微生物学课件-5微生物生长繁殖与控制.ppt

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1、第 七 章,微生物生长繁殖及其控制Microbial Growth，Reproduction and Environments,第 一 节,微生物的个体与群体生长和繁殖 Microbial Growth and Reproduction,微生物的生长与繁殖,微生物生长(Growth)：- -个体生长 是指细胞物质有规律地、不可逆增加的生物过程。微生物繁殖(Reproduction)：-个体繁殖 是微生物生长到一定阶段由于细胞内各种细胞结构的复制和重建导致产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的整个生物学过程。,微生物的个体生长和群体生长,个体生长：一个微生物个体应具备生长和繁殖的全能性。单细

2、胞微生物如细菌、酵母菌等，一个细胞就是一个个体。单细胞微生物的生长即使细胞的增大，但这种过程 在适宜的环境中，一种微生物如大肠杆菌（E.coli），从一个个体（细胞）出发，通过生长与繁殖，逐渐形成细胞总生物质量(biomass)与数量相应增加的群体，这种现象与过程称为群体生长。群体生长是微生物个体生长与个体繁殖持续交替进行所导致的结果。因此，群体生长是以微生物的个体生长与繁殖为基础的。,一、微生物的个体生长与繁殖,1、细菌的个体生长与繁殖 单细胞原核微生物持续生长直至分裂成两个新的细胞，这个过程称为二等分裂。杆状细菌如大肠杆菌在培养过程中，能观察到细胞延长至大约为细胞最小长度的2倍时，处于细胞

3、中间部位的细胞膜和细胞壁从两个相反的方向向内延伸，逐渐形成一个隔膜，直至2个子细胞被分割开，最终分裂形成2个子细胞。,细胞壁合成模式,2、细菌拟核DNA 的复制与分离 细菌的拟核（nucleoid）即染色体（bacterial chromosome）是一环形双链DNA分子。细菌细胞在生长过程中，其双链环形DNA分子在一个特定位置上起始复制，该位置称为复制原点，也称复制起点。复制原点是一约由300个碱基组成的特异序列，它能被特异的起始蛋白所识别；DNA复制从原点开始，向两个相反的方向延伸，最终形成两个子染色体DNA分子。在细胞分裂形成的两个子代细胞中，分别含有一个遗传信息完整的拟核 。,细菌染色

4、体的复制,二、微生物的群体生长规律,对微生物群体生长的研究表明，微生物的群体生长规律因其种类不同而异，单细胞微生物与多细胞微生物的群体生长表现出不同的生长动力学特性。但就单细胞微生物来说，在特定的环境中，不同种的微生物表现出趋势相近的生长动力学规律。,（一）、细菌纯培养生长曲线,是将某种单细胞微生物少量接种到恒定容积的液体培养基中培养，定时取样分析。以菌数的对数(或光密度值)为纵坐标，生长时间为横坐标作图而的得到的生长曲线。,细菌生长曲线的分期,滞留适应期 对数生长期 稳定生长期 衰亡期,1.滞留适应期（Lag phase）,当少量菌种接种到液体培养基中后，在开始的一段时间内细胞数目不增加，生

5、长速度近于零，曲线平缓，称延缓期。此期菌体虽不分裂，但细胞代谢活力很强，菌体体积增长很快，对不良环境比较敏感，易被热、低温和高浓度盐溶液杀死。l 该期的特点：（1） 生长速率常数等于0。（2） 细胞形态变大或增长。（3） 细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性。（4） 合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP合成加快，易产生 诱导酶。（5）对外界不良条件如NaCl溶液浓度、温度和抗生素等理化因素反应敏感。,l 产生原因：（1） 接种后，一时还缺乏分解或催化有关底物的酶，或缺乏充足的中间代谢产物。（2） 暂时缺乏足够的能量和必需的生长因子。（3） “种子”老化或未充分活化。l 影响因素（

