第六章 微生物的生长及其控制
第一节 测定生长繁殖的方法
第二节 微生物的生长规律
第三节 影响微生物生长的主要因素
第四节 微生物的纯培养
第五节 有害微生物的控制
第七章 微生物的生长及其控制
生长 (growth),微生物在适宜的条件下，不断从周围环境
中吸收营养物质转化为构成细胞物质的组分和结构，使
个体细胞 质量 增加和 体积 增加，称为生长。
繁殖 (reproduction),细胞个体数目的增加称为繁殖。
个体和群体的关系：
个体生长 →→ 个体繁殖 → → 群体生长
群体生长 =个体生长 +个体繁殖
第一节 测定生长繁殖的方法
? 目前测定微生物群体生长的方法大致不外乎二大类：一类
是测定细胞物质量的增加；一类是测定细胞数目的增加。
1、侧生长量（细胞量的测定）
（ 1）干重法,该方法是将单位体积培养液中的菌体，用清
水洗净，然后放入干燥器内加热或减压干燥，最后再用精
密仪器测定其干重。一般来说，干重约为湿重的 10~20%，
即 1mg干菌 =5~10mg湿菌 =4~5× 109个菌体。
（ 2）间接法
①比浊法：其原理是根据在一定的浓度范围内，菌悬液的
微生物细胞浓度与液体的光密度成正比，与透光度成反
比。菌数越多，透光量越低。因此，可使用光电比色计
测定，通过测定菌悬液的光密度或透光率反映细胞的浓
度。
②生理指标法 ——测含氮量法：微生物细胞的含氮量一般
比较稳定，所以常作为生长量的指标。如细菌含氮量约
为菌体干重的 14%。含氮量乘以 6.25即可粗测出其蛋白质
含量。
③其他法：另外还有测定耗氧量或其它代谢产物作为细胞
量的指标。
2、测繁殖数（细胞数的测定）
适用范围：单细胞状态（细菌、放
线菌），以计算个体数目为计算
原则。
常用的方法有：
（ 1）显微直接计数法
? 即在显微镜下直接进行计数，常
利用细菌计数板和血球计数板进
行计数。
? 总菌数（活菌、死菌）
（ 2）平板菌落计数法,这是实践中最常用的一种方法。
常用来测定牛奶、食品、水及其它材料中的含菌数。
有些细菌如无法在固体培养基中生长或其他原因，可
用液体稀释法，借助统计学来判断其活菌数。通过查
MPN（ Most Probable Number）来测知样品中活菌的
可能数目。
（ 3）薄膜过滤计数法,将定量的样品 (空气或水 )通过薄
膜后,菌体被阻留在滤膜上,取下薄膜进行培养,计算上
面的菌数而求出样品中所含菌数。这种方法适用于测
定量大但含菌数少的样品。
第二节 微生物的生长规律
一、细菌的个体生长和同步生长
1、研究微生物生长变化规律的方法
（ 1）用电子显微镜观察细菌细胞的超薄切片；
（ 2）采用同步培养技术，观察群体生长变化来研究个体的
生长变化。
2、同步培养
同步培养：设法使群体中的所有细胞尽可能都处于同样细胞
生长和分裂周期，这种培养方法称为同步培养。
同步生长：利用同步培养技术而使细胞群体处于分裂步调一
致的状态（在培养物中的所有细菌，都处于同样细胞生长
和分裂周期中生理状态），称为同步生长。
3、获得同步生长的方法,诱导法和筛选法
（ 1）诱导法：通过环境条件
化学诱导法：利用停止或限制供给微生物细胞分裂所必
需的某种养料，使所有的细胞都处于临分裂状态（但不分
裂），然后在某一时刻供给细胞分裂所必需的养分，就能诱
导出同步细胞群体。
物理诱导法：是利用某些物理因子，使处于即将分裂的
细胞的代谢活动受到抑制，从而使细胞在分裂阶段前停止，
以求得以后分裂的同步。
（ 2）筛选法：通过选择性过
滤和梯度离心
又称淘析法，主要有过滤法、
区带密度梯度离心法和膜洗
脱法。
二、单细胞微生物的典型生长曲线
? 细菌群体生长的特征：,细菌的群体生长是按指数速率进行
的，即指数生长”。用方程式表示：
X2=X1*2n
? 单细胞微生物的典型生长曲线,将少量单细胞微生物 纯培养
菌种 接种到新鲜的液体培养基中，在最适条件下培养，在培
养过程中定时测定菌体的数量，再以几何曲线表示,以菌数
的对数为纵坐标，时间为横坐标,所绘成的曲线称为 典型生
长曲线 。
根据细菌生长繁殖速度的不同可分为四个时期。
1、延滞期
群体生长速度近于零；生长速率常数为零；细
胞重量增加，体积增大，但不分裂繁殖；合成代
谢活动旺盛，细胞中 DNA含量增多。
影响延迟期长短的因素菌种、接种龄、接种量、
培养基成分。
2、对数期
生长速率常数最大；菌数以几何级数增加；
酶系活跃，代谢旺盛。
