微生物的生长与控制

1、会计学1微生物的生长与控制微生物的生长与控制 3. 影响微生物生长的主要因素影响微生物生长的主要因素 5. 有害微生物的控制有害微生物的控制 4. 微生物培养法微生物培养法 1. 测定生长繁殖的方法测定生长繁殖的方法Chap.6 微生物的生长与控制微生物的生长与控制 2. 微生物的生长规律微生物的生长规律微生物生长特点微生物生长特点-平衡生长平衡生长-生长引起繁殖生长引起繁殖-用群体指标反映（研究）生长用群体指标反映（研究）生长生长的定义生长的定义Growth is defined as an increase in cellular constituents and may result i

2、n an increase in a microorganisms size ,population number, or both. 微生物数量和重量的增加。微生物数量和重量的增加。.1 测定生长繁殖的方法测定生长繁殖的方法一、研究一、研究M生长繁殖的意义：生长繁殖的意义： 1、生长繁殖是、生长繁殖是M和外界环境因素相互作用的综合和外界环境因素相互作用的综合 反映，生长繁殖情况可作为反映，生长繁殖情况可作为 M生理、生化和遗生理、生化和遗 传研究的重要指标。传研究的重要指标。 2、生产实践：、生产实践：M的应用（菌体的应用（菌体酵母酵母/产物合成）产物合成）、 致病菌致病菌/霉腐霉腐 二、测

3、定生长繁殖的方法二、测定生长繁殖的方法 测定方法主要有两类测定方法主要有两类测生长量和计繁殖数测生长量和计繁殖数（一）测生长量：适用一切（一）测生长量：适用一切M 1测体积测体积2称干重称干重3间接法：比浊法、生理指标法（测含间接法：比浊法、生理指标法（测含 N,/C,/P/DNA等）等）（二）计繁殖数（二）计繁殖数1、直接法：、直接法：血球计数板法血球计数板法（常用）（常用）P-H计数板计数板局限性局限性2、间接法：（活菌计数法）、间接法：（活菌计数法） 平板计数法：菌落形成单位（平板计数法：菌落形成单位（cfu）最大可能数量法（最大可能数量法（MPN）膜过滤培养法膜过滤培养法 2、微生物的

4、生长规律一、个体生长与同步生长一、个体生长与同步生长个体水平研究：个体水平研究：-超薄切片超薄切片-显微摄影技术显微摄影技术-同步生长（培养）：细胞群体中每个个同步生长（培养）：细胞群体中每个个 体处于同样的细胞生长、分裂周期状态。体处于同样的细胞生长、分裂周期状态。 同步培养方法同步培养方法诱导法：变换温度、光脉冲、营养供应诱导法：变换温度、光脉冲、营养供应 机械筛选法机械筛选法（ Helmstetter-cummings的膜洗脱技术的膜洗脱技术） 同步培养方法的选择因同步培养方法的选择因M种类和研究目的不同种类和研究目的不同 而异而异 a.生理学研究中，选择法优于诱导法。生理学研究中，选择

5、法优于诱导法。 b.诱导法，常用来研究诱导法，常用来研究DNA复制和细胞分裂机复制和细胞分裂机 制等。（用营缺制等。（用营缺 突变株）选择突变株）选择DNA复制开复制开 始点上的同步。始点上的同步。 定义：描述单细胞定义：描述单细胞M群体群体规律性生长的曲线。规律性生长的曲线。 绘制曲线绘制曲线条件条件1）分批培养）分批培养2）细胞数目）细胞数目的对数为纵的对数为纵坐标坐标根据生长速率常数（根据生长速率常数（R=n/t2-t1）划分：）划分：1）延滞期：生长速率为零，仅个体变化）延滞期：生长速率为零，仅个体变化 对策：对策： -采用对数期种子采用对数期种子(种子的活化）种子的活化）-增大接种量

6、增大接种量-采用营养丰富培养基采用营养丰富培养基 2指数期指数期/对数期对数期特点：特点： -生长速率最大生长速率最大 -平衡生长，代谢旺盛平衡生长，代谢旺盛影响指数期代时长短的因素影响指数期代时长短的因素1）菌种）菌种2）营养成分）营养成分3）营养物浓度（）营养物浓度（生长限制因子生长限制因子存在与否）存在与否）指数期指数期M的应用的应用作为代谢、生理研究的良好材料（生理作为代谢、生理研究的良好材料（生理特性较一致，细胞特性较一致，细胞 成成 分平衡发展，生长速分平衡发展，生长速率恒定）。率恒定）。增殖噬菌体的最适宿主菌龄。增殖噬菌体的最适宿主菌龄。发酵生产中作为种子的最佳种龄。发酵生产中作

