微生物的生长规律 PPT课件

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目录
• 微生物概述 • 微生物的形态与结构 • 微生物的生长与繁殖 • 微生物的代谢与调控 • 微生物的生态与环境 • 微生物的遗传与进化 • 微生物的分类与鉴定
01 微生物概述
微生物的定义与分类
微生物定义
微生物是一类肉眼难以看见或看清的微小生物的总称，包括 细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体 和藻类等。
微生物分类鉴定的应用实例
在医学领域，通过对病原菌的分类和 鉴定，有助于疾病的诊断和治疗。
在环境科学中，通过对环境中微生物 的监测和分类鉴定，可以评估环境的 污染程度和生态系统的健康状况。
在食品工业中，对食品中的微生物进 行分类和鉴定，可以保障食品安全和 质量。
在生物技术领域，利用微生物的分类 和鉴定技术，可以筛选具有特定功能 的微生物资源，为生物技术的发展提 供支持。
研究现状
随着科学技术的不断进步，微生物学在理论研究和应用实践方面都取得了显著成果。目前，微生物学已广泛应用 于各个领域，如生物医药、环境保护、农业生产等。同时，随着基因组学、蛋白质组学等新技术的发展，微生物 学将迎来更加广阔的发展前景。
02 微生物的形态与 结构
细菌的形态与结构
细菌的基本形态
01
微生物功能
微生物在自然界中扮演着重要角色，如参与物质循环、能量流动、生态平衡等 。此外，微生物还广泛应用于食品、医药、环保、农业等领域，为人类生活带 来诸多便利和益处。
微生物的研究历史与现状
研究历史
微生物学是研究微生物及其生命活动的科学。自17世纪列文虎克用显微镜发现微生物以来，微生物学经历了漫长 而曲折的发展过程，逐渐形成了独立的学科体系。
DNA是主要的遗传物质，RNA 在某些病毒中作为遗传物质。

恒化连续培养
随着细菌的生长，限制性因子的浓
度降低，致使细菌生长速率受限，但同 时通过自动控制系统来保持限制因子的 恒定流速，不断予以补充，就能使细菌 保持恒定的生长速率。 常见的限制性营养物质有作为氮源 的氨、氨基酸；作为碳源的葡萄糖、乳 酸及生长因子，无机盐等。
三、同步培养



微生物细胞极其微小，但它也有一个自小到大 的过程，即个体生长。要研究微生物的个体生 长，在技术上是极为困难的。 目前主要使用的方法是： 同步培养技术分析细胞各阶段的生物化学特性 变化。 电子显微镜观察细胞的超薄切片。
死亡原因？ 营养短缺；代谢毒物增 多；pH、Eh改变；溶氧 不足。
t
时间
稳定期与生产实践

指导思想：延长稳定期。 措施： 1.调节pH； 2.注意降温、通风； 3.中和排除有毒代谢产物； 4.稳定期是生产收获时期，注意把握好收获时机。
（4）衰亡期（老年）
死亡率＞出生率 ？ 细胞畸形 细胞死亡,出现自溶 有的微生物细胞产生或释放出一些产物。 如氨基酸、转化酶、抗生素等。现象。
单细胞微生物典型生长曲线
生 长 速 + 率 0 指 数 期
延滞期 指数期 稳定期 衰亡期
_
菌 数 目 的 对 数 值
延 滞 期
总菌数
稳定期
衰 亡 期
活菌数
0 时间t
微生物的数量很大，都是10的n次方，取对数作图时 方便，0-10代表1～1010
（1）延滞期－“万事开头难”

特征： 代谢活跃，个体体积、重量增加，
（2）指数期（青年）
快，平均代时（繁殖一代的时间）最短， 生长速率常数最大。 细胞的化学组成、形态、生理特性比较一致。

稀释平板计数法—固体培养法
第一步：菌样巧妙稀释
1mL 混合
1mL
混合
无菌水
1 9mL 10mL ： 10-1 10-1 ：
菌样被 无菌水 不同稀 释倍率 -2 10 后平板 培养图 得到不同 稀释度 （10-x） 菌液
10-2
10-3
10-4
10-5
第二步：接种平板
10-2 10
-3
10-4
10 -5
2、对数期（指数期）log phase 细菌生长速度达到最大，数量以几何级数增加。 特点： （1）细菌迅速分裂，菌数按几何级数增加；
（2）世代时间最短，而且恒定； （3）生长速度最高而且恒定； （4）代谢活力强无死亡； （5）菌体整齐，体积恢复到原来大小； （6）对环境敏感，生理性状及菌体成分较一致
度提高1倍；
（2）营养；营养越丰富，代时越短
（3）氧气。好氧菌若能供给充足的氧，可能使对数 期延长。
对数期的实践意义 ① 是代谢、生理研究的良好材料
② 是增殖噬菌体的最适宿主菌龄
③ 是发酵生产中用作“种子”的最佳种龄 ④ G+染色鉴定时采用此期微生物
3、稳定期（stationary phase） 由于营养消耗，供应不足及代谢产物的积累，这 时一部分菌死亡，细菌进入稳定期。
（6）对环境变化敏感
影响因素： （1）接种量。接种 量大，停滞期可缩短 （2）菌龄。菌种年 轻，对数生长期接种 ，停滞期可能很短甚 至不明显 （3）营养。如果种子培养基与新接种的培养基成分 相同，则对菌生长有利。从丰富培养基转入贫营养 基，停滞时间拉长，反之减少； （4）菌种特性。大肠杆菌停滞期长，分枝杆菌长
膜过滤培养法
当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样 品通过膜过滤器，然后将将膜转到相应的培养基上进行培养，对形 成的菌落进行统计。

