最新-6微生物的生长-PPT精品课件.ppt
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1、第六章 微生物的生长及其控制生长:生长:原生质与细胞组分的增加;原生质与细胞组分的增加;繁殖:繁殖:菌体细胞数量的增加。菌体细胞数量的增加。微生物的生长伴随体积增大和细胞分微生物的生长伴随体积增大和细胞分裂,所以,裂,所以,生长的概念中包含着繁殖。生长的概念中包含着繁殖。第一节 测定生长繁殖的方法测定细胞干重法测定细胞干重法 单位体积培养物中细胞物质的干重单位体积培养物中细胞物质的干重(一)直接法(一)直接法(二)间接法(二)间接法 比浊法 生长指标法含氮量测定法含氮量测定法 微生物细胞中蛋白质的含量是比较稳定的,测出微生微生物细胞中蛋白质的含量是比较稳定的,测出微生物细胞中的含物细胞中的含N
2、量后再换算出蛋白质的含量,可用凯氏量后再换算出蛋白质的含量,可用凯氏定定N法法。蛋白质的含量蛋白质的含量=氮量氮量6.25DNA含量的测定含量的测定ATP含量的测定含量的测定代谢活性法代谢活性法二、计繁殖数法二、计繁殖数法(一)直接法 血球计数板平板菌落计数法简单易行,但易造成机械损伤(二)间接法(二)间接法一一、微生物个体生长和同步生长、微生物个体生长和同步生长同步培养法:能获得处于同一生长阶段 的群体细胞的培养方法同步生长:运用同步培养技术,控制微 生物生长,使之处于同一生长 阶段并同时分裂。第二节 微生物的生长规律获得同步生长的方法:获得同步生长的方法:1.机械法机械法 收集同样大小的细
3、胞收集同样大小的细胞 密度梯度离心:密度梯度离心:选择性滤膜法选择性滤膜法:2.调整生理条件法:温度、光、限制因子等温度、光、限制因子等 例:温度开始很低,使其均处在例:温度开始很低,使其均处在 仅活着的状态仅活着的状态升高温度升高温度 同步生长同步生长.抑制生长法:加入代谢抑制剂,阻遏加入代谢抑制剂,阻遏DNA DNA 复制复制解阻遏解阻遏同步同步生长曲线:将少量单细胞的纯培养,接种到一恒定容积的液体培养基中,在适宜条件下培养,定时取样,测菌量。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。二二、单细胞的典型生长曲线、单细胞的典型生长曲线(1 1)延滞期()延滞期(lag
4、 phaselag phase)1.现象:活菌数没增加,曲线平活菌数没增加,曲线平 行于横轴。行于横轴。2.原因:由于细胞进入新环境由于细胞进入新环境,细胞数目无增长,甚至有所下细胞数目无增长,甚至有所下 降有一个适应过程,进行大量降有一个适应过程,进行大量 的酶(诱导酶)的生成。的酶(诱导酶)的生成。3.细胞特点:细胞的新陈代谢非细胞的新陈代谢非 常旺盛,个体体积显著增大,常旺盛,个体体积显著增大,为细胞分裂作准备。为细胞分裂作准备。4.此期长短:与菌种遗传特性、菌龄、接种量、培与菌种遗传特性、菌龄、接种量、培 养条件有关。养条件有关。5.意义:在实际工作中,在实际工作中,缩短缩短lag p
5、hase lag phase 的措施:的措施:1 1)加大接种量(群体优势)加大接种量(群体优势-适应性增强)适应性增强)2 2)选用对数期的种子(此时细胞分裂旺盛)选用对数期的种子(此时细胞分裂旺盛)3 3)调整培养基的成分,使种子基含有发酵培养基的成分)调整培养基的成分,使种子基含有发酵培养基的成分 4 4)选用繁殖快的菌种)选用繁殖快的菌种(2 2)指数期)指数期(exponential phase)(exponential phase)1.现象:细胞数目以几何级细胞数目以几何级 数增加,其对数与时间数增加,其对数与时间 呈直线关系。呈直线关系。2.细胞特点:此时细胞的此时细胞的 大小、
6、组成、生理特征等大小、组成、生理特征等 均趋于一致,代谢活跃,均趋于一致,代谢活跃,生长速率高,代时稳定。生长速率高,代时稳定。代时(世代时间eneration time,G):单个细胞完成一次分裂所需要的时间意义:()代谢、生理研究的好材料 ()生产中用其作种G=t/n=t2 t13.3(lgx2lgx1)()与菌种有关;()受培养条件(温度、营养成分、营养物浓度)的制约;同一菌种在不同培养条件下代时不同同一菌种在不同培养条件下代时不同(3)(3)稳定期(稳定期(stationary phase):stationary phase):2.特点:细胞的菌体形态典型,细胞的菌体形态典型,芽孢形成