影响指数期微生物增代时间的因素有菌种、
营养成分、营养物浓度、培养温度等。
3、稳定期
此时期微生物群
体中新繁殖的细胞
数目与死亡的细胞
数目基本上处于平
衡稳定的状态，生
长速率常数为零。
稳定期到来的
原因,① 营养物尤
其是生长限制因子
的耗尽； ② 营养物
的比例失调； ③ 有
害代谢产物的累积；
④ pH、氧化还原电
位等物化条件越来
越不适宜等。
4、衰亡期
微生物
个体死亡
速度超过
新生速度，
呈现负增
长状态，
生长速率
常数为负
值。细菌
总数急剧
下降，细
胞出现多
形化等。
原因：
外界环境
引起分解
代谢大于
合成代谢 。
1、延滞期（或称延迟期、滞留适应期）（ lag phase)
指少量微生物接种到新培养基中，在开始培养的一
段时间内细胞数目不增加的时期。
（ 1）特点：①群体生长速度近于零； ②细胞重量增加，
体积增大，但不分裂繁殖；③细胞内的 RNA特别是
rRNA含量增高，原生质嗜碱性； ④代谢活动特别是合
成代谢旺盛； ⑤对外界不利条件反应敏感。
（ 2）原因：合成新的代谢酶类，适应新环境。
（ 3）影响延迟期长短的因素：
菌种、接种龄、接种量、培养基成分。
2、指数期（又称对数生长期）（ log phase)：紧接延滞
期的细胞数以几何级数增长的时期。
（ 1） 特点：①菌数以几何级数增加； 生长速率常数最
大，代时最短而且稳定； ② 个体形态、化学组成、生
理特性均较为一致 ； ③酶系活跃，代谢旺盛。
（ 2）影响指数期微生物增代时间的因素：菌种、营养成
分、营养物浓度、培养温度等。
实践意义：对数生长期的微生物其个体形态，化学组成
和生理特性等均较一致，代时稳定，代谢旺盛，生长
迅速，是研究基本代谢的良好材料，也是发酵生产的
良好种子。
3、稳定期 (stationary phase)
? 又称最高生长期，此时期微生物群体中新繁殖的细胞数目
与死亡的细胞数目基本上处于平衡稳定的状态。
（ 1）特点：生长速率等于 0；菌体产量达到最高点。
（ 2） 稳定期到来的原因：①营养物尤其是生长限制因子的
耗尽； ②营养物的比例失调； ③有害代谢产物的累积；
④ pH、氧化还原电位等物化条件越来越不适宜等。
（ 3）实践意义,细胞开始积累糖原、异染颗粒和脂肪等内含
物，形成芽孢，次生代谢产物形成。
4、衰亡期 (decline phase)
（ 1）细胞生活力衰退，死亡率增加，细菌总数急剧下降。
细胞出现多形态；有的微生物出现自溶现象；有的会
进一步合成或释放对人类有益的抗生素等次生代谢物；
芽孢杆菌在这一时期会产生芽孢；等等。
（ 2） 原因：外界环境对继续生长越来越不利，引起细胞
内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体死亡。
三、微生物的连续培养
1、连续培养 (continuous culture)，又称开放培养
? 在一恒定的培养容器的流动系统中，以一定的流动速
度不断补充入新的营养物质，同时以相同的速度排出
培养物（包括菌体及代谢产物），使流动系统内的流
量，细胞数量和营养状态维持恒定，使培养的微生物
处于对数生长期的时间继续延长下去，这种方法称为
连续培养 。
2,连续培养的方法：
连续培养器的类型很多（ P158表解）
按控制方式分：
恒浊法 （借助光电系统控制微生物生长密度）
恒化法 （控制某一关键营养物浓度 ）。
应用：连续发酵
优点,① 高效 ② 可实现自动化控制
缺点,① 菌种易退化 ② 易染菌 ③ 营养物利用率低, 产量常数小
按培养器级数分：
单级连续培养器
多级连续培养器
3、连续发酵,连续培养如果用于生产实践，就称为连续
发酵。
其优点：高效、自控、质稳、节约
其缺点：菌种易退化、易污染、营养物的利用率一般较低
4、连续培养技术的应用：
SCP
石油脱蜡
污水处理
四、微生物的高密度培养 （ P159）
1、高密度培养（ high cell-density culture,HCDC)：
2、应用：
3、高密度培养时应注意的问题：
第三节 影响微生物生长的因素
一、温度
? 从微生物界整体来看，微生物可以在 -10~100℃ 范围内生
长。但就具体的某种微生物来讲，它只能在一定的温度范
围内生长。
? 在这一定的温度范围内，每种微生物都有自己的生长温度
三基点,最低生长温度、最适生长温度和最高生长温度 。
