微生物學(xué)課件-5微生物生長繁殖與控制

1、第 七 章,微生物生長繁殖及其控制Microbial Growth，Reproduction and Environments,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)：- -個體生長 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)：-個體繁殖 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)制和重建導(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)

2、胞微生物如細(xì)菌、酵母菌等，一個細(xì)胞就是一個個體。單細(xì)胞微生物的生長即使細(xì)胞的增大，但這種過程 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,一、微生物的個體生長與繁殖,1、細(xì)菌的個體生長與繁殖 單細(xì)胞原核微生物持續(xù)生長直至分裂成兩個新的細(xì)胞，這個過程稱為二等分裂。桿狀細(xì)菌如大腸桿菌在培養(yǎng)過程中，能觀察到細(xì)胞延長至大約為細(xì)胞最小長度的2倍時，處于細(xì)胞中

3、間部位的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁從兩個相反的方向向內(nèi)延伸，逐漸形成一個隔膜，直至2個子細(xì)胞被分割開，最終分裂形成2個子細(xì)胞,細(xì)胞壁合成模式,2、細(xì)菌擬核DNA 的復(fù)制與分離 細(xì)菌的擬核（nucleoid）即染色體（bacterial chromosome）是一環(huán)形雙鏈DNA分子。細(xì)菌細(xì)胞在生長過程中，其雙鏈環(huán)形DNA分子在一個特定位置上起始復(fù)制，該位置稱為復(fù)制原點，也稱復(fù)制起點。復(fù)制原點是一約由300個堿基組成的特異序列，它能被特異的起始蛋白所識別；DNA復(fù)制從原點開始，向兩個相反的方向延伸，最終形成兩個子染色體DNA分子。在細(xì)胞分裂形成的兩個子代細(xì)胞中，分別含有一個遺傳信息完整的擬核,細(xì)菌染色體的復(fù)制

4、,二、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)(或光密度值)為縱坐標(biāo)，生長時間為橫坐標(biāo)作圖而的得到的生長曲線,細(xì)菌生長曲線的分期,滯留適應(yīng)期 對數(shù)生長期 穩(wěn)定生長期 衰亡期,1.滯留適應(yīng)期（Lag phase,當(dāng)少量菌種接種到液體培養(yǎng)基中后，在開始的一段時間內(nèi)細(xì)胞數(shù)目不增加，生長速度近于零，曲

5、線平緩，稱延緩期。此期菌體雖不分裂，但細(xì)胞代謝活力很強，菌體體積增長很快，對不良環(huán)境比較敏感，易被熱、低溫和高濃度鹽溶液殺死。 l 該期的特點： （1） 生長速率常數(shù)等于0。 （2） 細(xì)胞形態(tài)變大或增長。 （3） 細(xì)胞內(nèi)的RNA尤其是rRNA含量增高，原生質(zhì)呈嗜堿性。 （4） 合成代謝活躍，核糖體、酶類和ATP合成加快，易產(chǎn)生 誘導(dǎo)酶。 （5）對外界不良條件如NaCl溶液濃度、溫度和抗生素等理化因素反應(yīng)敏感,l 產(chǎn)生原因： （1） 接種后，一時還缺乏分解或催化有關(guān)底物的酶，或缺乏充足的中間代謝產(chǎn)物。 （2） 暫時缺乏足夠的能量和必需的生長因子。 （3） “種子”老化或未充分活化。 l 影響因素

6、 （1） 菌種類型 （2） 種齡、即生理年齡 （3） 接種量 （4） 培養(yǎng)基成分：營養(yǎng)豐富度與接近度 l 縮短措施 （1） 通過遺傳育種方法改變種的遺傳特性使延緩期縮短 （2） 利用“對數(shù)生長期”的細(xì)胞作為種子。 （3） 盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大。 （4） 適當(dāng)擴大接種量,2.對數(shù)期（Log phase,特點 1）生長速率常數(shù)R最大。細(xì)胞每分裂一次所需時間代時G （ generation time，）或原生質(zhì)增加一倍所需的倍增時間最短 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。 l 影響代時（G）的因素 （

