《微生物基》课件-单元七 微生物的生长与控制

微生物学基础单元七微生物的生长与控制

１微生物的生长的概念一、微生物的生长

项目一微生物生长曲线的测定个体生长：微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当同化作用>异化作用时，生命

个体的重量和体积不断增大的过程；个体繁殖：生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命

个体数量增加的生物学过程；微生物的生长：指群体生长，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；

个体生长

个体繁殖群体生长群体生长=个体生长+个体繁殖

2微生物生长的现象一、微生物的生长

微生物的生长（群体生长）现象

，即如何判断微生物的生长？研究微生物生长的意义：✔医学上的意义：微生物生长越快，病情发展越快；

✔发酵领域：生长快，获得更多细胞；

✔食品及相关领域：产品腐烂变质。

３微生物的个体生长和同步生长一、微生物的生长

研究微生物个体生长方法：由于微生物细胞极其微小，研究其个体生长存在着技术上的困难，常用方法：

✔电子显微镜观察细胞超薄切片法；

✔同步生长法；同步生长：使一个细胞群体中各个细胞都在同一时间进行分裂的状态，称为同步生长，进行同步分裂的细胞称为同步细胞；获得微生物同步生长的方法：

✔环境条件诱导法：变换温度、光线、培养基等，造成与正常细胞周期不同的周期变化；

✔筛选法：选择性过滤、梯度离心、膜洗脱法；

４微生物的生长规律一、微生物的生长

代时：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，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；生长速率：单位时间内繁殖的代数；细胞数目变化规律：每经过一个代时，细胞数目就增加一倍，呈指数增加，因而被称为指数生长。

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

生长曲线概念：以培养时间为横坐标，以计数获得的细胞数的对数为纵坐标，可得到一条定量描述液体培养基中微生物生长规律的实验曲线；根据微生物的生长速率常数的不同，可将典型生长曲线分为延滞期、对数生长期（指数期）、稳定期、衰亡期四个阶段。

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

生长曲线的制作：将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，测菌细胞数目；以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制所得的曲线。

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

延滞期：又称停滞期、调整期和适应期，指少量单细胞微生物接种到新鲜培养基后，在开始培养的一段时间内细胞数目不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零的一段时期；该期的具体特点为：

✔生长速率常数为零；✔细胞形态变大或增长；✔细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性；✔合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和ATP合成加速，容易产生各种诱导酶；✔对外界条件如NaCl溶液浓度、温度和抗生素等理化因素反应敏感。

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

延滞期产生原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物；影响延滞期长短的因素：✔菌种：繁殖速度较快的菌种的延滞期一般较短；

✔接种物菌龄：用对数期的菌种接种时，延滞期较短，甚至检查不到延滞期;

✔

接种量：接种量增大可缩短甚至消除延滞期（发酵工业上一般采用1/10的接种量）;

✔培养基成分：在天然培养基上生长的延滞期比在合成培养基上生长时短；接种后培养基成分有较大变化时，会使延滞期加长，所以发酵工业上尽量使发酵培养基的成分与种子培养基接近。

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

延滞期对实践的指导意义：在发酵工业上需设法尽量缩短延滞期；缩短延滞期的措施有：

✔增加接种量；（群体优势----适应性增强）；

✔采用对数生长期的健壮菌种；

✔调整培养基的成分，在种子培养基中加入发酵培养基的某些成分；

✔选用繁殖快的菌种。

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

对数生长期（指数期）：指在生长曲线中，紧接着延滞期的一段细胞数以几何级数

增长的时期；三个重要参数的计算：繁殖代数(n)、生长速率常数(R)、代时(G)。

设t1时刻的菌数为N1，经过n次分裂后，t2时刻的菌数为N2，则：

注意：只有处于指数期，才符合以上计算公式

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

对数生长期（指数期）中繁殖代数(n)、生长速率常数(R)、代时(G)计算实例：例：一培养液中对数期微生物数目由开始的12，000经4h后增加到49，000，000，求繁殖代数(n)、生长速率常数(R)、代时(G)。

解：

n＝(lg4.9×107－lg1.2×104）÷0.301＝12；

G＝t/n＝4×60/12＝20min；

R＝n/t＝１/20＝0.05∴该种微生物的代时为20分钟；在4小时内共繁殖了12代。

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

对数生长期中微生物的代时：代时能够反应细菌的生长速率，代时短，生长速率快，代时长，生长速率慢；不同种微生物的代时变化很大，多数微生物的代时为1~3h,快速生长的微生物的代时还不到10min,有的代时可长达几小时或几天；同一种微生物，在不同的生长条件(如温度)下其代时的长短也不同；在一定条件下，每一种微生物的代时是恒定的。温度（℃）代时（分）温度（℃）代时（分）10860

35

2215120371720904017.525404520302947.577

E.Coli在不同温度下的代时

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

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℃17minEnterobacteraerogenes（产气肠细菌）肉汤或牛奶37℃16~18minB.Cereus（蜡状芽孢杆菌）肉汤30℃18minB.thermophilus（嗜热芽孢杆菌）肉汤55℃18.3minLactobacillusacidophilus（嗜酸乳杆菌）牛奶37℃66~87minStreptococcuslactis（乳酸链球菌）牛奶37℃26minSalmonellatyphi（伤寒沙门氏菌）肉汤37℃23.5minAzotobacterchroococcum（褐球固氮菌）葡萄糖25℃240minMycobacteriumtuberculosis（结核分枝杆菌）组合37℃792~932minNitrobacteragilis（活跃硝化杆菌）组合27℃1200min

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

影响微生物代时的因素：菌种：不同菌种代时差别极大；营养成分：成分丰富，代时短；营养物浓度：浓度很低时才影响代时、生长速率和菌体产量（此时可称为生长限制因子）；温度：不同的温度下其代时的长短不同。

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

对数生长期（指数期）现象：细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系；对数生长期（指数期）特点：生长速率常数最大，即代时最短；细胞进行平衡生长，菌体大小、形态、生理特征等比较一致；代谢最旺盛；细胞对理化因素较敏感；对实践的指导意义：增殖噬菌体的最适菌龄；生产上用作接种的最佳菌龄；发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度；食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期；是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等的良好材料。

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

稳定期：又称恒定期或最高生长期，培养液中活细菌数最高并维持稳定的阶段；稳定期特点：新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，生长速率处于动态平衡，细胞数目达到最高值；细胞分裂速度下降，开始积累内含物，产芽孢的细菌开始产芽孢；开始合成次生代谢产物，一般在稳定期的后期产物积累达到高峰，是最佳收获时期；生长产量常数Y（或生长得率）：菌体产量与营养物质的消耗呈现一定的比例关系，以此来表示微生物对基质利用效率的高低；生长产量常数Y的计算：Y=增加的菌体干重/消耗掉的营养物质的浓度；

Ｘ：稳定期时的细胞干重，g/mlＸ0：刚接种时的细胞干重，g/mlC0：限制性营养物质的最初浓度，g/mlＣ：稳定期时限制性营养物质的浓度，计算Ｙ时用限制性营养物，故Ｃ为０例：若Y=0.5,表示要得到5g菌体，需某营养物（葡萄糖）10g

