单细胞微生物的群体生长规律
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微⽣物⽣长曲线的特点及⽣长规律!微⽣物⽣长曲线的特点及⽣长规律!微⽣物⽣长曲线是以微⽣物数量(活细菌个数或细菌重量)为纵坐标,培养时间为横坐标画得的曲线。
⼀般说,微⽣物(细菌)重量的变化⽐个数的变化更能在本质上反应出⽣长的过程。
曲线可分为三个阶段即⽣长率上升阶段(对数⽣长阶段)、⽣长率下降阶段及内源呼吸阶段。
今天我们主要来了解⼀下它的特点及⽣长规律。
⼀、特点典型的微⽣物⽣长曲线包括四个时期:迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期。
迟缓期特点:⽣长速率常数为零、菌体粗⼤、RNA含量增加、代谢活⼒强、对不良环境的抵抗能⼒下降。
成因:微⽣物刚刚接种到培养基之上,其代谢系统需要适应新的环境,同时要合成酶、辅酶、其他代谢中间代谢产物等,所以此时期的细胞数⽬没有增加。
对数期特点:⽣长速率最快、代谢旺盛、酶系活跃、活细菌数和总细菌数⼤致接近、细胞的化学组成形态理化性质基本⼀致。
成因:经过调整期的准备,为此时期的微⽣物⽣长提供了⾜够的物质基础,同时外界环境也是最佳状态。
稳定期特点:活细菌数保持相对稳定、总细菌数达到最⾼⽔平、细胞代谢产物积累达到最⾼峰、是⽣产的收获期、芽孢杆菌开始形成芽孢。
成因:营养的消耗使营养物⽐例失调、有害代谢产物积累、PH值EH值等理化条件不适宜。
衰亡期特点:细菌死亡速度⼤于新⽣成的速度、整个群体出现负增长、细胞开始畸形、细胞死亡出现⾃溶现象。
成因:主要是外界环境对继续⽣长越来越不利、细胞的分解代谢⼤于合成代谢、继⽽导致⼤量细菌死亡。
⼆、⽣长规律任何⽣物都有出⽣、发育、繁殖、衰⽼和死亡的过程。
微⽣物也不例外。
不过,微⽣物的⽣长规律和⼤⽣物有些不同,⼤⽣物通常是以⼀个个体为对象,⽽微⽣物的⽣长通常指细胞数⽬的增加。
如果把单细胞的微⽣物接种到体积⼀定的液体营养液中,在适宜的培养条件下进⾏培养,这些单细胞微⽣物就会不断增殖,细胞数⽬会不断增加,如果把这种增加情况画⼀个对数曲线,就呈现出⼀定的规律,叫做单细胞微⽣物的⽣长曲线。
微生物的生长规律微生物特别是单细胞微生物,体积很小,个体的生长很难测定,而且也没有什么实际应用价值。
因此,测定它们的生长不是依据细胞个体的大小,而是测定群体的增加量,即群体的生长。
以培养时间为横坐标,以细菌数目的对数或生长速度为纵坐标作图,所得到的曲线,称为微生物的生长曲线。
根据细菌生长繁殖速率的不同,可将生长曲线大致分为延迟期、对数期、调整期或滞留适应期。
一、延迟期处于延迟期细菌细胞的特点可概括为8个字:分裂迟缓、代谢活跃。
细胞体积增长较快,尤其是长轴,在延迟期末,细胞平均长度比刚接种时大6倍以上;细胞中RNA含量增高,原生质嗜碱性加强;对不良环境条件较敏感,对氧的吸收、二氧化碳的释放以及脱氨作用也很强,同时容易产生各种诱导酶等。
这些都说明细胞处于活跃生长中,只是细胞分裂延迟。
在此阶段后期,少数细胞开始分裂,曲线略有上升。
延迟期的长短与菌种的遗传性、菌龄以及移种前后所处的环境条件等因素有关,短的只需几分钟,长的可达几小时。
因此,深入了解延迟期产生的原因,采取缩短延迟期的措施,在发酵工业上具有十分重要的意义。
在生产实践中,通常采取的措施有增加接种量,在种子培养中加入发酵培养基的某些营养成分,采用最适种龄(即处于对数期的菌种)的健壮菌种接种以及选用繁殖快的菌种等措施,以缩短延迟期,加速发酵周期,提高设备利用率。
二、对数期对数期又称指数期。
在此期中,细胞代谢活性最强,组成新细胞物质最快,所有分裂形成的新细胞都生活旺盛。
这一阶段的突出特点是细菌数以几何级数增加,代时稳定,细菌数目的增加与原生质总量的增加,与菌液混浊度的增加均呈正相关性。
