微生物的生长繁殖与控制

微生物的生长繁殖与控制第一页，共五十六页，2022年，8月28日生物个体由小到大的增长，即表现为细胞组分与结构在量方面的增加生长指生物个体数目的增加繁殖由于微生物的个体极小，所以常用群体生长来反映个体生长的状况

个体生长个体繁殖群体生长

群体生长=个体生长+个体繁殖个体生长——微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。群体生长——群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或浓度来衡量。2第二页，共五十六页，2022年，8月28日第一节微生物分离和纯培养平板划线分离法稀释倒平板法单孢子或单细胞分离法利用选择性培养基分离法纯培养(pureculture)：微生物学中把从一个细胞或一群相同的细胞经过培养繁殖而得到的后代，称纯培养。3第三页，共五十六页，2022年，8月28日1.平板划线分离法

用接种环以无菌操作沾取少许待分离的材料，在无菌平板表面进行平行划线、扇形划线或其他形式的连续划线，如果划线适宜的话，微生物能一一分散，经培养后，可在平板表面得到单菌落。4第四页，共五十六页，2022年，8月28日2.稀释倒平板法5第五页，共五十六页，2022年，8月28日6第六页，共五十六页，2022年，8月28日3.单孢子或单细胞分离法采取显微分离法从混杂群体中直接分离单个细胞或单个个体进行培养以获得纯培养。在显微镜下使用单孢子分离器进行机械操作，挑取单孢子或单细胞进行培养。也可以采用特制的毛细管在载玻片的琼脂涂层上选取单孢子并切割下来，然后移到合适的培养基进行培养。7第七页，共五十六页，2022年，8月28日4.选择性培养基分离法各种微生物对不同的化学试剂、染料、抗生素等具有不同的抵抗能力，利用这些特性可配制合适某种微生物而限制其它微生物生长的选择培养基，用它来培养微生物以获得纯培养。微生物纯培养分离方法的比较分离方法应用范围平皿划线法方法简便，多用于分离细菌稀释倒平皿法即可定性，又可定量，用途广泛单细胞挑取法局限于高度专业化的科学研究利用选择培养基法适用于分离某些生理类型较特殊的微生物8第八页，共五十六页，2022年，8月28日第二节微生物的生长规律一、细菌群体生长规律

在不补充营养物质或移去培养物，保持整个培养液体积不变条件下，以时间为横坐标，以菌数为纵坐标，根据不同培养时间时细菌数量的变化，可以作出一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。生长曲线9第九页，共五十六页，2022年，8月28日生长曲线可分：延滞期对数期衰亡期稳定期10第十页，共五十六页，2022年，8月28日1.延滞期将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间内菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零，也称延迟期、适应期。特点：分裂迟缓、代谢活跃①通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短；②利用对数生长期的细胞作为“种子”；③尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；④适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的影响。11第十一页，共五十六页，2022年，8月28日2.对数期对数生长期的细菌个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，代谢旺盛、生长迅速、代时稳定，所以是研究微生物基本代谢的良好材料。它也常在生产上用作种子，使微生物发酵的迟缓期缩短，提高经济效益。以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数增加。细菌内各成分按比例有规律地增加，表现为平衡生长。12第十二页，共五十六页，2022年，8月28日3.稳定期由于营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，导致生长速率降低直至零(即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数量)，结束对数生长期，进入稳定生长期。原因：获得更多的菌体物质或代谢产物采取措施：补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件，如对好氧菌进行通气、搅拌或振荡等13第十三页，共五十六页，2022年，8月28日4.衰亡期细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶，产生或释放出一些产物，如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊，有些革兰氏染色反应阳性菌变成阴性反应等。该时期死亡的细菌以对数方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低。现象：特点：14第十四页，共五十六页，2022年，8月28日二、生长的数学模型由一个细胞分裂成为两个细胞的时间间隔称为世代，一个世代所需的时间就是代时（Ｇenerationtime,G），代时也就是群体细胞数目扩大一倍所需时间，有时也称为倍增时间。★指数生长可以用下式表示：

b=B×2nB,b和t可由试验获得，n可通过上式计算得出，将等式两侧取对数重排后得：lgb=lgB+nlg2lgb-lgBlgb-lgB

lg20.301n==15第十五页，共五十六页，2022年，8月28日例如：一培养液中微生物数目由开始的12，000（B），经4h（

t）后增加到49，000，000（b），这样，n＝(lg4.9×107－lg1.2×104）÷0.301＝12★借助于n和t，还可以计算出不同培养条件下的代时G，

