《生長與繁殖》PPT課件.ppt

1、第 五 章 微生物生長繁殖及其控制Microbial Growth，Reproduction and Control,第 一 節(jié),微生物的個體與 群體生長和繁殖 Microbial Growth and Reproduction,微生物的生長與繁殖,微生物生長(Growth)：是指細(xì)胞物質(zhì)有規(guī)律地、不可逆增加的生物過程。 微生物繁殖(Reproduction)：是微生物生長到一定階段由于細(xì)胞內(nèi)各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和重建導(dǎo)致產(chǎn)生新的生命個體，即引起生命個體數(shù)量增加的整個生物學(xué)過程。,微生物的個體生長和群體生長,個體生長：一個微生物個體應(yīng)具備生長和繁殖的全能性。單細(xì)胞微生物如細(xì)菌、酵母菌等，一個細(xì)胞

2、就是一個個體。單細(xì)胞微生物的生長即使細(xì)胞的增大. 在適宜的環(huán)境中，一種微生物如大腸桿菌（E.coli），從一個個體（細(xì)胞）出發(fā)，通過生長與繁殖，逐漸形成細(xì)胞總生物質(zhì)量(biomass)與數(shù)量相應(yīng)增加的群體，這種現(xiàn)象與過程稱為群體生長。群體生長是微生物個體生長與個體繁殖持續(xù)交替進(jìn)行所導(dǎo)致的結(jié)果。因此，群體生長是以微生物的個體生長與繁殖為基礎(chǔ)的。,微生物的群體生長規(guī)律,對微生物群體生長的研究表明，微生物的群體生長規(guī)律因其種類不同而異，單細(xì)胞微生物與多細(xì)胞微生物的群體生長表現(xiàn)出不同的生長動力學(xué)特性。但就單細(xì)胞微生物來說，在特定的環(huán)境中，不同種的微生物表現(xiàn)出趨勢相近的生長動力學(xué)規(guī)律。,（一）、細(xì)菌純培

3、養(yǎng)生長曲線,是將某種單細(xì)胞微生物少量接種到恒定容積的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，定時取樣分析。以菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標(biāo)，生長時間為橫坐標(biāo)作圖,可得到一條定量描述液體培養(yǎng)基中微生物生長規(guī)律的實(shí)驗(yàn)曲線，該曲線則稱為生長曲線（ growth curve)。 生長曲線表現(xiàn)了細(xì)菌細(xì)胞及其群體在新的適宜的理化環(huán)境中，生長繁殖直至衰老死亡的動力學(xué)變化過程。生長曲線各個時期的特點(diǎn)，反映了所培養(yǎng)的細(xì)菌細(xì)胞與其所處環(huán)境間進(jìn)行物質(zhì)與能量交流，以及細(xì)胞與環(huán)境間相互作用與制約的動態(tài)變化。深入研究各種單細(xì)胞微生物生長曲線各個時期的特點(diǎn)與內(nèi)在機(jī)制，在微生物學(xué)理論與應(yīng)用實(shí)踐上都有著十分重大的意義。,細(xì)菌純培養(yǎng)生長曲線圖,細(xì)菌生長曲線的分期

4、,滯留適應(yīng)期(延遲期 ) 對數(shù)生長期 穩(wěn)定期 衰亡期,1.滯留適應(yīng)期（Lag phase）,特點(diǎn)： 1）細(xì)胞形態(tài)變大或增長，例如巨大芽孢桿菌，在遲緩期末，細(xì)胞的平均長度比剛接種時長6倍。一般來說處于遲緩期的細(xì)菌細(xì)胞體積最大；2）細(xì)胞內(nèi)RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代謝活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加快，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。3） 對外界不良條件反應(yīng)敏感。 這一時期的細(xì)胞，正處于對新的理化環(huán)境的適應(yīng)期，正在為下一階段的快速生長與繁殖做生理與物質(zhì)上的準(zhǔn)備。在這個時期的后階段，菌體細(xì)胞逐步進(jìn)入生理活躍期，少數(shù)菌體開始分裂，曲線出現(xiàn)上升趨勢。,延滯期所維持時間的長短，因微生物種或菌株和培養(yǎng)條件的不同而

5、異，實(shí)踐已知延滯期可從幾分鐘到幾小時、幾天，甚至幾個月不等；如大腸桿菌的延滯期就比分枝桿菌短得多。同一種或菌株，接種用的純培養(yǎng)物所處的生長發(fā)育時期不同，延滯期的長短也不一樣。如接種用的菌種都處于生理活躍時期，接種量適當(dāng)加大，營養(yǎng)和環(huán)境條件適宜，延滯期將顯著縮短，甚至直接進(jìn)入對數(shù)生長期。,在微生物發(fā)酵工業(yè)中，如果有較長的延遲期，則會導(dǎo)致發(fā)酵設(shè)備的利用率降低、能水耗增加、產(chǎn)品生產(chǎn)成本上升，最終造成勞動生產(chǎn)力低下與經(jīng)濟(jì)效益下降。只有縮短延滯期才有可能縮短發(fā)酵周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。因此深入了解延滯期的形成機(jī)制，可為縮短或延長延滯期提供指導(dǎo)實(shí)踐的理論基礎(chǔ)，這對于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)及其應(yīng)用等均有

