第六章微生物生长繁殖及其控制

1、第六章第六章 微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖 及其控制及其控制 第六章微生物生长繁殖及其控制 本章内容本章内容 细菌的个体生长；细菌的个体生长； 微生物生长的测定；微生物生长的测定； 细菌的群体生长繁殖；细菌的群体生长繁殖； 环境对微生物生长的影响；环境对微生物生长的影响； 微生物生长繁殖的控制。微生物生长繁殖的控制。 第六章微生物生长繁殖及其控制 概概 论论 生长：细胞物质不可逆地增加，体积增大的过程。生长：细胞物质不可逆地增加，体积增大的过程。 （量变过程）（量变过程） 繁殖：生命个体数量增加的过程。繁殖：生命个体数量增加的过程。 （质变过程）（质变过程） 在单细胞微生物中，生长繁殖的速

2、度很快，而且两者在单细胞微生物中，生长繁殖的速度很快，而且两者 始终交替进行，个体生长与繁殖的界限难以划清，因始终交替进行，个体生长与繁殖的界限难以划清，因 此实际上常用群体生长作为衡量微生物生长的指标。此实际上常用群体生长作为衡量微生物生长的指标。 群体生长指在一定时间和条件下细胞数量的增加；实群体生长指在一定时间和条件下细胞数量的增加；实 质上包含着个体细胞生长与繁殖交替进行的过程质上包含着个体细胞生长与繁殖交替进行的过程 第六章微生物生长繁殖及其控制 第一节细菌个体生长第一节细菌个体生长 一、物质的复制一、物质的复制DNA 1、在细菌个体生长过程中，、在细菌个体生长过程中，DNA以双向的

3、方式进以双向的方式进 行复制行复制. 2、生长迅速的细菌中，新产生的子细胞中已、生长迅速的细菌中，新产生的子细胞中已 经有复制着的染色体经有复制着的染色体DNA，即，即DNA复制与复制与 细胞分裂并非同步。细胞分裂并非同步。 P128 第六章微生物生长繁殖及其控制 1、球形菌的细胞壁扩增方式：在赤道板附近插入；、球形菌的细胞壁扩增方式：在赤道板附近插入； 2、杆形菌的细胞壁扩增方式：新老细胞壁间隔分布；、杆形菌的细胞壁扩增方式：新老细胞壁间隔分布； 3、细胞壁扩增的分子基础：短肽中第三位双氨基氨基、细胞壁扩增的分子基础：短肽中第三位双氨基氨基 酸的作用。酸的作用。G 菌： 菌：L赖氨酸；赖氨酸

4、；G 菌：二氨基庚二酸 菌：二氨基庚二酸 4、作用于细胞壁的酶：、作用于细胞壁的酶： 二、细胞壁的扩增二、细胞壁的扩增 作用于双糖单位的：作用于双糖单位的：N乙酰葡萄糖胺酶和乙酰葡萄糖胺酶和N乙酰胞壁乙酰胞壁 酸酰胺酶酸酰胺酶 肽聚糖短肽链的：转肽酶、内肽酶和羧肽酶肽聚糖短肽链的：转肽酶、内肽酶和羧肽酶 第六章微生物生长繁殖及其控制 三、细菌生长与分裂的调节三、细菌生长与分裂的调节 各种物质复制后，质膜内陷伴随新肽聚糖插入，导致各种物质复制后，质膜内陷伴随新肽聚糖插入，导致 横隔壁向心生长，最后会合，一分为二。横隔壁向心生长，最后会合，一分为二。 对细菌生长与分裂起调节作用的主要是于转肽酶和对

5、细菌生长与分裂起调节作用的主要是于转肽酶和 D,D羧肽酶活性比。羧肽酶活性比。 转肽酶活性高些，利于转肽酶活性高些，利于CW扩增，导致细菌生长。扩增，导致细菌生长。 羧肽酶高些，利于横隔壁形成，导致细胞分裂羧肽酶高些，利于横隔壁形成，导致细胞分裂。 第六章微生物生长繁殖及其控制 第二节第二节 微生物生长的测定微生物生长的测定 评价不同的抗菌物质对微生物产评价不同的抗菌物质对微生物产 生抑制生抑制(或杀死或杀死)作用的效果；作用的效果； 客观地反映微生物生长的规律；客观地反映微生物生长的规律； 评价培养条件、营养物质评价培养条件、营养物质 等对微生物生长的影响；等对微生物生长的影响； 微微 生生

6、 物物 生生 长长 第六章微生物生长繁殖及其控制 P146 个体计数法通常用来测定细菌、酵母菌等单细胞微生物的生长个体计数法通常用来测定细菌、酵母菌等单细胞微生物的生长 情况或样品中所含微生物个体的数量；情况或样品中所含微生物个体的数量； 微生物生长的测定方法微生物生长的测定方法 生物量测定：重量测定、生理指标测定生物量测定：重量测定、生理指标测定 个体计数个体计数 直接计数法直接计数法 间接计数法间接计数法 第六章微生物生长繁殖及其控制 1.个体计数法个体计数法 A.直接法直接法 利用血球利用血球 计数板，计数板， 在显微镜在显微镜 下计算一下计算一 定容积里定容积里 样品中微样品中微 生物

7、的数生物的数 量。量。 1mm225（16）中格）中格 16（ 25 ）小格，）小格， 共共400小格小格 缺点：缺点： 不适于对运动细菌的计数；不适于对运动细菌的计数； 需要相对高的细菌浓度；需要相对高的细菌浓度； 个体小的细菌在显微镜下难以观察；个体小的细菌在显微镜下难以观察； 第六章微生物生长繁殖及其控制 B.简接法简接法 原理是每个活细菌在适宜的培养基和良好的生长条件下可原理是每个活细菌在适宜的培养基和良好的生长条件下可 以通过生长形成菌落。以通过生长形成菌落。 稀释平板计数法稀释平板计数法 先将待测菌液作一系列先将待测菌液作一系列10倍稀释，使平皿上长出的菌落数在倍稀释，使平皿上长出