G＝t/n在本例中，G＝4×60/12＝20min∴该种微生物的代时为20分钟。在4小时内共繁殖了12代。16第十六页，共五十六页，2022年，8月28日一些细菌的代时菌名 培养基 培养温度 代时E.coli（大肠杆菌） 肉汤 37℃ 17minE.coli 牛奶 37 12.5 Enterobacteraerogenes（产气肠细菌） 肉汤或牛奶37 16~18 E.aerogenes 组合 37 29~44B. Cereus（蜡状芽孢杆菌） 肉汤 30 18B.thermophilus（嗜热芽孢杆菌） 肉汤 55 18.3Lactobacillusacidophilus（嗜酸乳杆菌） 牛奶 37 66~87Streptococcuslactis（乳酸链球菌） 牛奶 37 26S.lactis 乳糖肉汤 37 48Salmonellatyphi（伤寒沙门氏菌） 肉汤 37 23.5Azotobacterchroococcum（褐球固氮菌） 葡萄糖 25 344~46 Mycobacteriumtuberculosis（结核分枝杆菌）组合 37 792~93 Nitrobacteragilis（活跃硝化杆菌） 组合 27 120017第十七页，共五十六页，2022年，8月28日三、同步培养

1.概念是一种培养方法，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。同步生长：以同步培养方法使群体细胞能处于同一生长阶段，并同时进行分裂的生长方式同步培养物常被用来研究在单个细胞上难以研究的生理与遗传特性和作为工业发酵的种子，它是一种理想的材料。18第十八页，共五十六页，2022年，8月28日2.同步培养方法机械方法环境条件控制技术离心方法过滤分离法硝酸纤维素滤膜法温度培养基成份控制光照和黑暗交替培养19第十九页，共五十六页，2022年，8月28日硝酸纤维素滤膜法离心法20第二十页，共五十六页，2022年，8月28日四、连续培养连续培养(continouscultureofmicroorganisms)是在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。

连续培养的基本原则：微生物培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物连续培养类型恒浊连续培养恒化连续培养21第二十一页，共五十六页，2022年，8月28日1.恒化连续培养在整个培养过程中通过控制培养基中某种营养物质的浓度基本恒定的方式，保持细菌的比生长速率恒定，使生长“不断”进行。生长速率的控制因子：一般是氨基酸、氨和铵盐等氮源，或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是无机盐，生长因子等物质。恒化器连续培养通常用于微生物学的研究，筛选不同的变种。22第二十二页，共五十六页，2022年，8月28日23第二十三页，共五十六页，2022年，8月28日2.恒浊连续培养通过连续培养装置中的光电系统控制培养液中菌体浓度恒定、使细菌生长连续进行的一种培养方式。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24第二十四页，共五十六页，2022年，8月28日25第二十五页，共五十六页，2022年，8月28日3.连续发酵与单批发酵相比优点：缩短发酵周期，提高设备利用率；便于自动控制；降低动力消耗及体力劳动强度；产品质量较稳定；缺点：杂菌污染和菌种退化26第二十六页，共五十六页，2022年，8月28日第三节环境因素对微生物的影响一、环境对微生物生长的影响影响因素：氧温度pH值27第二十七页，共五十六页，2022年，8月28日(一)温度根据微生物生长的最适温度不同，可以将微生物分为嗜冷、兼性嗜冷、嗜温、嗜热和超嗜热等五种不同的类型。它们都有各自的最低、最适和最高生长温度范围。

