发酵中为什么种子要逐级扩大培养?什么情况下可采用一级种子?

2025-01-31 07:42:26
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回答1:

Question 1:

根据搜索结果,基本上都认为逐级扩大培养“是为了得到纯而壮的培养物,即获得活力旺盛的、接种数量足够的培养物”。还有人说“菌种发酵有一般需要2-3代的复壮过程,因为保存时的条件往往和培养时的条件不相同,所以要活化,让菌种逐渐适应培养环境。”个人认为后者更有说服力。
同时我还认为,逐级扩大培养也有利于在短时间内得到较多的培养物。实际中的微生物生长基本上是呈"S"型的,这个你应该清楚吧,想像一下,培养基上的微生物经过一段时间增长了许多,处在"S"的顶部了,增长速率已经很低,趁此时再把它们分开,进行下一级培养,这样,下一级培养又使种子处在了"S"的底部,重新获得了高的生长速率。当然,最主要的目的仍应该是上一段所述。

Question 2:

这个没查到。好像一级种子不能直接采用,只能用于培养二级种子吧。如果能直接采用,还分什么一级二级呀!

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相关资料:

http://www.fajiaoren.com/read.php?tid=5321

1。为什么微生物发酵需要种子培养?
我认为是为了扩大培养,充分激活菌种活力,为生产准备。
我同意你的看法!
2。为什么有时候发酵需要多级种子?
菌种发酵有一般需要2-3代的复壮过程,因为保存时的条件往往和培养时的条件不相同,所以要活化,让菌种逐渐适应培养环境。

http://shengm.hist.edu.cn/jpkc/swgyx/ja/3.doc

当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向变异菌,自然选育转向代谢育种,从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。

三、微生物的群体生长
1、生长曲线(Growth Curve):定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲线。对于单细胞微生物(如细菌和酵母),以培养时间为横坐标,细胞数目的对数值为纵坐标,可绘制出一条由延滞期、指数期、稳定期和衰亡期4个阶段组成的典型生长曲线。
(1)延滞期(Lag phase):
将少量菌种接入新鲜培养基后,在开始一段时间内菌数不立即增加,或增加很少,生长速度接近于零。也称停滞期、调整期或适应期。
延滞期的特点:细胞形态变大或增长,例如巨大芽孢杆菌,在延滞期末期,细胞的平均长度比刚接种时长6倍。一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大;细胞内RNA,尤其是rRNA含量增高,合成代谢活跃,核糖体、 酶类和ATP的合成加快,易产生诱导酶;对外界不良条件反应敏感。
延滞期出现的原因:微生物接种到一个新的环境,暂时缺乏分解和催化有关底物的酶,或是缺乏充足的中间代谢产物等。为产生诱导酶或合成中间代谢产物,就需要一段适应期。
在生产实践中缩短延滞期的常用手段:通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短;利用对数生长期的细胞作为种子;尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大;适当扩大接种量
(2)指数生长期(Exponential phase):
又称对数生长期(Log phase),以最大的速率生长和分裂,细菌数量呈对数增加,细菌内各成分按比例有规律地增加,表现为平衡生长。
(3)稳定生长期(Stationary phase):
A、稳定生长期又称恒定期或最高生长期,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),此时培养液中活细菌数最高并维持稳定。
B、细胞重要的分化调节阶段:储存糖原等细胞质内含物,芽孢杆菌在此阶段形成芽孢或建立自然感受态等;也是发酵过程积累代谢产物的重要阶段,某些放线菌抗生素的大量形成也在此时期。
因此,生产上为获得更多的菌体或代谢产物,可以:补充营养物质或取走代谢产物;调节pH、温度;对好氧菌增加通气;搅拌或振荡等措施延长稳定生长期。
(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,细菌死亡速率超过新生速率,整个群体呈现出负增长。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,仍有部分活菌存在。
细菌代谢活性降低,细菌衰老并出现自溶,产生或释放出一些产物,如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。细胞呈现多种形态,有时产生畸形,细胞大小悬殊,有些革兰氏染色反应阳性菌变成阴性反应等。

一、微生物菌种的衰退
菌种的退化是由个别、少数菌体细胞衰退后逐渐导致整个菌株退化的一个从量变到质变的遗传变异过程。
菌种的退化会使微生物个体和群体特征发生变化,其中最重要的使所需产物的生产产量下降、营养物质代谢和生长繁殖能力下降、发酵周期延长、抗不良环境条件的性能减弱。
1、菌种衰退的原因
① 菌种连续传代导致自发突变或回复突变是菌种发生退化的直接原因。
② 菌种保藏方法不当。
③ 菌种生长的条件要求没有得到满足,或是遇到不利的条件,或是失去某些需要的条件。
二、菌种的复壮
狭义的复壮仅是一种消极的措施,指在菌种已发生衰退的情况下,通过纯种分离和测定典型性状、生产性能等指标,从已衰退的群体中筛选出少数尚未退化的个体,以达到恢复原菌株固有性状的相应措施;
广义的复壮是一项积极的措施,指在菌种的典型特征或生产性状尚未衰退前,就经常有意识地采取纯种分离和生产性状的测定工作,以期从中选择到自发的正变个体。

第五节 种子的扩大培养
定义:将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后,再经摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量纯种的过程。
菌种的扩大培养是发酵生产的第一道工序,该工序又称之为种子制备。种子制备不仅要使菌体数量增加,更重要的是经过种子制备培养出具有高质量的生产种子供发酵生产使用。

四、工业微生物的扩大培养
1、种子扩大培养的任务:得到纯而壮的培养物,即获得活力旺盛的、接种数量足够的培养物。
对于不同产品的发酵过程来说,必须根据菌种生长繁殖速度快慢决定种子扩大培养的级数。
抗生素生产中,放线菌的细胞生长繁殖较慢,常采用三级种子扩大培养;
一般50t发酵罐多采用三级发酵,有的也采用四级发酵如链霉素生产;
有些酶制剂发酵生产也采用三级发酵;
谷氨酸及其他氨基酸的发酵所采用的菌种生产繁殖速度很快,常采用二级发酵。
2、种子制备的过程
种子制备一般包括两个过程,即在固体培养基上生产大量孢子的制备过程和在液体培养基中生产大量菌丝或营养体的种子制备过程。
(1) 孢子制备
孢子制备是种子制备的开始,是发酵生产的一个重要环节。孢子的质量、数量对以后菌丝的生长、繁殖和发酵产量都有明显的影响。
不同菌种的孢子制备工艺有不同的特点,包括:放线菌孢子的制备;霉菌孢子的制备;细菌培养物的制备。
(2) 种子制备
种子制备是将固体培养基上培养出的孢子或菌体转入液体培养基中培养,使其繁殖成大量菌丝或菌体的过程。种子制备所使用的培养基和其他工艺条件,都要有利于孢子发芽和菌丝繁殖。
1)摇瓶种子制备
某些孢子发芽和菌丝繁殖速度缓慢的菌种,需将孢子经摇瓶培养成菌丝后再进入种子罐,这就是摇瓶种子。摇瓶培养基配方和培养条件与种子罐相似。
常采用母瓶、子瓶两级培养。种子培养基要求比较丰富和完全,易被菌体分解利用,氮源丰富有利于菌丝生长。原则上各种营养成分不宜过浓,子瓶培养基浓度比母瓶略高,更接近于种子罐的培养基配方。
2)种子罐种子制备
种子罐种子制备的工艺过程因菌种不同而异,一般可分为一级种子、二级种子和三级种子的制备。
种子罐的级数主要决定于菌种的性质和菌丝生长速度及发酵设备的合理应用。