在生长温度三基点内，微生物都能生长，但生长速率不一
样。
温度对微生物的生长具有双重影响。一方面，在一定的温度范
围内，随着温度的上升，代谢活动逐渐旺盛，生长速度加快；
另一方面，随着温度的上升，细胞内物质如蛋白质、酶、核酸
等对温度比较敏感，逐渐变性失活。所以微生物处于它自己的
生长温度三基点之外是极为不利的。
微生物生长的温度类型：
1.最低生长温度,生长繁殖的温度下限，低于该温度微生物
将停止生长。
机理,反复冻融会使细胞内的水分变成冰晶，造成细胞明显
脱水，此外冰晶往往还造成细胞尤其细胞膜的物理损伤，
从而导致细胞死亡。若采取快速冷冻，同时在细胞悬液中
加入保护剂，则可减少冰冻对细胞的有害效应。这主要是
因为快速冷冻时细胞内形成的冰晶体积小，造成的机械损
伤小，而保护剂（如甘油、血清、葡萄糖等）可降低脱水
的有害作用。
? 低温一般不易导致微生物死亡，微生物可以在低温下较长
期地保存其生活能力，因此才有可能用低温保藏微生物。
2.最适生长温度,微生物的最适生长温度，是指它生长速
率最高时和分裂代时最短时的培养温度，但并不等于它
能大量累积代谢产物时的温度。但它不一定就是微生物
一切代谢活动最好的温度。
? 只有通过试验，才能掌握什么样的生理活动需要多少温
度才算适宜。例如生产味精的菌种 A.S.1299，它的最适
生长温度是 30~32 ℃,而累积谷氨酸的温度以 34-36 ℃
为宜。
? 现在，国外利用电子计算机，通过对发酵温度最佳点的计算，发
现在青霉素发酵生产时，各阶段如采用变温培养比在 25℃ 下进行
恒温培养提高产量 14%以上。变温培养的具体作法是：接种后在
30℃ 下培养 5小时，将温度降至 25℃ 培养 35小时，再下降至 20℃
培养 85小时，最后又增温到 25℃ 培养 40小时后放罐。
3.最高生长温度,微生物生长繁殖的上限，在此条件下，
微生物仅有微弱的生长，一旦温度超过此限，将停止
其生长并导致死亡。 微生物所能适应的最高生长温度
与其细胞内酶的性质有关。
致死温度,在 10分钟内，杀死全部供试微生物的温度下
限。基质：生理盐水；浓度：每毫升 108个细胞。
生产实践指导意义,①过尤不及；②变温控制；③消毒、
灭菌的标准。
微生物类型
生长温度范围 （ ℃ ）
分布
最低 最适 最高
低温型
专性嗜冷 －１２ ５～１５ １５～２０ 两极
兼性嗜冷 －５～０ １０～２０ ２５～３０ 深海、冷藏
中温型
室温型
１０～２０
２０～３５
４０～４５
腐生菌
体温型 ３５～４０ 寄生菌
高温型 ２５～４５ ５０～６０ ７０～９５ 温泉、堆肥
按生长温度范围分类
小结：
? 低温生长机制,① 酶的最适温度低； ② 细胞膜中不饱和脂
肪酸含量高
? 低温杀 (抑 )菌机制：
水 → 冰晶 → 损伤膜系统 → 细胞质泄漏 → 死亡
? 菌种保藏,加保护剂 （ 防止冰晶过大, 降低细胞脱水 ）,
杜绝反复冻融 。
? 高温生长机制,① 酶, 蛋白质对热稳定； ② 细胞膜中饱和
脂酸多 。
二、氧气
? 按照微生物与氧的关系，可把微生物分成好氧菌和厌氧菌
两大类，并可继续细分为五类。
（ 1）专性好氧菌,必须在有分子氧的条件下才能生长，有
完整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞含超氧化
物歧化酶（ SOD）和过氧化氢酶。绝大多数真菌和许多细菌
都是专性好氧菌。
（ 2）兼性厌氧菌（兼性好氧菌）：
?在有氧或无氧条件下均能生长，但有
氧情况下生长得更好；在有氧时靠呼
吸产能，无氧时借发酵或无 氧呼吸产
能；细胞含 SOD和过氧化氢酶 。许多
酵母菌和许多细菌都是兼性厌氧菌。
（ 3）微好氧菌：
?只能在较低的氧分压下才能正常生长
的微生物。也通过呼吸链并以氧为最
终受体而产能。
（ 4）耐氧菌,一类可在分子氧存在下进行厌氧
生活的厌氧菌，即它们的生长不需要氧，分
子氧对它也无毒害。不具有呼吸链，仅依靠
专性发酵获得能量。细胞内存在 SOD和过氧化
物酶，但缺乏过氧化氢酶。一般的乳酸菌多
数是耐氧菌。
（ 5）厌氧菌,分子氧对它们都毒，即使短期接
触空气，也会抑制其生长甚至致死；在固体
或半固体培养基深层才能生长；生命活动所
需能量通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸
化或甲烷发酵等提供；细胞内缺乏 SOD和细胞
