第五章第二节三微生物的生长
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微生物的生长繁殖与生存因子
计算生长量
①测细胞干重； ②测细胞含氮量; ③测DNA; ④生理指示法
第二节 微生物的生存因子
温度
■pH
氧化还原电位 溶解氧 表面张力
太阳辐射 水的活度与渗透压
第三节 其它不利环境因子对微生物的影响
紫外辐射和电离辐射对微生物的影响 超声波对微生物的影响 重金属对微生物的影响 极端温度对微生物的影响 极端pH对微生物的影响 干燥对微生物的影响 若干有机物对微生物的影响
用于微生物培养的摇床
一般摇床都可以控制转速和温度
生长曲线
以细菌个数或细菌数的对数或细菌的干重为纵坐标， 以培养时间为横坐标，连接坐标系上个点成一条曲 线，即细菌的生长曲线。
▲连续培养（Continuous culture)：
当微生物一单批培养方式培养到指数期的 后期时，一方面以一定速度连续流进新 鲜培养基并立即搅拌，另一方面利用溢 流的方式以同样的流速不断流出培养物， 已达到动态平衡。
第五章 微生物的生长繁殖与生存因子
主要内容：
微生物的生长繁殖 细菌的生长曲线 细菌生长曲线在污（废）水微生物处理中的应
用 微生物的生存因子 不利环境因子对微生物的影响 微生物与微生物之间的关系
第一节 微生物的生长繁殖
■微生物生长繁殖的概念
个体生长→个体繁殖→群体生长 群体生长=个体生长+个体繁殖 个体生长：细胞原生质总量的增加； 个体生长:①染色体DNA的复制和分离；
抗生素对微生物的影响
第四节 微生物与微生物之间的关系
竞争关系 原始合作关系 共生关系 偏害关系 捕食关系 寄生关系
第五节 菌种的退化、复壮与保藏
菌种的退化与复壮 菌种的保藏
微生物生长繁殖五ppt课件
❖ 不同微生物对生长因子的需要量和种类 不同。
2、种类及功能：
❖ 生长因子分为
❖ 维生素是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢；
❖ 氨基酸:有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸 的能力，
❖ 嘌呤与嘧啶作用主要是作为酶的辅酶或辅基，
(五)、水
❖ (1) 细胞的组成成分
❖ (2) 细胞生化反应的介质；
❖ (3) 起溶剂与运输介质的作用，营养物质的吸收 与代谢产物的分泌必须以水为介质才能完成；
不是直接表示为细胞数。
4、显微镜直接计数法 1）常规方法：
缺点： 不能区分死菌与活菌； 不适于对运动细菌的计数； 需要相对高的细菌浓度； 个体小的细菌在显微镜下难以 观察；
2）其它方法：
比例计数：
将已知颗粒浓度的样品（例如血液）与待测细胞细胞浓度的样品混匀 后在显微镜下根据二者之间的比例直接推算待测微生物细胞浓度。
生长速率。
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。
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；
第六章微生物的营养和产能代谢 第一节 微生物的营养物质
❖ (4) 维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然 构象；
❖ (5) 调节体细胞的温度； ❖ (6) 保持充足的水分是细胞维持自身正常形态的
重要因素，即维持细胞内一定膨压；
第二节 微生物的营养类型
❖ 1、光能无机自养型：也称光能自养型， 能以CO2为唯一碳源或主要碳源并利用 光能进行生长的的微生物，
对外界不良条件反应敏感。
细胞处于活跃生长中，只是分裂迟缓 在此阶段后期，少数细胞开始分裂，曲线略有上升。
2、种类及功能：
❖ 生长因子分为
❖ 维生素是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢；
❖ 氨基酸:有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸 的能力，
❖ 嘌呤与嘧啶作用主要是作为酶的辅酶或辅基，
(五)、水
❖ (1) 细胞的组成成分
❖ (2) 细胞生化反应的介质；
❖ (3) 起溶剂与运输介质的作用，营养物质的吸收 与代谢产物的分泌必须以水为介质才能完成；
不是直接表示为细胞数。
4、显微镜直接计数法 1）常规方法：
缺点： 不能区分死菌与活菌； 不适于对运动细菌的计数； 需要相对高的细菌浓度； 个体小的细菌在显微镜下难以 观察；
2）其它方法：
比例计数：
将已知颗粒浓度的样品（例如血液）与待测细胞细胞浓度的样品混匀 后在显微镜下根据二者之间的比例直接推算待测微生物细胞浓度。
生长速率。