6、1） 菌种类型（2） 种龄、即生理年龄（3） 接种量（4） 培养基成分：营养丰富度与接近度l 缩短措施（1） 通过遗传育种方法改变种的遗传特性使延缓期缩短（2） 利用“对数生长期”的细胞作为种子。（3） 尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大。（4） 适当扩大接种量。,2.对数期（Log phase）,特点 1）生长速率常数R最大。细胞每分裂一次所需时间代时G （ generation time，）或原生质增加一倍所需的倍增时间最短 2）细胞稳定（平衡）生长：细胞内各种物质按比例生长，菌体成分均匀； 3）酶活性高，代谢稳定，菌体大小基本一致。l 影响代时（G）的因素 （1）菌种：不同的菌

7、种G相差极大。（P155） （2）营养成分：同一种微生物，在营养丰富的培养基上生长，其代时较短，反之则长。 （3）营养物浓度：影响生长速率和生长总量。 （4）培养温度,菌体经过一段时间的适应后，就以最快的速度进行分裂繁殖，菌数以几何级数增加，所以称对数期。此期的特点是代谢旺盛、细胞保持有规律的高速繁殖，个体形态和生理特性比较一致。,l 应用意义指数期的微生物因其具有整个群体的生理特性较为一致、细胞各成分平衡增长和生长速率恒定等优点，故是用作代谢、生理等研究的良好材料，是增殖噬菌体的最适宿主，也是发酵工业中用做种子的最佳材料。,3.稳定期（Stationary phase）,特点： 1）生长速度

8、为零，新生=死亡，达到动态平衡； 2）活菌数的总量达到最大值； 3）胞内的储藏物开始形成（如肝糖粒、脂肪粒等）； 4）某些芽孢菌的芽孢开始形成； 5）某些细菌过量积累次级代谢产物，如抗生素、维生素等。,l 稳定期到来的原因：（1） 营养物质尤其是生长限制因子的耗尽。（2） 营养物的比例失调，如C/N比不合适。（3） 酸、醇、毒素或H2O2等有害代谢产物的积累。（4） Ph、氧化还原势等物理化学条件越来越不适宜。l 控制措施（1） 补充营养物质（2） 移走代谢产物（3） 改善培养条件l 意义：（1） 是产物最佳的收获期，主要是对以菌体生产或与菌体生长相平行的代谢产物为目的的某些发酵生产。（2）

9、对维生素、碱基、氨基酸等物质是最佳的生物测定时期。（3） 通过对稳定期到来的原因的研究，还促进连续培养原理的提出和工艺、技术的创建。,4.衰亡期（Death phase）,特点： 1）生长速率负增长； 2）细胞形态多样，出现畸形，形成衰退型； 3）蛋白水解酶活跃，出现细胞自溶现象; 4）芽孢细菌芽孢大量释放。l 抵抗措施（1） 部分细菌产生抗逆性，形成休眠体，降低死亡率。 （2）迟效的C、N源产生二次生长。,第二节微生物的培养与生长量测定,一、微生物生长量的测定 1.直接计数法（全数法）： 2.间接计数法（活菌计数法） 3.测定细胞物质量,获得纯培养的技术,稀释平板分离法 平皿划线分离法 单细

10、胞挑取法 利用选择性培养基分离法 富集培养 二元培养：是纯培养的一种特殊形式，主要用于分离寄生微生物的方法。 共培养(Coculture),稀释分离法,从混杂着大量细菌的样品中将某种细菌分离出来，最基本的方法是使各个细胞彼此分开，再进行挑选。所以必须将待测样品稀释，一般常用的方法如下： 稀释平皿分离法 平皿划线分离法 单细胞挑取法,稀释倒平板法（pour plate method）,操作步骤：1、样品的稀释过程 2、取适量不同浓度梯度的稀释液，与已灭菌过熔化并冷却至50左右的琼脂培养基混合；摇匀后，倾入灭过菌的培养皿中；平面来回摇匀，待琼脂凝固后，即制成可能含菌的琼脂平板。3、在一定条件下（温