8、的菌落数在 30-300个之间个之间 单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖 肉眼可见的菌落肉眼可见的菌落 对菌落数目的计数推测样品中的微生对菌落数目的计数推测样品中的微生 物细胞数物细胞数 第六章微生物生长繁殖及其控制 涂布平板法涂布平板法 使用较多的常规方法，但有时涂布不均匀！（一般使用较多的常规方法，但有时涂布不均匀！（一般0.2ml） 同一稀释度三个以上重复同一稀释度三个以上重复,取平均值；取平均值； 每支移液管及涂布棒只能接触一个每支移液管及涂布棒只能接触一个 稀释度的菌液；稀释度的菌液； 样品充分混匀；样品充分混匀； 每个平

9、板上的菌落数目合适，便于每个平板上的菌落数目合适，便于 准确计数；准确计数； 要求：要求： 每每ml活菌数同一稀释度平均数活菌数同一稀释度平均数稀释倍数稀释倍数5 注意：要三个以上重复平板平均计数；不适合丝状菌注意：要三个以上重复平板平均计数；不适合丝状菌 第六章微生物生长繁殖及其控制 C，比浊法，比浊法 在一定波长下，测定菌悬液的光密度，以光密度在一定波长下，测定菌悬液的光密度，以光密度 (optical density, 即即O.D.)表示菌量。表示菌量。 注意：注意： 测量应在菌浓度与测量应在菌浓度与O.D.成正比的线性范围内，否则不准成正比的线性范围内，否则不准 第六章微生物生长繁殖及

10、其控制 2.重量法重量法 通过样品中蛋白质、核酸含量的测定间接推算通过样品中蛋白质、核酸含量的测定间接推算 微生物群体的生物量；微生物群体的生物量； 测定多细胞及丝状真菌生长情况的有效方法。测定多细胞及丝状真菌生长情况的有效方法。 以干重（以干重（105）、湿重直接衡量微生物群体）、湿重直接衡量微生物群体 的生物量；的生物量； 蛋白质含量测定法：从一定量培养物中分离出细菌，洗涤，蛋白质含量测定法：从一定量培养物中分离出细菌，洗涤， 以除去培养基带入的含氮物质。再用凯氏定氮法法测定总以除去培养基带入的含氮物质。再用凯氏定氮法法测定总 含氮量。含氮量。 一般细菌的含氮量约为原生质干重的一般细菌的含

11、氮量约为原生质干重的14%。故，蛋白质总。故，蛋白质总 量量=含氮量含氮量%6.25 蛋白质含量占细菌总重的蛋白质含量占细菌总重的65，故细胞总量蛋白质，故细胞总量蛋白质 总量总量1.54 DNA含量测定法：利用含量测定法：利用DNA与与DABA-2HCl(即新配制的即新配制的 20%W/W，3，5-二氨基苯甲酸二氨基苯甲酸-盐酸溶液盐酸溶液)能显示特殊荧光反能显示特殊荧光反 应的原理而设计的。因为每个细菌平均含应的原理而设计的。因为每个细菌平均含DNA8.410-5纳克，纳克， 可根据可根据DNA含量计算出细菌的数量。含量计算出细菌的数量。 第六章微生物生长繁殖及其控制 3.生理指标测定法生

12、理指标测定法 样品中微生物数量多或生长旺盛，这些指标愈明显，样品中微生物数量多或生长旺盛，这些指标愈明显， 因此可以借助特定的仪器如瓦勃氏呼吸仪、微量量因此可以借助特定的仪器如瓦勃氏呼吸仪、微量量 热计等设备来测定相应的指标。热计等设备来测定相应的指标。 常用于对微生物的快速鉴定与检测常用于对微生物的快速鉴定与检测 微生物的生理指标，如呼吸强度，耗氧量、酶活性、微生物的生理指标，如呼吸强度，耗氧量、酶活性、 生物热等与其群体的规模成正相关。生物热等与其群体的规模成正相关。 第六章微生物生长繁殖及其控制 第三节细菌群体的生长繁殖第三节细菌群体的生长繁殖 研究细菌群体培养的原因：研究细菌群体培养的

13、原因： 由于个体微小；由于个体微小； 微生物接种是群体接种，接种后的生长是微生微生物接种是群体接种，接种后的生长是微生 物的群体繁殖生长。物的群体繁殖生长。 第六章微生物生长繁殖及其控制 曲线特征：根据微生物每小时的分裂代数（曲线特征：根据微生物每小时的分裂代数（R）不同，一般可）不同，一般可 把生长曲线分成迟缓期（延滞期）、对数生长期、稳定期、衰把生长曲线分成迟缓期（延滞期）、对数生长期、稳定期、衰 亡期。亡期。 一、细菌群体的生长规律一、细菌群体的生长规律 生长曲线：细菌接种到定量的液体培养基中，定时取生长曲线：细菌接种到定量的液体培养基中，定时取 样测定细胞数量，以培养时间为横座标，以菌

14、数为纵样测定细胞数量，以培养时间为横座标，以菌数为纵 座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数 变化规律的曲线。变化规律的曲线。 第六章微生物生长繁殖及其控制 第六章微生物生长繁殖及其控制 1、迟缓期（、迟缓期（lag phase） 定义：少量微生物接种到新鲜培养基，开始的一段时间定义：少量微生物接种到新鲜培养基，开始的一段时间 内数目不增加的时期。内数目不增加的时期。 特点：特点： 生长速率常数等于零。生长速率常数等于零。 细胞形态变大或增长（巨大芽孢杆菌接种细胞形态变大或增长（巨大芽孢杆菌接种3.4m，培，培 养养5.5小时，小时，19.

