【教学课件】第七章微生物的生长及其控制.ppt
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1、第七章微生物的生长及其控制,微生物生长的研究方法环境因素对微生物生长的影响微生物生长的控制,2023/8/7,2,第一节微生物生长的研究方法,微生物纯培养的分离微生物的培养方法微生物的同步生长与同步培养方法微生物生长的测定方法,2023/8/7,3,生物个体由小到大的增长,即表现为细胞组分与结构在量方面的增加,生长,指生物个体数目的增加,繁殖,在单细胞微生物中,生长繁殖的速度很快,而且两者始终交替进行,个体生长与繁殖的界限难以划清,因此实际上常群体生长作为衡量微生物生长的指标。,群体生长的实质是包含着个体细胞生长与繁殖交替进行的过程。,2023/8/7,4,一、微生物纯培养的分离,平板划线分离
2、法,稀释倒平板法,单孢子或单细胞分离法,利用选择性培养基分离法,纯培养:从一个单细胞微生物繁殖得到的后代。,方法,2023/8/7,5,平板划线分离法,用接种环以无菌操作沾取少许待分离的材料,在无菌平板表面进行平行划线、扇形划线或其他形式的连续划线,如果划线适宜的话,微生物能一一分散,经培养后,可在平板表面得到单菌落。,2023/8/7,6,稀释倒平板法,2023/8/7,7,单孢子或单细胞分离法,采取显微分离法从混杂群体中直接分离单个细胞或单个个体进行培养以获得纯培养。,在显微镜下使用单孢子分离器进行机械操作,挑取单孢子或单细胞进行培养。也可以采用特制的毛细管在载玻片的琼脂涂层上选取单孢子并
3、切割下来,然后移到合适的培养基进行培养。,2023/8/7,8,选择性培养基分离法,各种微生物对不同的化学试剂、染料、抗生素等具有不同的抵抗能力,利用这些特性可配制合适某种微生物而限制其它微生物生长的选择培养基,用它来培养微生物以获得纯培养。,微生物纯培养分离方法的比较,2023/8/7,9,二、微生物的培养方法,氧气需要与否,好氧培养,厌氧培养,根据物理特性,固体培养,液体培养,固体培养,液体培养,试管斜面、平皿、茄瓶斜面,工业生产中用麸皮、米糠等,往复式或旋转式摇床,台式发酵罐,深层液体通气,无论液体还是固体通过特殊的培养装置,2023/8/7,10,三、微生物的同步生长与同步培养方法,同
4、步培养法(synchronous culture):是使培养物中所有微生物细胞都处于相同的生长阶段的培养方法。,同步生长:以同步培养方法使群体细胞能处于同一生长阶段,并同时进行分裂的生长方式,同步培养物常被用来研究在单个细胞上难以研究的生理与遗传特性和作为工业发酵的种子,它是一种理想的材料。,2023/8/7,11,同步培养的方法,诱导法:采用物理、化学因子使微生物细胞生长进行到某个阶段而停下来,使先到达该阶段的微生物细胞不能进入下一个生长阶段,以达到诱导微生物细胞同步生长的目的。,温度,培养基成份控制,光照和黑暗交替培养,诱导法,2023/8/7,12,选择法:对非分支的单细胞微生物来说,处
5、于同一生长阶段的同步细胞,它们的体积和重量大致相等,处于不同生长阶段的细胞,体积和重量大小不等。因而可用膜过滤或密度梯度离心的方法,选择同一生长阶段的细胞。,机械方法,离心方法,过滤分离法,硝酸纤维素滤膜法,2023/8/7,13,硝酸纤维素滤膜法,离心法,2023/8/7,14,四、微生物生长的测定方法,(一)微生物细胞数目的检测方法,1.总细胞计数法,比浊法,涂片计数法,血球计数板法,2.活菌计数法,涂布平板法,倒平板法,2023/8/7,15,血球计数板法:利用血球计数板,在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的数量。,涂片计数法:将已知体积的待测样品均匀涂布在载玻片的已知面积内,在显微镜
6、下计算样品中微生物数量。,缺点:不能区分死菌与活菌;不适于对运动细菌的计数;需要相对高的细菌浓度;个体小的细菌在显微镜下难以观察;,两种方法都是在显微镜下直接计数,故又称为直接计数法。特点是检测快速。,2023/8/7,16,比浊法:样品中由于菌体细胞对光的消散作用而呈浑浊,细胞数目越多,对光的消散作用越强,浑浊度越高。浊度可以用比色计或分光光度计测量,以光吸收值来表示。单细胞生物在一定的范围内的光吸收值的大小与液体中细胞数目及细胞物质量成正比,因而可用做溶液中总细胞的计数。检测时需用直接显微镜计数或平板活菌计数法制作标准曲线。,该方法缺点是灵敏度差,优点是简便、快速、不干扰或不破坏样品。检测
