(生物课件)微生物的生长及其控制第二节微生物的生长规律.ppt
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- 生物 课件 微生物 生长 及其 控制 第二 规律
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1、第二节第二节 微生物的生长规律微生物的生长规律微生物的特点微生物的特点:个体微小个体微小肉眼看到或接触到的微生物是成千上万个肉眼看到或接触到的微生物是成千上万个单个的微生物组成的群体。单个的微生物组成的群体。微生物接种是群体接种,接种后的生长是微生物接种是群体接种,接种后的生长是微生物群体繁殖生长。微生物群体繁殖生长。对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础一、微生物的个体生长和同步生长一、微生物的个体生长和同步生长 1.微生物个体细胞的生长微生物个体细胞的生长(1)细菌的生长细菌的生长 一个新生的细胞长大到最后分裂为两个子细胞一个新
2、生的细胞长大到最后分裂为两个子细胞的过程称为的过程称为细胞周期细胞周期。在细胞周期内主要的细胞。在细胞周期内主要的细胞学变化是学变化是细胞的表面生长细胞的表面生长即细胞壁的增生、即细胞壁的增生、DNA的复制以及的复制以及细胞分裂成子代细胞细胞分裂成子代细胞。细菌培养物在培养条件下度过的时间称为细菌培养物在培养条件下度过的时间称为细菌的菌龄细菌的菌龄。(2)酵母菌的生长酵母菌的生长 酵母菌主要的繁殖方式是酵母菌主要的繁殖方式是出芽出芽,酵母菌细胞,酵母菌细胞的生长的生长芽细胞的生长。芽细胞的生长。酵母菌的酵母菌的细胞周期细胞周期是两次细胞分裂之间的时间,是两次细胞分裂之间的时间,这个周期分为四个
3、时期:这个周期分为四个时期:间隔期间隔期G G1 1、DNADNA合成期合成期S S、第二间隔期第二间隔期G G2 2、有丝分裂期有丝分裂期M.M.(3)霉菌的生长霉菌的生长 丝状真菌的生长时从丝状真菌的生长时从孢子孢子萌发开始的,以萌发开始的,以其菌丝其菌丝顶端延长顶端延长的方式进行的。当菌丝伸长到的方式进行的。当菌丝伸长到一定程度后就会出现分枝。一定程度后就会出现分枝。2.微生物的微生物的同步生长同步生长目前使用的方法:目前使用的方法:(1 1)电子显微镜观察细胞的超薄切片电子显微镜观察细胞的超薄切片 设法使某一群体中的所有个体细胞尽可能都处于设法使某一群体中的所有个体细胞尽可能都处于同样
4、细胞生长和分裂周期中同样细胞生长和分裂周期中,通过分析此,通过分析此群体群体在各在各阶段的生物化学特性变化,来间接了解阶段的生物化学特性变化,来间接了解单个细胞单个细胞的的相应变化规律。相应变化规律。(2 2)同步培养同步培养(synchronous culture)技术技术 这种通过同步培养的手段而使细胞群体中各个这种通过同步培养的手段而使细胞群体中各个体处于分裂体处于分裂步调一致步调一致的生长状态,称为的生长状态,称为同步生长同步生长(synchronous growth)。获得微生物同步生长的方法:获得微生物同步生长的方法:(1)环境条件诱导法环境条件诱导法氯霉素抑制氯霉素抑制细菌细菌蛋
5、白质合成;蛋白质合成;细菌芽孢细菌芽孢诱导发芽;诱导发芽;藻类藻类细胞的光照、黑暗控制;细胞的光照、黑暗控制;用用EDTA或离子载体处理或离子载体处理酵母菌酵母菌;短期热休克(短期热休克(40)法等。)法等。(2)机械筛选法机械筛选法 利用处于同一生长阶段细胞的体积、大小的利用处于同一生长阶段细胞的体积、大小的相同性,用相同性,用过滤法过滤法、区带密度梯度离心法区带密度梯度离心法或或膜洗膜洗脱法脱法收集同步生长的细胞。收集同步生长的细胞。有效和常用的方法有效和常用的方法 Helmstetter-CummingsHelmstetter-Cummings技术技术由于细胞的个体差异,由于细胞的个体差
