1、第 5 章微生物的營(yíng)養(yǎng)與生長(zhǎng)Microbial Nutrition and Growth,【目的要求】 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成及所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，微生物的營(yíng)養(yǎng)類型及其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收； 微生物生長(zhǎng)的概念，個(gè)體生長(zhǎng)與群體生長(zhǎng)的關(guān)系，微生物群體生長(zhǎng)的衡量指標(biāo)，微生物生長(zhǎng)量的測(cè)定方法； 微生物的群體生長(zhǎng)規(guī)律和環(huán)境因素對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響。,【重 點(diǎn)】 營(yíng)養(yǎng)類型、微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收、培養(yǎng)基； 微生物群體的生長(zhǎng)規(guī)律； 環(huán)境因素對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響。 【難 點(diǎn)】 微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收 微生物群體的生長(zhǎng)規(guī)律。,第 一 節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)Microbial Nutrition,一、微生物的六大營(yíng)養(yǎng)要素,1、微生物細(xì)胞的化學(xué)組

2、成 大量元素(macroelement)：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵。 微量元素(trace element)：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳 、硼。 化學(xué)元素在細(xì)胞內(nèi)存在形式 水分、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、核酸和無機(jī)鹽,微生物細(xì)胞的化學(xué)組成,化學(xué)組成因微生物種類、菌齡、培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)條件、分析方法等而有所不同。,2、微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要功用： 供給微生物所需要碳源和氮源，參與細(xì)胞組成； 構(gòu)成酶的活性成分與物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)； 提供能量； 有的營(yíng)養(yǎng)物如維生素主要用于調(diào)節(jié)新陳代謝。 據(jù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)生理作用，可概括為： 碳源、氮源、能源、無機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子

3、、水,碳源（carbon source）,概念 凡可被用來構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中碳素來源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 功能 提供合成細(xì)胞物質(zhì)及代謝物的原料； 為整個(gè)生理活動(dòng)提供所需要能源。,種類: 無機(jī)含碳化合物：如CO2和碳酸鹽等。 有機(jī)含碳化合物：糖與糖的衍生物、脂類、醇類、有機(jī)酸、烴類、芳香族化合物等。 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的碳源 葡萄糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、有機(jī)酸等 發(fā)酵工業(yè)中用作碳源的原料 傳統(tǒng)種類：糖類、麩皮、各種米糠等 代糧發(fā)酵：纖維素、石油、CO2和H2等,氮源（nitrogen source）,概念 能提供微生物生長(zhǎng)繁殖所需氮元素的營(yíng)養(yǎng)源。 功能 提供合成細(xì)胞中含氮物，如蛋白質(zhì)、核酸，以及含氮代謝

4、物等的原料； 少數(shù)細(xì)菌可以銨鹽、硝酸鹽等氮源為能源。,種類 空氣中分子態(tài)氮 無機(jī)氮化合物：銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨等； 有機(jī)氮化合物：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物（如胨、肽、氨基酸等）、尿素、牛肉膏、魚粉、花生餅粉、黃豆餅粉、玉米漿等。 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用的氮源 牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、黃豆餅粉等,能源（energy source）,概念 能為微生物的生命活動(dòng)提供最初能量來源的營(yíng)養(yǎng)物或輻射能。 微生物的能源譜,無機(jī)鹽（Inorganic Salt ）,大量元素（生長(zhǎng)所需濃度在10-310-4mol/L） P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe 微量元素（生長(zhǎng)所需濃度在10-610-8mol/L） Cu、Zn、M

5、n、Mo、Co 生理功能,生長(zhǎng)因子（growth factor）,概念 微生物生長(zhǎng)所必需、需要量很小，微生物自身不能合成，或合成量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 廣義的生長(zhǎng)因子：維生素、堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4-C6脂肪酸、需要量較大的氨基酸 狹義的生長(zhǎng)因子：維生素,生長(zhǎng)因子的來源 天然培養(yǎng)基 酵母膏、牛肉浸出液、肝浸液、小牛血清、麥芽汁、玉米漿、蔬菜汁、麩皮、米糠等。 組合培養(yǎng)基 復(fù)合維生素溶液 主要作用 作為酶的輔基或輔酶 合成細(xì)胞結(jié)構(gòu)及組分的前體,二、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型,據(jù)對(duì)碳源的不同利用能力 自養(yǎng)型微生物（autotrophic bacteria） 指利用簡(jiǎn)單的無機(jī)

