环境微生物学讲稿第六章 微生物的生长繁殖与遗传变异Word下载.docx

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∙细菌生长曲线

生长曲线:

将少量细菌接种到一定容积的新鲜培养液中，在适宜条件下培养，细菌会生长增殖。

以培养时间为横座标，以细菌数的对数为纵座标作图，即绘得生长曲线。

生长曲线可区分为延滞期、对数期、稳定期和衰亡期。

∙缓慢生长期（lagphase）

亦称迟缓期、延迟期、停滞期、滞后期。

特点：

细胞体积增长较快、易产生诱导酶、分裂迟缓；

细胞中RNA含量增高，原生质嗜碱性加强；

对不良环境条件较敏感。

∙对数生长期（logphase）

又称指数期（exponentialphase）。

细胞数以几何级数增加，代时稳定。

由于细菌个体数目与时间之间的关系服从对数规律，通常将这一生长时期称为对数生长期。

∙

代时：

细菌完成一次分裂所需的时间。

个体高速增殖，代时最短；

活性强，代谢旺盛；

菌体大小、个体形态、化学组成和生理特性等相对一致。

∙ 

稳定生长期（stationaryphase）

又称恒定期或最高生长期、静止期。

细胞增殖与死亡达到动态平衡，总数不再增加。

∙特点：

个体数目达到最高；

细菌活性下降，细胞内逐渐积累贮存物，菌体出现淀粉粒、脂肪球等。

芽孢细菌则形成芽孢。

∙衰亡生长期（declinephase）

在稳定期后，由于营养物质缺乏，代谢产物及有毒物质积累，细胞生长受到限制，细胞分裂由缓慢转而停止，死亡率增加。

菌体出现畸形或多形态，细胞内产生液泡和空泡，细胞甚至会自溶而消亡。

∙基质浓度对细菌生长的影响

1940年Monod提出了描述比生长速率与限制性基质浓度之间关系的经验方程（Monod方程）。

μ－比生长速率常数；

μmax－最大比生长速率常数；

S－限制性基质浓度；

KS－半饱和常数（比生长速率达到最大比生长速率一半时的基质浓度）。

S>

>

KS

S<

<

KS

细胞得率Y，即消耗单位基质所产生的菌体数量。

∙霉菌生长曲线

o停滞生长期

o迅速生长期

o衰亡生长期

二.连续培养

连续培养：

连续补料和出料的培养方法。

∙恒浊连续培养

∙恒化连续培养

o恒化器中培养液的稀释率

D－稀释率；

F－新鲜培养基的输入速率；

V－恒化器内培养液的总体积。

o恒化器中细菌浓度的变化

净生长速率=生长速率－流失速率

o如果μ＞D，则（－dX/dt）净＞0，恒化器内的细菌浓度不断升高。

o如果μ<

D，则（－dX/dt）净＜0，恒化器内的细菌浓度不断降低，最终趋向于零，细菌被全部洗出。

o如果μ=D，则（－dX/dt）净=0，恒化器内的细菌浓度保持恒定，即细菌浓度处于生长速率等于流出速率的动态平衡状态。

这就是连续培养所要求达到的。

o恒化器中基质浓度的变化

基质变化=基质流入量－细菌对基质的消耗量－基质流失量

S0－流入的限制性基质浓度；

S－流出的限制性基质浓度。

恒化器中的基质浓度变化也有三种状况，只有当dS/dt=0时，流出的基质浓度才能保持恒定。

三.好氧培养

好氧培养方法

∙实验室常用的好氧培养方法：

平板培养；

斜面培养；

浅层液体培养；

液体振荡培养；

通气搅拌培养。

∙工业生产上常用的方法：

鼓风曝气和机械曝气

曝气充氧

双膜理论

在气-液界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外分别有空气和液体流动，处于紊流状态；

气膜和液膜则处于层流状态，没有对流。

如果存在氧浓度梯度，空气中的氧就会沿浓度梯度向气膜传递，气膜内的氧又会向液膜传递，最后进入液体。

气膜和液膜是氧传递的主要屏障。

（1）

　　因为忽略气膜，液膜直接与空气接触，所以液膜外界面上的氧浓度为饱和溶解氧浓度（Cs）。

又因为液膜厚度（Xf）不大，故液膜内Cs与C之间的变化可用线性关系来近似。

（2）

将

（2）代入

（1）中

（3）

（3）两侧同时除以液体体积

（4） 

用　

　取代　

KLa－总氧传递系数

从式可看出，在曝气充氧中，要提高充氧速率（dC/dt），可以从两个方面着手：

①通过加强液体紊流运动（如搅拌）来减小液膜厚度和加快气-液界面的更新；

选择适宜的曝气器来减小气泡的直径，增大气-液接触面积；

最终提高KLa值。

②通过提高气相中的氧分压（如采用纯氧曝气、深井曝气等），提高液膜中的饱和溶解氧浓度（Cs）。

好氧微生物的生长

a（C6H12O6）+b（NH3）+c（O2）→d（C5H7NO2）+e（CO2）+f（H2O）

四:

厌氧培养

创建厌氧环境

∙物理法除氧

o煮沸法

o表面封闭法

o抽真空法

o无氧气体取代法

∙化学法除氧

o焦性末食子酸法

o特种催化剂法

o还原法

∙生物学法除氧

厌氧微生物的生长

第三节微生物的遗传

遗传性是指亲代生物具有将其特征传给子代的潜力。

变异性是指微生物的遗传既有稳定保守的一面，也有变异的一面，后者即为遗传的变异性。

微生物的遗传特性是通过脱氧核糖核酸（DNA）的生理学表现的。

∙DNA与基因

oDNA的化学组成与结构

DNA是脱氧核糖核苷酸组成的大分子，分子量为2.3×

104~1×

1010。

▪组成：

腺嘌呤脱氧核糖核苷酸（A）、鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸（G）胞嘧啶脱氧核糖核苷酸（C）、胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸（T）

▪结构：

在一级结构上，由脱氧核糖和碱基形成脱氧核糖核苷，再由脱氧核糖核苷和磷酸形成单脱氧核糖核苷酸，最后由单脱氧核糖核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键连接成直链分子。

DNA分子内四种碱基的排列顺序构成了生物的遗传信息。

DNA二级结构

1953年Watson和Crick提出了双螺旋结构模型，其要点为：

脱氧核糖与磷酸以3’,5’-磷酸二酯键交互连接，形成DNA的主链并充当DNA的骨架；

两条主链再以反向平行的方式组成双螺旋；

主链位于螺旋的外侧，碱基位于螺旋的内侧；

螺旋具有固定且一致的直径。

两条主链上的碱基互补配对，即A与T相配，G与C相配。

相邻的碱基对之间的距离为0.34nm，10个碱基对构成一个螺旋，因此螺距为3.4nm。

oDNA的存在形式

▪原核生物中DNA的存在形式

▪真核生物中DNA的存在形式

o基因

基因（gene）是指生物体携带和传递遗传信息的基本单位。

它是DNA分子上一段特定的核苷酸序列。

按照功能，可分为：

①结构基因，转录为mRNA、tRNA和rRNA的基因；

②操纵基因，一段可以与有活性的阻遏蛋白结合从而阻止转录起始的DNA序列。

③调节基因，编码调节蛋白，控制结构基因表达的基因。

▪DNA的复制

半保留复制

▪RNA的合成

▪蛋白质的合成

第四节微生物的变异

∙非遗传型变异

非遗传型变异是在DNA没有改变的情况下发生的微生物某些性状的改变。

这类变异是可逆的，一旦条件复原，变异亦消失。

这类变异往往涉及细胞群体，即许多细胞同时变异。

∙遗传型变异

遗传型变异是由于DNA发生改变而导致微生物某些性状的改变。

这类变异仅涉及个别细胞，不可逆，能相对稳定地遗传。

基因突变是指DNA上的一对或少数几对碱基发生改变而引起的性状改变。

o基因突变的类型

▪形态突变型　

▪生化突变型

▪致死突变型

▪条件致死突变型

o基因突变的机制

▪自发突变

▪诱发突变

▪碱基对的置换

▪移码突变

▪染色体畸变

∙原核微生物的基因重组

将两个不同性状的个体细胞的遗传基因转移至一个个体细胞内，使之发生遗传变异的过程，称为基因重组（generecombination）。

o转化（transformation）

受体菌直接吸收来自供体菌的游离DNA片段，并整合到自己的基因组中，从而获得供体菌的部分遗传性状的过程，称为转化。

o转导（transduction）

通过温和噬菌体的介导，将供体菌DNA片段带入受体菌中，从而使受体菌获得供体菌的部分遗传性状的过程，称为转导。

o接合（conjugation）

通过两个完整的菌体细胞直接接触，将供体菌DNA片段（包括质粒）带入受体菌中，从而使受体菌获得供体菌的部分遗传性状的过程，称为接合。

1.何谓营养物质、营养和代谢？

2.按照生理需要划分，微生物需要哪些营养物质？

3.简述微生物的四种基本营养类型。

4.简述微生物摄取营养物质的四种基本方式。

5.何谓培养基？

简述配制培养基的原则和培养基的种类。

6.试比较呼吸、厌氧呼吸和发酵的特点。

7.简述糖酵解途径和三羧酸循环。

8.简述测定微生物生长的各种方法。

9.什么叫细菌生长曲线？

可分哪几个生长阶段？

各有什么特点？

10.微生物有哪些温度类型？

各有何特点？

11.为啥每种生物都有一定的生长温度范围？

为何高温微生物耐高温？

12.简述高温消毒或灭菌的方法。

13.何谓嗜酸微生物和嗜碱微生物？

14.根据微生物与氧气的关系，可将微生物分为几种类型？

为啥厌氧菌对氧气敏感？

15. 

何谓DNA？

何谓基因？

何谓DNA的双螺旋结构？

16.简述原核微生物的基因重组方式。