微生物的入門(mén)導(dǎo)學(xué)

微生物的入門(mén)導(dǎo)學(xué)一、微生物和你微生物與人類棲棲相關(guān)。當(dāng)我們享受酸奶所帶來(lái)的爽口的時(shí)候，要感謝保加利亞的乳酸菌，當(dāng)我們享受松軟面包的時(shí)候，必須感謝醉母的貢獻(xiàn)，是他產(chǎn)生的氣體，才使得面包有了松軟的孔狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)你患感冒或其他莫些疾病而躺在醫(yī)院的病床上，經(jīng)受痛苦的折磨時(shí)，那便是有害的微生物侵蝕了你的身體；當(dāng)白衣護(hù)士給你服用（或注射）抗生素類藥物，使你很快恢復(fù)了健康時(shí)，你的感謝微生物給你帶來(lái)的福音，因?yàn)榭股厥俏⑸锏摹胺瞰I(xiàn)”。然而高劑量的莫種抗生素注入到你的體內(nèi)后，效果甚微或者甚至毫無(wú)效果，你可曾想到這也是微生物的惡作劇一病原微生物對(duì)藥物產(chǎn)生了抗性。］微生物與人類的關(guān)系的重要性，你怎嗎強(qiáng)調(diào)都不過(guò)分，微生物是一把雙刃劍，他們給人類帶來(lái)巨大的利益的同時(shí)也帶來(lái)“殘忍”的破壞。它給人類帶來(lái)的利益不僅是享受，而且實(shí)際上涉及到人類的生存。面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、微生物、酶等重要的產(chǎn)品的生產(chǎn)，同時(shí)也是人類生存環(huán)境中必不可缺少的一員，有了他們才使得地球上的物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)，否則地球上的所有的生命將無(wú)發(fā)繁衍下去。然而，這把雙刃劍的另一面---微生物的“殘忍”給人類帶來(lái)的災(zāi)難有時(shí)是毀滅性的。1347年的一場(chǎng)由鼠疫耶森氏菌引起的瘟疫幾乎摧毀了整個(gè)歐洲，有1/3的人（約2500萬(wàn)人）死于這場(chǎng)災(zāi)難，在此后的80年間，這種i

疾病一再的肆虐，實(shí)際上消滅了大約認(rèn)為這場(chǎng)災(zāi)難甚至改變了歐洲的文化疾病一再的肆虐，實(shí)際上消滅了大約認(rèn)為這場(chǎng)災(zāi)難甚至改變了歐洲的文化75%的歐洲人口，一些歷史學(xué)家解放前的鼠疫，其死亡率極其的高。先在的一種新的瘟疫“AIDS”正在全球展開(kāi)蔓延，癌癥也正威脅著人類的健康和生命。去年的"SAIS',一度肆虐全國(guó)，造成的極度恐慌。曾經(jīng)有一名的河南籍的SAIS患者在北京的醫(yī)院救治，因其恐慌其極度的傳染性，而逃離醫(yī)院，政府四處張貼，尋找此人的下落。SAIS的起因目前認(rèn)為是由于人們吃食野生動(dòng)物所引起的。后來(lái)國(guó)家動(dòng)員全國(guó)進(jìn)行全國(guó)性的衛(wèi)生運(yùn)動(dòng)。另外以前的從未見(jiàn)過(guò)的新的疾?。ㄈ畿妶F(tuán)病、埃博拉病毒、霍亂O139新型菌、大腸桿菌O157新菌以及瘋牛病等。微生物學(xué)是：研究在一定的條件之下的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、遺傳變異以及微生物的進(jìn)化、分類、生態(tài)等生命活動(dòng)規(guī)律極其應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。隨著微生物學(xué)的不斷發(fā)展，已經(jīng)形成了基礎(chǔ)的微生物學(xué)和應(yīng)用的微生物學(xué)。微生物的生長(zhǎng)：微生物的營(yíng)養(yǎng)是微生物生理學(xué)的重要領(lǐng)域，主要研究?jī)?nèi)容是闡明營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在微生物生命活動(dòng)過(guò)程中的生理功能，以及微生物細(xì)胞從外界環(huán)境汲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的具體的機(jī)制。