Question

试述微生物群体生长规律?生产中如何用这种规律提高产品的产量和质量?

Answer 1

我摘自网页内容，具体分成两个部分，希望对你有用处
细菌群体生长规律
细菌接种到均匀的液体培养基后，当细菌以二分裂法繁殖，分裂后的子细胞都具有生活能力。在不补充营养物质或移去培养物，保持整个培养液体积不变条件下，以时间为横坐标，以菌数为纵坐标，根据不同培养时间时细菌数量的变化，可以作出一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线，这种曲线称为生长曲线称为生长曲线 (growth curve) 。一条典型的生长曲线至少可以分为迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期等四个生长时期。
1 ．迟缓期 (1ag phase) ．
又称延滞期、适应期。细菌接种到新鲜培养基而处于一个新的生长环境，因此在一段时间里并不马上分裂，细菌的数量维持恒定，或增加很少。此时胞内的 RNA 、蛋白质等物质含量有所增加，相对地此时的细胞体最大，说明细菌并不是处于完全静止的状态。产生迟缓期的原因，认为是微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏足够的能量和必需的生长因子，“种子”老化 ( 即处于非对数生长期 ) 或未充分活化，接种时造成的损伤等。在工业发酵和科研中迟缓期会增加生产周期而产生不利的影响，但是迟缓期无疑也是必需的，因为细胞分裂之前，细胞各成分的复制与装配等也需要时间，因此应该采取一定的措施： ① 通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短； ② 利用对数生长期的细胞作为“种子”； ③ 尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大； ④ 适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的影响。
2 ．对数生长期 (log phase)
又称指数生长期 (exponential Phase) 。细菌经过迟缓期进入对数生长期，并以最大的速率生长和分裂，导致细菌数量呈对数增加，而且细菌内各成分按比例有规律地增加，此时期内的细菌生长是平衡生长。对数生长期细菌的代谢活性、酶活性高而稳定，大小比较一致，生活力强，因而它广泛地在生产上用作“种子”和在科研上作为理想的实验材料。
3 ．稳定生长期 (stationary phase)
由于营养物质消耗，代谢产物积累和 pH 等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，导致生长速率降低直至零 ( 即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数量 ) ，结束对数生长期，进入稳定生长期。稳定生长期的话细菌数最高并维持稳定。如果及时采取措施，补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件，如对好氧菌进行通气、搅拌或振荡等可以延长稳定生长期，获得更多的菌体物质或代谢产物。
4 ．衰亡期 (decline 或 death Phase)
营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率逐步增加和活细菌逐步减少，标志进入衰亡期。该时期细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶。该时期死亡的细菌以对数方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低。
此外，不同的微生物，甚至同一种微生物对不同物质的利用能力是不同的。有的物质可直接被利用 ( 例如葡萄糖或 NH 4 + 等 ) ；有的需要经过一定的适应期后才能获得利用能力 ( 例如乳糖或 NO 3 - 等 ) 。前者通常称为速效碳源 ( 或氮源 ) ，后者称为迟效碳源 ( 或氮源 ) 。当培养基中同时含有这两类碳源 ( 或氮源 ) 时，微生物在生长过程中会产生二次生长现象。连续培养 (continous culture of microorganisms) 是在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。根据生长曲线，营养物质的消耗和代谢产物的积累是导致微生物生长停止的主要原因。因此在微生物培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物是实现微生物连续培养的基本原则。
提高产品的产量和质量：
在连续培养里，培养容器中细菌的数量一方面以比生长速率的数量增加，同时又在以稀释率的数量减少。
连续培养有两种类型，恒化器连续培养和恒浊器连续培养。前者是在整个培养过程中通过控制培养基中某种营养物质的浓度基本恒定的方式，保持细菌的比生长速率恒定，使生长“不断”进行。培养基中的某种营养物质通常是作为细菌比生长速率的控制因子，这类因子一般是氨基酸、氨和铵盐等氮源，或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是无机盐，生长因子等物质。恒化器连续培养通常用于微生物学的研究，筛选不同的变种。后者主要是通过连续培养装置中的光电系统控制培养液中菌体浓度恒定、使细菌生长连续进行的一种培养方式。菌液浓度大小通过光电系统调节稀释率来维持菌数恒定，此种培养方式一般用于菌体以及与菌体生长平行的代谢产物生产的发酵工业，从而获得更好的经济效益。
连续培养如用于生产实践上，就称为连续发酵，连续发酵与单批发酵相比有许多优点： ① 高效，它简化了装料，灭菌、生产时间和提高了设备的利用率； ② 自控，便于利用各种仪表进行自动控制； ③ 产品质量较稳定； ④ 节约了大量动力、人力等资源。
连续培养或连续发酵也有其缺点。最主要的是菌种易于退化。其次易遭杂菌污染。此外营养的利用率一般亦低于单批培养。
在生产实践上，连续培养技术已广泛用于酵母菌体的生产，乙醇、乳酸和丙酮 - 丁醇等发酵。以及用假丝酵母进行石油脱蜡或是污水处理中。

Answer 2

微生物生长曲线分为4个阶段，分别是延滞期、指数期、稳定期和衰亡期。
（一）延滞期
又称停滞期、调整期和适应期。指少量单细胞微生物接种到新鲜培养基后，在开始培养的一段时间内细胞数目不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零的一段时期——代谢系统是正在适应新环境。
特点:分裂迟缓、代谢活跃。
影响延滞期长短的因素:菌种的遗传性、种龄、接种量和培养基成分。
①种龄:指接种物或种子的生长年龄，亦即它处在生长曲线上哪一阶段时用来作种子的。这里指某一群体的生理年龄。
②接种量:接种量的大小明显影响延滞期的长短。一般说来，接种量增大可缩短甚至消除延迟期。在发酵工业上，为缩短延滞期以缩短生长周期，提高发酵效率，一般采用较大的接种量。
③培养基成分影响:在营养成分丰富的培养基中生长，延滞期较短；接种后培养基成分变化不大时，延滞期较短。
（二）指数期
又称对数生长期:指生长曲线中紧接着延滞期的一段细胞数以几何级数增长的时期。
特点:①生长最快。②细胞平衡生长，菌体各部分的成分十分均匀。③酶系活跃，代谢旺盛。
（三）稳定期
又称恒定期或最高生长期。这个时期是处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。
特点:生长为零；菌体产量最高；合成抗生素等次生代谢产物；细胞内开始积累内含物；芽孢杆菌开始形成芽孢。
生产实践中延长稳定期的措施:①补充营养物质。②取走有毒代谢产物。③调节pH、温度。④对好氧菌增加通气、搅拌或振荡。
（四）衰亡期
在衰亡期中，个体死亡的速度超过新生的速度，整个群体呈现负生长状态。
特点:合成或释放抗生素等次生代谢产物；芽孢杆菌释放芽孢；细胞死亡，自溶

Answer 3

生长曲线分为延迟期，对数期，稳定期，衰退期。一般要在稳定期积累代谢产物，就要缩短对数期延长稳定期，办法好多，可以突变，温度，PH等，生物工艺学上有介绍。

Answer 4

"S"生长曲线、群体感应
根据上述规律，提高细胞浓度、提高相关基因表达水平、延长产品合成时间。