第五章微生物的生长繁殖与生存ppt课件.ppt
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1、第五章 微生物的生长繁殖与生存因子,相关定义第一节 微生物的生长繁殖第二节 微生物的生存因子第三节 其他不利环境因子对微生物的影响第四节 微生物与微生物之间的关系第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,相关定义生长:微生物利用营养物质,细胞物质的量增多,体积增大。繁殖:微生物细胞体积增大到一定程度时,细胞数目增多的过程。,第一节 微生物的生长繁殖,微生物的生长规律微生物的连续培养生长曲线在实际中的应用微生物生长量的测定方法,微生物的生长规律,分批培养:将一定量的微生物接种在一个封闭的盛有一定量液体培养基的容器中,保持一定的温度、pH和溶解氧,一定时间后停止培养。,同步生长:通过同步培养而使细胞群体处于
2、分裂步调一致的状态。获得细菌同步生长的方法: 通过环境条件来诱导同步性,包括变换温度、光线、培养基等。 通过物理方法随机地从不同步细菌群体中选择出同步的群体,选择性过滤、梯度离心。,典型生长曲线定量描述非丝状单细胞微生物分批培养时,液体培养基中微生物群体生长规律的经典曲线。以时间为横坐标,细胞数目(或是对数)为纵坐标的曲线。,将少量单细胞的纯培养,接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中,在适宜条件下培养,每隔一定时间取样,测菌细胞数目。以培养时间为横坐标,以细菌增长数目的对数为纵坐标,绘制所得的曲线。,生长曲线的制作,接种的培养基中细胞变化趋势,菌种接种于培养基中后,细胞需要适应新的环境,因此细胞
3、数目不增加;经过基础物质的积累,且因营养物质丰富,所以细胞迅速分裂,细胞数目急剧增加;细胞的繁殖导致营养物质不断减少,某一种营养物质不足时,有的细胞利用细胞内的累积物继续分裂,而会有一部分细胞因营养不足而死亡,表现为细胞数目不变;培养基中营养进一步匮乏,细胞不断裂解,细胞数目减少。,延滞期,对数期,稳定期,衰亡期,延滞期,对数期,稳定期,衰亡期,延滞期:少量细胞接种到新培养基后的一段细胞数目不增加的适应期。其长短主要受微生物的接种龄、接种量和培养基成分的影响。,延滞期,对数期,稳定期,衰亡期,对数期:细胞数以几何级数增长的一段时期。其时间长短主要受菌株种类、营养成分和营养物质浓度的影响。,延滞
4、期,对数期,稳定期,衰亡期,稳定期:新繁殖的细胞数目与衰亡的细胞数目相等的一段时期。,延滞期,对数期,稳定期,衰亡期,衰亡期:细胞死亡数目超过新生的细胞数目的时期。死亡的细胞发生自溶。,延滞期(lag phase)又称停滞期、适应期细菌数目不增长的时期。特点:生长速率常数等于零;细胞形态变大或增长;RNA尤其rRNA含量增加,合成代谢活跃;对外界不良条件敏感。 影响延滞期的因素:1)接种龄;(对数期,则短;延滞期或衰亡期,则长;稳定期,居中。) 2)接种量(负相关) 3)培养基成分(丰富则延滞期短),指数期(exponential phase)又称对数期以几何级数速度分裂的一段时期特点:生长速
5、率常数R最大,则细胞每分裂一次所需要的代时G或原生质增加一倍所需时间最短;细胞进行平衡生长,各种组分最为均匀;细胞内酶系活跃,代谢旺盛。,1)繁殖代数:n(lgx2lgx1)/lg2=3.322(lgx2lgx1)2) 生长速率常数 Rn/(t2-t1)=3.322(lgx2lgx1) /(t2-t1)3)代时(G):G=1/R=(t2-t1)/ 3.322(lgx2lgx1),影响因素:1)菌种; 2)营养成分(营养丰富则代时短,指数期则短) 3)营养物浓度(概念:凡是处于较低浓度范围内,可影响生长速率和菌体产量的营养物称为生长限制因子) 4)培养温度(适合温度),稳定期(stationar
6、y phase)死亡细胞数目和新增殖细胞数目平衡。平衡后期,曲线有下降趋势。菌体产量与营养物貭的消耗间呈现一定的比例关系。生长产量常数 Y(xx0)/(C0-C)= (xx0)/ C0 x:稳定期的干重;x0:刚接种时的细胞干重; C0:限制性营养物的最初浓度,在稳定期,细胞开始贮存糖原、异染粒和脂肪等贮藏物,产芽孢,产次生代谢产物。 可通过补料、调节pH、调整温度、流出产物等措施以延长稳定期累积更多的代谢产物。出现的原因:生长限制因子的耗尽;营养物的比例失调;有害物质的累积;pH、氧化还原势等物质条件越来越不适宜。,衰亡期(decline phase)死亡后自溶释放出一些产物如:氨基酸、转化