微生物类型

生长温度／℃最低最适最高嗜冷微生物0以下1520兼性嗜冷微生物020-3035；嗜温微生物15-2020-4545以上嗜热微生物4555-6580超嗜热或嗜高温微生物6580-90100以上最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度28第二十八页，共五十六页，2022年，8月28日(二)pH微生物最低pH最适pH最高pH细菌3-56.5-7.58-10酵母菌2-34.5-5.57-8霉菌1-34.5-5.57-8微生物生长过程中机体内发生的绝大多数的反应是酶促反应，而酶促反应都有一个最适pH范围，在此范围内只要条件适合，酶促反应速率最高，微生物生长速率最大，因此微生物生长也有一个最适生长的pH范围。29第二十九页，共五十六页，2022年，8月28日(三)氧根据氧与微生物生长的关系可将微生物分为：好氧微好氧耐氧型兼性厌氧专性厌氧微生物类型最适生长的O2体积分数好氧微好氧氧的忍耐型兼性厌氧专性厌氧等于或大于20％2％-l0％2％以下有氧或无氧不需要氧、有氧时死亡30第三十页，共五十六页，2022年，8月28日31第三十一页，共五十六页，2022年，8月28日自由基是一种强氧化剂，它与生物大分子互相作用，可导致产生生物分子自由基，从而对机体产生损伤或突变作用，直至死亡。氧之所以对专性厌氧微生物以外的其他四种类型微生物不产生致死作用，是因为它们具有超氧物歧化酶，可催化起氧化基化合物分解，最终分解成水。氧对于好氧微生物生长虽然可以通过好氧呼吸产生更多的能量，满足机体的生长需要，但另一方面，氧对一切生物都会使其产生有毒害作用的代谢产物，如超氧基化合物与H2O2，这两种代谢产物互相作用还会产生毒性很强的自由基OH.。32第三十二页，共五十六页，2022年，8月28日生物体中超氧阴离子的形成与去除O2+e O2·(·O2)超氧阴离子在细胞内可由酶促或非酶促形成。超氧物阴离子歧化酶是在生物进化中发展出来的一种自我保护方式。 H2O+O22O2·+2H+ O2+H2O2 2H2O12SOD好氧生物和耐氧细菌过氧化氢酶好氧生物过氧化物酶NADH2 NAD耐氧菌33第三十三页，共五十六页，2022年，8月28日二、微生物生长的测定评价不同的抗菌物质对微生物产生抑制(或杀死)作用的效果；客观地反映微生物生长的规律；评价培养条件、营养物质等对微生物生长的影响；微生物生长34第三十四页，共五十六页，2022年，8月28日微生物生长测量方法个体计数法重量法生理指标法35第三十五页，共五十六页，2022年，8月28日1.计数法a.直接计数利用血球计数板，在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的数量。缺点：不能区分死菌与活菌；不适于对运动细菌的计数；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；36第三十六页，共五十六页，2022年，8月28日该方法是教学、科研、生产常用的一种测量细菌数的有效方法。土壤、水、牛奶、食品及其他材料中所含细菌、酵母、芽孢与孢子等均可用此法测量。每毫升原菌液活菌数=培养皿菌落平均数×稀释倍数×5菌落形成单位：CFU/ml(/g)b.间接法（活菌计数法）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以通过生长形成菌落。37第三十七页，共五十六页，2022年，8月28日2.重量法通过样品中蛋白质、核酸含量的测定间接推算微生物群体的生物量；蛋白质总量=含氮量×6.25细胞总量=蛋白质总量÷65%≈蛋白质总量×1.54每个细菌DNA含量相当恒定,平均为8.4×10-5ng。以干重、湿重直接衡量微生物群体的生物量；1mg干菌体=4-5mg湿菌体=4-5×109个菌体测定多细胞及丝状真菌生长情况的有效方法。38第三十八页，共五十六页，2022年，8月28日3.生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，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。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、生物热等与其群体生长的规模成正相关。39第三十九页，共五十六页，2022年，8月28日第四节微生物生长繁殖的控制一、基本概念防腐(antisepsis)：在某些化学物质或物理因子作用下，能防止或抑制微生物生长的一种措施消毒(disinfection)：利用某种方法杀死或灭活物质或物体中所有病原微生物的一种措施灭菌(sterilization)：指利用某种方法杀死物体中包括芽孢在内的所有微生物的一种措施化疗(chemotherapy)：利用具有选择毒性的化学物质如磺胺、抗生素等对生物体内部被微生物感染的组织或病变细胞进行治疗，以杀死组织内的病原微生物或病变细胞，但对机体本身无毒害作用的治疗措施。40第四十页，共五十六页，2022年，8月28日二、控制微生物的化学物质