这时,细菌纯培养的生长速率也就是群体生长的速率,可用代时(generation time)表示。
所谓代时,即单个细胞完成一次分裂所需的时间,亦即增加一代所需的时间(也叫增代时间或世代时间)。
在此阶段,由于代时稳定,因此,只要知道了对数期中任何两个时间的菌数,就可求出细菌的代时。
一、名词解释灭菌:指采用某种强烈的理化因素杀死物体中所有微生物的措施,包括病原微生物和非病原微生物。
消毒:只利用某种较温和的方法以杀死、消除或降低材料或物体上的病原微生物,使之不能引起疾病的方法;它可以起到防止感染或传播的作用。
防腐:指在某些化学物质或物理因子作用下,能防止或抑制微生物生长繁殖但又未完全致死微生物的一种措施,它能防止食物腐败或防止其他物质霉变,这是一种抑菌作用。
共生关系:两种微生物紧密结合在一起形成一种特殊的共生体,在组织和形态上产生了新的结构,在生理上有一定的分工。
互生关系:两种可以单独生活的生物,当它们生活在一起时,通过各自的代谢活动而有利于对方,或偏利于一方的生活方式。
寄生关系:指一种生物生活在另一种生物的体内或体表,从中取得营养和进行生长繁殖,同时使后者蒙受损害甚至被杀死的现象。
前者称为寄生物,后者称为寄主或宿主。
拮抗关系:由某种生物所产生的某种代谢产物可抑制他种生物的生长发育甚至杀死它们的关系。
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:又称开放培养在一个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加入新的培养基,另一方面有以相同的速率流出培养物,以使培养系统中的细胞数量和营养状态保持恒定。
纯培养:在适宜条件下培养纯种得到的培养物。
微生物纯种分离:将多种混杂微生物经某种技术或方法分离成纯种的过程。
混菌培养:两种或两种以上的微生物加以调节控制,不会互相干扰,生长不受抑制,生长在一起的培养方法。
二元培养:由两种具有特定关系的微生物组成的混合培养物。
同步培养:使培养物中所有的微生物细胞都处于相同的生长阶段的培养方法连续培养:又称开放培养在一个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加入新的培养基,另一方面有以相同的速率流出培养物,以使培养系统中的细胞数量和营养状态保持恒定。
恒浊连续培养:根据培养器内微生物的生长密度,并借光电控制系统来控制培养液流速,以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养方法。
酵母菌等单细胞微生物生长曲线的测定1 目的要求(1)了解酵母菌、细菌等单细胞微生物生长曲线的特点及测定原理;(2)学习用血球计数板计数法和比浊法分别测定酵母和细菌的生长曲线。
2 基本原理细菌群体的生长繁殖可分为四期:1).迟缓期(Lag phase):细菌接种至培养基后,对新环境有一个短暂适应过程(不适应者可因转种而死亡)。
此期曲线平坦稳定,因为细菌繁殖极少。
迟缓期长短因素种、接种菌量、菌龄以及营养物质等不同而异,一般为1~4小时。
此期中细菌体积增大,代谢活跃,为细菌的分裂增殖合成、储备充足的酶、能量及中间代谢产物。
2).对数期(Logarithmic phase):又称指数期(Exponential phage)。
此期生长曲线上活菌数直线上升。
细菌以稳定的几何级数极快增长,可持续几小时至几天不等(视培养条件及细菌代时而异)。
此期细菌形态、染色、生物活性都很典型,对外界环境因素的作用敏感,因此研究细菌性状以此期细菌最好。
抗生素作用,对该时期的细菌效果最佳。
3).稳定期(Stationary phase):该期的生长菌群总数处于平坦阶段,但细菌群体活力变化较大。