7、,细胞内开始芽孢形成,细胞内开始 贮藏物质。贮藏物质。1.现象:活菌数目不增不活菌数目不增不 减,生长速率趋于减,生长速率趋于0,0,曲曲 线有一下降的趋势。线有一下降的趋势。3.出现原因:4.意义:1 1)营养物质大量消耗;)营养物质大量消耗;2 2)有毒代谢产物大量积累;)有毒代谢产物大量积累;3)3)营养物比例失调营养物比例失调4 4)外界条件影响()外界条件影响(pHpH、高细胞浓度,氧化还原电位等)、高细胞浓度,氧化还原电位等)1 1)发酵生产形成的重要时期)发酵生产形成的重要时期(抗生素、氨基酸等),(抗生素、氨基酸等),生产上应尽量延长此期,提高产量,生产上应尽量延长此期,提高产
8、量,措施如下:措施如下:补充营养物质(补料)补充营养物质(补料)调调pHpH 调整温度调整温度2)稳定期细胞数目及产物积累达到最高。)稳定期细胞数目及产物积累达到最高。3)生长产量常数:)生长产量常数:概念:概念:表示微生物对基质利用效率的高低表示微生物对基质利用效率的高低 Y=菌体干重/消耗营养物质的浓度 根据产量常数可确定微生物对营养物质的需要量根据产量常数可确定微生物对营养物质的需要量如:如:Y=0.5Y=0.5,表示要得到,表示要得到5g5g菌体,需某营养物(葡萄菌体,需某营养物(葡萄 糖)糖)10g10g。(4 4)衰亡期)衰亡期1.现象:细胞死亡速率细胞死亡速率大于大于生长速率。一
9、般总菌数不变生长速率。一般总菌数不变,活活菌数曲线下降。菌数曲线下降。2.特点:菌体变形,大小菌体变形,大小 不一,细胞出现自溶不一,细胞出现自溶,生理代生理代 谢活动停滞。谢活动停滞。三、微生物的连续培养 单(分)批培养:单(分)批培养:指微生物在一定容积的培养基中,指微生物在一定容积的培养基中,在特定培养条件下只完成一个生长循环(最后一次收在特定培养条件下只完成一个生长循环(最后一次收获)的培养方法。(获)的培养方法。(封闭系统封闭系统)连续培养:连续培养:指微生物在整个生长时间,以一定的方法指微生物在整个生长时间,以一定的方法(恒浊、恒化)使微生物持续的以较恒定的生长速率(恒浊、恒化)使
10、微生物持续的以较恒定的生长速率生长的培养方法。(生长的培养方法。(开放系统开放系统)(一)按控制方式分(一)按控制方式分1.1.恒浊培养恒浊培养概念:概念:在在恒浊器恒浊器内,调节培养内,调节培养基流速,使基流速,使细菌培养液浊度保持细菌培养液浊度保持恒定恒定的连续培养方法。的连续培养方法。原理:原理:维持菌浓度不变。维持菌浓度不变。特点特点:基质过量,菌以最高速率:基质过量,菌以最高速率生长;但工艺复杂,烦琐。以获生长;但工艺复杂,烦琐。以获得菌体或与菌体生长相平行的代得菌体或与菌体生长相平行的代谢产物谢产物2.2.恒化培养恒化培养概念:概念:以恒定流速使以恒定流速使营养物质浓营养物质浓度度
11、恒定而保持细菌生长速率恒定恒定而保持细菌生长速率恒定的方法。的方法。原理:原理:恒化器中动态平衡的稳定恒化器中动态平衡的稳定性,是以某种性,是以某种生长限制因子生长限制因子(如(如碳、氮源;生长因子;无机盐等)碳、氮源;生长因子;无机盐等)的浓度来控制菌的生长速度。的浓度来控制菌的生长速度。特点:特点:维持营养成分的低浓度维持营养成分的低浓度,控制微生物生长速率。主要用于控制微生物生长速率。主要用于科学研究科学研究(二二)按培养器级数分按培养器级数分单级连续培养微生物代谢产物的产生速率与菌体生长微生物代谢产物的产生速率与菌体生长速率相平行速率相平行2.多级连续培养微生物代谢产物不与菌体生长速率