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

稳定期产生原因：营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物的比例失调，如碳氮比不合适；有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）；物化条件（pH、氧化还原势等）不合适；对生产实践的指导意义：发酵生产形成产物的重要时期（抗生素、氨基酸等），生产上应尽量延长此期，提高产量，措施：✔补充营养物质（补料即流加）；

✔调pH；

✔调整温度；稳定期细胞数目及产物积累达到最高；促使了连续培养原理的提出和工艺、技术的创建。

５微生物的生长规律－生长曲线一、微生物的生长

衰亡期：营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长；衰亡期特点：细胞死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞数，群体中的活菌数目急剧下降，出现负生长（Ｒ为负值）；细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、畸形或衰退形；因菌体本身产生的酶及代谢产物的作用，使菌体死亡、自溶等；有的微生物在这一期合成或释放对人类有益的抗生素等次生代谢产物；在芽孢杆菌中，芽孢释放；产生原因：生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡。

１微生物生长的测定概述二、微生物生长的测定方法

项目一微生物生长曲线的测定微生物生长的测定：单位时间里微生物数量或生物量（Biomass）的变化；

意义：✔评价培养条件、营养物质等对微生物生长的影响；✔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；微生物生长的测定方法：

２生长量测定法－体积测量法二、微生物生长的测定方法

体积测量法：通过测定一定体积培养液中所含菌丝的量来反映微生物的生长状况；

具体测量方法：将待测培养液（如10ml）放在刻度离心管中进行一定时间的离心，然后测出上清液体积Ｖ，则菌丝浓度为（10－Ｖ）／10；

２生长量测定法－称干重法二、微生物生长的测定方法

称干重法：采用离心法或过滤法测定，一般干重为湿重的10%~20%；

具体测量方法（离心法）：将待测培养液倒入离心管中，设定离心时间和转速进行离心，并用清水离心洗涤1~5次，进行干燥；可用烘箱105℃或100℃下烘干，或红外线烘干，也可在80℃或40℃下真空干燥，干燥后称重；具体测量方法（过滤法）：丝状真菌可用滤纸过滤，细菌可用醋酸纤维膜等滤膜过滤，过滤后用少量水洗涤，在40℃下进行真空干燥。

２生长量测定法－比浊法二、微生物生长的测定方法

比浊法：在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度与混浊度成正比，即与光密度成正比，菌数越多，光密度越大。因此，借助于分光光度计，在一定波长下测定菌悬液的光密度，就可反应出菌液的浓度；具体测量方法：✔

McFarland比浊管法：用不同浓度的BaCl2与稀H2SO4，配制成10支试管，形成的BaSO410个梯度，分别代表10个相对的细菌浓度（预先用相应的细菌测定）。某一未知浓度的菌液只要在透射光下用肉眼与某一比浊管进行比较，如果两者透光度相当，即可目测出该菌液的大致浓度；✔精确测定，可用分光光度计进行，在可见光的450～65Onm波段内均可测定。

２生长量测定法－菌丝长度测量法二、微生物生长的测定方法

菌丝长度测量法：对于丝状真菌和一些放线菌，可以在培养基上测定一定时间内菌丝生长的长度；具体测量方法：利用一只一端开口并带有刻度的细玻璃管，倒入合适的培养基，卧放，在开口的一端接种微生物，一段时间后记录其菌丝生长长度。

3微生物计数法－血球计数板法二、微生物生长的测定方法

血球计数板法：在光学显微镜下直接观察血球计数板上微生物细胞并进行计数的方法（计算一定容积里样品中微生物的数量）；具体测量方法：将1mm2×0.1mm的薄层空间划分为400小格，从中均匀分布地选取80或100小格，计数其中的细胞数目，换算成单位体积中的细胞数；适用范围：个体较大细胞或颗粒，如酵母菌、霉菌的孢子等。

3微生物计数法－染色计数法二、微生物生长的测定方法

染色计数法：✔采用特定的染色技术进行活菌染色，然后用光学显微镜计数的方法，可分别对活菌和死菌进行计数；

✔例：酵母活细胞计数→美蓝氧化型呈蓝色，还原型无色，用美蓝对酵母的活细胞进行染色，由于细胞的新陈代谢作用，细胞内具有较强的还原能力，能使美蓝由蓝色的氧化型变为无色的还原型。因此酵母活细胞是无色的，而死细胞或衰老细胞则呈蓝色或淡蓝色，以此进行鉴别；

3微生物计数法－液体稀释法二、微生物生长的测定方法

液体稀释法：第一步：对样品作10倍系列稀释，一直稀释到该稀释液的少量（如１ml）接种到新鲜培养液中时没有或极少出现生长繁殖；第二步：选适宜的3个连续的10倍稀释液各取5ml，接种到3组共９支液体培养基试管中，每管接入1ml，培养一定的时间后，计录每个稀释度出现生长的试管数；第三步：查MPN(mostprobablynumber)表，根据样品的稀释倍数可计算出其中的活菌含量。

3微生物计数法－平板菌落计数法二、微生物生长的测定方法

平板菌落计数法：第一步：对样品作10倍系列稀释，然后将最后三个稀释度的稀释液各取一定量（约0.2ml）与融化并冷却至45℃左右的琼脂培养基一起倾入无菌培养皿中凝固后保温培养，或将菌液（约１ml）涂布于已凝固的培养基平板上，保温培养；第二步：计数，以平板上出现的菌落数乘以稀释度就可以计算出原菌液的含菌量；直径9cm的培养皿平板上出现菌落数一般以50~500为宜；按照国家标准规定的样品菌落总数测定的计数原则，以平板上菌落数在30~300之间为报告依据。

3微生物计数法－试剂纸法二、微生物生长的测定方法

试剂纸法：在滤纸或琼脂片中吸有合适的培养基，其中加入活性指示剂2，3，5氯化三苯基四氮唑（TTC，无色），蘸取测试菌液后置密封包装袋中培养；第二步：短期培养后在滤纸或琼脂片上出现一定密度的玫瑰色微小菌落，与标准纸色板上图谱比较即可估算出样品的含菌量；试剂纸法计数快捷准确，相比而言避免了平板菌落计数法的人为操作误差。

3微生物计数法－电子计数器法二、微生物生长的测定方法

电子计数器法：第一步：在电子计数器中放有电解质及两个电极，将电极一端放入带微孔的小管，通电抽真空、使含有菌体的电解质从小孔进人管内；第二步：测定小孔中液体的电阻变化，小孔仅能通过一个细胞，当一个细胞通过这个小孔时，电阻明显增加，形成一个脉冲，自动记录在电子记录装置上；因样品的体积已知，故可以计算菌体的浓度，同时菌体的大小与电阻的大小成正比；该法测定结果较准确，但它只识别颗粒大小，而不能区分是否为细菌，因此，要求菌悬液中不含任何碎片。

