第六章 微生物的生长繁殖与生存因子
微生物生长与生存
G tx t0 (1) n
细菌代时数的计算
式中：n为繁殖的代数； N0为对数期开始(t0 )时细菌数，CFU/mL； Nx为对数期后期(tx)时的细菌数，CFU/mL
代时G 的计算
要求某种细菌的代时（世代时间）G，先要测定该种细菌原始 的细菌数，假设t0 时的原始细菌总数为103CFU/mL，将它置于适当 的温度条件下培养10h后，再测得tx=10h的细菌总数为109 CFU/mL， 用下式计算G 。
低温对中温性和高温性微生物的生长不利，
但并不能致死，一旦温度恢复，即能复活。
小结： 微生物的培养应该在最佳温度范围进行。 超过最高温度会对细菌造成伤害甚至导致死亡。 低温有抑制细菌作用。可以让微生物休眠，但不 会导致死亡。温度升高时，活性即可恢复。
二、pH
微生物也有最适应的pH 范围，微生物不同， pH范围不同。 （一）微生物生长繁殖适宜的酸碱度
时间t
影响停滞期长短的因素 1).菌龄:
对数期“种子”，停滞期较短； 静止期或衰亡期“种子”,停滞期较长； 2).接种量: 接种量大，停滞期较短； 接种量小，停滞期较长。 3).培养基成分: 培养基成分丰富的，停滞期较短； 培养基成分与种子培养基一致,停滞期较短。 4).培养条件: 温度.酸碱度.氧气等条件适合停滞期较短。
(一)分批培养法
分批培养；是将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛 有一定体积液体培养基的容器内，保持一定的温度、pH和溶 解氧量，微生物在其中生长繁殖，结果出现微生物的数量由 少变多，达到高峰后又由多变少，甚至死亡的变化规律。
细菌的生长曲线：将少量细菌接种到一种新鲜的、定量 的液体培养基中进行分批培养，定时取样(例如，每2h取样1 次)计数。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，在坐标系上各点连接成一条曲线， 即细菌的生长曲线。
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5.比浊法
原理：是在一定范围内，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，借助于分 光光度计，在一定波长下测定菌悬液的光密度，就可反应出菌 液的浓度。
特点：快速、简便；但易受干扰。
6.生理指标法
▪测含氮量
蛋白质是细胞的主要物质，含量稳定，而氮是蛋白质的主 要成分，通过测含氮量就可推知微生物的浓度。
一般细菌含氮量为干重的12.5%，酵母菌为7.5%，霉菌 为6.0%，根据一定体积培养液中的含氮量再乘以6.25， 就可测得粗蛋白的含量。
▪其他方法
含碳、磷、DNA、RNA、耗氧量、消耗底物量、产二氧 化碳、产酸、产热、粘度等，都可用于生长量的测定。
第二节 微生物的典型生长曲线
一、微生物培养 ：
研究群体生长规律，首先应对微生物进 行培养。培养的方法有： 分批培养和连续培养
毛细管法：用毛细管提取微生物个体，适合于较大微 生物。
显微操作仪：用显微针、钩、环等挑取单个细胞或孢 子以获得纯培养。
小液滴法：将经过适当稀释后的样品制成小液滴，在 显微镜下选取只含一个细胞的液滴来进行纯培养物的 分离。
二、微生物生长及测定方法
生长——微生物细胞吸收营养物质，进 行新陈代谢，当同化作用>异化作用时， 生命个体的重量和体积不断增大的过程。
小，所以常用群体生长来反映个体生长的状况）
个体生长个体繁殖 群体生长
群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖
通常把一个细胞分裂成两个细胞所需要的时间，称为代时。
一些细菌的代时
菌名 培养基 培养温度
代时
E. coli（大肠杆菌） 肉汤
37℃
17min
E. coli 牛奶
第六章-微生物的生长繁殖及其控制
第六章微生物的生长繁殖及其控制计划学时：5重点：细菌生长曲线的定义、各时期的特点、应用及生产指导意义。
控制微生物生长繁殖及控制微生物生长的条件及原理。