1.抗微生物剂是一类能够杀死微生物或抑制微生物生长的化学物质。抑菌剂

杀菌剂溶菌剂结合到核糖体上抑制蛋白质合成，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，因此生长不能恢复能抑制细胞壁合成或损伤细胞质膜41第四十一页，共五十六页，2022年，8月28日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。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。HgCl2、CuSO4、碘液、氯气、乙烯氧化物、甲醛剂、臭氧有机汞、0.1%-1％硝酸银、碘液、70%乙醇、3％过氧化氢42第四十二页，共五十六页，2022年，8月28日各种抗微生物化学制剂杀菌能力的比较标准：石炭酸系数：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比率。一般规定处理时间为10分钟，而供试菌定为Salmonellatyphi（伤寒沙门氏菌）。在临床上最早使用的消毒剂----石炭酸43第四十三页，共五十六页，2022年，8月28日2.抗代谢物(Antimetabolite)有些化合物在结构上与生物体所必需的代谢物很相似，以至可以和特定的酶结合，从而阻碍了酶的功能，干扰了代谢的正常进行，这些物质称为抗代谢物。叶酸对抗物（磺胺）、嘌呤对抗物（6-巯基嘌呤）、苯丙氨酸对抗物（对氟苯丙氨酸）、尿嘧啶对抗物（5-氟尿嘧啶）胸腺嘧啶对抗物（5-溴胸腺嘧啶）44第四十四页，共五十六页，2022年，8月28日磺胺药物对大多数革兰氏阳性细菌（如肺炎球菌、溶血性链球菌等）、某些革兰氏阴性细菌（如痢疾杆菌、脑膜炎球菌、流感杆菌等）、对放线菌也有一定的作用。作用机理：磺胺是叶酸组成部分对氨基苯甲酸的结构类似物。磺胺对人体细胞无毒性，因为人缺乏从对氨基苯甲酸合成叶酸的相关酶----二氢叶酸合成酶，不能用外界提供的对氨基苯甲酸自行合成叶酸，而必须直接利用叶酸为生长因子进行生长。45第四十五页，共五十六页，2022年，8月28日3.抗生素

抗生素(Antibiotic)是由某些生物合成或半合成的一类次级代谢产物或衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或影响它种生物的生命活动，如杀死微生物或抑制其生长。(1)概念自本世纪40年代以来，已找到上万种新抗生素，合成了近10万种半合成抗生素，但其中在临床上常用的仅几十种。46第四十六页，共五十六页，2022年，8月28日(2)作用机制抑制细菌细胞壁合成破坏细胞质膜作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化抑制蛋白质和核酸合成47第四十七页，共五十六页，2022年，8月28日48第四十八页，共五十六页，2022年，8月28日(3)细菌抗药性的产生抗性菌株特点：细胞质膜透性改变，使抗生素不进入细胞或进入细胞后被细胞主动排出；药物作用靶改变；合成了修饰抗生素的酶；抗性菌株发生遗传变异，导致合成新的多聚体，以取代或部分取原来的多聚体；49第四十九页，共五十六页，2022年，8月28日(4)应用抗生素注意(1)第一次使用