6、極為重要的意義。,因此，在微生物應(yīng)用實(shí)踐中，通?？刹扇∮锰幱诳焖偕L繁殖中的健壯菌種細(xì)胞接種、適當(dāng)增加接種量、采用營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基、培養(yǎng)種子與下一步培養(yǎng)用的兩種培養(yǎng)基的營養(yǎng)養(yǎng)成分以及培養(yǎng)的其它理化條件盡可能保持一致等措施，可以有效地縮短延滯期。,2.對數(shù)期（Log phase）,單細(xì)胞微生物的純培養(yǎng)物在被接種到新鮮培養(yǎng)基后，經(jīng)過一段時間的適應(yīng)，即進(jìn)入生長速度相對恒定的快速生長與繁殖期，處于這一時期的單細(xì)胞微生物，其細(xì)胞呈幾何級數(shù)增長，2 n ；這里的指數(shù)“ n ”則為細(xì)胞分裂的次數(shù)或增殖的代數(shù)。這一細(xì)胞增長以指數(shù)式進(jìn)行的快速生長繁殖期稱為指數(shù)期，也稱對數(shù)期 （ logarithmic phas

7、e ） 特點(diǎn) 1）代時最短，生長速度最快； 2）細(xì)胞穩(wěn)定（平衡）生長：細(xì)胞內(nèi)各種物質(zhì)按比例生長，菌體成分均勻； 3）酶活性高，代謝穩(wěn)定，菌體大小基本一致。,處于對數(shù)生長期的細(xì)胞，由于代謝旺盛，生長迅速，代時穩(wěn)定，個體形態(tài)、化學(xué)組成和生理特性等均較一致，因此，在微生物發(fā)酵生產(chǎn)中，常用對數(shù)期的菌體作種子，它可以縮短延遲期，從而縮短發(fā)酵周期，提高勞動生產(chǎn)率與經(jīng)濟(jì)效益。 對數(shù)生長期的細(xì)胞也是研究微生物生長代謝與遺傳調(diào)控等生物學(xué)基本特性的極好材料。,3.穩(wěn)定期（Stationary phase）,制約對數(shù)生長的主要因素有： 培養(yǎng)基中必要營養(yǎng)成分的耗盡或其濃度不能滿足維持指數(shù)生長的需要而成為生長限制因子（

8、 growth-limited factor 細(xì)胞的排出物在培養(yǎng)基中的大量積累，以致抑制菌體生長 由上述兩方面主要因素所造成的細(xì)胞內(nèi)外理化環(huán)境的改變，如營養(yǎng)物比例的失調(diào)、 pH 、氧化還原電位的變化等。 雖然這些因素不一定同時出現(xiàn)，但只要其中一個因素存在，細(xì)胞生長速率就會降低，這些影響生長因子的綜合作用，致使群體生長逐漸進(jìn)入新增細(xì)胞與逐步衰老死亡細(xì)胞在數(shù)量上趨于相對平衡狀態(tài)，這就是群體生長的穩(wěn)定期.,特點(diǎn)： 1）生長速度為零，新生=死亡，達(dá)到動態(tài)平衡； 2）活菌數(shù)的總量達(dá)到最大值； 3）胞內(nèi)的儲藏物開始形成（如肝糖粒、脂肪粒等）； 4）某些芽孢菌的芽孢開始形成； 5）某些細(xì)菌過量積累次級代謝產(chǎn)

9、物，如抗生素、維生素等。 穩(wěn)定生長期時活菌數(shù)達(dá)到最高水平，如果為了獲得大量活菌體，就應(yīng)在此階段收獲。在穩(wěn)定期，代謝產(chǎn)物的積累開始增多，逐漸趨向高峰。某些產(chǎn)抗生素的微生物，在穩(wěn)定期后期時大量形成抗生素。 穩(wěn)定期的長短與菌種和外界環(huán)境條件有關(guān)。生產(chǎn)上常常通過補(bǔ)料，調(diào)節(jié) pH ，調(diào)整溫度等措施來延長穩(wěn)定生長期，以積累更多的代謝產(chǎn)物。,一個達(dá)到穩(wěn)定生長期的微生物群體，由于生長環(huán)境的繼續(xù)惡化和營養(yǎng)物質(zhì)的短缺，群體中細(xì)胞死亡率逐漸上升，以致死亡菌數(shù)逐漸超過新生菌數(shù)， 群體中活菌數(shù)下降，曲線下滑。 衰亡期特點(diǎn)：1）細(xì)菌代謝活性降低；2）細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶；3）許多胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物和胞內(nèi)酶向外釋放等,如氨基酸、

