比生長速率

比生長速率

比生長速率μ :每小時單位質量的菌體所增加的菌體量稱為菌體比生長速率。它是表征微生物生長速率的一個參數,也是發酵動力學中的一個重要參數。其大小為0.693除以倍增時間td(菌體量倍增)。生物群體有限增長定律( Loigsict方程) 中群的生物學含義, 生態學上稱為內察增長( 殖) 率, 微生物學上視為在一定培養條件下的最大比生長速率。這一概念具有很大的理論與實踐意義, 如把比生長速率作為控制最大生物合成量的參數進行研究,用比生長速率來確定酶合成的誘導或阻遏等。

基本介紹

  • 中文名:比生長速率
  • 外文名:Specific growth rate
推導,水活度影響,表示法,絕對生長速率,相對生長速率,

推導

推算過程
假定在任何時間(t),微生物細胞數目的增長速率(dN/dt)正比於已經存在的總細胞數目(N),則得:dN/dt=μN
經積分得:lnNt-lnN0=μt,對於一倍增時間,t=td , Nt=2N0的培養物:ln2N0-lnN0=μtd。易得:μ=ln2/td
參數含義
μ——比生長速率,單位h-1
t——時間,單位h
N——任何時間處微生物細胞量
Nt——開始培養t時間過後生物細胞量
N0——開始時微生物細胞量
td——倍增時間,即為微生物細胞量變為原來的兩倍所需的時間
意義
比生長速率就是菌體生長速率與培養基中菌體濃度之比,它與微生物的生命活動有關,特別是在抗生素合成階段,比生長速率過大,菌體量增加過多,代謝向菌體合成的方向發展,不利於合成抗生素。因此,必須將菌體比生長速率控制在一定範圍內,以便使抗生素的生產速率維持在較高的水平。實際上比生長速率是生長與死亡速率平衡的綜合反映。
μ=1/N*dN/dt
對數生長期,μ是一個常數,這時ln(N2/N1)=μt

水活度影響

水的活度對微生物比生長速率的影響
微生物的生長必需水,但結合在分子內的水不能被微生物利用,只有游離的水才能被利用。水的活度指在一定溫度和壓力下,表示能被微生物利用的實際含水量,為物質中水分含量的活性部分或者說自由水。 aw= Pw / P0w P w: 溶液蒸氣壓 P0w: 純水蒸氣壓。黴菌的生成和微生物的生長特性都直接受水活性值影響。微生物所需要的水活度越高,在乾燥的環境下就越不容易生長。在分批培養的不同生長期,菌體細胞內RNA累積量有明顯區別;在對數生長期時,RNA含量達乾重的11.8%(g-RNA/g-DCW);穩定期時,RNA含量僅為6.9%。連續培養時,酵母RNA比生長速率越大,酵母RNA積累量越高,當細胞比生長速率為0.5 h-1時,RNA含量可達15.6%,糖的轉化率為42.8%。在不含玉米漿的FM培養基中加入不同的胺基酸組分進行有氧分批培養時,添加混合胺基酸或蛋白腖組分均可提高酵母細胞RNA的含量。
溫度:是影響微生物生長繁殖的最重要的因素之一。任何微生物的生長溫度有寬有窄,但總有最低生長溫度、最適生長溫度和最高生長溫度,微生物在其各自最適生長溫度下,分裂代時最短,生長速率最高。
水分:水分活度低於最低水分活度時處於休眠狀態,嚴重時引起細胞脫水,蛋白質變性細胞死亡
輻射:使蛋白質、核酸吸收變性失活,也可產生有毒的自由基結合到DNA、RNA蛋白質分子上,干擾代謝過程。

表示法

生長速率有兩種表示法。一種是絕對生長速率(absolute growth rate,AGR);另一種是相對生長速率(relative growth rate,RGR)。

絕對生長速率

指單位時間內植株的絕對生長量。可用下式表示: AGR=dQ dt (8-1)式中的Q-數量,可用重量、體積、面積、長度、直徑或數目(例如葉片數)來表示。T-時間,可用s、min、h、d等表示。植物的絕對生長速率,因物種、生育期及環境條件等不同而有很大的差異,例如,雨後春筍的生長速率可達50~90cm·d-1;而生長在北極的北美雲杉生長速率僅為每年0.3cm ;小麥的莖桿在抽穗期生長速率為5~6cm·d-1 ;拔節期的玉米生長速率為10~15cm·d-1,而抽雄後的株高就停止增長。

相對生長速率

在比較不同材料的生長速率時,絕對生長常受到限制,因為材料本身的大小會顯著地影響結果的可比性,為了充分顯示幼小植株或器官的生長程度,常用相對生長速率表示。相對生長速率是指單位時間內的增加量占原有數量的比值,或者說原有物質在某一時間內的(瞬間)增加量。可用下式表示: RGR= 1/ Q × dQ/dt (8-2) Q-原有物質的數量,dQ/dt-瞬間增量。例如竹筍的相對生長速率約為0.005mm·cm-1·min-1;而黑麥的花絲在開花時的相對生長速率可達2.0mm·cm-1·min-1。 在試驗期間的平均相對生長速率(R)可用下式表示: R=(lnQ2-lnQ1 )/(t2-t1) (8-3) Q1-第一次取樣時(t1)的植物數量,Q2-第二次取樣時(t2)的植物數量。Ln-自然對數。RGR或R的單位依Q的單位而定,Q如以乾重表示,RGR或R的單位為mg·g-1·d-1。

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