6、物作營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，能以CO2或碳酸鹽為唯一的碳源在體內(nèi)合成有機(jī)物，不需要外界供給有機(jī)含碳化合物。 異養(yǎng)型微生物（heterotrophic bacteria） 需要利用有機(jī)物質(zhì)碳作為營(yíng)養(yǎng)和能源的微生物。,強(qiáng)調(diào)：劃分異養(yǎng)、自養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)不在于能否利用CO2，而在于是否為唯一碳源或主要碳源。,據(jù)微生物生命活動(dòng)中能量來源不同 光能營(yíng)養(yǎng)型微生物 依靠光能進(jìn)行生長(zhǎng) 化能營(yíng)養(yǎng)型微生物 依靠化合物氧化釋放的能量進(jìn)行生長(zhǎng) 據(jù)微生物體內(nèi)生物氧化過程中供氫體分 無機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物,1、光能無機(jī)自養(yǎng)型微生物,特點(diǎn) 以CO2作為唯一碳源或主要碳源； 以無機(jī)物作為供氫體； 利用光能含有光合色素，可使

7、光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能（ATP），供機(jī)體直接利用。 典型代表 藍(lán)細(xì)菌、紅硫細(xì)菌和綠硫細(xì)菌等少數(shù)微生物,2、光能有機(jī)異養(yǎng)型微生物,特點(diǎn) 不能以CO2為主要碳源或唯一碳源； 以有機(jī)物（如異丙醇）作為供氫體； 利用光能將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。 典型代表 紅螺菌屬中的一些細(xì)菌。,3、化能無機(jī)自養(yǎng)型微生物,特點(diǎn) 以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源； 利用無機(jī)物如氫氣、硫化氫、Fe2+或亞硝酸鹽等作為電子供體，使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。 以無機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能為能源； 典型代表 硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌與鐵細(xì)菌。,4、化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物,特點(diǎn) 以有機(jī)化合物為碳源； 以有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能為能源。 根據(jù)利用

8、有機(jī)物的特性可將其分為： 腐生型（metatrophy） 寄生型（paratrophy） 兼性腐生型（facultive metatrophy）或兼性寄生型（facultive paratrophy）,三、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式,1、單純擴(kuò)散（diffusion） 被動(dòng)輸送：動(dòng)力來自胞內(nèi)外濃度差，方向可逆。 特點(diǎn) 擴(kuò)散由高濃度向低濃度，即單純物理擴(kuò)散，速度慢； 不需要能量； 非特異性（沒有酶參與）； 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身在運(yùn)輸時(shí)分子結(jié)構(gòu)上也不會(huì)發(fā)生變化。 輸送物質(zhì)主要有水、O2、CO2、乙醇、某些氨基酸分子。,2、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitated diffusion),動(dòng)力來自細(xì)胞內(nèi)外的濃度差。方向可

9、逆。 特點(diǎn)： 擴(kuò)散由高濃度向低濃度； 不需要能量； 運(yùn)輸有滲透酶參與，對(duì)被運(yùn)輸物質(zhì)有高度立體專一性； 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身在運(yùn)輸時(shí)分子結(jié)構(gòu)上也不會(huì)發(fā)生變化。 常見輸送物質(zhì) 真核生物的普遍運(yùn)輸機(jī)制，原核生物中少見。主要有氨基酸、單糖、維生素及無機(jī)鹽等。,3、主動(dòng)運(yùn)輸（active transport）,在代謝能的推動(dòng)下，通過膜上特殊載體蛋白逆養(yǎng)料濃度梯度吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過程。 特點(diǎn) 運(yùn)輸由低濃度向高濃度； 有滲透酶參與，對(duì)被運(yùn)輸物質(zhì)有高度立體專一性； 需要能量； 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身在運(yùn)輸時(shí)不發(fā)生任何化學(xué)變化。 主要運(yùn)送物質(zhì) 無機(jī)離子（ Na、K）、有機(jī)離子、一些糖類（乳糖、葡萄糖、蜜二糖等）、氨基酸等,4、基團(tuán)

