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　　第七章微生物的生长及其控制

　　生长(growth)：个体体积或重量的变化；繁殖(reproduction)：个体数量的变化。个体生长→个体繁殖→群体生长；群体生长＝个体生长＋个体繁殖。生长和繁殖是交替进行的。衡量群体生长的量：重量、体积、密度、浓度、个体数目等。

　　第一节

　　测定生长繁殖的方法纯培养的分离法自然界中的微生物都是杂居在一起的，每种微生物的生长情况是不同的。纯种分离：稀释到平皿法；平板划线分离 法； 单细胞挑取法；利用选择培养基分离法。微生物生长的测定测定生长量：测体积；称干重；比浊法；生理指标法(测含氮量；测含碳量；测磷、DNA、RNA、 ATP。) 测细胞的个数：比例计数法、血球计数法、平板活菌计数法。

　　第二节

　　微生物的生长规律细菌的个体生长和同步生长。研究细菌个体的生长方法：用电子显微镜观察细胞的超薄切片； 同步培养(synchronous culture)：使群体中的所有个体细胞尽可能的处于同样细胞生长和分裂期中。同步生长（synchronous growth）：通过同步培养使细胞群体处于分裂步调一致的状态。获得同步生长的方法：选择法，诱导法。典型生长曲线(growth curve) 四个阶段： 延滞期、指数期、稳定期、衰亡期。16生长速率常数(growth rate constant)：每小时分裂的代数R。延滞期(lag phase) 特点：生长速率常数为零，代谢活跃，对外界不良环境敏感，细胞变大，RNA(特别是rRNA) 含量增高。如何缩短延滞期：种龄，接种量，培养基成分。指数期(exponential phase) 特点：生长速率常数最大，代时(generation time)最短，细胞平衡生长，酶系活跃，代谢旺盛。作为发酵生产的良好种子，可缩短延滞期。稳定期(stationary phase) 特点：生长速率常数为零，菌体产量达最高点，菌体产量与营养物消耗有一定的比例关系。稳定期到来的原因：营养物耗尽，营养物比例失调，积累了有害代谢产 物，理化条件不适宜。如何延长稳定期：补料（增加养料，调节PH）。细胞开始贮存糖原、异染颗粒和脂肪等贮藏物，芽孢杆菌开始形成芽孢，积累次级代谢产 物。初生代谢物(primary metabolites)，次生代谢物(secondary metabolites)，稳定期产物(idiolites)，菌体生长期(trophophase)，代谢产物合成期(idiophase)。衰亡期 (decline phase；death phase) 特点：负生长，菌体自溶。如何利用生长曲线指导生产？种龄：利用对数生长期的种子；延长稳定期；确定放罐时间。微生物的连续培养：单（分）批培养 (batch culture)， 密闭培养(closed culture)，连续培养(continuous culture)，开放培养(open culture)。恒浊器（turbidostat） 改变培养基的流速，以控制菌的浓度恒定。微生物在恒浊器中始终以最高的生长速率进行生长。用于获得大量菌体、与菌体生长相平行的代谢产物的生产。恒化器 （chemostat；bactogen） 培养基的流速恒定，以某一营养物为生长限制因子。用于与生长速率相关的理论研究。单级连续培养器(one-step continuous fermentor)： 代谢产物的生产速率与菌体生长速率平行。多级连续培养器(multi-step continuous fermentor)： 代谢产物的生产速率与菌体生长速率不平行。连续发酵（continuous fermentation） 连续培养用于生产实践时，就称为连续发酵连续培养的优缺点优点：高效，便于自动控制，产品质量稳定。缺点：菌种易退化，易污染杂菌，培养基利用率低。高密 度培养（high cell-density culture） 基因工程菌提高产物的比生长率：单位时间单位体积内的产物量。提高分离提取的效率（下游工程down-stream processing）。关键问题：补料，提高溶解氧浓度。

　　17 第三节

　　影响微生物生长的主要因素温度从两个方面来看： 温度上升，反应速率加快，生长速率加快；温度上升，蛋白质、核酸被破坏。微生物的生长有一个温度范围，在这个范围内有一个生长的最适温度、最低温度和最高 温度。最适温度：菌代时最短，生长速率最高。氧气专性好氧菌(strict aerobe) ， 兼性厌氧菌(facultative aerobe) ， 微好氧菌(microaerophilic bacteria)，耐氧菌(aerotolerant anaerobe)，厌氧菌(anacerobe)。好氧生物因为有SOD，因此剧毒的超氧阴离子自由基（O2·－ ） 被歧化成毒性稍低的H2O2 ， 在过氧化氢酶的作用下，H2O2 再变成无毒的H2O。PH 最适PH，最低PH，最高PH。PH 的影响：影响营养物的离子化程度，影响环境中有毒物质对微生物的粗性，影响代谢反应中各种酶的活性。

　　物理杀菌因素的代表--温度利用高温杀菌：干热灭菌（焚烧灭菌，灼烧灭菌）；湿热灭菌（煮沸消毒法，高压蒸汽灭菌法，间歇灭菌法，巴斯德消毒 法） 化学杀菌剂或抑菌剂表面消毒剂（重金属盐类：红汞； 有机化合物：酚类、醇类、酸类、醛类；氧化剂：卤素及其化合物； 表面活性剂：新洁尔灭，肥皂；染料：龙胆紫；气体：环氧乙烷）。抗代谢药物的代表--磺胺类药物第四节有害微生物的控制灭菌 (sterilization)：采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌。消毒 (disinfection)：采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体或动植物有害的病原菌，而对被消毒的对象基本无害的措施。防腐 (antisepsis)：利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，即通过制菌作用（becteriostasis）防止食品、生物制品等对象发 生霉腐的措施。化疗(chemotherapy)：利用具有高度选择毒力（selective toxicity）即对病原菌具高度选择毒力而对其宿主基本无毒的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该宿主传染病的一种措施。抗 代谢药物一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相似，并可干扰其正常代谢活动的化学物质。SMZ：磺胺二甲恶唑（sulfamethoxazole）

　　18抗生素抑制细胞壁的形成－青霉素（青霉素不能口服，它不耐酸，在胃中被降解）； 影响细胞膜的功能－多粘菌素； 干扰蛋白质合成－链霉素； 阻碍核酸的合成－博莱霉素。微生物的抗药性。微生物对环境的适应性产生钝化酶；改变细胞膜的透性；细胞内被药物作用的部位发生改变。利用抗药性来指导生产 例：如何利用抗磺胺类药物的菌株生产对氨基苯甲酸？ 磺胺对氨基苯甲酸如果对氨基苯甲酸增加，磺胺药疗效降低，所以寻找抗磺胺药的菌株就可增加对氨基苯甲酸的产量。