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§ 1 微生物生长与调节 § 1.1 微生物的生长 μ=ln2/td=0.693/ td）。 5、细菌群体的生长周期 ⑴停滞期 通常地，从不太能满足需求的培养基移种到能满足需求的培养基其停滞期缩短；相反如培养物从丰富培养基移种到贫乏的培养基，停滞期一般会延长，这是由于受丰富培养基组分阻遏的生物合成必需重新启动后生长才能恢复。但这种情况对自养菌不适用，因复合有机养分会抑制其生长。 ⑵指数（对数）生长期 通常，在补充有机碳源，特别是葡萄糖的矿物盐培养基中的生长比其他碳源快些。对兼性厌氧菌来说，有氧下的生长通常比无氧快些，这反映出在有氧条件下微生物合成ATP的效率更高。生长在需要花费更多能量来同化的基质中（如硝酸盐）比花费能量少的（如氨）通常要慢些。温度、pH和渗透压等环境条件对生长也有影响。 ⑶静止期 一种情况，待主要或必需养分耗竭，生长也就中止。在含碳-能源有限的合成培养基中从指数生长期转到静止期是突然的，但对生长在复合培养基的培养物则其过渡时间较长，一些辅助的碳基质（主要是氨基酸）先后耗竭。进入静止期常出现很大的代谢变化：对产芽孢的细菌（如枯草芽孢杆菌，某些养分的耗竭启动相继的形态变化，在母细胞内形成高度稳定的休眠芽孢）、对不产芽孢的细菌（DNA再合成一段时间后细胞净重的增加停止，细胞分裂后子细胞个体变小，其RNA含量低。在静止期合成许多蛋白质，包括胞外酶。若生长受外源碳基质或可利用氮源缺少的限制，便不能形成RNA与蛋白质合成所需的中间体。但是，饥饿单细胞通常能从非必需的RNA和蛋白质的水解产物中获得中间体，这是随饥饿开始，胞内核酸酶和蛋白酶的作用所致。这种循环被称为周转（turnover），是一种能使细胞存活和适应环境改变的重要特性。） 另一种情况，静止期的出现也不总是必需养分缺乏的缘故。生长通常伴随pH改变，有时这一改变也会抑制细胞的进一步合成。即使生长在中性糖中且产生唯一的分解代谢终产物CO2，也可能引进pH的显著移动。这可能是由于阳离子（NH4+、K+和Mg2+）与阴离子（SO42-、PO43-）的吸收比例失调。例如，枯草芽孢杆菌可能含有占干物质12%的氮和5%的钾，而细胞的磷和硫含量分别为细胞干重的3.5%和0.5%，因此被同化的NH4+、K+与SO42-、PO43-的分子比为7，其电荷比为2.5。在革兰氏阴性菌中也存在类似的不平衡，尽管细胞对钾和磷的需求低许多。细胞生长在葡萄糖为唯一碳源中会使培养液pH不断下降；相反，生长在乙酸盐、乳酸盐或琥珀酸盐中会使pH升高，这是由于阴离子的消耗比阳离子多所致，生长常因pH升高而停止。 二、生长的测量 菌浓X（在线与离线测量）、产物浓度P、比生产速率Q（表征菌的生产能力）。 1、细胞数目的测量 可用方法：直接显微计数、平板活菌计数、载片培养计数、微孔过滤法、库尔特计数器、流动式细胞光度计、表荧光滤光技术、荧光-抗体技术、微型ELISA和电子显微镜。 2、细胞量的测定 方法：干重（DCW）法、比浊法、离心压缩细胞体积（PCV）法、成像分析法。 3、菌浓的间接测量 用于估算菌浓的间接方法：细胞组分（核酸、蛋白质、细胞C或PO43-、多糖、脂质、ATP）、代谢活动、基于数学模型的细胞量测量方法（有时被称为“软件化传感器”）、化学计量法。 ⑴核酸 核酸通常存在于所有活体细胞中，可作为菌量的度量。但此法不能区分细菌与真菌的菌量。核酸的测定方法相当精确，但也存在系统误差。细胞中的核苷酸与肽具有同样的颜色反应和吸收光谱，对核酸测定有干扰作用。用于测量生长的这些参数需先进行生物标定，因细胞组分随时间变化，并取决于营养与生理因素。 单个细胞的DNA随生长速率而变化。生长快的细胞由于具有较多的复制叉，DNA含量较高。但按单位质量细胞计算的DNA含量变化较小。故DNA可用于表征生物量的变化。问题是细胞中一般只含1%~3%的DNA，其测定易受RNA（含量约为7%~25%）干扰。测定DNA常用的方法有二苯胺法和溴化乙锭法两种。培养基中不溶性非细胞蛋白对DNA分析无干扰。 ⑵蛋白质 蛋白质含量通常随生长速率的变化不大，因而可作为细胞量的常规度量。主要的应用限制是培养基成分中不能含有非细胞性和水不溶性的蛋白质。常用方法有双缩脲法、Lowry法和凯氏定氮法。 ⑶ATP 方法：利用萤火虫荧光素酶催化ATP与荧光素反应生成腺苷酰荧光素，后者被氧氧化后发光，每水解1分子ATP可得1光量子，可用荧光光度计测量。 ⑷代谢活动 在对数生长期CO2的释放在一定条件下与细胞量成正比。监测CO2的生成是跟踪生长活动的有效方法。最常用的是红外分析仪和质谱仪，均可连接多个发酵罐。计算CO2释放速率CER的公式为： 式中：Fn为N2流速，mol/min；V为液体体积，L；p为总压力，Pa。 用CO2生成速率监测生长，无需用无菌取