微生物的生长与环境条

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,微生物的生长与环境条件,本章主要内容,纯培养微生物的生长。,微生物的个体生长和分化。,环境条件对微生物生长的影响。,一、纯培养微生物的生长,相关概念,生长：,是细胞体积、内含物和细胞数目的增加，对单细胞微生物而言，是指细胞内的原生质和各种细胞结构协调增加。,繁殖：,产生新一代的过程。对单细胞微生物而言，细胞分裂导致细胞数目的增加也是繁殖。,纯培养：,从一个细胞繁殖得到 的后代称为繁殖。,获得纯培养的方法,稀释分离法,稀释平皿分离法,平皿划线分离法,单细胞挑取法,利用选择性培养基分离（一般还要经过划线分离法进行纯化）,通过控制某些环境因素纯化菌种,图,7-2,平皿划线分离法,A.,扇形划线,;,B.,连续划线,;,C.,方格划线,方法,应用范围,液体稀释法,适用与培养细胞较大的微生物,固体稀释平皿法,即可定义,有可定量,用途广泛,平皿划线分离和涂布分离法,方法简便,多用于分离细菌,组织分离法,高等真菌及植物病原菌,单细胞挑取法,局限于高等专业化的科学研究,利用选择培养基法,适用于分离某些生理类型较特殊的微生物,表7-1 微生物纯培养分离方法的比较,细菌群体生长的测量,细胞数量的测定,细胞总数的测定。,活细菌数量的测定,细胞生物量的测定,测定细胞干重法,DNA,含量测定法,ATP,含量测定法,代谢活性法,细胞总数的测定（,total count),显微镜直接计数法：,适用于细菌等单细胞微生物群体,比浊法：,原理是悬浮液中细胞数量越多，浊度越大，在一定浓度范围内，悬液中的细菌细胞浓度与光密度成正比，与透光度成反比。,用,Petroff,-,Hausser,计数器直接计数,活细菌数量的测定（,viable count),稀释平皿测数法。,最大概率法（,most probable number,MPN),浓缩法（滤膜法）。,稀释平板计数法,最大或然数法,稀释度,10-3,10-4,10-5,10-6,10-7,10-8,重复数,5,5,5,5,5,5,出现生长的管数,5,5,5,4,1,0,最大或然数法计算,分批培养中细菌群体的生长,细菌群体的生长曲线,细菌群体的生长周期,根据微生物的生长速率（,growth rate constant,），,即每小时的分裂代数不同，一般可以将典型生长曲线分为延滞期、指数期、稳定期和衰亡期。,A,延滞期,(,lag phase),特点：生长速率常数等于零；细胞形态变大或增长；核酸含量提高；合成代谢活跃，易产生诱导酶；对外界不良条件反应敏感。,影响因素：接种龄；接种量；培养基成分,B,指数期,(,exponential phase),特点：生长速率常数最大；细胞进行平衡生长，菌体内各成分最均匀；酶系活跃，代谢旺盛,在指数,期三个最重要的参数是繁殖代数；生长速率常数；代时。,影响因素：菌种；营养成分；营养物浓度；培养温度,C,稳定期,(,stationary phase),特点：生长速率常数等于,0,。,稳定期到来的原因：营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物的比例失调，如,C/N,不合适；酸、醇、毒素等有害代谢产物的积累；,pH,、,氧化还原电势等物化条件越来越不适宜。,D,衰亡期（,decline phase,）,特点：整个群体出现负增长（,R,为负值）。,原因：主要是外界的环境对继续生长越来越不利，从而引起细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体死亡。,以二分裂的细菌为代表，假设细菌培养体在对数期,to,时的总菌数为,No，,那么到时的菌数,Nt,No2,n,；,式中为,to,到这段时间内细菌的繁殖代数。如果用,G,来表示世代时间(或倍增时间):即群体细胞数量增加一倍需要的时间，则：,-,G(t-to)/n (1),-,-,Nt,No2,n,-,-,logNt,log2,logNo,-,logNt,logNo,/log2=,logNt,/N,0,/0.301 (2),将(2)代入(1)式得：,-,G0.301(t-t,0,)/,logNt,/N,0,(3),-,通过实验可测得,No、,Nt,和时间,o、,，由(3)式可计算出供试微生物的世代时间,G。,细菌群体生长的连续培养,当微生物以单批培养的方式培养到指数期后期时，一方面以一定的速度连续流进新鲜的培养基，并立即搅拌均匀；另一方面以同样的流速不断流出培养物。这样，培养物就达到了动态平衡，微生物可以长期保持在指数期的平衡生长状态和稳定的生长速率上，这种培养方法就叫,连续培养（,continuous culture,）。,连续培养两种方式,恒化培养：通过控制培养液的添补速度来保持培养菌体的恒定的生长速度。采用的培养液是一种低浓度的限制性养料。,恒浊培养：根据细菌生长导致培养液中浊度变化来调节添补新鲜培养液的流速，从而保持培养基恒定的浑浊度，以控制菌数的恒定。,连续培养法装置示意图,二、微生物个体的生长和分化,细胞生长周期,是指细胞从上一次分裂结束到下一次分裂结束的过程。