11、度、湿度、光照）培养一定时间即可出现菌落（在表面或内部）。4、挑取单个菌落，进一步做平板划线分离，便可得到纯培养物。该法使用对象：热不敏感微生物。其主要缺点是易造成热敏感微生物死亡；且一些严格好氧菌被固定在培养基中间缺氧气而影响生长或死亡。,一、微生物纯培养技术,纯培养(Pure culture)：微生物学中将在实验室条件下从一个细胞或一种细胞群繁殖得到的后代称为纯培养,二、分批培养与连续培养,（一）分批培养(batch culture):在一个相对独立密闭的系统中，一次性投入培养基对微生物进行接种培养的方式一般称为分批培养。由于培养系统的相对密闭性，故分批培养也叫密闭培养（closed cu

12、lture）。 如在微生物研究中用烧瓶作为培养容器进行的微生物培养一般是分批培养。采用分批培养方式时，随着培养时间的延长，由于系统相对密闭性，被微生物消耗的营养物得不到及时地补充，代谢产物未能及时排出培养系统，其它对微生物生长有抑制作用的环境条件得不到及时改善，使微生物细胞生长繁殖所需的营养条件与外部环境逐步恶化，从而使微生物群体生长表现出从细胞对新环境的适应到逐步进入快速生长，而后较快转入稳定期，最后走向衰亡的阶段分明的群体生长过程。,（二）、连续培养连续培养方式,恒浊器法(Turbidostat)： 指不断调节流速而使细菌培养液保持恒定的连续培养方法；主要用于获得大量菌体或与菌体相平行的代

13、谢产物。 恒化器法(Chemostat)： 指控制恒定的流速，使由于细菌生长而耗去的营养物质及时得到补充，培养基中营养物浓度基本恒定，从而保持细菌的恒定生长速率。,连 续 培 养 法 装 置,恒浊与恒化培养控制装置,分批培养与连续培养的比较,分批培养与连续培养的优缺点比较及其运用(p159),三、同步培养,通过机械方法和调控培养条件使某一群体中的所有微生物个体细胞尽可能处于同一生长和分裂周期中，从而使细胞群体中各个体处于分裂步调一致的生长状态，这种生长状态称为同步生长(synchronous growth) 。,获得微生物同步生长的方法,主要有以下两类： 机械筛选法。这一方法是利用处于同一生长

14、阶段细胞的体积与大小的同一性，用过滤、密度梯度离心或膜洗脱等方法收集同步生长的细胞。 诱导法。这一方法是用理化条件（药物、营养物、温度、光照等）人为诱导控制微生物细胞群体处于某同一生长发育阶段，以获得同步生长细胞。,四、微生物生长量的测定,1.直接计数法（全数法）： 2.间接计数法（活菌计数法） 3.测定细胞物质量,1.直接计数法（全数法）,计数器计数法： 血球计数板 细菌计数板 涂片染色计数法 比浊法,2.间接计数法（活菌计数法）,平板菌落计数法 液体稀释培养测数（Most Probable Number method ,MPN法） 薄膜过滤计数法,平板菌落计数法,液体稀释培养测数（Most

15、 Probable Number method ,MPN法）,稀释度10-310-410-510-610-710-8重复数 5 5 5 5 5 5出现生长 5 5 5 4 1 0的管数,薄膜过滤计数法,对于测定象空气、水等体积大而且含菌浓度较低的样品中的活菌数,应将待测样品通过微孔薄膜(如硝酸纤维素薄膜)过滤富集,再与膜一起放到合适培养基或浸有培养液的支持物表面上培养,最后可根据菌落数推算出样品含菌数。,3.测定细胞物质量,干重法 含氮量测定法 DNA测定法 其他生理指标测定法： 物质的消耗 产生量 对氧的吸收 发酵糖产酸量 二氧化碳的释放量等,1.测定细胞干重法 将单位体积的液体培养基中培养

16、的微生物,经过滤或离心收集菌体细胞,用水洗净附在细胞表面的残留培养基,105高温或真空下干燥至恒重,称重,即可求得培养物中的总生物量。2.DNA含量测定法 DNA可与DABA一HCl(35.二氨基苯甲酸一盐酸)溶液反应显示特殊的荧光。根据这种荧光反应强度求得DNA含量。,3.ATP含量测定法微生物细胞中都含有相对恒定量的ATP,而ATP与生物量之间有一定的比例关系。用适当的试剂从培养物中提取出ATP,以分光光度计测定它的荧光素一荧光素酶反应强度,经换算即可求得生物量。4.代谢活性法该法是通过测定生活细胞的代谢活性强度来估算其生物量。5.蛋白质量测定法 蛋白质是细胞R的主要组分，而蛋白质的含量是