7、1）菌種：不同的菌種G相差極大。（P155） （2）營養(yǎng)成分：同一種微生物，在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基上生長，其代時較短，反之則長。 （3）營養(yǎng)物濃度：影響生長速率和生長總量。 （4）培養(yǎng)溫度,菌體經(jīng)過一段時間的適應(yīng)后，就以最快的速度進行分裂繁殖，菌數(shù)以幾何級數(shù)增加，所以稱對數(shù)期。此期的特點是代謝旺盛、細(xì)胞保持有規(guī)律的高速繁殖，個體形態(tài)和生理特性比較一致,l 應(yīng)用意義 指數(shù)期的微生物因其具有整個群體的生理特性較為一致、細(xì)胞各成分平衡增長和生長速率恒定等優(yōu)點，故是用作代謝、生理等研究的良好材料，是增殖噬菌體的最適宿主，也是發(fā)酵工業(yè)中用做種子的最佳材料,3.穩(wěn)定期（Stationary phase,特點：

8、 1）生長速度為零，新生=死亡，達到動態(tài)平衡； 2）活菌數(shù)的總量達到最大值； 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)物，如抗生素、維生素等,l 穩(wěn)定期到來的原因： （1） 營養(yǎng)物質(zhì)尤其是生長限制因子的耗盡。 （2） 營養(yǎng)物的比例失調(diào)，如C/N比不合適。 （3） 酸、醇、毒素或H2O2等有害代謝產(chǎn)物的積累。 （4） Ph、氧化還原勢等物理化學(xué)條件越來越不適宜。 l 控制措施 （1） 補充營養(yǎng)物質(zhì) （2） 移走代謝產(chǎn)物 （3） 改善培養(yǎng)條件 l 意義： （1） 是產(chǎn)物最佳的收獲期，主要是對以菌體生產(chǎn)或與菌體生長相平行的代謝產(chǎn)

9、物為目的的某些發(fā)酵生產(chǎn)。 （2） 對維生素、堿基、氨基酸等物質(zhì)是最佳的生物測定時期。 （3） 通過對穩(wěn)定期到來的原因的研究，還促進連續(xù)培養(yǎng)原理的提出和工藝、技術(shù)的創(chuàng)建,4.衰亡期（Death phase,特點： 1）生長速率負(fù)增長； 2）細(xì)胞形態(tài)多樣，出現(xiàn)畸形，形成衰退型； 3）蛋白水解酶活躍，出現(xiàn)細(xì)胞自溶現(xiàn)象; 4）芽孢細(xì)菌芽孢大量釋放。 l 抵抗措施 （1） 部分細(xì)菌產(chǎn)生抗逆性，形成休眠體，降低死亡率。 （2）遲效的C、N源產(chǎn)生二次生長,第二節(jié)微生物的培養(yǎng)與生長量測定,一、微生物生長量的測定 1.直接計數(shù)法（全數(shù)法）： 2.間接計數(shù)法（活菌計數(shù)法） 3.測定細(xì)胞物質(zhì)量,獲得純培養(yǎng)的技術(shù),稀

10、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。 共培養(yǎng)(Coculture,稀釋分離法,從混雜著大量細(xì)菌的樣品中將某種細(xì)菌分離出來，最基本的方法是使各個細(xì)胞彼此分開，再進行挑選。所以必須將待測樣品稀釋，一般常用的方法如下： 稀釋平皿分離法 平皿劃線分離法 單細(xì)胞挑取法,稀釋倒平板法（pour plate method,操作步驟： 1、樣品的稀釋過程 2、取適量不同濃度梯度的稀釋液，與已滅菌過熔化并冷卻至50左右的瓊脂培養(yǎng)基混合；搖勻后，傾入滅過菌的培養(yǎng)皿中；平面來回?fù)u勻，待瓊脂凝固后，即制成可能含

