【文章內(nèi)容簡介】 ，用紅曲配制紅酒、玫瑰醋、紅腐乳，以及其它食品。此外用它制成的紅曲又可以作中藥，有消食活血、健脾胃的功、能。近年來，紫紅曲霉還被用來生產(chǎn)糖化酶等酶制劑。8，產(chǎn)黃頭孢霉(Cephalosporium chrysogen)菌絲分枝，有隔，纖細(xì)，寬l~，淺黃色；分生抱子梗短，不分枝，無隔，微黃色；很少產(chǎn)生孢子。在秈米飯培養(yǎng)基上培養(yǎng)半月，可產(chǎn)生大量的不正常的孢子，形態(tài)多樣，單細(xì)胞或有一隔，直或彎曲，5~122~。孢子梗常叢集成類菌核狀成類分生抱梗座結(jié)構(gòu)。這種孢子壁較厚，可像分生孢子一樣萌發(fā)繁殖。本種產(chǎn)頭孢菌素N及頭孢菌素C，與青霉素一樣同屬β內(nèi)酰胺抗生素，毒性極低，其衍生物稱為先鋒霉素。第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)（自學(xué)）第三節(jié) 微生物的生長模式及其動(dòng)力學(xué)（自學(xué)）一、微生物的生長模式生長和緊殖的含義是什么？概括地說：生長是細(xì)胞體積，內(nèi)含物和細(xì)胞數(shù)目的增加，而繁殖則是產(chǎn)生新一代的過程?？梢娚L和繁殖是兩個(gè)不同的概念。當(dāng)然二者又是不可分割的，生長是繁殖的前提，而繁殖是生長的結(jié)果。對(duì)于單細(xì)胞微生物來說，生長和繁殖往往是難以區(qū)分的。在單細(xì)胞微生物中，細(xì)胞內(nèi)的原生質(zhì)和各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)增加，這便是生長過程。當(dāng)增長到一定程度時(shí)，母細(xì)胞開始分裂，形成兩個(gè)基本相同的子細(xì)胞，由于細(xì)胞分裂導(dǎo)致菌體數(shù)目的增加，這就是繁殖。因此，細(xì)菌的生長過程也可以說是它的繁殖過程。然而在多細(xì)胞微生物中(如菌絲體)，如果細(xì)胞數(shù)目增加的同時(shí)并不伴有個(gè)體數(shù)目的增加，那么此過程只能稱為生長。只有形成有性或無性抱子的過程才能稱為繁殖。生長又有個(gè)體生長和群體生長之分。一般認(rèn)為，微生物通過新陳代謝將外界營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身細(xì)胞物質(zhì)，個(gè)體長大，質(zhì)量增加，并進(jìn)行必需的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)制和細(xì)胞分裂，這個(gè)過程稱為個(gè)體生長。單細(xì)胞微生物通過細(xì)胞分裂使群體數(shù)目或質(zhì)量增加的過程稱為群體生長(也是繁殖)。對(duì)于多細(xì)胞微生物來說，菌絲體的延長、分裂產(chǎn)生同類細(xì)胞的過程稱為個(gè)體生長。無性或有性孢子萌發(fā)并通過菌絲斷裂而使群體數(shù)目和質(zhì)量的增加過程稱為群體生長。1，單細(xì)胞微生物的生長 原核微生物的個(gè)體，就是一個(gè)細(xì)胞，因此它們的生長應(yīng)該是指個(gè)體細(xì)胞的生長但由于原核微生物生長繁殖速度很快，生長和繁殖又不易分開，因此實(shí)際上常以群體的生長作為單細(xì)胞微生物生長的指標(biāo)。（1）細(xì)菌個(gè)體的生長 細(xì)胞生長的外觀標(biāo)志是細(xì)胞由小長大，內(nèi)部標(biāo)志是細(xì)胞物質(zhì)的增加和細(xì)胞結(jié)構(gòu)及細(xì)胞器的組建。關(guān)于細(xì)胞大小的變化容易理解，因?yàn)樗羌?xì)胞物質(zhì)增加的必然結(jié)果，因此細(xì)胞生長的中心問題，是組成細(xì)胞的各種大分子化合物是如何合成的?又是如何組建成多種細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器的？