微生物的生長及影響因素第1頁，課件共55頁，創作于2023年2月一、微生物的生長個體生長：細胞體積增大，重量增加。個體生長→個體繁殖→群體生長除了特定的目的以外，在微生物的研究和應用中提到的“生長”，均指群體生長。第2頁，課件共55頁，創作于2023年2月細菌的繁殖方式Binaryfission-growthcycle第3頁，課件共55頁，創作于2023年2月二、微生物群體的生長規律把少量純種單細胞微生物接種到恒容積的液體培養基中后，在適宜的條件下，它們的群體就會有規律的生長起來。以細胞數目的對數值作縱坐標，以培養時間作橫坐標，就得到微生物的典型生長曲線。根據微生物的生長速率常數R不同，可分為：Lagphase（延滯期、調整期、適應期）Exponentialphase（指數期、對數期）Stationaryphase（穩定期、平衡期）Deathphase（衰亡期）第4頁，課件共55頁，創作于2023年2月第5頁，課件共55頁，創作于2023年2月Growthcycleofpopulations

inbatchculture第6頁，課件共55頁，創作于2023年2月1、延滯期特點生長速率常數R=0細胞形態變大或增長細胞內RNA尤其是rRNA含量增高，原生質呈堿性。合成代謝活躍，易產生誘導酶。對外界不良條件反應敏感影響因素：菌種特性接種齡接種量培養基成分第7頁，課件共55頁，創作于2023年2月（1）接種齡的影響接種齡：種子的群體生長年齡，即它處在生長曲線的哪一個階段，這是一種生理年齡。若以對數期接種齡的種子接種，則子代培養物的延滯期就短。若以延滯期或衰亡期的種子接種，則子代培養物的延滯期就長。若以穩定期的種子接種，則延滯期居中。第8頁，課件共55頁，創作于2023年2月（2）接種量的影響一般說來，接種量大，則延滯期短，因此，在發酵工業上，為縮短不利于提高發酵效率的延滯期，一般采用10%的接種量。第9頁，課件共55頁，創作于2023年2月（3）培養基成分的影響接種到營養豐富的天然培養基中的微生物，要比接種到營養單調的組分培養基中的延滯期短。在發酵生產中，常使發酵培養基的成分與種子培養基的成分盡量接近。第10頁，課件共55頁，創作于2023年2月2、對數生長期特點：R最大，增代時間（代時G）或倍增時間最短。細胞進行平衡生長，菌體內各種成分最為均勻。酶系活躍，代謝旺盛。影響因素：菌種特性營養成分營養物濃度培養溫度第11頁，課件共55頁，創作于2023年2月（1）營養成分的影響同一種細菌，在營養物豐富的培養基中生長，其代時較短，反之則長。第12頁，課件共55頁，創作于2023年2月（2）營養物濃度的影響在營養物濃度很低的情況下，營養物的濃度才會影響生長速率；隨著營養物濃度的提高，生長速率不受影響，而只影響最終的菌體產量；進一步提高營養物濃度，則生長速率和菌體產量兩者均不受影響。凡是處于較低濃度范圍內，可影響生長速率和菌體產量的營養物，稱為生長限制因子。第13頁，課件共55頁，創作于2023年2月（3）培養溫度的影響E.coli在不同溫度下的代時溫度℃代時（分）溫度℃代時（分）108603522151204017.520904520254047.5773029第14頁，課件共55頁，創作于2023年2月特征參數繁殖代數n：x2=x1·2nn=3.322(lgx2

–lgx1)生長速率常數R：單位時間內的繁殖代數R=n/(t2

–t1)=3.322(lgx2

–lgx1)/(t2

–t1)代時G：繁殖一代所需的時間G=1/R=(t2

–t1)/3.322(lgx2

–lgx1)

