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

1、 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（lag phase）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（log phase）又称指数期（exponential phase）。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

2、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（stationary phase）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（decline phase）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M

3、onod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）。比生长速率常数；max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D，则（dX/dt）净0，恒

4、化器内的细菌浓度不断升高。o 如果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= 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

5、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

6、充氧速率（dC/dt），可以从两个方面着手： 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。 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

7、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 o DNA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2.310411010。 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

8、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。o DNA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

9、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：结构基因，转录为mRNA、tRNA和rRNA的基因； 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。 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

10、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（gene recombination）。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

11、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。