微生物的生长
微生物的生长及其控制
☆每种单细胞微生物都有各自经典生长曲线, 但它们 生长过程却有着共同规律性。普通能够将生长曲线划 分为四个时期。
微生物的生长及其控制
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延对 滞数 期期
稳定时
衰亡期
经典生长曲线 （Growth curve）
时期划分: 按照生长速率常数R（growth race constant）不一样
E.aerogenes
组合
37 29~44
B. Cereus（蜡状芽孢杆菌）
肉汤
30 18
B.thermophilus（嗜热芽孢杆菌）
肉汤
55 18.3
Lactobacillus acidophilus（嗜酸乳杆菌） 牛奶
37 66~87
Streptococcus lactis（乳酸链球菌）
牛奶
37 26
微生物的生长及其控制
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2.指数期中三个主要参数
❖ 繁殖代数（n）
❖ 指数生长方式： 1、 2、4.8… …2n
❖ 设接种时细胞数为x1, 时间为t1, 到时间t2后， 繁殖n代，细胞数为x2，它们之间相互关系为：
❖
x2 = x1·2n
❖ 以对数表示：㏒ x2 = ㏒ x1 + n㏒2
❖ ∴ n =㏒ x2 - ㏒ x1 = 3.322(㏒ x2 - ㏒ x1 )
群体生长——群体中个体数目标增加。能够用重量、 体积、密度或浓度来衡量。（因为微生物个体极 小, 所以惯用群体生长来反应个体生长情况）
个体生长 个体繁殖 群体生长
群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖
微生物的生长及其控制
微生物的生长
在衰亡期内，微生物的生长速率为负 ，因为细胞死亡的速度超过了新细胞 生成的速度。
03
微生物生长的影响因 素
温度
温度对微生物生长有显著影响 ，不同微生物有其最适生长温 度范围。
低温会抑制微生物生长，甚至 导致微生物进入休眠状态；高 温则可能使微生物死亡。
微生物对温度的适应性与其细 胞膜流动性、酶活性及蛋白质 合成等生理活动密切相关。
机器学习在微生物生长预测中的应用
利用机器学习算法对大量微生物生长数据进行挖掘和分析，构建微生物生长预测模型，提 高预测精度和效率。
组学技术在微生物生长模型中的应用
利用基因组学、转录组学、蛋白质组学等组学技术，揭示微生物生长的分子机制和网络调 控，为构建更精确的微生物生长模型提供数据支撑。
微生物生长在未来领域的应用展望
生理指标法
原理
优点
通过测定微生物生长过程中产生的某些生 理指标（如呼吸强度、酶活性、代谢产物 等）来推算微生物数量或生长情况。
可反映微生物的生理状态和活性，适用于 不可培养或难以计数的微生物。
缺点
应用范围
需要特定的仪器设备和试剂，操作较为繁 琐。
适用于细菌、病毒、原生动物等多种微生物 的生长监测和活性评估。
应用范围
适用于细菌、霉菌等可培养微 生物的计数。
比浊法
原理
利用微生物细胞悬液与特定波长的光 线作用，通过测量透射光或散射光的 强度来推算微生物数量。
优点
快速、简便，可连续监测微生物生长 过程。
缺点
受光路系统、细胞形态、颗粒大小等 多种因素影响，结果可能不够准确。
应用范围
适用于细菌、酵母菌等微生物的快速 计数和生长监测。
微生物的生长
目录
第六章微生物生长
微生物的生长与环境条件
目的要求： 1、微生物生长量的测定方式。 2、细菌纯培养生长曲线各个时期的主要特点。 3、物理因子，化学药物对微生物生长的影响。 重 点：
细菌纯培养生长曲线。 难 点：
如何利用细菌纯培养生长曲线的对数生长期来 计算细菌的代时和代数。
第一节 微生物的个体与群体生长和繁殖
利用选择培养基法
适用于分离某些生理类型较特殊 的微生物
三. 微生物生长的测定方法
评价培养条件、营养物质
微
等对微生物生长的影响；
生
物
评价不同的抗菌物质对微生物
生
产生抑制(或杀死)作用的效果；
长
客观地反映微生物生长的规律。
（一） 细胞数量的测定
1. 细胞总数的测定
(1) 显微镜直接计数法： 计数板法（如：血球计数板法、细胞计数板） 改进：用染色剂可区别死活细胞，如酵母用美蓝， 细菌用吖叮橙（紫外光）
3. 连续培养优缺点
1) 优点：
高效：简化了操作; 自控：便于各种仪表进行自动控制; 产品质量稳定; 节约大量动力、人力、水和蒸汽。
3. 连续培养优缺点
2) 缺点：
菌种易于退化； 易于遭到杂菌污染； 营养物利用率低于单批培养。 连续发酵，一般只能维持数月~ 1年。
二第. 获一得节 纯测培定养生的长繁方殖法的方法
在中等浓度下，增加养料浓度只提高最大收获量。
在高等浓度下，增加养料浓度不能对菌体生长速度和 最大收获量起促进作用。
（二）二次生长
当培养液中同时存在两种均能被微生物所利用的主 要营养物质时，微生物将首先利用其中较易利用的营 养物质开始生长。当较易利用的营养物质被消耗完， 进入稳定期后，微生物经过短暂的适应，开始利用第 二种营养物质，再次开始新的对数生长，并进入新的 稳定期，表现为二阶式的双峰生长曲线，称为二次生 长曲线（diauxic growth curve）.