15、8m） 胞内胞内RNA尤其是尤其是rRNA含量增高含量增高; 合成代谢活跃（核糖体、酶类、合成代谢活跃（核糖体、酶类、ATP合成加快）。合成加快）。 对外界不良条件（氯化钠浓度、温度）抗生素等反应敏对外界不良条件（氯化钠浓度、温度）抗生素等反应敏 感。感。 第六章微生物生长繁殖及其控制 采取缩短延迟期的措施：采取缩短延迟期的措施： 在生产实践中，通常采取的措施有增加接种量；在生产实践中，通常采取的措施有增加接种量； 在种子培养中加入发酵培养基的某些营养成分在种子培养中加入发酵培养基的某些营养成分 采用最适种龄采用最适种龄(即处于对数期的菌种即处于对数期的菌种)的健壮菌种的健壮菌种 接种以及选用

16、繁殖快的菌种等措施，以缩短延迟接种以及选用繁殖快的菌种等措施，以缩短延迟 期，加速发酵周期，提高设备利用率。期，加速发酵周期，提高设备利用率。 延迟期出现的原因：可能是为了调整代谢。当细胞延迟期出现的原因：可能是为了调整代谢。当细胞 接种到新的环境接种到新的环境(如从固体培养接种至液体培养基如从固体培养接种至液体培养基) 后，需要重新合成必需量的酶、辅酶或某些中间代后，需要重新合成必需量的酶、辅酶或某些中间代 谢产物，以适应新的环境。谢产物，以适应新的环境。 影响延迟期的因素：菌种的遗传性、菌龄以及移种影响延迟期的因素：菌种的遗传性、菌龄以及移种 前后所处的环境条件等。前后所处的环境条件等。

17、第六章微生物生长繁殖及其控制 2、对数期（、对数期（logarithmic phase）又称指数期）又称指数期 定义：延滞期之后细胞以几何级数速度分裂的一段时期。定义：延滞期之后细胞以几何级数速度分裂的一段时期。 特点：特点： 生长速率常数最大。细胞代时（分裂生长速率常数最大。细胞代时（分裂 一次）或倍增时间一次）或倍增时间 （原生质增加一倍）最短。（原生质增加一倍）最短。 细胞平衡生长，菌体内各种成分最均匀。细胞平衡生长，菌体内各种成分最均匀。 酶活性活跃，代谢旺盛。酶活性活跃，代谢旺盛。 第六章微生物生长繁殖及其控制 影响指数期微生物增代时间的因素影响指数期微生物增代时间的因素: 菌种：不

18、同菌种的代时差别极大菌种：不同菌种的代时差别极大 营养物浓度：营养物的浓度可影响微生物的营养物浓度：营养物的浓度可影响微生物的 生长速率和总生长量。生长速率和总生长量。 E.coli 肉汤中肉汤中37 代时代时17分钟。分钟。 Nitro bacter.agilis 组合培养基中组合培养基中27 代时代时1200分钟分钟 （活化硝化杆菌）（活化硝化杆菌） E.coli 牛奶牛奶37 12.5分钟。分钟。 肉汤中肉汤中37 17分钟。分钟。 营养成分：同一种细菌，在营养物丰富的培养营养成分：同一种细菌，在营养物丰富的培养 基中生长，其代时较短，反之则长。基中生长，其代时较短，反之则长。 第六章微

19、生物生长繁殖及其控制 培养温度：培养温度： 温度对微生物的生长速率有极其明显的影响温度对微生物的生长速率有极其明显的影响 第六章微生物生长繁殖及其控制 应用应用: 指数期的微生物因其整个群体的生理特性较一致、细指数期的微生物因其整个群体的生理特性较一致、细 胞成分平衡发展和生长速率恒定，故胞成分平衡发展和生长速率恒定，故 作为代谢、生理等研究的良好材料作为代谢、生理等研究的良好材料; 是增殖噬菌体的最适宿主菌龄是增殖噬菌体的最适宿主菌龄; 也是发酵生产中用作也是发酵生产中用作“种子种子”的最佳种龄。的最佳种龄。 第六章微生物生长繁殖及其控制 3、稳定期（、稳定期（stationary phas

20、e） 定义：对数期后，生长速率降为零的生长期。定义：对数期后，生长速率降为零的生长期。 特点：特点： （1）生长速率为零，新产生细胞数死亡细胞数。生长速率为零，新产生细胞数死亡细胞数。 （2）菌体产量（活菌数最大）菌体产量（活菌数最大） （3）细胞开始贮存糖原、异染粒、脂肪；多数芽孢杆菌开）细胞开始贮存糖原、异染粒、脂肪；多数芽孢杆菌开 始产生芽孢；有的微生物开始合成次生代谢产物。始产生芽孢；有的微生物开始合成次生代谢产物。 第六章微生物生长繁殖及其控制 原因：原因： （1）营养物耗尽。）营养物耗尽。 （2）营养的比例失调。）营养的比例失调。 （3）有害代谢产物积累（酸、醇、）有害代谢产物积累