色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶。
为什么氧气存在能够抑制甚至杀死厌氧菌？
氧气进入菌体后，能接受电子而产生不同还原性的
氧离子，如过氧离子、过氧化物自由基。
过氧化物自由基和过氧离子都是很强的氧化剂，对微
生物有毒，能氧化微生物过程中所必需的酶。好氧菌、兼
性需氧菌以及微量需氧菌体内含有 过氧化物歧化酶（ SOD)
和过氧化氢酶 。这两种酶能将过氧化物自由基和过氧离子
还原成没有毒性的水分子，所以它们不会被氧气所杀死。
耐氧菌虽没有过氧化氢酶，但有 过氧化物酶,能合成 SOD，
而不会被氧毒害。
厌氧菌体内都没有这些酶，所以不能忍受氧气。
SOD学说,1971年 McCord & Fridovich
超氧化物阴离子自由基
超氧化物歧化酶
SOD的介绍（ P164）
三,pH
pH值对微生物的生长繁殖影响很大。从微生物界整体来
看,pH值在 5~9范围内,较易生长。
各类微生物之间略有差异。和温度一样，对每种具体的
微生物来讲，只能在一定的 pH值范围内生长，也有自己的生
长 pH三基点：最低 pH值、最适 pH值和最高 pH值。
（ 1）微生物生长繁殖的 pH值
大多数细菌、放线菌喜欢生活在中性偏碱的环境中，细菌
最适的 pH在 7.0~8.0之间，放线菌的最适 pH在 7.5~8.5之间；而
酵母菌和霉菌刚好相反，适合在偏酸的条件下生长，霉菌的
最适 pH值在 4.0~5.8之间，酵母菌在 3.8~6.0之间。
（ 2） pH值对微生物生长的影响，主要表现在二个方面：
A）能影响细胞膜的电荷，从而影响微生物对营养物
质的吸收；
B）能影响代谢过程中酶的活性，从而影响微生物的
生命活动。
微生物在不同的生理阶段有不同的最适 pH值，因此在
发酵工业中，常通过控制 pH值来达到预期的目的。如黑曲
霉进行发酵,pH值在 2~3时，发酵产物主要是柠檬酸，只
有极少量的草酸；而当 pH值接近中性时，则产生大量草酸。
（ 3）微生物的生长对环境 pH值的影响
微生物在生长过程中，由于代谢作用,会产生酸性
或碱性的代谢物,从而改变培养基或周围环境的 pH值。
为了避免 pH值大幅度改变，而影响微生物生命活动
的正常进行，通常采用添加缓冲剂或加入不溶解的碳酸
盐的方法。 在中性培养基内常加入磷酸盐缓冲剂；当培
养物中产生大量酸时，可在配制培养基时加入不溶性的
碳酸盐。
分类 微生物总体生长 PH（ 〈 2~〉 8,多数 （ 5~9））
a,嗜碱微生物：硝化菌, 根瘤菌, 放线菌, PH＞７
b,耐碱微生物：某些链霉菌
c,中性微生物,PH7
d,耐酸微生物：乳酸菌
e,嗜酸微生物：真菌,PH ５－６
微生物生命活动对环境 PH的影响
培养基成分：
① 糖类 (脂肪 )发酵氧化 (水解 ) 有机酸 PH下降
② 蛋白 NH４
③ NH+4,NO－ 3 OH－ PH增大
实践意义
（ 1） 变 PH调节, 提高效率：
黑曲霉,PH 2.5~6.5生长； PH 2~2.5主产柠檬酸； PH 7，
主产草酸 。
（ 2） PH调节
外源调节,a.“治标” 过酸：加 NaOH,Na2CO3中和；
过碱：加 H2SO4,HCI
b.“治本” 过酸：加适量氮源，提高通气量；
过碱：加碳源，降低通气量
内源调节,a,小范围：缓冲体系；
b,大变动：备用碱 CaCO3
第四节 微生物的培养法
一、实验室培养法
（一）固体培养
1、好氧菌的培养：主要有试管斜面、培养皿平板及较
大型的克氏扁瓶、茄子瓶等的平板培养方法。
2、厌氧菌的培养：首先需要有配制特殊的培养基。还
原剂和氧化还原指示剂。
1）高层琼脂柱
2） Hungate滚管技术
3）厌氧培养皿
4）厌氧灌技术
5）厌氧手套箱
（二）液体培养
1、好氧菌的培养：增加培养液与氧的接触面积或提高氧的
分压来提高溶氧速率。
措施：①浅层液体静止培养②摇瓶培养③在深层液体底部
加压通气④培养液机械搅拌。
试管液体培养；三角瓶浅层液体培养；摇瓶培养；台式
发酵罐
2、厌氧菌的培养
厌氧罐或厌氧手套箱中培养；有氧环境下，培养基加入
巯基乙酸、半胱氨酸、维 C等有机还原剂，或加入无机还
原剂（ Fe），在此基础上深层培养或封石蜡油。
二、生产实践中微生物的培养
（一）固体培养
1、好氧菌的曲线培养
2、厌氧菌的堆积培养
（二）液体培养
1、好氧菌的培养