第一节细菌纯培养的群体生长规律一、细菌纯培养的群体生长规律以培养时间为横坐标，以细菌数目的对数或生长速度为纵坐标作图，可以得到如图6-6的曲线，称为繁殖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迟期、对数期、调整期或滞留适应期。
（一）延迟期处于延迟期细菌细胞的特点可概括为8个字：分裂迟缓、代谢活跃。
延迟期出现的原因，可能是为了调整代谢。
延迟期的长短与菌种的遗传性、菌龄以及移种前后所处的环境条件等因素有关。
在生产实践中，通常采取的措施有增加接种量，在种子培养中加入发酵培养基的某些营养成分，采用最适种龄(即处于对数期的菌种)的健壮菌种接种以及选用繁殖快的菌种等措施，以缩短延迟期，加速发酵周期，提高设备利用率。
(二) 对数期(log phase)对数期又称指数期(exponential phase)。
在此期中，细胞代谢活性最强，组成新细胞物质最快，所有分裂形成的新细胞都生活旺盛。
这一阶段的突出特点是细菌数以几何级数增加，代时稳定，细菌数目的增加与原生质总量的增加，与菌液混浊度的增加均呈正相关性。
处于对数期的微生物，其个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，代谢旺盛，生长迅速，代时稳定，所以是研究基本代谢的良好材料，也是发酵生产的良好种子，如果用作菌种，往往延迟期很短以至检查不出，这样可在短时间内得到大量微生物，以缩短发酵周期。
(三) 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，此时生长速度，又逐渐趋向零。
稳定期的细胞内开始积累贮藏物，如肝糖、异染颗粒、脂肪粒等，大多数芽孢细菌也在此阶段形成芽孢。
生产上常常通过补料、调节pH、调整温度等措施，延长稳定期，以积累更多的代谢产物。
第六章微生物的生长繁殖与控制
第六章微⽣物的⽣长繁殖与控制南开⼤学⽣命科学学院微⽣物学课程教案授课时间见教学⽇历授课地点新阶-202 教学对象⽣物科学, ⽣物技术, 化学学院药学系章节第六章微⽣物的⽣长繁殖及其控制学时分配 2学时⽬的和要求本章主要使学⽣掌握微⽣物⽣长繁殖的规律，微⽣物⽣长的测定⽅法，及各种物理、化学因素对微⽣物⽣长的影响。
重点、难点单细胞⽣物典型⽣长曲线的特征，控制有害⽣物⽣长的⽅法，依据氧⽓、⽣长温度可将微⽣物分成的种类类型教学内容第⼀节细菌的个体⽣长与群体⽣长规律⼀、细菌个体⽣长1、细菌染⾊体双向复制2、细胞壁扩增3、细菌的⽣长与分裂调节⼆、细菌群体⽣长规律（⼀）细菌群体⽣长曲线（⼆）细菌群体⽣长的数学表⽰式三、连续培养四、同步培养第⼆节真菌的⽣长与繁殖⼀、丝状真菌的⽣长繁殖1、菌丝断裂繁殖2、⽆性孢⼦繁殖3、有性孢⼦繁殖4、丝状真菌的⽣活史⼆、酵母菌的⽣长繁殖第三节环境对⽣长的影响及⽣长的测定⼀、环境因⼦对微⽣物⽣长的影响1、营养因⼦对⽣长的影响2、⽔活性对⽣长的影响3、温度对⽣长的影响4、pH对⽣长的影响5、氧对⽣长的影响⼆、微⽣物⽣长测定1、个体计数法2、重量法3、⽣理指标法第四节微⽣物⽣长繁殖的控制⼀、控制微⽣物的化学物质1、抗微⽣物剂2、抗代谢物3、抗⽣素4、细菌对抗⽣素的耐药性⼆、控制微⽣物的物理因素第六章微⽣物的⽣长繁殖及其控制第⼀节细菌的个体⽣长与群体⽣长规律细菌⽣长：包括细菌物质增加，个体增⼤继⽽⼆分裂使细胞数量增加连续过程。
⼀、细菌个体⽣长1、细菌染⾊体双向复制复制时环状DNA附着在膜上，DNA边复制，壁、膜边⽣长，两套DNA分离后，细胞出现横隔壁，细胞分裂。
2、细胞壁扩增细胞壁扩增位点（肽聚糖⽣长点）球菌：新合成的肽聚糖在⾚道板附近插⼊实验证明：粪链球菌（壁抗原）免疫动物壁抗体＋荧光素壁荧光抗体杆菌：Bacillus subtilis新壁（新⽣肽聚糖）多间隔位点插⼊3、细菌的⽣长与分裂调节⽣长与分类伴随壁的裂解和闭合聚糖主链裂解酶、闭合酶肽链间解交联酶：内肽酶肽链交联相关酶：D.D－羧肽酶、转肽酶⽣长的细胞：羧肽酶活性低转肽酶活性⾼细胞分裂：羧肽酶活性⾼转肽酶活性低⼆、细菌群体⽣长规律（⼀）细菌群体⽣长曲线（growth curve）1、群体⽣长规律实验细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横坐标，以E.coli菌体数量的对数（或O.D值）为纵坐标，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叫E.coli⽣长曲线迟缓期（lag phase）将少量菌种接⼊新鲜培养基后，在开始⼀段时间内菌数不⽴即增加或增加很少，⽣长速度接近于零，细胞适应环境，酶合成迅速，为物质合成做准备。