10、轉(zhuǎn)化酶、外肽酶或抗生素等。4）菌體細(xì)胞呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時產(chǎn)生畸形，細(xì)胞大小懸殊；有些革蘭氏染色反應(yīng)陽性菌此時會變成陰性反應(yīng) .,4.衰亡期（Death phase）,微生物的生長曲線，反映一種微生物在一定的生活環(huán)境中 ( 如試管、搖瓶、發(fā)酵罐 ) 生長繁殖和死亡的規(guī)律。它既可作為營養(yǎng)物和環(huán)境因素對生長繁殖影響的理論研究指標(biāo)，也可用為調(diào)控微生物生長代謝的依據(jù)，以指導(dǎo)微生物生產(chǎn)實(shí)踐。 根據(jù)發(fā)酵目的的不同，確定在微生物發(fā)酵的不同時期進(jìn)行收獲。微生物生長曲線可以用于指導(dǎo)微生物發(fā)酵工程中的工藝條件優(yōu)化以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。,第二節(jié)微生物的培養(yǎng)與生長量測定,一、微生物純培養(yǎng)技術(shù),純培養(yǎng)(Pure cult

11、ure)：微生物學(xué)中將在實(shí)驗(yàn)室條件下從一個細(xì)胞或一種細(xì)胞群繁殖得到的后代稱為純培養(yǎng)。 純培養(yǎng)技術(shù)包括兩個基本步驟： 從自然環(huán)境中分離培養(yǎng)對象。 在以培養(yǎng)對象為唯一生物種類的隔離環(huán)境中培養(yǎng)、增殖，獲得這一生物種類的細(xì)胞群體。 針對不同微生物的特點(diǎn)，有許多分離方法。應(yīng)用最廣的是平板法分離純培養(yǎng)。,獲得純培養(yǎng)的技術(shù),稀釋平板分離法 平皿劃線分離法 單細(xì)胞挑取法 利用選擇性培養(yǎng)基分離法 富集培養(yǎng) 二元培養(yǎng)：是純培養(yǎng)的一種特殊形式，主要用于分離寄生微生物的方法。,富集培養(yǎng),有些微生物在自然界中生存著，但分離和獲得純培養(yǎng)卻十分困難，有些甚至至今沒有成功過。對于這些微生物采取富集培養(yǎng)的方法，作為純培養(yǎng)的前處

12、理，或者直接以富集培養(yǎng)物為研究材料。 富集培養(yǎng)用作為取得純培養(yǎng)的前處理，使特定的微生物種類在數(shù)量上占絕對優(yōu)勢，然后稀釋培養(yǎng)在適宜平板培養(yǎng)基上，長出的單菌落多數(shù)是預(yù)期要分離的特定種類。,二元培養(yǎng),二元培養(yǎng)是純培養(yǎng)的一種特殊形式。有些寄生微生物只能在寄主微生物體內(nèi)寄生，必需將寄生微生物和寄主微生物培養(yǎng)在起，同時排除其他雜菌。例如噬菌體只能在特定的寄主微生物體內(nèi)繁殖。首先在平板培養(yǎng)基中繁殖寄主微生物的純培養(yǎng) ( 稱為細(xì)菌坪 ) ，再將含噬菌體的稀釋液接種在細(xì)菌坪上，經(jīng)過培養(yǎng)，在細(xì)菌坪上出現(xiàn)許多獨(dú)立的噬菌斑，反復(fù)純化，得到純的二元培養(yǎng)體即只有一種寄主細(xì)菌和一種噬菌體的“純培養(yǎng)”。,二、分批培養(yǎng)與連續(xù)培

13、養(yǎng)（一）分批培養(yǎng),在一個相對獨(dú)立密閉的系統(tǒng)中，一次性投入培養(yǎng)基對微生物進(jìn)行接種培養(yǎng)的方式一般稱為分批培養(yǎng)(batch culture)。 如在微生物研究中用燒瓶作為培養(yǎng)容器進(jìn)行的微生物培養(yǎng)一般是分批培養(yǎng)。采用分批培養(yǎng)方式時，隨著培養(yǎng)時間的延長，由于系統(tǒng)相對密閉性，被微生物消耗的營養(yǎng)物得不到及時地補(bǔ)充，代謝產(chǎn)物未能及時排出培養(yǎng)系統(tǒng)，其它對微生物生長有抑制作用的環(huán)境條件得不到及時改善，使微生物細(xì)胞生長繁殖所需的營養(yǎng)條件與外部環(huán)境逐步惡化，從而使微生物群體生長表現(xiàn)出從細(xì)胞對新環(huán)境的適應(yīng)到逐步進(jìn)入快速生長，而后較快轉(zhuǎn)入穩(wěn)定期，最后走向衰亡的階段分明的群體生長過程。 分批培養(yǎng)由于它的相對簡單與操作方便，