微生物的生长及影响因素
微生物的生长及影响因素
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1.温度
基础原理 温度经过影响蛋白质、核酸等生物大分子结构与功效以及细
胞膜流动性及完整性来影响微生物生长、繁殖和新陈代谢。 过高环境温度会造成蛋白质或核酸变性失活 过低环境温度会抑制酶活力，降低细胞新陈代谢活动。 应用: 高温灭菌，低温保藏菌种。
微生物的生长及影响因素
微生物的生长及影响因素
微生物的生长及影响因素
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一、微生物生长
个体生长: 细胞体积增大，重量增加。 个体生长→个体繁殖→群体生长 除了特定目标以外，在微生物研究和应用中提到“生长”，
均指群体生长。
微生物的生长及影响因素
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细菌繁殖方式
Binary fission-growth cycle
微生物的生长及影响因素
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单批培养与连续培养关系
微生物的生长及影响因素
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连续培养器类型
按控制方式分
内控制（控制菌体浓度）: 恒浊器 外控制（控制培养液续培养器 按培养器级数分
多级连续培养器
普通连续培养器 按细胞状态分
固定化细胞连续培养器
试验室科研用: 连续培养器 按用途分 发酵生产用: 连续发酵罐
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（3）培养温度影响
温度℃ 10 15 20 25 30
E.coli在不一样温度下代时
代时（分）
温度℃
860
35
120
40
90
45
40
47.5
29
代时（分） 22 17.5 20 77
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特征参数
繁殖代数 n: x2=x1·2n
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。
第二章微生物的生长
❖ 菌丝长度受遗传控制并与生长环境有关。
❖ 越靠近菌团中心，养分浓度越低。 ❖ 菌团大而紧会因内部缺氧和养分而自溶。 ❖ 菌团内部代谢产物的积累会使菌的生长处于不利
的环境中。
4．细胞群体的生长
❖ 代时(Generation time) ❖ 在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间
❖ 倍增时间（Doubling time) ❖ 在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间
❖ 倍增时间：这一术语通常是指测量的时间，而不是平均世代 时间。
5．细菌群体的生长周期
❖ 一条典型的生长曲线至少可以分为四个生长 时期：
❖ 迟缓期，对数期，稳定期和衰亡期等
迟缓期出现的原因：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。
产黄青霉
6.5-7.2
6.2-6.8
金霉素链霉菌
6.1-6.6
5.9-6.3
龟裂链霉菌
6.0-6.6
5.8-6.1
灰黄青霉
6.4-7.0
6.2-6.5
第四节 微生物的生长调节
❖ 菌丝顶端生长
菌丝顶端生长机制 泡囊在菌丝顶端聚集 菌丝生长过程
❖ 菌丝分枝规律
分枝的形成 菌丝生长单位
❖ 微生物生长分化的调节
在微生物学中提到的“生长”，一般均指群体生长，这一点与 研究大生物时有所不同。
个体生长 → 个体繁殖 → 群体生长 群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖
第一节 微生物的生长
1．细菌的生长
❖ 细菌是通过一分为二的裂殖过程繁殖的。 ❖ 细胞的分裂,是由细胞壁的向内生长启动的，最终形
第4章微生物生长
稀释平板计数法—固体培养法
第一步：菌样巧妙稀释
1mL 混合
1mL