7、酶、外肽酶、流出培养物。因此可以在这个时期收集细胞内溶物。,一些细菌的代时,菌名培养基培养温度 代时E. coli(大肠杆菌) 肉汤 3717minE. coli 牛奶 3712.5Enterobacter aerogenes(产气肠细菌)肉汤或牛奶 371618E. aerogenes 组合 372944B. Cereus(蜡状芽孢杆菌)肉汤3018B. thermophilus(嗜热芽孢杆菌)肉汤5518.3Lactobacillus acidophilus(嗜酸乳杆菌)牛奶376687Streptococcus lactis(乳酸链球菌)牛奶3726S. lactis乳糖肉汤3748Sa
8、lmonella typhi(伤寒沙门氏菌)肉汤3723.5Azotobacter chroococcum(褐球固氮菌)葡萄糖2534446Mycobacterium tuberculosis(结核分枝杆菌)组合3779293Nitrobacter agilis(活跃硝化杆菌)组合271200,例如:一培养液中微生物数目由开始的12,000( B ),经4h ( t )后增加到49,000,000( b ),这样, n (lg4.9107lg1.2104)0.30112,借助于 n 和 t ,还可以计算出不同培养条件下的代时G, G t / n在本例中, G 460 / 12 20min该种微
9、生物的代时为20分钟。在4小时内共繁殖了12代。,微生物的连续培养又称开放式培养。包括两种形式:流进新鲜培养基;流出培养物恒浊器(生长密度)培养:通过控制培养液中细胞浓度即浊度来完成。 恒化器培养:通过控制某一种营养物的浓度,使其始终成为生长限制因子的条件下达到的。,恒浊培养,使用范围:用于生产大量菌体、生产与菌体生长相平行的某些代谢产物,如氨基酸、乳酸、乙醇等。,恒浊器与恒化器的比较,生长曲线在实际中的应用,细菌生长曲线在污、废水微生物处理中的应用常规活性污泥法利用减速期/稳定期的微生物 生物吸附法(生物膜法)利用稳定期的微生物 高负荷活性污泥法利用对数期/减速期的微生物 低负荷活性污泥利用
10、衰亡期的微生物。延时曝气法:内源性呼吸阶段的微生物,微生物生长量的测定方法,测定微生物总数:计数器直接计数;比例计数法;比浊法测定活细菌数:平板菌落法(CFU)计数;液体稀释培养计数计算生长量:测细胞干重法;通过测细胞含氮量确定细胞浓度,血球计数板法,首先将待分离的样品进行连续稀释,目的是得到高度稀释的效果,使一支试管中分配不到一个微生物。如果经过稀释后的大多数试管中没有微生物生长,那么有微生物生长的试管得到的培养物可能就是由一个微生物个体繁殖而来的纯培养物。这种方法适合于细胞较大的微生物。,液体稀释法2,测含氮量蛋白质是细胞的主要物质,含量稳定,而氮是蛋白质的主要成分,通过测含氮量就可推知微
11、生物的浓度。一般细菌含氮量为干重的12.5%,酵母菌为7.5%,霉菌为6.0%,根据一定体积培养液中的含氮量再乘以6.25,就可测得粗蛋白的含量。,测生长量的方法,其他方法含碳、磷、DNA、RNA、耗氧量、消耗底物量、产二氧化碳、产酸、产热、粘度等,都可用于生长量的测定。,第二节 微生物的生存因子,温度pH溶解氧氧化还原电位水活度渗透压,温度: 对于微生物而言,温度可分为适合生长温度、最高生长温度、最低生长温度根据微生物对温度的要求可以区分微生物为嗜冷微生物、嗜热微生物、嗜温微生物等,H(59) 最适生长pH偏碱范围内的微生物称为嗜碱性微生物或是耐碱性微生物;偏酸范围内的微生物称为嗜酸微生物或
12、是耐酸微生物培养基内中性成分:糖类发酵氧化 有机酸 脂肪水解有机酸蛋白质脱羧胺类无机盐:NH3 NO3-,微生物 pH值 最低 最适 最高Thiobacillus thiooxidans 氧化硫硫杆菌 0.5 2.03.5 6.0Lactobacillus acidophilus 嗜酸乳杆菌 4.04.6 5.86.6 6.8Rhizobium japonicum 大豆根瘤菌 4.2 6.87.0 11.0Azotobacter chroococcum 圆褐固氮 4.5 7.47.6 9.0Nitrosomonas sp. 硝化单胞菌 7.0 7.88.6 9.4Acetobacter ace
13、ti 醋化醋杆菌 4.04.5 5.46.3 7.08.0Staphylococcus aureus 金黄葡球菌 4.2 7.07.5 9.3Chlorobium limicola 泥生绿菌 6.0 6.8 7.0Thurmus aquaticus 水生栖热菌 6.0 7.57.8 9.5Aspergillus niger 黑曲霉 1.5 5.06.0 9.0一般放线菌 5.0 7.08.0 10.0一般酵母菌 3.0 5.06.0 8.0,H对微生物的影响:1)引起细胞膜电荷的变化,影 响 对营养物质的吸收 2)影响胞内及胞外酶的活性培养基中pH调节的措施:外源调节:碱(NaOH 或KOH)
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