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。
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；
第六章微生物的营养和产能代谢 第一节 微生物的营养物质
❖ (4) 维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然 构象；
❖ (5) 调节体细胞的温度； ❖ (6) 保持充足的水分是细胞维持自身正常形态的
重要因素，即维持细胞内一定膨压；
第二节 微生物的营养类型
❖ 1、光能无机自养型：也称光能自养型， 能以CO2为唯一碳源或主要碳源并利用 光能进行生长的的微生物，
对外界不良条件反应敏感。
细胞处于活跃生长中，只是分裂迟缓 在此阶段后期，少数细胞开始分裂，曲线略有上升。
第五章 微生物生长的影响因素
第五章微生物的生长及影响因素先介绍如何在实验室或生产实践中使微生物生长，即如何培养微生物；然后介绍微生物生长的规律（包括个体和群体）；以及环境条件对微生物生长的影响；最后讨论控制微生物生长特别是有害微生物生长的方法。
生长：微生物个体重量的增加和体积增大的现象。
繁殖：微生物数量增多的现象。
第一节微生物生长一、微生物的培养方法（一）微生物的纯培养及获得方法1.纯培养：微生物学将从一个细胞或一种细胞群繁殖得到的后代叫作纯培养。
2.获得方法（分离方法）：只有分离到微生物的纯菌种，才能研究和利用微生物，目前常用的分离方法有：①释倒平板法：按不同的稀释度将待分离的材料进行稀释（10倍稀释法），然后分别倒平板，培养得到单一菌落，挑取，分离，纯化即得。
②平皿划线法：在培养基表面用接种环平行或连续划线，培养可得单菌落，分离纯化得纯培养。
平行扇形连续③单细胞挑取法：用单细胞挑取仪（显微镜挑取器）在显微镜下直接挑取单个细胞（菌体）进行培养，而获得纯培养的方法。
④选择培养基分离法：用只适于一种微生物生长的培养基培养，结果只有一种微生物生长，挑取即得。
⑤涂抹培养皿分离法：平板上滴0.2ml菌悬液，用玻璃刮棒涂抹，培养后挑取菌落，纯化即得。
另外，有煮沸法分离芽孢杆菌；利用致死温度的不同分离噬菌体。
（二）微生物的培养方法1.好氧培养法：a.实验室：试管斜面，平板。
b.工业：半固体物料（浅盘法，转桶法，厚层培养法）c.食用菌：袋栽法，床栽法。
2.固体培养法：a.实验室：摇瓶培养法，试管液体培养法，三角瓶浅层培养法，小型台式发酵罐等。
b.工业：发酵罐（通用型搅拌发酵罐，气泡塔型发酵罐，其他形式的发酵罐）。
3.厌氧培养法：a.验室：厌氧培养皿，厌氧试管，厌氧罐。
b.工业：液体静置培养法。
二、微生物的同步生长及同步培养方法1.同步培养法：能使培养物中所有的微生物细胞都处于相同的生长阶段的培养方法成为同步培养法。
2.同步生长：培养物中的所有微生物细胞都处于同一生长阶段，并都能同时分裂的生长方式。
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
第五章 微生物生长与培养
同一种微生物的菌体生长和生产性状的表现对营 养物质的要求也会表现出不同。
1.选择和配制培养基的原则和方法
（1）营养物质组成合理，浓度适当，满足菌体 生长需要； （2）在一定条件下，各原料之间不发生化学反 应，理化性质相对稳定； （3）粘度适中，具有适当渗透压； （4）生产中选用的原材料尽量因地制宜，以降 低成本； （5）理化性质适宜，pH、氧化还原电动势也要 满足一定的要求。
样。
在微生物培养和发酵研究中，也需要研究微生物
培养的最佳氮源
生理酸性盐:
微生物代谢后形成酸性物质的某些无
机氮源 如(NH4)2SO4
生理碱性盐: 微生物代谢后产生碱性物质的某些无 机氮源 如 KNO3 生理酸性盐和生理碱性盐具有稳定调节发酵过程中 PH的积极作用。
表 氮源对恶臭假单胞菌 NA-1 菌株生长和酶形成的影响 氮源 硫酸铵 氯化铵 蛋白胨 酵母粉 尿素 谷氨酸 肉汁 硝酸钠 生物量(mg/mL) 1.45 1.33 3.88 4.07 2.53 5.07 3.74 2.62 烟酸羟基化酶活性(unit/mL) 0.002 0.000 0.301 0.288 0.111 0.045 0.371 0.114
②液体好氧培养方法
a. 摇瓶震荡培养箱
b. 台式磁力搅拌不锈钢发酵罐
c. 工业通用型搅拌发酵罐
2.厌氧培养方法
微生物厌氧培养箱
（二）微生物纯培养与混合培养
含有一种以上微生物的培养称作混合培养。自 然环境如土壤和水中，通常栖息着的是许多不同微 生物混杂在一起的群体。 微生物学中将在实验条件下从一个单细胞繁殖得 到的后代称为纯培养。 研究微生物生长通常采用微生物纯培养。