10、轉(zhuǎn)位（group translocation）,特點(diǎn) 運(yùn)輸由低濃度向高濃度； 運(yùn)輸有滲透酶參與，對(duì)被運(yùn)輸物質(zhì)有高度立體專一性； 需要能量。 被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)性質(zhì)發(fā)生改變。 存在范圍 主要存在于厭氧和兼性厭氧型細(xì)菌中。葡萄糖、果糖等單糖以及核苷與脂肪酸的運(yùn)輸均以此種方式進(jìn)行。,基團(tuán)移位模式圖,四種運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方式的比較,四、培養(yǎng)基(culture medium),概念 由人工配制的、適合于不同微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。 特點(diǎn) 具備微生物所需要六大營(yíng)養(yǎng)要素，且比例適當(dāng)。 用途 促使微生物生長(zhǎng)；積累代謝產(chǎn)物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細(xì)胞計(jì)數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品,1、配制

11、培養(yǎng)基的基本原則,培養(yǎng)基組分應(yīng)符合微生物的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)目的明確 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào) 物理化學(xué)條件適宜條件適宜 根據(jù)培養(yǎng)目的選擇原料及其來源經(jīng)濟(jì)節(jié)約,選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),根據(jù)微生物營(yíng)養(yǎng)需求配制針對(duì)性強(qiáng)的培養(yǎng)基 微生物類群、營(yíng)養(yǎng)類型不同對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需求不同 培養(yǎng)目的不同，原料選擇和配比不同 實(shí)驗(yàn)室常用的培養(yǎng)基有： 細(xì)菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、LB (Luria-Bertani) 放線菌：高氏1號(hào)培養(yǎng)基 真菌：查氏合成培養(yǎng)基、PDA (Potato-Dextrose-Agar) 酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適,合適營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度下微生物才能良好生長(zhǎng)； 培養(yǎng)基中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比

12、也直接影響微生物的生長(zhǎng)繁殖和(或)代謝產(chǎn)物的形成和積累。 碳氮比指培養(yǎng)基中碳元素與氮元素的摩爾數(shù)比值。 例如 谷氨酸生產(chǎn)中 C/N4/1時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少； C/N3/1 時(shí)，菌體生長(zhǎng)受抑制，而谷氨酸大量增加。,物理化學(xué)條件適宜,pH 各類微生物的最適生長(zhǎng)pH值各不相同； 微生物在生長(zhǎng)和代謝過程中，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)基的初始pH值發(fā)生改變。 維持培養(yǎng)基pH值相對(duì)恒定常采用的方法 內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。 外源調(diào)節(jié)：按實(shí)際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液,內(nèi)源調(diào)節(jié)主要有兩種方法 磷酸緩沖液：pH值從6.07.

13、6之間,加入CaCO3作為“備用堿”,滲透壓（osmotic pressure） 微生物有一定的適應(yīng)滲透壓變化的能力，尤其會(huì)通過體內(nèi)大分子貯藏物合成或分解的方式來適應(yīng) 大腸桿菌膨壓：2atm G細(xì)菌： 20atm G細(xì)菌： 510atm 水分活度（aw, water activity） 表示微生物可實(shí)際利用的游離水的含量。 微生物生長(zhǎng)的最低aw 普通細(xì)菌0.91、普通酵母菌0.88、普通霉菌0.80,氧化還原電位(redox poyential) 度量某氧化還原系統(tǒng)中還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢(shì)的一種指標(biāo)，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。 各種微生物對(duì)培養(yǎng)基的氧化還原電勢(shì)的要求： 好氧微

14、生物：+0.3+0.4V，(在0.1V以上的環(huán)境中均能生長(zhǎng))； 厭氧微生物：只能在+0.1V以下生長(zhǎng) 兼性厭氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下發(fā)酵,影響氧化還原電位的因素 氧分壓 pH 實(shí)踐中調(diào)節(jié)培養(yǎng)基氧化還原電位的方法 在pH相對(duì)穩(wěn)定的條件下，增加通氣量可提高培養(yǎng)基的氧分壓，或加入氧化劑，從而增加值； 培養(yǎng)基中加入還原劑：巰基乙酸、抗壞血酸、硫化氫、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等可降低值。,培養(yǎng)基的滅菌,高壓蒸氣滅菌 一般培養(yǎng)基: 103 KPa, 121.3, 15-30 min 含糖培養(yǎng)基: 54.9KPa, 112.6 , 15-30 min 過濾滅菌 間歇滅菌的應(yīng)用,2、

