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1、Chapter 7.Microbial growth and environmental condition微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件.1 微生物的生长微生物的生长和测定方法和测定方法Chapter 7.Microbial growth and environmental condition微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件2细菌群体生长细菌群体生长生长曲线生长曲线 growth curve 细菌若在细菌若在适宜适宜的条件下将以较高的条件下将以较高的速度繁殖。但在一个的速度繁殖。但在一个容积有限容积有限的环境中不能无限制高速生长。的环境中不能无限制高速生长。若以少量
2、细菌若以少量细菌纯种纯种接种一个装有接种一个装有无菌培养液的三角瓶中，在培养无菌培养液的三角瓶中，在培养过程中，定时取样测定活菌数和过程中，定时取样测定活菌数和总菌数，以其对数为纵坐标，以总菌数，以其对数为纵坐标，以时间为横坐标，可以绘出一条时间为横坐标，可以绘出一条S形形的曲线，这就是生长曲线。从曲的曲线，这就是生长曲线。从曲线上可以把细菌群体生长分为线上可以把细菌群体生长分为4个个时期。时期。lgNT/hChapter 7.Microbial growth and environmental condition微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件（1 1）延滞期）延滞期 lag p
3、haselag phase 接接种种到到新新鲜鲜培培养养液液中中的的细细菌菌一一般般并并不不立立即即开开始始繁繁殖殖，往往往往需需要要一一些些时时间间来来进进行行调整，以适应新环境，准备细胞分裂。调整，以适应新环境，准备细胞分裂。处处在在该该期期的的细细胞胞特特征征：个个体体变变长长，体体积积增增大大，代代谢谢加加强强，RNARNA含含量量增增加加，使使细细胞胞质质噬噬碱碱性性增增强强；由由于于代代谢谢活活性性的的提提高高，使贮存物消失。使贮存物消失。该该期期长长短短取取决决于于菌菌种种遗遗传传性性状状、菌菌龄龄、接种前后培养条件的差异等。接种前后培养条件的差异等。缩缩短短该该期期方方法法：用
4、用相相同同培培养养基基中中的的对对数数期期的的细细胞胞接接种种到到培培养养基基中中，反反之之，老老培培养养、不不同同培培养养基基中中的的培培养养物物接接种种，就就会会增加延滞期。增加延滞期。lgNT/h（2）对对数数期期(指指数数期期)logarithmic or exponential phase经经过过延延滞滞期期后后的的细细胞胞进进入入对对数数生生长长期期，此此时时细细胞胞生生长长旺旺盛盛，代代谢谢活活力力强强、分分裂裂速速度度快快，以以几几何何级级数数增增加加，代代时时稳稳定定。以以二二分分裂细菌为例，若在裂细菌为例，若在T0时总菌数为时总菌数为N0，那么那么T1时总数为时总数为Nt
5、T T0 0 T T1 1 1 2 4 8 1 2 4 8 2 20 0 2 21 1 2 22 2 2 23 3 2 2n n 1代代 2代代 3代代 n代代 Nt=N0*2n,求对数，求对数，lgNt=n*lg2+lgN0,即即 n=(lgNt-lgN0)/lg2 (lg2=0.301),求得求得 G=t/n=0.301t/(lgNt-lgN0)通过实验可测得通过实验可测得 Nt,N0,t 值，并可计算出值，并可计算出G值。值。Chapter 7.Microbial growth and environmental condition微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件Chapte
6、r 7.Microbial growth and environmental condition微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件各各类类微微生生物物G G值值相相差差很很大大，飘飘浮浮假假单单胞胞菌菌为为9.89.8minmin，而而梅毒密螺旋体为梅毒密螺旋体为3333h h。微微生生物物在在有有限限封封闭闭的的体体系系内内，对数期一般不超过对数期一般不超过4040代。代。处处在在该该期期的的细细胞胞特特征征：生生长长迅迅速速、形形态态、生生理理、生生化化组组成成较较为为一一致致，适适合合于于用用作作研研究究材材料料。在在工工业业发发酵酵中中，也也需需要要取取对对数数期期细细胞胞作
