微生物的生长及控制
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
微生物的生长及其控制
微⽣物的⽣长及其控制第六章微⽣物的⽣长及其控制本章重点:微⽣物⽣长、繁殖的基本概念、特点与规律；测定微⽣物⽣长、繁殖⽅法。
本章难点：影响微⽣物⽣长、繁殖的主要因素；有害微⽣物的控制。
建议学时：10学时⽣长：指细胞物质有规律、不可逆增加的过程。
有机体的细胞组分与结构在量⽅⾯的增加。
繁殖：是微⽣物⽣长到⼀定阶段，由于细胞内各种细胞结构的复制和重建，导致产⽣⼀个新的细胞个体，即引起细胞个体数量增加的整个⽣物学过程。
⽣长是⼀个逐渐发⽣的量变的过程，是繁殖的基础；繁殖是⼀个质变的过程，是⽣长的结果。
第⼀节测定⽣长繁殖的⽅法⼀、测⽣长量（⼀）直接法1、测体积：2、测⼲重：可⽤离⼼法或过滤法测定，⼀般⼲重为湿重的10%～20%。
（⼆）间接法1、⽐浊法：2、⽣理指标法1)测含氮量；2)测含碳量；3)其他。
⼆、计繁殖数1、直接计数法（全数）——⾎球计数板法2、间接计数法（活菌数）——稀释平板菌落计数法第⼆节微⽣物的⽣长规律⼀、微⽣物的个体⽣长与同步⽣长（⼀）细胞周期：指从⼀个新细胞的产⽣到分裂出两个⼦细胞的全过程。
它可简单地分为两个相互延续的时期，即细胞分裂期和分裂间期。
分裂间期是细胞增殖的物质准备和积累阶段，分裂期则是细胞增殖的实施过程。
（⼆）观察微⽣物个体⽣长的⽅法：1、通过电⼦显微镜观察细胞的超薄切⽚：2、同步培养法技术：同步⽣长synchronous growth：使所有的细胞都能处于同⼀⽣长阶段，同时分裂的⽣长⽅式。
获得细菌同步培养的⽅法主要有两类，其⼀是调整⽣理条件诱导同步性，其⼆是机械法（⼜称选择法）。
(1)环境条件诱导法：1）温度调整法：亚适⽣长温度-->最适⽣长温度培养。
2）营养条件调整法：控制浓度或组成，使细胞只能进⾏⼀次分裂。
3）⽤稳定期的培养物接种：稳定期细胞处于衰⽼状态，移⼊新鲜培养基，可得同步⽣长。
4）抑制DNA合成法：DNA合成是细胞分裂前提。
抑制⼀段时间再解除抑制。
(2)机械筛选法：它是利⽤物理⽅法从不同步的细菌群体中选择出同步的群体，⼀般可⽤过滤分离法或梯度离⼼法来达到1)选择性过滤法：将不同步的细胞培养物通过孔径⼤⼩不同微孔滤器，从⽽将⼤⼩不同的细胞分开，分别将滤液中的细胞取出进⾏培养，获得同步细胞。
第六章微生物的生长及其控制
第六章微生物的生长及其控制微生物不论其在自然条件下还是在人为条件下发生作用，都是通过“以数取胜”或“以量取胜”。
生长和繁殖就是保证微生物获得巨大数量的必要前提。
微生物生长是指由于细胞成分的增加导致微生物的个体大小、群体数量或两者的增长。
个体细胞生长：细胞内组分的增加，导致细胞总量（体积、质量、大小）扩个体繁殖：是微生物个体生长到一定阶段，由于细胞结构的复制与重建并通由于微生物个体微小，以个体为对象研究其生长和繁殖十分不便，常以群体数量的变化来研究微生物的生长。
在微生物学中，凡说“生长”一般均指群体生长，这与研究大型生物有所不同。
群体生长：指在一定时间和条件下，微生物细胞总量的增加。
既有量变也有质变。
三者之间的关系：个体生长→个体繁殖→群体生长群体生长＝个体生长＋个体繁殖第一节测定生长繁殖的方法测定生长的方法是以原生质含量的增加为基础，测定繁殖是建立在计算个体数目上。
一、测生长量直接方法：测菌体细胞（数）量、菌体体积、菌体质量等；间接方法：根据细胞内某种物质的含量或某种代谢活动强度间接测定。
