環(huán)境因子對ppt課件

1、 第五章 環(huán)境因子對微生物生長和代謝的影響江南大學生物工程學院環(huán)境因子對微生物的影響適宜環(huán)境： 微生物能正常地進展生命活動不適宜環(huán)境： 微生物的正常生命活動遭到抑制或被迫暫時改動原有的一些特征。惡劣環(huán)境： 微生物死亡或發(fā)生遺傳變易。第一節(jié) 環(huán)境因子對微生物生長和生存的影響一.理化要素對生長的影響一溫度 1、溫度對微生物的影響 溫度經(jīng)過影響膜的液晶構(gòu)造、酶和蛋白質(zhì)的合成及活性、RNA的構(gòu)造、轉(zhuǎn)錄等 影響微生物的生命活動。2、微生物的生長溫度范圍 最低生長溫度 最高生長溫度 最適生長溫度 致死溫度ACBv T 3、微生物的生長溫度類型按照最適生長溫度范圍的不同分類 嗜冷微生物 嗜溫微生物 嗜熱微生

2、物 微生物生長的溫度類型最低最適最高分布的主要場所專性-125-1515-20兩極地域低溫型兼性-5-010-2025-30海水，冷藏食品上 室溫10-2020-3540-45 腐 生 菌中溫型體溫10-2035-4040-45 寄 生 菌高 溫 型25-4550-6070-95溫泉 堆肥等微生物類型不同溫度下的菌例1、嗜冷微生物psychrophiles 能在5以下生長的微生物稱為嗜冷微生物。種類 專性：最適溫度15，最高溫度20 兼性：最適溫度2530，最高溫度35左右 耐冷微生物 psychrotolerant 嗜冷微生物在低溫下生長的緣由 細胞膜含有大量的不飽和脂肪酸，使膜在低溫下也能

3、堅持半流動形狀； 細胞的酶在低溫下能有效地起催化作用，而在3040的情況下，這些酶很快失活。 2、嗜溫微生物 mesophiles 最適生長溫度在2537微生物叫嗜溫微生物。 種類： 寄生型體溫型：最適3540 腐生型室溫型：最適2535。3、嗜熱微生物 thermophiles嗜熱微生物：最適生長溫度5060嗜高溫微生物：最適生長溫度在80以上 嗜熱微生物在高溫下生長的緣由酶和其他蛋白質(zhì)中的更具有耐熱性；核酸中含有較多的GC對，對熱更加穩(wěn)定；細胞膜中飽和脂肪酸含量高，使膜具有熱穩(wěn)定性；細胞生長速率快，能迅速合成生物大分子，以彌補由于高溫呵斥的破壞。嗜高溫微生物 hyperthermophil

4、es 已發(fā)現(xiàn)的嗜高溫微生物全都是古生細菌，它們所處的環(huán)境與普通細菌有很大區(qū)別。在高溫下生長的緣由： 普通以為它們蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性與蛋白質(zhì)上存在的鹽橋數(shù)目添加氨基酸帶上Na+或其它陽離子生成電荷橋及蛋白質(zhì)高度密集的疏水內(nèi)部區(qū)域有關(guān)； 它們細胞膜中不含脂肪酸，而是由植烷不同長度碳氫組成的五碳反復單位化合物組成，這和膜的熱穩(wěn)定性有關(guān)。 4、最適發(fā)酵溫度發(fā)酵速率和代謝產(chǎn)物積累速率最大時的溫度。5、極端溫度對微生物的影響 極端溫度 extreme temperature 低于最低生長溫度和高于最高生長溫度范圍的溫度。低溫： 0以上停頓生長冷凍：呵斥微生物細胞脫水及冰晶的機械損傷而引起微生物死亡。高溫：菌體

5、蛋白變性，殺死細胞運用：6、微生物對熱的忍受微生物 溫度 時間(分)營養(yǎng)細胞：細 菌 55-60 30 酵 母 50-60 10孢 子 ： 70-80 10細菌芽孢： 枯草芽孢桿菌 100 60 嗜熱脂肪芽孢桿菌 121 12 肉毒梭菌 100 360二水活度 water activity定義 在一樣的溫度和壓力下，體系中溶液的水蒸汽壓與純水的蒸汽壓之比： aw=p/p0水活度的決議要素：固體基質(zhì)：水被吸附的結(jié)實程度液體：溶質(zhì)的含量和溶質(zhì)的水合程度一些溶質(zhì)不同濃度的水活度不同微生物生長的最低aw1、基質(zhì)水活度對微生物的影響高水活度環(huán)境低水活度環(huán)境2、枯燥對微生物的影響 枯燥使代謝停頓，使微生物

