云南大學(xué)微生物課件,期末考試完整版

Chapter6MicrobialGrowthandGrowthControlMicrobialGrowth微生物生長→代謝的結(jié)果。當同化﹥異化作用，細胞物質(zhì)量↑，個體重量↑和體積↑，就是生長個體生長→個體繁殖→群體生長；群體生長＝個體生長＋個體繁殖MeasurementofMicrobialGrowthandReproductionMeasurementofCellMassMeasurementofCellNumberMeasurementofMicrobialGrowthandReproductionMeasurementofCellMass細胞干重法總氮量測定法DNA含量測定法代謝活性法MeasurementofMicrobialGrowthandReproductionMeasurementofCellNumber直接測數(shù)法或總菌數(shù)測定法比濁法Turbidity稀釋平板計數(shù)法

血球計數(shù)板示意圖Turbidity

Theturbidityofaliquidmediumincreasesasbacteriamultiply&canbemeasuredonaspectrophotometer.Theamountoflightreachingthedetectorisinverselyproportionaltothenumberofbacteriaunderstandardizedconditions.TurbidityTheabsorbencyofthesample(opticaldensity)isdependentonthenumberofcells,theirsize&shape,&isusedtoplotbacterialgrowth.Ifabsorbencyreadingsarematchedwithadirectcountofthesameculture,itsproteincontentordrymass,thecorrelationcanbeusedinafutureestimateofbacterialnumbersorbiomassbaseddirectlyonturbiditymeasurements.Turbidity稀釋平板菌落計數(shù)法

3）Viablecountusingserialdilutionsofthesample液體稀釋法（或然率法）

將樣品作10倍系列稀釋，接種液體試管，培養(yǎng)后記錄出現(xiàn)生長的試管數(shù)，查表并計算。例：某一細菌在稀釋法中的生長情況如下稀釋度-4-5-6-7-8重復(fù)數(shù)55555生長管數(shù)55410數(shù)量指標“541”，查統(tǒng)計分配表17原菌液中的活菌數(shù)=1.7×106個/毫升

稀釋度

lO-3

10-4

10-5

lO-6

10-7

10-重復(fù)數(shù)

5

5

5

5

5

5出現(xiàn)生長的管數(shù)

5

5

5

4

1

0最大或然值法（mostpossiblenumber,MPN法，或稱稀釋法）

MPN法是一種采用數(shù)學(xué)理論推算這是一種應(yīng)用概率理論來估算細菌濃度的方法，適用于測定在一個混雜的微生物群落中雖不占優(yōu)勢，但卻具有特殊生理功能的類群。其特點是利用待測微生物的特殊生理功能的選擇性來擺脫其他微生物類群的干擾，并通過該生理功能的表現(xiàn)來判斷該類群微生物的存在和豐度。本法特別適合于測定土壤微生物中的特定生理群（如氨化、硝化、纖維素分解、固氮、硫化和反硫化細菌等）的數(shù)量和檢測污水、牛奶及其他食品中特殊微生物類群（如大腸菌群）的數(shù)量。平板菌落計數(shù)和最大或然值法應(yīng)用實例東湖細菌生理群間的相關(guān)性和優(yōu)勢生理群的分析（河北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol.18(3):265-269）研究了武漢東湖異養(yǎng)菌及7種細菌生理類群(產(chǎn)淀粉酶細菌、產(chǎn)蛋白酶細菌、產(chǎn)脂肪酶細菌、有機磷細菌、無機磷細菌、硝化細菌及反硝化細菌間的相關(guān)性異養(yǎng)菌、產(chǎn)蛋白酶細菌、產(chǎn)脂肪酶細菌、產(chǎn)淀粉酶細菌及磷細菌采用傾注平板計數(shù)法硝化細菌、反硝化細菌采用最大可能計數(shù)法平板菌落計數(shù)和最大或然值法應(yīng)用實例杭州西湖水體中微生物生理群生態(tài)分布的初步研究（生態(tài)學(xué)報Vol.19(3):435-440)異養(yǎng)性細菌、無機磷分解菌用稀釋涂平板法計數(shù)好氣性纖維素分解菌、氨氧化細菌、硝酸氧化細菌、硝酸還原菌、脫氮菌、有機磷分解菌MPN法培養(yǎng)計數(shù)太湖反硝化、硝化、亞硝化及氨化細菌分布及其作用（應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報Vol.5(2):190~194)用最大可能數(shù)法測定水樣中硝化、亞硝化、氨化及反硝化細菌的數(shù)量平板菌落計數(shù)和最大或然值法應(yīng)用實例秸稈還田對植煙土壤中微生物結(jié)構(gòu)和數(shù)量的影響沙濤程立忠王國華趙之偉(中國煙草科學(xué)2000,(3):40—42)測定了施加小麥稈糠、玉米稈糠后植煙土壤中細菌、霉菌、放線菌、解磷菌、解鉀菌、硝化細菌和反硝化細菌7類菌群的分布及數(shù)量;應(yīng)用生物統(tǒng)計分析法比較了施加不同秸稈對烤煙試驗田土壤微生物結(jié)構(gòu)和數(shù)量的影響細菌、霉菌、放線菌、解磷菌和解鉀菌采用平板稀釋分離法硝化細菌和反硝化細菌用最或然數(shù)(MPN)法進行計數(shù)方法應(yīng)用涂片染色法

血球計數(shù)板法

比濁法可同時計數(shù)不同類型的微生物數(shù)量，常用于牛奶、土壤中的細菌計數(shù)

可用于不同類型微生物的計數(shù)

微生物學(xué)分析，肉湯培養(yǎng)物或水懸浮液中的細菌數(shù)估計平皿菌落計數(shù)法液體稀釋法

薄膜過濾計數(shù)法食品、水、土壤、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生以及培養(yǎng)物中的細菌計數(shù)

因某種原因而不能用瓊脂平皿活菌計數(shù)時被采用，如牛奶等

適用于量大而且含菌數(shù)很低的材料，如空氣、水等定氮法測DNA法測定細胞干重法生理指標測定法

主要用于代謝研究，適于細胞濃度高的樣品

同上

用于調(diào)查研究，適用于細胞濃度高的材料

微生物學(xué)分析研究細菌生長測定法

MicrobialGrowth細胞生長的標志：外觀上是細胞由小長大包括：染色體（或DNA）的復(fù)制、核糖體的生物合成、線粒體的生物合成、細胞壁的生物合成等MicrobialGrowth

IndividualGrowthandSynchronousGrowthofMicroorganismsSynchronousGrowth同步生長使培養(yǎng)基中細菌同時分裂，處于相同的生長階段（處于分裂步調(diào)一致的生長狀態(tài)）叫同步生長。環(huán)境條件誘導(dǎo)法機械篩選法其它方法機械法離心方法過濾分離法硝酸纖維素濾膜法優(yōu)點：不打亂細胞原有的代謝環(huán)境條件控制法溫度調(diào)節(jié)法培養(yǎng)基成分控制控制限制因子的量或添加某些抑制劑（氯霉素抑制菌體蛋白合成）其它方法