Lactobacillus acidophilus
Milk
Rhizobium japonicum
Mannitol-salts-yeast extract
Mycobacterium tuberculosis
Synthetic
Treponema pallidum
Rabbit testes
Generation Time (minutes)
第二节 微生物的生长规律
一、微生物的个体生长和同步生长
由于微生物细胞极其微小，研究其个体生长存在着技 术上的困难。 •同步生长的概念：一个细胞群体中各个细胞都在同一 时间进行分裂的状态，称为同步生长（synchronous growth） ，进行同步分裂的细胞称为同步细胞。 •同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一相， 彼此间形态、生化特征都很一致，因而是细胞学、生 理学和生物化学等研究的良好材料
S. lactis
Salmonella typhi（伤寒沙门氏菌）
Azotobacter chroococcum（褐球固氮菌）
Mycobacterium tuberculosis（结核分枝杆 菌）
Nitrobacter agilis（活跃硝化杆菌）
培养基 肉汤 牛奶 肉汤或牛奶 组合 肉汤 肉汤 牛奶 牛奶 乳糖肉汤 肉汤 葡萄糖 组合
2.无分支单细胞微生物的群体生长 曲线
☆以细菌为例介绍无分支单细胞微生物群体生长规律， 其结论也基本适用于酵母菌。
☆生长曲线代表了细菌在新的环境中从开始生长、分裂 直至死亡的整个动态变化过程。
☆每种细菌都有各自的典型生长曲线，但它们的生长过 程却有着共同的规律性。一般可以将生长曲线划分为四 个时期。
★影响延迟期长短的因 素

繁殖代数 n=3.322(lgx2-lgx1)
生长速率常数R=
代时G=
t2 -
3.322(lgx2-lgx1) t1 t2 - t1
3.322(lgx2-lgx1)
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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
37℃ 17min
E. coli 牛奶
37 12.5
③调整培养基的成分，应适当丰富，且发酵培养基成分尽 量与种子培养基的成分接近。
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（二）指数期
1、特点： ➢ 生长速率常数R最大，即代时最短; ➢细胞进行平衡生长，菌体大小、形态、 生理特征等比较一致; ➢酶系活跃，代谢最旺盛。
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2、指数期中的的 x2
三个重要参数
x1
t1 t2
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lg细胞数（个/ml）
连续流入 新鲜培养液
单批培养
连续培养
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单批培养 恒浊法
连续培养 恒化法
时间
40
1、连续培养器
按控制方式分 内控制（控制菌体密度）：恒浊器 外控制（控制培养液流速、以控制 生长速率）：恒化器
连续
培养 器
按培养器的级数分
单级连续培养器 多级连续培养器
按细胞状态分 一般连续培养器 固定化细胞连续培养器
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二、微生物的个体生长和群体的同步生长
➢ 使用同步培养技术，即设法使群体中的所有细 胞尽可能都处于同样细胞生长和分裂周期中， 然后分析此群体的各种生物化学特征，从而了 解单个细胞所发生的变化。
➢ 通过同步培养而使细胞群体处于分裂步调一致 的状态即同步生长。进行同步分裂的细胞称为 同步细胞。