17、比较稳定的。可以从蛋白质量的测定求出细胞物质量，或以测定芳香氨基酸量求蛋白质量。可以测定全氮量来求蛋白质量。 蛋白质量=氮量6.25； 方法：菌体分离洗涤凯氏微量定氮法测定总氮含量。,第三节：环境条件对微生物生长和代谢影响 1温度1.1微生物生长的温度范围: 根据微生物生长时对温度的要求不同，可将微生物分为三大类：低温性微生物（又分专性和兼性，专性最适515，最高1520 ；兼性最适1020 ，最高30 左右）中温性微生物（最适2040 ）高温性微生物（最适4560 ）,l温度对微生物生长的影响（1）酶的活性 （2）质膜的流动性 （3）溶解度l 最适生长温度及其意义某菌分裂代时最短或生长速率最

18、高时的培养温度称之为最适生长温。同一种微生物，最适生长温度并非是一切生理过程的最适温度，也就是说，最适生长温度并不等于得率最高时的培养温度，也不等于发酵速率或累积代谢产物最高时的培养温度，更不等于累积某一代谢产物最高时的培养温度。,例1l实践意义：在实践中应注意生长季节的安排，其主要依据是A根据当地周年平均温度变化曲线B微生物品种的温型（最适温度）。,.1.3利用温度的灭菌方法 A.高温灭菌法 火焰灭菌(焚烧灭菌) ：常用于金属性接种工具、污染物品及实验材料等废弃物的处理。 干热灭菌：160处理12h。适用于玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。优点：可保持物品的干燥。,B.湿热灭菌: 原因:

19、菌体蛋白质吸收热水分凝固比干热凝固容易；湿热比干热传导快,穿透力强,能迅速提高物体内部温度。蒸汽与物品接触,凝结成水,放出潜能,能迅速提高温度,加速微生物死亡。 a. 高压蒸汽灭菌法 b. 常压蒸汽灭菌法 c. 煮沸消毒法 C.间歇灭菌法 D.巴氏消毒法(亦称低温消毒法)用较低的温度（如6263 ，30min）处理牛奶、酒类等饮料，以杀死其中的病原菌如结核杆菌、伤寒杆菌等，同时又不损害营养与风味的方法,1.4低温对微生物的影响: （1）.低于冰点的温度能杀死微生物,其原因: A.细胞体内水分转变成冰晶,引起细胞明显脱水； B.冰晶对细胞结构尤其是细胞质膜的物理损伤。 但是采用快速冷冻或细胞悬液

20、中加入保护剂,可以减少冰冻对细胞的损害。 （2）.低温可延缓微生物的生理活动(故采用低温保藏微生物) 。 1.5低温下微生物生存原理 A.酶在低温下仍起作用 B.低温微生物质膜中不饱和脂肪含量高(低温下仍保持半流体状态)处于低温下大部分微生物代谢活动降低,生长略有停滞,但仍能存活,一旦遇到合适生长温度就可以生长繁殖,并常在4-7冰箱中保存。,1.6超低温保藏的微生物原理(液氮保藏微生物) （1）.快速冰冻形成的冰晶体小,故对细胞损害小(缓慢冷冻冰晶体大,微生物易死亡) （2）.超低温保藏的微生物往往使用了防冻保护剂(如甘油),可以降低脱水的有害作用,大多数微生物在10%甘油等防冻剂中.保存在-

21、96左右的液氮内,超低温保藏多年甚至于百年。,1.7冷冻、冷藏、解冻对微生物的影响 （1）.冷冻速度:冷冻速度越快存活的微生物越多,多数食品在家庭缓慢冷冻(存活微生物数量少),商业上快速冷冻。由于低温菌的活动,常导致食物变质。温度愈低腐败愈慢,只有当食物被坚实地冻结后,微生物的生长才是不可能的。 （2）.冷冻与电解质和渗透压有关系:当一种食物(如桔子汁)冻结时,微生物将接触到比较浓缩的溶液,由此而来的高渗透压和高浓度电解质就可杀死或损伤微生物细胞,迅速冻结可减轻这种作用。（3）.冷冻、冷藏对微生物的影响与时间和温度相关:有研究结果认为,-4比对-15和-24对细菌的破坏更大。,2水分及其可给性