15、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用,根據(jù)營(yíng)養(yǎng)成分來源分 天然培養(yǎng)基（complex medium） 牛肉膏、蛋白胨、玉米粉、血清、馬鈴薯、牛奶，實(shí)驗(yàn)室常用。 合成培養(yǎng)基（synthetic medium） 用于研究微生物形態(tài)、營(yíng)養(yǎng)代謝、分類鑒定、菌種選育、遺傳分析等，如高氏培養(yǎng)基、察氏培養(yǎng)基等。 半合成培養(yǎng)基（semi-synthetic medium） 馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基。,按物理狀態(tài)分 固體培養(yǎng)基（solid medium） 天然固體培養(yǎng)基或加入凝固劑（瓊脂、明膠、硅膠等），可供分離、鑒定、活菌計(jì)數(shù)、菌種保藏等 半固體培養(yǎng)基（semisolid medium） 只加瓊脂0.20.3%。用于觀察細(xì)菌運(yùn)動(dòng)，菌種

16、保存，噬菌體分離純化。 液體培養(yǎng)基（liquid medium） 廣泛用于微生物的培養(yǎng)，生理代謝和遺傳學(xué)的研究及工業(yè)發(fā)酵等。 脫水培養(yǎng)基（dehydrated culture medium）,按功能分 基礎(chǔ)培養(yǎng)基(minimum medium) 營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基 加富培養(yǎng)基(enrichment medium) 在普通培養(yǎng)基中加入某些特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。 在用于菌種篩選時(shí)，一般在培養(yǎng)基中加入額外的營(yíng)養(yǎng)物，使某種微生物在其中生長(zhǎng)比其它的生長(zhǎng)迅速，逐漸淘汰其它微生物?！巴镀渌谩薄?用來培養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)要求比較苛刻的異養(yǎng)型微生物。 在加富培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的微生物并不是

17、一純種，而只是營(yíng)養(yǎng)要求相同的一類微生物，用于菌種的篩選等。,選擇培養(yǎng)基（selective medium） 根據(jù)某種微生物的特殊營(yíng)養(yǎng)要求或?qū)δ撤N化學(xué)、物理因素的抗性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基，具有使混合菌群中劣勢(shì)菌變成優(yōu)勢(shì)菌的功能，可用于進(jìn)行菌種篩選。 “投其所好”“取其所抗” 鑒別培養(yǎng)基（differential medium） 在培養(yǎng)基中加入某種特殊化學(xué)物質(zhì)，某種微生物在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)后能產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物，而這種代謝產(chǎn)物可以與培養(yǎng)基中的特殊化學(xué)物質(zhì)發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生明顯的特征性的變化。根據(jù)這種特征性變化可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來的培養(yǎng)基。 如EMB培養(yǎng)基（伊紅美藍(lán)平板培養(yǎng)基）用于檢查飲水和

18、乳品中是否含有腸道致病菌。,第 二 節(jié)微生物的生長(zhǎng)Microbial Growth,一、微生物生長(zhǎng)及測(cè)定方法,1、微生物生長(zhǎng) 個(gè)體生長(zhǎng)個(gè)體繁殖群體生長(zhǎng) 群體生長(zhǎng)個(gè)體生長(zhǎng)個(gè)體繁殖 研究微生物生長(zhǎng)繁殖的意義 可作為研究生理、生化、遺傳等問題的重要指標(biāo)； 生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用； 治病、變質(zhì)微生物的控制。,2、測(cè)定生長(zhǎng)繁殖的方法,血球計(jì)數(shù)板法,225mL無菌水加25g樣品,1mL,1mL,1mL,試管中原始裝9mL無菌水,10-2,10-3,10-4,1mL,平板菌落計(jì)數(shù)法,二、微生物的群體生長(zhǎng)規(guī)律,1、典型的生長(zhǎng)曲線 少量純種單細(xì)胞接種到一定容積的液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下培養(yǎng)，定時(shí)取樣測(cè)定細(xì)胞數(shù)，然后