14、在微生物學(xué)研究與發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中仍被較為廣泛采用。,（二）、連續(xù)培養(yǎng),連續(xù)培養(yǎng)（ continuous culture ）是相對于分批培養(yǎng)而言的。 連續(xù)培養(yǎng)是指在深入研究分批培養(yǎng)中生長曲線形成的內(nèi)在機(jī)制的基礎(chǔ)上，開放培養(yǎng)系統(tǒng)，不斷補(bǔ)充營養(yǎng)液、解除抑制因子、優(yōu)化生長代謝環(huán)境的培養(yǎng)方式。 連續(xù)培養(yǎng)的顯著特點(diǎn)與優(yōu)勢是，它可以根據(jù)研究者的目的，在一定程度上，人為控制典型生長曲線中的某個時期，使之縮短或延長時間，使某個時期的細(xì)胞加速或降低代謝速率，從而大大提高培養(yǎng)過程的人為可控性和效率。,連續(xù)培養(yǎng)方式,恒濁器法(Turbidostat)： 恒濁法是以培養(yǎng)器中微生物細(xì)胞的密度為監(jiān)控對象，用光電控制系統(tǒng)來

15、控制流入培養(yǎng)器的新鮮培養(yǎng)液的流速，同時使培養(yǎng)器中的含有細(xì)胞與代謝產(chǎn)物的培養(yǎng)液也以基本恒定的流速流出，從而使培養(yǎng)器中的微生物在保持細(xì)胞密度基本恒定的條件下進(jìn)行培養(yǎng)的一種連續(xù)培養(yǎng)方式。 用恒濁法連續(xù)培養(yǎng)微生物，可控制微生物在最高生長速率與最高細(xì)胞密度的水平上生長繁殖，達(dá)到高效率培養(yǎng)的目的。目前在發(fā)酵工業(yè)上有多種微生物菌體的生產(chǎn)就是根據(jù)這一原理,恒化器法(Chemostat)： 指控制恒定的流速，使由于細(xì)菌生長而耗去的營養(yǎng)物質(zhì)及時得到補(bǔ)充，培養(yǎng)基中營養(yǎng)物濃度基本恒定，從而保持細(xì)菌的恒定生長速率。 恒化連續(xù)培養(yǎng)往往控制微生物在低于最高生長速率的條件下生長繁殖。恒化連續(xù)培養(yǎng)在研究微生物利用某種底物進(jìn)行代

16、謝的規(guī)律方面被廣泛采用。因此，它是微生物營養(yǎng)、生長、繁殖、代謝和基因表達(dá)與調(diào)控等基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究的重要技術(shù)手段。,補(bǔ)料分批培養(yǎng)或半連續(xù)培養(yǎng) 無論是基礎(chǔ)研究還是在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，為了達(dá)到某種特殊目的或提高培養(yǎng)效率，常常采取兩種方法加以綜合的培養(yǎng)方式。既不是嚴(yán)格意義的分批培養(yǎng)方式，也不是嚴(yán)格意義的連續(xù)培養(yǎng)方式，一般稱之為補(bǔ)料分批培養(yǎng)或半連續(xù)培養(yǎng) 。 如在金霉素、四環(huán)素等抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中，在細(xì)胞群體生長進(jìn)入穩(wěn)定期，抗生素開始大量合成時進(jìn)行補(bǔ)料，適當(dāng)增加發(fā)酵液中合成四環(huán)類抗生素的底物量和維持細(xì)胞生存所需要的低微濃度的營養(yǎng)物，使細(xì)胞在非生長繁殖狀態(tài)下合成抗生素的持續(xù)時間延長，從而達(dá)到提高單位發(fā)酵液

17、中抗生素總量（效價）之目的。 半連續(xù)發(fā)酵方式在當(dāng)代發(fā)酵工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛。,分批培養(yǎng)與連續(xù)培養(yǎng)的比較,1） 縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率；2） 便于自動控制；3） 降低動力消耗及體力勞動強(qiáng)度；4） 產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；,三、同步培養(yǎng),通過機(jī)械方法和調(diào)控培養(yǎng)條件使某一群體中的所有微生物個體細(xì)胞盡可能處于同一生長和分裂周期中，從而使細(xì)胞群體中各個體處于分裂步調(diào)一致的生長狀態(tài)，這種生長狀態(tài)稱為同步生長(synchronous growth) 。,獲得微生物同步生長的方法,主要有以下兩類： 機(jī)械篩選法。這一方法是利用處于同一生長階段細(xì)胞的體積與大小的同一性，用過濾、密度梯度離心或膜洗脫等方法收集同步生長的

18、細(xì)胞。 誘導(dǎo)法。這一方法是用理化條件（藥物、營養(yǎng)物、溫度、光照等）人為誘導(dǎo)控制微生物細(xì)胞群體處于某同一生長發(fā)育階段，以獲得同步生長細(xì)胞。,四、微生物生長量的測定,1.直接計(jì)數(shù)法（全數(shù)法）： 2.間接計(jì)數(shù)法（活菌計(jì)數(shù)法） 3.測定細(xì)胞物質(zhì)量,1.直接計(jì)數(shù)法（全數(shù)法）,計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)法： 血球計(jì)數(shù)板 細(xì)菌計(jì)數(shù)板 涂片染色計(jì)數(shù)法 比濁法：這是測定菌懸液中細(xì)胞數(shù)量的快速方法。其原理是菌懸液中的單細(xì)胞微生物，其細(xì)胞濃度與混濁度成正比，與透光度成反比。細(xì)胞越多，濁度越大，透光量越少。因此，測定菌懸液的光密度 ( 或透光度 ) 或濁度可以反映細(xì)胞的濃度。 此法比較簡便，但使用有局限性。菌懸液顏色不宜太深，不能混

