第七章 微生物的生长及其控制

一：紫外射线：使被照射物的分子或原子中的 内层电子提高能级。波长265～266纳米的杀 菌力最强。紫外辐射对微生物有明显的致死作 用，是强杀菌剂。紫外穿透能力差。不易透过 不透明的物质。只适用于空气和物体表面消毒。 紫外辐射对细胞有害。细胞很多物质可以吸收 紫外线。例如，细胞质中的核酸及其碱基对对 紫外线的吸收能力特强。吸收峰260纳米蛋白 质的吸收峰为280纳米辐射作用引起细胞代谢 机能的改变而发生变异。总之，紫外线的杀菌 作用是复杂的主要是对DNA的作用。最明显的 是形成胸腺嘧啶二聚体。影响：干细胞比湿细 胞抗性强，孢子比营养细胞强，带色的细胞能 更好的抵抗紫外辐射。光复活现象。
二、典型生长曲线（对数生长曲线 或细菌生长曲线）
是描述单细胞微生物生长规律的一条曲线 概念：将少量纯种单细胞微生物接种到一 定体积的液体培养基中，于适宜的条件 （温度、PH、[O2]、N、C源，营养成份比） 培养，定时取样，测定菌数，以取样时间 为横坐标，以所对应的细胞数目的对数值 为纵坐标，即可得到平面直角坐标系内很 多点，将各点连成一条曲线，即典型生长 曲线。
4、对数期的实践意义：


1)、是进行基础研究的好材料 2)、是增殖噬菌体的最适宿主菌龄 3)、也是发酵生产中用作“种子”的最佳 种龄
（三）、稳定期




定义：即对数期之后，细胞数量达到最高峰的 一段时期。新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相 等，或正生长与负生长的动态平衡之中。 特点： 1)、生长速率为0（生产和死亡的细胞数相等， 正负生长持平） 2)、这一时期，菌体内开始积累储藏物 3)、具有产生芽孢能力的细菌开始产生芽孢 4)、开始合成次生代谢产物（抗生素、毒素等）
三、微生物连续培养（发酵罐内进行）

1、定义：即在微生物生长到对数期之后， 以一定的流速加入新鲜培养基，同时排出 过多的培养物，这样就可以维持较高的代 谢产量，此法称微生物连续培养。



2、根据控制方式和使用目的分两类： （1）、恒浊培养：使用设备－恒浊器 此法是通过光电管接受培养器内的细菌浓度变化所引起的光亮度 变化而调整加入反应器内培养基的速度，使培养过程维持在较高 的生长水平。 恒浊培养在实践中可获得大量的菌体以及与菌体生长平行的代谢 产物。若产物与菌体生长不平行，则此方法不适用。 （2）、恒化连续培养：（适用于科研和理论研究） 此法是通过改变培养液内某种关键成分（限制性生长因子）来实 现控制微生物的生长速率，使细菌处于较最高生长率略低的水平。 上述两种连续培养法均为一级连续培养。在生产上，有时代谢产 物量和菌体量未必成正相关，故又设计出多级连续培养。





3.微好氧菌：在氧含量较底的条件下，﹝0.01～0.03巴，正常 的氧分压是0.2巴﹞才能正常生长，通过呼吸链并以氧为最终受 体而产能的一类菌。 4.耐氧菌： 可在有氧条件下进行发酵性厌养生活，氧对其无害， 体内无呼吸链，有SOD，有过氧化物酶，缺少过氧化氢酶。在 没有氧的条件下生长。如乳酸菌。 5.厌氧菌：（专性厌氧菌或绝对厌氧菌） 在有氧条件下不生长，体内无SOD，有过氧化物酶，缺少过氧 化氢酶。能量只能通过发酵或无氧呼吸获得，氧气对其有毒害 作用，在有氧条件下或休眠或死亡。 例如：梭状芽孢杆菌、韦氏梭菌、产甲硫细菌（沼气）、双歧 杆菌、在半固体培养基中（加入吸附氧气的试剂），在底部生 长。 产生：在生物进化的过程中，好氧的菌体内产生的三种酶能够 把有氧环境产生的超氧负离子、过氧化氢、过氧化物消除。 （O2—比H2O2强）
NaNO3
硝酸根离子选择吸收
NaOH
PH调节措施： 治标：过酸：加NaOH、NaCO3 过碱：加H2SO4、HCL 治本：过酸：加适当N源：尿素、NaNO3、 NH4OH、或蛋白质 ；提高透气性。 过碱：加适当C源：糖、乳酸、油脂；降低 透气性。

四．辐射和超声波

辐射是通过空气或外层空间以波动的方式从一个 地方传播或传递到另一个地方的能源。包括离子 和电磁波。电磁辐射包括可见光、红外线、紫外 线、x射线、γ射线。波长越长含能量越低，反之 则高。无线电波最长，生物学效应最弱。有些可 见光是蓝细菌和藻类进行光合作用的主要能源。 紫外射线的波长136～400纳米有杀菌作用，波长 较短（x 、α、β、γ）往往可以引起水与其他物质 的电离。对微生物易起有害作用。故作为一种灭 菌措施。
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第二节 微生物的生长规律