第15頁，課件共55頁，創作于2023年2月3、穩定期特點：R=0，菌體產量達到最高點（細胞繁殖數=死亡數）。細胞開始儲存糖原、異染顆粒和脂肪等儲藏物。以生產菌體或與菌體生長相平行的代謝產物的最佳收獲期。穩定期到來的原因：營養物尤其是生長限制因子的耗盡；營養物的比例失調；有害代謝產物累積；pH、氧化還原電勢等物化條件不適宜。第16頁，課件共55頁，創作于2023年2月第17頁，課件共55頁，創作于2023年2月4、衰亡期特點：個體死亡速度>新生速度，群體呈現負生長；細胞形態多樣；細胞產生自溶；產生或釋放抗生素；芽孢桿菌中芽孢的釋放。衰亡期到來原因：環境條件越來越不利，從而引起細胞內分解代謝大大超過合成代謝，導致菌體死亡。第18頁，課件共55頁，創作于2023年2月生長曲線的應用縮短延滯期，以縮短發酵周期取對數生長期的種子接種延長對數生長期，有利于形成大量的微生物細胞采用連續培養延長穩定期，有利于代謝產物積累根據細胞內含物判斷菌齡；根據生長期控制培養條件。第19頁，課件共55頁，創作于2023年2月三、連續培養連續培養：當微生物以單批培養的方式培養到對數期的后期時，一方面以一定速度連續流進新鮮培養基，并立即攪拌均勻；另一方面，利用溢流的方式，以同樣的流速不斷流出培養物。這樣，培養物就達到動態平衡，其中的微生物可長期保持在指數期的平衡生長狀態和穩定的生長速率上。第20頁，課件共55頁，創作于2023年2月單批培養與連續培養的關系第21頁，課件共55頁，創作于2023年2月連續培養器的類型內控制（控制菌體濃度）：恒濁器外控制（控制培養液流速，以控制生長速率）：恒化器單級連續培養器多級連續培養器一般連續培養器固定化細胞連續培養器實驗室科研用：連續培養器發酵生產用：連續發酵罐按控制方式分按培養器的級數分按細胞狀態分按用途分第22頁，課件共55頁，創作于2023年2月恒濁器與恒化器恒濁器（turbidostat）：根據培養器內微生物的生長密度，并借光電控制系統來控制培養液流速，以取得菌體密度高、生長速度恒定的微生物細胞的連續培養器。恒化器（chemostat）：一種設法使培養液流速保持不變，并使微生物始終在低于其最高生長速率條件下進行生長繁殖的一種連續培養裝置。第23頁，課件共55頁，創作于2023年2月恒化器第24頁，課件共55頁，創作于2023年2月恒濁器與恒化器的比較裝置控制對象培養基培養基流速生長速率產物應用范圍恒濁器菌體密度無限制不恒定最高速率大量菌體生產為主（內控制）生長因子或與菌體相平行的代謝產物恒化器培養基有限制恒定低于不同生長實驗室流速生長因子最高速率速率菌體為主（外控制）第25頁，課件共55頁，創作于2023年2月連續培養的優缺點優點高效自控產品質量較穩定節約了大量動力、人力、水和蒸汽缺點菌種易于退化易遭雜菌污染營養物的利用率低第26頁，課件共55頁，創作于2023年2月四、影響微生物生長的主要因素溫度氧氣pH滲透壓水活度第27頁，課件共55頁，創作于2023年2月1、溫度基本原理溫度通過影響蛋白質、核酸等生物大分子的結構與功能以及細胞膜的流動性及完整性來影響微生物的生長、繁殖和新陳代謝。過高的環境溫度會導致蛋白質或核酸的變性失活過低的環境溫度會抑制酶活力，降低細胞的新陳代謝活動。應用：高溫滅菌，低溫保藏菌種。第28頁，課件共55頁，創作于2023年2月Heatdenaturationofproteins第29頁，課件共55頁，創作于2023年2月最低生長溫度：一般為-5~-10℃，極端為-30℃嗜冷菌：＜20℃生長溫度最適生長溫度嗜溫菌：20~45℃嗜熱菌：＞45℃最高生長溫度：一般為80~95℃最適生長溫度：分裂代時最短或生長速率最高時的培養溫度。最適生長溫度≠發酵速度最高時的培養溫度≠代謝產物量最高時的溫度≠生長量最高時溫度第30頁，課件共55頁，創作于2023年2月微生物各生理過程的不同最適溫度菌名生長溫度℃發酵溫度℃累積產物溫度℃嗜熱鏈球菌374737乳酸鏈球菌3440產細胞：25~30產乳酸：30灰色鏈霉菌3728—北京棒桿菌3233~35—丙酮丁醇梭菌3733—產黃青霉302520第31頁，課件共55頁，創作于2023年2月第32頁，課件共55頁，創作于2023年2月Cardinaltemperatures第33頁，課件共55頁，創作于2023年2月Temperatureclasses第34頁，課件共55頁，創作于2023年2月2、氧氣根據微生物與氧的關系，可分為：