近年來關(guān)于大分子化合物的生物合成已有了比較深入的了解。（2）細(xì)菌的生長曲線 研究細(xì)菌群體生長的傳統(tǒng)方法是分批培養(yǎng)法。這種方法是將少量微生物接種到一定體積的液體培養(yǎng)基中，讓其自然生長直到養(yǎng)分耗盡并隨時(shí)測定細(xì)菌數(shù)目。以細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)對(duì)培養(yǎng)時(shí)間作圖，可繪制出細(xì)菌數(shù)目與培養(yǎng)時(shí)間之間的關(guān)系曲線。這曲線稱之為細(xì)菌的生長曲線(圖9—13)。它代表細(xì)菌從開始生長到死亡的整個(gè)動(dòng)態(tài)過程。 每種細(xì)菌都有各自的典型生長曲線．但它們的生長過程卻有著共同的規(guī)律性。一般可以將細(xì)菌的生長曲線劃分為以下幾個(gè)時(shí)期。 延滯期：細(xì)菌數(shù)目保持不變或略有下降，倍增速率為零（0a）。 加速生長期：細(xì)菌開始增殖，倍增速率(世代時(shí)間的倒數(shù)即單位時(shí)間內(nèi)的分裂次數(shù))隨時(shí)間不斷增大(a—b)。 對(duì)數(shù)生長期：倍增速率達(dá)到最大值且保持恒定，它說明平均世代時(shí)間不變，細(xì)菌數(shù)目以幾何級(jí)數(shù)增長(b—c)。減速生長期：倍增速率隨時(shí)間而減小，平均世代時(shí)間延長(cd)。穩(wěn)定期：生長速率與死亡速率相等，倍增速率為零，活菌數(shù)目保持恒定(de)。 加速死亡期：死亡速率超過生長速率，并越來越大，活菌數(shù)目迅速減少(ef)。 對(duì)數(shù)死亡期：死亡速率達(dá)到最大值并保持恒定(fg)。 殘留期：死亡速率降低，從理論上講，只要培養(yǎng)基不干涸，少數(shù)細(xì)菌仍可存活極長時(shí)間(g以后)。單細(xì)胞微生物的一般生長曲線A：以算數(shù)級(jí)數(shù)表示，B：以對(duì)數(shù)表示，C：表示活細(xì)胞增殖比速率對(duì)時(shí)間變化的曲線2，絲狀真菌和放線菌的生長 這里以絲狀真菌為代表，討論多細(xì)胞微生物生長的規(guī)律。絲狀真菌的生長，首先是孢子萌發(fā)，產(chǎn)生一個(gè)短的芽管。然后以此為中心，向各個(gè)方向均等的長出菌絲。菌絲體的生長是以頂端生長方式進(jìn)行的。在菌絲體的生長過程中產(chǎn)生繁茂的分枝，而構(gòu)成真菌的菌蔣。所以分枝現(xiàn)象也是真菌生長過程中不可缺少的環(huán)節(jié)。液體培養(yǎng)中的菌絲生長曲線在液體振蕩培養(yǎng)(或深層通氣培養(yǎng))中，以菌絲干重作為衡量生長的指標(biāo)，可獲得如下圖所示的生長曲線。在靜止培養(yǎng)中也可獲得類似的生長曲線。在通氣培養(yǎng)條件下，茄病鐮刀菌（Fusarium solani）生長圓圈表示干重；圓點(diǎn)表示光密度絲狀真菌的生長過程大致可分為；（1）生長延滯期；（2）迅速生長期；（3）衰退期。 （1）生長延滯期 造成生長延滯的原因有兩種：一是孢子萌發(fā)前的真正的延滯期，另一種是生長已開始但卻無法測量。對(duì)真菌的生長延滯期尚未作過仔細(xì)研究。 （2）迅速生長期 此時(shí)菌絲體干重迅速增加，其立方根與時(shí)間成直線關(guān)系。因?yàn)檎婢皇菃渭?xì)胞，其繁殖不以幾何倍數(shù)增加，故而沒有對(duì)救生長期。真菌的生長常表現(xiàn)為菌絲尖端的生長和菌絲的分枝，因此受到鄰近細(xì)胞競爭營養(yǎng)物質(zhì)的影響。尤其在靜止培養(yǎng)時(shí)，許多菌絲在空氣中生長，必須從鄰近的細(xì)胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)供生長需要，在迅速生長期種，碳、氮、磷被迅速利用，呼吸強(qiáng)度達(dá)到頂峰，代謝產(chǎn)物如酸類可出現(xiàn)或不出現(xiàn)。