7、时可使用侧臂三角瓶在不同的培养时间重复测定样品的浊度,因而广泛地用作生长速率的测定。,2023/8/7,17,活菌计数法是通过在培养基形成的菌落来间接确定其活菌数的方法,也称平板计数法。原理是每个活细菌在适宜的培养基和良好的生长条件下可以通过生长形成菌落。,活菌计数通常需要先将样品进行一系列稀释。方法的优点是能够测出样品中的活菌数,且灵敏度高,因而广泛的应用于生物、医药制品和检定及食品、水质的卫生检定。缺点是手续繁、时间长、影响因素多等。,2023/8/7,18,(二)微生物生长量和生理指标的测定方法,1.湿重法:将微生物培养液离心,收集细胞沉淀物,然后称重。2.干重法:离心得到的细胞沉淀物置
8、100105的烘箱中干燥过夜至除去水分,然后称重。3.含氮量测定法:一般微生物细胞的含氮量比较稳定,可以用凯氏定氮法等测其总量,再乘以系数6.25即为粗蛋白含量,蛋白含量越高,说明菌体数和细胞物质量越高。4.DNA含量测定法:微生物细胞的DNA含量比较稳定,采用适当的荧光指示剂与菌体DNA作用,荧光比色或分光光度计法测DNA含量。5.其它生理指标:如测定碳、磷、RNA、ATP、DAP的含量。,2023/8/7,19,(三)丝状微生物菌丝长度测定方法,1.培养基表面菌丝生长速率测定法。2.培养料中菌体速率测定法。3.单个菌丝顶端生长速率测定法。,2023/8/7,20,第二节 微生物的生长,微生
9、物的生长表现在微生物的个体生长和群体生长两个水平上。作为单细胞,单个微生物的生长表现为细胞基本成分的协调合成和细胞体积的增加,细胞生长到一定时期,就分裂成为两个子细胞。微生物的个体生长反映在个体的细胞数目和每个细胞内物质含量两个方面的增加。由于微生物个体微小,个体质量和体积的变化不易观察,所以以微生物的群体作为研究对象,以微生物细胞的数量或微生物细胞质量的增加作为生长的指标。,2023/8/7,21,一、微生物的个体生长,细菌:指新生的细胞长大以及最后分裂为两个子细胞的过程。,酵母:表现为细胞体积的连续增加并在一定的间隔时间发生核与细胞的分裂。分为不等分裂和均等分裂。酵母菌的细胞分裂分为G1、
10、S、G2、M四个时期。,丝状真菌:其生长主要以极性的顶端生长方式进行。,2023/8/7,22,二、微生物的群体生长,(一)无分支单细胞微生物的群体生长,1.生长特征生长速率:单位时间内细胞数目或细胞生物量的增加。世代:一个细胞分裂成为两个细胞的间隔。代时:一个世代所需的时间。,n=lgBt lgB0/0.301,2023/8/7,23,(一)无分支单细胞微生物的群体生长曲线,生长曲线:将少量纯种非丝状单细胞微生物接种到恒定容积的新鲜液体培养基中,在适宜的温度、通气等条件下培养,定时取样测定单位体积里的细胞数,以单位体积里的细胞数的对数为纵坐标,以培养时间为横坐标,画出的曲线。,生长曲线描述了
11、单细胞微生物在新的适宜环境条件中,生长繁殖直至衰老死亡全过程的动态变化。,2023/8/7,24,生长曲线可分:,迟缓期,对数期,衰亡期,稳定期,2023/8/7,25,1.迟缓期,将少量菌种接入新鲜培养基后,在开始一段时间内菌数不立即增加,或增加很少,生长速度接近于零。也称延迟期、适应期。,迟缓期的特点:分裂迟缓、代谢活跃,通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短;利用对数生长期的细胞作为“种子”;尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大;适当扩大接种量等方式缩短迟缓期,克服不良的影响。,在工业发酵和科研中通常采取一定的措施缩短迟缓期,2023/8/7,26,2.对数期,对数生长期的细