為了生存，微生物必須從環(huán)境中汲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)新陳代謝完成自身新的細(xì)胞物質(zhì)或代謝物，并從中獲取生命活動(dòng)的必須的能量，同時(shí)將新陳代謝產(chǎn)生的廢物排除體內(nèi)。那些能夠滿足微生物機(jī)體生長(zhǎng)、繁殖和完成各種生理活動(dòng)所需的物2質(zhì)稱為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而微生物獲得和利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過(guò)程稱為營(yíng)養(yǎng)。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是微生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過(guò)程。微生物的營(yíng)養(yǎng)要求一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成1.化學(xué)的元素：構(gòu)成微生物細(xì)胞壁的物質(zhì)基礎(chǔ)是各種化學(xué)元素。根據(jù)微生物對(duì)各種元素需要量的大小，可將他們分為主要元素和微量的元素，主要的元素包括：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等，碳、氫、氧、氮、磷、硫、這六種元素占細(xì)菌細(xì)胞干重的97%,微量的元素包括鋅、鎰、鈉、氯、鋁、鉆、銅、鴇、銀、硼等。各種化學(xué)元素主要以無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和水的形式存在于細(xì)胞中。有機(jī)物主要是蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素以及他們的降解產(chǎn)物和一些代謝等物質(zhì)。其中水是細(xì)胞維持正常生命活動(dòng)所必不可缺少的，一般占細(xì)胞重量的70?90%o細(xì)胞濕重與干重之差為細(xì)胞含水量，常以百分比表示。微生物需要的五種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：分別是碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子和水五大類。碳源：糖類、脂類、、蛋白質(zhì)氮源：蛋白質(zhì)及其不同程度的降解產(chǎn)物（月東、肽、氨基酸等）氨鹽、硝酸鹽、分子氮、喋吟、喀陡、月尿、酰氨、匐化物。3營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能否順利的進(jìn)入細(xì)胞的體內(nèi)是維持細(xì)胞生長(zhǎng)的關(guān)鍵：主要的營(yíng)養(yǎng)因素有3個(gè)：.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)。相對(duì)的分子質(zhì)量、溶解性、電負(fù)性、極性等都影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的難易程度。.微生物所處的環(huán)境。溫度通過(guò)影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的溶解度、細(xì)胞膜的流動(dòng)性及運(yùn)輸系統(tǒng)的活動(dòng)性來(lái)影響微生物的吸收能力。.微生物細(xì)胞的透過(guò)屏障。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸：擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸與膜泡運(yùn)輸。真菌的生長(zhǎng)與繁殖一、絲狀真菌的生長(zhǎng)繁殖絲狀真菌的生長(zhǎng)與繁殖的能力很強(qiáng)。.斷裂繁殖.無(wú)性抱子繁殖.有性胞子繁殖環(huán)境對(duì)生長(zhǎng)的影響及生長(zhǎng)的測(cè)定生長(zhǎng)是微生物同環(huán)境相互作用的結(jié)果。