3微生物计数法－薄膜过滤计数法二、微生物生长的测定方法

薄膜过滤计数法：常用该法测定含菌量较少的空气和水中的微生物数目；将定量的样品通过薄膜（硝化纤维素薄膜、醋酸纤维薄膜）过滤，菌体被阻留在滤膜上，取下滤膜进行培养，然后计算菌落数，可求出样品中所含菌数。

3微生物计数法－涂片染色法二、微生物生长的测定方法

涂片染色法：可同时计数不同微生物的菌数，适于土壤、牛奶中细菌计数；具体测量方法：用镜台测微尺计算出视野面积；取0.1ml菌液涂于1cm2面积上，计数后代入公式：

每ml原菌液含菌数=视野中平均菌数×涂布面积/视野面积×100×稀释倍数

4生理指标法－含氮量的测定二、微生物生长的测定方法

含氮量的测定：原理：蛋白质是细胞的主要物质，含量稳定，而氮是蛋白质的主要成分，通过测含氮量就可推知微生物的浓度；一般细菌含氮量为干重的12.5%，酵母菌为7.5%，霉菌为6.0%，根据一定体积培养液中的含氮量再乘以6.25，就可测得粗蛋白的含量；测定方法：硫酸，过氯酸，碘酸，磷酸等消化法、Dumas测N2气法。Dumas测N2气法是将样品与CuO混合，在CO2气流中加热后产生氮气，收集在呼吸计中，用KOH吸去CO2后即可测出N2的量。

4生理指标法－含碳量的测定二、微生物生长的测定方法

含碳量的测定：方法：将少量（干重0.2-2.0

mg）生物材料混入1毫升水或无机缓冲液中，用2毫升2%的K2Cr2O7溶液在100℃下加热30分钟后冷却；加水稀释至5毫升，在580nm的波长下读取吸光光度值，即可推算出生长量；需用试剂做空白对照，用标准样品做标准曲线。

4生理指标法－还原糖测定法二、微生物生长的测定方法

还原糖测定法：原理：还原糖通常是指单糖或寡糖，可以被微生物直接利用，通过还原糖的测定可间接反映微生物的生长状况，常用于大规模工业发酵生产上微生物生长的常规监测；方法：离心发酵液，取上清液，加入斐林试剂，沸水浴煮沸3分钟，取出加少许盐酸酸化，加入Na2S2O3，临近终点时加入淀粉溶液，继续加Na2S2O3至终点，查表读出还原糖的含量。

4生理指标法－氨基氮测定法二、微生物生长的测定方法

氨基氮测定法：方法：离心发酵液，取上清液，加入甲基红和盐酸作指示剂，加入0.02mol/L的NaOH调色至颜色刚刚褪去，加入底物18%的中性甲醛，反应数刻，加入0.02mol/L的使之变色，根据NaOH的用量折算出氨基氮的含量；根据培养液中氨基氮的含量，可间接反映微生物的生长状况。

4生理指标法－其他生理物质的测定二、微生物生长的测定方法

其他生理物质的测定：P、DNA、RNA、ATP、NAM(乙酰胞壁酸)等含量以及产酸，产气，产CO2(用标记葡萄糖做基质)，耗氧，黏度，产热等指标，都可用于生长量的测定；也可以根据反应前后的基质浓度变化，最终产气量，微生物活性三方面的测定反映微生物的生长。

５快速微生物检测法二、微生物生长的测定方法

概述：微生物的检测，其发展方向是快速，准确，简便，自动化，利用传统微生物检测原理，结合不同的检测方法，可设计出形式各异的微生物检测仪器设备；抗干扰培养基和微生物数量快速检测技术结合：解决了传统微生物检测手段不能解决的难题，为建立一套完整的抗干扰微生物检测系统奠定了坚实的基础；全自动各类总菌数及快速细菌检测系统：

✔可以数小时内获得监测结果，样本颜色及光学特征都不影响读数，对酵母和霉菌检测同样高度敏感（原理是利用电阻抗法将待测样本与培养基置于反应试剂盒内，底部有一对不锈钢电极，测定因微生物生长而产生阻抗改变）；

✔测定项目包括：总生菌数，酵母菌，大肠杆菌群，霉菌，乳酸菌，嗜热菌，革兰氏阴性菌，金黄色葡萄球菌等。

１微生物在环境中的分布－土壤中的微生物三、微生物与环境间的相互作用

项目一微生物生长曲线的测定土壤中的微生物：数量和种类：✔微生物的“大本营”、“菌种资源库”；

✔同一土体因通气、水分、营养等差异，使不同微生物呈立体分布；

✔每克肥土中通常含有几亿至几十亿个微生物，贫瘠土壤每克也

有几百万至几千万个微生物；

✔细菌（~108）>放线菌（~107）>霉菌（~106）>酵母菌（~105）

>藻类（~104）>原生动物（~103）分布：在5～20cm土层中微生物数量最多；水平分布：不同类型的土壤中所含微生物不同；垂直分布：同一土壤的不同深度，微生物的分布不同；作用：吸附和降解土壤中的有机物和有机污染物。

１微生物在环境中的分布－水中的微生物三、微生物与环境间的相互作用

水中的微生物：来源：水体中固有的；来自土壤(径流)；生产和生活(废弃物)；空气(降雨等)；种类很多，微生物在水中的分布和数量受水体类型、有机物的含量、微生物的拮抗作用、雨水冲刷、河水泛滥、工业废水、生活污水的排放量等因素的影响。

１微生物在环境中的分布－淡水中的微生物三、微生物与环境间的相互作用

淡水中的微生物：来源：土壤、空气、污水及有机残体；种类：自养菌；影响微生物在淡水中分布的原因：营养物质、温度、溶解氧、pH等；作用：降解水中的有机物和有机污染物。

１微生物在环境中的分布－海水中的微生物三、微生物与环境间的相互作用

海水中的微生物：种类：多数是嗜盐菌；水平分布：沿海带，海水中含有大量有机物，温度适宜，每毫升海水含100000个；外海带，每毫升含菌10~250个；海洋微生物的水平分布内陆气候、雨量、潮汐的影响。

１微生物在环境中的分布－空气中的微生物三、微生物与环境间的相互作用

空气中的微生物：空气的生态条件（紫外线、干燥、温度变化大、缺乏营养等）决定了空气不是微生物生长繁殖的场所；空气中的微生物来源于：✔土壤(飞扬的尘土把微生物带至空中)；

✔水体(水面吹起的小水滴)；

✔人和动物(皮肤脱落物、呼吸道等)；空气中的微生物只是短暂停留，是可变的，没有固定类群；主要是有芽孢的细菌、有孢子的霉菌、放线菌及各种孢囊；不同条件下1m3空气的含菌量场所畜舍宿舍城市街道市区公园海洋上空北纬80〫微生物1~2×1062000050002001~20

１微生物在环境中的分布－工农业产品上的微生物三、微生物与环境间的相互作用

工业产品上的微生物：大量的工业产品上分布大量的、种类各异的微生物，一旦遇适宜的温度、湿度时会大量生长繁殖，引起严重霉腐、变质；微生物引起工业产品的霉腐(劣化)包括：