12、菌个体形态、化学组成和生理特性等均较一致,代谢旺盛、生长迅速、代时稳定,所以是研究微生物基本代谢的良好材料。它也常在生产上用作种子,使微生物发酵的迟缓期缩短,提高经济效益。,以最大的速率生长和分裂,细菌数量呈对数增加。,细菌内各成分按比例有规律地增加,表现为平衡生长。,2023/8/7,27,3.稳定期,由于营养物质消耗,代谢产物积累和pH等环境变化,逐步不适宜于细菌生长,导致生长速率降低直至零(即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数量),结束对数生长期,进入稳定生长期。,原因:,获得更多的菌体物质或代谢产物采取措施:,补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件,如对好氧菌进行通气、搅拌或振荡等。,
13、2023/8/7,28,4.衰亡期,细菌代谢活性降低,细菌衰老并出现自溶,产生或释放出一些产物,如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。细胞呈现多种形态,有时产生畸形,细胞大小悬殊,有些革兰氏染色反应阳性菌变成阴性反应等。,该时期死亡的细菌以对数方式增加,但在衰亡期的后期,由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低。,现象:,特点:,2023/8/7,29,(二)丝状微生物微生物的群体生长曲线,1.特性:丝状微生物在液体培养基中大多数情况下是以分散的沉淀物方式,形态从松散的絮状沉淀到堆积紧密的菌丝球不等.丝状微生物的生长通常以单位时间内微生物细胞的物质量(主要是干重)的变化来表示.丝状微生物在液
14、体培养基中的生长方式在工业生产中很重要,它影响发酵过程中的通气性、生长速率、搅拌能耗和菌丝体与发酵液的分离难易等。,2023/8/7,30,2.生长曲线丝状微生物的群体生长有着与单细胞微生物类似的规律。在深层通气液体培养基中的生长曲线也显示具有迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期。,2023/8/7,31,三、连续培养与微生物的生长,(一)分批培养和连续培养分批培养:将微生物置于一定容积的培养基中,经过培养生长,最后一次收获的培养方式。连续培养:在一定恒定的容积的流动系统中培养微生物,一方面以一定速率不断地加入新的培养基,另一方面又以相同的速率流出培养物(菌体和代谢产物),以使培养系统中的细胞数量和
15、营养状态保持恒定。,2023/8/7,32,(二)连续培养类型,连续培养类型,恒浊连续培养,恒化连续培养,连续培养的基本原则:微生物培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物。,2023/8/7,33,(一)恒化连续培养,在整个培养过程中通过控制培养基中某种营养物质的浓度基本恒定的方式,保持细菌的比生长速率恒定,使生长“不断”进行。,生长速率的控制因子:一般是氨基酸、氨和铵盐等氮源,或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是无机盐,生长因子等物质,恒化器连续培养通常用于实验室的科研工作,尤其适用于与生长速率相关的各种理论研究。,2023/8/7,34,2023/8/7,35,(二)恒浊连续培养,
16、通过连续培养装置中的光电系统控制培养液中菌体浓度恒定、使细菌生长连续进行的一种培养方式。,用于获得大量菌体以及与菌体生长平行的代谢产物生产的发酵工业中,但此法不适用于丝状微生物。,2023/8/7,36,2023/8/7,37,第三节 环境因素对微生物生长的影响,环境条件的改变,在一定限度内,可引起微生物形态、生理、生长、繁殖等特征的改变,或抵抗、适应环境条件方面的改变。当环境条件的变化超过一定能够界限,则导致微生物的死亡。研究环境条件与微生物之间的相互关系,有助于了解微生物在自然界的分布与作用,并可能采取有效措施,促进有益微生物的生长繁殖,限制甚至完全破坏有害微生物的生命活动。影响微生物生长
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