7、作种种子子，以以缩缩短短发发酵酵周周期期，提提高高设设备备利用率。利用率。lag phaselog phaselgNT/hChapter 7.Microbial growth and environmental condition微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件（3 3）稳定期）稳定期 stationary在在对对数数期期末末，由由于于营营养养物物质质消消耗耗，有有害害代代谢谢产产物物积积累累、pH、Eh变变化化使使生生长长速速率率下下降降、死死亡亡率率上上升升，两两者者平平衡衡时时，就就进进入该期。入该期。细细胞胞特特征征：体体积积较较小小，开开始始积积累累贮贮存存物物和和次次生
8、生代代谢谢产产物物、芽芽胞胞细细菌菌开开始始形形成成芽芽胞胞。该该期期长长短短与与菌菌种种特特性性、环环境境条条件件有有关关。在在工工业业生生产产中中可可通通过过补补料料、调调温温度度、通通气气等等措措施施来来延延长长稳稳定定期。期。lag phaselog phaseStationary phaselgNT/hChapter 7.Microbial growth and environmental condition微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件(4 4)衰亡期衰亡期 death phasedeath phase 经经过过稳稳定定期期后后，因因营营养养物物质质消消耗耗完完，环环
9、境境条条件件恶恶化化，死死亡亡率率迅迅速速上上升升，此此时时尽尽管管总总菌菌数数仍仍很很高高，但但是是活活菌菌数数急急剧下降。剧下降。细细胞胞特特征征：多多形形态态、畸畸形形、革革兰兰氏氏染染色色不稳定。不稳定。lag phaselog phaseStationary phaselgNT/hDeath phase Chapter 7.Microbial growth and environmental condition微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件3连续培养连续培养 continuous-flow culture微微生生物物在在有有限限液液体体培培养养基基中中的的生生长长方方式
10、式称称为为批批量量生生长长。批批量量生生长长的的特特征征可可以以用用“生生长长曲曲线线”来来反反映映。为为了了能能避避免免批批量量生生长长中中衰衰亡亡期期的的出出现现，连连续续、大大量量地地获获得得高高代代谢谢活活性性、生生理理特特征征均均匀匀的的培培养养物物，可可采采用用连连续续培培养养的的方方法法。该该方方法法的的原原理理是是不不断断地地向向培培养养器器中中流流加加培培养养液液，同同时时移移出出同同体体积积菌菌液液,使使培培养养器器中中微微生生物物保保持持相相对对稳稳定定生生长长速速率率，始始终终处处于于对对数数期期或或稳稳定定期期，以以获获得得大大量量的的均均匀匀的的菌菌体体或或代谢产物
11、。代谢产物。Chapter 7.Microbial growth and environmental condition微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件连连续续培培养养在在工工业业上上应应用用能能缩缩短短发发酵酵周周期期，提提高高设设备备利利用用率率，减减少少成成本本，是是今今后后发发酵酵工工业业的的发发展展方方向向。目目前前已已开开始始应应用用于于酒酒精精、丙丙酮酮、丁丁醇醇的的发发酵酵，但但是是也也存存在在很很多多技技术术问问题题：菌种退化、污染等等。菌种退化、污染等等。Chapter 7.Microbial growth and environmental condition
12、微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件(1)(1)恒浊连续培养恒浊连续培养在在该该法法中中，用用光光电电装装置置自自动动测测定定菌菌体体浓浓度度，调调节节加加入入培培养养液液的的流流速速，保保持持培培养养物物浊浊度度恒恒定定。一一般般使使用用养养料料浓浓度度较较高高的的完完全全培培养养基基，没没有有限限制制性性成成分分，能能让让培培养养物物以以较较高的速率增长。高的速率增长。利利用用该该法法，可可使使微微生生物物高高速速生生长长，又又能能提提供供大大量量形形态态与与生生理理特特征征基基本本相相同同的的细细胞胞，在在微微生生物物代代谢谢等等研研究究和和工工业业发酵方面有广泛应用前景。发酵方
13、面有广泛应用前景。(2 2)恒化连续培养恒化连续培养ChemostatChemostat在在该该法法中中需需要要控控制制一一种种低低浓浓度度的的限限制制性性养养料料因因子子，通通过过调调节节其其浓浓度度来来获获得得具具有有不不同同生生长长速速率率的的培培养养物物。关关键键是是调节好培养液流速。调节好培养液流速。恒恒化化培培养养法法常常用用于于模模拟拟和和研研究究微微生生物物在在自自然然状状态态下下养养料料稀薄状态下的生长规律。稀薄状态下的生长规律。Chapter 7.Microbial growth and environmental condition微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件
