6.2 微生物的生长规律

一、同步培养

同步培养是一种培养方法，它能使群体中不同步的细胞转变成能同时进行生长或分裂的 群体细胞。以同步培养方法使群体细胞能处于同一生长阶段，并同时进行分裂的生长方式称 为同步生长。同步培养方法很多，可归纳为机械法与环境条件控制两类。

二、单细胞微生物的典型生长曲线

定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲线称为生长曲线。如以细胞数目的 对数值作纵坐标，以培养时间作横坐标，就可画出一条有延滞期、指数期、稳定期和衰亡期 4个阶段组成的曲线。四个时期是根据微生物的生长速率常数，即每小时分裂次数（R）的 不同划分的。

1． 延滞期

延滞期特点：①生长速率常数为0；②细胞变大或变长；③细胞内的RNA（特别是rRNA） 含量增高，原生质呈嗜碱性；④合成代谢活跃，为以后的生长准备物质条件；⑤对外界 不良条件反应敏感。

影响延滞期长短的因素：接种龄（它生长到生长曲线上的哪一阶段用来作种子的）；接 种量（接种量大则延滞期短）；培养基成分。

2． 指数期（对数期）

指数期（对数期）特点：①R最大，代时G最短；②细胞进行平衡生长，故菌体各部分 的成分十分均匀；③酶系活跃，代谢旺盛。指数期的3个重要参数：①繁殖代数（n）； ②生长速率常数（R）：R=n /（t2-t1）；③代时（G）。

影响指数期微生物代时长短的因素： ①菌种；②营养成分；③培养温度；④营养物浓

度（营养物浓度很低时，会影响微生物的生长速率；随着营养物浓度的逐步提高，生长速率 不受影响，只影响最终的菌体产量）。凡在较低浓度范围内可影响生长速率和菌体产量的某 营养物称为生长限制因子。

3． 稳定期

稳定期（恒定期，最高生长期）特点：①生长速率常数R等于0，新繁殖的细胞数与衰 亡的细胞数相等；②菌体产量达到了最高点，菌体产量和营养物质的消耗间呈现出有规律的 比例关系：生长产量常数Y（生长得率）=X-X0 / C0-C；③细胞开始积累内含物；④芽孢杆 菌一般在这时开始形成芽孢；⑤次生代谢物开始形成，是产物的最佳收获期，也是生物测定

的最佳时期；

形成稳定期的原因：①营养物尤其是生长限制因子的耗尽；②营养物的比例失调；③酸、 醇、毒素或H2O2等有害代谢产物的累积；④pH、氧化还原势等物理化学条件越来越不适宜。

4． 衰亡期

衰亡期特点：①R为负值，群体呈现负生长状态；②细胞形态发生多形化，一些微生物 有自溶现象；③有的微生物进一步合成或释放抗生素等次生代谢物；④芽孢杆菌释放芽孢。

三、连续培养

将微生物置于一定容积的培养基中，经过培养生长，最后一次收获，此称分批培养。如 果在培养器中不断补充新鲜营养物质，并及时不断地以同样速度排出培养物(包括菌体及代 谢产物)，从理论上讲，对数生长期就可无限延长。只要培养液的流动量能使分裂繁殖增加 的新菌数相当于流出的老菌数，就可保证培养器中总菌量基本不变,此种方法就叫连续培养 法。连续培养按控制方式分为恒浊器和恒化器。根据培养器内微生物的生长密度，并借光电 控制系统来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器 称为恒浊器，多用于生产。保持培养液的流速不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率 的条件下进行繁殖的连续培养器称为恒化器，多用于实验室。

一般将微生物在液体培养中细胞群体密度超过常规培养10倍以上时的生长状态或培养 技术称为微生物的高密度培养（高密度发酵）。

6.3 影响微生物生长的主要因素

影响微生物生长的外界因素很多，其中主要有：温度（生长温度三基点：最低生长温度、最适生长温度、最高生长温度）、氧气（专性好氧菌、兼性厌氧菌、微好氧菌、耐氧菌、厌 氧菌）、pH。对厌氧菌氧毒害的机制已提出了较公认的“SOD学说”。