微生物在培養(yǎng)的過(guò)程中，環(huán)境的變化會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生很大的影響。這種的影響通過(guò)培養(yǎng)一定時(shí)期的生長(zhǎng)量變化反映由來(lái)，因此生長(zhǎng)量的測(cè)定成為衡量環(huán)境的一個(gè)重要的內(nèi)容。一、影響微生物生長(zhǎng)的主要因素有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、水的活性、溫度、PH和氧等影響微生物生長(zhǎng)的主要因素有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、水的活性、溫度、PH和氧。.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的不足導(dǎo)致微生物的生長(zhǎng)所需要的能量、碳、氮源、無(wú)機(jī)鹽等成分不足，此時(shí)機(jī)體一方面降低或停止細(xì)胞物質(zhì)的合成，避免能量的消耗，或者通過(guò)誘導(dǎo)合成特定的運(yùn)輸系統(tǒng)，充分的吸收環(huán)境中微量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以維持肌體的生存，另一方面機(jī)體對(duì)胞內(nèi)奧些非必要的成分或失效成分進(jìn)行降解以重新利用，這些非必要成分是指胞內(nèi)貯存的物質(zhì)、無(wú)意義的蛋白質(zhì)與酶、mRNA等。例如：在氮、碳源缺乏時(shí)，機(jī)體內(nèi)蛋白質(zhì)降解速率比正常的條件下的細(xì)胞增加了7倍，同時(shí)減少tRAN的合成和降低DNA復(fù)制的速率，導(dǎo)致生長(zhǎng)的停止。.水的活性水是機(jī)體中重要的組成成分，，他是一種起者溶劑和運(yùn)輸介質(zhì)作用的物質(zhì)，參與機(jī)體內(nèi)水解、縮合、氧化與還原反應(yīng)的在內(nèi)的整個(gè)化學(xué)反應(yīng)，并在維持蛋白質(zhì)等大分子的穩(wěn)定的天然狀態(tài)上起著重要的作用。微生物生長(zhǎng)的過(guò)程當(dāng)中，對(duì)培養(yǎng)基的Aw有一定的要求，每種微生物的生長(zhǎng)都有最合適的aw,高于或低于所要求的Aw值，都會(huì)影響培養(yǎng)基的滲透壓的變化而影響微生物的生長(zhǎng)速率，微生物不同，生長(zhǎng)所需要的最合適Aw值也不同。.溫度根據(jù)微生物生長(zhǎng)的最適合溫度不同，可以將微生物分為嗜冷、兼性嗜冷、嗜溫和超嗜熱等五種不同類型。他們都有自己的最低、最適和最高生長(zhǎng)溫度范圍。溫度的變化都會(huì)對(duì)每種生物類型微生物的代謝過(guò)程產(chǎn)生影響，通過(guò)改變他們生長(zhǎng)的速率，以適應(yīng)溫度變化而生存。溫度對(duì)微生物的生長(zhǎng)影響的具體表現(xiàn)在：1影響酶的活性，微生物的生長(zhǎng)過(guò)程中所發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)絕大多數(shù)是在特定酶催化下完成的，每種酶都有最適的酶促反應(yīng)溫度，溫度變化影響酶促反應(yīng)速率，最終影響細(xì)胞物質(zhì)的合成2.影響細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性，溫度高流動(dòng)性大，有利于物質(zhì)的運(yùn)輸，溫度低流動(dòng)性降低，不利于物質(zhì)的運(yùn)輸，因此溫度的變化影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌；3影響物質(zhì)的溶解度，物質(zhì)只有溶于水才能被機(jī)體吸收或分泌，除氣體以外，溫度上升物質(zhì)的溶解度增加，溫度降低物質(zhì)的溶解度降低，最終影響微生物的生長(zhǎng)。.pH微生物的生長(zhǎng)過(guò)程中機(jī)體內(nèi)發(fā)生的絕大多數(shù)的反應(yīng)是酶促反應(yīng)，而酶促反應(yīng)需要一個(gè)最適合pH范圍，而在此范圍內(nèi)只要條件適合，酶促反應(yīng)速率最高，微生物的生長(zhǎng)速率最大，因此微生物的生長(zhǎng)也有一個(gè)最適合的pH范圍。