11、菌的瓊脂平板。 3、在一定條件下（溫度、濕度、光照）培養(yǎng)一定時間即可出現(xiàn)菌落（在表面或內(nèi)部）。 4、挑取單個菌落，進一步做平板劃線分離，便可得到純培養(yǎng)物。 該法使用對象：熱不敏感微生物。其主要缺點是易造成熱敏感微生物死亡；且一些嚴(yán)格好氧菌被固定在培養(yǎng)基中間缺氧氣而影響生長或死亡,一、微生物純培養(yǎng)技術(shù),純培養(yǎng)(Pure culture)：微生物學(xué)中將在實驗室條件下從一個細(xì)胞或一種細(xì)胞群繁殖得到的后代稱為純培養(yǎng),二、分批培養(yǎng)與連續(xù)培養(yǎng),一）分批培養(yǎng)(batch culture):在一個相對獨立密閉的系統(tǒng)中，一次性投入培養(yǎng)基對微生物進行接種培養(yǎng)的方式一般稱為分批培養(yǎng)。由于培養(yǎng)系統(tǒng)的相對密閉性，故分批

12、培養(yǎng)也叫密閉培養(yǎng)（closed culture）。 如在微生物研究中用燒瓶作為培養(yǎng)容器進行的微生物培養(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,二）、連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)方式,恒濁器法(Turbidostat)： 指不斷調(diào)節(jié)流速而使細(xì)菌培養(yǎng)液保持恒定的連續(xù)培養(yǎng)方法；主要用

13、于獲得大量菌體或與菌體相平行的代謝產(chǎn)物。 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,連 續(xù) 培 養(yǎng) 法 裝 置,恒濁與恒化培養(yǎng)控制裝置,分批培養(yǎng)與連續(xù)培養(yǎng)的比較,分批培養(yǎng)與連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)缺點比較及其運用(p159,三、同步培養(yǎng),通過機械方法和調(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： 機械篩選法。這

14、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.直接計數(shù)法（全數(shù)法）： 2.間接計數(shù)法（活菌計數(shù)法） 3.測定細(xì)胞物質(zhì)量,1.直接計數(shù)法（全數(shù)法,計數(shù)器計數(shù)法： 血球計數(shù)板 細(xì)菌計數(shù)板 涂片染色計數(shù)法 比濁法,2.間接計數(shù)法（活菌計數(shù)法,平板菌落計數(shù)法 液體稀釋培養(yǎng)測數(shù)（Most Probable Number method ,MPN法） 薄膜過濾計數(shù)法,平板菌落計數(shù)法,液體稀釋

15、培養(yǎng)測數(shù)（Most Probable Number method ,MPN法,稀釋度10-310-410-510-610-710-8 重復(fù)數(shù) 5 5 5 5 5 5 出現(xiàn)生長 5 5 5 4 1 0 的管數(shù),薄膜過濾計數(shù)法,對于測定象空氣、水等體積大而且含菌濃度較低的樣品中的活菌數(shù),應(yīng)將待測樣品通過微孔薄膜(如硝酸纖維素薄膜)過濾富集,再與膜一起放到合適培養(yǎng)基或浸有培養(yǎng)液的支持物表面上培養(yǎng),最后可根據(jù)菌落數(shù)推算出樣品含菌數(shù),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,1.測定細(xì)胞干重法 將單位體

16、積的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)的微生物,經(jīng)過濾或離心收集菌體細(xì)胞,用水洗凈附在細(xì)胞表面的殘留培養(yǎng)基,105高溫或真空下干燥至恒重,稱重,即可求得培養(yǎng)物中的總生物量。 2.DNA含量測定法 DNA可與DABA一HCl(35.二氨基苯甲酸一鹽酸)溶液反應(yīng)顯示特殊的熒光。根據(jù)這種熒光反應(yīng)強度求得DNA含量,3.ATP含量測定法微生物細(xì)胞中都含有相對恒定量的ATP,而ATP與生物量之間有一定的比例關(guān)系。用適當(dāng)?shù)脑噭呐囵B(yǎng)物中提取出ATP,以分光光度計測定它的熒光素一熒光素酶反應(yīng)強度,經(jīng)換算即可求得生物量。 4.代謝活性法該法是通過測定生活細(xì)胞的代謝活性強度來估算其生物量。 5.蛋白質(zhì)量測定法 蛋白質(zhì)是細(xì)胞R的主