2、厌氧菌大规模的液体培养
第一节 测定生长繁殖的方法
第二节 微生物的生长规律
第三节 影响微生物生长的主要因素
第四节 微生物的纯培养
第五节 有害微生物的控制
第七章 微生物的生长及其控制
生长 (growth),微生物在适宜的条件下，不断从周围环境
中吸收营养物质转化为构成细胞物质的组分和结构，使
个体细胞 质量 增加和 体积 增加，称为生长。
繁殖 (reproduction),细胞个体数目的增加称为繁殖。
个体和群体的关系：
个体生长 →→ 个体繁殖 → → 群体生长
群体生长 =个体生长 +个体繁殖
第一节 测定生长繁殖的方法
? 目前测定微生物群体生长的方法大致不外乎二大类：一类
是测定细胞物质量的增加；一类是测定细胞数目的增加。
1、侧生长量（细胞量的测定）
（ 1）干重法,该方法是将单位体积培养液中的菌体，用清
水洗净，然后放入干燥器内加热或减压干燥，最后再用精
密仪器测定其干重。一般来说，干重约为湿重的 10~20%，
即 1mg干菌 =5~10mg湿菌 =4~5× 109个菌体。
（ 2）间接法
①比浊法：其原理是根据在一定的浓度范围内，菌悬液的
微生物细胞浓度与液体的光密度成正比，与透光度成反
比。菌数越多，透光量越低。因此，可使用光电比色计
测定，通过测定菌悬液的光密度或透光率反映细胞的浓
度。
②生理指标法 ——测含氮量法：微生物细胞的含氮量一般
比较稳定，所以常作为生长量的指标。如细菌含氮量约
为菌体干重的 14%。含氮量乘以 6.25即可粗测出其蛋白质
含量。
③其他法：另外还有测定耗氧量或其它代谢产物作为细胞
量的指标。
2、测繁殖数（细胞数的测定）
适用范围：单细胞状态（细菌、放
线菌），以计算个体数目为计算
原则。
常用的方法有：
（ 1）显微直接计数法
? 即在显微镜下直接进行计数，常
利用细菌计数板和血球计数板进
行计数。
? 总菌数（活菌、死菌）
（ 2）平板菌落计数法,这是实践中最常用的一种方法。
常用来测定牛奶、食品、水及其它材料中的含菌数。
有些细菌如无法在固体培养基中生长或其他原因，可
用液体稀释法，借助统计学来判断其活菌数。通过查
MPN（ Most Probable Number）来测知样品中活菌的
可能数目。
（ 3）薄膜过滤计数法,将定量的样品 (空气或水 )通过薄
膜后,菌体被阻留在滤膜上,取下薄膜进行培养,计算上
面的菌数而求出样品中所含菌数。这种方法适用于测
定量大但含菌数少的样品。
第二节 微生物的生长规律
一、细菌的个体生长和同步生长
1、研究微生物生长变化规律的方法
（ 1）用电子显微镜观察细菌细胞的超薄切片；
（ 2）采用同步培养技术，观察群体生长变化来研究个体的
生长变化。
2、同步培养
同步培养：设法使群体中的所有细胞尽可能都处于同样细胞
生长和分裂周期，这种培养方法称为同步培养。
同步生长：利用同步培养技术而使细胞群体处于分裂步调一
致的状态（在培养物中的所有细菌，都处于同样细胞生长
和分裂周期中生理状态），称为同步生长。
3、获得同步生长的方法,诱导法和筛选法
（ 1）诱导法：通过环境条件
化学诱导法：利用停止或限制供给微生物细胞分裂所必
需的某种养料，使所有的细胞都处于临分裂状态（但不分
裂），然后在某一时刻供给细胞分裂所必需的养分，就能诱
导出同步细胞群体。
物理诱导法：是利用某些物理因子，使处于即将分裂的
细胞的代谢活动受到抑制，从而使细胞在分裂阶段前停止，
以求得以后分裂的同步。
（ 2）筛选法：通过选择性过
滤和梯度离心
又称淘析法，主要有过滤法、
区带密度梯度离心法和膜洗
脱法。
二、单细胞微生物的典型生长曲线
? 细菌群体生长的特征：,细菌的群体生长是按指数速率进行
的，即指数生长”。用方程式表示：
X2=X1*2n
? 单细胞微生物的典型生长曲线,将少量单细胞微生物 纯培养
菌种 接种到新鲜的液体培养基中，在最适条件下培养，在培
养过程中定时测定菌体的数量，再以几何曲线表示,以菌数
的对数为纵坐标，时间为横坐标,所绘成的曲线称为 典型生
长曲线 。
根据细菌生长繁殖速度的不同可分为四个时期。
1、延滞期
群体生长速度近于零；生长速率常数为零；细
胞重量增加，体积增大，但不分裂繁殖；合成代
谢活动旺盛，细胞中 DNA含量增多。
影响延迟期长短的因素菌种、接种龄、接种量、
培养基成分。
2、对数期
生长速率常数最大；菌数以几何级数增加；
酶系活跃，代谢旺盛。
