微生物学第五章重点：细菌纯培养生长曲线

这是一篇关于微生物学第五章重点：细菌纯培养生长曲线的思维导图，主要内容包括：抑制微生物生长繁殖的主要方法及原理有哪些?，典型的细菌群体生长曲线分哪几个时期?简述各时期的特征及在工业发酵中的应用，生长时期的描述，生长曲线的定义，章节导入。

微生物学第五章重点：细菌纯培养生长曲线

• 章节导入
  • 第五章：微生物的生长
    • 要求
      • 微生物生长量的测定方式
      • 细菌纯培养生长曲线各个时期的主要特点
      • 物理，化学手段用于控制微生物生长的方法及原理
    • 重点
      • 细菌纯培养生长曲线
    • 难点
      • 利用细菌纯培养生长曲线的对数生长期来计算细菌的代时和代数
• 生长曲线的定义
  • 不补充新鲜营养物或不移去衰老培养物、保持整个培养液体积不变条件下
  • 以时间为横坐标，以菌数的对数值为纵坐标
  • 根据不同培养时间细菌数量的变化
  • 反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线
• 生长时期的描述
  • ①迟缓期lag phase （延滞期）
    • 菌种初接入新鲜培养液内，微生物细胞需要通过自身生理机能的调节逐步适应新环境
    • 表现为细胞数量不增加但细胞个体体积增大，代谢活跃
    • 影响因素
      • 菌种：繁殖速度较快的菌种延迟期一般较短
      • 接种物菌龄：用对数生长期的菌种接种时延迟期短
      • 接种量：接种量增大可缩短甚至消除延迟期（发酵工业上采用1/10接种量）
      • 培养基成分
        • 在营养成分丰富的天然培养基上生长的延滞期比在合成培养基上短
        • 接种后培养基成分有较大变化时，会使延滞期加长，所以发酵工业上尽量使发酵培养基的成分与种子培养基接近
    • 应用
      • 发酵工业需设法尽量缩短延迟期
        • 增加接种量（群体优势-适应性增强）
        • 采用对数生长期的健壮菌种
        • 调整培养基的成分，在种子基中加入发酵培养基的某些成分
        • 选用繁殖快的菌种
      • 食品工业尽量在此期进行消毒或灭菌
  • ②对数期logarithmic growth phase
    • 细菌生长旺盛，代谢活力强
    • 分裂速度快，菌数以指数级数增加，代时稳定
    • 细胞在形态,生理等方面较为一致
    • 应用
      • 由于此时期的菌种比较健壮，生产上用作接种的最佳菌龄
      • 发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度
      • 食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期
      • 是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等的良好材料
    • 计算
      • 在对数生长期，细菌数目按指数级增加，即2^0→2^1→……→2^n
        • n为细菌增殖的代数
      • 设在对数期开始的时刻t1的菌数为x1，繁殖n代，在对数期后期t2的菌数为x2
      • 代时G（Generation time）为每增加一代所需要的时间
      • 可得以下公式
        • G=(t2-t1)/n
        • x2=x1*2n
  • ③稳定期(stationary phase)
    • 又称恒定期或最高生长期
    • 处于稳定期的微生物，新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，整个培养物中二者处于动态平衡
    • 此时生长速度逐渐趋向零
    • 特征
      • 细胞内开始积累贮藏物，如肝糖、异染颗粒、脂肪粒等，大多数芽胞细菌在此阶段形成芽胞。如果为获得大量菌体，应在此阶段收获，因这时细胞总数量最高