7、为种子的最佳种龄。 3稳定期（最高生长期）稳定期（最高生长期）特点：特点： 1）生长速率常数生长速率常数R=0，菌体产量达最高；，菌体产量达最高； 2）菌体生长产量常数菌体生长产量常数 Y= （x菌体干重，菌体干重， c限限 制性营养物浓度）制性营养物浓度） 3）次生代谢产物合成）次生代谢产物合成ccxx00 有害代谢物积累有害代谢物积累 营养物比例失调（营养物比例失调（C/N不合适）不合适）营养物质耗尽营养物质耗尽 原因：原因： pH氧化还原势等物化条件不适宜。氧化还原势等物化条件不适宜。 4衰亡期（衰亡期（decline phase） 特点：个体死亡速度新生的速度，群体呈现负特点：个体死亡

8、速度新生的速度，群体呈现负 生长（生长（R为负值）为负值）三、微生物的连续培养三、微生物的连续培养连续生长连续生长: 在反应器中不断地流加新鲜培养液在反应器中不断地流加新鲜培养液,同时同时不断排出发酵液不断排出发酵液,使培养物达到动态平衡使培养物达到动态平衡,微生物长期保持在指数期的平衡生长状态微生物长期保持在指数期的平衡生长状态和衡定的生长速率上和衡定的生长速率上,该生长方式称之为连该生长方式称之为连续生长。续生长。 工作原理：培养液浊度与菌浓度成正比工作原理：培养液浊度与菌浓度成正比 限制性营养物与菌生长速度正比。限制性营养物与菌生长速度正比。 控制方法：改变流量，使培养液控制方法：改变流

9、量，使培养液浊度恒定浊度恒定 恒定流量，使恒定流量，使限制性营养物浓度限制性营养物浓度恒定。恒定。 流入培养基成分：各种营养成分都很充分流入培养基成分：各种营养成分都很充分 限制性营养物浓度低，其他成分充分限制性营养物浓度低，其他成分充分。 容器内菌的生长速率：最大生长速率容器内菌的生长速率：最大生长速率 低于最大生长速率低于最大生长速率 恒化器恒化器 恒浊器恒浊器 菌体浓度菌体浓度，浊度，浊度， 控制使流速控制使流速； 菌体密度恒定；生长速率最快菌体密度恒定；生长速率最快恒化器恒化器 限制性营养物浓度恒定，流速恒定；限制性营养物浓度恒定，流速恒定； 生长速率恒定；生长速率恒定；建议理解图表：

10、建议理解图表：3.影响微生物生长的主要因素影响微生物生长的主要因素 一、一、 温度温度 微生物温度生长范围微生物温度生长范围（宽温、窄温微生物）（宽温、窄温微生物） 最适生长温度最适生长温度 嗜冷菌：嗜冷菌：-1020 中温菌：中温菌：2045嗜热菌：嗜热菌：4595 常见微生物培养温度肠杆菌科：37C芽孢杆菌：30 C放线菌：28 C酵母菌：28 C土壤真菌：26-28 C 二、氧气二、氧气1）专性好氧菌）专性好氧菌 只有在较高的氧浓度只有在较高的氧浓度下下才能生长的微生物才能生长的微生物。2）兼性厌氧菌）兼性厌氧菌 以有氧生长为主，但也可在厌氧以有氧生长为主，但也可在厌氧下下生长的生长的

11、微生物。微生物。3）微好氧菌）微好氧菌 仅在较低氧分压仅在较低氧分压下下才能生长的微生物。才能生长的微生物。4）耐氧菌）耐氧菌 可在有氧可在有氧下下进行发酵产能的微生物。进行发酵产能的微生物。5）厌氧菌）厌氧菌 仅能在厌氧条件仅能在厌氧条件下下生长、分子态氧对其生长、分子态氧对其 有毒害作用的一类微生物。有毒害作用的一类微生物。5类微生物的判断试验类微生物的判断试验（半固体琼脂柱）（半固体琼脂柱）厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制-自由基自由基 理论：理论： 生物体内存在着超氧阴离子等自由基，生物体内存在着超氧阴离子等自由基，化学性质非常活泼，反应力极强，可对化学性质非常活泼，反应力极强，可

