微生物生长繁殖与遗传变异实验课件.ppt
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1、,微生物生长繁殖与遗传变异,重点内容提示: 细菌等单细胞微生物的生长繁殖规律,在废水处理等实际应用中的指导意义。 细菌等微生物遗传变异的原理,利用微生物的变异性改变微生物菌种性能的途径与方法。,1. 单细胞微生物生长繁殖曲线,几个概念 生长:个体增大; 繁殖:个体数量增多。,单细胞生物与多细胞生物生长与繁殖的差异?,幼龄菌:指代谢速度快,生长繁殖旺盛的菌体。 (对数生长期)老龄菌:指代谢缓慢,生长繁殖能力低下的菌体 (衰老期),显微镜直接计数,涂片染色计数,血球计数器计数,间接计数法,平板菌落计数法(活菌计数法),液体计数法(统计学原理), 重量法,细胞重量法:湿重与干重,细胞含氮量,DNA含
2、量,试比较各方法优缺点,适用范围?, 微生物生长量测定方法,比浊法(悬浮细胞浓度),比例计数法,已知霉菌孢子密度为8108个/ml,根据显微镜视野中比例细菌密度为1108个/ml,在计数区滴加菌液,盖上特制盖玻片,利用毛细作用让菌液充满计数区,细菌计数区面积为1mm2,划分为25个大方格,每个大方格又分为1个小格,计数区的深度为0.02mm。则每个大方格的体积是1/1250000ml,(1/25mm20.02mm)。,计数时使用油镜,一般数5个大方格的菌数后计算每个大方格的平均菌数。如图所示,大方格中有14个细菌,用每个大方格的平均菌数1250000,即为每ml菌液含菌数。,Petroff-H
3、ausser计数法,。,液体稀释法(MPN法),最大可能数量表(most probable number, MPN ),菌落形成单位(colony-forming unit, CFU),平板菌落计数法,滤膜法,快速计数滤纸片,TTC(氯化三苯基四氮唑,无色)TF(三苯基甲臜,红色),比浊法(Turbidity measurement),单细胞微生物生长繁殖规律,生长曲线(growth curve)如何获得? 根据测定生物量的方法不同,生长曲线分有: 重量法、数量法、浓度法等。,细胞重量,生长率上升阶段:细胞适应环境后快速生长繁殖的阶段, 增代时间最短。 细胞重量迅速增加。生长率下降阶段:指生长
4、繁殖速率下降(减缓)的阶段。内源呼吸阶段:利用细胞内物质维持生命,细胞重量减 少。细胞代谢缓慢,趋向衰老死亡。,细胞数量法(缓慢、对数、稳定和衰亡期),单批培养中微生物的生长曲线,迟缓期,衰亡期,稳定期,对数期,总菌数,活菌数,试分析细胞数量法曲线各阶段的特点: 缓慢期(适应期) 对数生长期 稳定期 衰亡期单细胞微生物在分批培养中为什么出现这种生长规律变化?,缓慢期:细胞不繁殖。但酶活跃,细胞物质增多,为繁殖作准备。指数期:所有细胞的生长繁殖速率以几何级数 (2n)的方式分裂。生长速率最快。稳定期:新增长细胞数与死亡细胞量基本相等。生长速率减缓。衰亡期:死细胞多于活细胞,内源呼吸阶段。,接种量
5、影响缓慢期长短与生长速率,营养物浓度的影响,培养温度的影响,关于G (世代时间):,式中:n为繁殖代数; R为生长速率常数;, 接种量影响延缓期长短; 营养物浓度高低影响生长速率; 温度影响菌体生长速率与世代时间。 还有哪些因素(内因、外因)影响着单细胞微生物的生长速率?,连续培养,连续培养(continuous culture),开放培养(open culture) 具体操作:细胞培养对数期后,以一定速率流入新鲜培养基,并利用溢流方式以同样流速流出培养物。容器内培养物达到动态平衡,微生物生长维持在某一对数生长期的生长速率。,连续培养与分批培养的比较,恒浊器(培养液流速不稳定) 恒浊器中菌体密
6、度较稳定,菌体以最高生长速率生长。应用上:以获得大量菌体生长相平衡的代谢产物(如乳酸、乙醇等)都可以用恒浊器进行连续发酵。恒化器(培养液流速不变) 微生物在低于最高生长速率的条件下生长繁殖, 应用上:主要用于科学研究工作。如限定底物浓度研究微生物的生长速率等。,曲线在实践中指导意义 如菌种保藏(乳酸杆菌、解酚细菌等) 发酵工业菌扩培及发酵接种 收获微生物细胞及发酵产品 废水处理 单细胞微生物在这些应用实践中宜采用哪一阶段的生理菌?,曲线在废水处理中的指导意义 生物处理目标:降低以BOD/COD 为指标的有机物浓度,减少 N/P 物质排放量、尽量减少微生物污泥量等。 活性污泥法处理废水,该控制哪
7、一生理阶段的菌群进行处理?试分析各生长阶段处理废水特点。,指数期(生长率上升阶段) 优点:细菌代谢速度最快,净化有机物的效率最高。 缺点:菌体不易凝聚沉淀; 净化后有机物浓度不能达到 排放标准; 微生物污泥量大。,稳定期(生长率下降阶段 ) 优点:菌体沉降性能较好,处理有机物较为彻底。 缺点:污泥量较大。,衰亡期(内源呼吸阶段) 优点:有机物完全氧化,细胞沉降性能与出水水质好,污泥量小。缺点;净化效率慢,有机物质浓度低。,食料/微生物与微生物代谢速率、废水处理的关系,活性污泥法处理废水的实践应用: 高浓度有机废水快速处理到一定水质,采用生长率上升阶段的菌体进行运转。 一般活性污泥法处理废水(达
8、到排放水标准),采用菌体在生长率下降后期、衰亡期前期进行运转(即延迟曝气方式处理)。为什么?,2. 微生物的遗传变异,遗传变异概念与特性 正变:优良性状提高.如生产菌发酵周期缩短,产量提高;菌种降解物质能力增强等。 负变:应用功能下降.如生产菌发酵力退化,病原菌致病性增强,菌种降解物质能力下降。 变异株易发现:从形态、细胞结构(芽孢、荚膜等)以及生理代谢特性等方面辨别与判断。 微生物遗传保守程度:其大小由不同菌种决定。, 细菌等微生物遗传变异的物质基础 遗传物质确定过程:1928年,英国细菌学家格里菲斯(Griffth)研究两种肺炎双球菌型的毒性。,S型肺炎双球菌,有荚膜。 R型肺炎双球菌,无
9、荚膜。,1928年,Griffith进行了以下几组实验:(1)动物实验对小鼠注射活RII菌或死SIII菌 小鼠存活对小鼠注射活SIII菌小鼠死亡对小鼠注射活RII菌和热死SIII菌 小鼠死亡抽取心血 分离活的SIII菌,研究对象:Streptococcus pneumoniae(肺炎双球菌)SIII型菌株:有荚膜,菌落表面光滑,有致病性RII型菌株:无荚膜,菌落表面粗糙,无致病性,(一)经典转化实验(transformation):F.Griffith,Griffith转化试验示意,混合培养,RII型活菌,SIII型活菌,SIII型热死菌,RII型活菌,SIII型活菌,健康,健康,健康,健康,
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