用交替見光和黑暗處理光合細菌缺點：打亂細胞原有的正常代謝。GrowthofMicrobialPopulation

微生物群體生長規(guī)律群體生長：包含了個體生長和繁殖微生物生長的表示通常以細胞重量或細胞數(shù)倍增所需要的時間為表征

細菌群體形成的過程（圖中的數(shù)字為小時）

酵母群體形成的過程

各類微生物倍增時間出現(xiàn)的頻度

TypicalGrowthCurveTypicalGrowthCurveDeterminationofBacterialGrowthCurve

細菌生長曲線的測定分批培養(yǎng)（單批培養(yǎng)，密閉培養(yǎng)）曲線的測定：液體將少量細菌接種到一恒定容積的新鮮液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下培養(yǎng)，定時取樣測定細胞密度，以活細胞數(shù)的對數(shù)對培養(yǎng)時間所作出的曲線稱為生長曲線。微生物的典型生長曲線：延滯期、指數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期微生物的非典型生長曲線：延滯期、快速生長期、生長衰退期LagphaseWhenanorganismisinoculatedintoafreshmedium,itneedstoadapttothenewnutrientsavailable,synthesizeRNA,proteinandfinallyreplicateitsDNAbeforestartingdivision.Theseprocessestaketimeandthereisnonetincreaseincellnumbers,thusalagphaseisobserved.LagphaseOccursimmediatelyafterinoculationandisaperiodofadaptationforthecellstotheirnewenvironmentNewenzymesaresynthesized,synthesisofotherenzymesisrepressedIntracellularmachineryadaptstothenewconditionsMaybeaslightincreaseincellmassandvolume,butnoincreaseincellnumberThelagphasecanbeprolongedbylowinoculumvolume,poorinoculumcondition(high%ofdeadcells),ageofinoculum,nutrient-poormediumLagphase調(diào)整期、適應(yīng)期、停滯期細胞生理特點：分裂遲緩、菌體大、DNA含量高代謝活躍出現(xiàn)的原因：為了調(diào)整代謝（需要合成多種酶，輔酶和某些中間代謝產(chǎn)物）影響因素：菌種的遺傳性、菌齡、接種量、及移種前后所處的環(huán)境條件等?？s短意義：可以縮短生產(chǎn)周期，提高設(shè)備利用率縮短措施：增加接種量調(diào)整營養(yǎng)成分采用對數(shù)期的種子接種選用繁殖快的菌種延滯期延滯期特點：生長速率等于零細胞合成新的成分微生物細胞特點：補充消耗的材料適應(yīng)新的培養(yǎng)基或別的培養(yǎng)條件細胞形態(tài)變大或變長對外界不良環(huán)境敏感。影響延滯期長短的因素與實踐意義

接種齡對數(shù)期“種子”，延滯期較短；延滯期或衰亡期“種子”,延滯期較長接種量接種量大，延滯期較短；接種量小，延滯期較長；培養(yǎng)基成分培養(yǎng)基成分豐富的，延滯期較短；培養(yǎng)基成分與種子培養(yǎng)基一致,延滯期較短

把細菌接種到新鮮的培養(yǎng)基中培養(yǎng)時，并不立即進行分裂繁殖，細菌增殖數(shù)為０，這時需要合成多種酶，輔酶和某些中間代謝產(chǎn)物，要經(jīng)過一個調(diào)整和適應(yīng)過程。Microbiology延滯期出現(xiàn)原因Logorexponentialgrowthphase

Inthesubsequentdiscussion,thenumbersrefertothefigureabove.Oncetheappropriateenzymesforgrowthinaparticularmediumhavebeenexpressedcellsbegintomultiply.Thisperiodofmaximaldivisioncanlastforseveralhoursordays,dependingupontheorganism,andiscalledthelogorexponentialgrowthphase

生長曲線的指數(shù)期LogorexponentialgrowthphaseAtthispointthecellsmultiplyrapidly(exponentially)Balancedgrowth–allcomponentsofacellgrowatthesamerateGrowthrateisindependentofnutrientconcentration,asnutrientsareinexcessLogPhase(指數(shù)期）細胞數(shù)呈幾何級數(shù)增加細胞的生理特點：細胞生長速率R最大，均衡生長：個體形態(tài)、化學(xué)組成和生理特性等均一致，代時（G，世代時間，增代時間）或倍增時間：最短酶系活躍，代謝旺盛出現(xiàn)原因：細胞完成生理調(diào)整，基質(zhì)營養(yǎng)和環(huán)境適宜

代謝生理等研究材料，增殖酵母菌的最適材料，作為發(fā)酵的種子可縮短延遲期。繁殖代數(shù)和世代時間

n=G=R=3.322(lgx2-lgx1)t2-t1n：繁殖代數(shù)G：世代時間R：生長速率常數(shù)X0：在對數(shù)期第一次取樣時的細胞密度個/mlXt：在對數(shù)期第二次取樣時的細胞密度個/mlt：兩次取樣的時間間隔（分）lgXt－lgX0lg2tlg2lgXt－lgX0菌名培養(yǎng)基溫度(℃)時間(min)大腸桿菌肉湯3717熒光假單胞菌肉湯3734～34.5菜豆火疫病假單胞菌肉湯25150白菜軟腐病歐氏桿菌肉湯3771～94甘藍黑腐病黃桿菌肉湯2598大豆根瘤菌葡萄糖25343.8～460.8枯草桿菌葡萄糖肉湯2526～32巨大芽孢桿菌肉湯3031霉狀芽孢桿菌肉湯3728臘狀芽孢桿菌肉湯3018.8丁酸梭菌玉米醪3051保加利亞乳酸桿菌牛乳3739～74肉毒梭菌葡萄糖肉湯3735乳酸鏈球菌牛乳3723.5～26園褐固氮菌葡萄糖25240霍亂孤菌肉湯3721～38某些微生物的生長代時影響指數(shù)期代時長短的因素菌種營養(yǎng)成分營養(yǎng)物濃度培養(yǎng)溫度StationaryPhase

Eventuallytheincreaseincellnumberceases,eitherbecausecellsstopdividingortherateofdivisionequalstherateofcelldeath,resultinginastationaryphase

Thisisusuallycausedbylimitationofanutrientortheaccumulationofatoxicwasteproduct.Dependingonthebacterium,stationaryphasecanlastforseveralhourstomanydays.StationaryPhase穩(wěn)定期細胞數(shù)變化：活細胞數(shù)保持動態(tài)平衡（正生長和負生長相等），總細胞數(shù)開始時仍呈上升趨勢。菌體產(chǎn)量與營養(yǎng)物質(zhì)的消耗間呈有規(guī)律的比例關(guān)系（生長產(chǎn)量常數(shù)Y，或稱生長得率）：