19、以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以細(xì)胞數(shù)的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，可以得到有規(guī)律的曲線，即為單細(xì)胞微生物典型生長(zhǎng)曲線。 適合對(duì)象：?jiǎn)渭?xì)胞微生物（細(xì)菌、酵母等），不適合絲狀生長(zhǎng)的真菌或放線菌。,典型的生長(zhǎng)曲線,延滯期,對(duì)數(shù)期,穩(wěn)定期,衰亡期,延滯期(lag phase),現(xiàn)象 培養(yǎng)體系內(nèi)細(xì)胞數(shù)目幾乎保持不變 特點(diǎn) 生長(zhǎng)速率常數(shù)為零； 細(xì)胞體積增大，DNA含量增多； 細(xì)胞合成代謝旺盛； 對(duì)外界不良反應(yīng)敏感。,出現(xiàn)的原因： 重新調(diào)整代謝； 缺乏充足的中間代謝產(chǎn)物。 影響因素： 菌種的生理活性(菌種、菌齡） 培養(yǎng)基的組分 接種量 在發(fā)酵工業(yè)上為縮短延滯期，常采用措施： 用對(duì)數(shù)期健壯菌體做菌種；適當(dāng)增大接種量；種子培養(yǎng)基中加

20、入生產(chǎn)培養(yǎng)基中某些成分。,對(duì)數(shù)期（Logarithmic phasc）,特點(diǎn) 生長(zhǎng)速率常數(shù)最大，分裂快，菌數(shù)以幾何級(jí)數(shù)增加，代時(shí)短； 菌體長(zhǎng)的較標(biāo)準(zhǔn)，群體形態(tài)與生理特征一致，菌種健壯，菌體成分均勻，且單個(gè)存在的細(xì)胞占多數(shù)； 酶系活躍，代謝旺盛，營(yíng)養(yǎng)消耗多，代謝產(chǎn)物不足以影響其生長(zhǎng)。,原因 細(xì)胞完成生理調(diào)整，基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境適宜 影響微生物對(duì)數(shù)期代時(shí)的因素： 菌種 營(yíng)養(yǎng)成分 營(yíng)養(yǎng)物濃度影響生長(zhǎng)速率、總生長(zhǎng)量 濃度低時(shí)影響生長(zhǎng)速度，隨濃度逐步提高生長(zhǎng)速度不受影響，只影響最終菌體產(chǎn)量；如果濃度再提高，則生長(zhǎng)速率、菌體產(chǎn)量均不受影響。 在較低濃度下，影響生長(zhǎng)速率、菌體產(chǎn)量的營(yíng)養(yǎng)物，叫做生長(zhǎng)限制因子。 培

21、養(yǎng)溫度,重要參數(shù) 繁殖代數(shù)（n） 生長(zhǎng)速度常數(shù)（R） 代時(shí)(generation time),穩(wěn)定期（stationary phase）,特點(diǎn)： 新生數(shù)與死亡數(shù)基本相同，活菌數(shù)維持一個(gè)穩(wěn)定數(shù)，生長(zhǎng)速率常數(shù)為零； 細(xì)胞分裂速度降低，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)貯藏物如糖原、脂肪粒等增多，大多芽孢菌形成芽孢；,代謝活動(dòng)繼續(xù)，并保持相當(dāng)水平，但總體活力逐漸減弱，積累許多不利于微生物活動(dòng)的代謝產(chǎn)物，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)失調(diào)。,原因： 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸消耗； 代謝廢物逐漸積累； 環(huán)境條件不適宜。 影響因素： 遺傳特性 培養(yǎng)條件和環(huán)境 有大量代謝物積累獲得代謝產(chǎn)物乳酸；又因?yàn)榛罹鷶?shù)達(dá)最高水平收獲活菌單細(xì)胞蛋白。,衰亡期（decline ph