（一）直接法1、测体积这是一种粗放的方法。
将待测培养液放在刻度离心管中作自然沉降或离心沉降，观察其体积。
污泥沉降比（SV）：为含有污泥的混合液在量筒中静置30 min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分数，以%表示。
又叫30 min沉淀率。
该参数是评定活性污泥质量的重要指标之一。
正常范围为15-30%。
2、称重此法的原理是根据每个细胞有一定的重量而设计的。
它可以用于单细胞、多细胞以及丝状体微生物生长的测定。
包括称干重（DCW）和湿重。
将一定体积的样品通过离心或过滤将菌体分离出来，经洗涤，再离心后直接称重，求出湿重。
如果是丝状体微生物，过滤后用滤纸吸去菌丝之间的自由水，再称重求出湿重。
不论是细菌样品还是丝状菌样品，可以将它们放在已知重量的平皿或烧杯内，于105℃烘干至恒重，取出放入干燥器内冷却，再称量，求出微生物干重。
微生物的生长与控制
微生物的生长与控制：细菌的细胞周期：细菌无性繁殖的方式：二分裂：同形分裂；异形分裂；多次分裂；劈裂；芽殖；孢子大肠杆菌同形二分裂：首先新的细胞物质合成，细胞逐渐延伸，DNA开始复制，然后染色体向细胞的两端分离，在细胞中部开始形成隔板，最后隔板完全形成，将母细胞分割为大小一样的两个子细胞。
新月柄杆菌异形分裂：新月柄杆菌幼龄细胞的一端有鞭毛，而老龄细胞有柄，在繁殖过程中，有柄的细胞合成新的细胞组分，细胞延长，在无柄的一端长出鞭毛，然后以收缢的方式进行二分裂，产生一个有柄的细胞，和一个有鞭毛的游动细胞，游动细胞可以固着在新的基物上，最后鞭毛消失，在鞭毛消失处形成新的柄，进入下一轮生长和复制。
蛭弧菌多次分裂：首先，蛭弧菌侵入革兰氏阴性菌的周质空间形成蛭弧体，在寄主细胞中蛭弧菌可以产生水解酶，水解寄主细胞的细胞周质，以满足自己的营养需求以及生产，随着生长蛭弧菌细胞逐渐伸长形成丝状细胞，然后丝状细胞在多个部位分裂，形成多个子代细胞，每一个子代细胞又会形成新的鞭毛，最后寄主细胞裂解，子代蛭弧菌被释放到环境中。
节杆菌劈裂：节杆菌通过劈裂进行繁殖，节杆菌是革兰氏阳性菌，具有内外两层细胞壁，在细胞延长进行分裂的过程中，只有内层细胞壁参与横隔壁的形成，这样就形成了两个子细胞，共同被外层细胞壁包裹的状态，最后外层细胞壁在一侧断裂，形成V字形排列的两个子细胞。
细菌芽殖：生丝微菌的母细胞附着在固体基物上，然后长出丝状物，丝状物末端形成芽体，芽体逐渐膨大，长出1根鞭毛形成子细胞，有鞭毛的子细胞脱离母细胞后，母细胞继续以出芽的形式生成子细胞，子细胞最后也会失去鞭毛成长为母细胞。
生活周期：从一个新的子细胞的产生开始，到子细胞经过生长、繁殖产生下一代子细胞的阶段。
可分为三个阶段：第一个阶段：细胞生长期：细胞合成一些新的细胞物质,相当于真核生物细胞周期的G1期。
第二个阶段：染色体复制和分离期：相当于真核生物的S期和M期中的有丝分裂期，而没有G2期。
控制微生物生长繁殖的主要方法及原理
控制微生物生长繁殖的主要方法及原理微生物是一类生物体，它们常见于自然界中，包括土壤、水、空气等各种介质中。
微生物广泛参与着自然界的生态过程，但在人类的生产和生活中，微生物会给我们带来很大的危害，如食品腐坏、传染病等。
控制微生物的生长繁殖非常重要，是确保生产生活安全和卫生的关键之一。
1. 物理方法物理方法是通过物理手段来控制微生物的生长繁殖。
最常见的是高温杀菌，即将物品加热至60℃-100℃，以杀死微生物。
