. lactis乳糖肉汤乳糖肉汤3748Salmonella typhi（伤寒沙门氏菌）（伤寒沙门氏菌）肉汤肉汤3723.5Azotobacter

17、chroococcum（褐球固氮菌）（褐球固氮菌） 葡萄糖葡萄糖2534446Mycobacterium tuberculosis（结核分枝杆菌）组合（结核分枝杆菌）组合3779293Nitrobacter agilis（活跃硝化杆菌）（活跃硝化杆菌）组合组合271200代时在不同种微生物中的变化很大。在一定条件下，每一种微生物的代时代时在不同种微生物中的变化很大。在一定条件下，每一种微生物的代时是恒定的，因此代时是微生物菌种的一个重要特征。是恒定的，因此代时是微生物菌种的一个重要特征。（1）繁殖代数（）繁殖代数（n）：）：x2=x12n（2）生长速率常数（）生长速率常数（R）：）：（3）代时

18、（）代时（G）：由一个细胞分裂成为两个细胞的时间间隔称为）：由一个细胞分裂成为两个细胞的时间间隔称为世代，世代，一个世代所需的时间就是一个世代所需的时间就是代时代时，即群体细胞数目扩大，即群体细胞数目扩大1倍倍所需的时间，有时也被称为所需的时间，有时也被称为倍增时间倍增时间。代时能够反应细菌的生长代时能够反应细菌的生长速率。按前述平均代时的定义速率。按前述平均代时的定义(G = t/n) 可知：可知：以对数表示：以对数表示：lgx2=lgx1+nlg2n=3.322(lgx2-lgx1)也可以用一般常用的先求出细菌繁殖的世代数也可以用一般常用的先求出细菌繁殖的世代数(n)，然后再求，然后再求G

19、：比生长速率与生长速率间的区别？比生长速率与生长速率间的区别？生长速率：单位时间内微生物分裂次数（生长速率：单位时间内微生物分裂次数（n/t）,以表示；以表示；影响对数期的因素影响对数期的因素：菌种菌种不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同； 培养温度培养温度在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。营养成分营养成分在营养丰富的培养基中生长代时短营养物浓度营养物浓度在一定范围内，生长速率与营养物浓度呈正比， 代时在不同种微生物代时在不同种微生物中的变化很大。中的变化很大。在一定条件下，每一在一定条件下，每一种微生物的代时是恒种微生物的代时是恒定的，因此代时是微定的，因此代时是微生物菌种的一个重要

20、生物菌种的一个重要特征。特征。示营养成分对数期的影响示营养成分对数期的影响温度对微生物的代时有明显影响；温度对微生物的代时有明显影响；同一种微生物，同一种微生物，在不同的生长条件下其代时的长短也不同；在不同的生长条件下其代时的长短也不同；示温度对生长的影响示温度对生长的影响如图所示，如图所示，在营养物浓度很低的情况下，营养物在营养物浓度很低的情况下，营养物的浓度才会影响生长速率，随着营养物的浓度才会影响生长速率，随着营养物浓度的逐步增高，生长速率不受影响，浓度的逐步增高，生长速率不受影响，而只影响最终的菌体产量。而只影响最终的菌体产量。 如果进一步提高营养物的浓度，则生如果进一步提高营养物的浓

21、度，则生长速率和菌体产量两者均不受影响。长速率和菌体产量两者均不受影响。凡是处于较低浓度范围内，可影响生长凡是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成分，称作速率和菌体产量的营养物成分，称作生生长限制因子长限制因子。营养物浓度营养物浓度对对微生物的生长微生物的生长速率的影响速率的影响比生长速率与微生物的生长基质浓度间的关系比生长速率与微生物的生长基质浓度间的关系目前一般用莫诺目前一般用莫诺(Monod)经验公式表示经验公式表示 ：SKSsmaxmax:最大比生长速率最大比生长速率(h-1) ；S:为限制性基质浓度为限制性基质浓度(gL) ；Ks：比生长速率为最大比生长速率比生长速