一、细菌个体生长和同步生长 同步培养：设法使某一群体中的所有个 体细胞尽可能处于同样细胞生长和分裂 周期中，然后通过分析此群体在各阶段 的生物化学特性变化，来间接了解单个 细胞的相应变化规律。
获得同步生长的方法： （1）环境条件诱导： 此法可改变微生物的代谢，使其同步生长，但由 于代谢周期改变，研究意义不大。 （2）物理学方法： 在随机的群体中，选择出同步生长的个体。 具体有： 过滤法：孔径大小不同的微孔滤器以达到分开的目 的。 离心法：不同细胞培养物，悬浮在不被这种菌利用 的糖或葡聚糖的不同梯度溶液里，密度梯度离心， 不同细胞分布成不同的细胞带。 硝酸纤维素滤膜法： 无论哪种方法，同步生长仅可维持少量的几代（4代 左右），再往后又变为非同步的。故获得同步生长 的微生物应该马上研究，以免代数过多。

生长曲线
菌 数 的 对 数
9.0
总菌数
稳定期 衰退期
8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 0
活菌数
对数期
迟缓期
5
10
15
小时
20
25
30
分为四期：迟缓期 、 对数期、稳定期、衰退期
（一）延滞期（停滞期、调整期、 适应期、延迟期）




1、 定义：指少量微生物接种到新培养液中后， 在开始培养的一段时间内细胞数目不增加的时期。 2、 特点： ①生长速率为零； ②细胞形态变大或增长； ③细胞内RNA尤其是r RNA含量增高，原生质呈 嗜碱性； ④合成代谢活跃，易产诱导酶 ⑤容易受外环境影响。
适温菌 ：大多数 宽温菌/窄温菌 嗜热菌：火山口 嗜冷菌：北极，冰川

二、氧气



1.专性好氧菌：需在有氧环境生长繁殖，靠有氧呼吸产生 能量。 体内有超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶、在 半固体培养基中培养，集中在表面上生长形成菌膜。 多数真菌和很多细菌均属此类。 2.兼性厌养菌：有无氧气均可生长，有氧气时生长的更好， 靠呼吸产能；无氧气时靠发酵或无氧呼吸产能。体内有 SOD和过氧化氢酶。许多酵母和细菌属此类。 有氧呼吸：底物脱氢，H由外来受氢体接受（如O2） 无氧呼吸：底物脱氢，H由除氧外的受氢体接受（如NO3-盐、 SO42-盐、CO2、Fe3+或有机物） 发酵：无外源受体（自身内部进行） 故兼性厌养菌在半固体培养基中各处均有，以上部居多。

第一节 测定生长繁殖的方法
一、测生长量。（适合于大规模的工业生产） （一）直接法: 测体积：离心沉降，得“菌泥”，即可 称干重：离心后将“菌泥”烘干即可 （二）间接法： 比浊法： 生理指标法：
含氮量测定：“凯氏定氮” 含碳量测定：方法类似氮的测定 其它：磷、DNA、RNA、产气、耗O2
二、计繁殖数
嗜酸菌、嗜碱菌、中性菌原生质内的PH均 几乎为中性，关键在于“周质空间”（壁 膜空间）的调节。但菌经代谢会改变外界 环境。 培养基内中性成分：分为两大类（有机物、 无机物）


有机物：
糖类 脂类
脱羧
发酵，氧化
水解
有机酸 胺类 变酸
蛋白质
无机物：
（NH4）2SO4
氨根离子选择吸收
H2SO4
变碱


营养条件（第五章） 物理条件 （温度，氧气，PH值）
一、温度


原因： ⑴影响酶的活性，最适酶促反应温度。 ⑵影响细胞质膜的流动性，温度越高流动性越 大。 ⑶影响物质的溶解度。 所有细菌均有其温度三基点： 最适生长温度、 最高生长温度、 最低生长温度（常利用其保持 食品、菌种） 最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率 最高的培养温度。对细菌而言，其适宜的温度 跨度很大，故从温度角度分为三大类群：
（一）直接法： 比例计数法（不常用） 血球计数板法：适合于单细胞的真核微生 物，即酵母菌（细菌不可）细胞个体大， 类似人体细胞（400×显微镜）即可。 电子自动计数器计数法（电阻原理）
（二）、间接法： 液体稀释法（培养24～48小时，多个试管， 大于95％，不常用） 平板菌落计数法（很常用）-计算活菌数 （死菌不长菌落） 取一定量的菌悬液放入平皿中，冷凝前加 入琼脂，混合，凝固。注意操作要求。





稳定期到来的原因： 1)、养份消耗（特别是生长限制因子的消耗）， 有害代谢产物的积累 2)、营养物质比例失调（特别是C/N比值）及 PH值的改变 实践意义 1)、是生产量上获得菌体及其代谢产物的最佳时 期。（秋季） 2)、是研究中，确定生长因子维生素和氨基酸生 物测定的关键时期。 3)、是设计和确定连续培养技术的前提。（区别 于分批培养）
（二）、对（指）数期
1、定义：微生物细胞以几何级数迅速增加 的一段时期。 2、特 点: 1)、生长速率最大，代时（细菌数量增加一 倍所需时间）最短。 2)、细胞均衡生长，体内成分均匀。 3)、酶系活跃，代谢旺盛。

3、影响对数期增代时间的因素





1)、菌种：不同菌种代时差别大 2)、营养成分，越全面，越丰富，则代时越短。 3)、营养物质含量：指某一种营养物的浓度，区别于总 量。 在一定范围内，营养物质含量，影响微生物的群体代 时； 在一定范围外，其只影响最终的菌浓度总量和产物量, 不影响代时； 生长代谢因子：凡是在较低浓度即可影响微生物生长 速度和菌体产量的物质称生长代谢因子。 4)、培养温度：对微生物的生长速率有明显的影响，对 发酵实践、食品保藏和夏天防范食物变质和食物中毒 等都有重要参考价值。