22、,水的活度水分的影响不仅决定于含量的多少，更重要的是其可给性 。溶质浓度高低和固体表面对水的亲和力都影响水分对微生物的可给性，环境中水的可给性一般以水活度来表示，通常用水的活度值w为指标。环境中水对微生物的可给性w是指在一定温度和压力条件下，溶液中的蒸气压（P）与纯水蒸气压（P0）之比，用下式表示： P w = P0,渗透压纯水具有通过半透膜的渗透作用。当膜两边溶质浓度不同时，产生渗透压差，水分子从溶质浓度低的一边流向溶质浓度高的一边。在微生物正常生长情况下，细胞内溶质的浓度高于细胞外溶质的浓度，所以水分能够通过半透性的质膜进入细胞内，由于细胞壁的保护作用避免了因水分的无限流入造成的质膜破裂。

23、高渗环境会使细胞脱水，造成生理干燥，原生质收缩引起质壁分离现象，因而能抑制大多数微生物生长。低渗溶液能破坏去壁的细胞原生质体。,3氢离子浓度（pH）（1)引起细胞膜电荷的变化从而影响了微生物对营养物质的吸收。 （2）.影响代谢过程中酶的活性。 （3）.改变生长环境中营养物质的可给性及有害物质毒性。1.（4）同一种微生物在其不同的生长阶段和不同的生理、生化过程中有不同的最适pH要求。例：黑曲霉发酵：Ph2-2.5-合成柠檬酸 Ph2.56.5以均体生长为主 Ph7合成草酸 霉菌 酵母菌 适宜pH4-9 最宜以中性偏酸 放线菌 细菌 适宜中性或中性偏碱 pH影响杀死微生物效果: pH4.5 80-

24、100 10-30 4.5 105-121 40-90 防腐 用化学的方法来抑制微生物的生长。苯甲酸及其盐类常用作饮料、面包、食品的防腐。青贮饲料也是用酸或细菌活动产生的酸,防止或者抑制微生物的生长。,4氧气和氧化还原电位 氧化还原电位对微生物生长有明显影响,其值与O2分压有关,也受pH值的影响,pH低,还原电位高,pH高,还原电位低。 在自然环境中，Eh的范围在: +0.82 -0.42V 好气性微生物+0.1V以上 厌气性微生物+0.1V以下 兼厌气性微生物在氧化还原电位高或低的情况下都能生长，以+0.1V为界，在+0.1V以上时行好氧呼吸，在+0.1V以下时行发酵作用。 有人认为O2并不

25、是专性厌氧菌的致死原因,主要是O2所形成的高Eh。,l 厌氧菌的氧毒害机制：1971 J.M.McCord和I.Fridovich提出的关于专性厌氧生活的超氧化物歧化酶（Saperoxide dismutase ，SOD）学说：凡严格厌氧菌就无SOD活力，一般也无H2O2酶活力；所有具细胞色素系统的好氧菌都具有SOD和H2O2酶；耐氧性厌氧菌不含细胞色素系统，但具有SOD活力而无H2O2酶活力。在此基础上，他们认为，SOD的功能是保护好氧菌免受超氧化物阴离子自由基的毒害，从而提出了缺乏SOD的微生物必然只能进行专性厌氧生活的学说。在有氧存在条件下，在生物体内，超氧阴离子自由基（ O2- ）普遍

