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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。
四、教案内容1、 生物的化学组成 15分2、 营养物质及功能 25分-二微生物的营养类型 20分三' 微生物吸收营养物质的机制1、 单纯扩散 7分2、 促进扩散 8分3、 主动运输 12分4、 集团转位 13分第四章微生物的营养了解微生物的生长所需营养要素和营养特点，掌握微生物的营养类型、营养物主要内容四、培养基 1、概念要求质进入细胞方式、培养基的类型及配制原则和方法重点 重点:难点 难点:三、氢离子浓度 四、氧气和氧化还原电位 五、光照与辐射 六、化学杀菌剂和抑菌剂第四节 有害微生物生长的控制二、消毒与灭菌的方法1、物理灭菌(1 )热力灭菌(2)紫外线灭菌(3)其他灭菌方法2、化学灭菌 第七章微生物的生态掌握微生物在生态系统中的作用；生态环境中的微生物种群、微生物与环境保微生物与动植物的关系；微生物在生态系统中的作用；微生物与环境保护难点主要内容二、水分及其可给性 10分10分、消毒与灭菌的概念15分35分要求护的关系重点主要内容主要内容第一节微生物接种剂一、微生物接种剂的概念、性质特点15 分二、微生物接种剂的应用1.根瘤菌剂10 分2.固氮细菌制剂10 分3.促生细菌剂10 分4.菌根菌 5 分第二节微生物农药一、微生物农药的性质和种类10 分二、微生物农药的应用1.细菌杀虫剂分10分2.杀虫抗生素103.真菌杀虫剂分104.其他微生物杀虫剂10分。
第六章微生物的生长生殖及其操纵一、微生物生长生殖的概念微生物的生长是指细胞物质有规律地、不可逆增加，导致个体体积扩大的生物学过程。
当细胞个体生长到一定时期，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加即生殖。
在高等生物里这两个过程能够明显分开，但对低等特别是单细胞的微生物，由于细胞小，这两个过程紧密联系、特别难划分，因此，微生物的生长生殖，一般指群体生长，这一点与研究动物、植物有所不同。
1、细菌一般没有有性生殖，多采纳二分裂方式。
2、真菌除了进行无性生殖，产生大量孢子如分生孢子、节孢子、厚垣孢子、孢囊孢子等外，还能进行有性生殖，产生有性孢子如卵孢子、接合孢子、孢囊孢子等。
二、微生物生长的测定微生物生长：单位时刻里微生物数量或生物量〔Biomass〕的变化个体计数微生物生长的测定：群体重量测定群体生理指标测定〔一〕以数量变化对微生物生长情况进行测定通常用来测定细菌、酵母菌等单细胞微生物的生长或样品中所含微生物个体的数量〔细菌、孢子、酵母菌〕。
1、培养平板计数法样品充分混匀后，取一定量的稀释液涂布或倾注在平板上，进行培养，统计平板上长出的菌落数。
注重：1）同一稀释度三个以上重复,取平均值；2）每个平板上的菌落数目适宜，便于正确计数；一个菌落可能是多个细胞一起形成，因此在科研中一般用菌落形成单位〔colonyformingunits，CFU〕来表示，而不是直截了当表示为细胞数。
2、膜过滤培养法当样品中菌数特别低时，能够将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜过滤器，然后将膜转到相应的培养基上进行培养，对形成的菌落进行统计。
3、Themostprobablenumbermethod〔液体稀释法〕1〕未知样品进行十倍稀释；2〕取三个连续的稀释度平行接种多支试管并培养；3〕长菌的为阳性，未长菌的为阴性；4〕查表推算出样品中的微生物数目；4、显微镜直截了当计数法采纳细菌计数板或血球计数板，在显微镜下对微生物数量进行直截了当计数，计算一定容积里样品中微生物的总数量。
第六章微生物的生长繁殖及其控制微生物生长是细胞物质有规律地、不可逆增加，导致细胞体积扩大的生物学过程，这是个体生长的定义。
繁殖是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。
可以看出微生物的生长与繁殖是两个不同，但又相互联系的概念。
生长是一个逐步发生的量变过程，繁殖是一个产生新的生命个体的质变过程。
在高等生物里这两个过程可以明显分开，但在低等特别是在单细胞的生物里，由于细胞小这两个过程是紧密联系又很难划分的过程。
因此在讨论微生物生长时，往往将这两个过程放在一起讨论，这样微生物生长又可以定义为在一定时间和条件下细胞数量的增加，这是微生物群体生长的定义。
第一节细菌的个体生长细菌的个体生长包括细胞结构的复制与再生、细胞的分裂与控制，本节主要介绍细菌部分结构的复制和细菌分裂与控制等有关内容：一、染色体DNA的复制和分离细菌的染色体为环形的双链DNA分子。
在细菌个体细胞增长的过程中，染色体以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，而且也开始了二个子细胞DNA分子的复制，例如在迅速生长的细菌里就存在这种情况。
也就是说，当细胞的一个世代即将结束时，不仅为即将形成的二个子细胞各备有一份完整的亲本的遗传信息，而且也具有已经按亲本的方式开始复制的基因组(图6-1)。
其复制起点附着在细胞膜上随着膜的生长和细胞的分裂，二个未来的子体基因组不断地分离开来，最后到达2个子细胞中。