由于培养基中营养物质消耗、毒性产物(有机酸、H2O2等)积累PH下降等不利因素的影响,细菌繁殖速度渐趋下降,相对细菌死亡数开始逐渐增加,此期细菌增殖数与死亡数渐趋平衡。
细菌形态、染色、生物活性可出现改变,并产生相应的代谢产物如外毒素、内毒素、抗生素、以及芽胞等。
4).衰亡期(Decline phase):随着稳定期发展,细菌繁殖越来越慢,死亡菌数明显增多。
活菌数与培养时间呈反比关系,此期细菌变长肿胀或畸形衰变,甚至菌体自溶,难以辩认其形。
生理代谢活动趋于停滞。
故陈旧培养物上难以鉴别细菌。
体内及自然界细菌的生长繁殖受机体免疫因素和环境因素的多方面影响,不会出现象培养基中那样典型的生长曲线。
掌握细菌生长规律,可有目的地研究控制病原菌的生长,发现和培养对人类有用的细菌。
微生物的生长规律1. 内容1.单细胞微生物群体生长规律生长曲线:在不补充营养或不移去培养物,保持整个培养液体积不变的情况下,以时间为横坐标,以菌数为纵坐标,根据不同培养时间里细菌数量的变化,可以作出一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。
典型的生长曲线至少可以分为迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期四个时期。
⏹迟缓期:当细菌被接种到新鲜培养基而处于一个新的生长环境,开始一段时间内,通常不立即进行细胞分裂、增殖,生长速率近于零,细菌的数目几乎保持不变,甚至稍有减少,此时细胞内的RNA、蛋白质等物质含量有所增加,相对地此时细胞的体积最大,说明细胞并不是处于完全静止的状态,这段时间被称为迟缓期。
迟缓期是细胞分裂启动之前的恢复或调整期,而不是生长的休眠或停留期。
迟缓期细胞的主要特征是代谢活跃,体积增大,从介质中快速吸收各种营养物质,大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP和其他细胞组分,为细胞分裂准备。
迟缓期形成的原因:细菌接种到一个新的环境,暂时缺乏足够的能量和必需的生长因子,需要调整代谢,需要合成必需的酶、辅酶或某些中间代谢产物,“种子”老化(即处于非对数生长期)或未充分活化,接种时造成的损伤等均可造成迟缓期的出现。
此期的长短与营养成分、菌种遗传特性、菌令和接种量等因素有关。
⏹对数期:一旦细菌细胞的生理修复或调整完成,迟缓期即告结束,细胞开始进入快速分裂阶段。
由于这一时期细胞数目的增加以几何级数进行,故称对数期。
对数期的细胞分裂速度最快、代时最短、代谢活动旺盛、酶活性高、对环境变化敏感,细胞大小比较一致,并且细胞内的核糖体等组分也像细胞数目一样以同样的对数生长速率增加,细胞合成核糖体以及蛋白质越多,其生长速率也越快。
因而对数期的细菌通常被广泛地用于生产上的“种子”,并在科研上作为理想的实验材料。
⏹稳定期:在一个封闭的系统(一次性培养,分批培养)中,细菌的对数生长期只能维持一个短暂的时期,最终生长速度将会降低,代时延长,细胞活力减退,进入了稳定期。
微生物的生长规律1. 内容1.单细胞微生物群体生长规律生长曲线:在不补充营养或不移去培养物,保持整个培养液体积不变的情况下,以时间为横坐标,以菌数为纵坐标,根据不同培养时间里细菌数量的变化,可以作出一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。
典型的生长曲线至少可以分为迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期四个时期。
⏹迟缓期:当细菌被接种到新鲜培养基而处于一个新的生长环境,开始一段时间内,通常不立即进行细胞分裂、增殖,生长速率近于零,细菌的数目几乎保持不变,甚至稍有减少,此时细胞内的RNA、蛋白质等物质含量有所增加,相对地此时细胞的体积最大,说明细胞并不是处于完全静止的状态,这段时间被称为迟缓期。