✔霉变：由霉菌引起的劣化；

✔腐朽：好氧条件下微生物酶解有机质使其劣化的现象，如由担子菌引起的木材或木制品的腐朽现象；

✔腐烂或腐败：主要指由细菌或酵母菌引起的使物体变软、发臭性的劣化；

✔腐蚀：主要指由硫酸盐还原细菌、铁细菌或硫细菌引起的金属材料的侵蚀、破坏性劣化；

✔变质：指由各种生物或非生物因素引起的产品质量下降的现象；防止工业产品霉腐的方法：控制温度、湿度、氧气和养料；采用化学抑菌剂、杀菌剂或物理杀菌剂；产品加工、包装过程中严防杂菌的污染等。

１微生物在环境中的分布－工农业产品上的微生物三、微生物与环境间的相互作用

食品上的微生物：污染食品的微生物主要有：曲霉属、青霉属、镰孢霉属、链格孢霉属、拟青霉属、根霉属、毛霉属等；农产品上的微生物：各种农产品上存在着大量微生物,引起霉腐和动、植物中毒,危害极大；在已知的5万多种真菌中,至少其中有两百多个种可产生一百余种真菌毒素，有14种能致癌,其中黄曲霉菌株产生的黄曲霉毒素毒性为最高；含黄曲霉毒素最多的食品是霉变花生及其制品、玉米、“红变米”、“黄变米”等；防止粮食污染霉变的方法：✔所贮粮食含水量低于8%；

✔造成低温缺氧环境(密闭)；

✔使用防霉化学药剂。

１微生物在环境中的分布－人及动物体上的微生物三、微生物与环境间的相互作用

人及动物体上的微生物：正常菌群：

✔皮肤上：葡萄球菌；

✔鼻腔中：葡萄球菌、类白喉分支杆菌；

✔胃内：少量耐酸菌；

✔肠道：种类多，拟杆菌、大肠杆菌、双歧杆菌、乳杆菌、粪链球菌、

产气荚膜菌等；菌群失调：当正常菌群由于某种原因（如服用抗生素）破坏了菌群之间的平衡。

１微生物在环境中的分布－人及动物体上的微生物三、微生物与环境间的相互作用

人及动物体上的微生物：

１微生物在环境中的分布－极端环境下的微生物三、微生物与环境间的相互作用

极端微生物：凡依赖于高温、低温、高酸、高碱、高盐、高毒、高渗、高压、干旱或高辐射强度等绝大多数生物都无法生存的环境下才能正常生长繁殖的微生物；种类：嗜热菌：包括耐热菌（最高45~55℃）、兼性嗜热菌（最高50~65℃）、专性嗜热菌（最适65~70℃）、极端嗜热菌（最高>70℃）、超嗜热菌（最高113℃）；嗜冷微生物(嗜冷菌)：最适<15℃,最高<20℃,最低<0℃的细菌、真菌和藻类等；嗜酸微生物(嗜酸菌)：只能生活在低pH(<4)条件下,在中性pH下即死亡，pH2甚至pH0.5下也有生活,如:硫化叶菌属、硫细菌属、热原体属；嗜碱微生物(嗜碱菌)：能专性生活在pH10~11的碱性条件下的微生物；嗜盐微生物(嗜盐菌)：必须在高盐浓度下才能生长的微生物；一般Nacl浓度3%左右,盐杆菌等极端嗜盐菌必须生活在12～30%Nacl中；嗜压微生物(嗜压菌)：必须生长在高静水压环境中的微生物；均为原核微生物可分为:耐压菌、嗜压菌、极端嗜压菌。抗辐射微生物：对辐射这一不良环境因素有抗性的微生物。

２微生物与环境间的相互关系三、微生物与环境间的相互作用

微生物与环境间的相互关系包括：

２微生物与环境间的相互关系－互生三、微生物与环境间的相互作用

互生：两种可以单独生活的生物共同生活相互获利，或偏利一方；可分可合，合比分好；微生物间的互生关系：微生物与高等植物之间的互生关系：如高等植物为微生物提供所需的营养物质,植物发达的根系改善了土壤结构,水分和空气条件,有利于微生物的生长；混菌培养与生产实践：

✔大肠杆菌和沙雷氏菌混合培养——生产缬氨酸

✔大肠杆菌和谷氨酸棒状杆菌混合培养——生产组氨酸

✔米曲霉和绿色木霉菌（纤维素分解菌）混合培养——提高酱油产率

２微生物与环境间的相互关系－互生三、微生物与环境间的相互作用

互生：微生物与人及动物间的互生关系：某些种类微生物在数量稳定的情况下对人及动物物体是有益的，一般不会致病；

２微生物与环境间的相互关系－共生三、微生物与环境间的相互作用

共生：两种生物生活在一起不能分离，彼此依赖，生理上相互分工，组织上形成新的结构；难分难解，合二为一；微生物间的共生关系：✔由菌藻(子囊类真菌与藻类)共生或菌菌(真菌与蓝细菌)共生的地衣；

✔生理：地衣中的藻类或蓝细菌进行光合作用,为真菌提供养料，真菌以产生的有机酸分解岩石为藻类或蓝细菌提供矿质元素；

２微生物与环境间的相互关系－共生三、微生物与环境间的相互作用

共生：微生物与植物间的共生关系：根瘤菌与植物的根部形成根瘤，具有改善植物营养、调节植物代谢和增强植物抗病能力等功能；根瘤菌主要为真菌中的担子菌和子囊菌。

２微生物与环境间的相互关系－共生三、微生物与环境间的相互作用

共生：微生物与动物间的共生关系：

✔微生物和反刍动物共生：靠瘤胃微生物分解纤维素，变成能被牛羊吸收的糖类；瘤胃中生活着多种细菌和原生动物；

✔微生物和昆虫共生：白蚁、蟑螂等昆虫肠道中大量的细菌和原生动物可在厌氧条件下分解纤维素供白蚁营养,而微生物可获得稳定的营养和生活条件；✔发光细菌和海洋生物共生：发光细菌体内的荧光素和氧结合后会生成氧化荧光素，产生的能量以光的形式释放出来。

２微生物与环境间的相互关系－寄生三、微生物与环境间的相互作用

寄生：指一种小型生物生活在另一种较大型生物的体内（包括细胞内）或体表，从中夺取营养并进行生长繁殖，同时使后者蒙受损害甚至被杀死的一种相互关系；微生物间的寄生：✔噬菌体与其宿主之间的关系；

✔真菌对真菌的寄生；

✔细菌或真菌寄生于原生动物；

✔细菌寄生于细菌：蛭弧菌寄生于栖菜豆假单胞菌；微生物与植物间的寄生：✔专性寄生物：生存在活的植物细胞或组织中；

✔兼性寄生物：还可生活在死植物上或人工配制培养基中。

２微生物与环境间的相互关系－寄生三、微生物与环境间的相互作用

寄生：微生物与动物间的寄生：寄生于动物的微生物即为动物病原微生物，种类极多，包括各种病毒、细菌、真菌和原生动物等；两个主要研究方向：✔人体和高等动物的病原微生物；

