微生物学第5章生长与繁殖

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1、第五章微生物生长繁殖及其控制MicrobialGrowth，ReproductionandControl第一节微生物的个体与群体生长和繁殖MicrobialGrowthandReproduction微生物的生长与繁殖微生物生长(Growth)：是指细胞物质有规律地、不可逆增加的生物过程。微生物繁殖(Reproduction)：是微生物生长到一定阶段由于细胞内各种细胞结构的复杂和重建导致产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的整个生物学过程。微生物的个体生长和群体生长个体生长：一个微生物个体应具备生长和繁殖的全能性。单细胞微生物如细菌、酵母

2、菌等，一个细胞就是一个个体。单细胞微生物的生长即使细胞的增大.在适宜的环境中，一种微生物如大肠杆菌（E.coli），从一个个体（细胞）出发，通过生长与繁殖，逐渐形成细胞总生物质量(biomass)与数量相应增加的群体，这种现象与过程称为群体生长。群体生长是微生物个体生长与个体繁殖持续交替进行所导致的结果。因此，群体生长是以微生物的个体生长与繁殖为基础的。微生物的群体生长规律对微生物群体生长的研究表明，微生物的群体生长规律因其种类不同而异，单细胞微生物与多细胞微生物的群体生长表现出不同的生长动力学特性。但就单细胞微生物来说，在特定的环境中，不

3、同种的微生物表现出趋势相近的生长动力学规律。（一）、细菌纯培养生长曲线是将某种单细胞微生物少量接种到恒定容积的液体培养基中培养，定时取样分析。以菌数的对数为纵坐标，生长时间为横坐标作图,可得到一条定量描述液体培养基中微生物生长规律的实验曲线，该曲线则称为生长曲线（growthcurve)。生长曲线表现了细菌细胞及其群体在新的适宜的理化环境中，生长繁殖直至衰老死亡的动力学变化过程。生长曲线各个时期的特点，反映了所培养的细菌细胞与其所处环境间进行物质与能量交流，以及细胞与环境间相互作用与制约的动态变化。深入研究各种单细胞微生物生长曲线各个时期的

4、特点与内在机制，在微生物学理论与应用实践上都有着十分重大的意义。细菌纯培养生长曲线图细菌生长曲线的分期滞留适应期(延迟期)对数生长期稳定期衰亡期1.滞留适应期（Lagphase）特点：1）细胞形态变大或增长，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末，细胞的平均长度比刚接种时长6倍。一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大；2）细胞内RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶。3）对外界不良条件反应敏感。这一时期的细胞，正处于对新的理化环境的适应期，正在为下一阶段的快速生长与繁殖做生理与物质上的准备。在这个

5、时期的后阶段，菌体细胞逐步进入生理活跃期，少数菌体开始分裂，曲线出现上升趋势。延滞期所维持时间的长短，因微生物种或菌株和培养条件的不同而异，实践已知延滞期可从几分钟到几小时、几天，甚至几个月不等；如大肠杆菌的延滞期就比分枝杆菌短得多。同一种或菌株，接种用的纯培养物所处的生长发育时期不同，延滞期的长短也不一样。如接种用的菌种都处于生理活跃时期，接种量适当加大，营养和环境条件适宜，延滞期将显著缩短，甚至直接进入对数生长期。在微生物发酵工业中，如果有较长的延迟期，则会导致发酵设备的利用率降低、能水耗增加、产品生产成本上升，最终造成劳动生产力低下与

6、经济效益下降。只有缩短延滞期才有可能缩短发酵周期，提高经济效益。因此深入了解延滞期的形成机制，可为缩短或延长延滞期提供指导实践的理论基础，这对于工业、农业、医学、环境微生物学及其应用等均有极为重要的意义。因此，在微生物应用实践中，通常可采取用处于快速生长繁殖中的健壮菌种细胞接种、适当增加接种量、采用营养丰富的培养基、培养种子与下一步培养用的两种培养基的营养养成分以及培养的其它理化条件尽可能保持一致等措施，可以有效地缩短延滞期。2.对数期（Logphase）单细胞微生物的纯培养物在被接种到新鲜培养基后，经过一段时间的适应，即进入生长速度相对恒

7、定的快速生长与繁殖期，处于这一时期的单细胞微生物，其细胞呈几何级数增长，2n；这里的指数“n”则为细胞分裂的次数或增殖的代数。这一细胞增长以指数式进行的快速生长繁殖期称为指数期，也称对数期（logarithmicphase）特点1）代时最短，生长速度最快；2）细胞稳定（平衡）生长：细胞内各种物质按比例生长，菌体成分均匀；3）酶活性高，代谢稳定，菌体大小基本一致。处于对数生长期的细胞，由于代谢旺盛，生长迅速，代时稳定，个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，因此，在微生物发酵生产中，常用对数期的菌体作种子，它可以缩短延迟期，从而缩短发酵周期，

8、提高劳动生产率与经济效益。对数生长期的细胞也是研究微生物生长代谢与遗传调控等生物学基本特性的极好材料。3.稳定期（Stationaryphase）制约对数生长的主要因素有：①培养