6.4 微生物培养法概论

实验室和生产实践中培养微生物的方法和装置很多。微生物培养装置好坏的关键是供 氧、防污染和设法提高单位时间、单位容积和单位基质的产率 。

6.5 有害微生物的控制

有害的微生物的控制方法主要包括灭菌、消毒、防腐和化疗。灭菌是采用强烈的理化 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。消毒是一种采用较温 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。防腐就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，即通 过抑菌作用防止食品、生物制品等对象发生霉腐的措施。化疗是指利用具有高度选择毒力即 对病原菌具高度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。用于化学治疗目的的化学物质称化学治疗剂，

包括磺胺类等化学合成药物、抗生素、生物药物素和若干中草药中有效成分等。

物理灭菌方法主要有高温、辐射（X、α、β、γ）、超声波、微波、激光和静高压等。 高温灭菌方法主要包括干热灭菌法和加压蒸气灭菌法。

因素包括表面消毒剂和化学治疗剂。表面消毒剂是指对一切活细胞都有毒性，不能用 作活细胞或机体内治疗用的化学药剂。用石炭酸系数作为比较各种表面消毒剂的相对杀菌强 度指标。抗代谢药物是指一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相似，并可干扰正常 代谢活动的化学物质，具有良好的选择毒力，如磺胺类药物。抗生素是一类由微生物或其他 生物生命活动过程中合成的次生代谢产物或其人工衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或干 扰它种生物的生命活动。抗生素的活力称为效价，其计量用“单位”表示。

抗生素的作用机制包括：抑制细胞壁的合成，引起细胞壁降解；干扰细胞膜合成，破坏 细胞壁功能；抑制RNA转录，抑制蛋白质合成；抑制核酸的合成。

第七章 微生物的遗传变异和育种

学习要点

微生物在遗传上特点：微生物结构简单；营养体一般都是单倍体；微生物繁殖速度快； 易积累不同的中间及最终代谢产物；环境条件对微生物作用直接均匀；存在多种方式的繁殖 类型；微生物的变异易被识别；参与基因工程的载体、供体、受体三角色。

7.1 遗传变异的物质基础

一、三个经典实验

1. 转化实验

1928年，Griffith首次发现肺炎双球菌的转化现象。实验发现：加热杀死的致病型SIII

型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入非致病型RII型细胞并使RII 型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII型细胞。1944年，Avery等在离体条件下，用无细 胞抽提液重复这一实验，并对转化本质进行了研究，终于证明了DNA是遗传物质。

2. 噬菌体T2的感染实验

1952年，Hershey & Chase 用E.coli, phage T2做材料，利用同位素示踪法进行实验， 证明DNA携带有包括合成蛋白质外壳在内的全部遗传信息。

3. 病毒拆开与重建实验

1956年，Fraenkel & Conrat 用TMV（烟草花叶病毒）和HRV（霍氏车前病毒）进行实 验，说明遗传信息在RNA中。

二、遗传物质在微生物细胞内的存在方式

遗传物质的存在方式包括染色体DNA（核基因组）和质粒。染色体DNA（核基因组）是微 生物遗传信息的最主要负荷者；质粒是存在于染色体外的遗传物质，为双股环状DNA，独立

存在于染色体外或整合到宿主DNA上、能自主复制。

质粒的种类：

（1）致育因子（F因子）：在大肠杆菌中发现，含有F质粒的菌株为F+（♂），无F质粒 的菌株为F－（♀），质粒DNA整合到染色体上的菌株为高频重组菌株（Hfr）。F质粒在大肠

杆菌的接合作用中起主要作用。

（2）抗性因子（R因子）：主要包括抗药性和抗重金属两大类，带有抗药性因子的细菌 对抗生素或其它药物呈现抗性；许多R质粒能使宿主细胞对许多金属离子呈现抗性。

（3）Col质粒：该质粒含有编码大肠杆菌素的基因，可杀死近缘且不含Col质粒的菌株。

（4）毒性质粒：该质粒含有编码毒素的基因，许多致病菌的致病性是由其所携带的毒性 质粒引起的；Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿病的致病因子，是植物基因工程的重要载体。

（5）降解质粒：这类质粒上带有能降解某些基质的酶的基因，能将复杂有机化合物降解 成可利用的碳源和能源的简单形式。带有这类质粒的细菌在污水处理、环境保护方面可发挥 重要作用。

7.2 基因突变和诱变育种

突变是遗传物质的分子结构或数量突然发生了可遗传的变化。包括基因突变（点突变） 和染色体畸变，前者是由于DNA链上的一对或少数几对碱基发生改变而引起的突变；后者是

染色体DNA的大段发生变化，表现为插入、缺失、重复、易位和倒位。

一、基因突变

1. 基因突变的类型