✔昆虫的病原微生物(生物农药)；例：真菌的孢子寄生于蝙蝠蛾幼虫形成虫草；

２微生物与环境间的相互关系－拮抗三、微生物与环境间的相互作用

拮抗：指由某种生物所产生的特定代谢产物可抑制他种生物的生长发育甚至杀死它们的一种相互关系；微生物间的“化学战术”：抗生菌产生能抑制其它生物生长发育的抗生素；微生物间的生长抑制：因某种微生物的生长而引起的其它条件的改变如缺氧、pH值改变等，从而抑制它种生物的生长；为抗生素的筛选、食品保藏、医疗保健和动植物病害的防治等提供很多有效的手段。

２微生物与环境间的相互关系－捕食三、微生物与环境间的相互作用

捕食：一种较大型的生物直接捕捉、吞食另一种小型生物以满足其营养需要的相互关系；微生物间的捕食现象：✔原生动物吞食细菌和藻类：水体生态系统中食物链的基本环节，在污水净化中也有重要作用；

✔粘细菌吞食细菌和其它微生物；

✔真菌捕食线虫和其它原生动物；

１微生物的培养（发酵）方式四、工业上常见微生物发酵方式

项目一微生物生长曲线的测定根据微生物种类、培养目的和要求、规模和资金投入的不同可以有不同形式的培养方式：

２微生物的培养（发酵）方式－好氧培养四、工业上常见微生物发酵方式

好氧培养：以空气为氧的来源；固体培养方法：

✔实验室：用平皿培养和斜面培养；

✔工业生产：用自然对流和机械通风法来供氧；液体培养时微生物利用培养液中的溶解氧：✔实验室：包括试管液体培养、三角瓶浅层液体培养、摇瓶培养（利用摇床机达到供氧的目的）、台式发酵罐培养；✔工业生产：包括发酵罐深层液体通气培养（通入无菌压缩空气达到供氧目的）、浅盘培养、好氧菌曲法培养。

２微生物的培养（发酵）方式－厌氧培养四、工业上常见微生物发酵方式

厌氧培养：通过隔绝空气或驱除氧气的方法来实现的；实验室培养方法：

✔可将菌种接种到固体、半固体培养基的深层进行培养，同时加入还原剂；

✔也可将厌氧微生物放入真空干燥器，抽出空气，并充入氮气或氮气与二氧化碳的混合气体；工业生产培养方法：✔厌氧发酵：不通氧的深层发酵、厌氧菌堆积培养。

３工业生产中微生物的发酵四、工业上常见微生物发酵方式

发酵概述：发酵是微生物活动的结果，微生物在特定条件下将原料转化为产物的过程；工业上对发酵的理解：✔利用好氧或厌氧微生物生产人类所需要的某种产品的过程；

✔利用微生物在一定条件下将原料转变为产物的过程；

✔产物多样：抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥料等；

４微生物的发酵（按投料方式）－分批发酵法四、工业上常见微生物发酵方式

分批发酵法：又称分批培养，将微生物置于一定容积的、定量的培养基中培养，培养基一次性加入，不再补充和更换，最后一次性收获；特点：✔菌体、各种代谢产物的数目与营养物的数目呈负相关性。当微生物生长及基质变化达到一定时，菌体生长则会停止；

✔可进行少量多品种的发酵生产，发生杂菌污染时易终止操作；

✔微生物生长分延滞期、对数期、稳定期、衰亡期四个阶段；

５微生物的发酵（按投料方式）－补料分批发酵法四、工业上常见微生物发酵方式

补料分批发酵法：又称半连续发酵或半连续培养，指在分批发酵过程中，间歇或连续的补加新鲜培养基的培养方法；流加营养：水解糖(葡萄糖)、氨水；补料分批发酵的特点：减弱底物和代谢产物的抑制；采用间歇补料，可克服微生物的生长会受到高浓度底物和逐步过量产生的代谢产物的抑制；可避免葡萄糖效应对微生物生长和产物积累的影响；可稀释降低代谢产物的浓度,减轻其抑制生长作用；增加次级代谢产物的产量；通过补料可延长稳定期，增加次级代谢产物的产量；提高发酵的细胞密度；不断地向发酵罐补偿限制性底物，微生物始终能获得充分的营养，菌体密度就可以增加；可以恒定培养条件；发酵过程中的培养环境会随着代谢作用的进行而变化，如培养基的pH值，这时可流加氨水来恒定pH值，还补充氮源。

６微生物的发酵（按投料方式）－连续发酵法四、工业上常见微生物发酵方式

连续发酵法：又称连续培养，当微生物培养到对数期时，在发酵罐中一方面以一定速度连续不断的流加新鲜培养基，另一方面又以同样的速度连续不断的将发酵液排出，使发酵罐中微生物的生长和代谢始终保持旺盛的稳定状态；连续发酵理论基础：由于对典型生长曲线中稳定期到来原因的认识,采取相应有效措施推迟其来临，从而发展出现在的连续培养技术。

６微生物的发酵（按投料方式）－连续发酵法四、工业上常见微生物发酵方式

连续发酵优点：✔高效；

✔产品质量较稳定；

✔节约了大量动力、人力、水和蒸汽，且使水、气、电的负荷均衡合理；连续发酵缺点：✔菌种易退化；

✔易污染杂菌；

✔营养物的利用率一般低于单批增大；连续培养器分类：

６连续发酵法－恒浊连续培养四、工业上常见微生物发酵方式

恒浊连续培养概念：根据培养器内微生物的生长密度，并借光电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞连续培养器；恒浊连续培养原理：✔通过调节新鲜培养基流入的速度和培养物流出的速度来维持菌浓度不变,即浊度不变；

✔主要采用恒浊器，当浊度高时,使新鲜培养基的流速加快,浊度降低

则减慢培养基的流速；恒浊连续培养特点：基质过量,微生物始终以最高速率进行生长,并可在允许范围内控制不同的菌体密度；工艺复杂，烦琐；使用范围：用于生产大量菌体、生产与菌体生长相平行的某些代谢产物,如乳酸、乙醇等。

６连续发酵法－恒化连续培养四、工业上常见微生物发酵方式

恒化连续培养概念：以恒定流速使营养物质浓度恒定而保持细菌生长速率恒定的方法；恒化连续培养原理：通过控制某一种营养物浓度(如碳、氮源、生长因子等),使其始终成为生长限制因子,而达到控制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条件下进行生长繁殖；恒化连续培养特点：维持营养成分的亚适量,控制微生物生长速率；菌体生长速率恒定，菌体均一、密度稳定，产量低于最高菌体产量；应用范围：实验室科学研究。