19、雜其他物質(zhì)，否則不能獲得正確結(jié)果。一般在用此法測定細(xì)胞濃度時，應(yīng)先用計(jì)數(shù)法作對應(yīng)計(jì)數(shù)，取得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并制作菌數(shù)對 OD 值的標(biāo)準(zhǔn)曲線方便查獲菌數(shù)值。,2.間接計(jì)數(shù)法（活菌計(jì)數(shù)法）,平板菌落計(jì)數(shù)法： 液體稀釋培養(yǎng)測數(shù)（Most Probable Number method ,MPN法）：取定量（ 1mL ）的單細(xì)胞微生物懸液，用培養(yǎng)液作定量 10 倍系列稀釋，重復(fù) 35 次，將不同稀釋度的系列稀釋管置適宜溫度下培養(yǎng)。在稀釋度合適的前提下，在菌濃度相對較高的稀釋管內(nèi)均出現(xiàn)菌生長，而自某個稀釋度較高的稀釋管開始至稀釋度更高的稀釋管中均不出現(xiàn)菌生長，按稀釋度自低到高的順序，把最后三個稀釋度相對較高的、

20、出現(xiàn)菌生長的稀釋管之稀釋度稱為臨界級數(shù)。由 3 至 5 次重復(fù)的連續(xù)三級臨界級數(shù)獲得指數(shù)，查相應(yīng)重復(fù)的最大或然數(shù) ( 即 most probable number ， MPN) 表求得最大可能數(shù)，再乘以出現(xiàn)生長的臨界級數(shù)的最低稀釋度，即可測得比較可靠的樣品活菌濃度。 薄膜過濾計(jì)數(shù)法：,3.測定細(xì)胞物質(zhì)量,干重法 含氮量測定法 DNA測定法 其他生理指標(biāo)測定法： 物質(zhì)的消耗 產(chǎn)生量 對氧的吸收 發(fā)酵糖產(chǎn)酸量 二氧化碳的釋放量等,第 三 節(jié)微生物的生長與環(huán)境Microbial growth and Environment,一 些 基 本 術(shù) 語,化療(Chemotherapy) 滅菌(Steril

21、ization) 抑制(Inhibition) 死亡(Death) 防腐(Antisepsis) 消毒(Dis-infection),化療(chemotherapy) 是指利用具有選擇性的化學(xué)物質(zhì)如磺胺、抗生素等對生物體內(nèi)部被微生物感染的組織或病變細(xì)胞進(jìn)行治療，以殺死組織內(nèi)的病原微生物或病變細(xì)胞，但對機(jī)體本身無毒害作用的治療措施。,滅菌（sterilization) 是指利用某種殺死物體中包括芽孢在內(nèi)的所有微生物的一種措施.,抑制(inhibition) 是在亞致死劑量因子作用下導(dǎo)致微生物生長的停止，但在移去這種因子后生長仍可以恢復(fù)的生物學(xué)現(xiàn)象。,死亡(death) 是在致死劑量因子或亞致死劑

22、量因子長時間作用下，導(dǎo)致微生物生長能力不可逆喪失，即使這種因子移去后生長仍不能恢復(fù)的生物學(xué)現(xiàn)象。,防腐（antisepsis) 是在某些化學(xué)物質(zhì)或物理因子作用下，能防止或抑制微生物生長的一種措施，它能防止食品腐敗或防止其它物質(zhì)霉變。,消毒（disinfection) 是利用某種方法殺死或滅活物質(zhì)或物質(zhì)中所有病原微生物的一種措施,它可以起到防止感染或傳播的作用.,一、溫度,最低生長溫度: 指微生物能進(jìn)行繁殖的最低溫度界限。 最適生長溫度： 指使微生物達(dá)到最大生長速度的溫度 。 最高生長溫度： 指微生物能生長繁殖的最高溫度界限。 致死溫度： 是指能使 微生物死亡的最低溫度界限。 致死時間： 在一定

23、溫度下殺死微生物所需要的最短時間。,各類微生物生長的溫度范圍,溫度對微生物生長速率影響的規(guī)律,利用高溫滅菌的方法,干熱滅菌 濕熱滅菌 巴斯德滅菌,干熱滅菌干熱滅菌法：160處理12h。適用于玻璃器皿、金屬用具等耐熱物品的滅菌。優(yōu)點(diǎn)：可保持物品的干燥。灼熱滅菌法：常用于金屬性接種工具、污染物品及實(shí)驗(yàn)材料等廢棄物的處理。,煮沸消毒法：100 ，15min以上。 間隙滅菌法：用流通蒸汽反復(fù)多次處理的滅菌法。 巴斯德消毒法：用較低的溫度（如6263 ，30min）處理牛奶、酒類等飲料，以殺死其中的病原菌如結(jié)核桿菌、傷寒桿菌等，同時又不損害營養(yǎng)與風(fēng)味的方法。 高壓蒸汽滅菌法：1.05kg/cm2（15b