靜止培養(yǎng)時(shí)，在迅速生長期的后期的菌膜上格出現(xiàn)孢子。（3）衰退期 真菌生長進(jìn)入衰退期的標(biāo)志，是菌絲干重下降。一般是在一短期內(nèi)失重很快，以后不再變化。但有些真菌則發(fā)生菌絲體自溶，由于其自身所產(chǎn)生的酶類催化幾丁質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等分解而釋放出氨、游離氨基酸、有機(jī)磷化物和有機(jī)硫化合物等。處于衰退期的菌絲體的細(xì)胞，除頂端較幼細(xì)胞的原生質(zhì)比較稠密均勻外，大多數(shù)細(xì)胞都出現(xiàn)大的空泡。生長的停止由以下兩種因素之一所決定。在高濃度培養(yǎng)基中，可能是因?yàn)橛卸敬x產(chǎn)物的積累而阻礙生長，如在高濃度碳水化合物的培養(yǎng)基中可積累有機(jī)酸；在含有機(jī)氮高的培養(yǎng)基中可積累氨。多數(shù)次生物質(zhì)，如抗生素等，也是在此時(shí)合成的。在較稀釋的、營養(yǎng)物質(zhì)平衡良好的培養(yǎng)基中，生長停止的主要因素是碳水化合物的耗盡。當(dāng)生長停止后，菌絲體的自溶裂解的程度，因菌種的本性和培養(yǎng)條件而導(dǎo)。二、微生物的生長動(dòng)力學(xué)1，對(duì)數(shù)生長期的生長動(dòng)力學(xué) 微生物細(xì)胞經(jīng)過延滯期進(jìn)入對(duì)救生長期。對(duì)救生長期的最顯著特點(diǎn)是細(xì)胞數(shù)量或干重以指數(shù)(或?qū)?shù))速度增長。對(duì)于細(xì)菌這類單細(xì)胞生物而言，生長包括細(xì)胞分裂所引起的細(xì)胞數(shù)量的增多和因細(xì)胞質(zhì)量增大而帶來的生物量增長。由于對(duì)數(shù)生長期間的細(xì)胞正處于快速分裂狀態(tài)，細(xì)胞質(zhì)量相近，因此細(xì)胞數(shù)量變化規(guī)律基本上符合細(xì)胞濃度或干重變化規(guī)律。 在對(duì)數(shù)生長期，細(xì)菌進(jìn)行二分裂，由時(shí)間t。至t經(jīng)過n次分裂之后，細(xì)胞數(shù)目Nt。 因此，只要測定對(duì)數(shù)生長期中一定間隔時(shí)間內(nèi)細(xì)胞數(shù)目的變化(NtN。)，就可求出細(xì)胞分裂的平均代期g。 在對(duì)數(shù)生長期中，細(xì)胞以恒定的速度增長，或者說某瞬間細(xì)胞的增加速率與該瞬間的細(xì)胞數(shù)之比為一常數(shù)，由此細(xì)胞數(shù)目的變化為： N表示細(xì)胞數(shù)目； x表示細(xì)胞濃度(或質(zhì)量)：μ為比例常數(shù)，稱為比生長速率常數(shù)(1／h)。它表示單位菌體在單位時(shí)間產(chǎn)生詢菌體量(個(gè)數(shù)或質(zhì)量)。式（3）表示單位時(shí)間里細(xì)胞數(shù)目的變化(增量)等于比生長速率常數(shù)與細(xì)胞數(shù)N之乘積。 由于對(duì)數(shù)生長期中比生長速率μ是個(gè)常數(shù)，故上式解方程式可得： 比生長速率常數(shù)μ是微生物生長研究中的—個(gè)極為重要的參數(shù)用它可以判斷微生物的生長情況和估算生長過程某一時(shí)刻的細(xì)胞數(shù)目或濃度。2，微生物生長與基質(zhì)濃度的關(guān)系 微生物的生長需要多種營養(yǎng)成分，為了了解各種成分對(duì)生長的影響，研究工作中往往采取除一種成分(如碳源)限量外其余營養(yǎng)成分均過量供成的辦法，這種限量的成分便成為生長限制因子，人們稱這一成分為生長限制性基質(zhì)，或簡稱限制性基質(zhì)。 Monod在以葡萄糖為生長限制性基質(zhì)的合成培養(yǎng)基上研究了大腸桿菌(E．co1i)的比生長速率與基質(zhì)濃度之間的關(guān)系后，認(rèn)為當(dāng)限制性基質(zhì)濃度較低時(shí)，比生長速率常數(shù)μ隨基質(zhì)濃度增高而增大。