７恒浊连续培养－恒化连续培养比较四、工业上常见微生物发酵方式

恒浊器、恒化器比较：装置控制对象培养基培养基流速生长速率产物应用范围恒浊器菌体密度（内控制）无限制生长因子不恒定最高速率大量菌体或与菌体生长相平行的代谢产物生产为主恒化器培养基流速（外控制）有限制生长因子恒定低于最高速率不同生长速率的菌体实验室为主

８连续发酵法－固定化细胞连续培养四、工业上常见微生物发酵方式

固定化细胞连续培养：细胞固定化就是通过包埋法、微胶囊化、吸附法等手段，将微生物细胞限制在载体的内部或表面，加入营养液及合适的培养条件，得到代谢产物；固定化细胞培养优点：✔固定化可提供较高的细胞密度；

✔固定化减少了细胞的流失，使细胞可以反复利用；

✔固定化可以提供对细胞有利的微环境；

✔可以保护某些细胞免受剪切损伤；

✔简化了下游的细胞分离步骤。

９连续发酵法－透析膜连续发酵四、工业上常见微生物发酵方式

透析膜连续发酵：新方法，用有微孔的有机膜将发酵设备分隔，该膜只能让发酵产物通过，而不能通过菌体细胞；将培养液连续流加到发酵设备的带有菌体的间隔中，微生物的代谢产物就通过透析膜连续不断的从另一间隔流出；优点：使代谢产物不断透析出去，降低代谢产物抑制作用，提高产物得率；

10混菌培养四、工业上常见微生物发酵方式

混菌培养：又称混合培养、混菌发酵或混合发酵；用两种或两种以上的具有互补性质的菌种进行混合培养；混菌培养的类型：✔联合混菌培养(双菌同时培养)；

✔序列混菌培养(甲乙两菌先后培养)；

✔共固定化细胞混合培养(甲乙两菌混在一起制成固定化细胞)；

✔混合固定化细胞混合培养(甲乙两菌先分别制成固定化细胞，然后两

者进行混合培养)；

１目的要求五、细菌生长曲线的测定

项目一微生物生长曲线的测定目的要求：掌握细菌生长曲线的特征；掌握液体培养基的配制以及注意事项；利用细菌悬液浑浊度间接测定细菌生长。

２基本原理五、细菌生长曲线的测定

基本原理：

✔测定微生物生长曲线的方法很多,有血球计数法、平板菌落计数法、相对密度法和比浊法等。本实验采用比浊法测定,由于细菌悬液的浓度与泽浊度成正比，因此,可以利用分光光度计测定菌悬液的光密度来推知菌液的浓度。将所测得的光密度值（测OD550、OD620、OD600、OD420，可任选一波长)与对应的培养时间作图,即可绘出该菌在一定条件下的生长曲线。由于光密度表示的是培养液中的总菌数,包括活菌与死菌,因此所测生长曲线的衰亡期不明显;

✔从生长曲线可以算出细胞每分裂一次所需要的时间,即代时，以G表示。其计算公式为:

G=(t2-t1)/[(lgW1-lgW2)/lg2]

式中t1和t2-----所取对数期两点的时;

W1和W2-----分别为相应时间测得的细胞含量（g/L)或OD值。

３实训用品五、细菌生长曲线的测定

实训用品：菌种：

大肠杆菌、桔草芽杆菌培养液及大肠杆菌平板；培养基：

牛肉膏蛋白胨葡萄糖培养基(250mL三角瓶内装150mL培养液)；仪器或其他用具：

培养箱、摇床、722s分光光度计、移液管、比色皿等。

4操作步骤五、细菌生长曲线的测定

操作步骤：第一步→准备菌种：将大肠杆菌、枯草芽孢杆菌分别接种到装有牛肉膏蛋白胨葡萄糖培养基的三角瓶中,37℃,200r/min振荡培养14~18h。每个样品4次重复。另外准备大肠杆菌单菌落平板1块（37℃培养24h)；第二步→接种与培养：分别将1.5mL(1%接种量)和4~5mL(3%接种量)大肠杆菌菌液和一个大肠杆菌单菌落接入含150mL培养液的三角瓶中，37℃,200r/min振荡培养。把4.5mL枯草芽孢杆菌（3%接种量)接人含150mL培养液的三角瓶中，37℃,200r/min振荡培养；第三步→测量：每培养1h取样一次,净培养（不包括取样时间）10h结束培养,测量培养液OD值。0h也要测。如果选用4mL比色皿，则取500uL培养液到2000uL蒸馏水中（稀释5倍),以蒸馏水为对照,测OD550、OD620、OD600、OD420。（任选一波长);如果选用1mL比色皿，可以取1000uL培养液，以蒸馏水为对照，直接测OD620或OD600或OD420，当OD值大于0.6时，下一样品要稀释1倍测量；以光密度（OD值）为纵坐标，培养世界为横坐标，绘制生长曲线。

５实训报告内容五、细菌生长曲线的测定

结果记录：不同培养时间所测得的OD值

注：✔OD值为600nm比色所得；

✔液体种子比较均匀。用相同的液体培养基转接后条件变化小，因此迟缓期几乎没有出现；实验结果代时长于理论值，主要是实验条件的影响，培养基、接种量、培养容器、温度条件等均影响到理论值。

菌种时间/h123456789101%大肠杆菌3%大肠杆菌3%枯草芽孢杆菌大肠杆菌平板

6注意事项五、细菌生长曲线的测定

注意事项：取样时间越短越好,要求在10~15min内完成,同时开始振荡,取样期间假定细菌暂停生长,取样时间从发酵总时间中扣除；为减少误差,须固定参比杯,不要旋动波长旋钮；每组固定同一台分光光度计,固定同一移液管。

１目的要求六、酵母菌生长曲线的测定

项目一微生物生长曲线的测定目的要求：掌握倾注法接种的操作方法；掌握平板菌落计数法的操作及利用其测定微生物生长曲线的方法；

２基本原理六、酵母菌生长曲线的测定

基本原理：平板菌落计数法是将待测样品经适当稀释之后,取一定量的稀释样品液接种到平板上，经培养后，每个单细胞繁殖形成肉眼可见的菌落,选择每板上菌落数在30~300的平板统计菌落数，用平板上（内)出现的菌落数乘以菌液的稀释度，即可计算出原菌液的含菌数。

３实训用品六、酵母菌生长曲线的测定

实训用品：菌种：酿酒酵母；培养基：液体和固体麦芽汁培养基；仪器或其他用具：无菌试管、无菌吸管、无菌平皿等。

4操作步骤六、酵母菌生长曲线的测定

操作步骤：第一步→试管编号：试管编号取11支无菌大试管,用记号笔分别标明培养时间,即０、1.5、3、4、6、8、10、12、14、16和20h；第二步→接种：接种分别用5mL无菌吸管吸取2.5mL酿酒酵母过夜培养液(培养10~12h)转入盛有50mL液体麦芽汁培养基的三角瓶内，混合均匀后分别取５mL混合液放入上述标记的11支无菌大试管中；第三步→培养：培养将已接种的试管置摇床30℃振荡培养（振荡频率250r/min),分别培养0、1.5、3、4、6、8、10、12、14、16和20h，将标有相应时间的试管取出,分别测定每支试管中的菌数，即可得知不同时间酿酒酵母的生长情况,从而绘制其生长曲线；以下以某一培养时间的菌液为例说明平板计数法的操作。

