微生物的培养及生长规律
微生物生长曲线的特点及生长规律！
微⽣物⽣长曲线的特点及⽣长规律！微⽣物⽣长曲线的特点及⽣长规律！微⽣物⽣长曲线是以微⽣物数量（活细菌个数或细菌重量）为纵坐标，培养时间为横坐标画得的曲线。
⼀般说，微⽣物（细菌）重量的变化⽐个数的变化更能在本质上反应出⽣长的过程。
曲线可分为三个阶段即⽣长率上升阶段（对数⽣长阶段）、⽣长率下降阶段及内源呼吸阶段。
今天我们主要来了解⼀下它的特点及⽣长规律。
⼀、特点典型的微⽣物⽣长曲线包括四个时期：迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期。
迟缓期特点：⽣长速率常数为零、菌体粗⼤、RNA含量增加、代谢活⼒强、对不良环境的抵抗能⼒下降。
成因：微⽣物刚刚接种到培养基之上，其代谢系统需要适应新的环境，同时要合成酶、辅酶、其他代谢中间代谢产物等，所以此时期的细胞数⽬没有增加。
对数期特点：⽣长速率最快、代谢旺盛、酶系活跃、活细菌数和总细菌数⼤致接近、细胞的化学组成形态理化性质基本⼀致。
成因:经过调整期的准备，为此时期的微⽣物⽣长提供了⾜够的物质基础，同时外界环境也是最佳状态。
稳定期特点：活细菌数保持相对稳定、总细菌数达到最⾼⽔平、细胞代谢产物积累达到最⾼峰、是⽣产的收获期、芽孢杆菌开始形成芽孢。
成因：营养的消耗使营养物⽐例失调、有害代谢产物积累、PH值EH值等理化条件不适宜。
衰亡期特点:细菌死亡速度⼤于新⽣成的速度、整个群体出现负增长、细胞开始畸形、细胞死亡出现⾃溶现象。
成因：主要是外界环境对继续⽣长越来越不利、细胞的分解代谢⼤于合成代谢、继⽽导致⼤量细菌死亡。
⼆、⽣长规律任何⽣物都有出⽣、发育、繁殖、衰⽼和死亡的过程。
微⽣物也不例外。
不过，微⽣物的⽣长规律和⼤⽣物有些不同，⼤⽣物通常是以⼀个个体为对象，⽽微⽣物的⽣长通常指细胞数⽬的增加。
如果把单细胞的微⽣物接种到体积⼀定的液体营养液中，在适宜的培养条件下进⾏培养，这些单细胞微⽣物就会不断增殖，细胞数⽬会不断增加，如果把这种增加情况画⼀个对数曲线，就呈现出⼀定的规律，叫做单细胞微⽣物的⽣长曲线。
微生物生长曲线四个阶段
微生物生长曲线四个阶段微生物生长曲线是描述微生物在培养基中以时间为变量而呈现的生长规律的一种曲线图形。
它通常被分为四个阶段，分别是潜伏期、指数期、平稳期和死亡期。
潜伏期是指在接种微生物到培养基中之后，微生物需要一段时间来适应环境并准备进行繁殖的阶段。
在这个阶段中，微生物的代谢活动较低，细胞数量变化不大。
潜伏期的长度通常受到多种因素的影响，包括微生物的种类、环境条件以及培养基的营养成分等。
指数期是微生物生长速度最快的阶段。
在这个阶段中，微生物的细胞数量呈指数增长，每个细胞分裂形成两个新的细胞，然后这两个新的细胞再分裂形成更多的细胞，以此类推。
指数期的长度取决于微生物的生长速率和培养条件。
在理想的培养条件下，指数期可以持续一段时间。
平稳期是微生物细胞数量达到最高点并保持相对稳定的阶段。
在这个阶段中，微生物的代谢活动达到平衡，细胞数量的增加和死亡达到平衡状态。
平稳期的长度也受到多种因素的影响，包括培养条件的稳定性、微生物的生长特性以及培养基的养分消耗等。
死亡期是微生物细胞数量开始逐渐减少的阶段。
在这个阶段中，细胞的死亡速度超过了新细胞的产生速度，导致微生物细胞数量逐渐减少。
死亡期的长度也取决于多种因素，包括微生物的生长特性、环境条件以及培养基中的抑制物质等。
总的来说，微生物生长曲线四个阶段是连续的，各个阶段之间没有固定的时间和界限。
在实际的微生物培养过程中，根据微生物的生长特性和培养条件的不同，微生物生长曲线的形态可能会有所变化。
了解微生物生长曲线的变化规律对于控制微生物的生长和应用具有重要的意义。
以上是对微生物生长曲线四个阶段的简要介绍。
通过深入研究和理解微生物的生长规律，我们可以更好地应用微生物在实际生产和科学研究中。
第六章 微生物生长
恒化连续培养
随着细菌的生长，限制性因子的浓
度降低，致使细菌生长速率受限，但同 时通过自动控制系统来保持限制因子的 恒定流速，不断予以补充，就能使细菌 保持恒定的生长速率。 常见的限制性营养物质有作为氮源 的氨、氨基酸；作为碳源的葡萄糖、乳 酸及生长因子，无机盐等。
三、同步培养