细菌在个体生长过程中通过染色体DNA的复制，使其遗传特性能保持高度的连续性和稳定性。
图6-1 细菌个体生长过程中染色体DNA的分离二、细胞壁扩增细胞壁是细胞外的一种"硬"性结构。
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。
在细胞壁扩增过程中，细胞壁在什么位点扩增，以及它如何扩增这是两个主要问题，根据研究结果表明：杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖在细胞壁中是新老细胞壁呈间隔分布，证明新合成的肽聚糖不是在一个位点而是在多个位点插入；而球菌在生长过程中，新合成的肽聚糖是固定在赤道板附近插入，导致新老细胞壁能明显地分开，原来的细胞壁被推向两端。
新合成的细胞壁成分肽聚糖如何插入到原来的细胞壁上肽聚糖短肽中第三个氨基酸是含二个氨基的氨基酸，它通过本身的氨基与另一个肽聚扩短肽中第四个氨基酸的羧基相连接形成肽键，使之形成一个完整的整体。
新合成的肽聚糖可以通过本身的二氨基氨基酸的氨基连到原来的细胞壁肽聚糖短肽中第四个氨基酸的羧基上，或通过新合成肽聚糖短肽中第四个氨基酸的羧基连到原来细胞壁肽聚糖短肽中第三位的二氨基氨基酸的游离氨基上，导致细胞壁肽聚糖链的扩增。
地衣芽孢杆菌的肽聚糖是以前面一种方式扩增。
这样从分子水平上说明了细胞壁扩增的方式。
三、主要生长参数微生物生长过程中，迟缓时间、比生长速率和总生长量三个主要参数在生产实践中有着重要的参考意义。
1. 迟缓时间(T)微生物在生长过程中，在实际条件下达到对数生长期所需时间与理想条件(即无迟缓期)下达到对数生长期所需时间之差。
迟缓时间还可以用作图方法求出，例如菌数由N0增加到Nt，实际上所用的时间为Tp；如果不存在迟缓时间，则所需要的时间为Ti ，这时Tp与Ti之间的差，即为该菌在此生长条件下的迟缓时间(图6-3)。
在曲线上从Tp作平行纵坐标的直线与理想生长曲线相交，该交点为不存在迟缓时间时所应达到的菌数( Ni)，这时Ni与Np之间的差值为迟缓生长量，即为迟缓期存在所未能达得理想数量的那部分生长量。
图6-3 作图法求迟缓时间(T)与迟缓生长量(N)迟缓时间长短客观反映了细菌生长条件适合程度。
在生产实践中，这个时间越短越好。
迟缓生长量则反映了迟缓期给细胞物质的工业化生产所造成的损失。
2.比生长速率比生长速率与微生物的生长基质浓度密切相关。
目前一般用莫诺(Monod)经验公式表示比生长速率与生长基质浓度之间的关系：μ＝μm·(S／（Ks+S）)μm:最大比生长速率；S:生长的基质浓度；Ks：比生长速率为最大比生长速率一半时的基质浓度。
在同种基质里它是一个常数，Ks通常很小；根据莫诺经验公式，当基质浓度很高时，Ks可以忽略不计，Ks+S＝S此时，μ＝μm，细菌以最大比生长速率生长。
对数生长期细菌的生长就属于这种情况；当基质浓度很低时，Ks+S＝Ks，则μ＝（μm／Ks）·S，此时，比生长速率与基质浓度成正比，基质浓度变化引起比生长速率迅速变化。
3.总生长量总生长量代表在某一时间里，通过培养所获得的微生物总量与原来接种的微生物量之差值，总生长量大小客观上也反映了培养基与生长条件是否适合于菌的生长。
与总生长量相关的另一个参数--产量常数(K)，它代表了在培养过程中所获得的总生长量与获得这总生长量所消耗基质总量之比，即：K＝总生长量／所消耗基质的总量K值大小代表微生物对基质同化的效率，反映了微生物利用某种基质生长的效果，因此在生产实践中应采取有效措施，提高K值以创造更大的经济效益。
第二节细菌的群体生长繁殖除真菌外，我们肉眼看到或接触到的微生物已不是单个，而是成千上万个单个的微生物组成的群体。
微生物接种是群体接种，接种后的生长是微生物群体繁殖生长。
本节扼要介绍细菌群体生长的特点与一般规律。
一、细菌群体生长规律细菌接种到均匀的液体培养基后，当细菌以二分裂法繁殖，分裂后的子细胞都具有生活能力，并且不补充营养物质或移去培养物，保持整个培养液体积不变时，以时间为横座标，以菌数为纵座标，那么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，这种曲线称为生长曲线(Growth Curve)。
一条典型的生长曲线至少可以分为迟缓期，对数期，稳定期和衰亡期等四个生长时期(图6-2)。
图6-2 细菌生长曲线1、迟缓期(Lag phase)细菌接种到新鲜培养基而处于一个新的生长环境，因此在一段时间里并不马上分裂，细菌的数量维持恒定，或增加很少。
此时胞内的RNA、蛋白质等物质含量有所增加，相对地此时的细胞体积最大，说明细菌并不是处于完全静止的状态。
产生迟缓期的原因，认为是微生物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，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。