影响指数期微生物增代时间的因素有菌种、
营养成分、营养物浓度、培养温度等。
3、稳定期
此时期微生物群
体中新繁殖的细胞
数目与死亡的细胞
数目基本上处于平
衡稳定的状态，生
长速率常数为零。
稳定期到来的
原因,① 营养物尤
其是生长限制因子
的耗尽； ② 营养物
的比例失调； ③ 有
害代谢产物的累积；
④ pH、氧化还原电
位等物化条件越来
越不适宜等。
4、衰亡期
微生物
个体死亡
速度超过
新生速度，
呈现负增
长状态，
生长速率
常数为负
值。细菌
总数急剧
下降，细
胞出现多
形化等。
原因：
外界环境
引起分解
代谢大于
合成代谢 。
1、延滞期（或称延迟期、滞留适应期）（ lag phase)
指少量微生物接种到新培养基中，在开始培养的一
段时间内细胞数目不增加的时期。
（ 1）特点：①群体生长速度近于零； ②细胞重量增加，
体积增大，但不分裂繁殖；③细胞内的 RNA特别是
rRNA含量增高，原生质嗜碱性； ④代谢活动特别是合
成代谢旺盛； ⑤对外界不利条件反应敏感。
（ 2）原因：合成新的代谢酶类，适应新环境。
（ 3）影响延迟期长短的因素：
菌种、接种龄、接种量、培养基成分。
2、指数期（又称对数生长期）（ log phase)：紧接延滞
期的细胞数以几何级数增长的时期。
（ 1） 特点：①菌数以几何级数增加； 生长速率常数最
大，代时最短而且稳定； ② 个体形态、化学组成、生
理特性均较为一致 ； ③酶系活跃，代谢旺盛。
（ 2）影响指数期微生物增代时间的因素：菌种、营养成
分、营养物浓度、培养温度等。
实践意义：对数生长期的微生物其个体形态，化学组成
和生理特性等均较一致，代时稳定，代谢旺盛，生长
迅速，是研究基本代谢的良好材料，也是发酵生产的
良好种子。
3、稳定期 (stationary phase)
? 又称最高生长期，此时期微生物群体中新繁殖的细胞数目
与死亡的细胞数目基本上处于平衡稳定的状态。
（ 1）特点：生长速率等于 0；菌体产量达到最高点。
（ 2） 稳定期到来的原因：①营养物尤其是生长限制因子的
耗尽； ②营养物的比例失调； ③有害代谢产物的累积；
④ pH、氧化还原电位等物化条件越来越不适宜等。
（ 3）实践意义,细胞开始积累糖原、异染颗粒和脂肪等内含
物，形成芽孢，次生代谢产物形成。
4、衰亡期 (decline phase)
（ 1）细胞生活力衰退，死亡率增加，细菌总数急剧下降。
细胞出现多形态；有的微生物出现自溶现象；有的会
进一步合成或释放对人类有益的抗生素等次生代谢物；
芽孢杆菌在这一时期会产生芽孢；等等。
（ 2） 原因：外界环境对继续生长越来越不利，引起细胞
内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体死亡。
三、微生物的连续培养
1、连续培养 (continuous culture)，又称开放培养
? 在一恒定的培养容器的流动系统中，以一定的流动速
度不断补充入新的营养物质，同时以相同的速度排出
培养物（包括菌体及代谢产物），使流动系统内的流
量，细胞数量和营养状态维持恒定，使培养的微生物
处于对数生长期的时间继续延长下去，这种方法称为
连续培养 。
2,连续培养的方法：
连续培养器的类型很多（ P158表解）
按控制方式分：
恒浊法 （借助光电系统控制微生物生长密度）
恒化法 （控制某一关键营养物浓度 ）。
应用：连续发酵
优点,① 高效 ② 可实现自动化控制
缺点,① 菌种易退化 ② 易染菌 ③ 营养物利用率低, 产量常数小
按培养器级数分：
单级连续培养器
多级连续培养器
3、连续发酵,连续培养如果用于生产实践，就称为连续
发酵。
其优点：高效、自控、质稳、节约
其缺点：菌种易退化、易污染、营养物的利用率一般较低
4、连续培养技术的应用：
SCP
石油脱蜡
污水处理
四、微生物的高密度培养 （ P159）
1、高密度培养（ high cell-density culture,HCDC)：
2、应用：
3、高密度培养时应注意的问题：
第三节 影响微生物生长的因素
一、温度
? 从微生物界整体来看，微生物可以在 -10~100℃ 范围内生
长。但就具体的某种微生物来讲，它只能在一定的温度范
围内生长。
? 在这一定的温度范围内，每种微生物都有自己的生长温度
三基点,最低生长温度、最适生长温度和最高生长温度 。
在生长温度三基点内，微生物都能生长，但生长速率不一