17、要組分，而蛋白質(zhì)的含量是比較穩(wěn)定的?？梢詮牡鞍踪|(zhì)量的測定求出細(xì)胞物質(zhì)量，或以測定芳香氨基酸量求蛋白質(zhì)量?？梢詼y定全氮量來求蛋白質(zhì)量。 蛋白質(zhì)量=氮量6.25； 方法：菌體分離洗滌凱氏微量定氮法測定總氮含量,第三節(jié)：環(huán)境條件對微生物生長和代謝影響 1溫度 1.1微生物生長的溫度范圍: 根據(jù)微生物生長時對溫度的要求不同，可將微生物分為三大類： 低溫性微生物（又分專性和兼性，專性最適515，最高1520 ；兼性最適1020 ，最高30 左右） 中溫性微生物（最適2040 ） 高溫性微生物（最適4560,l溫度對微生物生長的影響（1）酶的活性 （2）質(zhì)膜的流動性 （3）溶解度 l 最適生長溫度及其意義

18、 某菌分裂代時最短或生長速率最高時的培養(yǎng)溫度稱之為最適生長溫。 同一種微生物，最適生長溫度并非是一切生理過程的最適溫度，也就是說，最適生長溫度并不等于得率最高時的培養(yǎng)溫度，也不等于發(fā)酵速率或累積代謝產(chǎn)物最高時的培養(yǎng)溫度，更不等于累積某一代謝產(chǎn)物最高時的培養(yǎng)溫度,例1 l實踐意義：在實踐中應(yīng)注意生長季節(jié)的安排，其主要依據(jù)是 A根據(jù)當(dāng)?shù)刂苣昶骄鶞囟茸兓€ B微生物品種的溫型（最適溫度,1.3利用溫度的滅菌方法 A.高溫滅菌法 火焰滅菌(焚燒滅菌) ：常用于金屬性接種工具、污染物品及實驗材料等廢棄物的處理。 干熱滅菌：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：可保持物品的干

19、燥,B.濕熱滅菌: 原因: 菌體蛋白質(zhì)吸收熱水分凝固比干熱凝固容易；濕熱比干熱傳導(dǎo)快,穿透力強,能迅速提高物體內(nèi)部溫度。蒸汽與物品接觸,凝結(jié)成水,放出潛能,能迅速提高溫度,加速微生物死亡。 a. 高壓蒸汽滅菌法 b. 常壓蒸汽滅菌法 c. 煮沸消毒法 C.間歇滅菌法 D.巴氏消毒法(亦稱低溫消毒法)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,1.4低溫對微生物的影響: （1）.低于冰點的溫度能殺死微生物,其原因: A.細(xì)胞體內(nèi)水分轉(zhuǎn)變成冰晶,引起細(xì)胞明顯脫水； B.冰晶對細(xì)胞結(jié)構(gòu)尤其是細(xì)胞質(zhì)膜的物理損傷。

20、 但是采用快速冷凍或細(xì)胞懸液中加入保護劑,可以減少冰凍對細(xì)胞的損害。 （2）.低溫可延緩微生物的生理活動(故采用低溫保藏微生物) 。 1.5低溫下微生物生存原理 A.酶在低溫下仍起作用 B.低溫微生物質(zhì)膜中不飽和脂肪含量高(低溫下仍保持半流體狀態(tài))處于低溫下大部分微生物代謝活動降低,生長略有停滯,但仍能存活,一旦遇到合適生長溫度就可以生長繁殖,并常在4-7冰箱中保存,1.6超低溫保藏的微生物原理(液氮保藏微生物) （1）.快速冰凍形成的冰晶體小,故對細(xì)胞損害小(緩慢冷凍冰晶體大,微生物易死亡) （2）.超低溫保藏的微生物往往使用了防凍保護劑(如甘油),可以降低脫水的有害作用,大多數(shù)微生物在10