迟缓期是细胞分裂启动之前的恢复或调整期,而不是生长的休眠或停留期。
迟缓期细胞的主要特征是代谢活跃,体积增大,从介质中快速吸收各种营养物质,大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP和其他细胞组分,为细胞分裂准备。
迟缓期形成的原因:细菌接种到一个新的环境,暂时缺乏足够的能量和必需的生长因子,需要调整代谢,需要合成必需的酶、辅酶或某些中间代谢产物,“种子”老化(即处于非对数生长期)或未充分活化,接种时造成的损伤等均可造成迟缓期的出现。
此期的长短与营养成分、菌种遗传特性、菌令和接种量等因素有关。
⏹对数期:一旦细菌细胞的生理修复或调整完成,迟缓期即告结束,细胞开始进入快速分裂阶段。
由于这一时期细胞数目的增加以几何级数进行,故称对数期。
对数期的细胞分裂速度最快、代时最短、代谢活动旺盛、酶活性高、对环境变化敏感,细胞大小比较一致,并且细胞内的核糖体等组分也像细胞数目一样以同样的对数生长速率增加,细胞合成核糖体以及蛋白质越多,其生长速率也越快。
因而对数期的细菌通常被广泛地用于生产上的“种子”,并在科研上作为理想的实验材料。
⏹稳定期:在一个封闭的系统(一次性培养,分批培养)中,细菌的对数生长期只能维持一个短暂的时期,最终生长速度将会降低,代时延长,细胞活力减退,进入了稳定期。
1.肽聚糖:肽聚糖是由多糖链经短肽相交联而形成的网络状分子,是真细菌细胞壁特有的成分,构成细菌细胞壁坚硬的骨架部分。
2.脂多糖:(LPS),是位于G-细菌细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质,由类脂人、核心多糖和O—特异侧链3部分组成。
3.原生质体(protoplast):指在人为条件下用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁的合成后,所得到的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感细胞。
常见于革兰氏阳性菌。
4.球状体或原生质球(sphaeroplast):指还残留部分细胞壁的原生质体,常见于革兰氏阴性细菌。
5.芽胞:某些细菌在其生长发育后期,在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠构造,称为芽抱或内生抱子。
6.伴抱晶体:少数芽抱杆菌,例如苏云金芽抱杆菌在其形成芽抱的同时,会在芽抱旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体一6内毒素,称为伴抱晶体。
7.菌落:菌落就是在固体培养基上(内)以母细胞为中心的一堆肉眼可见的,有一定形态、构造等特征的子细胞集团。
8.异形胞:异形胞是存在于丝状体蓝细菌中的较营养细胞稍大,色浅、壁厚、位于细胞链中间或末端,且数目少而不定的细胞。
异形胞是固氮蓝细菌的固氮部位。
9.原体(elementary body,EB):宿主细胞外的形态具有感染力,它是一种不能运动的球状细胞,直径小于0.40.4M M mm,,有坚韧的细菌型细胞壁。
10帕体,又称网状体(reticulate body, RB)这是一种薄壁的球状细胞,形体较大,无感染力的个体。
11.单细胞蛋白:也叫微生物蛋白,它是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌体。
12.酵母纤维素:它呈三明治状一一外层为甘露聚糖,内层为葡聚糖,都是分支状聚合物,中间夹着一层蛋白质(包括各种酶,如葡聚糖酶、甘露聚糖酶等)。
13.生长因子:一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从简单的碳源,氮源自行合成的、所需极微量的有机物。