微生物的生長(zhǎng)繁殖與生長(zhǎng)因子

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1、第五章微生物的生長(zhǎng)繁殖與生存因子一、微生物生長(zhǎng)繁殖的概念細(xì)菌兩次細(xì)胞分裂之間的時(shí)間稱(chēng)為世代時(shí)間。在一定培養(yǎng)條件下，世代時(shí)間是一定的。如果營(yíng)養(yǎng)成分不同，世代時(shí)間不同。不同種的微生物，世代時(shí)間不同。原核微生物的繁殖速度比真核快，專(zhuān)性厭氧菌的世代時(shí)間多數(shù)比好氧菌的長(zhǎng)。生長(zhǎng)生物個(gè)體由小到大的增長(zhǎng)，即表現(xiàn)為細(xì)胞組分與結(jié)構(gòu)在量方面的增加繁殖指生物個(gè)體數(shù)目的增加第一節(jié)微生物的生長(zhǎng)繁殖一、研究微生物生長(zhǎng)的方法微生物生長(zhǎng)分個(gè)體生長(zhǎng)和群體生長(zhǎng)。培養(yǎng)方法有分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)。（一）分批培養(yǎng)分批培養(yǎng)是在一個(gè)封閉的、有一定體積的液體培養(yǎng)基的容器中接種少量細(xì)菌在特定條件下進(jìn)行培養(yǎng)。

2、在分批培養(yǎng)中微生物只完成一次生長(zhǎng)循環(huán)。細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線：將少量細(xì)菌接種到一定體積的新鮮液體培養(yǎng)基中進(jìn)行分批培養(yǎng)，定時(shí)取樣，以細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，可繪制出細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線。停滯期生長(zhǎng)曲線可分：對(duì)數(shù)期靜止期衰亡期1、停滯期（遲滯期或適應(yīng)期）（lagphase）:將細(xì)菌接種到某一培養(yǎng)基后，細(xì)菌并不立即繁殖而是經(jīng)過(guò)一段適應(yīng)期才能生長(zhǎng)繁殖。調(diào)整適應(yīng)表現(xiàn)在合成多種酶、完善體內(nèi)的酶系統(tǒng)及其他細(xì)胞成分。特點(diǎn)：（1）細(xì)胞質(zhì)均勻（2）代謝活力強(qiáng)（3）蛋白質(zhì)和RNA含量增加（4）體積顯著增加，許多桿菌可長(zhǎng)成長(zhǎng)絲狀（5）形成誘導(dǎo)酶的能力強(qiáng)（6）對(duì)環(huán)境變化敏感影響

3、因素：（1）接種量。接種量大，停滯期可縮短（2）菌齡。菌種年輕，對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期接種，停滯期可能很短甚至不明顯（3）營(yíng)養(yǎng)。如果種子培養(yǎng)基與新接種的培養(yǎng)基成分相同，則對(duì)菌生長(zhǎng)有利。從豐富培養(yǎng)基轉(zhuǎn)入貧營(yíng)養(yǎng)基，停滯時(shí)間拉長(zhǎng)，反之減少；（4）菌種特性。大腸桿菌停滯期長(zhǎng)，分枝桿菌長(zhǎng)2、對(duì)數(shù)期（指數(shù)期）logphase細(xì)菌生長(zhǎng)速度達(dá)到最大，數(shù)量以幾何級(jí)數(shù)增加。特點(diǎn)：（1）細(xì)菌迅速分裂，菌數(shù)按幾何級(jí)數(shù)增加；（2）世代時(shí)間最短，而且恒定；（3）生長(zhǎng)速度最高而且恒定；（4）代謝活力強(qiáng)無(wú)死亡；（5）菌體整齊，體積恢復(fù)到原來(lái)大??；（6）對(duì)環(huán)境敏感，生理性狀及菌體成分較一致世代時(shí)間的計(jì)

4、算：x2=x1·2n以對(duì)數(shù)表示：lgx2=lgx1+nlg2生長(zhǎng)速率常數(shù)平均世代時(shí)間影響因素：（1）溫度。在適溫范圍內(nèi)，每增加10℃，生長(zhǎng)速度提高1倍；（2）營(yíng)養(yǎng)；（3）氧氣。好氧菌若能供給充足的氧，可能使對(duì)數(shù)期延長(zhǎng)。3、靜止期stationaryphase由于營(yíng)養(yǎng)消耗，供應(yīng)不足及代謝產(chǎn)物的積累，這時(shí)一部分菌死亡，細(xì)菌進(jìn)入靜止期。靜止期到來(lái)的原因主要是：①營(yíng)養(yǎng)物尤其是生長(zhǎng)限制因子的耗盡；②營(yíng)養(yǎng)物的比例失調(diào)，例如C／N比值不合適等；③酸、醇、毒素或H2O2等有害代謝產(chǎn)物的累積；④pH、氧化還原勢(shì)等物化條件越來(lái)越不適宜。特點(diǎn)：（1）菌數(shù)達(dá)到最高峰；（2）活菌數(shù)