21、（酸、醇、H2O2 ） （4）pH值、氧化还原电势不适宜。值、氧化还原电势不适宜。 稳定期于生产上的意义：稳定期于生产上的意义： 生产菌体和与菌体平行生长的代谢产物（单细胞生产菌体和与菌体平行生长的代谢产物（单细胞 蛋白蛋白,乳酸）的最佳收获期。乳酸）的最佳收获期。 第六章微生物生长繁殖及其控制 4、衰亡期（、衰亡期（decline phase） 定义：由于营养物耗尽，代谢产物积累，细菌死亡速定义：由于营养物耗尽，代谢产物积累，细菌死亡速 度大于新生速度的时期。特点：度大于新生速度的时期。特点： 细菌代谢活性降低；细菌代谢活性降低； 细菌衰老并出现自溶；细菌衰老并出现自溶； 产生或释放出一些产

22、物，如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗产生或释放出一些产物，如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗 生素生素 菌体细胞也呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊；菌体细胞也呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊； 有些革兰氏染色反应阳性菌此时会变成阴性反应有些革兰氏染色反应阳性菌此时会变成阴性反应 第六章微生物生长繁殖及其控制 二、生长数学模型二、生长数学模型 dN dt N N：每毫升培养液中细胞数：每毫升培养液中细胞数 ：比生长速率，每单位数量细菌：比生长速率，每单位数量细菌 在单位时间增加的量在单位时间增加的量 t：培养时间：培养时间 第六章微生物生长繁殖及其控制 重要参数重要参数: （1）繁殖代数（

23、）繁殖代数（n） x2=x12n 以对数表示：以对数表示： lgx2=lgx1+nlg2 n= 3.322 (lgx2-lgx1) 第六章微生物生长繁殖及其控制 （2）比生长速率常数（）比生长速率常数（） = lgNt - lgN0) t - t0 第六章微生物生长繁殖及其控制 （3）代时（）代时（G）:在群体生长里在群体生长里,细菌数量增加一细菌数量增加一 倍所需的时间倍所需的时间. 第六章微生物生长繁殖及其控制 1、同步培养与同步生长、同步培养与同步生长 同步培养：是一种培养方法，它能使群体中不同步同步培养：是一种培养方法，它能使群体中不同步 的细胞转变成能同时进行生长或分裂的群体细胞。的

24、细胞转变成能同时进行生长或分裂的群体细胞。 同步生长：通过同步培养而使细胞群体处于分裂步同步生长：通过同步培养而使细胞群体处于分裂步 调一致的状态。调一致的状态。 三、细菌的同步培养三、细菌的同步培养 第六章微生物生长繁殖及其控制 同步培养的方法：同步培养的方法： （1）机械法：在不同生长阶段的细胞体积与质量或同某种材）机械法：在不同生长阶段的细胞体积与质量或同某种材 料结合能力不同料结合能力不同 离心法（密度梯度离心）：处于同一生长期的细胞离心法（密度梯度离心）：处于同一生长期的细胞 体积与质量相当。体积与质量相当。 过滤法：过滤法： 使用孔径大小不同的滤器（微孔滤器）使用孔径大小不同的滤器

25、（微孔滤器） 硝酸纤维素滤膜法（硝酸纤维素滤膜法（Helmstetter-cummings技术）技术） 同一生长期细菌与膜结合牢固程度相当。同一生长期细菌与膜结合牢固程度相当。 第六章微生物生长繁殖及其控制 连续培养：指在微生物的整个培养期间，通过一定处理连续培养：指在微生物的整个培养期间，通过一定处理 使其能以恒定比生长速率生长并持续生长下去的培养方使其能以恒定比生长速率生长并持续生长下去的培养方 法。法。 通过认识稳定期到来的原因，采取相应措施实现微生物通过认识稳定期到来的原因，采取相应措施实现微生物 长期保持在指数生长平衡状态和稳定的生长速率。即对长期保持在指数生长平衡状态和稳定的生长速

26、率。即对 数生长后期，以一定速率补充新鲜培养液，再以同样速数生长后期，以一定速率补充新鲜培养液，再以同样速 率移去培养物。率移去培养物。 四、连续培养四、连续培养 第六章微生物生长繁殖及其控制 连续培养两种类型：连续培养两种类型： 恒化器连续培养恒化器连续培养、恒浊器连续培养恒浊器连续培养 恒化：某种营养物质维持恒定恒化：某种营养物质维持恒定 恒浊：菌恒定恒浊：菌恒定 第六章微生物生长繁殖及其控制 恒浊器连续培养恒浊器连续培养 测定所培养微生物的光密度值测定所培养微生物的光密度值 自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速 使培养物维持在某一恒

27、定浊度使培养物维持在某一恒定浊度 当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快，使浊度降低；当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快，使浊度降低； 当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高；当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高； 第六章微生物生长繁殖及其控制 连续发酵优点：连续发酵优点： 一般用于菌体以及与菌体生长平行的代谢产物生产的发酵一般用于菌体以及与菌体生长平行的代谢产物生产的发酵 工业工业 缩短发酵周期，提高设备利用率；缩短发酵周期，提高设备利用率； 便于自动控制；便于自动控制； 降低动力消耗及体力劳动强度；降低动力消耗及体力劳动强度； 产品质量较稳定；产品质量

28、较稳定； 杂菌污染和菌种退化杂菌污染和菌种退化 缺点：缺点： 恒浊器连续培养恒浊器连续培养 第六章微生物生长繁殖及其控制 恒化器连续培养恒化器连续培养 使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最 高生长速率下进行生长繁殖。高生长速率下进行生长繁殖。 恒化连续培养中，必需将某种必需的营养物质控制在恒化连续培养中，必需将某种必需的营养物质控制在 较低的浓度，作为限制性因子，而其他营养物均过量较低的浓度，作为限制性因子，而其他营养物均过量。 限制性因子必须是机体生长所必需的营养物质，如限制性因子必须是机体生长所必需的营养物质，如aa和氨等氮和氨等氮