26、存在，它是有酶促（如黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶、二氢乳清酸脱氢酶或黄素蛋白脱氢酶等）方式形成或非酶促方式形成： O2 + e-O2- 超氧化物阴离子自由基是活性氧的形式之一，因有奇数电子，故带负电荷；它既有分子性质，又有离子性质；其性质极不稳定，化学反应力极强，在细胞内可破坏各种重要生物大分子和膜结构，还可形成其他活性氧化物，故对生物体极其有害。,祛除超氧化物阴离子自由基等各种有害活性氧分子的机制,l SOD的运用与提取A功能：祛除超氧化物阴离子自由基，还可防治人体衰老，自身免疫性疾病、抗癌、防白内障、治疗放射病和肺气肿以及解除苯中毒等方面有一系列疗效。B提取来源：动物血液、微生物,5辐射,5.1

27、可见光: 光氧化作用:光线被细胞内的色素吸收,在有氧条件下使一些酶和其他敏感部分失活,而杀死微生物,如果无O2存在,则对微生物没有损害作用。5.2紫外光: 波长200-300nm紫外光都有杀菌效能,一般以250-280nm杀菌力最强。 光复活作用 缺点: 穿透力弱,一层薄纸也可滤掉大部分,只适应于空气的表面消毒。,紫外线（Ultraviolet 1363900nm）,250280nm最强； UV杀菌机理： 1）形成胸腺嘧啶二聚体； 2）电离辐射作用。,6化学杀菌剂和抑菌剂 化学药物对微生物的影响:A.高浓度杀菌；B.低浓度防腐;C.再低浓度消毒;D.某些低浓度化学物对微生物有刺激生长作用。 1

28、.重金属及盐类 2.有机化合物 3.氧化剂 4.卤素 5.表面活性物质 具有降低表面张力效应的物质叫表面活性剂。 碱性染料有显著的抑菌作用,是由于碱性染料的阳离子与菌体羧基或磷酸基起作用,形成弱电离的化合物,妨碍菌体正常代谢,扰乱菌体氧化还原作用,并阻碍芽孢的形成。,7抗代谢物（antimetabolite）是指一类在化学结构上与细胞内必要代谢物（特别是生长因子）的结构相似，并可干扰正常代谢活动的化学物质。例如磺胺类药物与细菌的一种生长因子对氨基笨甲酸高度相似，因此两者间发生竞争性拮抗作用。(P180-181),8. 抗生素（antibiotics）,是一类由微生物或其他生物生命活动过程中合成

29、的次生代谢或其人工衍生物，它们在很低的浓度是就能抑制或干扰它种生物的生命活动，因而可做优良的化学治疗剂。l 若干抗生素及其作用机制（P183）1抑制细胞壁合成：青霉素2引起细胞壁降解3干扰细胞膜4抑制蛋白质合成：氯霉素5抑制DNA合成6抑制DNA复制7抑制RNA转录8抑制RNA合成,1微生物产生抗药性的原因：（1）细胞质膜透性改变，使药物不能透过细胞膜。如四环素抗性菌株-委内瑞拉链霉菌（2） 把药物作用的靶位加以修饰和改变。 如抗磺胺类药物与二氢叶酸合成酶的改变（敏感-不敏感） 链霉素与核糖体30S亚基（结合-不结合）（3）产生一种能使药物失去活性的酶。 如转乙酰酶可使氯霉素乙酰化（4）形成“

30、救护途径”（5） 通过主动外排系统把进入细胞内的药物泵出细胞外。,2避免或解决抗药性问题的办法（1） 第一次使用的药物量要充足（2） 避免在一个时期或长期使用同种抗生素。（3） 不同的抗生素（或与其他药物）混合使用（4） 对现有的抗生素进行改造 （5）筛选新的更有效的抗生素,第四节：微生物的控制 Microbial growth and Environment,一 些 基 本 术 语,化疗(Chemotherapy)灭菌(Sterilization)抑制(Inhibition) 死亡(Death) 防腐(Antisepsis) 消毒(Dis-infection),化疗(chemotherapy

31、),是指利用具有选择性的化学物质如磺胺、抗生素等对生物体内部被微生物感染的组织或病变细胞进行治疗，以杀死组织内的病原微生物或病变细胞，但对机体本身无毒害作用的治疗措施。,灭菌（sterilization),是指利用某种杀死物体中包括芽孢在内的所有微生物的一种措施.,抑制(inhibition),是在亚致死剂量因子作用下导致微生物生长的停止，但在移去这种因子后生长仍可以恢复的生物学现象。,死亡(death),是在致死剂量因子或亚致死剂量因子长时间作用下，导致微生物生长能力不可逆丧失，即使这种因子移去后生长仍不能恢复的生物学现象。,防腐（antisepsis),是在某些化学物质或物理因子作用下，能