还有低温冷冻、辐射杀菌等方法可以用于控制微生物的生长。
2. 化学方法化学方法是通过化学药剂来控制微生物的生长繁殖。
最常用的是消毒剂，如氯气、臭氧、过氧化氢、紫外线等。
消毒剂可以破坏微生物体内的DNA和蛋白质，使其死亡。
生物学方法是通过利用一些生物体来控制微生物的生长繁殖。
例如利用抗生素和抗菌肽来抑制微生物的生长，或者利用益生菌来增强人体内有益微生物的数量，从而防止致病菌的生长。
物理化学复合方法是将物理方法和化学方法相结合，通过多种手段协同作用来控制微生物的生长繁殖。
例如利用高温和压力的作用杀菌，或者利用超声波和化学药剂的作用控制微生物的生长。
控制微生物生长繁殖的原理主要是针对微生物的生长繁殖过程进行干扰和控制。
微生物的生长繁殖过程包括生物营养、生长、分裂、排泄等环节，不同方法对微生物的控制原理也不同。
1. 高温杀菌高温杀菌的原理是通过热量对微生物体内的蛋白质和核酸进行破坏，从而使其死亡。
高温破坏了微生物的细胞膜和细胞壁，导致细胞失去正常的代谢和生命特征，直到死亡。
化学药剂的控制原理是破坏微生物体内的代谢和生长环节。
氯气破坏细胞的蛋白质和核酸，导致细胞膜的损伤和死亡。
臭氧的氧化作用使细胞内的酶和氧化还原系统受到威胁，最终导致细胞死亡。
控制微生物的生长繁殖需要综合考虑不同的方法，选取适当的应用条件，以达到最佳的控制效果。
除了上述介绍的控制方法，还有一些其他的方法也可以用于控制微生物的生长繁殖，下面我们将逐一介绍。
控制微生物生长繁殖的主要方法及原理
控制微生物生长繁殖的主要方法及原理微生物生长繁殖的控制方法有多种，包括物理方法、化学方法和生物方法。
下面将详细介绍这些方法及其原理。
物理方法：1.温度控制：微生物对温度非常敏感，不同种类的微生物具有不同的生长温度范围。
控制温度可以通过调节环境的温度来限制微生物的生长。
低温可以抑制微生物的繁殖，高温则可以杀灭微生物。
常见的温度控制方法包括冷藏、煮沸和灭菌等。
2.辐射控制：辐射是一种能够杀灭或抑制微生物生长的物理方法。
常见的辐射包括紫外线辐射和电离辐射。
紫外线辐射可以杀死微生物的DNA，从而阻碍其繁殖。
电离辐射则可以破坏微生物的细胞结构，导致其死亡。
3.过滤控制：通过过滤物质可以去除微生物，从而控制其繁殖。
过滤方法通常使用微孔过滤器或高效过滤器。
这些过滤器可以筛除微生物和微小颗粒，从而阻止其传播和生长。
化学方法：1.抗生素：抗生素是一类可以杀灭或抑制微生物生长的化学物质。
抗生素可以通过破坏微生物的细胞壁或阻断其代谢途径来发挥作用。
常见的抗生素包括青霉素、四环素和氨基糖苷类等。
2.消毒剂：消毒剂是一种可以杀死微生物的化学物质。
常见的消毒剂包括酒精、漂白粉和过氧化氢等。
消毒剂可以破坏微生物的细胞结构、蛋白质和DNA，从而导致其死亡。
生物方法：1.优势菌抑制：通过增加有益细菌的数量来抑制有害细菌的繁殖，从而达到控制微生物生长的目的。
常见的方法包括接种好气菌、厌氧菌和益生菌等。
2.使用控制病原微生物的生物制剂：生物制剂是指通过培养和提取微生物、代谢产物或酶制备的一种特定的微生物产品。
这些制剂可以具有抗菌、抗病毒和抗真菌等特性，可以控制微生物的繁殖和传播。
总之，物理方法、化学方法和生物方法是目前常用的控制微生物生长繁殖的方法。
选择合适的方法取决于对微生物种类的了解以及具体的应用环境。
通过综合使用这些方法，可以有效地控制微生物的生长和传播，从而保护人类的健康和环境的安全。
微生物生长控制及实际应用