12、对细胞内各种生物活性的大分子和细胞膜细胞内各种生物活性的大分子和细胞膜产生破坏作用，引起细胞的死亡。产生破坏作用，引起细胞的死亡。 -SOD学说学说 厌氧菌缺乏厌氧菌缺乏SOD，受超氧阴离子自由基（，受超氧阴离子自由基（ ） 毒害，对各种重要的生物高分子和膜破坏作用毒害，对各种重要的生物高分子和膜破坏作用； 2O +2H+22O一切好氧一切好氧/ 耐氧耐氧 SOD H2O + O2 21 H2O2+O2 好氧生物NADH2 NAD（过氧化物酶）（过氧化物酶）耐氧菌耐氧菌 2H2O （过氧化氢酶（过氧化氢酶）5类微生物的氧化酶系类微生物的氧化酶系类型类型 产能产能 SOD 过氧化氢酶过氧化氢酶

13、过氧化物过氧化物酶酶 好氧菌好氧菌 呼吸呼吸 + + + -兼性兼性 呼吸、发酵呼吸、发酵 + + + -微好氧微好氧 呼吸呼吸 + + -耐氧耐氧 发酵发酵 + - + +厌氧厌氧 发酵、发酵、 - - - 无氧等无氧等 三、三、pHM绝大多数种类都生长在绝大多数种类都生长在pH 59之之 间；多数真间；多数真菌、酵母菌菌、酵母菌pH5-6、放线菌、放线菌pH7- 8左右。左右。不同不同M生长存在最低、最适和最高生长存在最低、最适和最高pH因此，发酵生产上对因此，发酵生产上对pH的控制很重要。的控制很重要。 1、培养基中性成分被、培养基中性成分被M利用的结果，一般培养基利用的结果，一般培养基

14、 培养时间延长，变酸。培养时间延长，变酸。 2、与培养基、与培养基C/N比值有关，比值有关，C/N高（真菌培养高（真菌培养 基），培养后基），培养后pH； C/N低（细菌）低（细菌）pH 生产实践中保证生产实践中保证M生长处在较稳定和合适生长处在较稳定和合适pH， 方法：方法：pH调节措施调节措施 治标（酸碱中和）治标（酸碱中和） 治本治本 过酸：适当过酸：适当N源（尿素、源（尿素、NaNO3、NH4OH等）等） 通气量通气量 过碱：糖、乳酸、油脂等过碱：糖、乳酸、油脂等C源；通气量源；通气量3.微生物培养方法微生物培养方法一、好气菌的培养一、好气菌的培养1）实验室常用培养方法及用途）实验室常

15、用培养方法及用途 -试管斜面（固）试管斜面（固） -琼脂平板（固）琼脂平板（固） -摇瓶培养摇瓶培养 （液）（液）2）生产常用培养方法及用途）生产常用培养方法及用途 -曲法培养（固）曲法培养（固） -浅盘培养浅盘培养 （液）（液） -深层液体通气培养深层液体通气培养二、厌氧菌的培养二、厌氧菌的培养 1）厌氧罐）厌氧罐n GasPak GasPak 产气袋工作原理产气袋工作原理wH2+O2 H2O 钯粒2）厌氧手套箱）厌氧手套箱3 3）高层琼脂柱（液柱）高层琼脂柱（液柱）5.5.有害微生物的控制有害微生物的控制一、概念一、概念* 灭菌：除去或杀灭灭菌：除去或杀灭所有的所有的微生物。微生物。* 消

16、毒：除去或杀灭消毒：除去或杀灭病原病原微生物。微生物。* 防腐：抑制食品或生物制品防腐：抑制食品或生物制品霉腐霉腐微生物微生物 的生长。的生长。* 化疗：化疗：利用高选择毒力的化学物质抑制病原利用高选择毒力的化学物质抑制病原 微生物的生长而达到治疗染病的措施微生物的生长而达到治疗染病的措施。二、高温灭菌种类及操作二、高温灭菌种类及操作1.干热灭菌法：干热灭菌法： 160，1.5h，烘箱；接种环火焰灼烧。，烘箱；接种环火焰灼烧。 2湿热灭菌法：湿热灭菌法： 常压法常压法 巴氏消毒法、煮沸消毒法、间歇灭菌法。巴氏消毒法、煮沸消毒法、间歇灭菌法。 加压法加压法 常规加压灭菌法，连续加压灭菌法（连消常