29、源，或源，或G、麦芽糖等碳源或者是无机盐，一定浓度范围内决定、麦芽糖等碳源或者是无机盐，一定浓度范围内决定 细菌生长速率。细菌生长速率。 第六章微生物生长繁殖及其控制 五、微生物的高密度培养五、微生物的高密度培养 微生物的高密度培养指在液体培养中细胞群体密度微生物的高密度培养指在液体培养中细胞群体密度 超过常规培养超过常规培养10倍以上时的生长状态或培养技术倍以上时的生长状态或培养技术. 现在报道的最高记录是现在报道的最高记录是:E. coli W3110的的174g(湿湿 重重)/L; 高密度培养常用于重组蛋白质药物的生产高密度培养常用于重组蛋白质药物的生产; 主要的优势主要的优势:节约成本

30、节约成本. 第六章微生物生长繁殖及其控制 六、微生物培养法概论六、微生物培养法概论 实验室培养法实验室培养法; 生产实践中微生物培养法生产实践中微生物培养法; 第六章微生物生长繁殖及其控制 实验室培养法实验室培养法 固体培养法固体培养法 好氧菌：斜面、琼脂平板等好氧菌：斜面、琼脂平板等 厌氧菌：高层琼脂柱、厌氧培厌氧菌：高层琼脂柱、厌氧培 养皿、厌氧罐等养皿、厌氧罐等 液体培养法液体培养法 试管液体培养试管液体培养 三角瓶液体培养三角瓶液体培养 摇瓶培养摇瓶培养 台式发酵罐台式发酵罐 第六章微生物生长繁殖及其控制 生产实践中微生物培养法生产实践中微生物培养法 固体培养法固体培养法 好氧菌：曲法

31、培养（料薄、通气）好氧菌：曲法培养（料薄、通气） 厌氧菌：堆积培养厌氧菌：堆积培养 液体培养法液体培养法 浅盘培养浅盘培养 发酵罐：最大的发酵罐：最大的1500吨吨 第六章微生物生长繁殖及其控制 第六章微生物生长繁殖及其控制 第四节影响微生物生长的重要因素第四节影响微生物生长的重要因素 生命的存在依赖于外界环境提供营养、水分、合适的环境因生命的存在依赖于外界环境提供营养、水分、合适的环境因 素（如：素（如：pH、氧化还原电位、温度、氧气）同时又受到外界、氧化还原电位、温度、氧气）同时又受到外界 环境因子的制约，二者是一致的。环境因子的制约，二者是一致的。 一、营养一、营养 针对营养缺乏，微生物

32、往往采取：针对营养缺乏，微生物往往采取： 1、减少甚至停止合成细胞物质。、减少甚至停止合成细胞物质。 2、加速代谢（非必要成分或失效成分的降解）。、加速代谢（非必要成分或失效成分的降解）。 二、水二、水 适宜的适宜的aw值。值。 aw值不同造成渗透压不同影响微生物生长速率值不同造成渗透压不同影响微生物生长速率 第六章微生物生长繁殖及其控制 三、温度三、温度 根据最适温度的不同，可将微生物分为嗜冷、根据最适温度的不同，可将微生物分为嗜冷、 兼性嗜冷、嗜温、嗜热、超嗜热；兼性嗜冷、嗜温、嗜热、超嗜热； 各种微生物都有其生长繁殖的最低温度、最适各种微生物都有其生长繁殖的最低温度、最适 温度、最高温度

33、和致死温度。温度、最高温度和致死温度。 温度对微生物的影响具体表现在：温度对微生物的影响具体表现在： 影响酶的活性：微生物生长过程中的化学反应影响酶的活性：微生物生长过程中的化学反应 绝大多数是在特定酶的催化作用下完成的；每绝大多数是在特定酶的催化作用下完成的；每 种酶都有最适反应温度。种酶都有最适反应温度。 影响细胞质膜的流动性：温度高，流动性大，影响细胞质膜的流动性：温度高，流动性大， 有利于物质运输；有利于物质运输； 影响物质的溶解度：物质只有溶于水才能被机影响物质的溶解度：物质只有溶于水才能被机 体吸收或分泌（气体除外）。体吸收或分泌（气体除外）。 第六章微生物生长繁殖及其控制 最低生

34、长温度最低生长温度 是指微生物能进行繁殖的最低温度界限。是指微生物能进行繁殖的最低温度界限。 最适生长温度是指某微生物群体生长繁殖速度最快的温度，最适生长温度是指某微生物群体生长繁殖速度最快的温度， 代时也最短。代时也最短。 最高生长温度最高生长温度 是指微生物生长繁殖的最高温度界限。在是指微生物生长繁殖的最高温度界限。在 此温度下，微生物细胞易于衰老和死亡。此温度下，微生物细胞易于衰老和死亡。 致死温度致死温度 最高生长温度若进一步升高，便可杀微生物。最高生长温度若进一步升高，便可杀微生物。 第六章微生物生长繁殖及其控制 上述上述“最适温度最适温度”仅是标定微生物繁殖最快的温度，实仅是标定微

35、生物繁殖最快的温度，实 际上不同的生理生化过程有不同的最适温度（如下表）际上不同的生理生化过程有不同的最适温度（如下表） 类型类型生长温度生长温度发酵温度发酵温度累积产物温累积产物温 度度 灰色链霉菌灰色链霉菌3728 丙酮丁醇梭丙酮丁醇梭 菌菌 3733 产黄青霉产黄青霉302520 国外曾报道，对国外曾报道，对P.chrysogenus进行阶段性温度控制：进行阶段性温度控制： 开始开始5小时小时40小时小时125小时小时165小时小时 青霉素产量较始终青霉素产量较始终25 恒温培养高恒温培养高14.7。 30252520 第六章微生物生长繁殖及其控制 四、四、pH值值 1、从微生物群体来看

