微生物群体生长和生长曲线

作物生产技术专业/教学资源库微生物的群体生长及生长曲线II微生物的群体生长一、单细胞微生物的典型生长曲线将少量纯种非丝状单细胞微生物接种到恒容积的新鲜液体培养基中，在适宜的温度、通气等条件下培养，定时取样测定单位体积里的细胞数，以单位体积里细胞数的对数作纵坐标，以培养时间为横坐标，画出的曲线，就是非丝状的单细胞微生物的典型生长曲线。典型生长曲线根据微生物的生长速率常数R（即每小时的分裂次数）的不同，一般可分为迟缓期（延滞期）、指数期、稳定期和衰亡期等四个时期。1.延滞期（Lagphase），也称迟缓期、延迟期、适应期。将少量菌种接入新鲜培养基后,在开始一段时间内菌数不立即增加,或增加很少，生长速度接近于零。此时细胞特点可概括为：分裂迟缓、代谢活跃。该期的具体特点为：①生长速率常数为零；②细胞形态变大或增长，尤其是长轴最为明显，许多杆菌可长成丝状；③细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性；④合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加速，容易产生各种诱导酶；⑤对外界条件如NaCl溶液浓度、温度和抗生素等理化因素反应敏感。迟滞期出现的原因：微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏分解和催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢产物等。为产生诱导酶或合成中间代谢产物，就需要一段适应期。调整代谢迟滞期的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，短的只需要几分钟，长的需数小时。缩短迟滞期的常用手段：(1)通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；(2)利用对数期的细胞作为种子；(3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；(4)适当扩大接种量。2.指数期（Exponentialphase），又称对数期（Logphase)指紧接迟滞期之后，细胞以几何级数增长的一段时期。三个重要参数的计算：繁殖代数(n)、生长速率常数(R)、代时(G)

指数期的特点：①生长速率常数R最大且为常数，细胞每分裂一次所需的时间（称为代时，或世代时间，或增代时间，或倍增时间，用G表示）最短且稳定；②细胞进行平衡生长，菌体各部分的成分十分均匀；③酶系活跃，代谢旺盛。

t1

–t01G=——————=—————

nR注意：只有处于指数期，才符合以上计算公式纳米细菌(nanobacteria)，三天才分裂一次；九十年代初期从地下数公里发现的超微型细菌，用代谢产生的CO2作指标，计算出这些超微菌的代谢速率仅为地上正常细菌的10-15，有人认为它们需要100年才能分裂一次。

影响代时的因素：1）菌种：不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同；2）营养成分：在营养丰富的培养基中生长代时短；3）营养物浓度：在一定范围内，生长速率与营养物浓度呈正比；凡是处于较低浓度范围内，可影响生长速率的营养物成分，就称为生长限制因子。4）温度：在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。指数期细胞的应用：适宜作“种子”；研究基础代谢的材料；噬菌体增殖的最好阶段；革兰氏染色；诱变育种；3.稳定期（Stationaryphase）指数期之后，培养液中活细菌数最高并维持稳定的阶段(可能由于细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数，或者细胞仅停止分裂而保持代谢活性)。稳定期特点：①生长速率常数R降低至0；②代时G延长；③细胞重要的分化阶段；细胞开始衰老，原生质分布不均匀，出现液泡；开始积累糖原等内含物；产芽孢的菌开始形成芽孢；次生代谢产物（抗生素等）开始大量合成④菌体的最大收获期①稳定期如果及时采取措施，补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件（调整pH、温度、通气），可以获得更多的菌体物质或代谢产物。②对以收获菌体或与菌体生长相平行的代谢产物（SCP、乳酸等）为目的的发酵生产来说，稳定期是产物的最佳收获期。③通过对稳定期到来原因的研究，促使了连续培养原理的提出和工艺、技术的创建。微生物在稳定期的生长规律对于生产实践的指导意义：4.衰亡期（Decline或Deathphase）营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长。衰亡期特点：①生长速率常数R小于0；②细胞形态发生多形化

出现畸形或细胞大小悬殊；有些微生物因蛋白酶活力的增强而发生自溶，有些微生物产生或释放出一些代谢产物如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等；芽孢杆菌往往在此期释放芽孢。

该时期死亡的细菌以对数方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低，仍有部分活菌存在。衰亡期在实际工作中多采用分光光度计测定OD值的方法绘制细菌的生长曲线，但该法绘制的生长曲线不能反映衰亡期。二.丝状真菌的生长曲线丝状真菌是以菌丝干重（mg）作为衡量生长状况