12、相平微生物代谢产物不与菌体生长速率相平行行连续培养的优点1 1、缩短发酵周期,提高设备的利用率;、缩短发酵周期,提高设备的利用率;2 2、便于自控。降低动力消耗及劳动强度;、便于自控。降低动力消耗及劳动强度;3 3、产品均一;、产品均一;4 4、节约资源、节约资源连续培养的缺点易杂菌污染;菌种易退化易杂菌污染;菌种易退化;营养物利用率低营养物利用率低四、微生物的高密度培养四、微生物的高密度培养High cell-density culture,HCDC一般指微生物在液体培养中细胞群体密度一般指微生物在液体培养中细胞群体密度超过常规培养超过常规培养10倍以上时的生长状态或倍以上时的生长状态或培养
13、技术培养技术特点(1)产品产值高)产品产值高 (2)提高下游工程的效率)提高下游工程的效率 (3)生产成本相对降低)生产成本相对降低HCDC中注意的问题中注意的问题 选取最佳培养基成分和各成分含量选取最佳培养基成分和各成分含量 补料:逐量流加补料:逐量流加 提高溶解氧的浓度提高溶解氧的浓度 防止有害代谢产物的生成防止有害代谢产物的生成影响微生物生长的主要因素 第三节一、温度一、温度 最高生长温度:微生物生长的最高温度;最适生长温度:微生物生长最快时的温度1 1)最适生长温度不等于积累代谢产物的最佳温度;不等于积累代谢产物的最佳温度;2 2)同类型发酵使用菌种不同,)同类型发酵使用菌种不同,最适
14、生长温度不同;不同;3 3)同一微生物不同生理活动的)同一微生物不同生理活动的最适生长温度不同。不同。(一)三种基本温度(生长温度三基点)最低生长温度:微生物生长的最低温度下限;(二)按最适生长温度将微生物分类:低温微生物(20)中温微生物(2045)高温微生物(45)1、低温微生物:、低温微生物:生长机理:生长机理:细胞内的酶促反应在低温下进行,温 度高(30-40),酶失活。胞膜中不饱和脂肪酸的含量高,故低 温下膜的流动性较好。2、中温微生物:、中温微生物:大多数微生物属此类(20-45)3、高温微生物:、高温微生物:生长机理:生长机理:1)细胞内酶、蛋白质抗热性强,热稳定性好 酶促反应可
15、在高温下进行。2)菌体内产多胺、热亚胺及高温精胺,可稳 定细胞内蛋白质合成机构及保护大分子。3)膜中饱和脂肪酸和直链脂肪酸含量高,易 形成疏水键,高温下仍能保持膜稳定及结构 功能。4、最适生长温度与最适发酵温度、最适生长温度与最适发酵温度 微生物不同生理活动要求不同温度,所以微生物不同生理活动要求不同温度,所以,最适生长温度最适生长温度=发酵速度快、积累代谢产物多。发酵速度快、积累代谢产物多。如如:柠檬酸生产菌黑曲霉柠檬酸生产菌黑曲霉2087,32-31生长快,而生长快,而32 产酸多。产酸多。工业上:工业上:1)同类型发酵,使用菌种不同,)同类型发酵,使用菌种不同,T不同:不同:如:德氏乳酸
16、杆菌:如:德氏乳酸杆菌:45-50;保加利亚乳酸杆菌:保加利亚乳酸杆菌:45;2)发酵前后期温度不同:)发酵前后期温度不同:如:酒精发酵:前期:如:酒精发酵:前期:28;后期:;后期:33-35。根据微生物所适应的最适生长温度通常把微根据微生物所适应的最适生长温度通常把微生物分为高温型、中温型和低温型生物分为高温型、中温型和低温型 (三)温度对微生物生长的影响 1)影响胞内酶活,进而影响细胞物质的合成,影响微生物生长速率。2)影响胞膜的流动性,从而影响物质的吸收、分泌,进而影响微生物生长。低温:冰晶形成造成膜损伤、细胞脱水;高温:蛋白质不可逆变性,膜受热出现小 孔,破坏细胞结构(溶菌)。二、氧
17、二、氧(一)氧在体内易转变为超氧阴离子自由基:一)氧在体内易转变为超氧阴离子自由基:1、形成:、形成:为非酶促方式:为非酶促方式:O2 +e O22、特点:、特点:既有分子性质,又有离子性质;既有分子性质,又有离子性质;反应力极强,性质极不稳定;反应力极强,性质极不稳定;可破坏膜和重要生物大分子,亦可产生可破坏膜和重要生物大分子,亦可产生 其它毒性的活性氧化物。其它毒性的活性氧化物。(二)(二)O2驱除机制:驱除机制:1、SOD(超氧化物歧化酶)(超氧化物歧化酶)的作用;的作用;2、过氧化氢酶、过氧化氢酶的作用的作用好氧菌和耐氧菌;好氧菌和耐氧菌;O2 +2H+H2O2 H2O +(1/2O2
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