22、率为最大比生长速率一半时的基质浓度。在同种基质里它一半时的基质浓度。在同种基质里它是一个常数，是一个常数，Ks通常很小；通常很小；根据莫诺经验公式，根据莫诺经验公式，l当基质浓度很高时，当基质浓度很高时，Ks可以忽略不计，可以忽略不计，Ks+SS此时，此时，m ，细，细菌以最大比生长速率生长。对数生长期细菌的生长就属于这种情况；菌以最大比生长速率生长。对数生长期细菌的生长就属于这种情况；l当基质浓度很低时当基质浓度很低时 ，Ks+SKs，则，则（mKs）S，此时，比生，此时，比生长速率与基质浓度成正比，基质浓度变化引起比生长速率迅速变化。长速率与基质浓度成正比，基质浓度变化引起比生长速率迅速变

23、化。 由于此时期的菌种比较健壮，增殖噬菌体的最适菌龄；由于此时期的菌种比较健壮，增殖噬菌体的最适菌龄；生产上用作接种的最佳菌龄；生产上用作接种的最佳菌龄；发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度;食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期;是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等的良好的良好材料材料; 认识对数期的特点对实践的指导意义：认识对数期的特点对实践的指导意义：稳定期（稳定期（stationary phase）特点：特点：新增殖细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，活

24、菌数动态平衡新增殖细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，活菌数动态平衡。生长速率又趋于生长速率又趋于0 0，总菌数达最高总菌数达最高。细胞分裂速度下降，开始积累内含物，产芽孢的细菌开始产芽孢。细胞分裂速度下降，开始积累内含物，产芽孢的细菌开始产芽孢。此时期的微生物此时期的微生物开始合成次生代谢产物开始合成次生代谢产物，一般在稳定期的后期产，一般在稳定期的后期产物积累达到最高峰，是最佳的收获时期。物积累达到最高峰，是最佳的收获时期。*出现原因出现原因： 营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物尤其是生长限制因子的耗尽； 营养物的比例失调，如碳氮比不合适营养物的比例失调，如碳氮比不合适; 有害代谢产物积累

25、（酸、醇、毒素等）；有害代谢产物积累（酸、醇、毒素等）； pH、氧化还原势等理化条件不再合适、氧化还原势等理化条件不再合适;lg 细胞数或产细胞数或产物浓度物浓度时间时间细胞细胞 产产物物I型型II型型微生物生长与代谢产物形成的关系微生物生长与代谢产物形成的关系微生物发酵形成产物的过程与微生物细胞生长的过程并不总是一微生物发酵形成产物的过程与微生物细胞生长的过程并不总是一致的。一般认为：致的。一般认为：初级代谢是初级代谢是产生的自身繁殖所必需的结构物质、具生理活性物质物质和提供生长能量产生的自身繁殖所必需的结构物质、具生理活性物质物质和提供生长能量的一类代谢的过程的一类代谢的过程，初级代谢产物

26、的形成往往与微生物细胞的形成过程，初级代谢产物的形成往往与微生物细胞的形成过程同步，微生物生长的稳定期是这些产物同步，微生物生长的稳定期是这些产物(如氨基酸、核苷类，以及酶如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶等小分子前体物、单体、多聚体等或辅酶等小分子前体物、单体、多聚体等)的最佳收获时机；的最佳收获时机；次级代谢是次级代谢是合成一些对该微生物生命活动合成一些对该微生物生命活动无明显的生理功能，且非其生长繁殖所必需无明显的生理功能，且非其生长繁殖所必需物质的代谢过程，物质的代谢过程，与微生物的生存、与微生物的生存、生长和繁殖无关。次级代谢产物生长和繁殖无关。次级代谢产物(抗生素、激素、毒素、及维生素

27、抗生素、激素、毒素、及维生素等。等。)的形成往往与微生物细胞的的形成往往与微生物细胞的形成过程不同步。在分批培养中，形成过程不同步。在分批培养中，它们的形成高峰往往在微生物生它们的形成高峰往往在微生物生长稳定期的后期或衰亡期。长稳定期的后期或衰亡期。总生长量：总生长量：某一时间里，通过培养所获得的微生物总量与原来接种的微生物量之差值，其大小反映了培养基与生长条件是否适合于菌的生长。产量常数产量常数K（或称生长得率）：（或称生长得率）：它代表了在培养过程中所获得的总生长量与获得这总生长量所消耗基质总量之比， 即 K总生长量所消耗基质的总量总生长量所消耗基质的总量K表示微生物对基质利用效率的高低

