课程名称：微生物学 班级：生物工程1101 (第十七讲) 章节标题：第二节微生物的生长规律 第三节环境因索对微生物生长的影响 目的要求：1.了解微生物的生长规律 2.掌握微生物的生长曲线及各个时期的特点 3.了解微生物生长的环境因素 教学重点：1.微生物的生长规律 2.微生物的生长曲线及各个时期的特点 教学难点：微生物的生长曲线及各个时期的特点 教学方法：多媒体讲授及讨论法 内容提要及课时分配： 1.微生物的生长规律 20分钟 2.微生物的生长曲线及各个时期的特点 40分钟 3.环境因素对微生物生长的影响 35分钟 4.小结 5分钟 主讲教师：赵萌萌 授课日期：2013年4月23日 兰州交通大学化学与生物工程学院
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 由于微生物的个体十分微小，因此要单个研究每个个体的生长是一件十分困 难的事情。目前最直接的方法就是用显微镜观察细胞的超薄切片，这种方法不但 使用的仪器非常昂贵、复杂，而且需要不停的对细胞进行切片，十分不方便。比 较方便的是同步培养技术，即通过群体生长各阶段的变化来间接了解单个细胞的 变化规律。那么，这种了解只能是通过使细胞群体中的各个个体的生长处于步调 基本一致的情况下，这样表现出来的群体生长特性才能够代表个体，才具有研究 的意义。因此，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步调 致的生长状态，就叫做同步生长。 如何获得微生物的同步生长呢？主要应用的有两类方法： (一)诱导法（调整生理条件的同步法） 1.温度调整法-一将微生物的培养温度控制在接近最适温度条件下一段时间， 它们将缓慢地进行新陈代谢，但又不进行分裂。换句话说，使细胞的生长在分裂 前不久的阶段稍微受到抑制，然后将培养温度提高或降低到最适生长温度，大多 数细胞就会进行同步分裂。人们利用这种现象已设计出多种细菌和原生动物的同 步培养法。 2.营养条件调整法-一即控制营养物的浓度或培养基的组成以达到同步生长。 例如：限制碳源或其他营养物，使细胞只能进行一次分裂而不能继续生长，从而 获得了刚分裂的细胞群体，然后再转入适宜的培养基中，它们便进入了同步生长。 对营养缺陷型菌株，同样可以通过控制它所缺乏的某种营养物质而达到同步化。 3.对于光合细菌可以将不同步的细菌经光照培养后再转到黑暗中培养，这样 通过光照和黑暗交替培养的方式可获得同步细胞：对于不同步的芽孢杆菌培养至 绝大部分芽孢形成，然后经加热处理，杀死营养细胞，最后转接到新的培养基里， 经培养可获得同步细胞。 (二)筛选法 处于不同生长阶段的细胞，其个体大小不同，通过各种孔径大小不同的微孔 滤膜过滤或密度梯度离心就可使大小不同的细胞群体在一定程度上分开，选择处 于同一生长阶段的细胞进行培养
离心方法： 将不同步的细胞培养物悬浮在不被这种细菌利用的糖或葡萄糖的不同梯度 溶液里，通过密度梯度离心将不同细胞分布成不同的细胞带，每一细胞带的细胞 大致是处于同一生长期的细胞，分别将他们取出进行培养，就可以获得同步细胞 过滤分离法 将不同步的细胞培养物通过孔径大小不同的微孔滤器，从而将大小不同的细 胞分开，分别将滤液中的细胞取出培养，获得同步细胞 3.硝酸纤维素滤膜法 这种薄膜可以吸附与它带相反电荷的细胞。将被吸附的细胞倒置于有新鲜培 养液缓慢流动的滤器中，细胞便开始分裂，分裂新形成的细胞则会被培养液洗脱， 收集洗脱的细胞，这些细胞就可以被看成是同步生长的细胞。 二、单细胞微生物的典型生长曲线 细菌接种到均匀的液体培养基后，开始进行分裂繁殖。在不补充营养物质或 移去培养物，保持整个培养液体积不变的条件下，一时间为横坐标，菌数为纵坐 标，根据不同培养时间里细菌数量的变化，可作出一条反映细菌在整个培养期间 菌数变化规律的曲线，这个曲线就叫做生长曲线。 一般典型的生长曲线都是单细胞微生物比如细菌和酵母菌的，对于丝状生长 的真菌和放线菌来说，它们的生长曲线是不同的。一条典型的生长曲线至少可以 分为延滞期、指数期、稳定期和衰亡期4个生长时期。 (一)延滞期 少量细菌接种到新鲜培养基中，由于它处于一个新的生长环境，需要一个适 应期，因此在一定时间里并不马上分裂，细菌的数量维持恒定，或只有很少量的 增加。特点： (1)生长速率常数为零 (2)细胞形态变大或增长 (3)细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性 (4)合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加速，易产生各种诱 导酶 (5)对外界不良条件如NC1溶液浓度、温度和抗生素等化学药物等反应敏
感。 处于延滞期细菌的特征是细胞分裂迟缓，代谢活跃，细胞体及增长快，细胞 质均匀，细胞中的蛋白质和A含量高，对不良环境的抓抗力降低，容易产生各 种诱导酶等。 产生延滞期的原因是细胞接触新的环境后，需要重新合成必需的酶、辅酶或 某种中间代谢产物，以适应新的环境，为细胞分裂作准备。 延滞期的长短是不一定的，通常受3个方面因素的影响： 1.接种龄 指用于接种的某一群体的生长年龄。一般来说，如果以处于生长繁殖旺盛的 种龄的种子接种，那么子代培养物的延滞期就短：反之，如果用已经老化、衰退 的种子接种，则延滞期就长 2.接种量 接种量和延滞期的长短呈反比。接种量大，一般延滞期短。 3.培养基成分 接种前后培养基的成分如果变化大，则延滞期长：如果成分变化不大，可以 想象，细菌很容易适应新的环境，延滞期短。通常接种到营养丰富的培养基上细 菊的延滞期要比接种到营养单调的培养基上的延滞期短。 一般在工业发酵和科研中延滞期会增加生产周期而产生不利的影响，所以应 该采取一定的措施来缩短延滞期。综合对它的影响因素：(1)通过遗传学的方法 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接种：(3) 尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大：(4)适当扩大接种量缩短延 滞期，克服它带来的不良影响 (二)指数期 指细菌细胞经过延滞期的调整后，便进入快速分裂阶段，细菌按几何级数增 加，所以又叫对数期。此时细胞代谢活性最强，酶活力高而稳定，组成新细胞的 物质合成最快，生长速率最大，代时最短，对环境变化敏感， 几个概念： 生长速率常数R:是指单位时间内细胞数目或细胞生物量的增加，每小时的 分裂次数
世代：由一个细胞分裂成为2个细胞的间隔 代时(G,generation)):细胞每分裂一次所需时间或原生质增加一倍所需时 间 G=1/R,即一个世代所需的时间，也就是群体细胞数目扩大1倍所需的时间 也被称为倍增时间。 指数生长：每经历一个代时，细胞的数目就增加1倍，呈指数增加，因而被 称为指数生长。 不同细菌指数期的代时不同，同一种细菌在不同培养条件下，代时也不同： 影响代时的因素主要有： 1.菌种 不同菌种的代时不同。有的10-15min,有的半小时到一小时，还有的甚至 需要一天的时间。 2.营养成分 营养成分丰富，培养温度适宜，代时较短，反之则长。 3.营养物质浓度 当营养物质低于某一界限的时候，会影响微生物的生长速率和菌体产量。但 当营养物质浓度达到最低要求以后则生长速度就不受影响了，而这时他只影响最 终的菌体产量。这种营养物质就叫做生长限制因子。 4.培养温度 当微生物处在它的最适培养温度是，代时是最短的。 处于对数期的细菌细胞生长迅速，在形态、生理特性和化学组成等方血较为 一致，而且菌体大小均匀，单个存在的细胞占多数，因而适于用作进行生理生化 等研究的材料。由于旺盛生长的细胞对环境理化等因子的作用敏感，因而也是研 究遗传变异的好材料。在微生物发酵工业中，需要选取对数期细胞作为转种或扩 大培养的种子，以便缩短发酵周期和提高设备利用率。 (三)稳定期(stationary phase) 又叫恒定期或最高生长期。 特点：①生长速率常数R等于0，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数 相等，或正生长与负生长相等的动态平衡中