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（二）微生物生长量的测定
1。直接法(干重法，体积法) 2。间接法（比浊法，碳、氮含量法，DNA
测定法等）
1.血球计数板法
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。
➢活菌数目急剧下降； ➢出现了“负生长”； ➢细胞形态多样，有时产生畸形； ➢细胞开始自溶，释放次生代谢产物。
第三节 环境条件对微生物生长的影响
一、温度 二、水和渗透压 三、酸碱度 四、氧和氧化还原电位 五、辐射 六、化学杀菌剂和抑菌剂
一、温度
温度对微生物的影响具体表现在：
▪ 影响酶活性。温度变化影响酶促反应速率，最终影响 细胞合成。
类型：恒浊连续培养和恒化连续培养
二、细菌的纯培养生长曲线
将少量细菌接种到一种新鲜的、定量的液体 培养基中进行分批培养，定时取样计数，以 细菌个数或细菌数的对数为纵坐标，以培养 时间为横坐标，连接坐标纸上各点成一条曲 线即细菌的生长曲线。
生长曲线可以细分为四个时期： 延迟期、对 数生长期、稳定期、 衰亡期。
▪ 影响细胞膜的流动性。温度高，流动性大，有利于物 质的运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输， 因此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分 泌。
▪ 影响物质的溶解度。对生长有影响。
最适
最高
温度
最低 生长速率
根据微生物的最适生长温度分类
(一)微生物生长的温度类型
嗜冷微生物(最适<20℃，最低<0℃) 嗜温微生物(最适为25~40℃) 嗜热微生物(最适>40℃)
微生物的生长及其控制
第六章微生物的生长及其控制一、名词解释生长:如果同化作用的速度超过了异化作用，则其原生质的总量就不断增加，于是出现了个体细胞的生长。
繁殖:如果这是一种平衡生长，即各种细胞组分是按恰当比例增长时，则达到一定程度后就会引起个体数目的增加，对单细胞的微生物来说，这就是繁殖。
生长限制因子:凡处于较低浓度范围内可影响生长速度和菌体产量的某营养物，就称生长限制因子。
活菌染色法:用特殊染料做活菌染色后再用计数板在光学显微镜下直接观察细胞并进行计数方法。
菌落形成单位（cfu）:把稀释后的一定量菌样通过浇注琼脂培养基或在琼脂平板上涂布的方法，让其内的微生物单细胞一一分散在琼脂平板上，待培养后，每一活细胞就形成一个单菌落，此即“菌落形成单位”（cfu）。
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，成为同步生长。
同步培养:设法使某一群体中的所有个体细胞尽可能都处于同样细胞生长和分裂周期中。
生长产量常数:菌落达到稳定期时，菌体产量达到了最高点（如细菌一般每毫升可达109，原生动物或藻类为106个），而且菌体产量与营养物质的消耗间呈现出有规律的比例关系，这一比例关系为生长产量常数Y：x-x0 x-xY= ------ = ------C0-C Cx为稳定期细胞的干重，x0为刚接种时细胞干重，C为限制性营养物的最初浓度，C为稳定期限制性营养物的浓度。
恒浊器:是一种根据培养器内微生物的生长密度，并借光电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。
恒化器:是一种设法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的条件下进行生长繁殖的连续培养装置。
连续发酵:连续培养用于生产实践，就称为连续发酵。
嗜冷菌:喜好在温度小于20度下生存的菌，能忍受最低为-30度。
中温菌:喜好温度在20-45度的温度生存的菌，又分室温菌（约25度）与体温菌（约37度）。
嗜热菌:喜好在温度大于45度下生存的菌，能忍受最高为105-150度。