28、，反映了微生物利用某种基质生长的效果，因此在生产实践中应采取有效措施，提高K值以创造更大的经济效益。 根据产量常数可确定微生物对营养物质的需要量， 如： K=0.5，表示要得到5g菌体，需某营养物（葡萄糖）10g。根据这一原理，可进行生物测定。将未知混合物加到只缺乏特定限制性营养物的完全培养基中，测定培养基所能达到的生长量，就可以计算出原混合物中特定限制性营养物的浓度。K=x x0C0 C=x x0C0稳定期的重要参数稳定期的重要参数-总生长量与产量常数总生长量与产量常数KX-稳定期细胞干重/ml，X0 -接种时干重/ml，C-限制性营养物浓度。认识生长稳定期的特点对实践的指导意义：认识生长稳

29、定期的特点对实践的指导意义：稳定期细胞数目及稳定期细胞数目及初级代谢初级代谢产物积累达到最高，产物积累达到最高，此阶段是菌体此阶段是菌体收获期；收获期；次级代谢产物的形成高峰往往在微生物生长稳定期的次级代谢产物的形成高峰往往在微生物生长稳定期的后期，稳定期后期，稳定期是发酵过程形成积累是发酵过程形成积累次级次级代谢产物的重要阶段。代谢产物的重要阶段。生产上应尽量延长此期，提高产量，可采取的措施有：生产上应尽量延长此期，提高产量，可采取的措施有：l补料补料 l调调pH pH l调整温度调整温度 . 衰亡期（衰亡期（decline phase）特点：特点：群体中死亡数大大超过新增殖的细胞数，出现群

30、体中死亡数大大超过新增殖的细胞数，出现 负生长负生长 ，有些，有些细胞开始自溶。细胞开始自溶。细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态(有时有畸形或衰退形），有时有畸形或衰退形），芽孢开始释放，革兰氏染色不稳定。芽孢开始释放，革兰氏染色不稳定。因菌体本身产生的酶及代谢产物的作用，使菌体死亡、自溶等，因菌体本身产生的酶及代谢产物的作用，使菌体死亡、自溶等，发生自溶的菌生长曲线表现为向下跌落的趋势。发生自溶的菌生长曲线表现为向下跌落的趋势。 衰亡期比其他各时期时间长，它的长短也与菌种和环境条件有关。产生原因产生原因：生长条件的进一步：生长条件的进一步恶化，继而导致菌体的死亡

31、恶化，继而导致菌体的死亡.3. 二次生长二次生长 (diauxic growth)当培养基中同时含有两种均能为微生物利用的碳源当培养基中同时含有两种均能为微生物利用的碳源( (或氮源或氮源) )时，时， 微生物首先利用其中较易利用的营养微生物首先利用其中较易利用的营养开始生长开始生长( (例如葡萄糖或例如葡萄糖或NH4NH4+ +等，进入稳定期后等，进入稳定期后, ,经过经过暂短适应才开始利用第二种营养物暂短适应才开始利用第二种营养物( (例如例如 乳糖或乳糖或NO3NO3- -等等) )再次生长，形成二次生长现象。并可绘制出二次再次生长，形成二次生长现象。并可绘制出二次生长曲线生长曲线. .

32、4.4. 连续培养连续培养分批培养（分批培养（batch culture）亦称封闭培养（封闭培养（closed culture）：是将微生物置于一定容积培养基中培养，：是将微生物置于一定容积培养基中培养，培养过培养过程中程中不再补充和更换培养基，不再补充和更换培养基，经过培养生长，经过培养生长，最后一次性收获最后一次性收获的的培养方式培养方式。连续培养（连续培养（continuous culture）：在微生物的整个培在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并 能持续能持续生长下去的一种培养方法。生长下去的一

33、种培养方法。根据生长曲线，营养物质的消耗和代谢产物的积累是导致微生物生长停止根据生长曲线，营养物质的消耗和代谢产物的积累是导致微生物生长停止的主要原因。因此在微生物培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速的主要原因。因此在微生物培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物是实现微生物连续培养的基本原则。率移出培养物是实现微生物连续培养的基本原则。控制连续培养的方法控制连续培养的方法恒浊连续培养恒浊连续培养不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定恒化连续培养恒化连续培养保持恒定的流速保持恒定的流速流入新鲜培养基流入新鲜培养基基本上说来就是在一个恒定容积