22、ase）,特點(diǎn) 生長(zhǎng)繁殖的菌體減少，死亡速度加大，整個(gè)群體呈負(fù)增大； 細(xì)胞內(nèi)顆粒更明顯，出現(xiàn)液泡，菌體常出現(xiàn)多種形態(tài)，包括畸形或衰退型； 細(xì)胞死亡并伴有自溶現(xiàn)象，菌體活力下降。 原因 菌體老化、生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)一步惡化,2、微生物的連續(xù)培養(yǎng),連續(xù)培養(yǎng)（continuous culture） 在培養(yǎng)容器中，不斷補(bǔ)充新鮮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并以同樣的速率移出菌體和代謝物的培養(yǎng)方式。 連續(xù)培養(yǎng)的方法 恒濁法 采用高濃度養(yǎng)料，流速變化，濁度基本不變； 始終能以最高 生長(zhǎng)速率生長(zhǎng)、繁殖，并在一定范圍內(nèi)控制不同的菌體密度； 光電系統(tǒng)的靈敏度決定了培養(yǎng)器的工作精度。,用途 用于獲得菌體以及與菌體生長(zhǎng)平行的代謝產(chǎn)物。 恒化法

23、 控制低濃度限制性養(yǎng)料，流速不變； 始終在低于最高 生長(zhǎng)速率條件下生長(zhǎng)、繁殖； 獲得生長(zhǎng)速度一定的均一菌體、密度穩(wěn)定的菌體。 用途 多用于實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究，特別用于與生長(zhǎng)速率有關(guān)的各種理論研究。,恒濁法與恒化法的比較,連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)缺點(diǎn),3、同步生長(zhǎng)（ Synchronous growth ）,同步培養(yǎng)（Synchronous culture） 使群體中的細(xì)胞處于比較一致的，生長(zhǎng)發(fā)育均處于同一階段上，即大多數(shù)細(xì)胞能同時(shí)進(jìn)行生長(zhǎng)或分裂的培養(yǎng)方法。 獲得同步培養(yǎng)物的方法 機(jī)械法 離心方法、過濾分離法和硝酸纖維素濾膜法等。 調(diào)整生理?xiàng)l件誘導(dǎo)同步,三、影響微生物生長(zhǎng)的因素,1、溫度 生長(zhǎng)溫度三基點(diǎn) 最高生

24、長(zhǎng)溫度 最適生長(zhǎng)溫度 最低生長(zhǎng)溫度,強(qiáng)調(diào) 最適生長(zhǎng)溫度指某菌分裂代時(shí)最短或生長(zhǎng)速率最高時(shí)培養(yǎng)溫度。 不同微生物，在其最適溫度下，代時(shí)不同 同一微生物，其不同生理生化過程有著不同的最適溫度。即最適生長(zhǎng)溫度并不等于生長(zhǎng)量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度，也不等于發(fā)酵速度最高時(shí)的培養(yǎng)溫度或累積代謝產(chǎn)物量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度，更不等于累積一代謝產(chǎn)物量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度。,微生物各生理過程的不同最適溫度,實(shí)踐意義 運(yùn)用不同生理代謝過程所需溫度特點(diǎn)，對(duì)微生物采用變溫分段培養(yǎng)，提高出品率及生產(chǎn)效率。 如：產(chǎn)黃青霉165h發(fā)酵過程：305h，2535h，2085h，2540h，產(chǎn)量比自始至終30恒溫培養(yǎng)對(duì)照提高14.7%。 微生物

25、按生長(zhǎng)溫度范圍不同分類 低溫型、中溫型、高溫型,不同類型微生物生長(zhǎng)溫度范圍,低溫微生物,嗜冷微生物操作要求 低溫微生物耐低溫的原因 胞內(nèi)酶耐低溫； 細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸的含量高。 低溫對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響 降低代謝速率，抑制菌體生長(zhǎng) 導(dǎo)致敏感菌的死亡 物理效應(yīng) 凍結(jié)導(dǎo)致裂解或冰晶刺傷 化學(xué)效應(yīng) 脫水,影響微生物抗低溫的因素 微生物本身因素： 微生物種類不同，抗冰凍能力不同； 一般球菌比G桿菌強(qiáng)，具有芽孢的菌體細(xì)胞、真菌的孢子有較強(qiáng)的抗冷凍特性。 與低溫有關(guān)的因素 溫度影響 貯存時(shí)間相等，凍結(jié)溫度相對(duì)較高的，死亡菌多，活菌少，傷菌少，實(shí)驗(yàn)證明，微生物存放于2時(shí)，菌數(shù)下降較多，再低，菌數(shù)下降較少，一