此外微生物的生長(zhǎng)就被抑制，微生物不同生長(zhǎng)的最適、最低與最高的pH范圍也不同，微生物最低pH最適pH最高pH霉菌1-34.5~5.57-8pH通過(guò)影響細(xì)胞質(zhì)膜的透性、膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和物質(zhì)的溶解6性或電離性來(lái)影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而影響微生物的生長(zhǎng)速率。質(zhì)子是一種唯一不帶電子的陽(yáng)離子，他在溶液里能迅速的與水結(jié)合成水合氫離子。在偏堿性的條件下，OH-占優(yōu)勢(shì)，水合氫離子和OH-對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的溶解度和離解狀態(tài)，細(xì)胞表面電荷平衡和細(xì)胞的膠體性質(zhì)等方面均會(huì)產(chǎn)生重大的影響；在酸性的條件下，H+可以與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合，并能從可交換的結(jié)合物或細(xì)胞表面珞換由莫些陽(yáng)離子，從而影響細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；同時(shí)由于pH值較低，CO2溶解度降低，莫些金屬離子如：Mn2+、Ca2+、Mo2+等溶解度增加，導(dǎo)致他們?cè)谌芤褐械臐舛仍黾樱瑥亩鴮?duì)機(jī)體產(chǎn)生不利的作用。.氧根據(jù)氧氣與微生物生長(zhǎng)的關(guān)系可以將微生物分為好氧、微好氧、氧的忍耐型、兼性厭氧和專性厭氧物種類型。微生物與氧的關(guān)系微生物類型最適生長(zhǎng)的O2體積分?jǐn)?shù)好氧等于或大于20%微好氧2%~10%氧的忍耐2%以下兼性厭氧有氧或無(wú)氧專性厭氧不需要氧、有氧時(shí)死亡氧對(duì)于好氧微生物的生長(zhǎng)雖然可以通過(guò)好氧呼吸產(chǎn)生更多的能量，但另一方面，氧對(duì)于一切的生物都會(huì)使其產(chǎn)生有毒害作用7的代謝產(chǎn)物，如超氧基化合物與H2O2,這兩種代謝的產(chǎn)物互相作用還會(huì)產(chǎn)生毒性很強(qiáng)的自由基OH.O2+e--*O2-H2O2+O2-02+OH-+OH.自由基是一種很強(qiáng)的氧化劑，他與生物大分子的互相作用，可導(dǎo)致產(chǎn)生生物分子自由基，從而對(duì)機(jī)體產(chǎn)生損傷或突變作用，直至死亡。氧之所以對(duì)專性厭氧微生物以外的其他四種類型微生物不產(chǎn)生致死作用，是因?yàn)樗麄兙哂谐跗缁缚梢源呋疧2.分解成H2O2,然后在H2O2酶作用下生成水。2O2-.+2H+.SODH2O2+O2H2O2―2H2O+O2H2O2的毒性比O2-.弱，他可以使細(xì)胞內(nèi)的其他代謝產(chǎn)物氧化而降低其毒性，目前所知H2O2酶不存于氧忍型和專性厭氧兩類微生物。微生物的生長(zhǎng)繁殖的控制在適宜的條件下，對(duì)生長(zhǎng)期的微生物能以最大的比生長(zhǎng)速率進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生大量的新個(gè)體。例如：每個(gè)E.coli細(xì)胞的重量雖然大約只有10-12g即百萬(wàn)分之一個(gè)百萬(wàn)分之一克，但是如果一個(gè)E.coli在肉湯培養(yǎng)基和在適宜的條件之下，培養(yǎng)48小時(shí)，產(chǎn)生的新個(gè)體的重量可以超過(guò)地球重量的4000倍（實(shí)際上生長(zhǎng)是微生物與環(huán)境相互作用的結(jié)果。在自然界電離輻射、太陽(yáng)、溫度、濕度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗和代謝產(chǎn)物的累積等環(huán)境影響下，E.coli不可能以最大的生長(zhǎng)比率無(wú)限制的生長(zhǎng)下去，另外的菌體作用，本身的裂解而死亡，使細(xì)菌的數(shù)量不會(huì)無(wú)限制的增加。