24、/in）的蒸汽壓，121處理1530min。,濕 熱 滅 菌,巴斯德滅菌,即用較低的溫度(如用6263，處理30min、若以71則處理15min)處理牛奶、酒類等飲料，以殺死其中的病原菌如結(jié)核桿菌、傷寒桿菌等，但又不損害營養(yǎng)與風(fēng)味。處理后的物品應(yīng)迅速冷卻至10左右即可飲用。這種方法只能殺死大多數(shù)腐生菌的營養(yǎng)體而對芽孢無損害。此法是基于結(jié)核桿菌的致死溫度為6215min而規(guī)定的。這種消毒法系巴斯德發(fā)明，故稱巴斯德消毒法。 現(xiàn)不斷提高滅菌溫度縮短滅菌時間，以提高生產(chǎn)效率。100多幾秒鐘。,濕熱比干熱滅菌更好： 1）更易于傳遞熱量； 2）更易破壞保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的氫鍵等結(jié)構(gòu)；,濕熱對一般營養(yǎng)體和孢子

25、的殺滅條件：1）多數(shù)細(xì)菌和真菌的營養(yǎng)細(xì)胞：在60左右處理5-10分鐘；2）酵母菌和真菌的孢子：用80以上溫度處理；3）細(xì)菌的芽孢：121處理15分鐘以上；,三、pH對微生物生長的影響,微生物的生命活動受環(huán)境酸堿度的影響較大。每種微生物都有最適宜的 pH 值和一定的 pH 適應(yīng)范圍。 大多數(shù)細(xì)菌、藻類和原生動物的最適宜 pH 為 6.5 7.5 ，在 pH4.0 10.0 之間也能生長。 放線菌一般在微堿性， pH7.5 8.0 最適宜。 酵母菌和霉菌在 pH5 6 的酸性環(huán)境中較適宜，但可生長的范圍在 pHl.5 10.0 之間。 有些細(xì)菌可在很強(qiáng)的酸性或堿性環(huán)境中生活，例如有些硝化細(xì)菌則能在

26、 pH11.0 的環(huán)境中生活，氧化硫硫桿菌能在 pHl.0 2.0 的環(huán)境中生活。,pH 值影響微生物生長的機(jī)制主要有以下幾點(diǎn)： 由于氫離子與細(xì)胞膜上的酶相互作用,氫離子也影響細(xì)胞壁中的酶活性; pH值影響培養(yǎng)基中有機(jī)化合物的離子化,從而間接影響微生物; pH值影響營養(yǎng)物質(zhì)的溶解度; pH影響代謝產(chǎn)物的積累; 可利用微生物對 pH 要求的不同，促進(jìn)有益微生物的生長或控制雜菌污染。,濕度一般是指環(huán)境空氣中含水量的多少，有時也泛指物質(zhì)中所含水份的量。 一般的生物細(xì)胞含水量在7090%。濕潤的物體表面易長微生物，這是由于濕潤的物體表面常有一層薄薄的水膜，微生物細(xì)胞實(shí)際上就生長在這一水膜中。 放線菌和

27、霉菌基內(nèi)菌絲生長在水溶液或含水量較高的固體基質(zhì)中，氣生菌絲則曝露于空氣中，因此，空氣濕度對放線菌和霉菌等微生物的代謝活動有明顯的影響。,三、濕度、滲透壓和水活度,如基質(zhì)含水量不高、空氣干燥，胞壁較薄的氣生菌絲易失水萎蔫，不利于甚至可終止代謝活動，空氣濕度較大則有利于生長。 細(xì)菌在空氣中的生存和傳播也以濕度較大為合適。因此，環(huán)境干燥，可使細(xì)胞失水而造成代謝停止乃至死亡。 人們廣泛應(yīng)用干燥方法保存谷物、紡織品與食品等，其實(shí)質(zhì)就是奪細(xì)胞之水，從而防止微生物生長引起的霉腐。,氧 根據(jù)氧與微生物生長的關(guān)系可將微生物分為： 好氧性微生物 微好氧性微生物 氧的忍耐型微生物 兼性厭氧性微生物 專性厭氧性微生物

28、,四、氧和氧化還原電位,專性好氧菌 （ obligate or strict aerobes ）這類微生物具有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終電子受體，只能在較高濃度分子氧（一 0.2Pa ）的條件下才能生長，大多數(shù)細(xì)菌、放線菌和真菌是專性好氧菌。 兼性厭氧菌 (facultative anaerobes ） 兼性厭氧菌也稱兼性好氧菌（ facultative aerobes ）。這類 微生物的適應(yīng)范圍廣，在有氧或無氧的環(huán)境中均能生長。 一般以有氧生長為主，有氧時靠呼吸產(chǎn)能；兼具厭氧生長能力，無氧時通過發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能。如大腸桿菌（ E . coli ）、產(chǎn)氣腸桿菌（ Enterobacter