36、，、从微生物群体来看，pH范围很广，但绝大部分所需范围很广，但绝大部分所需59 的的pH值。微生物对值。微生物对pH值的忍受范围也有最低、最适、最高值的忍受范围也有最低、最适、最高 三个数值点。用最适三个数值点。用最适pH值与水比较，可把微生物区分为：值与水比较，可把微生物区分为： 嗜酸性嗜酸性嗜中性嗜中性嗜碱性嗜碱性 pH5.45.48.57.011.5 例例:真菌、古生真菌、古生 菌（大部分）菌（大部分） 大多大多盐杆菌属、盐杆菌属、 嗜盐菌（古嗜盐菌（古 生菌）生菌） 第六章微生物生长繁殖及其控制 第六章微生物生长繁殖及其控制 2、与对温度的需求随生理生化过程的不同而异相仿，、与对温度的

37、需求随生理生化过程的不同而异相仿， 微生物的生理生化过程不同也要求不同的微生物的生理生化过程不同也要求不同的pH值。值。 最适最适pH值值合成抗生素合成抗生素pH值值 S.griseus （灰链）（灰链） 6.36.96.77.3 P.chrysogenum （产黄青霉）产黄青霉） 6.57.26.26.8 红霉素链霉菌红霉素链霉菌6.67.06.87.3 第六章微生物生长繁殖及其控制 极端极端pH环境下的微生物其内环境环境下的微生物其内环境pH稳定，保持在稳定，保持在7左右。细胞左右。细胞 通过本身结构或生理过程来达到这一目的。通过本身结构或生理过程来达到这一目的。 例子：嗜酸性微生物其例子

38、：嗜酸性微生物其CM可阻止过多可阻止过多H+ 进入胞内，并不断将进入胞内，并不断将 H+排出体外，还有的排出体外，还有的M有不易渗透的细胞壁，可有不易渗透的细胞壁，可 防止防止CM暴露暴露 于极端于极端pH中受损，不仅如此，微生物生命活动还可以改变外中受损，不仅如此，微生物生命活动还可以改变外 界界pH值，一般情况下，随着培养时间延长，培养基或多或少值，一般情况下，随着培养时间延长，培养基或多或少 都会变酸。都会变酸。 pH对微生物影响的分子机理：对微生物影响的分子机理： （1）酶促反应（即酶的活性所需的）酶促反应（即酶的活性所需的pH值）。（值）。（2）膜透）膜透 性与结构稳定性。（性与结构

39、稳定性。（3）物质溶解性。）物质溶解性。 第六章微生物生长繁殖及其控制 五、氧气五、氧气 1、根据对氧的需求与否，微生物可分好氧、厌氧微、根据对氧的需求与否，微生物可分好氧、厌氧微 生物生物 好氧微生物好氧微生物 专性好氧微生物：氧气为呼吸链专性好氧微生物：氧气为呼吸链H受体、胞受体、胞 内有内有SOD、H2O2酶酶 大多数真菌、多数细菌、大多数真菌、多数细菌、 放线菌放线菌 微好氧微生物：氧气为呼吸链微好氧微生物：氧气为呼吸链H受体，但分受体，但分 压低。压低。 兼性厌氧微生物：氧或其它物作兼性厌氧微生物：氧或其它物作H受体，受体， 胞内胞内SOD、H2O2酶酶 酵母菌（酿酒酵母）、酵母菌（

40、酿酒酵母）、 部分细菌（肠杆菌）部分细菌（肠杆菌） 第六章微生物生长繁殖及其控制 耐氧微生物：可在有氧气环境下进行厌氧生耐氧微生物：可在有氧气环境下进行厌氧生 活的菌。无呼吸链，只能发酵，胞内有活的菌。无呼吸链，只能发酵，胞内有SOD、 过氧化物酶。（乳酸菌）过氧化物酶。（乳酸菌） 厌氧微生物：可通过发酵、无氧呼吸、甲厌氧微生物：可通过发酵、无氧呼吸、甲 烷发酵、环式光合磷酸化产能。胞内无烷发酵、环式光合磷酸化产能。胞内无 SOD酶、酶、H2O2酶。（梭菌属、梭杆菌属、酶。（梭菌属、梭杆菌属、 产甲烷细菌）产甲烷细菌） 厌氧微生物厌氧微生物 第六章微生物生长繁殖及其控制 五类对氧关系不同的微生

41、物在半固体琼脂柱五类对氧关系不同的微生物在半固体琼脂柱 中的生长状态模式图中的生长状态模式图 第六章微生物生长繁殖及其控制 2、厌氧的氧毒害机制：、厌氧的氧毒害机制： （1）超氧化物和）超氧化物和H2O2会生成毒性很强的会生成毒性很强的OH； . _ O2 e- O2 O2+OH + OH. _ O2+H2O2 第六章微生物生长繁殖及其控制 过氧化物酶过氧化物酶 +2H+ H2O2 +O2 2 H2O NADH+H+ NAD 过氧化氢酶过氧化氢酶 H2O+1/2 O2 . _ O2 SOD 因好氧微生物含超氧化物歧化酶（因好氧微生物含超氧化物歧化酶（SOD）、）、H2O2酶，可酶，可 以消除氧