,真核细胞的生长周期,分裂期,(,G,1,),：,指上一次分裂结束之后到,DNA,复制之前的时期。,S,期：,DNA,复制期，细胞要完成全部染色体中,DNA,的复制和组蛋白的合成。,G2,期：,DNA,复制完成后到细胞分裂前的间隔期。,M,期：指有丝分裂时期。,原核生物生长周期,准备期（,I，,有时没有）,复制期（,R）,分裂期（,D）,细菌芽孢的形成过程,阶段,特征,0,营养细胞,DNA,变浓稠,细胞质膜内陷形成芽孢隔膜，将细胞分成大小不同的两部分,前阶段形成的较大部分细胞膜继续沿着小的细胞部分延伸并逐步将它包围，形成具有双层膜的前芽孢,初生皮层在前芽孢的双层膜之间形成，此时伴有,DPA,的合成与钙离子吸收。皮层主要是有肽聚糖组成。同时，在初生皮层形成过程中开始合成外壁。,外膜形成,皮层形成，芽孢继续发育形成具有对热和化学药物等特殊抗性的芽孢，芽孢成熟。,营养细胞自溶，芽孢游离而出。,细菌芽孢的形成阶段,三、环境条件对微生物,生长和代谢的影响,四个主要的环境因子,温度,酸碱度,水可给性,氧气,微生物生长的温度类型,微生物类型,生长温度范围（）,最低,最适,最高,分布的主要处所,低温型,专性嗜冷,-12,5,15,15,20,两极地区,兼性嗜冷,-5,0,10,20,25,30,海水及食品冷藏箱,中温型,10,20,25,40,40,50,哺乳动物生活的环境,高温型,嗜热,30,45,60,70,堆肥和沼气发酵池等,极端嗜热,30,70,90,100,以上,温泉和沿洋底火山口等,温度对细菌生长率的影响,Enzymes exhibit a Q,10,so that within a suitable temperature range the rate of enzyme activity doubles for every 10 C rise in temperature,.,注 意,最适生长温度是指某微生物群体生长繁殖速度最快的温度，代时也最短。,但它不等于发酵的最适温度，也不等于积累代谢产物的最适温度，更不等于积累某一代谢产物的最适温度。在较高温度条件下，细胞分裂虽然较快，但维持的时间不长，容易老化。相反，在较低温度下，细胞分裂较慢，但维持时时间较长，结果细胞的总产量反而较高。同样，发酵速度与代谢产物积累量之间也有类似的关系,菌 名,最适生长温度,最适发酵温度,积累产物的最适温度,灰色链霉(,Streptomycesgriseus,)(,产链霉素菌种),37,28,-,产黄青霉(,Penicilliumchrysogenum,)(,产青霉素菌种),30,25,20,北京棒杆菌(,Corynebacteriumpekinese,)A.S1299(,谷氨酸产生菌),32,3335,-,水可给性（,water availability,),水活度：,表示环境中水对微生物生长可给性高低的指标，用,aw,表示。,aw,值实质上是以小数来表示与溶液或含水物质平衡时的空气的相对湿度，即在相同温度和压力条件下，密闭容器中该溶液的水饱和蒸汽压与纯水饱和蒸汽压的比值。,a,w,/0,RH100-,式中：,P,为溶液或含水物质的蒸汽压-,P0,为纯水的蒸汽压-,RH,为空气的相对湿度,微生物生长所要求的水活度,a,w,通常在0.660.99之间，细菌生长的最适,a,w,0.930.99，,大多数酵母菌生长的最适,a,w,0.880.91，,丝状真菌在,a,w,0.8,左右,渗透压,正常细胞,质壁分离细胞,微生物,pH,值,最低,最适,最高,氧化硫硫杆菌嗜酸乳杆菌大豆根瘤菌原褐固氮菌亚硝酸细菌硝化细菌放线菌酵母菌黑曲霉,1.04.04.64.24.57.03.85.03.01.5,2.02.85.86.66.87.07.47.67.88.66.57.57.08.04.86.05.06.0,4.06.06.811.09.09.412.010.08.09.0,不同微生物对氢离子浓度的适应范围,氧气对微生物生长的影响,按照微生物与氧气的关系，把它们分成好氧菌（,aerobe,）,和厌氧菌（,anaerobe,）,两大类，并可继续分为五类：,专性好氧菌（,strict aerobe,）,：,必须在有分子氧的条件下才能生长，有完整的呼吸链，以分子氧作为最终的氢受体，细胞含超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。如绿浓杆菌、白喉杆菌等。,兼性厌氧菌（,facultative aerobe,）：,在有氧或无氧条件下均能生长，但有氧条件下生长得更好。如酿酒酵母、普通变性杆菌。,氧气对微生物生长的影响,微好氧菌,（,mircoaerophilic,bacteria,）：,只能在较低氧分压下（,0.01,0.03,巴）才能正常生长的微生物。如霍乱弧菌。,耐氧菌,（,aerotolerant,anaerobe,）：,可在有氧条件下进行厌氧生活的厌氧菌，即它们的生长不需要氧气，但氧气对它们也无害。如乳链球菌、乳酸杆菌等。,厌氧菌（,anaerobe,）：,在有氧条件下不能生长，生命活动所需要能量是通过发酵、无氧呼吸、光合磷酸化或甲烷发酵等提供。,作 业,谈谈生长和繁殖的区别。,细菌生长曲线可以分为几个时期？各期有何特征？,什么是微生物生长温度三基点？谈谈温度对微生物的影响。,