5、達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；（3）生長(zhǎng)速率為零；（4）開(kāi)始積累貯存物質(zhì)影響因素：（1）前期主要是營(yíng)養(yǎng)，補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)可延長(zhǎng)靜止期；（2）后期主要是代謝產(chǎn)物的積累；（3）離子、pH等物化條件失去平衡4、衰亡期declinephase由于營(yíng)養(yǎng)缺乏和代謝產(chǎn)物積累造成自身中毒，細(xì)胞生長(zhǎng)受阻，時(shí)間和菌數(shù)對(duì)數(shù)呈反比，生長(zhǎng)曲線直線下降。特點(diǎn)：（1）生長(zhǎng)速率為負(fù)值，活菌數(shù)減少；（2）細(xì)菌發(fā)生自溶現(xiàn)象autolysis（3）代謝產(chǎn)物大量積累；（4）形態(tài)多變，出現(xiàn)畸形或衰退形。（一）連續(xù)培養(yǎng)原理：如果在培養(yǎng)器中不斷補(bǔ)充新鮮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并及時(shí)不斷地以同樣速度排出培養(yǎng)物，理論上講，對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期可以無(wú)限延長(zhǎng)

6、。1、恒濁連續(xù)培養(yǎng)不斷調(diào)節(jié)流速而使細(xì)菌培養(yǎng)液濁度保持恒定的培養(yǎng)方法。根據(jù)培養(yǎng)器內(nèi)微生物的生長(zhǎng)密度，并借光電控制系統(tǒng)來(lái)控制培養(yǎng)液流速，以取得菌體密度高、生長(zhǎng)速度恒定的微生物細(xì)胞。恒濁連續(xù)培養(yǎng)可以不斷提供具有一定生理狀態(tài)的細(xì)胞，可以得到以最高生長(zhǎng)速率進(jìn)行生長(zhǎng)的培養(yǎng)物，在微生物工業(yè)上運(yùn)用此法可得到大量菌體及相應(yīng)的代謝產(chǎn)物如乳酸、乙醇。2、恒化連續(xù)培養(yǎng)維持進(jìn)水中的營(yíng)養(yǎng)成分恒定，從而保持細(xì)菌的恒定生長(zhǎng)速率稱(chēng)恒化連續(xù)培養(yǎng)，也稱(chēng)恒組成連續(xù)培養(yǎng)。恒化連續(xù)培養(yǎng)基中，某種必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)必須在低濃度作為限制性因子，其他成分過(guò)量。這樣，細(xì)菌的生長(zhǎng)速率取決于限制性因子的濃度。常用的

7、限制性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有作為N源的氨、氨基酸；作為C源的葡萄糖、麥芽糖、乳酸；生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽等。稀釋度（率）：新鮮培養(yǎng)基流入的速度為f，培養(yǎng)器中培養(yǎng)液體積為V，稀釋度為D=f/V，表示單位時(shí)間內(nèi)，新加入的培養(yǎng)基體積與培養(yǎng)器內(nèi)培養(yǎng)基總體積之比。隨著D增大，細(xì)菌濃度先升后降，但在相當(dāng)大范圍內(nèi)這種變化不明顯。當(dāng)稀釋度增大到最大比生長(zhǎng)速率時(shí)，微生物的增長(zhǎng)速率趕不上流出速率，結(jié)果必然是到某一時(shí)刻，微生物濃度降到維持生長(zhǎng)所必需的最低濃度（臨界濃度）之下，這時(shí)培養(yǎng)器內(nèi)微生物濃度趨于零。這時(shí)的D為臨界稀釋度。三、細(xì)菌生長(zhǎng)曲線在廢水處理中的應(yīng)用在廢水生物處理時(shí)，可利用不同生長(zhǎng)階段

8、的微生物處理廢水：常規(guī)活性污泥法：減速期，靜止期生物吸附法：生長(zhǎng)下