6、處于休眠 形狀，嚴重時細胞脫水，蛋白量變性，進 而導致死亡。運用： 保管物品，保藏菌種水對一些貯藏霉菌的影響3、浸透壓對微生物的影響等滲溶液： 微生物正常生長低滲溶液： 細胞吸水膨脹，甚至脹破。高滲溶液： 細胞脫水，影響代謝活動，引起質(zhì)壁分別，甚至死亡。耐高滲與嗜高滲微生物生長速度水活度1、正常微生物2、耐高滲微生物3、嗜高滲微生物三外表張力1、外表張力：液體外表相鄰兩個部分間單位長度內(nèi)的相互牽引力。 單位：1N/m=1000dyn/cm 水在常溫下的外表張力為72 dyn/cm。 普通液體培育基的外表張力為4565dyn/cm 2、外表張力對微生物的影響低外表張力, 微生物在液體中均勻生長。

7、高外表張力, 微生物在液體外表構(gòu)成菌膜。3、改動外表張力的方法升高外表張力：添加無機鹽降低外表張力：添加外表活性劑四輻射輻射是能量經(jīng)過空間傳播或傳送的一種物理景象。輻射的種類：電磁輻射和微粒輻射電磁輻射的種類 非電離輻射：紅外線、可見光、紫外線等 電離輻射：x-射線、-射線等。輻射光 可見光波長400-800nm的電磁輻射。光能型微生物的能源長時間照射有殺菌作用紅外線波長大于800nm的電磁輻射。紅外線可以發(fā)熱，產(chǎn)生的高溫具有殺菌作用。紫外線 UV波長為150390nm的電磁輻射。 最正確作用波長為265266nm。1.作用機理誘發(fā)DNA構(gòu)成T=T、妨礙DNA復制而使微生物發(fā)生變易或死亡。 使

8、空氣中的O2變?yōu)镺3，后者分解放出的O具有殺菌作用。運用：消毒和誘變紫外線照射后構(gòu)成T-T二聚體2. 細胞對紫外損傷的修復作用光復活作用 細胞中的光復活酶吸收可見光的能量而被激活后，將T=T中的共價鍵解開，使DNA分子恢復正常形狀。光復活過程暗修復作用 細胞中的一些修復酶在無光的情況下，也能進展有效的DNA修復作用。 作用的酶：DNA內(nèi)切酶、DNA外切酶、DNA聚合酶和DNA銜接酶。電離輻射x射線 1-10nm， 射線0.1-1nm作用機理： 引起環(huán)境中或細胞中水的電離而產(chǎn) 生的自在基作用于細胞中的敏感大分子，使之電離而失活。H2O H2O+ +e- OH +H+H2O+ e- H2O- H

9、+OH+ 作用于氧氣分子，產(chǎn)生的強氧化性基 團，氧化細胞中的蛋白質(zhì)和酶分子的巰基， 而使細胞遭到損傷或死亡。O2 + eO2-O2 + 2eO2=五pH pH= -lgH+一些溶液 的pH值1、環(huán)境pH對微生物的作用改動細胞膜所帶電荷形狀，從而影響細胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收；影響代謝過程中酶的活性；改動環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的可給性；改動環(huán)境中有害物質(zhì)的毒性。 2、 微生物的生長pH范圍不同微生物的生長pH范圍 微生物名稱最低最適最高氧化硫硫桿菌0.52.03.56.0大豆根瘤菌4.26.87.011.0枯草芽孢桿菌4.56.07.58.5大腸埃希氏菌4.36.08.09.5金黃色葡萄球菌4.27.07.5