营养类型
根据微生物对营养需求的不同，可分为自养型、 异养型和兼性营养型。
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微生物的生长曲线与测定方法
生长曲线
描述微生物在适宜条件下 生长繁殖的四个阶段，即 延迟期、对数期、稳定期 和衰亡期。
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测定方法
包括直接计数法（如显微 镜计数法、平板菌落计数 法）和间接测定法（如比 浊法、生理指标法等）。
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微生物与环境的相互作用关系
微生物通过代谢活动影响环境，如分解有机物、 转化无机物等
环境因素如温度、湿度、pH值等对微生物的生长 和代谢具有重要影响
微生物与环境之间存在着复杂的相互作用关系， 既有互利共生也有竞争关系
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微生物在环境保护中的应用
利用微生物处理污水和废气，降低污染物浓度
命名规则
采用双名法，即属名和种名，用斜体拉丁文表示，属名在前，种名在后。例如：Escherichia coli（大肠埃希氏菌 ）。
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微生物的鉴定方法与步骤
鉴定方法
表型鉴定（形态学、生理生化特征）、遗传学鉴定（基因型、DNA序列分析）、血清学鉴定（抗原抗 体反应）等。
鉴定步骤
采集样品、分离纯化、形态观察、生理生化试验、血清学试验、分子生物学试验等。
遗传物质传递
包括DNA复制、转录和翻译等过程 ，实现遗传信息的传递和表达。
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微生物的代谢与调 控
202代谢与呼吸作用
能量代谢途径
ATP合成机制
包括发酵、无氧呼吸和有氧呼吸等， 不同微生物采用不同的代谢途径获取 能量。
微生物通过底物水平磷酸化和氧化磷 酸化两种方式合成ATP，为细胞提供 能量。

）、适应期的特点 （一）、适应期的特点： 生长繁殖的速度几乎等于零 细胞形态增大，杆菌的长度增加。 细胞形态增大，杆菌的长度增加。 细胞内的RNA尤其是 尤其是rRNA含量增高，原生质 含量增高， 细胞内的 尤其是 含量增高 呈嗜碱性。 呈嗜碱性。 合成代谢活跃，核糖体、酶类和 合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加 的合成加 快，易产生诱导酶 对外界不良环境条件例如NaCl溶液浓度、温 对外界不良环境条件例如 溶液浓度、 溶液浓度 度和抗生素等化学药物敏感。 度和抗生素等化学药物敏感。 原因：适应新的环境条件，合成新的酶， 原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累 必要的中间产物。 必要的中间产物。
食品微生物
பைடு நூலகம்
）、稳定期的特点 （三）、稳定期的特点
生长速率常数R等于0 生长速率常数R等于0。 菌体产量达到了最高值。 菌体产量达到了最高值。 合成次生代谢产物。 合成次生代谢产物。 细胞内出现储藏物质， 细胞内出现储藏物质，芽孢杆菌内开始 产生芽 孢。
食品微生物
产生原因： 产生原因： 营养物尤其是生长限制因子的耗尽。 1. 营养物尤其是生长限制因子的耗尽。 营养物的比例失调，如碳氮比不合适。 2. 营养物的比例失调，如碳氮比不合适。 有害代谢废物的积累（ 3. 有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素 等）。 物化条件（pH、氧化还原势等） 4. 物化条件（pH、氧化还原势等）不合 适。
第五章 微生物的生产及其影响因素
第一节 微生物生长 第二节 微生物的生长规律 第三节 环境对微生物生长的影响
食品微生物
第一节 微生物生长 微生物生长的概念 微生物生长量的测定
食品微生物
一、微生物生长的概念
生长是指微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢， 生长是指微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当 是指微生物细胞吸收营养物质 同化作用大于异化作用时， 同化作用大于异化作用时，生命个体的重量和体积不断 增大的过程。 增大的过程。 繁殖是指生命个体生长到一定阶段， 繁殖是指生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生 是指生命个体生长到一定阶段 新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。 新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。 个体生长是指微生物细胞个体吸收营养物质， 个体生长是指微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈 是指微生物细胞个体吸收营养物质 代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。 代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。 群体生长是指群体中个体数目的增加。可以用重量、 群体生长是指群体中个体数目的增加。可以用重量、体 是指群体中个体数目的增加 密度或浓度来衡量。 积、密度或浓度来衡量。 生长→ 繁殖→ 个体 生长→个体 繁殖→ 群体 生长 群体 生长 = 个体 生长 + 个体 繁殖 食品微生物

微生物生态学的发展历程
早期探索
早在17世纪，微生物学家就开始研究微生物的形态和分类。随后，随着培养技术和显微技术的发展，人们对微生物的 认识逐渐深入。
学科建立
20世纪中叶，随着分子生物学和遗传学的发展，微生物生态学逐渐成为一门独立的学科。研究者开始关注微生物在 生态系统中的作用和功能。
现代发展
近年来，随着高通量测序技术的快速发展，微生物生态学研究进入了一个新的时代。人们可以更深入地 揭示微生物群落的组成和功能，以及它们与环境之间的相互作用关系。
互利共生
01
两种微生物相互依存，彼此提供必要的生存条件和营养物质，
共同生长繁殖。
偏利共生
02
一种微生物因共生而受益，而另一种微生物既不受益也不受害
。
寄生关系
03
一种微生物寄生于另一种微生物体内或体表，从寄主身上获取
营养，并对寄主造成一定的损害。
寄生关系
内寄生
一种微生物寄生于另一种 微生物体内，如病毒、细 菌和原生动物等。
在极地、高山等低温环境中，存在着 一些能够在低温下生存和繁殖的微生 物，如冰川细菌等。这些微生物具有 适应低温环境的特殊代谢机制和生物 化学特性。
在高盐环境下，如盐湖、盐碱地等， 存在着一些能够在高盐浓度下生存和 繁殖的微生物，如嗜盐菌等。这些微 生物具有适应高盐环境的特殊结构和 代谢机制。
生物体内环境中的微生物
生态意义
微生物在物质循环中的重要作用使得 生态系统中的各种元素得以循环利用 ，维持了生态平衡和地球上生物圈的 稳定。
微生物生态学在实践中的应
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用
在环境保护中的应用
污水处理
微生物通过分解有机物，将污水 中的有害物质转化为无害物质， 达到净化水质的目的。