样。
温度对微生物的生长具有双重影响。一方面，在一定的温度范
围内，随着温度的上升，代谢活动逐渐旺盛，生长速度加快；
另一方面，随着温度的上升，细胞内物质如蛋白质、酶、核酸
等对温度比较敏感，逐渐变性失活。所以微生物处于它自己的
生长温度三基点之外是极为不利的。
微生物生长的温度类型：
1.最低生长温度,生长繁殖的温度下限，低于该温度微生物
将停止生长。
机理,反复冻融会使细胞内的水分变成冰晶，造成细胞明显
脱水，此外冰晶往往还造成细胞尤其细胞膜的物理损伤，
从而导致细胞死亡。若采取快速冷冻，同时在细胞悬液中
加入保护剂，则可减少冰冻对细胞的有害效应。这主要是
因为快速冷冻时细胞内形成的冰晶体积小，造成的机械损
伤小，而保护剂（如甘油、血清、葡萄糖等）可降低脱水
的有害作用。
? 低温一般不易导致微生物死亡，微生物可以在低温下较长
期地保存其生活能力，因此才有可能用低温保藏微生物。
2.最适生长温度,微生物的最适生长温度，是指它生长速
率最高时和分裂代时最短时的培养温度，但并不等于它
能大量累积代谢产物时的温度。但它不一定就是微生物
一切代谢活动最好的温度。
? 只有通过试验，才能掌握什么样的生理活动需要多少温
度才算适宜。例如生产味精的菌种 A.S.1299，它的最适
生长温度是 30~32 ℃,而累积谷氨酸的温度以 34-36 ℃
为宜。
? 现在，国外利用电子计算机，通过对发酵温度最佳点的计算，发
现在青霉素发酵生产时，各阶段如采用变温培养比在 25℃ 下进行
恒温培养提高产量 14%以上。变温培养的具体作法是：接种后在
30℃ 下培养 5小时，将温度降至 25℃ 培养 35小时，再下降至 20℃
培养 85小时，最后又增温到 25℃ 培养 40小时后放罐。
3.最高生长温度,微生物生长繁殖的上限，在此条件下，
微生物仅有微弱的生长，一旦温度超过此限，将停止
其生长并导致死亡。 微生物所能适应的最高生长温度
与其细胞内酶的性质有关。
致死温度,在 10分钟内，杀死全部供试微生物的温度下
限。基质：生理盐水；浓度：每毫升 108个细胞。
生产实践指导意义,①过尤不及；②变温控制；③消毒、
灭菌的标准。
微生物类型
生长温度范围 （ ℃ ）
分布
最低 最适 最高
低温型
专性嗜冷 －１２ ５～１５ １５～２０ 两极
兼性嗜冷 －５～０ １０～２０ ２５～３０ 深海、冷藏
中温型
室温型
１０～２０
２０～３５
４０～４５
腐生菌
体温型 ３５～４０ 寄生菌
高温型 ２５～４５ ５０～６０ ７０～９５ 温泉、堆肥
按生长温度范围分类
小结：
? 低温生长机制,① 酶的最适温度低； ② 细胞膜中不饱和脂
肪酸含量高
? 低温杀 (抑 )菌机制：
水 → 冰晶 → 损伤膜系统 → 细胞质泄漏 → 死亡
? 菌种保藏,加保护剂 （ 防止冰晶过大, 降低细胞脱水 ）,
杜绝反复冻融 。
? 高温生长机制,① 酶, 蛋白质对热稳定； ② 细胞膜中饱和
脂酸多 。
二、氧气
? 按照微生物与氧的关系，可把微生物分成好氧菌和厌氧菌
两大类，并可继续细分为五类。
（ 1）专性好氧菌,必须在有分子氧的条件下才能生长，有
完整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞含超氧化
物歧化酶（ SOD）和过氧化氢酶。绝大多数真菌和许多细菌
都是专性好氧菌。
（ 2）兼性厌氧菌（兼性好氧菌）：
?在有氧或无氧条件下均能生长，但有
氧情况下生长得更好；在有氧时靠呼
吸产能，无氧时借发酵或无 氧呼吸产
能；细胞含 SOD和过氧化氢酶 。许多
酵母菌和许多细菌都是兼性厌氧菌。
（ 3）微好氧菌：
?只能在较低的氧分压下才能正常生长
的微生物。也通过呼吸链并以氧为最
终受体而产能。
（ 4）耐氧菌,一类可在分子氧存在下进行厌氧
生活的厌氧菌，即它们的生长不需要氧，分
子氧对它也无毒害。不具有呼吸链，仅依靠
专性发酵获得能量。细胞内存在 SOD和过氧化
物酶，但缺乏过氧化氢酶。一般的乳酸菌多
数是耐氧菌。
（ 5）厌氧菌,分子氧对它们都毒，即使短期接
触空气，也会抑制其生长甚至致死；在固体
或半固体培养基深层才能生长；生命活动所
需能量通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸
化或甲烷发酵等提供；细胞内缺乏 SOD和细胞