10、9.3一般放線菌5.07.08.010.0一般酵母菌2.54.05.88.0一般霉菌1.53.86.07.011.03、微生物的類型按最適生長pH范圍來分嗜酸微生物 acidophile 專性嗜酸菌： 最適pH6；pH7時生長極差或死亡。 兼性嗜酸菌：在低pH下生長，在中性pH也長。 嗜堿微生物 alkalinophile： 專性嗜堿菌：最適pH811，pH 7時生長極慢或不生長嗜中性微生物 neutrophile： 能在pH49范圍內(nèi)生長，最適生長在pH68，大多數(shù)微生物屬于這一類。4、微生物的代謝對環(huán)境pH影響5、環(huán)境pH的控制直接加酸或堿進展調(diào)理； 參與酸性或堿性營養(yǎng)物質(zhì)進展調(diào)理和補充營

11、養(yǎng) 參與緩沖性物質(zhì)6、微生物細胞內(nèi)的pH細胞內(nèi)部的pH值普通都接近中性胞內(nèi)酶的最適pH多接近中性細胞內(nèi)的DNA、ATP等對低pH敏感RNA和磷脂類等對高pH敏感。細胞膜上酶及胞外酶最適pH多接近微生物最適生長pH 7、微生物最適生長和最適發(fā)酵pH(六) 氧化復原電位 Eh Eh 值的測定方法：用一個鉑電極與一個規(guī)范電極同時插入體系中，從敏感的伏特計上讀出電位差值。1、影響 Eh的主要要素： 氧分壓、環(huán)境的pH值2、規(guī)范氧化復原電位 Eh： pH=7時測得的Eh值 Eh值的變化范圍：+0.82v -0.42v3、Eh的改動方法 降低Eh 除氧及向培育基中添加復原性物質(zhì)：H2S、抗壞血酸、含巰基化

12、合物半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等 升高Eh 通空氣或氧及向培育基中添加氧化性物質(zhì)：Fe(OH)3等 4、微生物與氧的關(guān)系好氧微生物aerobes 專性好氧菌 兼性厭氧菌 微好氧菌 厭氧微生物 anaerobes 耐氧厭氧菌 專性厭氧菌1專性好氧菌 strict aerobes必需在高濃度分子氧(0.2巴的條件下才干生長的微生物 Eh+0.1v 可生長，最適在+0.3+0.4v 霉菌、大部分放線菌及部分細菌有完好的呼吸鏈，分子氧作為最終電子受體，氧參與合成固醇及不飽和脂肪酸；細胞含有超氧化物歧化酶和過氧化氫酶超氧化物歧化酶: superoxide dismutase SOD過氧化氫酶: ca

13、talase(2) 兼性厭氧菌：facultative anaerobes以在有氧的條件下生長為主，也可兼在厭氧條件下生長的微生物Eh+0.1v 經(jīng)過好氧呼吸獲取能量 Eh+0.1v 經(jīng)過發(fā)酵或無氧呼吸獲取能量酵母和部分細菌細胞含有SOD和過氧化氫酶 3微好(嗜)氧菌microaerophilic bacteria 只能在較低的氧分壓0.010.03巴下才干正常生長；也經(jīng)過有氧呼吸獲取能量。 如：霍亂弧菌、氫單胞菌屬等4耐氧厭氧菌： aerotolerant anaerobe可在分子氧存在條件下進展厭氧生活的厭氧菌。生長不需求氧，但分子氧對他們也無害僅依托發(fā)酵或底物程度磷酸化獲得能量細胞內(nèi)有S

14、OD和過氧化物酶，但無過氧化氫酶。 如：乳鏈球菌、乳酸乳桿菌、膜明串珠菌5厭氧菌：anaerobe 只能在無氧或低Eh(Eh+0.1V)值時, 才干生長。分子氧對細胞有毒經(jīng)過發(fā)酵或無氧呼吸等獲取能量細胞內(nèi)缺乏SOD、細胞色素氧化酶、大多數(shù)還缺乏過氧化氫酶梭狀芽孢桿菌屬、雙歧桿菌屬、 產(chǎn)甲烷菌 微生物與氧的關(guān)系 類型最適生長的O2體積分數(shù)代謝類型好氧專性好氧菌等于或大于20%有氧呼吸兼性厭氧菌有氧或無氧有氧呼吸；無氧呼吸、發(fā)酵微好氧菌210%有氧呼吸厭氧耐氧厭氧菌不需求氧，但有O2存在無害發(fā)酵專性厭氧菌不需求氧，有氧時死亡發(fā)酵、無氧呼吸厭氧菌的氧毒害機制：超氧化物歧化酶學說2O2 +2H+SOD