17、规加压灭菌法，连续加压灭菌法（连消法）法） 高温的不利影响及防治高温的不利影响及防治 梅拉特反应：高温下氨基化合物与糖类的羰基梅拉特反应：高温下氨基化合物与糖类的羰基 产生的褐变反应。产生的褐变反应。高温有害影响的防治高温有害影响的防治 1）特殊加热灭菌法：分消、低压灭菌、连消）特殊加热灭菌法：分消、低压灭菌、连消 2）过滤除菌法）过滤除菌法膜滤器膜滤器三、化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂三、化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂最低抑菌浓度最低抑菌浓度（MICMIC）：）：在一定的条件下，某化在一定的条件下，某化学药剂抑制特定微生物学药剂抑制特定微生物的最低浓度。的最低浓度。半致死剂量半致死剂量（LDLD50

18、50）：）：在一定的条件下，某化在一定的条件下，某化学药剂杀死学药剂杀死50%50%试验动试验动物的剂量。物的剂量。(二）常用消毒剂-植物体表：升汞次氯酸钠、75%乙醇-空气：紫外、甲醛KMnO4、过氧乙酸-物品，粪便：卤化物-手：70%乙醇30S肥皂15S水、-环境：福尔马林、酚（二）抗代谢药物（二）抗代谢药物抗代谢药物抗代谢药物 又称代谢拮抗物或代谢类似物。指一类在又称代谢拮抗物或代谢类似物。指一类在化学结构上与细胞内必要代谢物结构相似，化学结构上与细胞内必要代谢物结构相似，并可干扰正常代谢活动的化学物质。并可干扰正常代谢活动的化学物质。病原菌：二氢喋啶酰焦磷酸病原菌：二氢喋啶酰焦磷酸+P

19、ABA 二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶 二氢叶酸二氢叶酸 二氢叶酸二氢叶酸 合成酶合成酶 还原酶还原酶 四氢叶酸（四氢叶酸（COF,转移转移-碳基的重要辅酶）碳基的重要辅酶） 磺胺与病原菌生长因子（磺胺与病原菌生长因子（PABA）结构类似，可竞争与另一底物）结构类似，可竞争与另一底物 二氢喋啶酰焦磷酸）结合二氢喋啶酰焦磷酸）结合假二氢叶酸假二氢叶酸病原菌无法合成叶酸，病原菌无法合成叶酸， 无无 法正常生长。法正常生长。 二氢叶酸二氢叶酸磺胺类药物磺胺类药物（PABA类似物）类似物） 人类缺四氢叶酸合成有关酶类，必须在营养人类缺四氢叶酸合成有关酶类，必须在营养 物中直接提供。因此，磺胺对人物中直接

20、提供。因此，磺胺对人 类无毒。类无毒。 （三）抗生素（三）抗生素 定义定义 微生物或其他生物生命活动中合成的次级微生物或其他生物生命活动中合成的次级 代谢产物或人工合成衍生物，在很低的浓底时代谢产物或人工合成衍生物，在很低的浓底时 就能抑制或干扰它种生物生命活动，因而可作就能抑制或干扰它种生物生命活动，因而可作 为优良化学治疗剂。为优良化学治疗剂。 效价（抗生素）效价（抗生素） 用生物学方法表示的抗生素的活力单位。用生物学方法表示的抗生素的活力单位。 抗菌谱抗菌谱：抗菌范围：抗菌范围琼脂扩散法琼脂扩散法 效价的测定：稀释法、比浊法、扩散法纸片法抗生素的作用机理抗生素的作用机理期中考考题分析一、

21、名词解释1）芽孢子：酵母菌无性繁殖时在母细胞 上芽殖形成的子细胞结构。二、问答题1）共生固氮菌固氮效率高： -能量、防氧机制、氨的转运2）真菌有性孢子的生物学意义 -传播、抗逆、分类3）EMB培养基机理 -组分、抑菌、产酸、颜色4）硝化与反硝化细菌产能特点 -硝化 ：化能自养、好氧、产能低 （NO2/NH3 或E NO3/ NO2较高） -反硝化：化能异养、无氧、产能低 （ NO2、 NO3等受氢体E 较O2低）ATP和和NADPH的产生的产生 E? -0.06 0 0.26 0.28 0.82 异化性硝酸盐还原异化性硝酸盐还原（无氧呼吸（无氧呼吸）定义：描述单细胞定义：描述单细胞M群体群体规律性生长的曲线。规律性生长的曲线。 绘制曲线绘制曲线条件条件1）分批培养）分批培养2）细胞数目）细