4操作步骤六、酵母菌生长曲线的测定

操作步骤：以某一培养时间的菌液为例说明平板计数法的操作；第四步→平皿编号：无菌平皿9套，分别用记号笔标明10-4、10-5、10-6稀释度，每稀释度各3作平行之用，另取６支装有4.5mL无菌水的试管，依次标明10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6；第五步→稀释：✔用1mL无菌吸管吸取0.5mL已充分混匀的待测酿酒酵母悬液，转入10-1的试管中,此即为10倍稀释；

✔另取一支1mL洁净无菌吸管插人10-1试管中，来回吹吸菌悬液数次，

将菌体分散均匀。注意，吸人菌液时吸管要伸入管底,吹出时一定要

离开液面，以免使试管内液体外溢；用此吸管吸取10-1菌液0.5mL

移至10-2试管中，此即为100倍稀释；其余以此类推；

✔菌液移至下一稀释度试管时注意勿使移液管尖端触到液面，即每

一支移液管只能接触一个稀释度的菌悬液，以尽量减少误差。

4操作步骤六、酵母菌生长曲线的测定

操作步骤：以某一培养时间的菌液为例说明平板计数法的操作；第六步→取样：用一支1ml无菌吸管吸取10-4的稀释菌悬液1mL，向已编好号的对应三个平等无菌平皿中分别准确放人0.2mL稀释菌悬液；10-5、10-6的稀释菌悬液也同样操作；第七步→倒平板：✔将固体麦芽汁培养基融化并冷却至45℃左右倒入加好样品的平皿中,每平皿倒入10~12mL培养基,立即混匀；

✔由于细菌易吸附到玻璃器皿表面,所以菌液加入培养皿后,应尽快倒入熔化并已冷却至45℃左右的培养基,立即混匀,否则细菌将不易分散或长成的菌落连在一起,影响计数。

4操作步骤六、酵母菌生长曲线的测定

操作步骤：以某一培养时间的菌液为例说明平板计数法的操作；第八步→培养：待平板完全凝固后,倒置于30℃恒温箱中培养；第九步→计菌落数：培养48h后,取出平板,算出同一稀释度三个平板上的菌落平均数；第十步：对不同培养时间的菌液依次按步骤（四）～步骤（九）进行平板菌落计数；

５实训报告内容六、酵母菌生长曲线的测定

结果记录：

某培养时间的菌落数（其余培养时间菌液的计数表格可依次制作）；

活菌数＝（X1＋X2＋X3）÷３×稀释倍数×５

绘制酿酒酵母生长曲线：以活菌数的对数值作纵坐标，培养时间为横坐标。某培养时间稀释度每皿菌落数（个）每稀释度平均数（个）活菌数（个／mL）X1X2X310-410-510-6

１环境因素对微生物生长的影响概述一、环境因素对微生物生长的影响

项目二微生物生长的控制微生物与环境之间相互影响和相互作用：

✔各种各样的环境因素对微生物的生长和繁殖有影响；

✔微生物生长繁殖也会影响和改变环境；可以通过控制环境条件来利用微生物有益的一面，同时防止它有害的一面；

影响微生物生长的外界因素：

２环境因素对微生物生长的影响概述－温度一、环境因素对微生物生长的影响

温度：温度是影响微生物生长的最重要因素之一；温度对微生物的影响具体表现在：影响酶活性，温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成；影响细胞膜的流动性，温度高，流动性大，有利于物质的运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输，故影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌；影响物质的溶解度，对生长有影响。

２环境因素对微生物生长的影响概述－温度一、环境因素对微生物生长的影响

从微生物整体来看：生长的温度范围一般在-10℃~100℃，极端下限为-30℃，极端上限为105~300℃；微生物生长的三个温度基点：微生物只能在一定温度范围内生长，在这个范围内，存在生长温度三基点，即最低、最适、最高生长温度；处于最适生长温度时，生长速度最快，代时最短；超过最低生长温度时，微生物不生长，温度过低，甚至会死亡；超过最高生长温度时，微生物不生长，温度过高，甚至会死亡。

２环境因素对微生物生长的影响概述－温度一、环境因素对微生物生长的影响

２环境因素对微生物生长的影响概述－温度一、环境因素对微生物生长的影响

根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为三个类型：低温型微生物（嗜冷微生物）中温型微生物（嗜温微生物）高温型微生物（嗜热微生物）

２环境因素对微生物生长的影响概述－温度一、环境因素对微生物生长的影响

低温型微生物（嗜冷微生物）：最适生长温度在5~20℃,主要分布在地球的两极、冷泉、深海、冷冻场所及冷藏食品中；例：假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，常引起冷藏食品腐败；嗜冷微生物在低温下生长的机理：体内的酶能在低温下有效地催化，高温下酶活性丧失；细胞膜中不饱和脂肪酸含量高，低温下也能保持半流动状态，可进行物质的传递。

２环境因素对微生物生长的影响概述－温度一、环境因素对微生物生长的影响

低温对微生物的影响：✔低于最适生长温度时，微生物的生长繁殖停止，当微生物的原生质结构并未破坏时，不会很快造成死亡并能在较长时间内保持活力，当温度提高时，可以恢复正常的生命活动；

✔低温保藏菌种就是利用这个原理：一些细菌、酵母菌和霉菌的琼脂斜面菌种通常可以长时间地保藏在4℃的冰箱中；

✔当温度过低，造成微生物细胞冻结时，有的微生物会死亡，有些则并不死亡；造成死亡的原因：✔冻结时细胞水分变成冰晶，冰晶对细胞膜产生机械损伤，膜内物质外漏；

✔冻结过程造成细胞脱水；

✔利用快速冻结可以对一些菌种进行冻结保藏：缓慢冻结，形成的冰晶大，对细胞损伤大；快速冻结，形成的冰晶小、分布均匀，对细胞的损伤小，在菌悬液中再加一些甘油、糖、牛奶、保护剂等可对菌种进行长期保藏。

２环境因素对微生物生长的影响概述－温度一、环境因素对微生物生长的影响

中温型微生物（嗜温微生物）：最适生长温度为20℃~40℃，大多数微生物属于此类；室温型主要为腐生或植物寄生，在植物或土壤中；体温型主要为寄生，在人和动物体内。

２环境因素对微生物生长的影响概述－温度一、环境因素对微生物生长的影响

高温型微生物（嗜热微生物）：最适生长温度为50℃~60℃,主要分布在温泉、堆肥和土壤中；在高温下能生长的原因：酶蛋白以及核糖体有较强的抗热性；核酸具有较高的热稳定性（核酸中G+C含量高（tRNA），可提供形成氢键，增加热稳定性）；细胞膜中饱和脂肪酸含量高，较高温度下能维持正常的液晶状态；

