4—4 微生物的生长
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一、对微生物群体生长规律的研究
是将少量的某种细菌接种到_______容积的_______培养基中培养。进行测定的方法有两种：一种是测细菌的_______，另一种是测_______。
答案：恒定 液体 细胞数目 重量
二、生物生长曲线
微生物生长曲线包括四个时期：_______、对数期、_______、衰亡期。其中调整期的微生物代谢_______，体积增长快，大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP以及其他细胞成分。处于对数期的微生物，代谢旺盛，个体的形态和生理特性_______，常作为生产用的菌种（也叫种子）和科研的材料。在稳定期，活菌数目达到最高峰，细胞内大量积累代谢产物，特别是_______代谢产物，某些细菌的_______也是在这个时期形成的。到了衰亡期，细胞会出现多种形态，甚至畸形，有些细胞开始解体，释放出代谢产物等。
答案：调整期 稳定期 活跃 比较稳定 次级 芽孢
探究归纳
要点1 微生物的生长
【例1】 2004江苏高考 掌握微生物群体的生长规律，目的是更好地研究和利用它们，下列有关描述中错误的是（ ）
A.生产上常常用对数期的细菌作为菌种
B.在稳定期中适当补充营养物质有利于提高产量
C.连续培养延长了培养周期，从而提高产量
D.调整期细菌的代谢活跃，体积增长快
解析：考查了微生物的有关知识,能力要求B。A项处于对数期的细菌，代谢旺盛，生长速率快，个体形态和生理特性比较稳定，常用作生产菌种；B项进入稳定期后，抗生素等代谢产物逐渐增多，此时适当地补充营养物质，有助于提高代谢产物的产量，采取了连续培养的方法延长稳定期，来获得较多的产物；D项调整期的细菌代谢活跃，体积增长较快，大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP以及其他成分。C项连续培养应缩短培养周期，故不对。
答案：C
归纳与迁移
种群增长的“J”型曲线和“S”型曲线
相同点分析：
(1)在开始一段时间，都是呈指数增长，原因是这时的环境对培养细菌的生长来说相当于理想环境，培养液中的营养条件是相当充分的。
(2)在开始一段时间后，细菌生长曲线体现出“S”型曲线的特点，有一个K值，说明此时，培养条件的有限限制了种群数量的继续增长。
(3)细菌增长曲线和“S”型曲线都有一个K值，即环境条件所允许的最大值，说明环境都是有限的。
不同点分析：
(1)细菌在开始一段时间比一般的“J”型曲线增长明显快，原因是细菌进行二分裂方式繁殖，数目增加快。可以用数学方法，如菲波拉契数列来分析。
(2)在后面一段时间，细菌生长曲线出现了种群数量的减少（衰退），原因是这时的培养条件不光是有限的（限制增长），而且对于培养的细菌来说，还是不断减少的。这一区别是关键。一般的种群所处的环境条件虽然有限，但能不断地更新，能够不断提供生物生长的一定条件，而现在研究过程中细菌是采用分批培养的方式，营养没有得到更新，才会出现这个时期。
要点2 影响微生物生长的因素
【例2】 测定3类细菌对氧的需要，让它们在3支不同的试管中生长，图4-4-1显示了细菌的生长层。据此判断：只能在需氧培养基中繁殖、只能在无氧培养基中繁殖、在有氧和无氧的培养基中都能繁殖的细菌依次是（ ）
图4-4-1
A.Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ
B.Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ
C.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
D.Ⅰ、Ⅲ、Ⅱ
解析：试管培养基的表面是有氧环境，内部是缺氧环境，故厌氧型细菌在试管底部大量繁殖，而需氧型细菌在试管培养基表面大量繁殖，兼性厌氧细菌在有氧或厌氧条件下均能生长，所以在整个试管培养基中都能繁殖。
答案：A
归纳与迁移
1.温度
温度是通过影响微生物膜的液晶结构、酶和蛋白质的合成与活性，以及RNA的结构和转录等影响微生物的生命活动。
2.pH
pH表示某溶液中氢离子浓度的负对数值
（1）影响细胞质膜电荷和养料的吸收；
（2）影响酶的活性；
（3）改变环境中养料的可给性或有害物质的毒性。微生物作为一个总体来说，其生长的pH范围极广，绝大多数种类都生长在pH5～9之间。
3.氧
（1）好氧微生物。
（2）兼性好氧微生物。
（3）厌氧微生物。
汗老师讲方法
1.调整期
当微生物群体被接种到新鲜培养基中，开始一段时间内，通常不立即进行细胞分裂、增殖,生长速率近于零，细胞数目几乎保持不变，甚至稍有减少，这段时间被称为调整期。调整期细胞的主要特征是代谢活跃，体积增大，从介质中快速吸收各种营养物质，大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP和其他细胞成分，为细胞分裂作准备。
2.对数期
一旦微生物细胞的生理修复或调整完成，调整期即告结束，细胞开始进入快速分裂阶段。由于这一时期细胞数目的增加以几何级数进行，故称对数期。对数期的细胞分裂速度最快、代时最短、代谢活动旺盛、对环境变化敏感，并且细胞内的核糖体等组分也像细胞数目一样以同样的对数生长速率增加，细胞合成核糖体以及蛋白质越多，其生长速率也越快。但它们的生长速率却变化很大，这与菌种本身的遗传特性有关，还受环境条件（如温度、培养基成分等）的影响。
3.稳定期
如果对数期的细胞分裂不受节制地连续进行，理论上一个代时为20 min、重10～12 g的细菌群体，经过48 h的对数生长之后，其群体重量可达地球重量的4 000倍。然而这种情况并没有发生。在一个封闭的系统中，微生物的对数生长只能维持一个短暂的时期，最终生长将会降低，代谢延长，细胞活力减退，进入了稳定期。此时新生的细胞数目与死亡的细胞数目相等，总菌数达到最大值，活菌数保持恒定。这是因为随着微生物细胞的生长和数目的增加，培养基中的营养物质会被逐渐消耗而不能满足生长需要，代谢过程中产生的废物甚至有害物质积累达到了抑制生长的水平，氧气消耗导致了厌氧环境的出现。稳定期细胞的特征是从生理上的年轻转化为衰老，代谢活力钝化，细胞含有较少的核糖体，RNA和蛋白质合成缓慢，mRNA的水平低下，因此细胞的生长变得不平衡，细胞的形状有的也发生改变。
4.衰亡期
如果处于稳定期的细菌继续培养，细胞的死亡率将逐渐增加，最终群体中活的细胞数目将以对数速率急剧下降，此阶段就被称为衰亡期。衰亡期细胞的总数虽然镜检直接计数可以保持不变，但间接菌落计数检测到的活细胞数目却在减少，伴随着细胞的裂解或自溶可释放出一些代谢产物，如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。菌体细胞呈现多种形态，有时产生畸形。
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