Y=x-x0

C0-C還有更精確的計算方法。出現(xiàn)原因：營養(yǎng)尤其生長限制因子的消耗，營養(yǎng)物比例失調(diào)，有害代謝產(chǎn)物積累，pH值EH值等理化條件不適細胞生理特點：分裂速度降低活細胞數(shù)達到最大值開始積累儲藏物質(zhì)積累發(fā)酵產(chǎn)物（次生代謝物，對數(shù)期-菌體生長期，穩(wěn)定期-代謝產(chǎn)物合成期）芽孢細菌產(chǎn)生芽孢*實踐意義：生產(chǎn)收獲時期（菌體及相平行的代謝產(chǎn)物）；細胞物質(zhì)生物測定；促進連續(xù)培養(yǎng)原理提出和工藝技術(shù)創(chuàng)建StationaryPhaseDeathphase

Thefinalchapterofagrowthcurveisthedeathphase

Anexponentialdecreaseinthenumberoforganismsduetocelldeathoccursduringthisphase.Somemicroorganismsneverexperienceadeathphaseoritisgreatlydelayedduetotheirabilitytosurviveforlongperiodswithoutnutrients.Deathphase衰亡期細胞數(shù)變化：活細胞數(shù)逐漸下降細胞生理特點：細胞內(nèi)顆粒更加明顯,出現(xiàn)液泡細胞出現(xiàn)異常形態(tài)細胞死亡伴隨自溶產(chǎn)生原因：遺傳，培養(yǎng)條件和環(huán)境不適宜細菌生長曲線的用途：研究上生產(chǎn)上細菌的生長曲線微生物的生長曲線，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，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)實踐。分批培養(yǎng)與連續(xù)培養(yǎng)分批培養(yǎng)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)(batchculture)

連續(xù)培養(yǎng)

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)在機制的基礎(chǔ)上，開放培養(yǎng)系統(tǒng)，不斷補充營養(yǎng)液、解除抑制因子、優(yōu)化生長代謝環(huán)境的培養(yǎng)方式分批培養(yǎng)batchculture

將微生物置于一定容積的培養(yǎng)基中，經(jīng)過培養(yǎng)生長，最后一次收獲的培養(yǎng)方法。搖瓶培養(yǎng)分批培養(yǎng)與連續(xù)培養(yǎng)比較MicrobialcontinuouscultureMicrobialcontinuouscultureTurbidostatChemostatOne-stepcontinuousfermentorMulti-stepcontinuousfermentorContinuousculture恒濁連續(xù)培養(yǎng)(恒濁器turbidostat):不斷調(diào)節(jié)流速使培養(yǎng)液濁度保持恒定。

適用：收獲菌體及與菌體相平行的產(chǎn)物。

恒濁連續(xù)發(fā)酵與單批發(fā)酵相比的優(yōu)點：

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度；

4）產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；恒濁器：turbidostat根據(jù)培養(yǎng)器內(nèi)微生物的生長密度，并借光電控制系統(tǒng)來控制培養(yǎng)基的流速（可變），而使培養(yǎng)液的濁度保持恒定的連續(xù)培養(yǎng)方法。采用養(yǎng)料濃度較高的完全培養(yǎng)基，無限制因子恒定細胞濃度（菌數(shù)）目的：不斷提供具有一定生理狀態(tài)的細胞，得到以最高生長速率進行生長的培養(yǎng)物。應(yīng)用：獲得大量的菌體，獲得與菌體生長相平衡的代謝產(chǎn)物（乙醇、乳酸。Continuousculture

chemostat

Turbidostat恒濁器

Continuousculture恒化連續(xù)培養(yǎng)(恒化器chemostat)

恒定流速，及時補充營養(yǎng)，營養(yǎng)物濃度基本恒定，從而保持恒定生長速率。又稱恒組成連續(xù)培養(yǎng)。培養(yǎng)基成分中，必須將某種必需的營養(yǎng)物控制在較低的濃度，以作為限制性因子，而其它營養(yǎng)物過量。常用的有氨、氨基酸、葡萄糖、生長因子、無機鹽等。

適用：科研連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)點：高效，便于自動控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。缺點：菌種易退化，易污染雜菌，培養(yǎng)基利用率低。

恒化器：chemostat一種設(shè)法使培養(yǎng)液流速保持不變，并使微生物始終在低于其最高生長速率條件下，進行生長繁殖的連續(xù)培養(yǎng)裝置。恒定化學(xué)環(huán)境，獲得細胞保持恒定生長速率,低于最高菌體產(chǎn)量而密度穩(wěn)定的菌體.采用恒定的低濃度的限制性因子條件：菌體生長提供所必需的營養(yǎng)物質(zhì)；在一定的濃度范圍內(nèi),生長速率與其濃度呈正比關(guān)系，調(diào)節(jié)它的濃度獲得不同生長速度的微生物。實驗室科研較多限制因子的種類：氨基酸葡萄糖生長因子無機鹽等Areservoirofsterilemediumisaddedtothecultureataconstantrate.Spentmediumleavesthecultureatthesamerate.FreshnutrientsareconstantlyenteringthecultureandwasteproductsarecontinuouslyremovedAchemostat連續(xù)培養(yǎng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時的條件D=F/V=μF：培養(yǎng)基流入(流出)培養(yǎng)器的速度（l/h）V：培養(yǎng)基中培養(yǎng)液的體積(l)D：稀釋率,單位時間內(nèi)單位體積的培養(yǎng)基中流入流出的量μ：比生長速率,單位時間內(nèi)單位重量的微生物所形成的新的菌體的重量μ=μmaxSKs+S

連續(xù)培養(yǎng)的穩(wěn)定狀態(tài)