42、的毒害，过程如下：以消除氧的毒害，过程如下： 3、SOD、 H2O2酶在微生物中含量参见图表酶在微生物中含量参见图表P146 . _ O2 H2O2酶酶 SOD H2O H2O2 第六章微生物生长繁殖及其控制 控制（有害）微生物的生长速率或消灭不需要的微生物，控制（有害）微生物的生长速率或消灭不需要的微生物， 在实际应用中具有重要的意义。在实际应用中具有重要的意义。 抑制：亚致死剂量因子作用使生长停止抑制：亚致死剂量因子作用使生长停止 ； 死亡：生长能力不可逆丧失死亡：生长能力不可逆丧失 ； 防腐：理化因素防止或抑制微生物生长防腐：理化因素防止或抑制微生物生长 ； 消毒：杀死或灭活所有病原微生

43、物消毒：杀死或灭活所有病原微生物 ； 灭菌：杀死包括芽孢在内的所有菌灭菌：杀死包括芽孢在内的所有菌 ； 化疗：选择毒性化学物质对生物体内部感染组织化疗：选择毒性化学物质对生物体内部感染组织 或细胞进行治疗，对机体本身无毒害作用。或细胞进行治疗，对机体本身无毒害作用。 第五节微生物生长繁殖的控制第五节微生物生长繁殖的控制 控制微生物的化学物质控制微生物的化学物质 抗微生物剂抗微生物剂 抗代谢剂抗代谢剂 抗生素抗生素 第六章微生物生长繁殖及其控制 1抗微生物剂抗微生物剂 抗微生物剂抗微生物剂(antimicrobial agcnt)是一类能够杀死是一类能够杀死 微生物或抑制微生物生长的化学物质微生

44、物或抑制微生物生长的化学物质 根据它们抗微生物的特性可分为：根据它们抗微生物的特性可分为： 抑菌剂抑菌剂 杀菌剂杀菌剂 溶菌剂溶菌剂 作用机理是这类物质结合到核糖体上作用机理是这类物质结合到核糖体上 抑制蛋白质合成，导致生长停止，由抑制蛋白质合成，导致生长停止，由 于它们同核糖体结合不紧，它们在浓于它们同核糖体结合不紧，它们在浓 度降低时又会游离出来，核糖体合成度降低时又会游离出来，核糖体合成 蛋白质的能力恢复，使生长恢复蛋白质的能力恢复，使生长恢复 它们是紧紧地结合到细胞的作用靶上，它们是紧紧地结合到细胞的作用靶上， 即使在浓度降低时也不能游离出来，即使在浓度降低时也不能游离出来， 因此生长

45、不能恢复因此生长不能恢复 能抑制细胞壁合成或损伤细胞质膜能抑制细胞壁合成或损伤细胞质膜 第六章微生物生长繁殖及其控制 抗微生物剂通常又将它们分为抗微生物剂通常又将它们分为 消毒剂：可杀死微生物，通常用于非生物材料的灭菌或消毒。消毒剂：可杀死微生物，通常用于非生物材料的灭菌或消毒。 防腐剂：能杀死微生物或抑制其生长，但对人及动物的体表组防腐剂：能杀死微生物或抑制其生长，但对人及动物的体表组 织无毒性或毒性低，可作为外用抗微生物药物。织无毒性或毒性低，可作为外用抗微生物药物。 HgCl2、CuSO4、碘液、氯气、乙烯氧化物、甲醛剂、臭氧、碘液、氯气、乙烯氧化物、甲醛剂、臭氧 有机汞、有机汞、0.1

46、%-1硝酸银、碘液、硝酸银、碘液、70%乙醇、乙醇、3过氧化氢过氧化氢 第六章微生物生长繁殖及其控制 各种抗微生物化学制剂杀菌能力的比较标准：各种抗微生物化学制剂杀菌能力的比较标准： 石炭酸系数：石炭酸系数： 指在一定时间内被试药剂能杀死全部供试菌指在一定时间内被试药剂能杀死全部供试菌 的最高稀释度和达到同效的石炭酸的最高稀释度的的最高稀释度和达到同效的石炭酸的最高稀释度的 比率。一般规定处理时间为比率。一般规定处理时间为10分钟，而供试菌定为分钟，而供试菌定为 Salmonella typhi（伤寒沙门氏菌）。（伤寒沙门氏菌）。 在临床上最早使用的消毒剂在临床上最早使用的消毒剂-石炭酸石炭酸

47、 第六章微生物生长繁殖及其控制 2.抗代谢物抗代谢物 生长因子的结构类似物干扰达到抑制微生物生长目的。生长因子的结构类似物干扰达到抑制微生物生长目的。 如：如： 叶酸对抗物（磺胺）叶酸对抗物（磺胺）、 嘌呤对抗物（嘌呤对抗物（6-巯基嘌呤）、巯基嘌呤）、 苯丙氨酸对抗物（对氟苯丙氨酸）、苯丙氨酸对抗物（对氟苯丙氨酸）、 尿嘧啶对抗物（尿嘧啶对抗物（5-氟尿嘧啶）氟尿嘧啶） 胸腺嘧啶对抗物（胸腺嘧啶对抗物（5-溴胸腺嘧啶）溴胸腺嘧啶） 等等等等 第六章微生物生长繁殖及其控制 1934年，德年，德G.Domagk对偶氮染料进行抗菌实验，发现对偶氮染料进行抗菌实验，发现 一种红色的一种红色的“百浪多