微生物细胞极其微小，但它也有一个自小到大 的过程，即个体生长。要研究微生物的个体生 长，在技术上是极为困难的。 目前主要使用的方法是： 同步培养技术分析细胞各阶段的生物化学特性 变化。 电子显微镜观察细胞的超薄切片。
死亡原因？ 营养短缺；代谢毒物增 多；pH、Eh改变；溶氧 不足。
t
时间
稳定期与生产实践
指导思想：延长稳定期。 措施： 1.调节pH； 2.注意降温、通风； 3.中和排除有毒代谢产物； 4.稳定期是生产收获时期，注意把握好收获时机。
（4）衰亡期（老年）
死亡率＞出生率 ？ 细胞畸形 细胞死亡,出现自溶 有的微生物细胞产生或释放出一些产物。 如氨基酸、转化酶、抗生素等。现象。
单细胞微生物典型生长曲线
生 长 速 + 率 0 指 数 期
延滞期 指数期 稳定期 衰亡期
_
菌 数 目 的 对 数 值
延 滞 期
总菌数
稳定期
衰 亡 期
活菌数
0 时间t
微生物的数量很大，都是10的n次方，取对数作图时 方便，0-10代表1～1010
（1）延滞期－“万事开头难”
特征： 代谢活跃，个体体积、重量增加，
（2）指数期（青年）
快，平均代时（繁殖一代的时间）最短， 生长速率常数最大。 细胞的化学组成、形态、生理特性比较一致。
微生物的生长规律
Lactobacillus acidophilus
Milk
Rhizobium japonicum
Mannitol-salts-yeast extract
Mycobacterium tuberculosis
Synthetic
Treponema pallidum
Rabbit testes
Generation Time (minutes)
第二节 微生物的生长规律
一、微生物的个体生长和同步生长
由于微生物细胞极其微小，研究其个体生长存在着技 术上的困难。 •同步生长的概念：一个细胞群体中各个细胞都在同一 时间进行分裂的状态，称为同步生长（synchronous growth） ，进行同步分裂的细胞称为同步细胞。 •同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一相， 彼此间形态、生化特征都很一致，因而是细胞学、生 理学和生物化学等研究的良好材料
S. lactis
Salmonella typhi（伤寒沙门氏菌）
Azotobacter chroococcum（褐球固氮菌）
Mycobacterium tuberculosis（结核分枝杆 菌）
Nitrobacter agilis（活跃硝化杆菌）
培养基 肉汤 牛奶 肉汤或牛奶 组合 肉汤 肉汤 牛奶 牛奶 乳糖肉汤 肉汤 葡萄糖 组合
2.无分支单细胞微生物的群体生长 曲线
☆以细菌为例介绍无分支单细胞微生物群体生长规律， 其结论也基本适用于酵母菌。
☆生长曲线代表了细菌在新的环境中从开始生长、分裂 直至死亡的整个动态变化过程。
☆每种细菌都有各自的典型生长曲线，但它们的生长过 程却有着共同的规律性。一般可以将生长曲线划分为四 个时期。
★影响延迟期长短的因 素
微生物的生长规律
（3）微生物的生长对环境pH值的影响
微生物在生长过程中，由于代谢作用，会产生酸性或 碱性的代谢物，从而改变培养基或周围环境的pH值。为了 避免pH值大幅度改变，而影响微生物生命活动的正常进行， 通常采用添加缓冲剂或加入不溶解的碳酸盐的方法。在中 性培养基内常加入磷酸盐缓冲剂；当培养物中产生大量酸 时，可在配制培养基时加入不溶性的碳酸盐。
三、连续培养
第二节 细菌的群体生长繁殖
二）恒化连续培养
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。
三、连续培养
第二节 细菌的群体生长繁殖
通过控制流速可以得到生长速率不同但密度基本恒定的培养物 多用于科研 遗传学：突变株分离；
生理学：不同条件下的代谢变化； 生态学：模拟自然营养条件建立实验模型；
为什么氧气存在能够抑制甚至杀死厌氧菌？
氧气进入菌体后，能接受电子而产生不同还原性的氧 离子，如过氧离子、过氧化物自由基。
过氧化物自由基和过氧离子都是很强的氧化剂，对微 生物有毒，能氧化微生物过程中所必需的酶。好氧菌、兼 性需氧菌以及微量需氧菌体内含有过氧化物歧化酶（SOD) 和过氧化氢酶。这两种酶能将过氧化物自由基和过氧离子 还原成没有毒性的水分子，所以它们不会被氧气所杀死。 耐氧菌虽没有过氧化氢酶，但有过氧化物酶，能合成SOD， 而不会被氧毒害。
