微生物生长与控制
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第六章微生物的生长及其控制微生物不论其在自然条件下还是在人为条件下发生作用,都是通过“以数取胜”或“以量取胜”。
生长和繁殖就是保证微生物获得巨大数量的必要前提。
微生物生长是指由于细胞成分的增加导致微生物的个体大小、群体数量或两者的增长。
个体细胞生长:细胞内组分的增加,导致细胞总量(体积、质量、大小)扩个体繁殖:是微生物个体生长到一定阶段,由于细胞结构的复制与重建并通由于微生物个体微小,以个体为对象研究其生长和繁殖十分不便,常以群体数量的变化来研究微生物的生长。
在微生物学中,凡说“生长”一般均指群体生长,这与研究大型生物有所不同。
群体生长:指在一定时间和条件下,微生物细胞总量的增加。
既有量变也有质变。
三者之间的关系:个体生长→个体繁殖→群体生长群体生长=个体生长+个体繁殖第一节测定生长繁殖的方法测定生长的方法是以原生质含量的增加为基础,测定繁殖是建立在计算个体数目上。
一、测生长量直接方法:测菌体细胞(数)量、菌体体积、菌体质量等;间接方法:根据细胞内某种物质的含量或某种代谢活动强度间接测定。
(一)直接法1、测体积这是一种粗放的方法。
将待测培养液放在刻度离心管中作自然沉降或离心沉降,观察其体积。
污泥沉降比(SV):为含有污泥的混合液在量筒中静置30 min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分数,以%表示。
又叫30 min沉淀率。
该参数是评定活性污泥质量的重要指标之一。
正常范围为15-30%。
2、称重此法的原理是根据每个细胞有一定的重量而设计的。
它可以用于单细胞、多细胞以及丝状体微生物生长的测定。
包括称干重(DCW)和湿重。
将一定体积的样品通过离心或过滤将菌体分离出来,经洗涤,再离心后直接称重,求出湿重。
如果是丝状体微生物,过滤后用滤纸吸去菌丝之间的自由水,再称重求出湿重。
不论是细菌样品还是丝状菌样品,可以将它们放在已知重量的平皿或烧杯内,于105℃烘干至恒重,取出放入干燥器内冷却,再称量,求出微生物干重。
微生物的生长与控制:细菌的细胞周期:细菌无性繁殖的方式:二分裂:同形分裂;异形分裂;多次分裂;劈裂;芽殖;孢子大肠杆菌同形二分裂:首先新的细胞物质合成,细胞逐渐延伸,DNA开始复制,然后染色体向细胞的两端分离,在细胞中部开始形成隔板,最后隔板完全形成,将母细胞分割为大小一样的两个子细胞。
新月柄杆菌异形分裂:新月柄杆菌幼龄细胞的一端有鞭毛,而老龄细胞有柄,在繁殖过程中,有柄的细胞合成新的细胞组分,细胞延长,在无柄的一端长出鞭毛,然后以收缢的方式进行二分裂,产生一个有柄的细胞,和一个有鞭毛的游动细胞,游动细胞可以固着在新的基物上,最后鞭毛消失,在鞭毛消失处形成新的柄,进入下一轮生长和复制。
蛭弧菌多次分裂:首先,蛭弧菌侵入革兰氏阴性菌的周质空间形成蛭弧体,在寄主细胞中蛭弧菌可以产生水解酶,水解寄主细胞的细胞周质,以满足自己的营养需求以及生产,随着生长蛭弧菌细胞逐渐伸长形成丝状细胞,然后丝状细胞在多个部位分裂,形成多个子代细胞,每一个子代细胞又会形成新的鞭毛,最后寄主细胞裂解,子代蛭弧菌被释放到环境中。
节杆菌劈裂:节杆菌通过劈裂进行繁殖,节杆菌是革兰氏阳性菌,具有内外两层细胞壁,在细胞延长进行分裂的过程中,只有内层细胞壁参与横隔壁的形成,这样就形成了两个子细胞,共同被外层细胞壁包裹的状态,最后外层细胞壁在一侧断裂,形成V字形排列的两个子细胞。
细菌芽殖:生丝微菌的母细胞附着在固体基物上,然后长出丝状物,丝状物末端形成芽体,芽体逐渐膨大,长出1根鞭毛形成子细胞,有鞭毛的子细胞脱离母细胞后,母细胞继续以出芽的形式生成子细胞,子细胞最后也会失去鞭毛成长为母细胞。
生活周期:从一个新的子细胞的产生开始,到子细胞经过生长、繁殖产生下一代子细胞的阶段。
可分为三个阶段:第一个阶段:细胞生长期:细胞合成一些新的细胞物质,相当于真核生物细胞周期的G1期。
第二个阶段:染色体复制和分离期:相当于真核生物的S期和M期中的有丝分裂期,而没有G2期。