專性好氧菌：必需在有氧條件下生長

好氧菌兼性厭氧菌：在有氧及無氧條件下均能生長，但在有氧條件下生長得更好。微好氧菌：生長需要少量的氧，過量的氧常導致這類微生物死亡。耐氧菌：生長不需要氧，但氧對其也無毒害。厭氧菌（專性）厭氧菌：只能生長在無氧條件下，氧劇毒，即使短期接觸空氣，也會抑制其生長甚至致死。第35頁，課件共55頁，創作于2023年2月(a)專性好氧菌；(b)厭氧菌；(c)兼性厭氧菌；(d)微好氧菌；(e)耐氧菌第36頁，課件共55頁，創作于2023年2月第37頁，課件共55頁，創作于2023年2月厭氧菌的氧毒害機制O2+eO2

.2O2

.+2H+H2O2+O2

NADH2NADSOD好氧生物及耐氧菌2H2O過氧化氫酶好氧生物過氧化物酶耐氧菌H2O+?O2

第38頁，課件共55頁，創作于2023年2月3、pH值基本原理使蛋白質、核酸等生物大分子所帶電荷發生變化，從而影響其生物活性；引起細胞膜電荷變化，導致微生物細胞吸收營養物質能力改變；改變環境中營養物質的可給性及有害物質的毒性。第39頁，課件共55頁，創作于2023年2月pH：-lg[H+]，指外界環境的pH值。嗜堿微生物最適生長pH值偏于堿性（如多數放線菌）耐堿微生物微生物（如鏈霉菌）嗜酸微生物最適生長pH值偏于酸性（多數真菌）耐酸微生物（乳酸桿菌）第40頁，課件共55頁，創作于2023年2月不同微生物的生長pH范圍微生物pH值最低最適最高氧化硫硫桿菌0.52.0~3.56.0嗜酸乳桿菌4.0~4.65.8~6.66.8大豆根瘤菌4.26.8~7.011.0褐球固氮菌4.57.4~7.69.0一種亞硝化單胞菌7.07.8~8.69.4醋化醋桿菌4.0~4.55.4~6.37.0~8.0金黃色葡萄球菌4.27.0~7.59.3泥生綠菌6.06.87.0水生棲熱菌6.07.5~7.89.5黑曲霉1.55.0~6.09.0一般放線菌5.07.0~8.010.0一般酵母菌3.05.0~6.08.0第41頁，課件共55頁，創作于2023年2月幾種抗生素產生菌的生長與發酵的最適pH抗生素產生菌生長最適pH合成抗生素最適pH灰色鏈霉菌6.3~6.96.7~7.3紅霉素鏈霉菌6.6~7.06.8~7.3產黃青霉6.5~7.26.2~6.8金霉素鏈霉菌6.1~6.65.9~6.3龜裂鏈霉菌6.0~6.6 5.8~6.1灰黃青霉6.4~7.06.2~6.5第42頁，課件共55頁，創作于2023年2月pH微生物在生命活動過程中，會改變外界環境中的pH值。糖類發酵、氧化有機酸有機物脂肪水解有機酸培養基內蛋白質脫羧胺類中性成分(NH4)2SO4NH4+選擇吸收H2SO4無機鹽