成分中，可以满足微生物生长的需要，一般不需要 额外添加。
1.选择和配制培养基的原则和方法
（1）营养物质组成合理，浓度适当，满足菌体 生长需要； （2）在一定条件下，各原料之间不发生化学反 应，理化性质相对稳定； （3）粘度适中，具有适当渗透压； （4）生产中选用的原材料尽量因地制宜，以降 低成本； （5）理化性质适宜，pH、氧化还原电动势也要 满足一定的要求。
样。
在微生物培养和发酵研究中，也需要研究微生物
培养的最佳氮源
生理酸性盐:
微生物代谢后形成酸性物质的某些无
机氮源 如(NH4)2SO4
生理碱性盐: 微生物代谢后产生碱性物质的某些无 机氮源 如 KNO3 生理酸性盐和生理碱性盐具有稳定调节发酵过程中 PH的积极作用。
表 氮源对恶臭假单胞菌 NA-1 菌株生长和酶形成的影响 氮源 硫酸铵 氯化铵 蛋白胨 酵母粉 尿素 谷氨酸 肉汁 硝酸钠 生物量(mg/mL) 1.45 1.33 3.88 4.07 2.53 5.07 3.74 2.62 烟酸羟基化酶活性(unit/mL) 0.002 0.000 0.301 0.288 0.111 0.045 0.371 0.114
②液体好氧培养方法
a. 摇瓶震荡培养箱
b. 台式磁力搅拌不锈钢发酵罐
c. 工业通用型搅拌发酵罐
2.厌氧培养方法
微生物厌氧培养箱
（二）微生物纯培养与混合培养
含有一种以上微生物的培养称作混合培养。自 然环境如土壤和水中，通常栖息着的是许多不同微 生物混杂在一起的群体。 微生物学中将在实验条件下从一个单细胞繁殖得 到的后代称为纯培养。 研究微生物生长通常采用微生物纯培养。
成分中，可以满足微生物生长的需要，一般不需要 额外添加。
8 第五章 第1~2节 微生物的生长及其影响因素
25
应用意义： 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
26
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 细胞进行内源性呼吸（因为营养缺乏），出现多形态、畸 形或衰退形，芽孢开始释放。
9
原理：将1mm2×0.02mm的薄层空间划分为400小格，
从中均匀分布地选取80小格，计数其中的细胞数目， 换算成单位体积中的细胞数。
适用范围：个体较大细胞或颗粒，如血球、酵母菌
等。不适用于细菌等个体较小的细胞，因为（1）细 菌细胞太小，不易沉降；（2）在油镜下看不清网格 线，超出油镜工作距离。不适用于运动细菌计数
30
恒化器Chemostat 或bactogen
31
恒浊连续培养
概念：调节培养基流速，使培 养液浊度保持恒定的连续培养 方法。 原理：通过调节新鲜培养基流 入的速度和培养物流出的速度 来维持菌浓度不变,即浊度不变。 主要采用恒浊器，当浊度高时， 使新鲜培养基的流速加快，浊 度降低，则减慢培养基的流速。 特点：基质过量，微生物始终 以最高速率进行生长，并可在 使用范围：用于生产大量菌 允许范围内控制不同的菌体密 体、生产与菌体生长相平行 度；但工艺复杂，烦琐。 的某些代谢产物，如乳酸、 32 乙醇等。
★误差：多次稀释造成的误差是主要来源，其次还有由于
样品内菌体分布不均匀、以及不当操作
7
（二）血球计数板法
8
（a）计数室为一个大方格，面积为1mm2，深度为 0.01mm，因此计数室容积为0.1mm3.常见的计数 板，一个大方格分为25个中格，每个中格分为16个 小格，故计数室共有400个小格。 (c) 数对角线上5个中格(80个小格）的 细胞总数，A； 稀释倍数：B 细胞个数=50000A*B（mL-1） (A*400/80)*B/(0.1*10-3)
应用意义： 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
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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 细胞进行内源性呼吸（因为营养缺乏），出现多形态、畸 形或衰退形，芽孢开始释放。
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原理：将1mm2×0.02mm的薄层空间划分为400小格，
从中均匀分布地选取80小格，计数其中的细胞数目， 换算成单位体积中的细胞数。
适用范围：个体较大细胞或颗粒，如血球、酵母菌
等。不适用于细菌等个体较小的细胞，因为（1）细 菌细胞太小，不易沉降；（2）在油镜下看不清网格 线，超出油镜工作距离。不适用于运动细菌计数
30
恒化器Chemostat 或bactogen
31
恒浊连续培养