1、延滞期（或称延迟期、滞留适应期） 指少量微生物接种到新培养基中，在开始培养
的一段时间内细胞数目不增加的时期。 （1）原因：合成新的代谢酶类，适应新环境。 （2）影响延迟期长短的因素：
菌种、接种龄、接种量、培养基成分。
（3）特点： ① 群体生长速度近于零； ② 细胞重量增加，体积增大，但不分裂繁殖； ③ 细胞内的RNA特别是rRNA含量增高，原生质
微生物生长曲线
典型的微生物生长曲线包括四个时期：调整期、对数期、稳定期、衰亡期。
1、调整期特点：生长速率常熟为零、菌体粗大、RNA含量增加、代谢活力强、对不良环境的抵抗能力下降。
成因：微生物刚刚接种到培养基之上，其代谢系统需要适应新的环境，同时要合成酶、辅酶、其他代谢中间代谢产物等，所以此时期的细胞数目没有增加。
2、对数期特点：生长速率最快、代谢旺盛、酶系活跃、活细菌数和总细菌数大致接近、细胞的化学组成形态理化性质基本一致。
成因:经过调整期的准备，为此时期的微生物生长提供了足够的物质基础，同时外界环境也是最佳状态。
3、稳定期特点：活细菌数保持相对稳定、总细菌数达到最高水平、细胞代谢产物积累达到最高峰、是生产的收获期、芽孢杆菌开始形成芽孢。
成因：营养的消耗使营养物比例失调、有害代谢产物积累、PH值EH值等理化条件不适宜。
4、衰亡期特点:细菌死亡速度大于新生成的速度、整个群体出现负增长、细胞开始畸形、细胞死亡出现自溶现象。
成因：主要是外界环境对继续生长越来越不利、细胞的分解代谢大于合成代谢、继而导致大量细菌死亡。
根据微生物的生长曲线可以明确微生物的生长规律，对生产实践具有重大的指导意义。
故根据对数期的生长规律可以得到培养菌种时缩短工期的方法:接种对数期的菌种,采用最适菌龄，加大接种量，用与培养菌种相同组成的培养基。
有如，根据稳定期的生长规律，可知稳定期是产物的最佳收获期，也是最佳测定期，通过对稳定期到来原因的研究还促进了连续培养原理的提出和工艺技术的创建。
微生物生长曲线的测定OD-Monitor振荡比浊法---一种在线实时自动非接触测定细菌生长曲线的新方法细菌生长曲线根据不同的要求有多种测定方法，测定微生物的数量有多种不同的方法，可根据要求和实验室条件选用。
比浊法测定原理由于细菌悬液的浓度与光密度（OD值）成正比，因此可利用分光光度计测定菌悬液的光密度来推知菌液的浓度，并将所测的OD值与其对应的培养时间作图，即可绘出该菌在一定条件下的生长曲线，此法快捷、简便。
微生物生长规律
④ 培养温度，在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。
（三）稳定期（ stationary phase）
稳定期
又称恒定期或最高生长期。其特点是生长速率常数R
等于0，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生 长与负生长相等的动态平衡之中。
这时的菌体产量达到了最高点，而且菌体产量与营 养物质的消耗间呈现出一定的比例关系，这一关系就是
以培养时间为横座标
作图
以菌数为纵座标
得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线！
延滞期
指数期
稳定期
衰亡期
根据微生物的生长速率常数（growthrateconstant），即
每小时的分裂次数（R）的不同，一般可把典型生长曲线粗分为
延滞期、指数期、稳定期和衰亡期等4个时期 。
稳定期
延滞期
指数期
长
期 以稳定期为主的代谢产物物尤其是生长限制因子的耗尽； ② 营养物的比例失调，例如C／N比值不合适等； ③ 酸、醇、毒素或H2O2等有害代谢产物的累积； ④ pH、氧化还原势等理化条件越来越不适宜等。
对生产实践的指导意义
以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物（SCP、 乳酸等）为目的的某些发酵生产来说，稳定期是产物的
菌体培养密度
提
产物的比生产率
（单位体积单位时间内产物的产量）
重
高
“下游工程”（down-stream processing
要
）中分离、提取的效率
的
实
培养容器的体积
践
减 培养基的消耗
价
少 生产周期
值
设备投入
生产成本
高密度培养的具体方法：