29、 aerogenes ）等腸桿菌科 ( Enterobacteriaceae ）的成員，地衣芽孢桿菌（ Bacillus lichenifornus ）、釀酒酵母（ Saccharomyces cerevisiae ）等,微好氧菌 （ microserophilic bacteria ） 這類微生物只在非常低的氧分壓，即 0.010.03 Pa 下才能生長（正常大氣的氧分壓為 0.2Pa ）。它們通過呼吸鏈，以氧為最終電子受體產(chǎn)能。如發(fā)酵單胞菌屬（ Zymontonas ）、彎曲菌屬（ Gampylobacter ）、氫單胞菌屬（ Hy drogenomonas ）、霍亂弧菌（ Vibrio

30、cholerae ）等屬種成員。 耐氧菌 （ aerotolerant anaerobes ） 它們的生長不需要氧，但可在分子氧存在的條件下行發(fā)酵性厭氧生活，分子氧對它們無用，但也無害，故可稱為耐氧性厭氧菌。氧對其無用的原因是它們不具有呼吸鏈，只通過發(fā)酵經(jīng)底物水平磷酸化獲得能量。一般的乳酸菌大多是耐氧菌. 厭氧菌 （ anaerobes ） 分子氧對這類微生物有毒，氧可抑制生長（一般厭氧菌）甚至導(dǎo)致死亡（嚴(yán)格厭氧菌）。因此，它們只能在無氧或氧化還原電位很低的環(huán)境種生長。常見的厭氧菌有梭菌屬（ Clostridium ）成員.,氧對厭氧微生物產(chǎn)生毒害作用的機(jī)理,氧氣對厭氧性微生物產(chǎn)生毒害作用的機(jī)

31、理主要是厭氧微生物在有氧條件下生長時，會產(chǎn)生有害的超氧基化合物和過氧化氫等代謝產(chǎn)物，這些有毒代謝產(chǎn)物在胞內(nèi)積累而導(dǎo)致機(jī)體死亡。 好氧微生物與兼性厭氧細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)普遍存在著超氧化物歧化酶和過氧化氫酶。 而嚴(yán)格厭氧細(xì)菌不具備這兩種酶。 耐氧性微生物只具有超氧化物歧化酶，而不具有過氧化氫酶，因此在生長過程中產(chǎn)生的超氧基化合物被分解去毒，過氧化氫則通過細(xì)胞內(nèi)某些代謝產(chǎn)物進(jìn)一步氧化而解毒，這是決定耐氧性微生物在有氧條件下仍可生存的內(nèi)在機(jī)制。,氧化還原電位勢(Eh),好氧微生物： +0.1 V；最適+0.3+0.4V； 厭氧微生物：-0.1V; 產(chǎn)甲烷細(xì)菌： -330 mV；,不同的微生物對生長環(huán)境的氧化還

32、原電位有不同的要求。環(huán)境的氧化還原位（用 E h 值表示）與氧分壓有關(guān)，也受 pH 的影響。 pH 值低時，氧化還原電位高； pH 值高時，氧化還原電位低。通常以 pH 中性時的值表示。微生物生活的自然環(huán)境或培養(yǎng)環(huán)境 ( 培養(yǎng)基及其接觸的氣態(tài)環(huán)境 ) 的 E h 值是整個環(huán)境中各種氧化還原因素的綜合表現(xiàn)。,微生物生長過程中培養(yǎng)基氧化還原電位的變化,培養(yǎng)基的氧化還原電位受諸多因子的影響，首先是分子態(tài)氧的影響，其次是培養(yǎng)基中氧化 還原 物質(zhì)的影響。另一方面，微生物本身的代謝作用也是影響 E h 值的重要因素，在培養(yǎng)環(huán)境中，微生物代謝消耗氧氣并積累一些還原物質(zhì)，如抗壞血酸、 H 2 S 或有機(jī)硫氫化

33、合物（半胱氨酸、谷胱苷肽、二硫蘇糖醇等），導(dǎo)致環(huán)境中 E h 值降低。,五、氧以外的氣體,氮?dú)夤痰⑸?CO2自養(yǎng)型微生物 H2具有氫酶的微生物 CH4甲烷氧化菌 其他,六、輻射(Radiation),紫外線（Ultraviolet 1363900nm）,短光波的紫外線則具有直接殺菌作用。 250280nm最強(qiáng)； UV殺菌機(jī)理： 形成胸腺嘧啶二聚體,微生物直接曝曬在陽光中，由于紅外線產(chǎn)生熱量，通過提高環(huán)境中的溫度和引起水分蒸發(fā)而致干燥作用，間接地影響微生物的生長。 X- 射線、 - 射線、 - 射線和 - 射線的波長更短，有足夠的能量使受照射分子逐出電子而使之電離，故稱為電離輻射。 電離輻射