21、%甘油等防凍劑中.保存在-96左右的液氮內(nèi),超低溫保藏多年甚至于百年,1.7冷凍、冷藏、解凍對微生物的影響 （1）.冷凍速度:冷凍速度越快存活的微生物越多,多數(shù)食品在家庭緩慢冷凍(存活微生物數(shù)量少),商業(yè)上快速冷凍。由于低溫菌的活動,常導(dǎo)致食物變質(zhì)。溫度愈低腐敗愈慢,只有當(dāng)食物被堅實地凍結(jié)后,微生物的生長才是不可能的。 （2）.冷凍與電解質(zhì)和滲透壓有關(guān)系:當(dāng)一種食物(如桔子汁)凍結(jié)時,微生物將接觸到比較濃縮的溶液,由此而來的高滲透壓和高濃度電解質(zhì)就可殺死或損傷微生物細(xì)胞,迅速凍結(jié)可減輕這種作用。 （3）.冷凍、冷藏對微生物的影響與時間和溫度相關(guān):有研究結(jié)果認(rèn)為,-4比對-15和-24對細(xì)菌的破

22、壞更大,2水分及其可給性,水的活度水分的影響不僅決定于含量的多少，更重要的是其可給性 。溶質(zhì)濃度高低和固體表面對水的親和力都影響水分對微生物的可給性，環(huán)境中水的可給性一般以水活度來表示，通常用水的活度值w為指標(biāo)。環(huán)境中水對微生物的可給性w是指在一定溫度和壓力條件下，溶液中的蒸氣壓（P）與純水蒸氣壓（P0）之比，用下式表示： P w = P0,滲透壓純水具有通過半透膜的滲透作用。當(dāng)膜兩邊溶質(zhì)濃度不同時，產(chǎn)生滲透壓差，水分子從溶質(zhì)濃度低的一邊流向溶質(zhì)濃度高的一邊。在微生物正常生長情況下，細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的濃度高于細(xì)胞外溶質(zhì)的濃度，所以水分能夠通過半透性的質(zhì)膜進入細(xì)胞內(nèi)，由于細(xì)胞壁的保護作用避免了因水分的

23、無限流入造成的質(zhì)膜破裂。高滲環(huán)境會使細(xì)胞脫水，造成生理干燥，原生質(zhì)收縮引起質(zhì)壁分離現(xiàn)象，因而能抑制大多數(shù)微生物生長。低滲溶液能破壞去壁的細(xì)胞原生質(zhì)體,3氫離子濃度（pH） （1)引起細(xì)胞膜電荷的變化從而影響了微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。 （2）.影響代謝過程中酶的活性。 （3）.改變生長環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的可給性及有害物質(zhì)毒性。 1.（4）同一種微生物在其不同的生長階段和不同的生理、生化過程中有不同的最適pH要求。 例：黑曲霉發(fā)酵：Ph2-2.5-合成檸檬酸 Ph2.56.5以均體生長為主 Ph7合成草酸 霉菌 酵母菌 適宜pH4-9 最宜以中性偏酸 放線菌 細(xì)菌 適宜中性或中性偏堿 pH影響殺死微生