34、的流动系统中培养微生物，一方面以一定速率不基本上说来就是在一个恒定容积的流动系统中培养微生物，一方面以一定速率不断地加入新的培养基，另一方面又以相同的速率流出培养物（菌体和代谢产物）断地加入新的培养基，另一方面又以相同的速率流出培养物（菌体和代谢产物），以使培养系统中的细胞数量和营养状态保持恒定，即处于稳态。，以使培养系统中的细胞数量和营养状态保持恒定，即处于稳态。 使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率下进行生长繁殖。生长速率下进行生长繁殖。特点：特点：可通过可通过控制并维持营养成分生长限制因子的低浓度控制并维持营养成分生长限

35、制因子的低浓度，控制微，控制微生物生长速率。生物生长速率。恒化连续培养往往控制微生物在低于最高生长速率的条件下恒化连续培养往往控制微生物在低于最高生长速率的条件下生长繁殖。生长繁殖。恒化连续培养恒化连续培养恒化连续培养在研究微生物利用某种底物进行代谢的规律方面被广泛采用。因此，它是微生物营养、生长、繁殖、代谢和基因表达与调控等基础与应用基础研究的重要技术手段。用于恒化培养的装置称为恒化器（用于恒化培养的装置称为恒化器（ chemostat ）。）。保持恒定的流速保持恒定的流速流入新鲜培养基流入新鲜培养基恒浊连续培养恒浊连续培养保持细胞密度基本恒定的条件下进行培养的一种连续培养方式。保持细胞密度

36、基本恒定的条件下进行培养的一种连续培养方式。测定所培养微生物的光密度值测定所培养微生物的光密度值自动调节新鲜培养基流入和培养物流出自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速培养室的流速使培养物维持在某一恒定浊度使培养物维持在某一恒定浊度当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快，使浊度降低；当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高；恒浊培养器的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的如果所用培养基中有过量的必需营养物，就可以使菌体维持如果所用培养基中有过量的必需营养物，就可以使菌体维持最高的生长速率。最高的生长速率。连续连续培养培养器器按控制方式分按控制方式分按培养器的级数分按培

37、养器的级数分按细胞状态分按细胞状态分按用途分按用途分内控制（控制菌体密度）：内控制（控制菌体密度）：恒浊器恒浊器外控制（控制培养液流速、以控制外控制（控制培养液流速、以控制生长速率）：生长速率）：恒化器恒化器单级连续培养器单级连续培养器多级连续培养器多级连续培养器一般连续培养器一般连续培养器固定化细胞连续培养器固定化细胞连续培养器实验室科研用：连续培养器实验室科研用：连续培养器发酵生产用：连续发酵罐发酵生产用：连续发酵罐连续培养器的类型：连续培养器的类型：装置装置控制对象控制对象培养基培养基培养基培养基流速流速生长速生长速率率产物产物应用范应用范围围恒浊器恒浊器菌体密度菌体密度（内控制）（内控

38、制）无限制生无限制生长因子长因子不恒定不恒定最高最高大量菌体或与大量菌体或与菌体形成相平菌体形成相平行的产物行的产物生产为生产为主主恒化器恒化器培养基流速培养基流速（外控制）（外控制）有限制生有限制生长因子长因子恒定恒定低于最低于最高高不同生长速率不同生长速率的菌体的菌体实验室实验室为主为主表表恒浊器与恒化器的比较恒浊器与恒化器的比较连续培养的显著特连续培养的显著特点与优势：点与优势：可以根据研究者的目的，在一定程度上，人为控制典型生长曲线中的某个时期，使之缩短或延长时间，使某个时期的细胞加速或降低代谢速率，从而大大提高培养过程的人为可控性和效率。分批培养与连续培养的分类是相对的。实践中，为了