混合
无菌水
1 9mL 10mL ： 10-1 10-1 ：
菌样被 无菌水 不同稀 释倍率 -2 10 后平板 培养图 得到不同 稀释度 （10-x） 菌液
10-2
10-3
10-4
10-5
第二步：接种平板
10-2 10
-3
10-4
10 -5
2、对数期（指数期）log phase 细菌生长速度达到最大，数量以几何级数增加。 特点： （1）细菌迅速分裂，菌数按几何级数增加；
（2）世代时间最短，而且恒定； （3）生长速度最高而且恒定； （4）代谢活力强无死亡； （5）菌体整齐，体积恢复到原来大小； （6）对环境敏感，生理性状及菌体成分较一致
度提高1倍；
（2）营养；营养越丰富，代时越短
（3）氧气。好氧菌若能供给充足的氧，可能使对数 期延长。
对数期的实践意义 ① 是代谢、生理研究的良好材料
② 是增殖噬菌体的最适宿主菌龄
③ 是发酵生产中用作“种子”的最佳种龄 ④ G+染色鉴定时采用此期微生物
3、稳定期（stationary phase） 由于营养消耗，供应不足及代谢产物的积累，这 时一部分菌死亡，细菌进入稳定期。
（6）对环境变化敏感
影响因素： （1）接种量。接种 量大，停滞期可缩短 （2）菌龄。菌种年 轻，对数生长期接种 ，停滞期可能很短甚 至不明显 （3）营养。如果种子培养基与新接种的培养基成分 相同，则对菌生长有利。从丰富培养基转入贫营养 基，停滞时间拉长，反之减少； （4）菌种特性。大肠杆菌停滞期长，分枝杆菌长
膜过滤培养法
当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样 品通过膜过滤器，然后将将膜转到相应的培养基上进行培养，对形 成的菌落进行统计。
微生物的生长及影响因素
疫苗制备
一些病毒或细菌疫苗也是 通过微生物发酵等方法制 备的，如流感疫苗、乙肝 疫苗等。
在污水处理中的应用
生物降解
微生物能够降解污水中的有机物， 将其转化为无害或低毒性的物质，
达到净化水质的目的。
脱氮除磷
微生物在污水处理中通过硝化和反 硝化作用去除氮元素，通过生物吸 附和化学沉淀作用去除磷元素，提 高水质。
微生物可以产生多种酶，用于食品加工中的催化反应，如 淀粉酶、蛋白酶等，提高食品加工效率和产品质量。
在生物制药中的应用
01
02
03
抗生素生产
微生物是抗生素的主要生 产来源，通过发酵等方法 生产抗生素，用于治疗各 种疾病。
生物药物合成
利用微生物合成生物药物， 如某些激素、细胞因子等， 具有高效、低成本的优点。
在酸性或碱性条件下，微生物的生长 会受到抑制。因此，在培养基或发酵 过程中，需要调节pH值以适应不同微 生物的生长需求。
营养物质的添加
微生物的生长需要充足的营养物质， 如碳源、氮源、磷源、维生素等。不 同种类的微生物对营养物质的需求不 同。
在培养基中添加适量的营养物质，可 以促进微生物的生长。在工业生产中， 根据微生物的需求，选择合适的营养 物质和配比，可以提高发酵效率。
增长来表示。
生长速率受多种因素影响，如 培养基的营养成分、温度、pH
值等。
在适宜条件下，生长速率最高 值出现在对数生长期。
生长速率对于工业发酵和实验 室研究具有重要意义，可以根 据需要控制发酵过程。
生长曲线
01
生长曲线是描述微生物在不同培养条件下生长特性的曲线，以培养时 间为横坐标，以菌落数或细胞数为纵坐标绘制。
02
根据生长曲线可以了解微生物的生长规律，并推算出各个生长阶段的 特征参数。
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《食品微生物学授课》教案课程名称：食品微生物学
授课教师：田锐军
授课班级： 2012春秋农产品加工
院系：农林畜牧系
第二章微生物的培养
【课题】第三节微生物的生长
【教学目标】
1.了解微生物的生长规律。
2.学习影响微生物生长的因素。
3.掌握对微生物生长的控制。
【课型】学习课
【课时】2节课时
【教学重点】
1．微生物的生长规律。
2. 影响微生物生长的因素及微生物培养的控制。
【教学难点】
微生物的生长规律、影响因素。
【教学方法】传统讲授法、提问探讨法
【教学过程】
一．上节课知识点复习
1.培养基的概念
培养基（Medium）是供微生物、植物和动物组织生长和维持用的人工配制的养料，一般都含有碳水化合物、含氮物质、无机盐（包括微量元素）以及生长素和水等。