繁殖
微生物有多种繁殖方式，包括二分裂、孢子形成和性繁殖，以适应不同环境 条件。
微生物在生态系统中的角色
1
分解者
微生物在生态系统中分解有机物，将其转化为可供其他生物利用的营养物质。
2
氮固定
一些微生物能够固定大气中的氮气，并将其转化为植物可吸收的形式。
3
环境监测
某些微生物对环境中的污染物和毒性有敏感反应，可以用作环境监测的指示器。
传染病与病原微生物
传染病
流感 肺炎 霍乱 疟疾
病原微生物
流感病毒 肺炎球菌 霍乱弧菌 疟原虫
微生物学研究方法
显微镜观察
显微镜是观察微生物形态和结构的重要工具，通过放大镜头可见微观世界。
培养和鉴定
通过培养微生物并进行鉴定，了解其生长特征和分类等信息。
分子生物学技术
利用PCR和基因测序等技术研究微生物的DNA和基因组，揭示其遗传信息。
微生物与人类健康
有益微生物
人体内有益的微生物有助于免疫系统发育、食物消 化和预防疾病。
病原微生物
某些微生物可以引起传染病，如细菌感染、病毒感 染和真菌感染。
Байду номын сангаас
免疫系统
微生物在免疫系统中起关键作用，帮助识别和抵御 病原微生物的入侵。
预防措施
保持良好的卫生习惯、接种疫苗和用抗生素等措施 可预防微生物相关疾病。
微生物与环境保护
1 生物降解
某些微生物可以利用有机污染物作为 能源，进行降解和净化。
2 生物控制
应用有益微生物来控制害虫和病原微 生物的生长，减少使用化学农药。
3 环境监测
微生物在环境中的分布和数量可以反映环境污染的程度。
细菌是微生物中最常见的一类，以原核细胞 结构为特点。

（3）微生物的生长对环境pH值的影响
微生物在生长过程中，由于代谢作用，会产生酸性或 碱性的代谢物，从而改变培养基或周围环境的pH值。为了 避免pH值大幅度改变，而影响微生物生命活动的正常进行， 通常采用添加缓冲剂或加入不溶解的碳酸盐的方法。在中 性培养基内常加入磷酸盐缓冲剂；当培养物中产生大量酸 时，可在配制培养基时加入不溶性的碳酸盐。
三、连续培养
第二节 细菌的群体生长繁殖
二）恒化连续培养
使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高 生长速率下进行生长繁殖。
三、连续培养
第二节 细菌的群体生长繁殖
通过控制流速可以得到生长速率不同但密度基本恒定的培养物 多用于科研 遗传学：突变株分离；
生理学：不同条件下的代谢变化； 生态学：模拟自然营养条件建立实验模型；
为什么氧气存在能够抑制甚至杀死厌氧菌？
氧气进入菌体后，能接受电子而产生不同还原性的氧 离子，如过氧离子、过氧化物自由基。
过氧化物自由基和过氧离子都是很强的氧化剂，对微 生物有毒，能氧化微生物过程中所必需的酶。好氧菌、兼 性需氧菌以及微量需氧菌体内含有过氧化物歧化酶（SOD) 和过氧化氢酶。这两种酶能将过氧化物自由基和过氧离子 还原成没有毒性的水分子，所以它们不会被氧气所杀死。 耐氧菌虽没有过氧化氢酶，但有过氧化物酶，能合成SOD， 而不会被氧毒害。
1、延滞期（或称延迟期、滞留适应期） 指少量微生物接种到新培养基中，在开始培养
的一段时间内细胞数目不增加的时期。 （1）原因：合成新的代谢酶类，适应新环境。 （2）影响延迟期长短的因素：
菌种、接种龄、接种量、培养基成分。
（3）特点： ① 群体生长速度近于零； ② 细胞重量增加，体积增大，但不分裂繁殖； ③ 细胞内的RNA特别是rRNA含量增高，原生质