（1）选取最佳培养基成分和各成分含量。 （2）补料，这是工程菌高密度培养的重要手段之一。 （3）提高溶解氧的浓度，提高好氧菌和兼性厌氧
11-2微生物的生长规律和生长
§11-3微生物的生长规律和生长环境 11• 二、微生物的生长环境 • 2.微生物的生长环境 微生物的生长环境 • 影响微生物生长的环境因素 • ①微生物的营养 • ②温度 • ③pH • ④溶解氧 • ⑤有毒物质
§11-3 微生物的生长规律和生长环境
• 二、微生物的生长环境 • 2.微生物的生长环境 微生物的生长环境 • ①微生物的营养 • 碳源：含碳量低的废水应另加碳源 如生活污水、米泔 碳源：含碳量低的废水应另加碳源(如生活污水 如生活污水、 淀料浆料等)以满足微生物需要 以满足微生物需要(活性污泥和生物膜 水、淀料浆料等 以满足微生物需要 活性污泥和生物膜 中的微生物主要是细菌，需要碳源量较大， 中的微生物主要是细菌，需要碳源量较大，BOD5不低 左右)。 于100mg/L左右 。 左右 • 缺少碳源会出现污泥松散，絮凝性不足现象。。 缺少碳源会出现污泥松散，絮凝性不足现象 现象。 污泥松散
§11-3 微生物的生长规律和生长环境
• 二、微生物的生长环境 • 2.微生物的生长环境 微生物的生长环境 • ③pH • 细菌、放线菌、藻类和原生动物pH范围在 ～10, 细菌、放线菌、藻类和原生动物 范围在4～ 范围在 氧化硫杆菌，最适 为 ，也可在pH＝ 环境 氧化硫杆菌，最适pH为3，也可在 ＝1.5环境 中生活。 中生活。酵母菌和霉菌在酸性或偏酸性环环境中 生活，最适 生活，最适pH3.0～6.0，适应范围为 ～10。 ～ ，适应范围为1.5～ 。
§11-3 微生物的生长规律和生长环境
• 二、微生物的生长环境 • 2.微生物的生长环境 微生物的生长环境 • ③pH • 废水生物处理中应保持微生物的最适pH。活性 废水生物处理中应保持微生物的最适 。 污泥法曝气池pH值一般为 ～ ， 污泥法曝气池 值一般为6.5～8.5，活性污泥中 值一般为 主体菌胶团细菌在此pH值下会产生较多粘性物 主体菌胶团细菌在此 值下会产生较多粘性物 质，形成结构较好的絮状物。 形成结构较好的絮状物。
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将一定量的细菌接种到适宜的液体培养基中培养， 定时取样测定细胞数量，以培养时间为横座标，以 菌数的对数为纵座标作图，得到的一条定量反映细 菌在液体培养基上生长规律的曲线。
根据细菌生长繁殖速率的不同，可将生长曲 线大致分为延滞期、对数期、稳定期和衰亡期。
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典典型型的生的长生曲长线曲（线Gr（owGthrcouwrtvhe）curve）
11
‹#›
②.对数期（logarithmic phase）
又称：指数期
特点： 细胞数目以几何级数增加
（对数与时间呈直线关系）
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、生理特征等比较一致 代谢最旺盛 细胞对理化因素较敏感
应用：
①此时期的菌种比较健壮，生产上用作接种的最佳种子；
◆菌种 ： 繁殖速度快的，延迟期较短； ◆菌龄 ： 对数生长期的菌种，延迟期较短，甚至检 查不到延迟期； ◆接种量：接种量增大，缩短甚至消除延迟期； （发酵工业上一般采用1/10的接种量）； ◆培养基成分： 营养成分丰富的天然培养基上，延 滞期短；◇培养基成分变化大时，延滞期加长。 发酵工业上尽量使发酵培养基的成分与种子培养基接 近。
延对 滞数 期期
稳定期
衰亡期
根据细菌生长繁殖速率的不同，可将生长曲线大致分为延滞期、对
数期、稳定期和衰亡期。
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①.延滞期（lag phase）
又叫适应期、缓慢期或调整期，是指把少量微生物接种到新培养 液刚开始的一段时间，细胞数目不增加，后期曲线略有上升。
2.特点：分裂迟缓，代谢活跃
➢生长速率：常数为 0
一、获得纯培养的方法
纯培养(pure culture)——微生物学中把从一
个细胞或一群相同的细胞经过培养繁殖而得到的后 代,称纯培养.