      • 发酵过程积累代谢产物的重要阶段，某些放线 菌抗生素的大量形成也在此时期
      • 稳定期的微生物，在数量上达到了最高水平，对于发酵生产来说，一般在稳定期的后期产物积累达到高峰，是最佳的收获时期
    • 应用
      • 发酵生产形成的重要时期（抗生素.氨基酸等）, 生产上应尽量延长此期，提高产量
        • 补充营养物质（补料）
        • 调pH
        • 调整温度
      • 稳定期细胞数目及产物积累达到最高，适宜收获
  • ④衰亡期(decline phase)
    • 细菌死亡率逐渐增加，群体中活菌数目急剧下降，岀现了 “负生长"
    • 其中有一段时间，活菌数呈几何级数下降，称之为“对数死亡阶段"
    • 这一阶段的细胞，有的开始自溶，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。菌体细胞也呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊，有的细胞内多液泡，革兰氏染色反应的阳性菌变成阴性反应等。
  • 应用
    • 计算生长速率和代时
    • 不同生长期的细胞在结构和生理上可能有很大差别，根据需要进取样和收获
    • 对数生长期的细胞较为一致，因此常用于研究细胞的新陈代谢
• 典型的细菌群体生长曲线分哪几个时期?简述各时期的特征及在工业发酵中的应用。
  • 1） 迟缓期/延滞期
    • 特征：细胞数量不增加但细胞体积增大，代谢活跃。
    • 应用：发酵工业需通过增加接种量、接种对数生长期菌种、调整培养基成分、选用繁殖快的菌种缩短延迟期。
  • 2） 对数期
    • 特征：细菌生长旺盛、代谢强、分裂快，菌数以指数级数增加，代时稳定，形态,生理等较为一致。
    • 应用：发酵工业延长该期，达到较高菌体密度；生产上对数期为接种最佳菌龄。
  • 3） 稳定期/恒定期/最高生长期
    • 特征：细胞增殖数与死亡数几乎相等、动态平衡、生长速度逐渐趋向零。细胞积累贮藏物，大多数芽胞细菌在此阶段形成芽胞。
    • 应用：发酵生产上通过补充营养物质、调 pH、调整温度延长此期、提高产量；该期细胞数目及产物积累达到最高，适宜收获。
  • 4） 衰亡期
    • 特征：细菌死亡率逐渐增加，活菌数目急剧下降，其中一段时间呈几何级数下降。细胞自溶、产生或释放产物，菌体细胞形态变化显著。
    • 应用： 发酵生产应避免进入该期，及时收集发酵产物,分析、处理发酵材料。
• 抑制微生物生长繁殖的主要方法及原理有哪些?
  • （1）减少营养物质，降低营养条件，如保持环境干燥通风。
    • 原理：微生物需要适宜的碳源、氮源、无机盐、生长因子和水维持正常生命活动，不足时会降低或停止物质合成，减少生长繁殖程度。
  • （2）调节温度偏离最适温度，如低温冷藏或高温消毒灭菌。
    • 原理：微生物无法调控自身温度。环境温度偏高或偏低，微生物活动受限制、酶的活性降低，生长繁殖被抑制；环境温度过高，酶和核酸永久变性失活、导致死亡。
  • （3）水分及渗透压，如腌制食品和保持环境干燥通风
    • 原理：微生物在适宜的渗透压下才能正常生活，渗透压过高，细胞失水皱缩；渗透压过低，细胞膨胀乃至破裂。
  • （4）光和辐射，如紫外线杀菌。
    • 原理：某些光和辐射引起DNA结构改变，阻碍正常碱基配对，引发微生物变异或死亡。
  • （5）微波
    • 原理：产生热效应，使蛋白质、酶等变性导致微生物死亡。
  • （6）超声波
    • 原理：引起膜破坏，细胞破裂，内涵物逸出，导致微生物死亡。
  • （7）加入某些化学物质，如抗生素的使用
    • 原理：重金属、氧化剂、还原剂等改变蛋白质结构或酶的活性，有机化合物损伤细胞膜或细胞壁，磺胺、抗生素等抑制微生物合成代谢，从而抑制微生物生长或杀死微生物。
  • （8）调节pH值偏离最适pH值，如使用碱性染料
    • 原理：微生物酶的活性、各生长阶段、各生理生化过程在偏离生长最适pH值时，这些均会受到影响，生长繁殖被抑制。
• 题目示例