２环境因素对微生物生长的影响概述－温度一、环境因素对微生物生长的影响

高温微生物的特点：生长速度快，合成大分子迅速，可及时修复高温对其造成的分子损伤；

发酵优势：✔在减少能源消耗、减少染菌、缩短发酵周期等方面具重要意义；

✔有利于非气体物质在发酵液中的扩散和溶解；

✔由高温微生物产的酶制剂，酶反应温度和耐热性比中温微生物高；微生物对热的耐受力与以下因素有关：与微生物种类及发育阶段有关：✔嗜热菌、有芽孢的细菌比其它类型的菌体抗热；✔微生物的繁殖结构比营养结构抗热性强；老龄菌比幼龄菌抗热；对热的耐受力还受环境条件的影响：

✔与培养基的营养成分有关：培养基中蛋白质含量高时比较耐热；

✔与pH有关：pH适宜时不易死亡，pH不适宜时，容易死亡；

✔与水分有关：含水量大时容易死亡，含水量小时不容易死亡；

✔与含菌量有关：含菌量高，抗热性增强，含菌量低，抗热性差；

✔与热处理时间有关：热处理时间长，微生物易死亡。

３环境因素对微生物生长的影响概述－pH值一、环境因素对微生物生长的影响

环境pH值对微生物生长的影响：影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影响对物质的吸收能力；改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵母菌在pH4.5-5产乙醇，pH6.5以上产甘油、酸；影响培养基中营养物质离子化程度，从而影响营养物质吸收，或有毒物质毒性；不同微生物对pH要求不同：微生物的生长pH值范围极广，从pH2~8都有微生物能生长；但是绝大多数种类都生活在pH5.0~9.0之间；微生物生长的pH值三基点：最低、最适和最高pH值；低于最低、或超过最高生长pH值时，生长受抑制或导致死亡。

３环境因素对微生物生长的影响概述－pH值一、环境因素对微生物生长的影响

根据微生物生长的最适pH值，将微生物分为：一些微生物生长的pH值范围：

３环境因素对微生物生长的影响概述－pH值一、环境因素对微生物生长的影响

生长的最适pH值与发酵的最适pH值：同一种微生物在其不同的生长阶段和不同的生理生化过程中，对pH值的要求也不同；在发酵工业中，控制pH值尤其重要；例１→丙酮丁醇梭菌：pH值=5.5—7.0时，以菌体生长为主；在pH值=4.3—5.3时，进行丙酮丁醇发酵；例２→同一种微生物由于环境pH值不同，可能积累不同的代谢产物；黑曲霉：pH值=2—3时，产物以柠檬酸为主，只产少量草酸；pH值在7左右时，产物以草酸为主，只产少量柠檬酸；例３→最适pH和发酵产抗生素最适pH值：

３环境因素对微生物生长的影响概述－pH值一、环境因素对微生物生长的影响

微生物细胞内的pH值：细胞内pH值相当稳定，接近中性；能够保持细胞内各种生物活性分子的结构稳定和细胞内酶所需要的最适pH值；微生物的生命活动对环境pH值的影响：会使外界环境的pH值发生改变，原因：✔有机物分解；✔无机盐选择性吸收；培养过程中调节pH值的措施：✔过酸时：加入碱或适量氮源，提高通气量；

✔过碱时：加入酸或适量碳源，降低通气量；

３环境因素对微生物生长的影响概述－pH值一、环境因素对微生物生长的影响

酸碱添加剂的抑菌机理：酸类物质：✔无机酸：与H+浓度成正比的高氢离子浓度，可引起菌体表面蛋白的变性和核酸的水解，并破坏酶类的活性；

✔有机酸：与不电离的部分成正比,故有时有机酸的抑菌效果>无机酸；如作为食品防腐剂的有机酸如苯甲酸和水杨酸可与微生物细胞中的成分发生氧化作用，从而抑制微生物的生长；碱类物质：强碱可引起蛋白质、核酸大分子变性、水解，以杀死或抑制微生物；如食品工业中常用石灰水、NaOH、Na2CO3等作为机器、工具以及冷藏库的消毒剂。

4环境因素对微生物生长的影响概述－氧气一、环境因素对微生物生长的影响

微生物对氧的需要和耐受力的不同，可分为几种类群：

4环境因素对微生物生长的影响概述－氧气一、环境因素对微生物生长的影响

厌氧菌的氧毒害机制——SOD学说：

✔严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，而是由于不能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡；

✔还原为水的过程中，可形成某些有毒的过氧化氢（H2O2）、超氧阴离子（活性氧，兼有分子和离子的性质，反应力极强，极不稳定，可破坏膜和重要生物大分子）；

✔好氧微生物具有降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等，而严格厌氧菌缺乏SOD，故易被毒害致死。

4环境因素对微生物生长的影响概述－氧气一、环境因素对微生物生长的影响

采用相应措施保证不同微生物的培养生长：

✔培养好氧微生物：需震荡或通气，保证充足的氧气；

✔培养专性厌氧微生物：需排除环境中的氧气，同时在培养基中添加还原剂，降低培养基中的氧化还原电位势；

✔培养兼性好氧或耐氧微生物：可深层静止培养。

5环境因素对微生物生长的影响概述－干燥一、环境因素对微生物生长的影响

干燥对微生物的影响：渗透压和干燥都涉及到水分含量和水活度，能引起微生物细胞内

蛋白质的变性和盐类等物质浓度提高，从而抑制生长或造成死亡；微生物对干燥的抵抗力与以下因素有关：温度：在相同的干燥环境下，温度高，微生物易死亡，而在低温下不易死亡（例如冷冻干燥保藏菌种）；干燥速度：干燥速度快，微生物不易死亡，反之，易死亡；基质：在不同基质中对干燥的抵抗力不同，含有糖、淀粉、蛋白质等物质时，不易死亡；微生物种类及生长时期：产荚膜菌比不产荚膜菌抗性强；小型、厚壁细胞的微生物比长型、薄壁细胞的微生物抗性强；细菌的芽孢、真菌的孢子比营养细胞抗干燥性很强；老龄菌比幼龄菌抗性强。

5环境因素对微生物生长的影响概述－渗透压一、环境因素对微生物生长的影响

渗透压：✔概念：水或其他溶剂经过半透性膜而进行的扩散称为渗透，在渗透时溶剂通过半透性膜时的压力称为渗透压；

✔与溶液的浓度成正比；小分子溶液比大分子溶液渗透压大；离子溶液比分子溶液渗透压大；相同含量的盐、糖、蛋白质所形成的溶液渗透压为盐>糖>蛋白质；渗透压对微生物的影响：

✔等渗溶液：溶液的溶质浓度等于胞内溶质浓度，微生物活动保持正常,细胞外形不变；

✔高渗溶液：溶液的溶质浓度高于胞内溶质浓度，细胞易失水,脱水后发生质壁分离,生长受抑制或死亡；(如盐渍和糖渍保藏食品)

✔低渗溶液：溶液的溶质浓度低于胞内溶质浓度，细胞吸水膨胀甚至导致破裂死