色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶。
为什么氧气存在能够抑制甚至杀死厌氧菌？
氧气进入菌体后，能接受电子而产生不同还原性的
氧离子，如过氧离子、过氧化物自由基。
过氧化物自由基和过氧离子都是很强的氧化剂，对微
生物有毒，能氧化微生物过程中所必需的酶。好氧菌、兼
性需氧菌以及微量需氧菌体内含有 过氧化物歧化酶（ SOD)
和过氧化氢酶 。这两种酶能将过氧化物自由基和过氧离子
还原成没有毒性的水分子，所以它们不会被氧气所杀死。
耐氧菌虽没有过氧化氢酶，但有 过氧化物酶,能合成 SOD，
而不会被氧毒害。
厌氧菌体内都没有这些酶，所以不能忍受氧气。
SOD学说,1971年 McCord & Fridovich
超氧化物阴离子自由基
超氧化物歧化酶
SOD的介绍（ P164）
三,pH
pH值对微生物的生长繁殖影响很大。从微生物界整体来
看,pH值在 5~9范围内,较易生长。
各类微生物之间略有差异。和温度一样，对每种具体的
微生物来讲，只能在一定的 pH值范围内生长，也有自己的生
长 pH三基点：最低 pH值、最适 pH值和最高 pH值。
（ 1）微生物生长繁殖的 pH值
大多数细菌、放线菌喜欢生活在中性偏碱的环境中，细菌
最适的 pH在 7.0~8.0之间，放线菌的最适 pH在 7.5~8.5之间；而
酵母菌和霉菌刚好相反，适合在偏酸的条件下生长，霉菌的
最适 pH值在 4.0~5.8之间，酵母菌在 3.8~6.0之间。
（ 2） pH值对微生物生长的影响，主要表现在二个方面：
A）能影响细胞膜的电荷，从而影响微生物对营养物
质的吸收；
B）能影响代谢过程中酶的活性，从而影响微生物的
生命活动。
微生物在不同的生理阶段有不同的最适 pH值，因此在
发酵工业中，常通过控制 pH值来达到预期的目的。如黑曲
霉进行发酵,pH值在 2~3时，发酵产物主要是柠檬酸，只
有极少量的草酸；而当 pH值接近中性时，则产生大量草酸。
（ 3）微生物的生长对环境 pH值的影响
微生物在生长过程中，由于代谢作用,会产生酸性
或碱性的代谢物,从而改变培养基或周围环境的 pH值。
为了避免 pH值大幅度改变，而影响微生物生命活动
的正常进行，通常采用添加缓冲剂或加入不溶解的碳酸
盐的方法。 在中性培养基内常加入磷酸盐缓冲剂；当培
养物中产生大量酸时，可在配制培养基时加入不溶性的
碳酸盐。
分类 微生物总体生长 PH（ 〈 2~〉 8,多数 （ 5~9））
a,嗜碱微生物：硝化菌, 根瘤菌, 放线菌, PH＞７
b,耐碱微生物：某些链霉菌
c,中性微生物,PH7
d,耐酸微生物：乳酸菌
e,嗜酸微生物：真菌,PH ５－６
微生物生命活动对环境 PH的影响
培养基成分：
① 糖类 (脂肪 )发酵氧化 (水解 ) 有机酸 PH下降
② 蛋白 NH４
③ NH+4,NO－ 3 OH－ PH增大
实践意义
（ 1） 变 PH调节, 提高效率：
黑曲霉,PH 2.5~6.5生长； PH 2~2.5主产柠檬酸； PH 7，
主产草酸 。
（ 2） PH调节
外源调节,a.“治标” 过酸：加 NaOH,Na2CO3中和；
过碱：加 H2SO4,HCI
b.“治本” 过酸：加适量氮源，提高通气量；
过碱：加碳源，降低通气量
内源调节,a,小范围：缓冲体系；
b,大变动：备用碱 CaCO3
第四节 微生物的培养法
一、实验室培养法
（一）固体培养
1、好氧菌的培养：主要有试管斜面、培养皿平板及较
大型的克氏扁瓶、茄子瓶等的平板培养方法。
2、厌氧菌的培养：首先需要有配制特殊的培养基。还
原剂和氧化还原指示剂。
1）高层琼脂柱
2） Hungate滚管技术
3）厌氧培养皿
4）厌氧灌技术
5）厌氧手套箱
（二）液体培养
1、好氧菌的培养：增加培养液与氧的接触面积或提高氧的
分压来提高溶氧速率。
措施：①浅层液体静止培养②摇瓶培养③在深层液体底部
加压通气④培养液机械搅拌。
试管液体培养；三角瓶浅层液体培养；摇瓶培养；台式
发酵罐
2、厌氧菌的培养
厌氧罐或厌氧手套箱中培养；有氧环境下，培养基加入
巯基乙酸、半胱氨酸、维 C等有机还原剂，或加入无机还
原剂（ Fe），在此基础上深层培养或封石蜡油。
二、生产实践中微生物的培养
（一）固体培养
1、好氧菌的曲线培养
2、厌氧菌的堆积培养
（二）液体培养
1、好氧菌的培养
2、厌氧菌大规模的液体培养