6、异,同步生长往往只能同步生长往往只能维持维持2-3个世代,个世代,随后又逐渐转变为随后又逐渐转变为随机生长。随机生长。二、单细胞微生物的典型生长曲线二、单细胞微生物的典型生长曲线生长曲线生长曲线(Growth Curve):定量定量描述液体培养基中微生物描述液体培养基中微生物群体生长规律群体生长规律的实验曲线,称为生长曲线的实验曲线,称为生长曲线(growth curve)。在微生物学中提到的在微生物学中提到的“生长生长”,均指群体生长。,均指群体生长。细菌接种到定量的液体培养基中,定时取样测细菌接种到定量的液体培养基中,定时取样测定细胞数量。定细胞数量。以以培养时间培养时间为为横座标横座标以
7、以菌数菌数为为纵座标纵座标作图作图得到的一条反映得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线!的曲线!细菌的生长曲线一般用菌数的对数为纵坐标作图细菌的生长曲线一般用菌数的对数为纵坐标作图 根据微生物的根据微生物的生长速率常数生长速率常数(growthrateconstant),即每小时的分裂次数(即每小时的分裂次数(R)的不同,一般可把典型生长曲线粗的不同,一般可把典型生长曲线粗分为分为延滞期延滞期、指数期指数期、稳定期稳定期和和衰亡期衰亡期等等4 4个时期个时期。延滞期延滞期指数期指数期稳定期稳定期衰亡期衰亡期延滞期延滞期指数期指数期稳定期稳定期衰亡期衰亡
8、期 对于丝状生长的真对于丝状生长的真菌和放线菌来说,是一菌和放线菌来说,是一条条“非典型非典型”的生长的生长曲线,真菌的生长曲线曲线,真菌的生长曲线大致可分大致可分3 3个时期,即个时期,即生长延滞期生长延滞期、快速生长期快速生长期、生长衰退期生长衰退期。又称又称停滞期停滞期、调整期调整期和和适应期适应期。指少量单细胞微生物接种到新鲜培养基指少量单细胞微生物接种到新鲜培养基后,在开始培养的一段时间内细胞数目后,在开始培养的一段时间内细胞数目不立即增加,或增加很少,生长速度接不立即增加,或增加很少,生长速度接近于零的一段时期近于零的一段时期代谢系统是正在代谢系统是正在适应新环境。适应新环境。(一
9、)(一)延滞期延滞期(Lag phase)延滞期延滞期分裂迟缓、代谢活跃分裂迟缓、代谢活跃 生长速率常数为零;生长速率常数为零;细胞形态变大或增长,许多杆菌可长成丝状,细胞形态变大或增长,许多杆菌可长成丝状,Eg.Eg.巨大芽孢杆菌(巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)在延滞期末,在延滞期末,细胞的平均长度比刚接种时长细胞的平均长度比刚接种时长6倍;倍;一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大!1.延滞期的特点延滞期的特点细胞处于活跃生长中,只是分裂迟缓。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。在此阶段后
10、期,少数细胞开始分裂,曲线略有上升。细胞内细胞内RNARNA尤其是尤其是rRNArRNA含量增高,原生质呈嗜碱性;含量增高,原生质呈嗜碱性;合成代谢十分活跃,核糖体、酶类和合成代谢十分活跃,核糖体、酶类和ATPATP合成加速,合成加速,易产生各种诱导酶;易产生各种诱导酶;对外界不良条件如对外界不良条件如NaCINaCI溶液浓度、温度和抗生素等理溶液浓度、温度和抗生素等理化因素反应敏感。化因素反应敏感。微生物接种到一个新的环境,暂时缺乏分解和催化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
11、成中间代谢产物,就需要一段适应期。生诱导酶或合成中间代谢产物,就需要一段适应期。调调 整整 代代 谢谢2.迟缓期出现的原因迟缓期出现的原因(1 1)菌种的遗传性菌种的遗传性影响延滞期长短的因素很多影响延滞期长短的因素很多(2 2)接种龄接种龄 指指接种物接种物或或种子种子(inoculum,复数复数inocula)的的生长年龄,亦即它处在生长曲线上哪一个阶段时用生长年龄,亦即它处在生长曲线上哪一个阶段时用来作种子的来作种子的。这里指这里指某一群体的生理年龄某一群体的生理年龄。种子的接种龄种子的接种龄子代培养物的延滞期子代培养物的延滞期对数期对数期短短稳定期稳定期居中居中延滞期或衰亡期延滞期或衰