在工业发酵和科研中迟缓期会增加生产周期而产生不利的影响，但是迟缓期无疑也是必需的，因为细胞分裂之前，细胞各成分的复制与装配等也需要时间，因此应该采取一定的措施，如(1)通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；(2)利用对数生长期的细胞作为种子；(3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；(4)适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的影响。
2、对数生长期(Log phase)又称指数生长期(Exponential phase)。
细菌经过迟缓期进入对数生长期，并以最大的速率生长和分裂，导致细菌数量呈对数增加，而且细菌内各成分按比例有规律地增加，很明显此时期内的细菌生长是平衡生长。
对数生长期细菌的代谢活性、酶活性高而稳定，大小比较一致，生活力强，因而它广泛地在生产上用作种子和在科研上作为理想的实验材料。
3、稳定生长期(Stationary phase)由于营养物质消耗，代谢产物积累和PH等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，导致生长速率降低直至零(即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数)，结束对数生长期，进入稳定生长期。
稳定生长期的活细菌数最高并维持稳定。
如果及时采取措施，补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件，如对好氧菌进行通气、搅拌或振荡等可以延长稳定生长期，获得更多的菌体物质或代谢产物。
4、衰亡期(Decline或Death phase)营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率逐步增加和活细菌逐步减少，标志进入衰亡期。
该时期细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶。
该时期死亡的细菌以对数方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低。
此外，不同的微生物，甚至同一种微生物对不同物质的利用能力是不同的。
有的物质可直接被利用(例如葡萄糖或NH4+等)；有的需要经过一定的适应期后才能获得利用能力(例如乳糖或NO3-等)。
前者通常称为速效碳源(或氮源)，后者称为迟效碳源(或氮源)。
当培养基中同时含有这两类碳源(或氮源)时，微生物在生长过程中会形成二次生长现象.二、生长的数学模型任何一数学公式所表示的数学关系，只要能反映客观物质的运动规律，都可视其为数学模型。
利用数学公式来表达微生物系统的某些定量关系，该数学公式便是此系统的数学模型。
现代生物学研究的特点之一是从定性逐步走向定量，用数学模型能较明确地表达生命现象的动态过程，数学模型在现代微生物学中的应用越来越重要。
对数生长期中微生物生长速率变化规律的研究有助于推动微生物生理学与生态学基础研究和解决工业发酵等应用中的问题。
对数生长期中微生物生长是平衡生长，即微生物细胞数量呈对数增加和细胞各成分按比例增加。
因此对数生长期中微生物的生长可用数学模型(Mathema tics for growth)表示。
dN/dt＝μN(或dM/dt＝μM或dE/dt＝μE)(1)N：每毫升培养液中细胞的数量；M：每毫升培养液中细胞物质的量；E：每毫升培养液中其他细胞物质的量；μ：比生长速率(Specific growth rate)，即每单位数量的细菌或物质在单位时间(小时)内增加的量；t：培养时间(小时)。
对dN/dt＝μN积分，得lnNt－lnN0＝μ(t1－t0)(2)将上式转换成以10为底的对数：logNt－logN0＝μ(t1－t0)/2.303(3)Nt与N0分别代表时间t和t0时的细胞数量。
因此只要测定从N0增加到Nt所用的时间和N0与Nt的量，就可以由上式求出该条件下的μ。
例如t0时每毫升培养液中细胞数的为104，经过4小时后该培养液中细胞数量增加到每毫升108(Nt)，则此条件该菌的比生长速率为：μ＝(logNt－logNo)×2.303/t－t0＝(8－4)×2.303/4/小时＝2.303/小时。
说明该菌在此条件下，每个细菌以每小时增加2.303个细菌的速度增加。
在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为代时(Generation time)，在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为倍增时间(Doubling time)代时通常以G表示。
根据公式(2)可以求代时与比生长速率之间的关系：∵Ｇ＝t－t0 Nt＝2N0∴G＝（lnNt－lnN0）／μ＝ln（Nt／N0）／μ＝ln2／μ＝0.693／μ如果仍以上述例子的数量为依据，就可以求出该细菌在此条件下的代时为0.3小时：G＝0.693／μ＝0.693／2.303＝0.3(小时)也可以用一般常用的先求出细菌繁殖的世代数(n)，然后再求G，即n=（lgNt-lgN0）／lg2=（lgNt-lgN0）／0.301G=（t1-t0）／n=（t1-t0）／3.322（lnNt－lnN0）代时在微生物中变化很大，一般为一小时左右，但生长快的微生物在条件适宜时还不到10分钟。
