(完整版)微生物学第七章生长与控制

1、第十六授课单元一、教学目的此章为本课程的重点内容之一，使学生掌握微生物生长发育的规律及生长条件的控制，掌握生长的测定方法，学会同步培养和连续培养的方法，了解物理因素、化学因素对微生物生长发育的影响及实际应用，掌握消毒和灭菌的原理和方法等本教学单元注重使学生了解微生物生长的测定：重点介绍单细胞微生物的典型生长曲 线，并了解丝状真菌的生长曲线；介绍同步培养的方法（机械筛选法和环境条件控制法）恒浊连续培养和恒化连续培养的原理、控制方法和应用。二、教学内容第七章 微生物的生长及其控制第一节个体细胞生长概述第二节微生物的群体生长1、 单细胞微生物的生长曲线2、 丝状真菌的生长曲线三、同步培养四、连续培养

2、第三节 微生物生长的测定一、计数法二、质量法三、生理指标法三、教学重点、难点及处理方法重点 :1. 单细胞微生物的典型生长曲线, 在介绍单细胞微生物的生长曲线之前让学生了解微生物生长测定的方法. 根据对于微生物生长的测定, 重点介绍单细胞微生物的典型生长曲线说明各个时期微生物生长的特点, 并结合实践说明微生物生长曲线对于生产有何指导意义2. 同步培养的方法（机械筛选法和环境条件控制法）；恒浊连续培养和恒化连续培养的原理、控制方法和应用. 连续培养的原理来自于典型生长曲线, 使微生物保持一定比生长速率进行生长. 在一个恒定体积的培养物中, 通过不断地移出营养物质和以同样速率移走培养物的方法来得以

3、实现.难点 :1. 单细胞微生物的典型生长曲线对于单细胞微生物生长曲线中的指数期的三个重要: 繁殖代数, 代时和生长速率常数的意义及其相互关系及计算方法应说明清楚. 并. 以加深对于生长曲线的理解. 分析, 有重要的实际意义. 首先在扩大培养各级种子时就必须选择适宜的菌龄和接种量.其次为了获得大量菌体或代谢产物是连续培养的根据.2. 恒浊连续培养和恒化连续培养的原理、养的原理比较复杂, 应用画图的方法加以说明主要是通过不断调节流速使培养液浊度保持不变需经常设法延长细胞的对数生长阶段. 这就控制方法和应用. 恒浊连续培养和恒化连续培, 主要通过多媒体, 为学生展示恒浊连续培养, 从而使微生物保持

4、一定比生长速率进行生长 . 而此生长速率一般是微生物生长曲线中的最高生长速率. 但是恒化连续培养中, 细菌的生长速率取决于限制性因子的浓度, 并低于最高生长速率. 营养物质浓度对微生物有影响一般认为营养物质适当时, 并不影响微生物的生长速率, 而低浓度时, 则会影响. 而且在一定范围内生长速率与营养浓度成正比关系. 恒化培养所用的培养基成分中, 要将一种必须营养物质控制在较低浓度, 以作为限制生长因子, 其它营养均可过量, 这样细胞的生长速率将取决于限制生长因子的浓度.此法培养可以得到不同生长速率的培养物.常用的限制生长因子作为氮源的有氨基酸，作为碳源的有葡萄糖，麦芽糖，乳糖以及生长因子(维生

5、素等)无机盐等.四、板书设计第一节个体生长概述生长：生物个体物质有规律地，不可逆地增加，导致个体体积变大的生物学过程.繁殖：生物个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新个体的过程，即引起新个体数量增加的生物学过程微生物的生长意味着微生物数量的增加，在微生物学中的“生长”，一般指的是群体生长.对于单细胞微生物来讲，生长意味着数量的增加，对于多细胞微生物来讲，(例如霉菌), 生长细胞数目的增加，而个体数目没有变化.第二节，微生物的群体生长一.单细胞微生物的生长曲线将少量细胞接种在定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横作标以单位体积细胞数目的对数值为纵作标，得到一条在整个培养期间菌数

6、变化规律的曲线.一条典型的生长曲线分为延滞期，对数生长期，稳定期，衰亡期1 .延滞期将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间菌体不立即增加或增加很少，生长速度接近于0特点：分裂迟缓，代谢活跃缩短延迟期的手段：(1)改变遗传特性(2)利用对数期细胞作为种子(3)接种前后培养基的成分相差不要太大(4)适当扩大接种量2 .对数期细胞以几何级数生长特点：生长速率大，酶系活跃，代谢旺盛三个重要参数的计算繁殖代数(n),生长速率常数(R)1 代时(G)细菌数量增加一倍所需要的时间影响代时的因素：(1)菌种(2)营养物浓度(3)营养物成分(4)温度指数期细胞的应用：(1)适宜做种子(2)研究基础代谢的材料