24、物效果: pH4.5 80-100 10-30 4.5 105-121 40-90 防腐 用化學(xué)的方法來抑制微生物的生長。苯甲酸及其鹽類常用作飲料、面包、食品的防腐。青貯飼料也是用酸或細(xì)菌活動產(chǎn)生的酸,防止或者抑制微生物的生長,4氧氣和氧化還原電位 氧化還原電位對微生物生長有明顯影響,其值與O2分壓有關(guān),也受pH值的影響,pH低,還原電位高,pH高,還原電位低。 在自然環(huán)境中，Eh的范圍在: +0.82 -0.42V 好氣性微生物+0.1V以上 厭氣性微生物+0.1V以下 兼厭氣性微生物在氧化還原電位高或低的情況下都能生長，以+0.1V為界，在+0.1V以上時行好氧呼吸，在+0.1V以下時行發(fā)

25、酵作用。 有人認(rèn)為O2并不是專性厭氧菌的致死原因,主要是O2所形成的高Eh,l 厭氧菌的氧毒害機制： 1971 J.M.McCord和I.Fridovich提出的關(guān)于專性厭氧生活的超氧化物歧化酶（Saperoxide dismutase ，SOD）學(xué)說：凡嚴(yán)格厭氧菌就無SOD活力，一般也無H2O2酶活力；所有具細(xì)胞色素系統(tǒng)的好氧菌都具有SOD和H2O2酶；耐氧性厭氧菌不含細(xì)胞色素系統(tǒng)，但具有SOD活力而無H2O2酶活力。在此基礎(chǔ)上，他們認(rèn)為，SOD的功能是保護好氧菌免受超氧化物陰離子自由基的毒害，從而提出了缺乏SOD的微生物必然只能進行專性厭氧生活的學(xué)說。 在有氧存在條件下，在生物體內(nèi)，超氧陰

26、離子自由基（ O2- ）普遍存在，它是有酶促（如黃嘌呤氧化酶、醛氧化酶、二氫乳清酸脫氫酶或黃素蛋白脫氫酶等）方式形成或非酶促方式形成： O2 + e-O2- 超氧化物陰離子自由基是活性氧的形式之一，因有奇數(shù)電子，故帶負(fù)電荷；它既有分子性質(zhì)，又有離子性質(zhì)；其性質(zhì)極不穩(wěn)定，化學(xué)反應(yīng)力極強，在細(xì)胞內(nèi)可破壞各種重要生物大分子和膜結(jié)構(gòu)，還可形成其他活性氧化物，故對生物體極其有害,祛除超氧化物陰離子自由基等各種有害活性氧分子的機制,l SOD的運用與提取 A功能：祛除超氧化物陰離子自由基，還可防治人體衰老，自身免疫性疾病、 抗癌、防白內(nèi)障、治療放射病和肺氣腫以及解除苯中毒等方面有一系列療效。 B提取來源：

27、動物血液、微生物,5輻射,5.1可見光: 光氧化作用:光線被細(xì)胞內(nèi)的色素吸收,在有氧條件下使一些酶和其他敏感部分失活,而殺死微生物,如果無O2存在,則對微生物沒有損害作用。 5.2紫外光: 波長200-300nm紫外光都有殺菌效能,一般以250-280nm殺菌力最強。 光復(fù)活作用 缺點: 穿透力弱,一層薄紙也可濾掉大部分,只適應(yīng)于空氣的表面消毒,紫外線（Ultraviolet 1363900nm,250280nm最強； UV殺菌機理： 1）形成胸腺嘧啶二聚體； 2）電離輻射作用,6化學(xué)殺菌劑和抑菌劑 化學(xué)藥物對微生物的影響:A.高濃度殺菌；B.低濃度防腐;C.再低濃度消毒;D.某些低濃度化學(xué)物

28、對微生物有刺激生長作用。 1.重金屬及鹽類 2.有機化合物 3.氧化劑 4.鹵素 5.表面活性物質(zhì) 具有降低表面張力效應(yīng)的物質(zhì)叫表面活性劑。 堿性染料有顯著的抑菌作用,是由于堿性染料的陽離子與菌體羧基或磷酸基起作用,形成弱電離的化合物,妨礙菌體正常代謝,擾亂菌體氧化還原作用,并阻礙芽孢的形成,7抗代謝物（antimetabolite） 是指一類在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與細(xì)胞內(nèi)必要代謝物（特別是生長因子）的結(jié)構(gòu)相似，并可干擾正常代謝活動的化學(xué)物質(zhì)。 例如磺胺類藥物與細(xì)菌的一種生長因子對氨基笨甲酸高度相似，因此兩者間發(fā)生競爭性拮抗作用。(P180-181,8. 抗生素（antibiotics,是一類由微生物或