15、(一切好氧微生物及耐氧菌)H2O2 +O2H2O+1/2O22H2O-過氧化氫酶(一切好氧微生物)過氧化物酶(耐氧菌)NADH2 NAD第二節(jié) 微生物營生環(huán)境條件的優(yōu)化營養(yǎng)物質(zhì)及其濃度環(huán)境條件pH值溫度溶解氧離子強度二氧化碳分壓第三節(jié) 污染微生物的控制一、滅菌與消毒滅菌 sterilization 采用劇烈的理化要素使物體內(nèi)外部的一切微生物永遠喪失其生長繁衍才干的措施。 消毒 disinfection 采用較溫暖的理化要素，僅殺死物體外表或內(nèi)部一部分對人體或動、植物有害的病原菌，而對被消毒的對象根本無害的措施。一滅菌和消毒方法1、高溫滅菌和消毒方法1干熱滅菌法 dry heat sterili

16、zation 灼燒滅菌法 適用：接種工具， 污染物品， 實驗動物尸體等。干熱滅菌法 適用：玻璃、陶瓷器皿，金屬器具等耐高溫的物品。處置：150170 12小時電熱恒溫枯燥箱2濕熱滅菌法 moist heat sterilization 同樣溫度和一樣作用時間下，濕熱滅菌比干熱滅菌效果好的緣由 熱蒸汽穿透力強； 細胞物質(zhì)在含水量高時容易變性凝固； 蒸汽凝固時釋放的大量蒸汽潛熱可迅速提高滅菌物品的溫度。 A. 常壓法巴氏消毒法 pasteurization 是一種公用于牛奶、啤酒、果酒或醬油等不宜進展高溫滅菌的液態(tài)風味食品或調(diào)料的低溫消毒方法。低溫維持法low temperature holdin

17、g method，LTH，牛奶：63，30分高溫瞬時法 high temperature shot time，HTST，牛奶：72，15秒巴氏消毒單位：在60閱歷1分鐘所引起的消毒效應(yīng)稱一個巴氏消毒單位。Pu=Z1.393(t-60)煮沸消毒法：在100下煮沸數(shù)分鐘的方法，常用于飲用水的消毒間歇滅菌法fractional sterilization：適用于不耐熱培育基的滅菌設(shè)備：蒸籠，高壓滅菌鍋原理：常壓蒸汽100處置殺死營養(yǎng)細胞，殘留的芽孢等耐熱的孢子體經(jīng)過夜培育即可萌生，再加熱處置殺死之，如此反復處置三次，可到達無菌形狀。對象：含有不耐高溫的營養(yǎng)物質(zhì)的培育基或無高壓蒸汽滅菌鍋時處置普通培育

18、基。方法：80100蒸煮1560分鐘37培育過夜，延續(xù)反復三天控制：芽孢桿菌芽孢制劑 留意：不含營養(yǎng)物質(zhì)的物品不宜適用此法。 B. 加壓法高壓蒸汽滅菌法常規(guī)加壓蒸汽滅菌法autoclaving ：是一種利用高溫進展?jié)駸釡缇姆椒?。設(shè)備：高壓蒸汽滅菌鍋原理：在加壓條件下， 水的沸點超越100，由此可提供高于100的水蒸氣。對象：耐高溫物品，普通培育基，生理鹽水，緩沖溶液，玻璃、陶瓷器皿等控制：嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢制劑，熱變色紙帶延續(xù)加壓蒸汽滅菌法continuous autoclaving 適用于大型發(fā)酵廠的大批培育基滅菌 140下維持515秒 手提式高壓蒸汽滅菌器高壓蒸汽滅菌器 2、 過濾除菌法： 器具：過濾器，如硝化纖維素濾膜 原理：將微生物過濾去除 對象：空氣，熱敏物質(zhì)，蛋白質(zhì)，酶，血清，纖維素，氨基酸等 留意：病毒等小于0.2mm的非細胞微生物無法去除膜濾安裝3、輻射滅菌放射線滅菌法原理：微波、紫外線、g-射線、X-射線的殺菌作用。g-射線的穿透力非常強，可對密封包裝后的物品進展滅菌