當D=μ時,處于穩(wěn)定狀態(tài)，菌體密度穩(wěn)定當D＜μ時,μ減小,但培養(yǎng)物中細胞密度加大。當D＞μ時,μ增大,但培養(yǎng)物中細胞密度減小。當D＞μmax時,細胞被“洗出”,連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)遭破壞連續(xù)發(fā)酵的應(yīng)用丙酮丁醇發(fā)酵、酒精發(fā)酵(D=0.05-0.1)優(yōu)點：縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率，節(jié)省培菌工作，便于自動控制等，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。高效、節(jié)約缺點：營養(yǎng)物利用率一般低于單批培養(yǎng)染菌問題菌種退化問題等Microbiology指微生物在液體培養(yǎng)基中細胞群體密度超過常規(guī)培養(yǎng)10倍以上時的生長狀態(tài)或培養(yǎng)技術(shù)。現(xiàn)代高密度培養(yǎng)技術(shù)主要由基因工程菌生產(chǎn)多肽類藥物中發(fā)展來的。（目前最高記錄：174g（濕重）/L，175.4g（濕重）/L）選取最佳培養(yǎng)基成分和各成分含量補料提高溶解氧的濃度防止有害代謝產(chǎn)物的生成微生物的高密度培養(yǎng)（highcell-densityculture,HCDC）意義：可減少培養(yǎng)容器的體積、培養(yǎng)基的消耗和提高下游工程中分離、提取的效率，縮短生產(chǎn)周期、減少設(shè)備投入和降低生產(chǎn)成本。環(huán)境因子對微生物生長及代謝的影響環(huán)境因子對微生物的影響可以分為三類適宜環(huán)境：微生物能正常地進行生命活動不適宜環(huán)境：微生物的正常生命活動受到抑制或被迫暫時改變原有的一些特征。惡劣環(huán)境：微生物死亡或發(fā)生遺傳變易。TheinfluenceofenvironmentalfactorsongrowthTemperature溫度通過影響膜的液晶結(jié)構(gòu)、酶和蛋白質(zhì)的合成及活性、RNA的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄等影響微生物的生命活動。物質(zhì)溶解度ThreecardinalpointOptimumgrowthtemperature微生物的生長溫度范圍

?最低溫度：微生物能生長的溫度低限?最適溫度：微生物生長繁殖速度最快的溫度?最高溫度：微生物能生長的溫度高限

致死溫度ACBvT℃不同生物的溫度上限一般有以下規(guī)律：

原核生物高于真核生物；原核生物中古生菌高于真細菌；非光能營養(yǎng)細菌高于光能營養(yǎng)細菌；單細胞生物高于多細胞生物。Temperatureandgrowth三大類微生物最低、最適、最高生長溫度及其范圍

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。各種微生物的最適生長溫度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物不同溫度下的菌例TheinfluenceofenvironmentalfactorsongrowthOxygenconcentrationObligateorstrictaerobes專性好氧菌Facultativeanaerobes兼性厭氧菌Microaerophilicbacteria微好氧菌Aerotolerantanaerobes耐氧菌Anaerobes厭氧菌

好氧微生物兼性好氧微生物耐氧厭氧微生物厭氧微生物微好氧微生物含酶組成好氧微生物兼性好氧微生物耐氧厭氧微生物厭氧微生物微好氧微生物SOD超氧化物歧化酶+++-+Catalase過氧化氫酶++--+/-低水平氧對厭氧菌毒害的機制超氧陰離子是活性氧的形式之一，帶奇數(shù)電子，負電荷。它即有分子性質(zhì)，也有離子性質(zhì)，反應(yīng)力極強，性質(zhì)極不穩(wěn)定。在體內(nèi)可破壞各種重要生物高分子和膜，也可形成其他活性氧化物。在體內(nèi)，超氧陰離子自由基可以自由酶促（如黃嘌呤氧化酶）或非酶促方式形成。生物體針對氧毒害的防治措施超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）是其中之一。好氧、耐氧微生物的超氧化物歧化酶將超氧陰離子轉(zhuǎn)化為毒性稍低的過氧化氫，過氧化氫酶再將過氧化氫轉(zhuǎn)化為無毒的水。厭氧微生物因為沒有超氧化物歧化酶，超氧陰離子自由基可造成其損害。2O2

.-+2HSOD好氧、耐氧微生物

H2O2+O2過氧化氫酶過氧化物酶好氧菌H2O+?O22H2O耐氧菌NADH2NAD實驗證明：大腸桿菌的超氧化物歧化酶突變，就變成“嚴格厭氧菌”實驗證明：大腸桿菌的超氧化物歧化酶突變，就變成“嚴格厭氧菌”專性好氧微生物：strictaerobes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。對氧化還原電位的要求

Eh＞+0.1v可生長，最適在+0.3—0.4v如:霉菌、大部分放線菌及部分細菌兼性須氧微生物：facultativeaerobes

Eh＞+0.1v通過好氧呼吸獲取能量Eh＜+0.1v通過發(fā)酵或無氧呼吸獲取能量細胞含有SOD和過氧化氫酶如：許多酵母和細菌釀酒酵母、大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌等微好氧菌：microaerophilicbacteria

只能在較低的氧分壓（0.01—0.03巴）下才能正常生長；也通過有氧呼吸獲取能量。

如：霍亂弧菌、氫單胞菌屬等耐氧微生物：aerotolerantanaerobe一類可在分子氧存在條件下進行厭氧生活的厭氧菌。僅依靠發(fā)酵獲得能量細胞內(nèi)有SOD和過氧化物酶，但無過氧化氫酶。如：乳鏈球菌、乳酸乳桿菌、膜明串珠菌厭氧微生物：anaerobe

只能在無氧或低Eh值時,才能生長。分子氧可抑制生長或?qū)е滤劳?。通過發(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、過氧化氫酶*等

如：梭狀芽孢桿菌屬、雙歧桿菌屬、丁酸弧菌屬等TheinfluenceofenvironmentalfactorsongrowthHydrogenionconcentration

pHpHAcidophiles

pHoptimaintherangeof1-5.5,includemanyfungiandsomeobligateacidophilicbacteriasuchasThiobacillus,SulfolobusandThermoplasma

pHNeutrophiles

preferapHintherangeof5.5-8.0mostorganismsfallintothiscategory.PathogensofmammalsusuallyhaveextraordinarilynarrowpHrangesverycloseto7.0wheretheywillgrowwell.pHAlkalophiles

preferapHintherangeof8.0-11arefoundinhighlybasicsodalakesandhighcarbonatesoils.OrganismHabitatMinimumpHOptimumpHMaximumpHThiobacillusthiooxidansAreasrichinsulfur,oftenacidic0.52.0-2.84.0-6.0SulfolobusacidocaldariusAcidicsulfursprings1.02.0-3.05.0BacillusacidocaldariusAcidichotsprings2.04.06.0ZymomonaslindneriHighsugarenvironments(sugarcane,wine,honey)3.55.5-6.07.5LactobacillusacidophilusAnimals,plants,decayingmatter4.0-4.65.8-6.66.8StaphylococcusaureusSurfacesofanimals,nasalcavity,skin4.27.0-7.59.3EscherichiacoliIntestinesofanimals4.46.0-7.09.0ClostridiumsporogenesSoilsandsedimentsthatareanaerobic5.0-5.86.0-7.68.5-9.0ErwiniacaratovoraPlantpathogen5.67.19.3PseudomonasaeruginosaUbiquitous5.66.6-7.08.0StreptococcuspneumoniaePathogenofanimals6.57.88.3Nitrobacterspp.Ubiquitous6.67.6-8.610.0ControlofmicroorganismsbyphysicalandchemicalagentsDefinitionoffrequentlyusedtermsSterilization殺死物品中的一切微生物的措施Disinfection殺死一切病原微生物的措施Antisepsis任何抑制或阻止微生物在有機物質(zhì)中生長繁殖，避免引起變質(zhì)的處理Chemotherapy幾個基本概念根據(jù)控制作用的效果分類滅菌（sterilization）:凡是能夠殺死或消除材料或物體上全部微生物的方法——殺菌、溶菌；消毒（disinfection）:能夠殺死、消除或降低材料或物體上的病原微生物，使之不致引起疾病的方法；防腐（antisepsis）:能夠防止或抑制微生物生長，但不能殺死微生物群體的方法——低溫、缺氧、干燥、高滲、高酸度、高醇度、加防腐劑。化療（chemotherapy）：利用具有高度選擇毒力（selectivetoxicity）即對病原菌具高度毒力而對其宿主基本無毒的化學(xué)物質(zhì)來抑制宿主體內(nèi)病原微生物的生長繁殖，借以達到治療該宿主傳染病的一種措施——磺胺類、抗生素、生物藥劑等。根據(jù)控制作用原理、方式和方法分類物理控制方法化學(xué)控制方法抑菌、殺菌、溶菌作用的比較當處于指數(shù)生長期時，在箭頭處加入可抑制生長的某因素影響滅菌作用效果的因素（時間）作用時間長短