32、防止或抑制微生物生长的一种措施，它能防止食品腐败或防止其它物质霉变。,消毒（disinfection),是利用某种方法杀死或灭活物质或物质中所有病原微生物的一种措施,它可以起到防止感染或传播的作用.,一、温度,最低生长温度: 指微生物能进行繁殖的最低温度界限。 最适生长温度： 指使微生物达到最大生长速度的温度 。 最高生长温度： 指微生物能生长繁殖的最高温度界限。 致死温度： 是指能使 微生物死亡的最低温度界限。 致死时间： 在一定温度下杀死微生物所需要的最短时间。,温度对微生物生长速率影响的规律,利用高温灭菌的方法,干热灭菌 湿热灭菌 巴斯德灭菌,干热灭菌,干热灭菌法：160处理12h。适用

33、于玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。优点：可保持物品的干燥。灼热灭菌法：常用于金属性接种工具、污染物品及实验材料等废弃物的处理。,湿 热 灭 菌,煮沸消毒法：100 ，15min以上。 高压蒸汽灭菌法：1.05kg/cm2（15b/in）的蒸汽压，121处理1530min。 间隙灭菌法：用流通蒸汽反复多次处理的灭菌法。 巴斯德消毒法：用较低的温度（如6263 ，30min）处理牛奶、酒类等饮料，以杀死其中的病原菌如结核杆菌、伤寒杆菌等，同时又不损害营养与风味的方法。,巴斯德灭菌,即用较低的温度(如用6263，处理30min、若以71则处理15min)处理牛奶、酒类等饮料，以杀死其中的病原菌如

34、结核杆菌、伤寒杆菌等，但又不损害营养与风味。处理后的物品应迅速冷却至10左右即可饮用。这种方法只能杀死大多数腐生菌的营养体而对芽孢无损害。此法是基于结核杆菌的致死温度为6215min而规定的。这种消毒法系巴斯德发明，故称巴斯德消毒法。 现不断提高灭菌温度缩短灭菌时间，以提高生产效率。100多几秒钟。,H对微生物生长的影响,由于氢离子与细胞膜上的酶相互作用,氢离子也影响细胞壁中的酶活性; pH值影响培养基中有机化合物的离子化,从而间接影响微生物; pH值影响营养物质的溶解度; pH影响代谢产物的积累; 抑制杂菌生长.,H对有机酸渗入细胞的影响,三、湿度、渗透压和水活度,湿度一般是指环境空气中含水

35、量的多少，有时也泛指物质中所含水份的量。一般的生物细胞含水量在7090%。湿润的物体表面易长微生物，这是由于湿润的物体表面常有一层薄薄的水膜，微生物细胞实际上就生长在这一水膜中。放线菌和霉菌基内菌丝生长在水溶液或含水量较高的固体基质中，气生菌丝则曝露于空气中，因此，空气湿度对放线菌和霉菌等微生物的代谢活动有明显的影响。,四、氧和氧化还原电位,氧 氧化还原电位,氧,根据氧与微生物生长的关系可将微生物分为： 好氧性微生物 微好氧性微生物 氧的忍耐型微生物 兼性厌氧性微生物 专性厌氧性微生物,氧对厌氧微生物产生毒害作用的机理,产生超氧化物 产生过氧化氢 O2 + e - O2- O2-+H2O2 O

36、2 + OH - + OH2O2- + 2H + H2O2 + O2 2H2O2 2 H2O + O2,氧化还原电位势(Eh),好氧微生物： +0.1 V；最适+0.3+0.4V； 厌氧微生物：-0.1V; 产甲烷细菌： -330 mV；,微生物生长过程中培养基氧化还原电位的变化,五、氧以外的气体,氮气固氮微生物 CO2自养型微生物 H2具有氢酶的微生物 CH4甲烷氧化菌 其他,六、辐射(Radiation),紫外线（Ultraviolet 1363900nm）,250280nm最强； UV杀菌机理： 1）形成胸腺嘧啶二聚体； 2）电离辐射作用。,七、超声波,超声波可通过其高频率震动与细胞振动