7、(3)噬菌体增殖的良好材料(4)革兰氏染色好时机(5)诱变育种的好时机3 .稳定期对数期过后，培养基中活细胞数目最高并维持稳定的阶段.特点：生长速率常数为0,细胞开始分化，代日G延长,菌体的最大收获期.应用：(1)收获菌体(2)收获与菌体相平行的代谢产物延长稳定期的措施：生长上常用增加培养物质，取走代谢产物，调节PH值，温度，增加通气及进行搅拌等措施 进行延长稳定期，以获得更多的营养物质或代谢产物.4 .衰亡期细胞死亡数大于增长数，负增长，死亡的细菌以对数方式增加特点：细菌衰老并出现自溶，代谢缓慢，变形，革兰氏染色变化研究生长曲线的意义：(1)扩大培养时，各级种子选择适宜的菌龄缩短延迟期，提高

8、设备利用率(2)确定菌体或代谢产物的最佳收获期延长对数期或稳定期(3)进行连续培养的理论依据丝状真菌的生长曲线二.同步培养使群体中所有个体细胞处于同样细胞生长和分裂周期中的培养方法通过同步培养方法获得的细胞叫同步培养细胞，常被用来研究利用单个细胞难以进行的生理和遗传特性，另外也常被用作工业发酵的种子1.同步培养的方法：离心法过虑法机械筛选法硝酸纤维素滤膜法：最经典的同步培养方法Y温度所境条件控制法 培养基成分L其他三.连续培养将微生物置于一定容积的培养物中 ，经过培养，最后一次性进行收集.L分批培养或封闭培养，单细胞微生物的生长曲线、连续培养：在微生物的整个培养时期，通过一定的方式使微生物保持

9、一定比生长速率 进行生长.在一个恒定体积的培养物中，通过不断地移出营养物质和以同 样速率移走培养物的方法来得以实现 .连续培养按照培养基流入容器方式的不同将分为两类恒浊连续培养：不断调节流速使培养液浊度保持不变I恒化连续培养：保持恒定速度1 .恒浊连续培养(1)测定培养物的光密度值(2)自动调节新鲜培养基流入和培养物流出容器的速率(3)使培养物保持在某一恒定浊度如果低于所需浊度，则降低流速；如果高于所需浊度，则提高流速；一般用于获得菌体或与菌体平行的代谢产物的发酵行业连续发酵的优点：(1)高效(2)自动控制(3)节省人力物力(4)产品质量较为稳定连续发酵缺点：(1)杂菌污染机会多(2)菌种易退

10、化(3)营养物利用率不高2 .恒化连续培养使培养物流速保持不变，通过调节某一限制性底物浓度来调节微生物的生长速率及其细胞密度恒化培养中，必须将某种必须的营养物质控制在较低浓度，以作为限制性因子，而其它营养物过量.细菌的生长速率取决于限制性因子的浓度，并低于最高生长速率.细胞生长依赖于稀释率和细胞限制性底物的浓度在高稀释率时，细胞增长的速率低于因稀释而细胞减少的速率，生长与稀释间不建立平衡关系在低稀释率时，限制性营养物的补充不足以维持细胞生长，导致细胞死亡在合适的稀释率时，细胞密度保持恒定，低物浓度保持极低状态，生长速率与稀释率成反 比.恒化连续培养主要用在科研上：(1)遗传学：突变株的获得(2

11、)生理学，遗传代谢的变化(3)生态学，模拟自然环境建立实验模型三.两种连续培养系统的比较第三节，微生物生长的测定方法C计数法微生物生长的测定方法(质量法生理指标法一.计数法1 .直接计数法通常来测定酵母细胞数或霉菌抱子数通常借助血球计数板来进行计数2 .间接计数法(1)涂布法(2)倾注法(3)膜过滤法(4)光密度法二.质量法1 .重量法L干重法;一湿重法2 .蛋白质及DNA含量测定方法采用凯氏定氮法测出细胞中的含氮量，蛋白质含氮量为16%,而细胞中蛋白质含量占细胞质固形物的50%-80%, 一般以65%计算.三.生理指标法指一些与生长量相平行的指标，如呼吸强度，耗氧量，酶活性，生物热思考题.在