概念：调节培养基流速，使培 养液浊度保持恒定的连续培养 方法。 原理：通过调节新鲜培养基流 入的速度和培养物流出的速度 来维持菌浓度不变,即浊度不变。 主要采用恒浊器，当浊度高时， 使新鲜培养基的流速加快，浊 度降低，则减慢培养基的流速。 特点：基质过量，微生物始终 以最高速率进行生长，并可在 使用范围：用于生产大量菌 允许范围内控制不同的菌体密 体、生产与菌体生长相平行 度；但工艺复杂，烦琐。 的某些代谢产物，如乳酸、 32 乙醇等。
★误差：多次稀释造成的误差是主要来源，其次还有由于
样品内菌体分布不均匀、以及不当操作
7
（二）血球计数板法
8
（a）计数室为一个大方格，面积为1mm2，深度为 0.01mm，因此计数室容积为0.1mm3.常见的计数 板，一个大方格分为25个中格，每个中格分为16个 小格，故计数室共有400个小格。 (c) 数对角线上5个中格(80个小格）的 细胞总数，A； 稀释倍数：B 细胞个数=50000A*B（mL-1） (A*400/80)*B/(0.1*10-3)
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
微生物微生物的生长讲课文档
第十九页，共84页。
• 在对数生长期内，细菌数目的增加是按指数级数增加的，即 20 →2 1 →22 →23 ……2n
• 这里的指数 n 为细菌分裂的次数或者增殖的代数，也就是一个细菌 繁殖n代产生2n 个细菌。
•
如果在对数期开始时间 后期t2的菌数为 x2，则
t1的菌数为
x1
，繁殖
n
代后到对数期
在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度与混浊度成正比，即与光密度成正比，菌数 越多，光密度越大。因此，在一定波长下测定菌悬液的光密度，就可反映菌液的 浓度。
特点：快速、简便；但易受干扰。
2、重量法
细胞干重测定：单位体积的培养液中的微生物细胞的干重。
3、 生理指标法
①总氮量：用化学分析方法测出微生物细胞中蛋白质或氮元素的含量。
第十页，共84页。
二. 以数量变化对微生物生长情况进行测定
1、培养平板计数法 测定微生物的活菌数viable count 稀释平板测数法dilute plate count
以CFU(colony forming units)表示
•稀释培养测数法（又称最大概率法，MPN most probable number）（参见实验教材）
第十七页，共84页。
认识延迟期的特点及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；
采取的缩短lag phase 的措施有： ①增加接种量； （群体优势----适应性增强） ②采用对数生长期的健壮菌种； ③调整培养基的成分，在种子基中加入发酵培养基的某些
成分。 ④选用繁殖快的菌种
◆在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌
＊利用选择培养基进行直接分离
＊富集培养
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• 在对数生长期内，细菌数目的增加是按指数级数增加的，即 20 →2 1 →22 →23 ……2n
• 这里的指数 n 为细菌分裂的次数或者增殖的代数，也就是一个细菌 繁殖n代产生2n 个细菌。
•
如果在对数期开始时间 后期t2的菌数为 x2，则
t1的菌数为
x1
，繁殖
n
代后到对数期
在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度与混浊度成正比，即与光密度成正比，菌数 越多，光密度越大。因此，在一定波长下测定菌悬液的光密度，就可反映菌液的 浓度。
特点：快速、简便；但易受干扰。
2、重量法
细胞干重测定：单位体积的培养液中的微生物细胞的干重。
3、 生理指标法
①总氮量：用化学分析方法测出微生物细胞中蛋白质或氮元素的含量。
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二. 以数量变化对微生物生长情况进行测定
1、培养平板计数法 测定微生物的活菌数viable count 稀释平板测数法dilute plate count
以CFU(colony forming units)表示
•稀释培养测数法（又称最大概率法，MPN most probable number）（参见实验教材）
第十七页，共84页。
认识延迟期的特点及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；
