第六章 微生物的生长及其控制1
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第六章 微生物的生长及其控制1
除特定目的外,在微生物研究和应用中,只有群体生长才有实际意义,因此,在微生物学中,“生长”一般指群体生长。
第一节
测生长量:直接法→称干重;间接法→比浊法、生长指标法
计繁殖数:直接法→血球计数板;间接法→平板菌落计数法
(具体参考实验书)
第二节
一单细胞微生物的典型生长曲线
定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲线,称生长曲线(growth curve)。
将少量纯培养单细胞微生物接种到一定容积的液体培养基中,在适宜条件下培养,定时取样测定细胞的数量,以培养时间作横坐标,以细胞数的对数值为纵坐标,作出的曲线,即微生物的典型生长曲线。
根据微生物的生长速率常数,即每小时的分裂次数(R)的不同,一般将典型生长曲线分为延迟期、对数期、稳定期和衰亡期4个阶段。(参考课本P153图)
1.延迟期(lag phase)
又称停滞期、调整期或适应期。
特点:分裂迟缓、代谢活跃。具体:
①
影响延迟期长短因素:菌种、接种龄、接种量和培养基成分等。
发酵工业上,采用对数期“种子”接种、增大接种量、使用营养丰富的天然培养基、并使种子和发酵培养基的成分尽量接近等措施以缩短延迟期,提高生产效率。
2.对数期(logarithmic phase)
特点:① R最大,代时(G)最短;② 细胞平衡生长,菌体各成分最为均匀;③ 酶系活跃,代谢旺盛。
对数期有关的三个参数 (参考课本P154图):
① 繁殖代数(n)
② 生长速率常数(R)
③ 代时(G)
影响代时长短的因素:菌种、
3.稳定期(stationary phase)
又称恒定期或最高生长期。
特点:①R = 0;②菌体产量最高;③细胞开始积累贮存物,芽孢杆菌开始形成芽孢,有的微生物开始合成抗生素等次生代谢产物。
生长产量常数或生长得率(Y)
Y =(X – X0)/(C0 - C) = (X – X0)/C0
X、X0 分别为稳定期和刚接种时的细胞干重(g/L);
C(在稳定期时为0)、C0分别为稳定期和刚接种时的限制性营养物(生长限制因子)浓度(g/L)
稳定期到来的原因:①营养物尤其是生长限制因子的耗尽;②营养物比例如C/N等失调;③有害代谢产物如酸、醇、毒素、H2O2等的积累;④pH、氧化还原电位(Eh)等物化条件越来越不适宜。
4.衰亡期(decline phase)
产生衰亡期的原因:外界环境对细胞生长越来越不利,从而引起细胞内的分解代谢明显超过合成代谢,导致细胞大量死亡。
二连续培养
微生物的连续培养(continuous culture)是相对于分批培养或单批培养而言的。
连续培养是指在深入研究单批培养中生长曲线形成的内在机制的基础上,开放培养系统,不断补充营养液、解除抑制因子、优化生长代谢环境的培养方式。由于培养系统的相对开放性,因此,连续培养也称为开放培养。连续培养模式应用于发酵工业则称之为连续发酵。相对于连续培养的,则称单批培养,即将微生物置于一定容积的培养基中培养,最后一次收获,又称密闭培养。
在连续培养过程中,根据研究目的与研究对象不同,分别采用不同的连续培养方法。 (参考课本P157图)。
1.恒浊器
根据培养器内菌体生长密度,借助光电系统控制培养液流速,以获得生长速率高、菌体密度恒定的连续培养器。
2.恒化器
通过控制某一营养物浓度,使其始终成为生长限制因子,并使培养基流速保持不变,微生物始终在低于最高生长速率的条件下进行恒定生长的连续培养器。
恒浊器与恒化器的比较参课本P158表。
三同步生长
使某一群体中的所有微生物个体细胞尽可能处于同一生长和分裂周期中,从而使细胞群体中各个体处于分裂步调一致的生长状态,称为同步生长(synchronous growth) 。
同步培养:使某一群体中的所有个体细胞尽可能都处于同样的细胞生长和分裂周期中的培养技术。
获得同步生长的方法:环境条件诱导法,如细菌芽孢诱导发芽等。机械筛选法,如膜洗脱法等。
四 微生物的高密度培养
微生物的高密度培养(high cell-density culture, HCDC)也称高密度发酵,一般指微生物在液体培养中细胞群体密度超过常规培养10倍以上时的生长状态或培养技术。主要通过优化培养条件、补料和去除有害代谢产物等措施来实现。