起始微生物總數(shù)微生物的抗性

作用方式TheuseofphysicalmethodsincontrolHeat高溫殺菌機理：高溫使蛋白質(zhì)、核酸等重要生物大分子發(fā)生變性、破壞，以及破壞細胞膜上的類脂成分，導(dǎo)致微生物死亡。DryheatsterilizationMoistheatsterilization高溫滅菌或消毒的方法1、干熱滅菌法干熱滅菌：150℃～170℃下處理1-2小時。適用于玻璃器皿、金屬用具等耐熱物品的滅菌。優(yōu)點：可保持物品的干燥火焰滅菌（灼燒滅菌）：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。Theuseofphysicalmethodsincontrol為何同樣條件下濕熱比干熱滅菌效果好？蒸汽穿透力強細胞物質(zhì)在含水量高時易變性凝固(更易破壞保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的氫鍵等結(jié)構(gòu))汽化潛熱濕熱對一般營養(yǎng)體和孢子的殺滅條件：多數(shù)細菌和真菌的營養(yǎng)細胞：在60℃左右處理5-10分鐘；酵母菌和真菌的孢子：用80℃以上溫度處理；細菌的芽孢：121℃處理15分鐘以上。

蛋白質(zhì)含水量(％)蛋白質(zhì)凝固溫度(℃)滅菌時間（min）50

25

18

6

056

74~80

80~90

145

160~17030

30

30

30

30蛋白質(zhì)含水量與其凝固溫度的關(guān)系

1.巴氏消毒法：

設(shè)備原理適用：高溫易破壞營養(yǎng)或風(fēng)味物質(zhì)處理巴氏消毒單位：

在60℃經(jīng)歷1分鐘所引起的消毒效應(yīng)稱為一個巴氏消毒單位Pu=Z*1.393LTH法：63℃30minHTST法：72℃15s

2.放射線滅菌法：原理：利用放射性同位素60Co和137Cs產(chǎn)生的γ射線可以進行放射線滅菌

適用：

不耐熱或受熱易變質(zhì)、變味的物質(zhì)滅菌與消毒。

每次可以對較多物品進行滅菌，而且可以對密封包裝后的物品進行滅菌。（2）加壓法常規(guī)加壓蒸汽滅菌法：121.3℃，壓力為1kg/cm2或15磅/英寸2，維持15~30min115℃，壓力為0.7kg/cm2或10磅/英寸2，維持10~20min（過高溫度容易被破壞）使用于一切微生物學(xué)實驗，醫(yī)療機構(gòu)或發(fā)酵工廠中對培養(yǎng)基等多種器材、物料的滅菌。連續(xù)加壓蒸汽滅菌法（連消法）：發(fā)酵工業(yè)和食品加工生產(chǎn)中使用，讓培養(yǎng)基在管道的流動過程中快速升溫、維持和冷卻，然后流進發(fā)酵罐（熱交換）。135~140℃下維持5~15秒熱死時間——最短時間（溫度恒定）熱死溫度——最低溫度（時間恒定，10min）高壓蒸汽滅菌的原理高壓蒸汽滅菌器是利用加壓的飽和蒸汽（潛熱）對物品、器械、藥液等滅菌的設(shè)備，適用于科學(xué)研究、醫(yī)療衛(wèi)生、食品等實驗室或工廠使用——造成蛋白質(zhì)等變性失活。潛熱是指當1g100℃的水蒸汽變成1g100℃水時，釋放出2255.2J的熱量區(qū)別只在于自動化程度的高低（水位控制、溫度恒定控制、時間控制、自動排放冷空氣、程序化顯示）飽和蒸汽壓壓力指示溫度直接利用溫度探測器指示溫度典型的高壓蒸汽滅菌鍋縱剖面結(jié)構(gòu)壓力調(diào)節(jié)器安全閥排氣口控制柄記錄儀門墊圈放電器蒸汽閥蒸汽夾層阻板蒸汽供給蒸汽供應(yīng)閥溫度感應(yīng)器蒸汽凝汽瓣廢汽冷凝器蒸汽通入夾層蒸汽由夾層到滅菌室夾層冷凝水收集口蒸汽由夾層進入滅菌室和蒸汽排出口臥式滅菌鍋示意圖（簡圖）蒸汽進口滅菌過程出氣口（冷空氣和蒸汽）滅菌時間到排汽口壓力表蒸汽排氣閥溫度計閥蒸汽供應(yīng)閥門消毒室夾套（層）立式壓力滅菌器手提式滅菌鍋臥式矩型和圓型壓力蒸汽消毒器高壓蒸汽滅菌過程先加水（一般用蒸餾水或去離子水）——淹過電發(fā)熱管和內(nèi)筒支架；放物（要求松散）；加蓋（對稱旋緊），加熱，升溫排除冷空氣（放汽閥）加壓（關(guān)閉放汽閥），保溫，定時降溫，至壓力為“0”，打開放汽閥開蓋取物（注意蒸汽燙傷）（二）影響加壓蒸汽滅菌效果的因素1、滅菌物體的含菌量2、滅菌鍋內(nèi)空氣排除程度滅菌鍋是靠蒸汽的溫度而不是單純靠壓力來達到滅菌效果。3、滅菌對象的pHpH小于6.0時，微生物易死亡，pH在6.0~8.0時，不易死亡。4、滅菌對象的體積。5、加熱與散熱速度。空氣排除度對滅菌溫度的影響壓力表讀數(shù)鍋內(nèi)溫度（℃）kg/cm2磅/吋2MPa飽和蒸汽排除1/2空氣不排除空氣0.3550.031108.894720.70110.076115.6110901.05150.108121.31121001.40200.142126.21181091.75250.172130.01241152.10300.213134.6128121一些細菌芽孢濕熱滅菌所需時間消毒、滅菌的生物指示菌嗜熱脂肪芽孢桿菌（Bacillusstearothermophilus）結(jié)核分枝桿菌——致病菌指示菌（Mycobacteriumtuberculosis沙門氏菌——致病菌指示菌（通用檢測）（Salmonellaspp）高壓蒸汽滅菌效果的監(jiān)測方法