26、般低達(dá)-20以下時(shí)，菌數(shù)下降非常緩慢。,熒光假單胞菌在冷凍貯藏中的死亡率,時(shí)間 不論采用哪個(gè)溫度，貯存時(shí)間越長(zhǎng)，死亡菌數(shù)越多，活菌越少。 降溫速度影響 一定溫度范圍內(nèi)，降溫對(duì)某些微生物死亡率有明顯影響。 基質(zhì)及環(huán)境因素： 干燥，真空 凍真空干燥保存菌種，注意冰凍、解凍交替，菌體易亡。 基質(zhì) 糖、鹽、蛋白質(zhì)等存在時(shí)，對(duì)微生物有保護(hù)作用； 基質(zhì)中酸高、水多會(huì)加速微生物死亡。,凍結(jié)冰淇淋對(duì)傷寒沙門氏菌的影響,不同冷凍方式對(duì)粘質(zhì)賽氏桿菌的影響,高溫型微生物,嗜熱微生物的耐熱機(jī)理 具有對(duì)熱穩(wěn)定的酶及蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)合成機(jī)構(gòu)核糖體及其他成分抗高溫。可高溫處理 細(xì)胞中脂肪組成不同。飽和脂肪酸多，不飽和脂肪酸少

27、。需高溫 鞭毛具抗熱性，70不破壞。耐高溫 生長(zhǎng)速率快，能迅速合成生物大分子，彌補(bǔ)高溫對(duì)大分子的破壞。,嗜熱微生物的生長(zhǎng)特性 緩慢期非常短； 對(duì)數(shù)期也非常短，一定范圍因溫度越高，菌數(shù)增長(zhǎng)速率越大。菌數(shù)增長(zhǎng)速度隨溫度升高而越快，即溫度高時(shí)代時(shí)短。 進(jìn)入穩(wěn)定期后，迅速死亡。 應(yīng)用 利用反應(yīng)代謝快，加快生產(chǎn)； 對(duì)于有害菌，滅菌速度要快。,高溫對(duì)微生物的影響 引起菌體蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的變性 影響高溫效應(yīng)的因素 菌體本身 菌種 嗜熱菌抗熱力大于嗜溫菌和嗜冷菌，芽孢大于非芽孢菌，球菌大于非芽孢桿菌，革蘭氏陽性菌大于革蘭氏陰性菌，霉菌大于酵母菌，霉菌和酵母孢子大于其菌絲體。細(xì)菌芽孢和霉菌菌核抗熱力特別大。

28、,各種微生物的抗熱力,*D值,各種微生物的抗熱力（續(xù)）,*D值,菌齡 同樣的條件下，對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的菌體抗熱力較弱，而穩(wěn)定期的老齡細(xì)胞較強(qiáng)，老齡的細(xì)菌芽孢較幼齡的細(xì)菌芽孢抗熱力強(qiáng)。 菌體數(shù)量 菌數(shù)愈多，抗熱力愈強(qiáng)； 原因：微生物群集在一起時(shí)，受熱致死不是同時(shí)而是有先有后，同時(shí)菌體能分泌一些有保護(hù)作用的蛋白質(zhì)物質(zhì)，菌多分泌的保護(hù)物質(zhì)也多，抗熱性也就強(qiáng)。,肉毒桿菌芽孢的數(shù)量對(duì)熱力致死時(shí)間的影響（100）,基質(zhì)因素 水分 微生物的抗熱力隨含水量減少而增大，同一種微生物在干熱環(huán)境中比在濕熱環(huán)境中抗熱力大 滅菌時(shí)盡可能采用濕熱滅菌的原因 濕熱易于傳遞熱量，濕熱的穿透力比干熱大； 濕熱更易破壞保持蛋白質(zhì)的氫鍵