NaNO3NO3-選擇吸收NaOH第43頁，課件共55頁，創作于2023年2月pH調節方法過酸時：加NaOH、Na2CO3等堿中和過堿時：加H2SO4、HCl等酸中和加適當氮源：如尿素、NaNO3、過酸時NH4OH或蛋白質等

“

治本”提高通氣量過堿時加適當碳源：糖、乳酸、甘油等降低通氣量加磷酸緩沖液（K2HPO4

—KH2PO4）

加CaCO3或NaHCO3外源調節“治標”內源調節第44頁，課件共55頁，創作于2023年2月4、滲透壓滲透壓：由于溶質濃度差而在細胞膜兩側造成的壓力差。滲透壓的大小與溶液中分子或離子的質點數有關。等重的物質，其分子或離子越小，則質點數越多，滲透壓越大。低滲溶液：外界濃度<細胞內濃度，細胞吸水膨脹。等滲溶液：外界濃度=細胞內濃度，適宜微生物生長。高滲溶液：外界濃度>細胞內濃度，細胞失水，發生質壁分離。絕大多數微生物在0.5%~3%的鹽濃度范圍內可正常生長，10%~15%的鹽濃度能抑制大部分微生物的生長。第45頁，課件共55頁，創作于2023年2月5、水活度aw水活度aw：表示在天然環境中，微生物可實際利用的自由水或游離水的含量。自由水：微生物可利用。 細胞內水分狀態結合水：微生物不能利用。

aw定量：在相同溫度和壓力下，某溶液的蒸汽壓P與純水蒸汽壓P0之比，也等于溶液的百分相對濕度。

aw=P/P0=ERH/100

純水：aw=1，無水：aw=0，∴0<aw<1

各種微生物生長繁殖的aw值范圍：0.998~0.6第46頁，課件共55頁，創作于2023年2月微生物生長的最低aw細菌一般：0.90~0.98嗜鹽菌：0.75酵母菌一般；0.87~0.91高滲酵母：0.61~0.65霉菌一般：0.80~0.87耐旱菌：0.65~0.75第47頁，課件共55頁，創作于2023年2月若干事物的aw新鮮水果：0.97~0.99鮮肉（家畜）：0.97面包：0.86蔗糖飽和液：0.76大米、面粉（含水量14%）：0.65奶粉：0.2第48頁，課件共55頁，創作于2023年2月6、化學因素對微生物的影響常用的化學消毒劑主要有重金屬及其鹽類、有機溶劑（酚、醇、醛等）、鹵族元素及其化合物、染料和表面活性劑等。重金屬離子：可與菌體蛋白質結合而使之變性或與某些酶蛋白的巰基相結合而使酶失活；重金屬鹽是蛋白質沉淀劑，還可與代謝產物發生鰲合作用而使之變為無效化合物。有機溶劑：可使蛋白質及核酸變性，也可破壞細胞膜透性使內含物外溢。碘：可與蛋白質酪氨酸殘基不可逆結合而使蛋白質失活。氯氣：與水反應產生的強氧化劑具有殺菌作用。染料：在低濃度條件下可抑制細菌生長，革蘭氏陽性菌普遍比革蘭氏陰性菌對染料更加敏感。表面活性劑：能降低溶液表面張力，改變微生物細胞膜透性，使蛋白質變性。第49頁，課件共55頁，創作于2023年2月五、微生物培養技術的發展從少量培養發展到大規模培養從淺層培養發展到厚層（固體）或深層（液體）培養從以固體培養技術為主發展到