（3種）1、工藝（程序）監(jiān)測——壓力表、溫度計等，最常見，每次都使用，定期校正；2、化學(xué)指示監(jiān)測——特定化合物熔點（熔化前后晶體形態(tài)不同，硫磺熔點115℃、乙酰替苯胺116℃、脫水琥珀酸120℃、苯甲酸122.4℃等結(jié)晶）、滅菌指示膠帶（變色反應(yīng)）；3、生物指示劑監(jiān)測——特定微生物（需經(jīng)培養(yǎng)）。（三）高溫對培養(yǎng)基成分的有害影響

及其防止1、有害影響：形成沉淀物、破壞營養(yǎng)、改變pH等2、防止法特殊加熱滅菌：分別滅菌（用前后混合）、低壓滅菌（降低溫度）、縮短時間等過濾除菌法其他方法：逐一加入法或加螯合劑FiltrationRemovesmicrobesfromheat-sensitiveliquidsandcirculatingairusingafilter.Asfluidpassesthrough,theorganismsaretrappedintheporesofthefilteringmaterial.（a）注射式微孔濾器（b）小型過濾裝置（c）層流生物安全柜

圖6—16常用膜濾器過濾除菌法原理：氣體或液體中微生物被微孔過濾介質(zhì)除去。用具：濾膜過濾裝置、石棉板過濾器和硅藻土過濾器等。適用：對熱不穩(wěn)定的物質(zhì)對于蛋白質(zhì)、酶、血清、維生素等熱敏性物質(zhì)，常采用過濾除菌法。其它消毒滅菌方法輻射殺菌——紫外光、電離輻射、某種條件下的強可見光、微波等，可用作控制微生物的生長和保存食品?；瘜W(xué)藥劑的熏蒸（后述）——環(huán)氧乙烷、甲醛等輻射的作用紫外光200—300nm范圍的紫外光殺菌作用最好。殺菌作用機制：嘧啶二聚體、自由基、O3等紫外光穿透能力很差，主要用作物體表面或室內(nèi)空氣的殺菌。（飲用水的最后一級，自動化）電離輻射（穿透力強、能量較高）主要使用x射線和γ射線（60Co）。當x射線或γ射線撞擊分子時，形成離子和自由基分子，故可稱電離輻射。電離輻射產(chǎn)生H2O2，使蛋白質(zhì)發(fā)生變化，細胞受到損傷或死亡。電離輻射主要用于其他方法所不能解決的塑料制品、醫(yī)療設(shè)備、藥品和食品的滅菌。強可見光400—700nm波長范圍的強可見光也具有直接的殺菌效應(yīng)，它們能夠氧化細菌細胞內(nèi)的光敏感分子，如核黃素和卟啉環(huán)（構(gòu)成氧化酶的成分）。實驗室應(yīng)注意避免將細菌培養(yǎng)物暴露于強光下。此外，曙紅和四甲基藍能夠吸收強可見光使蛋白質(zhì)和核酸氧化，因此常將兩者結(jié)合用作滅活病毒和細菌。微波微波是一種紅外線。微波并不直接影響微生物，但可通過被輻照物體產(chǎn)熱而殺死微生物。然而由于微波加熱食品通常存在不均勻問題，微生物逃逸微波加熱現(xiàn)象常會發(fā)生。非常適合家庭器皿等消毒滅菌——加少量水但不密封。TheuseofphysicalmethodsincontrolMicrowave

不同滅菌方法對雪蓮果口服液營養(yǎng)成分的影響6.28.docUltravioletray

紫外線殺菌效能的研究.pdf紫外線消毒工藝與應(yīng)用概況.pdfTheUseofChemicalAgentsinControl（一）表面消毒劑（二）抗代謝藥物的代表——磺胺類藥物（三）抗生素化學(xué)因素表面消毒劑化學(xué)因素氣體狀態(tài)化學(xué)治療劑抗代謝藥物：磺胺類等生物藥物等抗生素TheUseofChemicalAgentsinControlMinimuminhibitoryconcentration50%lethaldose,LD50Minimumlethaldose,MLDTheuseofchemicalagentsincontrolSurfacedisinfactantPhenolcofficient,P.C.Antimetabolite-sulphonamides,sulfadrugs三、化學(xué)殺菌劑、消毒劑和治療劑（一）表面消毒劑（二）抗代謝藥物的代表——磺胺類藥物（三）抗生素化學(xué)因素表面消毒劑化學(xué)因素氣體狀態(tài)化學(xué)治療劑抗代謝藥物：磺胺類等生物藥物等抗生素最低抑制濃度（Minimuminhibitoryconcentration，MIC）半致死劑量（50%lethaldose，LD50）最低致死劑量（Minimumlethaldose，MLD）（一）表面消毒劑（廣譜毒性）是指對一切活細胞都有毒性，不能用作活細胞或機體內(nèi)治療用的化學(xué)藥劑。石炭酸系數(shù)（Phenolcoeffcient，P.C.）：是表示表面消毒劑的相對殺菌強度，指在一定時間內(nèi)，被試藥劑能殺死全部供試菌的最高稀釋度與達到同效的石炭酸的最高稀釋度之比?！邆湟欢杀刃砸话愣?，石炭酸系數(shù)越高，殺菌強度越強。見P179，表6-10若干重要表面消毒劑及其應(yīng)用——作用于膜、蛋白質(zhì)等。石炭酸系數(shù)的計算一般規(guī)定處理時間10min供試菌被全部殺死的稀釋倍數(shù)之比（藥劑和石炭酸）。供試菌：傷寒沙門氏菌（Salmonellatyphi）某甲藥劑稀釋300倍（稀釋度1：300）；石炭酸稀釋100倍（稀釋度1：100）。常見表面消毒劑（殺菌劑）的作用機制及應(yīng)用

二.常用的化學(xué)消毒劑消毒劑：能殺死微生物的制劑防腐劑：能抑制微生物生命活動的制劑消毒劑的種類

氧化作用強氧化劑、漂白粉、氯等凝固蛋白甲醛、酚溶解類脂乙醇、酚、來蘇爾脫水作用福爾馬林、乙醇與巰基作用重金屬、與核酸作用堿性染料與膜作用新潔爾滅常用的消毒劑

70%乙醇福爾馬林新潔爾滅（0.25%）漂白粉自來水0.2—0.5ppmCl2發(fā)酵用水預(yù)防性1ppm污染過的水10ppm發(fā)酵設(shè)備外壁20—200ppm空氣1%漂白粉熏蒸發(fā)酵工廠常用防霉劑防霉涂料、硫磺、石灰發(fā)酵工廠的滅菌消毒原料及發(fā)酵罐：實罐滅菌管道：蒸汽滅菌；化學(xué)消毒劑---甲醛、商品化消毒劑空罐：蒸汽滅菌化學(xué)消毒劑空氣：過濾除菌空氣過濾器：蒸汽滅菌，化學(xué)消毒劑水：過濾除菌、紫外線殺菌、加氯殺菌等化學(xué)藥劑的熏蒸Antimetabolite