37、的不和谐而造成细胞周围环境的局部真空，导致细胞周围压力的极大变化，这种压力变化促使细胞破裂，引起机体死亡。 微生物细胞破碎常用方法,八、化学药物,1.重金属盐类：0.1% HgCl2、AgNO3等 2.氧化剂：KMnO4、H2O2、Cl2等 3.还原剂：甲醛等 4.表面活性剂： 乙醇、酚、来苏儿等 5.其它化学药物： 1%KOH、1%H2SO4 结晶紫等 6.化学疗剂：抗生素、抗代谢物,第 五 节,微生物对环境的适应与抗性 Microbial adoption andresistance to Environment,微生物对环境的反应,一、微生物的趋向性 二、微生物的抗性 微生物的抗药性 微

38、生物对高温的抗性 微生物对极端pH的抗性 微生物对重金属离子毒害的抗性,一、微生物的趋向性,趋化性（chemotaxis）： 微生物对不同种类的化学物质或不同浓度的化学物质溶液所产生的一种向性或背向性的一种特征。 趋光性（phototaxis）： 尤指光合细菌对光的反应.,微生物的运动,鞭毛运动 螺旋体式运动 滑行运动 变形虫式运动,微生物的趋氧与避氧性生长现象,二、微生物的抗逆性,抗逆性（stress resistance）是指微生物对其生存生长不利的各种环境因素的抵抗和忍耐能力的总称。当微生物处于对其生存生长不利的逆境(environmental stress)时，由于微生物不象动物那样可

39、通过远距离运动逃离逆境，即使某些微生物有一定的运动能力，其运动距离也十分有限。因而，微生物的抗逆主要通过自身的生理与遗传适应机制来实现。 微生物中的抗性，研究较多的主要是与人类实践关系密切的抗性，如抗药性、抗热性、耐高渗透压、耐酸、耐重金属离子等。,（一）抗药性,微生物对以抗生素为主的药物的抗性简称为抗药性。当某种抗生素长期作用于一些敏感（病原）微生物时，微生物通过遗传适应，对特定抗生素表现出抗药性。 抗药性的途径： 1抗性细胞产生酶，使药物失去活性 2修饰和改变药物作用靶位 3改变细胞对药剂的渗透性与增强外排作用 4形成救护途径,微生物抗药的遗传机理,微生物抗药的机理遗传变异 发生突变 染色

40、体重组 改变遗传性 自然选择,（二）、微生物对高温的抗性,嗜高温菌（高度好热菌）：75 嗜亚高温菌(中度好热菌): 5575,高温菌耐高温机理,酶对热稳定 核酸G+Cmol%较高,Tm值较大 细胞膜长链脂肪酸含量高,主要是一些分支的长链饱和脂肪酸(17, 18和19碳原子) 保护因子,如金属离子(Mg2+,Ca2+等)和一些低分子物质如多胺等,（三）、微生物对极端pH的抗性,极端pH条件: pH9.0 机理: 还不完全了解。一般认为是由于细胞膜对氢离子的不透性所引起。而对于嗜碱菌则认为是通过主动分泌OH -离子的方式保持细胞内pH在中性范围。,（四）、微生物对重金属离子毒害的抗性,微生物一般对重金属的需要量极为微量，在0.1mg/L或更少即可满足，并有一定的刺激生长的作用。过量产生毒害。但也有某些微生物可生长在浓度已大大超过对生物产生毒性的高含量重金属的环境中。 在高浓度环境中藻类、真菌、原生动物、和细菌都有抗高浓度重金属的种类。,微生物对重金属离子毒害的抗性机理,改变细胞膜透性，阻止金属离子进入细胞 产生某种螯合剂如胞外多糖，抵抗金属离子的毒害 通过酶促反应，使有毒物质转变成无毒化合物,第五章 微生物的生长和环境条件 结束,