34、的殺菌作用除作用于細(xì)胞內(nèi)大分子，如 X- 射線、 - 射線能導(dǎo)致染色體畸變等外，還間接地通過射線引起環(huán)境中水分子和細(xì)胞中水分子在吸收能量后產(chǎn)生自由基而起作用，這些游離基團(tuán)能與細(xì)胞中的敏感大分子反應(yīng)并使之失活。 射線具有很強(qiáng)的穿透力和殺菌效果，在食品與制藥等工業(yè)上，常將高劑量 射線 (300 萬倫琴 ) 應(yīng)用于罐頭食品、不能進(jìn)行高溫處理的藥品的放射滅菌。合適照射劑量的紫外線， X 射線或 射線能誘導(dǎo)基因變異，因而，它們也用作微生物誘變獲得突變基因與育種的高效誘變劑。,七、超聲波,超聲波可通過其高頻率震動與細(xì)胞振動的不和諧而造成細(xì)胞周圍環(huán)境的局部真空，導(dǎo)致細(xì)胞周圍壓力的極大變化，這種壓力變化促使細(xì)

35、胞破裂，引起機(jī)體死亡。 微生物細(xì)胞破碎常用方法,八、化學(xué)藥物,1.重金屬鹽類：0.1% HgCl2、AgNO3等。它們易與細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)合使其變性沉淀，或能與酶的巰基結(jié)合而使酶失去活性。 2.氧化劑：KMnO4、H2O2、Cl2等。通過它們的強(qiáng)烈氧化作用可以殺死微生物。 3.還原劑：甲醛等 。如甲醛是常用的還原性消毒劑，它能與蛋白質(zhì)的?；蛶€基起反應(yīng)，引起蛋白質(zhì)變性。,4.表面活性劑： 乙醇：70 的乙醇?xì)⒕Ч詈?，超過 70 以至無水乙醇效果較差。無水乙醇可能與菌體接觸后迅速脫水，表面蛋白質(zhì)凝固形成了保護(hù)膜，阻止了乙醇分子進(jìn)一步滲入胞內(nèi)。濃度低于 70 時，其滲透壓低于菌體內(nèi)滲透壓，也影響乙

36、醇進(jìn)入胞內(nèi) 。 酚：酚 ( 石炭酸 ) 及其衍生物有強(qiáng)殺菌力，它們對細(xì)菌的有害作用可能主要是使蛋白質(zhì)變性，同時又有表面活性劑的作用，破壞細(xì)胞膜的透性，使細(xì)胞內(nèi)含物外泄。 5 的石炭酸溶液可用作噴霧以消毒空氣。微生物學(xué)中常以酚作為比較各種消毒劑殺菌力的標(biāo)準(zhǔn)。各種消毒劑和酚的殺菌作用的比較強(qiáng)度，稱為消毒劑的“酚價”。甲酚是酚的衍生物，市售消毒劑煤酚皂液就是甲酚與肥皂的混合液，常用 3 5 的溶液來消毒皮膚、桌面及用具等。 5.其它化學(xué)藥物： 1%KOH、1%H2SO4、結(jié)晶紫等 。 6.化學(xué)療劑：抗生素、抗代謝物,第 四 節(jié),微生物對環(huán)境的適應(yīng)與抗性 Microbial adoption and

37、resistance to Environment,一、微生物的趨向性 二、微生物的抗性 微生物的抗藥性 微生物對高溫的抗性 微生物對極端pH的抗性 微生物對重金屬離子毒害的抗性,一、微生物的趨向性,趨化性（chemotaxis）： 微生物對不同種類的化學(xué)物質(zhì)或不同濃度的化學(xué)物質(zhì)溶液所產(chǎn)生的一種向性或背向性的一種特征。 趨光性（phototaxis）： 尤指光合細(xì)菌對光的反應(yīng).,微生物的趨氧與避氧性生長現(xiàn)象,二、微生物的抗逆性,抗逆性（stress resistance）是指微生物對其生存生長不利的各種環(huán)境因素的抵抗和忍耐能力的總稱。 當(dāng)微生物處于對其生存生長不利的逆境(environmental stress)時，由于微生物不象動物那樣可通過遠(yuǎn)距離運(yùn)動逃離逆境，即使某些微生物有一定的運(yùn)動能力，其運(yùn)動距離也十分有限。因而，微生物的抗逆主要通過自身的生理與遺傳適應(yīng)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。 微生物中的抗性，研究較多的主要是與人類實(shí)踐關(guān)系密切的抗性，如抗藥性、抗熱性、耐高滲透壓、耐酸、耐重金屬離子等。,（一）抗藥性,微生物對以抗生素為主的藥物的抗性簡稱為抗藥性。當(dāng)某種抗生素長期作用于一些敏感（病原）微生物時，微生物通過遺傳適應(yīng)，對特定抗生素表現(xiàn)出抗藥性。 抗藥性的途徑： 1抗性細(xì)胞產(chǎn)生酶，使藥物失去活性 2修飾和改變藥物作用靶位 3改變細(xì)胞對藥劑的