微生物生长控制及实际应用微生物生长控制是指通过各种手段和方法来调控微生物的生长和繁殖过程，以达到控制微生物数量或保持微生物在合适范围内的目的。
微生物的生长受到多种因素的影响，包括温度、光照、pH值、营养物质和氧气等。
在实际应用中，微生物生长控制具有广泛的应用价值。
以下将从环境污染控制、工业生产和保健医疗三个方面进行探讨。
首先，微生物生长控制在环境污染控制中具有重要作用。
某些微生物如大肠杆菌、沙门氏菌等可以导致水源和食品污染，造成严重的健康问题。
因此，控制这些微生物的数量对于保护环境和公共健康非常重要。
在水处理领域，可以通过研究微生物生长的适宜条件，调整进水的温度和pH值，添加杀菌剂等方式来控制微生物的生长。
在食品加工和储存领域，可以通过调节温度和湿度，加工添加防腐剂等手段来控制微生物的繁殖，延长食品的保质期。
其次，微生物生长控制在工业生产中也具有重要的应用价值。
例如，在生物冶金中，微生物可以通过氧化作用将矿石中的金属离子还原为金属，从而提高金属的回收效率。
在发酵工业中，微生物的生长和繁殖可以产生各种发酵产物，如乳酸、酒精和酮体，这些产物在食品、饮料和药物制造中具有重要作用。
通过在发酵过程中控制微生物的生长条件，可以提高产品的产量和质量。
此外，微生物生长控制在保健医疗领域也有着广泛的应用。
微生物是人体内的重要组成部分，对人体的健康和免疫系统发挥着重要作用。
通过控制微生物的生长，可以维持人体内微生物的平衡，防止有害微生物的过度生长和繁殖。
例如，在抗生素治疗过程中，医生会根据患者的具体情况和病原体的种类选择适当的抗生素来控制细菌的生长。
此外，一些益生菌也被广泛应用于保健产品中，通过补充有益菌群来改善肠道菌群的平衡，提高人体免疫力和消化系统的功能。
总之，微生物生长控制是一项重要的科学研究领域，具有广泛的实际应用。
通过对微生物生长的调控，可以实现环境污染的控制、工业生产的提高和保健医疗的发展。
随着科学技术的不断进步，对微生物生长控制的研究和应用将会更加深入和广泛。
微生物7 微生物的生长及其控制
第七章 微生物的生长及其控制
z z z z z z
生长 (growth)：个体体积或重量的变化 繁殖 (reproduction)：个体数量的变化 个体生长→个体繁殖→群体生长 群体生长＝个体生长 ＋ 个体繁殖 生长和繁殖是交替进行的 衡量群体生长的量： 重量、体积、密度、浓度、个体数目等 生理指标：测含氮量、测含碳量、测磷、 DNA、RNA、ATP、呼吸
第一节 微生物生长的测定
测定生长量 测体积 称干（湿）重 比浊法 颜色改变单位 生理指标法：测含氮量 测含碳量 测磷、DNA、RNA、ATP 呼吸
微生物生长的测定
测细胞的个数
¾比例计数法 ¾血球计数法 ¾平板活菌计数法：
菌落形成单位 (cfu, colony forming unit） ¾膜过滤法 ¾稀释摇管法
比浊法
turbidity
血球计数法
z
又被称为Petroff-Hausser counting。
平板活菌计数法
平板活菌计数法的两种策略——涂布 和倾注
膜过滤法——用于较稀溶液的计数 方法
膜过滤法
硝酸纤维素滤膜法是最经典的获得同步生长的方法
由于细胞的个体差异，同步生长往往只能维持2-3随后又逐渐转变为随机生长。
邻苯基苯酚
六氯酚
哈拉腙
十六烷基吡啶氯
氯苯甲烷铵
丙炔内酯Disinfectants and antiseptics。