1
①液体稀释法
首先将待分离的样品进行连续稀释,目的是得到高度稀 释的效果,使一支试管中分配不到一个微生物.如果经过 稀释后的大多数试管中没有微生物生长,那么有微生物 生长的试管得到的培养物可能就是由一个微生物个体繁 殖而来的纯培养物.
产生原因： 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; 有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等） 物化条件（pH、氧化还原势等）不合适;
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菌体量达到一定产量。
应用意义： 1）发酵生产形成的重要时期（抗生素、氨基酸等），生产上 应尽量延长此期，提高产量，措施如下： • 补充营养物质（补料） • 调pH • 调整温度
➢细胞形态：变大或增长
➢细胞内物质：RNA特别是rRNA含量增高，原生质嗜碱性强
➢合成代谢：活跃（核糖体、酶类、ATP合成加快），易产生 诱导酶
➢对外界不良条件反应：敏感（如氯化钠浓度、温度、抗生素 等化学药物）
3.原因：调整代谢，适应新的环境条件，如合成新的酶，积累必
要的中间产物
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★影响延迟期长短的因素：
这种方法适合于细胞较大的微生物.
2
②平板划线分离法（Streak Plate）
特点：快速、方便。 分区划线（适用于浓度较大的样品） 连续划线（适用于浓度较小的样品）
3
④平板涂布分离法（Spread Plate）
简单易行，但易造成机械损伤
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第二节 微生物的生长规律
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一、微生物的个体生长和同步生长
同步生长：同步生长即是微生物群体中各个细胞处于同一发
育阶段，群体和个体行为一致，所有的细胞都能同时分裂。
同步细胞:进行同步分裂的细胞称为同步细胞。
同步细胞是细胞学、生理学和生物化学等研究的良好材料。 获得同步生长的方法 ： 调整生理条件诱导：控制环境条件如温度、光线和 添加新鲜培养基 机械法（又称选择法）：利用物理方法从不同步的细菌群体中选 择，主要有过滤分离法和梯度离心法
②发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度
③食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期
④是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等的良好13材
影响因素：
（1）菌种：不同菌种的代时差别大
E.coli 17 分，结核杆菌 792—932分
（2）营养成分：丰富时，生长快 （3）营养物浓度：影响生长速度及生长量。
2）稳定期初期是收获菌体或与菌体生长相平行 的代谢产物的最佳时期，如SCP、乳酸。
• 稳定期是积累代谢产物时期
17ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
④. 衰亡期（decline phase）
特点：①细胞死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞数， 群体中的活菌数目急剧下降，出现“负生长”。 ②细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、畸形或衰退形，芽 孢开始释放。 ③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。
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，称为生长限制因子。
（4）培养温度
如：大肠杆菌 10℃ 代时860分， 15℃ 代时120 分， 40℃ 代时17.5分
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单细胞微生物主要包括细菌和酵母菌，其群体生长是以群 体中细胞数量的增加来表示的
☆ 由一个细胞分裂成为两个细胞的时间间隔称为世代，一 个世代所需的时间就是代时（Ｇeneration time, G ）， 代时也就是群体细胞数目扩大一倍所需 时间，有时也 称为倍增时间。
☆右图表示的是一个细胞经过若干代分裂 后的情况。右图可见，每经过一个代时， 细胞数目就增加一倍，呈指数增加，因而 被称为指数生长，这就是单细胞群体生长 的特征。
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③. 稳定期（stationary phase）
又称：恒定期或最高生长期 1、特点： ➢ 生长速率常数R=0，即新繁殖的细胞数与衰亡相 等，这时菌体产量达到了最高点 ➢ 细胞开始贮存各种储藏物：异染颗粒等 ➢ 芽孢开始形成， ➢ 次级代谢产物开始合成。
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二.单细胞微生物的群体生长曲线
生长曲线的制作
生长曲线的制作：
接种
适温培养 定时取样测 定生长量
将少量单细胞的纯培养，接种到一新鲜液体培养基中， 在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，测菌细胞数 目。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为 纵坐标，绘制所得的曲线。
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二.单细胞微生物的群体生长曲线
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：生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大 大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