12、亡期长长(3 3)接种量接种量 接种量的大小明显影响延滞期的长短。接种量的大小明显影响延滞期的长短。接种量小接种量小延滞期长延滞期长接种量大接种量大延滞期短延滞期短 在发酵工业上,为缩短延滞期以缩短生产周期,在发酵工业上,为缩短延滞期以缩短生产周期,提高发酵效率,一般采用提高发酵效率,一般采用较大的接种量较大的接种量。种子:发酵培养基种子:发酵培养基1 1:1010,V/VV/V(4 4)培养基成分培养基成分 天然培养基天然培养基营养丰富营养丰富延滞期短延滞期短组合培养基组合培养基营养单调营养单调延滞期长延滞期长发酵生产中发酵生产中发酵培养基发酵培养基种子培养基种子培养基成分尽量接近成分尽量接
13、近(1)通过遗传学方法改变种的遗传特性使延滞期缩短;)通过遗传学方法改变种的遗传特性使延滞期缩短;(2)利用对数生长期的细胞作为种子;)利用对数生长期的细胞作为种子;(3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大;)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大;(4)适当扩大接种量;)适当扩大接种量;3.生产实践中缩短延滞期的常用手段生产实践中缩短延滞期的常用手段(二)(二)对数生长期对数生长期(Logarithmic phase)又称又称指数生长期指数生长期(Exponential phase)。指。指在生长曲在生长曲线中,紧接着延滞期的一段细胞数以几何级数增长的时期线中,紧接着延滞期的
14、一段细胞数以几何级数增长的时期。指数期指数期1.对数生长期的特点对数生长期的特点 生长速率常数生长速率常数R R最大,因而细胞每分裂一次所需的最大,因而细胞每分裂一次所需的时间时间代时代时(generation time,G G,又称又称世代时世代时间间或或增代时间增代时间)或原生质增加一倍所需的或原生质增加一倍所需的倍增时间倍增时间(doubling time)最短;最短;细胞进行细胞进行平衡生长平衡生长(balanced growth),菌体各菌体各部分的成分十分均匀部分的成分十分均匀;酶系活跃,代谢旺盛;酶系活跃,代谢旺盛;对数生长期的细菌个体形态、化学组成和生理对数生长期的细菌个体形态
15、、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,特性等均较一致,代谢旺盛、生长迅速、代时稳定,所以是研究微生物基本代谢及遗传特性的良好材料。所以是研究微生物基本代谢及遗传特性的良好材料。它也常在生产上用作种子,使微生物发酵的迟缓期它也常在生产上用作种子,使微生物发酵的迟缓期缩短,提高经济效益。缩短,提高经济效益。2.对数生长期的对数生长期的3个重要参数个重要参数(1)繁殖代数繁殖代数(n)x2=x122n lgx2lgx1n=3.322n=3.322(lgx2lgx1)lg2(2)生长速率常数生长速率常数(R)n 3.322 n 3.322(lgx2lgx1)R=R=t2t1 t
16、2t1 (3)代时代时(G)1 1 t2t1G=G=R 3.322 R 3.322(lgx2lgx1)在细菌个体生长里,每个细菌分裂繁殖一代所需在细菌个体生长里,每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为的时间为代时代时(Generation time);在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为倍增时间倍增时间(Doubling time)。影响微生物增代时间(代时)的因素影响微生物增代时间(代时)的因素 菌种,菌种,不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同;不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同;营养成分,营养成分,在营养丰富的培养基中生长代时短,在营养丰富的
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