39、达到某分批培养与连续培养的分类是相对的。实践中，为了达到某种特殊目的或提高培养效率，常常采取两种方法加以综合的种特殊目的或提高培养效率，常常采取两种方法加以综合的培养方式培养方式-补料分批培养补料分批培养或或半连续培养半连续培养. .连续培养的优点连续培养的优点：生产周期短，设备利用率和生产效率高，生产周期短，设备利用率和生产效率高，简化了操作简化了操作。便于便于利用各种仪表利用各种仪表自动化控制，产品质量稳定。自动化控制，产品质量稳定。连续培养的缺点：连续培养的缺点：时间长，易受杂菌污染，难以控制。时间长，易受杂菌污染，难以控制。菌种易退化，菌种易退化，营养物利用率、产物收率营养物利用率、产

40、物收率低于低于分批培，生产成本高。分批培，生产成本高。5. 丝状微生物的群体生长规律丝状微生物的群体生长规律. . 丝状微生物群体生长的特征丝状微生物群体生长的特征在在液体培养液体培养基中震荡培养或深层通气加搅拌培养，菌丝体通过断裂繁殖基中震荡培养或深层通气加搅拌培养，菌丝体通过断裂繁殖不形成产孢结构。不形成产孢结构。这类微生物在液体培养基中虽然也可以几乎均匀分布的菌丝悬浮液的方这类微生物在液体培养基中虽然也可以几乎均匀分布的菌丝悬浮液的方式生长（丝状生长）。但大多数情况下是以分散的沉淀物方式在发酵液式生长（丝状生长）。但大多数情况下是以分散的沉淀物方式在发酵液中出现（沉淀生长），沉淀物形态从

41、松散的絮状沉淀到堆集紧密的菌丝中出现（沉淀生长），沉淀物形态从松散的絮状沉淀到堆集紧密的菌丝球不等。球不等。 图示丝状真菌的沉淀生长影响因素影响因素：接种体积的大小、接种物是否接种体积的大小、接种物是否凝集、以及菌丝体是否易于断凝集、以及菌丝体是否易于断裂等因素的综合作用决定着丝裂等因素的综合作用决定着丝状微生物是丝状生长还是沉淀状微生物是丝状生长还是沉淀生长。生长。工业发酵意义工业发酵意义：丝状微生物在液体培养中的生丝状微生物在液体培养中的生长方式在工业生产中很重要，长方式在工业生产中很重要，因为它影响发酵过程的通气性因为它影响发酵过程的通气性、生长速率、搅拌能耗及菌丝、生长速率、搅拌能耗及

42、菌丝体与发酵液的分离难易等。体与发酵液的分离难易等。丝状微生物群体生长曲线丝状微生物群体生长曲线可以用菌丝干重作为衡量生可以用菌丝干重作为衡量生长的指标，绘制生长曲线。长的指标，绘制生长曲线。丝状微生物的群体生长有着丝状微生物的群体生长有着与单细胞微生物类似的规律。与单细胞微生物类似的规律。可分为三个阶段可分为三个阶段：一般有调一般有调整期，最高生长期，衰退期，整期，最高生长期，衰退期，无对数生长期。无对数生长期。1、生长停滞期、生长停滞期：造成生长停滞造成生长停滞的原因一是孢子萌发前真正的停滞的原因一是孢子萌发前真正的停滞状态，另一种是生长已经开始，但状态，另一种是生长已经开始，但还无法测定

43、。还无法测定。2、迅速生长期：、迅速生长期：菌丝体干重迅菌丝体干重迅速增加，但生物量并速增加，但生物量并不以几何级数不以几何级数增加增加，没有对数生长期没有对数生长期。生长主要。生长主要表现在菌丝尖端的伸长和出现分支、表现在菌丝尖端的伸长和出现分支、断裂等，此时期的菌体呼吸强度达断裂等，此时期的菌体呼吸强度达到高峰，有的开始积累代谢产物。到高峰，有的开始积累代谢产物。3、衰退期：、衰退期：菌丝体菌丝体干重下降干重下降，到一定时期不再变化。大多数到一定时期不再变化。大多数次级次级代谢产物在此期合成代谢产物在此期合成，大多数细胞，大多数细胞都出现大的空泡。有些老菌丝体还都出现大的空泡。有些老菌丝体还会发生自溶菌丝体，这与菌种和培会发生自溶菌丝体，这与菌种和培养条件有关。养条件有关。同步培养（同步培养（synchronous culture）：）：能能使群体中不同步的细胞转变成使群体中