但是當(dāng)基質(zhì)達(dá)到一定濃度后μ與基質(zhì)濃度無關(guān)。這種生長情況與基質(zhì)濃度關(guān)系的曲線類似于底物濃度對(duì)酶反應(yīng)速度的影響，可以概括為如下經(jīng)驗(yàn)式：μm值的意義在于表示在相同條件下，主要營養(yǎng)成分的各種物質(zhì)對(duì)微生物生長的效率Ks的意義表示微生物對(duì)各種基質(zhì)的親和力。Ks愈小表示親和力愈大。一般來講，微生物對(duì)它們所能利用的基質(zhì)的Ks值是很低的，如大腸桿菌對(duì)葡萄糖的Ks值為6．8x102mg／L，啤酒酵母對(duì)葡萄糖的Ks值為25mg/L，說明在一般培養(yǎng)基濃度下，從分批發(fā)酵培養(yǎng)基的開始至生長對(duì)數(shù)期末的時(shí)間內(nèi)微生物都能夠以最高比生長速率生長。第四節(jié) 環(huán)境對(duì)微生物的影響（自學(xué)）任何微生物生長發(fā)育都離不開環(huán)境因素的作用，同時(shí)微生物的生命活動(dòng)也在不同程度上要使環(huán)境發(fā)生變化。環(huán)境對(duì)微生物的主要作用表現(xiàn)為：適宜的環(huán)境，將促進(jìn)微生物的生長發(fā)育；不適宜的環(huán)境因素，將會(huì)使微生物生長受到抑制或者改變微生物的特性；惡劣的環(huán)境可使微生物發(fā)生死亡。因此，人類在認(rèn)識(shí)和分析環(huán)境于微生物種種關(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同微生物的特性，提供各種適宜的環(huán)境條件使之旺盛地生長發(fā)育，發(fā)揮其對(duì)人類有益的作用；在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等方面，則利用不同的環(huán)境因素去改造、限制甚至消滅有害微生物，使人體免受其害。這樣就能使不同類型的微生物更好地服務(wù)于人類。 影響微生物生長發(fā)育的環(huán)境因素，除前面所講的營養(yǎng)物質(zhì)外，主要有溫度、濕度、滲透壓、pH值，光和射線以及各類化學(xué)藥物等。一、溫度微生物在生長發(fā)育過程中，細(xì)胞內(nèi)所進(jìn)行的一系列物理和化學(xué)變化，都需要一定的溫度條件。因此，溫度對(duì)微生物生長具有及其重要的作用。一般情況下，溫度超出其最低或最高限度，就有可能使微生物生長停止或菌體死亡，在其溫度需求范圍中也有一個(gè)最適的溫度能使微生物生長最為旺盛。根據(jù)在不同溫度條件下微生物的生長發(fā)育情況，通常把微生物分成高溫性、中溫性和低溫性三類。各類不同的微生物在其生長溫度范圍內(nèi)，從最低溫度逐漸升溫時(shí)，代謝活動(dòng)加強(qiáng)，生長速度加快，當(dāng)其超過最適生長溫度之后，其代謝活動(dòng)和生長速率逐步減弱。 在生長溫度范圍之外，高溫和低溫條件對(duì)微生物生長影響是不相同的。高溫可引起微生物細(xì)胞原生質(zhì)變性，酶結(jié)構(gòu)破壞和酶活性喪失，而造成菌體的死亡。溫度越高，死亡率越大。微生物對(duì)高溫也有一定的抵抗能力。依其種類和生長時(shí)間以及有或無芽孢、孢子等有所不同。無芽孢或孢子的菌體在溶液中，于55~60℃條件下經(jīng)30分鐘就可死亡，70℃時(shí)僅需10~15分鐘就可死亡；酵母和霉菌的菌絲體在50~60℃條件下，10分鐘就死亡；細(xì)菌的芽孢和霉菌的孢子對(duì)熱具有很強(qiáng)的抵抗力，在沸水中煮一小時(shí)也不易死亡。在科研和生產(chǎn)中所采用的高溫滅菌就是為了徹底殺死包括芽孢在內(nèi)的一切微生物。 低溫條件可使微生物的代謝活動(dòng)降低而處于休眠狀態(tài)，其細(xì)胞同原生質(zhì)等不受破壞，故生命依然存在。一旦環(huán)境中溫度適合又可繼續(xù)生長發(fā)育。因此可利用低溫條件保藏菌種，以及用冷藏法保藏食物。 