采取的缩短lag phase 的措施有： ①增加接种量； （群体优势----适应性增强） ②采用对数生长期的健壮菌种； ③调整培养基的成分，在种子基中加入发酵培养基的某些
成分。 ④选用繁殖快的菌种
◆在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌
＊利用选择培养基进行直接分离
＊富集培养
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C
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理
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第 五 章 微 生 物 与 发 酵 工 程 理
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第 五 章 微 生 物 与 发 酵 工 程
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(1) 基 (2) (3) (4) (5)
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要 (6)a c (7) pH
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pH (8)d (9) c a b
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第 五 章 微 生 物 与 发 酵 工 程 pH 6.5 5.0 7.5 6.0 核 破 25 37 核
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第 五 章 微 生 物 与 发 酵 工 程 要 “J” “S”
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(1) ________________________________ (2) ________ 基 ________________________________ (3) a 基
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第 五 章 微 生 物 与 发 酵 工 程 __________ (2) 点 理 要 要 5 (1) —— 基 基 ______ ____________ __________
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第 五 章 微 生 物 与 发 酵 工 程 2 pH pH _________ 5.0 6.0 pH 6.5 7.5 ________ pH 1 25 37℃ ℃ ____________ 核 ______ 破
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知 干重法 (2)测重量 测重量 湿重法 3． ． ：描述群体从开始生长到死亡的动态变 化。
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第 五 章 微 生 物 与 发 酵 工 程 (4) (3) ________ _______ (2) ______ _________ 4 (1) 要 _______ ________ 理 _____ ATP _______ _____
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第 五 章 微 生 物 与 发 酵 工 程 __________________________________ d 要 _________________________________ (5) c ________ __________________________________ (6) ________ 要 ________ __________________________________ (7) c
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第 五 章 微 生 物 与 发 酵 工 程 C 30 基 37 ℃ pH 7 8 C O2
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基础知识梳 酵 工 程 1 (2010 ) ( )
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