48、息百浪多息”（4磺胺磺胺2,4二氨基偶氮二氨基偶氮 苯）静脉注射可治疗小鼠因链球菌属（苯）静脉注射可治疗小鼠因链球菌属（streptococus）葡）葡 球菌属（球菌属（staphylococus）引发的感染。但离体条件下无）引发的感染。但离体条件下无 作用。作用。 H2N NH2 NNSO2NH2 百浪多息百浪多息 H2N SOO- NH2 磺胺磺胺 体内体内 第六章微生物生长繁殖及其控制 化学机理：磺胺是对氨基苯甲酸（化学机理：磺胺是对氨基苯甲酸（PABA）的类似物，而）的类似物，而 PABA是细菌的生长因子。是细菌的生长因子。 对于多数不能利用外界四氢叶酸（对于多数不能利用外界四氢叶酸（

49、 COF ）细菌而言，需）细菌而言，需 以以PABA为自身合成四氢叶酸（如下）为自身合成四氢叶酸（如下） PABA+二氢蝶呤二氢蝶酸二氢叶酸二氢蝶呤二氢蝶酸二氢叶酸 四氢叶酸（四氢叶酸（ COF ） 二氢蝶酸二氢蝶酸 合成酶合成酶 酰焦磷酸酰焦磷酸 二氢叶酸二氢叶酸 合成酶合成酶 二氢叶酸二氢叶酸 还原酶还原酶 第六章微生物生长繁殖及其控制 而而PABA与磺胺分子结构的相似性，可在合成四氢叶酸过与磺胺分子结构的相似性，可在合成四氢叶酸过 程中，发生竞争性拮抗作用，合成程中，发生竞争性拮抗作用，合成“假假”二氢叶酸，无法二氢叶酸，无法 还原成四氢叶酸。还原成四氢叶酸。 COO- H2N PABA

50、 H2N SOO- NH2 磺胺磺胺 人类不存在上述三种酶，不自身合成四氢叶酸（外界摄人类不存在上述三种酶，不自身合成四氢叶酸（外界摄 取），对磺胺不敏感，可由其抑制杀死细菌主要有：取），对磺胺不敏感，可由其抑制杀死细菌主要有： 链球菌属链球菌属 肺炎链球菌（肺炎链球菌（S.hemolyticus）、溶血链球菌）、溶血链球菌 （S.pneumoniae） 金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄球菌（S.aureus）、痢疾志）、痢疾志 贺氏菌（贺氏菌（S.dysenteriae）、奈瑟氏球菌属（）、奈瑟氏球菌属（Nersseria）、）、 布鲁氏菌属（布鲁氏菌属（Brucella）。）。 第六章微生物生长

51、繁殖及其控制 3.抗生素（抗生素（antibiotic） 某些生物合成或半合成的次级代谢产物或衍生物，抑某些生物合成或半合成的次级代谢产物或衍生物，抑 制或杀死其他微生物。制或杀死其他微生物。 主要通过：主要通过： 抑制抑制CW合成、破坏合成、破坏CM、作用呼吸链、抑制、作用呼吸链、抑制Pr核酸核酸 合成。合成。 第六章微生物生长繁殖及其控制 第六章微生物生长繁殖及其控制 第六章微生物生长繁殖及其控制 第六章微生物生长繁殖及其控制 第六章微生物生长繁殖及其控制 半合成抗生素半合成抗生素 半合成抗生素：对天然抗生素的结构进行改造后半合成抗生素：对天然抗生素的结构进行改造后 的抗生素的抗生素 青霉

52、素与青霉素与6APA。 前者优点明显。如：抗菌活力高，毒性低，但更存在致命的前者优点明显。如：抗菌活力高，毒性低，但更存在致命的 缺点，易过敏，不稳定，不能口服，不耐酸，易于产生抗药缺点，易过敏，不稳定，不能口服，不耐酸，易于产生抗药 菌株。菌株。 关于改进青霉素，研究其化学结构中有一高度保守的共同结关于改进青霉素，研究其化学结构中有一高度保守的共同结 构构6氨基青霉烷酸（氨基青霉烷酸（6APA），虽纯），虽纯6APA抑菌效果抑菌效果 较弱，但是半合成青霉素的母核较弱，但是半合成青霉素的母核 因此工业中取因此工业中取6APA与不同化学侧链催化，以合成各种不与不同化学侧链催化，以合成各种不 同的

53、半合成青霉素，如：氨苄青毒素、羧苄青毒素、羟氨苄同的半合成青霉素，如：氨苄青毒素、羧苄青毒素、羟氨苄 青毒素。青毒素。 第六章微生物生长繁殖及其控制 导致抗药性菌株：导致抗药性菌株： 细胞质膜透性改变：使抗生素不进入细胞；细胞质膜透性改变：使抗生素不进入细胞； 药物作用靶改变：药物作用靶改变： 合成了修饰抗生素的酶：合成了修饰抗生素的酶： 抗性菌株发生遗传变异抗性菌株发生遗传变异 第六章微生物生长繁殖及其控制 所以，抗生素使用要：所以，抗生素使用要： 第一次剂量充足；第一次剂量充足； 避免长时间重复使用一种抗生素；避免长时间重复使用一种抗生素； 不同抗生素混合使用；不同抗生素混合使用； 对现有抗生素改造；对现有抗生素改造； 筛选更新抗生素；等筛选更新抗生素；等 第六章微生物生长繁殖及其控制 1.高温高温 高压蒸汽灭菌高压蒸汽灭菌 煮沸消毒煮沸消毒 间歇灭菌间歇灭菌 干热灭菌干热灭菌 热敏感物质采用超高温热敏感物质采用超高温135150，26s，如：牛奶、如：牛奶、 液体食品等。液体食品等。 巴斯德消毒法：巴斯德消毒法：60-85处理处理15秒至秒至30分钟分钟 控制微生物的物理因素控制微生物的物理因素 第六章微生物生长繁殖及其控制 十倍致死时间（十倍致死时间（decimal