29、其他生物生命活動過程中合成的次生代謝或其人工衍生物，它們在很低的濃度是就能抑制或干擾它種生物的生命活動，因而可做優(yōu)良的化學(xué)治療劑。 l 若干抗生素及其作用機制（P183） 1抑制細(xì)胞壁合成：青霉素 2引起細(xì)胞壁降解 3干擾細(xì)胞膜 4抑制蛋白質(zhì)合成：氯霉素 5抑制DNA合成 6抑制DNA復(fù)制 7抑制RNA轉(zhuǎn)錄 8抑制RNA合成,1微生物產(chǎn)生抗藥性的原因： （1）細(xì)胞質(zhì)膜透性改變，使藥物不能透過細(xì)胞膜。如四環(huán)素抗性菌株-委內(nèi)瑞拉鏈霉菌 （2） 把藥物作用的靶位加以修飾和改變。 如抗磺胺類藥物與二氫葉酸合成酶的改變（敏感-不敏感） 鏈霉素與核糖體30S亞基（結(jié)合-不結(jié)合） （3）產(chǎn)生一種能使藥物失去

30、活性的酶。 如轉(zhuǎn)乙酰酶可使氯霉素乙?；?（4）形成“救護途徑” （5） 通過主動外排系統(tǒng)把進入細(xì)胞內(nèi)的藥物泵出細(xì)胞外,2避免或解決抗藥性問題的辦法 （1） 第一次使用的藥物量要充足 （2） 避免在一個時期或長期使用同種抗生素。 （3） 不同的抗生素（或與其他藥物）混合使用 （4） 對現(xiàn)有的抗生素進行改造 （5）篩選新的更有效的抗生素,第四節(jié)：微生物的控制 Microbial growth and Environment,一 些 基 本 術(shù) 語,化療(Chemotherapy) 滅菌(Sterilization) 抑制(Inhibition) 死亡(Death) 防腐(Antisepsis) 消

31、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（antisep

32、sis,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: 指微生物能進行繁殖的最低溫度界限。 最適生長溫度： 指使微生物達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： 在一定溫度下殺死微生物所需要的最短時間,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

33、,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：可保持物品的干燥。 灼熱滅菌法：常用于金屬性接種工具、污染物品及實驗材料等廢棄物的處理,濕 熱 滅 菌,煮沸消毒法：100 ，15min以上。 高壓蒸汽滅菌法：1.05kg/cm2（15b/in）的蒸汽壓，121處理1530min。 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,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

34、、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,pH對微生物生長的影響,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; 抑制雜菌生長,pH對有機酸滲入細(xì)胞的影響,三、濕度、滲透壓和

35、水活度,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)胞實際上就生長在這一水膜中。放線菌和霉菌基內(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,四、氧和氧化還原電位,氧 氧化還原電位,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,氧對厭氧微生物產(chǎn)生毒害作用的機理,產(chǎn)生超氧化物 產(chǎn)生過氧化氫 O2 + e

36、- O2- O2-+H2O2 O2 + OH - + OH 2O2- + 2H + H2O2 + O2 2H2O2 2 H2O + O2,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,微生物生長過程中培養(yǎng)基氧化還原電位的變化,五、氧以外的氣體,氮氣固氮微生物 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,250280nm最強； UV殺菌機理： 1）形成胸腺嘧啶二聚體； 2）電離輻射作用,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)胞破裂，引起機體死亡。 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 2.氧化劑：KMnO4、H2O2、Cl2等 3.還原劑：甲醛等 4.表面活性劑： 乙醇、酚、來蘇兒等 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