因此，如何控制微生物的生長(zhǎng)速率或消滅不必要的微生物，在實(shí)際的應(yīng)用中具有重要的意義。術(shù)語(yǔ)：抑制、死亡、防腐、消毒、滅菌、化療一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)1.抗微生物劑抗氧化劑是一類能夠殺死微生物或抑制微生物的化學(xué)物質(zhì)，合成或天然產(chǎn)物。根據(jù)他們抗微生物的特性可分為：1、）抑制劑，他們能抑制微生物的生長(zhǎng)，但不能殺死他們2、）殺菌劑，他們能殺死細(xì)胞，但不能使細(xì)胞裂解，由于他們是緊緊地結(jié)合到細(xì)胞的作用靶上，即使在濃度降低時(shí)也不能游離由來(lái)，因此生長(zhǎng)不能恢復(fù)；3、）溶菌劑，他們能通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞裂解的方式殺死細(xì)胞?？刮⑸飫┯址Q殺菌劑通常又分為：消毒劑、和防腐劑二、抗代謝物三、抗生素：是莫些生物合成或半合成的一類次級(jí)代謝產(chǎn)物或衍生物，他們是能抑制其他微生物生長(zhǎng)或殺死他們的化合物，他們主要是通過(guò)抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成，破壞細(xì)胞質(zhì)膜作用于呼吸鏈以及干擾氧化磷酸化、抑制蛋白質(zhì)和核酸的合成等方式來(lái)抑制微生物的生長(zhǎng)或殺死他們?？刂莆⑸锏奈锢硪蛩乜刂莆⑸锏奈锢硪蛩刂饕校簻囟?，輻射、過(guò)濾、滲透壓、干燥和超聲波對(duì)微生物是抑制或殺滅作用。.高溫滅菌溫度超過(guò)微生物的生長(zhǎng)的最高溫度或低于生長(zhǎng)的最底溫度微生物都會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生殺滅作用或抑制作用。高壓蒸汽滅菌的溫度越高，微生物死亡越快。衡量滅菌效果的指標(biāo)之一是十倍致死時(shí)間，即在一定的溫度下，微生物數(shù)量十倍減少所需的時(shí)間。溫度越高，十倍致死時(shí)間愈短。另一種是：熱致死時(shí)間，即在一定的溫度下，殺死所有莫一種濃度微生物所需的時(shí)間。煮沸消毒：將消毒的物品用具在水中煮沸15min或更長(zhǎng)時(shí)間，以殺死細(xì)菌或其他微生物的營(yíng)養(yǎng)體和少部分的芽胞或抱子。如果在水中適當(dāng)加1%碳酸鈉或2%?5%的石炭酸則殺菌效果更好。還可使用間隙滅菌法滅菌，即流通蒸汽反復(fù)滅菌幾次。可以保證培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分最大的保持。對(duì)一些玻璃的器皿、金屬用具等耐熱物品還可以用干熱滅菌法進(jìn)行滅菌，但干熱的滅菌時(shí)間比濕熱滅菌溫度高和時(shí)間長(zhǎng)，如：171度需要1小時(shí)，160度需要2小時(shí)，121度需要16小時(shí)等。高壓蒸汽滅菌適用于耐熱材料的滅菌，對(duì)于牛奶及其熱敏物質(zhì)不適應(yīng)，因?yàn)楦邿崞茐牧耸称返臓I(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味?，F(xiàn)在。牛奶或其他液態(tài)食品一般都采用超高滅菌，即135?150度，滅菌2?6秒，即可達(dá)到殺菌和10保質(zhì)，縮短了時(shí)間，又提高了經(jīng)濟(jì)效益。.輻射作用是利用電磁輻射產(chǎn)生的電磁波殺死大多數(shù)物質(zhì)上的微生物的一種有效的方法。用于滅菌的電磁波有微波、紫外線X射線和伽嗎射線等。.過(guò)濾的作用過(guò)濾除菌有三種類型。一種：兩層的濾板，二種：膜濾器，三種：核孔過(guò)濾。.高滲作用（154）食鹽（濃度通常為10?15%）腌制的魚(yú)、肉、食品就是通過(guò)加鹽使新鮮魚(yú)肉脫水，降低他們的活性，使微生物不能正常的生長(zhǎng)。新鮮的果脯就是加糖（濃度一般為50%?70%,降水果的aw數(shù)值，起到防腐的效果。.干燥水是微生物細(xì)胞的重要成分，占細(xì)胞的90%以上，他參與細(xì)胞內(nèi)的各