29、等結(jié)構(gòu)，從而加速其變性； 濕熱的蒸汽有潛熱。,干熱和濕熱空氣穿透力的比較,蛋白質(zhì)含水量與其凝固溫度的關(guān)系,干熱與濕熱空氣對(duì)不同細(xì)菌的致死時(shí)間,脂肪、糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì) 對(duì)微生物有保護(hù)作用，微生物的抗熱力隨這類物質(zhì)的增多而增大 鹽類 有些可降低基質(zhì)水分活性，從而增強(qiáng)抗熱力； 另一類鹽類如鈣鹽、鎂鹽可減弱微生物對(duì)熱的抵抗力。 pH值 pH值范圍是7左右，抗熱力最強(qiáng)；pH值升高或下降都可以減少微生物的抗熱力。特別是酸性環(huán)境微生物的抗熱力減弱更明顯,不同基質(zhì)對(duì)微生物抗熱力的影響,枯草桿菌芽孢的抗熱力與pH值的關(guān)系,（在1/15M磷酸溶液中加熱100）,加熱溫度與時(shí)間 加熱溫度越高，微生物抗熱力越弱，越易

30、死亡； 一定高溫范圍內(nèi)，溫度越高殺死所需時(shí)間越短； 加熱時(shí)間越長(zhǎng)，熱致死作用越大。,溫度對(duì)芽孢熱死時(shí)間的影響,2、干燥,干燥對(duì)微生物的影響 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、鹽類濃度增高，水分活性降低，抑制生長(zhǎng)，造成死亡。,微生物生長(zhǎng)的水分活度范圍,不同微生物生長(zhǎng)的AW值,影響微生物抗干燥的因素,菌體本身因素 菌種 細(xì)菌芽孢抗力最強(qiáng)，其它依次為霉菌、酵母孢子，G+球菌，酵母營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，霉菌菌絲。 菌齡 幼齡菌敏感 基質(zhì)、環(huán)境條件 溫度 干燥時(shí)溫度高，微生物易死亡，低溫干燥，抗力強(qiáng)；,空氣 真空干燥，真空低溫環(huán)境貯存，可長(zhǎng)期存活。 基質(zhì) 在蒸餾水中抗力弱，生存時(shí)間短； 在糖、淀粉、蛋白質(zhì)等中有保護(hù)作用，可存數(shù)年。 干

31、燥速度 高速：不易死亡 緩速：死亡多，干燥早期，死亡最多。,3、滲透壓,滲透壓對(duì)微生物的影響 高滲溶液質(zhì)壁分離，低滲溶液膨脹 影響微生物抗?jié)B性的因素 菌種類 多數(shù)桿菌在超過10%的鹽溶液中就不能生長(zhǎng)，如大腸桿菌、沙門氏菌、肉毒梭菌等； 球菌被抑制的鹽濃度15%，霉菌在2025%才能抑制。,滲透液 濃度 完全抑制微生物生長(zhǎng)最低濃度，鹽1825%，蔗糖7080% 溶質(zhì) 相同濃度的鹽、糖液，對(duì)微生物的作用不同； 要達(dá)到同一抑菌效果，蔗糖必須比食鹽大6倍以上的濃度。 溶質(zhì)分子量 分子量愈小的糖液，含分子數(shù)愈多，滲透壓愈大，對(duì)微生物的作用愈大,4、pH,主要微生物類群的基本pH適應(yīng)范圍,不同微生物生長(zhǎng)p

32、H值范圍,強(qiáng)調(diào)： 不同種類的微生物各有其適應(yīng)的生長(zhǎng)pH值。 同一微生物在不同的生長(zhǎng)階段，不同的生理、生化過程中，有不同的最適pH值要求。 如：Asp niger(黑曲霉)在pH2-2.5，有利于產(chǎn)檸檬酸，只產(chǎn)少量草酸；在pH2.5-6.5范圍內(nèi)，以菌體生長(zhǎng)為主；而在pH7右左，以合成草酸為主，檸檬酸量極少。 微生物自身代謝對(duì)基質(zhì)pH值有影響； 在適當(dāng)范圍內(nèi)，盡管pH變化很大，但其內(nèi)環(huán)境pH值相當(dāng)穩(wěn)定，一般接近中性。這樣避免DNA、ATP等被酸破壞，RNA、磷脂類物質(zhì)被堿破壞。一般胞內(nèi)酶最適pH值接近中性，胞外酶最適pH接近環(huán)境。,酸堿類對(duì)微生物的影響,酸類對(duì)微生物的作用 機(jī)理 氫離子作用 改變膜電位，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收； 影響酶的功能 ； 影響基質(zhì)中各類物質(zhì)的性質(zhì)； 改變代謝途徑。 酸游