§1 微生物生長(zhǎng)與調(diào)節(jié)

1、11微生物生長(zhǎng)與調(diào)節(jié)微生物生長(zhǎng)與調(diào)節(jié)1.1微生物的生微生物的生長(zhǎng)活細(xì)胞最基本的生命特征是生長(zhǎng)和繁殖。關(guān)于生長(zhǎng)的定義，不同學(xué)科的學(xué)者有不同的見解。細(xì)胞生物學(xué)家關(guān)注單細(xì)胞的形態(tài)變化，特別是細(xì)胞的分裂方式。生化學(xué)者對(duì)成千上萬個(gè)與生長(zhǎng)有關(guān)的酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及代謝途徑感興趣，認(rèn)為生長(zhǎng)是所有化學(xué)成分有秩序地相互作用的結(jié)果。生物物理學(xué)家則認(rèn)為，細(xì)胞是熱力學(xué)不平衡的開放系統(tǒng)，與其周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)與能量的交流，特別表現(xiàn)在熵的溢流上。生化工程師把生長(zhǎng)看做是生物

2、催化劑數(shù)量的增長(zhǎng)，通常以質(zhì)量和細(xì)胞數(shù)目的增長(zhǎng)來表達(dá)細(xì)胞的生長(zhǎng)。分化（differentiation）則是生物的細(xì)胞形態(tài)和功能向不同的方向發(fā)展，由一般變?yōu)樘厥獾默F(xiàn)象。一、生長(zhǎng)的形式一、生長(zhǎng)的形式1、細(xì)菌的生長(zhǎng)裂殖、細(xì)胞壁合成方式（G菌沿著中緯帶；G菌沿著整個(gè)細(xì)胞壁，以居間并生方式合成的）、菌齡（一般以培養(yǎng)時(shí)間表示，真實(shí)菌齡應(yīng)以繁殖的代數(shù)表示）。2、酵母的生長(zhǎng)芽殖（按芽痕出現(xiàn)位置芽殖分兩類：兩極性與多極性）、菌齡（由芽痕數(shù)量確定）、假菌絲（

3、子細(xì)胞不與母細(xì)胞分離，形成鏈狀）、胞內(nèi)膜系統(tǒng)（把細(xì)胞分隔成幾個(gè)能就地進(jìn)行高效生化反應(yīng)的間室，并建立了輸送適當(dāng)材料到各間室的系統(tǒng)）、泡囊運(yùn)輸（一種連接細(xì)胞中大多數(shù)主要細(xì)胞器的投遞系統(tǒng)，高爾基體占據(jù)了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核內(nèi)體、液泡和質(zhì)膜之間的交通中心位置：待分泌蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)被集中于外衣的COPⅡ泡囊，然后輸送到早期高爾基體間室，在那里被修飾、分類和輸送到其最終目的地?？扇苄缘鞍着c膜蛋白通過其固有的固位機(jī)制維持其適當(dāng)?shù)亩ㄎ蛔饔谩＿@類固位機(jī)制部分涉及蛋

4、白蛋白的相互作用與逆行輸送到罩上外衣的COPⅠ光囊處）。3、霉菌和放線菌菌絲的生長(zhǎng)生長(zhǎng)方式（菌絲末梢伸長(zhǎng)、分枝或交錯(cuò)成網(wǎng)，稱為菌絲體）、分生孢子（真菌形成）、菌絲長(zhǎng)度（受遺傳控制并與生長(zhǎng)環(huán)境有關(guān)）、菌絲團(tuán)（以產(chǎn)黃青霉為例，其密實(shí)程度受攪拌、供氧和溫度等培養(yǎng)條件的影響，特別與碳源的性質(zhì)有關(guān)。菌絲團(tuán)變得密實(shí)的條件有：添加易利用的碳源，如葡萄糖；攪拌加快；供氧改善。反之，用乳糖、攪拌緩慢或供氧不善，則菌絲團(tuán)變得疏松。菌絲團(tuán)內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺乏與

5、代謝產(chǎn)物的積累會(huì)使菌的生長(zhǎng)處于不利環(huán)境之中。）3二、生長(zhǎng)的測(cè)量二、生長(zhǎng)的測(cè)量菌濃X（在線與離線測(cè)量）、產(chǎn)物濃度P、比生產(chǎn)速率Q（表征菌的生產(chǎn)能力）。1、細(xì)胞數(shù)目的測(cè)量可用方法：直接顯微計(jì)數(shù)、平板活菌計(jì)數(shù)、載片培養(yǎng)計(jì)數(shù)、微孔過濾法、庫爾特計(jì)數(shù)器、流動(dòng)式細(xì)胞光度計(jì)、表熒光濾光技術(shù)、熒光抗體技術(shù)、微型ELISA和電子顯微鏡。2、細(xì)胞量的測(cè)定方法：干重（DCW）法、比濁法、離心壓縮細(xì)胞體積（PCV）法、成像分析法。3、菌濃的間接測(cè)量用于估算菌濃

6、的間接方法：細(xì)胞組分（核酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞C或PO43、多糖、脂質(zhì)、ATP）、代謝活動(dòng)、基于數(shù)學(xué)模型的細(xì)胞量測(cè)量方法（有時(shí)被稱為“軟件化傳感器”）、化學(xué)計(jì)量法。⑴核酸核酸通常存在于所有活體細(xì)胞中，可作為菌量的度量。但此法不能區(qū)分細(xì)菌與真菌的菌量。核酸的測(cè)定方法相當(dāng)精確，但也存在系統(tǒng)誤差。細(xì)胞中的核苷酸與肽具有同樣的顏色反應(yīng)和吸收光譜，對(duì)核酸測(cè)定有干擾作用。用于測(cè)量生長(zhǎng)的這些參數(shù)需先進(jìn)行生物標(biāo)定，因細(xì)胞組分隨時(shí)間變化，并取決于營(yíng)養(yǎng)與生理因素

7、。單個(gè)細(xì)胞的DNA隨生長(zhǎng)速率而變化。生長(zhǎng)快的細(xì)胞由于具有較多的復(fù)制叉，DNA含量較高。但按單位質(zhì)量細(xì)胞計(jì)算的DNA含量變化較小。故DNA可用于表征生物量的變化。問題是細(xì)胞中一般只含1%~3%的DNA，其測(cè)定易受RNA（含量約為7%~25%）干擾。測(cè)定DNA常用的方法有二苯胺法和溴化乙錠法兩種。培養(yǎng)基中不溶性非細(xì)胞蛋白對(duì)DNA分析無干擾。⑵蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)含量通常隨生長(zhǎng)速率的變化不大，因而可作為細(xì)胞量的常規(guī)度量。主要的應(yīng)用限制是培養(yǎng)基成分中不