12、某面包酵母的生长曲线的测定中得到如下数据，请完成如下工作:(1) 在方格中画出该菌的生长曲线；(2) 计算出该菌的代时；(3) 指出该菌生长的延滞期、对数期、稳定期的其始时间；(4) 欲得到该菌的最高活细胞量，应在培养开始后的多少小时终止培养？培养时间(小时)活细胞数(个/mL)01021010220104301064010850101060101070101080109第十七授课单元一、教学目的了解物理因素、化学因素对微生物生长发育的影响，并通过谷氨酸发酵过程的事例来阐在发酵工业中的实际应用，掌握消毒和灭菌的原理和方法等二、教学内容第四节环境对微生物生长的影响一、温度二、pH 值三、渗透压四

13、、氧五、其它（表面张力、辐射、液体静压力、声能）六、谷氨酸发酵过程中，氧、温度、pH和磷酸盐等的调节和控制第五节微生物生长的控制一、物理因素对微生物生长的控制（一）加热灭菌（二）辐射灭菌三、教学重点、难点及处理方法重点：1 .温度、pH、水活度和渗透压、氧气、辐射等理化因素对微生物生长的影响。通过谷 氨酸发酵过程控制的实例来阐述2 .消毒、灭菌、防腐和化疗四个相关术语；常用的物理灭菌方法，包括各种加热法、 辐射法和过滤法；常用的防腐剂和消毒剂及其用法；难点：掌握消毒和灭菌的原理和方法。主要通过结合微生物学实验技术中常用的对于玻璃器 皿进行干灭，对配制的培养基进行湿灭，在无菌操作时用到的接种工具

14、进行灼烧灭菌以及清 除培养物时用到的煮沸灭菌的方法，一一讲述其灭菌原理，并和学生一起回顾灭菌的方法以加深学生印象，利于学生掌握。四、板书设计第四节 环境对微生物生长的影响影响微生物生长的主要因素主要环境理化因素包括：温度，PH,水活度或渗透压,氧气，辐射一.温度一最低生长温度生长温度三基点 1最高生长温度 l最适生长温度1 .根据生长温度范围，可以将微生物分为三大类1）嗜冷微生物0-20度，最适小于等于15度2）兼性嗜冷最适20-30度，能在35度生长3）嗜温微生物，中温微生物4）嗜热微生物5）超嗜热微生物或极端微生物二.PH1 .根据微生物生长的 PH范围，可将微生物分为三类：1）嗜酸菌2）

15、耐酸菌3）嗜中性菌4）嗜碱菌5）耐碱菌6）极端耐碱菌2 .培养基内PH值变化原因糖类：发酵氧化 形成有机酸有机物脂肪：水解，形成有机酸I蛋白质：脱竣，形成胺类Y硫酸氨：氨吸收，变成硫酸I无机物 、硝酸钠：硝酸吸收，形成氢氧化钠3.微生物生长环境PH调节措施治标1 过酸，加适当氮源如尿素，氢氧化氨，硝酸氨或蛋白质I治*提高通气量I过碱：加适当碳源如糖，乳酸，醋酸等减少通气量三.水活度和渗透压1 .微生物如何适应低渗或高渗环境2 .水活度的概念和计算四.氧气1 .根据微生物对氧气需要程度可以将微生物分为两大类五小类r专性好氧菌r好氧菌,兼性好氧菌L微好氧菌尸耐氧菌厌氧菌 L专性厌氧菌2 .氧对微生

16、物具有毒害作用3 .不同微生物对于氧气的措施（1）好氧菌含有过氧化氢酶和超氧化物歧化酶（2）厌氧菌A.耐氧菌不含有过氧化氢酶，只含有过氧化物酶和超氧化物岐化酶B.厌氧菌不含有过氧化氢酶和超氧化物歧化酶实例：谷氨酸发酵过程中，氧、温度、pH和磷酸盐等的调节和控制五、辐射高能或短波辐射（如X-射线和丫 -射线）能使环境或细胞中的水分子发生电离产生自由基, 使细胞中的DNA等敏感生物大分子失活。第四节，微生物生长的控制控制有害微生物的生长或消灭不需要和微生物防腐：防止或抑制霉腐微生物L抑制T化疗：杀死或抑制病原微生物Y消毒：杀死或灭活病原微生物I杀灭4灭菌：杀死包括芽抱在内的所有病原微生物防腐的措施