Sulphonamides,Sulfadrugs磺胺類藥物（Sulfonamides,SAs）是指具有對氨基苯磺酰胺結(jié)構(gòu)的一類藥物的總稱，是一類用于預(yù)防和治療細菌感染性疾病的化學(xué)治療藥物（二）抗代謝藥物的代表——磺胺類藥物是一類在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與細胞內(nèi)必要代謝物的結(jié)構(gòu)相似，并可干擾正常代謝活動的化學(xué)物質(zhì)，具有選擇毒力?！偁幮砸种谱畛Ｓ玫氖腔前奉愃幬??；前放c葉酸合成前體對氨基苯甲酸（PABA）的結(jié)構(gòu)類似。葉酸是輔酶，在氨基酸、維生素、核酸和蛋白質(zhì)合成中起重要作用，很多細菌需要自己合成葉酸才能生長?；前匪幘哂羞x擇毒力：因為人體由于缺乏相應(yīng)的合成酶，不能自身合成四氫葉酸，必須由外界提供，所以對磺胺不敏感。（SAs）對氨基苯磺酰胺對氨基苯甲酸（PABA）Theantibioticsulfanilamideissimilarinstructuretopara-aminobenzoicacid(PABA),anintermediateinthebiosyntheticpathwayforfolicacid.SulfanilamidecancompetitivelyinhibittheenzymethathasPABAasit'snormalsubstratebycompetitivelyoccupyingtheactivesiteoftheenzyme.磺胺類藥物發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用1932年，德國化學(xué)家合成了一種名為“百浪多息”的紅色染料。德國生物化學(xué)家格哈特·杜馬克在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，“百浪多息”對于感染溶血性鏈球菌的小白鼠具有很高的療效。后來，他又用兔、狗進行試驗，都獲得成功。這時，他的女兒得了鏈球菌敗血病，奄奄一息，他在焦急不安中，決定使用“百浪多息”，結(jié)果女兒得救。體外無效體內(nèi)有效，特雷富埃爾和他的同事，研究證明了體內(nèi)分解出“氨苯磺胺”是其有效成分。1937年制出“磺胺吡啶”，1939年制出“磺胺噻唑”，1941年制出了“磺胺嘧啶”……這樣，醫(yī)生就可以在一個“人丁興旺”的“磺胺家族”中挑選適用于治療各種感染的藥了。1939年，格哈特·杜馬克被授予諾貝爾醫(yī)學(xué)與生理學(xué)獎。

磺胺的抑菌機制TMP——三甲基芐二氨嘧啶，磺胺增效劑磺胺的抑菌機制為什么磺胺對人體細胞無毒性？因為人缺乏從對氨基苯甲酸合成葉酸的相關(guān)酶二氫蝶酸合成酶、二氫葉酸合成酶和二氫葉酸還原酶，故不能用外界提供的對氨基苯甲酸自行合成葉酸，而必須直接利用營養(yǎng)物中的葉酸做為生長因子。需要注意的問題：為什么抗代謝藥物抗性突變菌株也是可以大量合成相應(yīng)代謝物的突變菌株？——磺胺失效的結(jié)果。TheuseofchemicalagentsincontrolAntibiotics一類由微生物或其他生物生命活動過程中合成的次生代謝或其人工合成衍生物（半合成），在很低濃度時就能抑制或干擾它種生物的生命活動發(fā)現(xiàn)和半合成了幾萬種，臨床使用五、六十種抗生素最初是由英國科學(xué)家弗來明（A.Fleming）在20世紀20年代末期偶然發(fā)現(xiàn)的，40年代初才作為化學(xué)治療劑生產(chǎn)問世。

青霉素抑制藤黃微球菌的生長

抗生素的抗菌譜：抗生素的作用對象的范圍。通常將對多種類群的細菌有作用的抗生素稱為廣譜抗生素，如四環(huán)素和土霉素既對G＋又對G-細菌有作用；而只對少數(shù)幾種細菌有作用的抗生素則稱為狹譜抗生素，如青霉素只對G＋菌有效?？股氐男r單位就是指定量抗生素有效成分多少的一種計量單位——牛津單位——管蝶法測定。有的是以抗生素的相當生物活性單位的重量作為單位，如1μg游離堿=1單位（U），鏈霉素鹽酸鹽就是以此來表示的；有的則是以純抗生素的活性單位相當?shù)膶嶋H重量為1單位而加以折算的，如青霉素單位最初是以能在50ml肉湯培養(yǎng)基內(nèi)完全抑制金黃色葡萄球菌的最小青霉素的量作為一個單位，以后青霉素純化后確定這一量相當于青霉素鈉鹽0.5988μg，因而定0.5988μg青霉素鈉鹽為一個青霉素單位?？股氐淖饔脵C制抑制細胞壁的合成；引起細胞壁降解；干擾細胞膜；抑制蛋白質(zhì)的合成抑制DNA合成；抑制DNA復(fù)制；抑制RNA轉(zhuǎn)錄；抑制RNA合成。P183表6-11若干重要抗生素及其作用機制注意：D-環(huán)絲氨酸萬古霉素桿菌肽青霉素頭孢菌素氯霉素mechanismofactionofantibioticagentsSitesofactionofdifferentantimicrobialagents.PABA,paraminobenzoicacid;DHFA,dihydrofolicacid;THFA,tetrahydrofolicacid.