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Ⅲ 稳定期(stationary phase)
又称恒定期或最高生长期。处于稳定期的微生物，新增殖的 细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，整个培养物中二者处于 动态平衡，此时的生长速度又逐渐趋向零。
出现原因
营养的消耗 营养物比例失调 有害代谢产物积累 PH值等理化条件不适
Ⅲ 稳定期(stationary phase)
②是对维生素、碱基和氨基酸等生长因子进行生物测定的最佳 测定时期；
③通过对稳定期到来原因的研究，促进了连续培养原理的提 出和工艺、技术的创建；
IV 衰亡期 (death phase)
细菌死亡率逐渐增加，以致死亡数大大超过新生 数，群体中活细菌的数目急剧下降，出现“负生 长”，此阶段叫衰亡期，又称死亡期。
➢同步生长
➢通过同步培养的手段而使细
胞群体中各个体处于分裂步调
一致的生长状态；
二、单细胞微生物的典型生长曲线(growth
curve)
生长曲线的制作：
接种
适温培养 定时取样测
定生长量
➢ 将少量纯种单细胞微生物接种到恒容积的液体培养基中后， 在适宜的温度、通气（厌氧菌除外）等条件下，它们的群 体会有规律地生长起来。每隔一定时间取样，测菌细胞数 目。以细胞数目的对数值作纵坐标，以培养时间作横坐标， 可以画出一条有规律的曲线即单细胞微生物的典型生长曲 线。
= (t2-t1) / 3.322(lgX2-lgX1)
R = 1 /G = 3.322 (lgX2-lgX1) / (t2-t1)
t1 t2
Ⅱ 指数期 (exponential phase)
影响代时长短的因素
（1）菌种 （2）营养成分 （3）营养物浓度 （4）培养温度
细胞数或菌体量
8.0mg/ml 6.0mg/ml 4.0mg/ml 2.0mg/ml 1.0mg/ml
微生物的生长及控制
个体生长 量
个体繁殖 数
群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖
群体 量
第一节 测定生长繁殖的方法
一、 测生长量
1、 直接法
测体积法(粗放) 称干重法(精确)
比浊法：分光光度法(OD)
2、， 间接法 生理指标法：测含氮量
二、 计繁殖数
二、 计繁殖数
1、 直接法：用血球计数板在显微镜下进行计数 2、 间接法：用平板菌落进行的活菌计数
三个重要参数 （1）繁殖代数(n) （2）生长速率常数(R) （3）代时(G)
Ⅱ 指数期 (exponential phase)
X2 = X1 ·2n
两边取对数：
lgX2 = lgX1 + nlg2
（lg2 =0.301） x2
n = 3.322 ( lgX2 - lgX1)
x1
G = (t2-t1) / n
③ 菌体产量与营养物质的消耗间呈现出有规律的比例 关系。
④ 细胞内开始积聚糖原、异染颗粒和脂肪等内含物； 芽孢杆菌一般在这时开始形成芽孢；
⑤ 通过复杂的次生代谢途径合成各种次生代谢物。
稳定期的实践意义
①对以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物(SCP、乳酸)等 为目的的一些发酵生产来说，稳定期是产物的最佳收获期：
➢ 生长曲线代表了单细胞微生物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。
微生物的典型生长曲线(growth curve)