17、有：低温，缺氧，干燥，高渗高酸，添加防腐剂杀死或抑制微生物生长的方法 ：物理方法：加热，低温，干燥，辐射，过滤*【化学方法：消毒剂，防腐剂，化学治疗剂一.物理因素对微生物的控制作用（一）加热灭菌1.加热灭菌的动力学1） 10倍减少时间在特定温度下，杀死某一样品中90%微生物所用的时间.2） Z以温度为横作标，以某种微生物不同温度下的D值为纵坐标，得到一条直线，在该直线中，D值降低一个对数值所需要的温度，就是Z值.3）热致死温度在一定温度下，杀死所有微生物所需要的时间4）热致死温度在一定时间内，一般为十分钟，杀死液体样品中所有微生物所需要的最低温度3） 加热灭菌的方法1）干热灭菌心箱内空气灭菌1

18、60度，2小时；140度，3小时.适用于金属和玻璃器皿焰灼烧：接种针，接种环和试管口2）湿热灭菌? 多数细菌和真菌的营养细胞：60c处理5-10分钟；? 酵母菌和真菌的抱子：80 c以上处理；? 细菌的芽抱：121c处理15分钟以上；常用的湿热灭菌方法A.巴斯德消毒法适用于牛奶，啤酒，饮料，果酒等液体培养物低温维持法（LTH） 63度，30分钟Y 高温瞬时法（HTST） 72度，15秒L 超高温灭菌法（UHT） 135-150度，2-6秒B.煮沸消毒法100度维持15分钟以上C.间歇灭菌法适用于不耐热培养基80-100 度蒸煮 15-60 分钟 , 37 度过液 , 如此反复2-3 次D. 连

19、续加压灭菌使培养基在液体流动过程中加压, 加热 , 维持 , 冷却 .135-140 度 , 5-15 秒E. 常温高压蒸汽灭菌法适用于各种耐热耐湿物品的灭菌，如一般培养基、生理盐水等各种溶液、工作服及实验器材等。在 0.1MPa 压力下， 水蒸气温度达121， 在此温度保持1530min ， 能杀死所有微生物。使用高压蒸汽锅时，要注意完全排除锅内的冷空气，使之充满饱和水蒸气，否则会因蒸汽中混有空气而比相应的纯水蒸气的温度低，影响灭菌效果。（二 ） 辐射灭菌用于灭菌的电磁波有：微波，紫外线，X射线和丫射线1. 紫外线260nm 下杀死细菌的作用最强, 但不能穿透物体, 一般用于物体或器皿表面,

20、 室内空气的灭菌其生物学功能是使DNA 形成嘧啶二聚体, 抑制 DNA 复制与转录.2. 电离辐射主要是X射线和丫射线用于塑料制品、医疗设备、药品和食品进行冷消毒（只能用于湿润的食品）。原核生物和真核生物均可被杀死，但对病毒并非总有效。（三 ） 过滤除菌主要是采用一些多孔的材料1. 深度滤器（进行发酵罐的空气）介质 : 棉花 , 玻璃纤维, 石棉 , 多层滤纸2. 膜滤器 （ 不耐热的液体培养基, 如酶或维生素溶液, 以及血清等）介质 : 硝酸纤维素或醋酸纤维素膜3. 核孔滤膜优点:不破坏营养物质成分缺点:病毒除不掉思考题:在同样的温度和相同作用时间下，为什么湿热灭菌比干热灭菌更有效?第十八授

21、课单元 一、教学目的了解物理因素、化学因素对微生物生长发育的影响及实际应用，掌握消毒和灭菌的原 理和方法等 二、教学内容（三）过滤除菌二、化学因素对微生物生长的控制（一）消毒剂和石碳酸系数（二）防腐剂（三）化学治疗剂第六节病毒和真菌的控制第七节微生物抗药性和新型抗微生物药物的筛选 三、教学重点、难点及处理方法 重点：常用的防腐剂和消毒剂及其用法；两类化学治疗剂包括抗代谢药物和抗生素的定义以及 它们作用于微生物的机理和在生产中的应用.消毒和灭菌的概念不同，即灭菌是指杀死物体中所有微生物（包括病原菌和非病原菌）的繁殖体和芽抱的方法或作用.而消毒则是指杀死 病原菌的方法或作用.但是在工业上常常将二者

22、通用 .防腐剂和消毒剂的概念也不相同.凡是可以杀死致病菌和其它有害微生物的化学药品都称为化学消毒剂，凡是能抑制微生物活动的药剂被称为防腐剂.难点：两类化学治疗剂包括抗代谢药物和抗生素的定义以及它们作用于微生物的机理和在生 产中的应用.抗代谢药物在结构上与生物体所必需的代谢物相似，以致和特定的酶结合从而阻断酶的正常功能，干扰代谢的正常进行.这些物质称为抗代谢物.抗菌素则是由微生物合 成的代谢产物，其作用对象有一定范围，这种作用范围称为抗菌谱 ，或者是可逆的或者是不 可逆的.其作用机理也不同.如青霉素可以干扰细胞壁的合成 .四、板书设计二.控制微生物的化学物质f生物合成的天然产物人工合成的化合物化