常用的抗生素及其作用機制

抑制細胞壁

萬古霉素抑制糖肽聚合物的伸長阻止肽聚糖的合成青霉素抑制轉(zhuǎn)肽作用阻止糖肽鏈之間的鉸鏈頭孢菌素同上干擾細胞膜短桿菌肽與膜結(jié)合，使氧化磷酸化解偶聯(lián)；細胞內(nèi)含物外漏。多粘菌素使細胞膜上的蛋白質(zhì)釋放細胞內(nèi)含物外漏。抑制DNA合成萘啶酮酸作用于復(fù)制基因，切斷DNA合成。

抑制DNA復(fù)制絲裂霉素使DNA的互補鏈相結(jié)合，抑制復(fù)制后的分離。抑制蛋白質(zhì)的合成鏈霉素與30s核糖體結(jié)合，抑制肽鏈延伸?？敲顾嘏c30s核糖體結(jié)合，同上氯霉素與50s結(jié)合，抑制氨基酰-tRNA附著核糖體。紅霉素與50s結(jié)合，引起構(gòu)像變化抑制RNA合成利福平與RNA聚合酶結(jié)合,阻止RNA合成

4、微生物產(chǎn)生抗藥性的機制（6種）①結(jié)構(gòu)發(fā)生改變導(dǎo)致某類藥物作用的結(jié)構(gòu)缺失，如某些細菌在青霉素存在時轉(zhuǎn)變成細胞壁缺失的L型，使青霉素?zé)o法發(fā)揮作用；②細胞膜對藥物的通透性和吸收能力降低，如委內(nèi)瑞拉鏈霉菌細胞通過膜透性發(fā)生改變，阻止四環(huán)素進入細胞；③激活膜上抗藥泵蛋白將進入到胞內(nèi)的藥物泵出胞外，如大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等抗性菌株就可通過膜上含有的質(zhì)子/藥物交換蛋白，將質(zhì)子泵入，藥物泵出；④合成某種酶將化學(xué)治療劑被變?yōu)闊o活性的形式，如某些金黃色葡萄球菌耐藥菌株產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶，使青霉素分子中的β-內(nèi)酰胺環(huán)開裂而失去抑菌作用；⑤藥物受體的親和性或數(shù)量下降，如大腸桿菌耐藥菌株的30S核糖體亞基發(fā)生改變，不再與鏈霉素結(jié)合，從而使鏈霉素失活；⑥被藥物阻斷的代謝途徑（酶）發(fā)生遺傳改變，如有的抗磺酸藥物的菌株，改變了二氫葉酸合成酶的性質(zhì)，合成了一種對磺酸藥物不敏感的酶?？顾幮缘奶烊贿x擇抗藥性突變株無抗藥性菌株暴露于含藥培養(yǎng)基敏感細胞被殺死抗性突變株存活微生物細胞種群產(chǎn)生更多抗性突變株殘存種群繼續(xù)隨時間生長抗性因子的傳遞和擴散Chapter7MicrobialGenetics

GenotypePhenotypeVariationModificationMaterialsrelatedtoHeredityandVariationThethreeclassicalexperimentsTtransformationofStreptococcus.PneumoniaeInfectionofphageT2ReconstructionofvirusesTheFirstdemonstrationofbacterialtransformation

ExperimentsdonebyFrederickGriffith(inLondon)in1928foundthereweretwodifferenttypesofthebacteriumStreptococcuspneumoniae

An"S"orSMOOTHcoatstrain,whichislethaltomice

An"R"orroughstrain,whichwillnothurtthemouseGriffithfoundthathecouldheatinactivatethesmoothstrain.

However,ifheweretotakeamixtureoftheheat-inactivatedSstrain,mixedwiththeRstrain,themousewoulddie.

Thustherewassomematerialintheheat-killedSstrainthatwasresponsiblefor“transforming”theRstrainintoalethalform.TheFirstdemonstrationofbacterialtransformationFredGriffith(andalabco-worker)waskilledintheirlaboratoryin1940fromaGermanbomb.

However,theirworkcontinuedonintheU.S.,andin1944,OswaldAvery,C.M.MacLeod,andM.McCartycarefullydemonstratedthattheONLYmaterialthatwasresponsibleforthetransformationwasDNA-thus,DNAwasthe"Geneticmaterial"-however,manyscientistswerestillnotsurethatitwasREALLYDNA(andnotproteins)thatwasthegeneticmaterial.

MixtureofRcells&cellmattersfromScellsCellextractRtypecellStypecellSaccharideproteinInfectionofphageT2In1952,AlfredHersheyandMarthaChase(UNDERGRADUATEatthetime!)demonstratedclearlythatDNAmustbethegeneticmaterial,usingbacteriophageT2.ReconstructionofvirusesFraenkel-Conratandhiscoworkersfurtherinvestigatedthisconclusionwithasimplebutcompellingexchangeexperiment.Firsttheychemicallydissociatedeachvirus,separatingitsproteincoatfromitsRNA.ReconstructionofvirusesTheythenmanufacturedhybridvirusesbycombiningtheproteinofonewiththeRNAoftheother.WhentheyinfectedhealthytobaccoplantswithahybridviruscomposedofHRVRNAandTMVprotein,thetobaccoleavesdevelopedlesionscharacteristicofHRV.Clearly,thehereditarypropertiesofthevirusweredeterminedbythenucleicacidinitscore,nottheproteininitscoat.TMVTMVHRVWild SeparationMixtureInfection IsolationHRVReconstructionofvirusesLocation&PatternofHeredityMaterialsinMicrobialCell七個水平細胞水平細胞核水平染色體水平核酸水平基因水平密碼子水平

核苷酸水平

原核生物的質(zhì)粒PlasmidinProkaryotesplasmid電子顯微鏡下觀察到的完整的細菌染色體和質(zhì)粒(箭頭所指處為質(zhì)粒)

Plasmid&GeneengineeringpBR322:description&restrictionmap

pBR322is4361

bpinlengthandcontains

therepliconrepresponsibleforthereplicationofplasmid(source-plasmidpMB1)ropgenecodingfortheRopprotein,whichpromotesconversionoftheunstableRNA

I-RNA

IIcomplextoastablecomplexandservestodecreasecopynumber(source-plasmidpMB1)blagene,codingforbeta-lactamasethatconfersresistancetoampicillin(source-transposonTn3)tetgene,encodingtetracyclineresistanceprotein(source-plasmidpSC101).IsolationandidentificationofplasmidcesiumchloridegradientsRplasmidPlasmidColE16646bp

ColicinE1protein(cea)

PlasmidColIb-P993399bpBacteriocinproteins:ColicinIbCrowngallTiplasmidRootinducingplasmidGeneMutationandBreedingbyInducedMutationGeneMutationAuxotrophResistantmutantConditionallethalmutantTemperaturesensitivemutant,TsmutantMorphologicalmutantAntigenicmutantMetabolitemutantMutationRateinBacteriathe"normal"mutationrateforageneinnatureisaboutonemutationineverymilliontoeverybilliondivisions.Let'sassumethenthatonlyonebacteriumin100,000,000hasamutationinaparticulargene.(Amutationrateof1/100,000,000.)MutationRateinBacteriaIfwecomparedthiswiththepopulationoftheUnitedStates,approximately266,000,000,thatwouldbeequivalenttoonly2or3peopleinthewholecountryhavingthatmutation.Thepopulationoftheworldisestimatedtobeapproximately6,500,000,000.Atamutationrateof1/100,000,000,only65peopleintheworldwouldexhibitthatmutation.CharacteristicsofMutation自發(fā)性不對應(yīng)性稀有性獨立性可誘變性穩(wěn)定性可逆性SeveralimportantexperimentsFluctuatio