生 长 速
度0
lg细胞数 (个/ml)
总菌数 活菌数
I
II
I 延滞期 II 指数期
III III 稳定期
IV
培养时间(h)
IV 衰亡期
Ⅰ 延滞期 (lag phase)
用与培养菌种相同组成分的培养基
Ⅱ 指数期 (exponential phase)
是指在生长曲线中，紧接着延滞期的一段细胞数以 几何级数增长的时期。
① 生长速率常数R最大，代时G最短；
② 整个群体的生理特性较一致； ③ 细胞各成分平衡增长，生长速率恒定； ④ 酶系活跃，代谢旺盛。
Ⅱ 指数期 (exponential phase)
0.5mg/ml 0.2mg/ml
时间
营养物浓度对生长速度和菌体产量的影响
指数期的实践意义
指数期的微生物具有整个群体的生理特性一致、 细胞各成分平衡增长和生长速率恒定等优点。 （1）用作代谢、生理等研究的良好材料； （2）是增殖噬菌体的最适宿主； （3）是发酵工业中用种子的最佳材料。 （4）进行染色、形态观察等的良好材料。
菌数/mL = cfu X 稀释度 X 10
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 二、 微生物的典型生长曲线 三、 微生物的连续培养方法
一、 微生物的个体生长和同步生长
获得微生物纯培养的方法 ➢概念：从一个细胞得到的后代称为纯培养。 ➢方法：稀释倒平板法；划线法。
➢同步培养（synchronous culture）：即设法使 群体中的所有细胞尽可能都处于同样细胞生长和 分裂同期中，然后分析此群体的各种生物化学特 征，从而了解单个细胞所发生的变化。
指少量微生物接种到新鲜培养液中后，在开始培养的 一段时间内细胞数目不增加的时期。
① 生长速率常数R等于零。 ② 细胞形态变大或增长。 ③ 细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性。 ④ 合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产 生诱导酶。 ⑤ 对外界不良条件例如NaCl溶液浓度、温度和抗生素等化 学药物的反应敏感。
Ⅰ 延滞期 (lag phase)
影响延滞期长短的因素 （1）接种龄 （2）接种量 （3）培养基成分
出现延滞期的原因？
延滞期出现原因
把细菌接种到新鲜的培养基中培养时，并不立即 进行分裂繁殖，细菌增殖数为0，这时需要合成 多种酶，辅酶和某些中间代谢产物，要经过一个 调整和适应过程 。
缩短延滞期的意义和方法 接种对数生长期的菌种，采用最适菌龄 加大接种量
IV 衰亡期 (death phase)
1、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” （ R＜0 ） ； （2）细胞出现多形态，畸形或衰退形； （3）因菌体本身产生的水解酶及代谢产物的作用，使菌体 死亡、自溶等。 （4）有的微生物进一步合成或释放次生代谢物。 （5）芽孢杆菌在此期释放芽孢等。
①生长速率常数R=0，即新繁殖的细胞数与衰亡的细 胞数相等；
②菌体产量达到最高点，且产量与营养物质的消耗出现 有规律的比例关系，用生长产量常数Y表示；
Y = (X-X0) / C0-C = (X-X0) / C0
X ：稳定期的细胞干重(g/ml培养液）
X0 ：刚接种时的细胞干重 C0 ：限制性营养物的最初浓度(g/ml) C ： 稳定时期限制性营养物的浓度