23、学物质抗微生物生长能力的测定液体法：最低抑制浓度实验：抑制某病原菌生长的最低浓度I平板培养法：抑菌圈实验.根据抑菌特性，抗微生物剂可分为三类r抑菌：抑菌剂：结合到核糖体上， f杀菌剂：结合到细胞作用靶上I杀菌t溶菌剂：诱导细胞裂解，抑制细胞壁合成损伤细胞质膜(一 ) 消毒剂和防腐剂1. 对一切活细胞都有毒性, 但不能用于人或动物体内化学治疗(1) 消毒剂 : 可杀死微生物, 广泛用于非生物材料的灭菌或消毒, 比如温度计, 带透镜的仪器设备, 聚乙烯管等(2) 防腐剂 : 可作为外用抗生素药物, 对于人或动物组织体表无毒性2. 常用的消毒剂或防腐剂(1) 乙醇 : 70-75% 杀菌作用最好使蛋

24、白变性, 质膜溶解.用于皮肤, 器皿 , 小型器械对芽孢无效(2) 苯酚, 又叫石碳酸?0.5%用于皮肤消毒，2%5%用于器皿消毒，5%用于空气喷雾消毒；3%5%来苏尔(甲酚与肥皂的混合液)消毒皮肤、桌面及用具。(3) 醛类: 使蛋白质烷基化, 可用于芽孢灭菌甲醛： 40%甲醛水溶液称福尔马林，刺激性和腐蚀性大，不宜在人体使用。10%熏蒸实验室；戊二醛：医用设备和精密仪器的消毒(4) 氧化剂类: 作用于蛋白质的巯基, 氨基及酚羟基使蛋白变性常用的氧化剂有: 碘酒 , 过氧化氢, 高锰酸钾碘酒：95%乙醇 -2%碘 -2%碘化钠、83%乙醇 -7%碘 -5%碘化钾、5% 碘 -10%碘化钾等混合

25、物，用于皮肤消毒；氯：以氯气、次氯酸盐(0.5%1%漂白粉：含氯化钙和次氯酸钙)形式使用，对水消毒(能形成次氯酸，再解离放出新生态氧，使细胞组分氧化)。对金属有腐蚀作用。过氧乙酸：预防“非典 ”中应用。(5) 重金属类贡溴红 , 医院里称的红药水, 2%水溶液硝酸银：新生儿眼药，防止淋病；硫酸铜：湖泊和池塘中的灭藻剂；与石灰以适当比例配制成“波尔多液”，用于喷雾苹果、梨树，杀灭真菌和螨。(6) 杀菌气体(氧化乙烯，EtO )用于包装好的不耐热物品(一次性塑料平皿和注射器、缝合线和导管等)进行灭菌。3. 杀菌力各种抗微生物剂杀菌能力的比较标准, 主要与石碳酸进行比较石碳酸系数: 在一定时间内被试

26、药剂能杀死全部供试菌的最高稀释倍数与达到同样效果石碳酸最高稀释倍数之比.一般处理时间是10 分钟 , 供试菌是伤寒杀门氏菌二 .化学治疗剂, 抗微生物剂(一 ) 化学治疗剂的历史(二 ) 抗代谢物1. 定义指一类在结构上与微生物必需的代谢产物很相似, 可以干扰微生物正常代谢活动的化学物质这是一些人工合成的化学治疗剂, 是一些生长因子的结构相似物其作用主要分为三个方面(1) 竞争酶的活性中心(2) 假冒底物(3) 反馈调节破坏正常调节机制2. 磺胺药物的作用机理磺胺是四氢叶酸组成部分对氨基苯甲酸的结构类似物, 其抑菌作用是因为很多细胞不能够直接利用叶酸, 需要利用对氨基苯甲酸合成自身需要的四氢叶酸, 而磺胺的存在可与对氨基苯甲酸竞争性地与二氢碟酸合成酶结合, 阻止四氢叶酸的合成, 因而抑制细菌的生长.(三 ) 抗生素1 . 定义 :由某些生物合成或半合成的一类次级代谢产物或其衍生物, 它们在很低浓度时就能够抑制或影响其它生物的生命活动, 如杀死微生物或抑制其生长.2 作用机制(1) 抑制细胞壁合成青霉素：青霉素 b-内酰胺环结构与 D-丙氨酸-D-丙氨酸结构相似，从