有的培养基还含有抗菌素、色素、激素和血清
2. 配置原则
①目的明确
②营养协调
③理化适宜
④经济节约
3．培养基的类型
天然培养基
（1）按营养物质的来源合成培养基
半合成培养基
基础培养基
选择培养基
（2）按用途划分
鉴别培养基
活体培养基
液体培养基
（3）按物理状态划分固体培养基
半固体培养基
二．微生物的生长
（一）生长规律
（教师启发、指引学生来总结）
用生长曲线来表示
（1）生长曲线
在适宜的条件下，定时取样测定其生长，以细胞数目的对数作纵坐标，以培养时间作横坐标，绘制的曲线，即为生长曲线。
①．迟缓期微生物群体接种到培养基以后，由于环境条件的改变而暂时无法进行细胞分裂，使细胞的生长速率为零，细胞数目不增加甚至减少的一段时期。
其生长速率几乎为零
迟缓期的特点遗传活性较差，易变异
合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和ATP合成加速
②．对数期单细胞微生物适应环境以后，以最大的速率生长、分裂，使微生物数量呈对数增长的一段时期。
分裂速度最快
特点代谢活动最旺盛
繁殖一代所花的时间最短
③．稳定期生长速率逐渐下降，死亡率大大增加，新生的细胞数与死忙数趋于平衡。
特点：活菌数与代谢产物达到最大，是收获代谢产物的最佳时期。
④．衰亡期随着营养物质的耗尽及有害代谢物质的积累，环境已越来越不适应微生物的生长，死亡率大于生长率的时期。
（二）．影响微生物生长的因素
影响微生物生长的环境因素很多，依据各因素的性质可分为物理因素、化学因素、生物因素三大类。
1.物理因素
影响微生物生长的物理因素主要有温度、水分、氧的含量、辐射、超声波（1）温度
温度是影响微生物生命活动的主要因素之一。
当温度过低时，微生物体内酶的活性很低，原生质膜也处于凝固状态，微生物的生命几乎停止。
随着温度的升高，酶的活性随之提高，细胞中反应加快。
当温度超过某一温度时，细胞中的蛋白质、核酸活性都会发生不可逆的变性。
根据微生物生长温度的不同，微生物可分为嗜冷微生物、兼性嗜冷微生物、嗜温微生物、嗜温微生物、嗜热微生物、嗜高温微生物。
（了解内容）（2）水分
水是微生物细胞的重要组成，也是微生物的六大营养来源之一，这就要求微生物的生长环境中要有一定的水分含量。
（各种生理、生化反应都发生在水的环境中）
（3）氧
根据微生物对氧的需求将微生物分为好氧微生物（必须有氧存在）、兼性好氧微生物（好氧，但没氧气时也能存活，有氧时进行有氧呼吸、无氧时进行无氧呼吸，）、厌氧微生物（只进行无氧呼吸）、兼性厌氧微生物（厌氧，有氧气时也能进行有氧呼吸，偏向于无氧环境）。
（4）辐射
一般来说，自然界的辐射作用对于微生物是有害的。
包括微波、紫外线、X射线和γ射线。
辐射主要是会造成蛋白质和核酸的变性，致使遗传、转录发生变化。
同时利用辐射还能提高微生物的突变率，通常在育种技术上使用。
2.化学因素
影响微生物生长的化学因素主要来自各类化学物质的作用。
3．生物因素
主要指微生物与微生物、动物、植物间的相互作用。
包括共生关系、互生关系、竞争关系、寄生关系等
二．微生物的控制
引言：随着工业的发展，越来越多的便携食品开始走向人们的餐桌，与其同时，如何延长食品的保质期已成为人们关心的话题，这也是开设食品微生物学的主要原因之一。
依据环境因素性质的不同，可以把控制微生物的方法分为物理方法、化学方法、生物方法。
1.物理方法
（1）温度通过温度来杀死微生物的方法有高温灭菌和低温灭菌。
①高温灭菌
（通过高温使蛋白质变性，从而达到灭菌的效果，可分为干热灭菌和湿热灭菌）
常用的干热灭菌方法有：直接灼烧法、干热空气灭菌法（恒温干燥箱）、
常用的湿热灭菌法有：煮沸法、高压蒸汽灭菌法、间歇灭菌法、巴氏消毒法
②低温灭菌
低温能抑制酶的活性且能引起细胞中自由水的结晶，从而使微生物死亡。
包括：冷藏法（0—7℃抑制微生物的生长，用于蔬菜或一般菌种的保藏）冷冻法（-20℃—-15℃，此温度下，微生物几乎停止生长。
常用于冷冻食品和特殊菌种的保藏，如有些病毒）
2 化学方法
消毒剂、抗微生物剂
3 生物方法
通过竞争、拮抗等关系来抑制微生物的生长。
【作业布置】
1.生长曲线包括哪几个时期，分别有什么特点？
2.影响微生物生长的因素有?
3. 预习第三章的知识。
【教学反思】。