生长曲线以少量纯培养细菌接种有限的液体培养基,并在培养过程中定时取样测数,可以发现细菌的生长有一定的规律,若以时间为横坐标,菌数的对数为纵坐标,可以绘出一条类似于S形的曲线,这就是细菌的生长曲线。
由生长曲线可将细菌的群体生长划分为4个时期:延迟期、对数期、稳定期、衰亡期。
延迟期这个时期内的细菌细胞通常表现为个体变长,体积增大和代谢活跃,细胞内的RNA含量增加使细胞质的嗜碱性增强,并由于代谢活性的提高而使贮藏物消失;细胞对外界理化因子(如NaCl、热、紫外线、x—射线等)的抵抗能力减弱。
细菌延滞期的长短取决于菌种的遗传特性、菌龄及接种前后培养条件的差异等。
将处于对数期的培养物接种到相同的培养环境中可以缩短乃至消除延滞期。
对数期生长旺盛,代谢活力增强,分裂速度加快,菌数以几何级数增加,代时稳定,其生长曲线表现为一条上升的直线。
稳定期在对数末期,由于营养物质(包括限制性营养物质)的逐渐消耗,有生理毒性的代谢产物在培养基中的积累及培养环境条件中pH和氧化还原电位Eh等对细菌生长不利的变化,使细菌的生长速度降低,增殖率下降而死亡率上升,当两者趋于平衡时,就转入稳定期。
可以通过补料,调节pH、温度或通气量等措施来延长稳定期衰亡期细菌在经过稳定期后,由于营养和环境条件进一步恶化,死亡率迅速增加,以致明显超过增殖率,这时尽管群体的总菌数仍然较高,但活菌数急剧下降,其对数与时间呈反比,表现为按几何级数下降,生长曲线直线下垂,有人又称其为对数死亡期。
这个时期的细胞常表现为多形态,产生许多大小或形态上变异的畸形或退化型,其革兰氏染色亦不稳定,许多G+细菌的衰老细胞可能表现为G-。
恒浊法和恒化法培养核心内容是什么?大概过程是指什么?1.恒浊连续培养不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定的连续培养方法叫恒浊连续培养。
在恒浊连续培养中装有浊度计,借光电池检测培养室中的浊度(即菌液浓度),并根据光电效应产生的电信号的强弱变化,自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速。
第六章微⽣物的⽣长及其控制第六章微⽣物的⽣长及其控制1.概述⽣长:细胞物质有规律地,不可逆地增加,导致细胞体积扩⼤的⽣物学过程.繁殖:微⽣物⽣长到⼀定阶段,由于细胞结构的复制与重建并通过特定的⽅式产⽣新的⽣命个体,即引起⽣命个体数量增加的⽣物学过程。
⽣长是⼀个量变的过程,繁殖是⼀个质变的过程2.细菌的个体⽣长1.染⾊体DNA的复制和分离细菌的染⾊体为环形双链DNA分⼦。
染⾊体⼀双向的⽅式进⾏连续的复制,在细胞分裂之前不仅完成了染⾊体的复制,⽽且也开始了2个⼦细胞DNA分⼦的复制。
当细胞的⼀个世代即将结束时,不仅为即将形成的2个⼦细胞各备有⼀份完整的遗传信息,⽽且也具有已经按亲本⽅式复制的基因组。
其复制点附着在细胞膜上,随膜的⽣长和细胞分裂,2个未来的⼦细胞基因组不断地分离,最后达到2个⼦细胞中。
细菌在个体⽣长中通过染⾊体DNA的复制,使其遗传特性能保持⾼度的连续性和稳定性。
2.细胞壁的扩增细胞在⽣长过程中,细胞壁只有通过扩增,才能使细胞体积扩⼤。
3.细菌分裂的调节细菌进⼊分裂时期,此时在细菌长度的中间位置,通过细胞质膜内陷并伴随新合成的肽聚糖插⼊,导致横隔壁向⼼⽣长,最后在中⼼回合,完成⼀次分裂,将细菌分裂成2个⼤⼩相等的⼦细菌。
细胞在⽣长和分裂伴随细胞壁的裂解和闭合2个过程。
前者将细胞壁打开,有利于细胞壁物质插⼊;后者在新合成的细胞壁物质插⼊后的开⼝处重新闭合形成完整的细胞壁,以利于机体⽣存。
影响细菌的⽣长和分裂的主要因素是:转肽酶(催化2个肽聚糖的短肽链的链接);D-Ala-D-Ala-梭肽酶(催化五肽转变为四肽)青霉素竞争性抑制转肽酶。
3. 细菌的群体⽣长繁殖1.⽣长的规律细菌以⼆分裂繁殖,即细胞核⾸先进⾏有丝分裂,然后细胞质通过胞质分裂⽽分开,形成2个相同的个体.分批培养:在封闭系统中对微⽣物进⾏的培养,既不补充营养也不移去培养物质,保持整个培养液体积不变的培养⽅式。
培养曲线:以时间为横坐标,以菌数为纵坐标,依据不同培养时间⾥细菌数量变化,作出培养期间菌数变化规律的曲线。