此外，有的微生物在不同的生長發(fā)育階段對(duì)溫度的要求也往往有所區(qū)別：例如雙孢蘑菇在其菌絲生長階段要求的適溫為20—23℃，而在于實(shí)體發(fā)育階段則要求16—18℃。二、濕度由于微生物細(xì)胞含水量為70—85％，因此在其生長發(fā)育過程中，必須保證充足的水供給和環(huán)境中較高的空氣濕度(相對(duì)濕度80—90％)。干燥的生長環(huán)境將會(huì)使菌體大量失水而引起菌體內(nèi)代謝活動(dòng)停止甚至死亡。細(xì)菌的芽孢和霉菌的孢子，對(duì)干燥的環(huán)境具有很強(qiáng)的抗性。在此干燥環(huán)境中可保存數(shù)年至數(shù)十年而不死亡。當(dāng)其在適宜的濕度環(huán)境中就可繼續(xù)生長繁殖。因此在發(fā)酵生產(chǎn)中常以孢子或芽孢制備成砂土管菌種得以長期保藏。三、滲透壓 微生物正常的生命活動(dòng)就要求環(huán)境具有適當(dāng)?shù)臐B透壓。驟然升高或降低生長環(huán)境的滲透壓，都將引起微生物細(xì)胞的不同反應(yīng)：在等滲透壓的溶液中，細(xì)胞維持原有狀態(tài)進(jìn)行正常的代謝活動(dòng)，微生物生長發(fā)育良好。因此，在培養(yǎng)微生物過程中應(yīng)注意生長環(huán)境中的無機(jī)鹽類以及溶液的濃度，使之具有一定的滲透壓——等滲透壓環(huán)境。常用的生理鹽水(0．9％NaCl溶液)即為等滲液的一種。在高滲溶液的環(huán)境中，菌體細(xì)胞易于失水，發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，而影響微生物正常生長發(fā)育，甚至使微生物死亡。當(dāng)微生物生長在低滲透壓的環(huán)境中時(shí)，則菌體細(xì)胞易于吸水膨漲使細(xì)胞發(fā)生破裂。因此，在進(jìn)行微生物樣品稀釋時(shí)，常以生理鹽水代替蒸餾水，以防菌體吸水膨脹而破裂。四、pH值環(huán)境中酸堿度即pH值對(duì)微生物生長發(fā)育影響很大。這是因?yàn)槊糠N微生物都要求在一定pH值范圍內(nèi)，才能維持其正常的生理代謝活動(dòng)。 如果環(huán)境中pH值超過了微生物所要求的范圍，就會(huì)由于氫離子濃度的變化而影響細(xì)胞膜電荷，使對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和酶的活性發(fā)生變化，表現(xiàn)為降低或者抑制微生物生長發(fā)育。引起pH值的變化除外界因素外，還可因微生物自身對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的分解而產(chǎn)生酸性或堿性物質(zhì)，從而造成生長環(huán)境中pH值的改變。因此，在培養(yǎng)基中加入適量的緩沖物質(zhì)，如磷酸鹽、硝酸鹽類，自行調(diào)節(jié)環(huán)境中的酸堿度，以免因培養(yǎng)基中pH值發(fā)生過份的變化而影響微生物的正常生長發(fā)育。五、氧化還原電位 環(huán)境中的氧化還原電位(En)同微生物的生長的關(guān)系極為密切，并同氧的分壓(通氣情況)也有聯(lián)系。微生物在其生長活動(dòng)過程中，由于某些代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生(如H2S)和另一些有機(jī)質(zhì)的消耗(如半胱氨酸等)，都會(huì)引起環(huán)境中氧化還原電位的變化。各種不同類型的微生物生長發(fā)育所要求的氧化還原電位也不一樣：好氣性微生物需要在有氧條件下進(jìn)行呼吸作用，因此所處的生長環(huán)境氧化還原電位也較高。一般為十0．1伏以上，最適的氧化還原電位值為十0．3~0．4伏。厭氣性微生物必須在無氧的條件下進(jìn)行無氧呼吸作用。兼性厭氣微生物對(duì)氧化還原電位適應(yīng)范圍很廣泛，無論在氧化還原電位值高或低的情況下都能正