大学微生物复习第5章生长和环境条.ppt

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1、第第 五五 章章 微生物的生长和环境条件微生物的生长和环境条件1第第 一一 节微节微 生生 物物 的的 个体与群体生个体与群体生 长长微生物生长：是指细胞物质有规律地、不微生物生长：是指细胞物质有规律地、不可逆增加的生物过程。可逆增加的生物过程。微生物繁殖：是微生物生长到一定阶段由微生物繁殖：是微生物生长到一定阶段由于细胞内各种细胞结构的复杂和重建导致于细胞内各种细胞结构的复杂和重建导致产生新的生命个体，即引起生命个体数量产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的整个生物学过程。增加的整个生物学过程。2一一.微微 生生 物物 的的 个体生个体生 长长 细菌的拟核细菌的拟核DNADNA的复制与分

2、离的复制与分离3二、细菌纯培养生长曲线二、细菌纯培养生长曲线是将某种单细胞微生物少量接种到恒定容是将某种单细胞微生物少量接种到恒定容积的液体培养基中培养，定时取样分析。积的液体培养基中培养，定时取样分析。以菌数的对数为纵坐标，生长时间为横坐以菌数的对数为纵坐标，生长时间为横坐标作图而的达到的曲线。标作图而的达到的曲线。4细菌纯培养生长曲线图细菌纯培养生长曲线图51.1.延迟期延迟期(Lag phase(Lag phase）特点：特点：（1 1）.细菌数量不增加或增加很少，代谢活跃；细菌数量不增加或增加很少，代谢活跃；（2 2）细胞内）细胞内RNARNA，尤其是，尤其是rRNArRNA的含量很高

3、，细胞的含量很高，细胞的嗜碱性强；的嗜碱性强；（3 3）细胞体积增大，拉长；）细胞体积增大，拉长；（4 4）细胞内的代谢活力强，特别是合成一些必需）细胞内的代谢活力强，特别是合成一些必需的酶类；的酶类；（5 5）抗性有所降低，对不良环境因素表现很敏感。）抗性有所降低，对不良环境因素表现很敏感。6细胞的最初个数和生长一段时间后个数之细胞的最初个数和生长一段时间后个数之间关系：间关系：N=N N=N 0 0 2 2 n n 式中：式中：NN 细胞最终数目细胞最终数目,N N 0 0 细胞初始数目细胞初始数目,n=n=指数生长期细胞繁殖代数。指数生长期细胞繁殖代数。7细胞生长的代时细胞生长的代时G:

4、G:G G t/n t/n t=t=指数生长期时间指数生长期时间:t=t t=t 2 2 t t 1 1 8繁殖代数繁殖代数n n的计算的计算:NN=N N 0 0 2 2 n n lg lg N N=lg =lg N N 0 0+n log2 +n log2 lg lg NN lg lg N N 0 0=n log2 =n log2 9 n=(lg N n=(lg N lg N lg N 0 0)/lg2)/lg2 =(lg N =(lg N lg N lg N 0 0)/0.301)/0.301 =(lg N/N =(lg N/N 0 0)/0.301)/0.301 10 G G t/n

5、t/n(t(t 2 2 t t 1 1)/)/(lg N/N(lg N/N 0 0)/0.301)/0.301 单位时间内细胞分裂次数单位时间内细胞分裂次数(R):(R):R=n/R=n/(t(t 2 2 t t 1 1)=1/G =1/G112.2.对数期对数期（Log phaseLog phase）特点）特点（1 1）代时最短，生长速度最快；）代时最短，生长速度最快；（2 2）细胞稳定（平衡）生长：细胞内各）细胞稳定（平衡）生长：细胞内各种物质按比例生长，菌体成分均匀；种物质按比例生长，菌体成分均匀；（3 3）酶活性高，代谢稳定，菌体大小基）酶活性高，代谢稳定，菌体大小基本一致。本一致。1

6、23.3.稳定期稳定期（Stationary phaseStationary phase）特点：特点：（1 1）新生）新生=死亡，达到动态平衡，生长速死亡，达到动态平衡，生长速度为零度为零 ；（2 2）活菌数的总量达到最大值；）活菌数的总量达到最大值；（3 3）胞内的储藏物开始形成（如肝糖粒、）胞内的储藏物开始形成（如肝糖粒、脂肪粒等）；脂肪粒等）；（4 4）某些芽孢菌的芽孢开始形成；）某些芽孢菌的芽孢开始形成；（5 5）某些细菌过量积累次级代谢产物，）某些细菌过量积累次级代谢产物，如抗生素、维生素等。如抗生素、维生素等。134.4.死亡期死亡期 （Death phaseDeath phase

7、）特点：特点：（1 1）生长速率负增长；）生长速率负增长；（2 2）细胞形态多样，出现畸形，形成衰）细胞形态多样，出现畸形，形成衰退型；退型；（3 3）蛋白水解酶活跃，出现细胞自溶现）蛋白水解酶活跃，出现细胞自溶现象；象；（4 4）芽孢细菌芽孢大量释放。）芽孢细菌芽孢大量释放。14第二节第二节 微生物的培养与生长量的测定微生物的培养与生长量的测定一、纯培养技术一、纯培养技术纯培养：微生物学中将在实验室条件下从纯培养：微生物学中将在实验室条件下从一个细胞或一种细胞群繁殖得到的后代称一个细胞或一种细胞群繁殖得到的后代称为纯培养为纯培养15获得纯培养的技术获得纯培养的技术1.1.稀释平板分离法稀释平

8、板分离法2.2.原理同稀释平板计数原理同稀释平板计数162.2.平皿划线分离法平皿划线分离法3.3.以沾有微生物的接种环在固体平板以沾有微生物的接种环在固体平板上不断划线以稀释接种环上微生物数量，上不断划线以稀释接种环上微生物数量，最终可在划线处使微生物以单细胞表达最终可在划线处使微生物以单细胞表达式分开。经培养后形成单菌落。式分开。经培养后形成单菌落。173.3.富集培养富集培养4.4.用选择性培养基及培养条件，使被用选择性培养基及培养条件，使被研究的微生物在培养物中的数量由少数研究的微生物在培养物中的数量由少数转化成多数。转化成多数。5.5.用于样品中数量占少数的微生物，用于样品中数量占少

9、数的微生物，或研究难以分离纯化的微生物。或研究难以分离纯化的微生物。184.4.二元培养：是纯培养的一种特殊形式，二元培养：是纯培养的一种特殊形式，主要用于分离寄生微生物的方法。主要用于分离寄生微生物的方法。5.5.如噬菌体和细菌的培养物。如噬菌体和细菌的培养物。195.5.共培养共培养(CocultureCoculture)6.6.用于培养一些在生长代谢过程中紧密相用于培养一些在生长代谢过程中紧密相互依赖的微生物。互依赖的微生物。7.7.如厌氧条件下丁酸的降解：如厌氧条件下丁酸的降解：8.8.丁酸丁酸 乙酸乙酸+氢氢 （丁酸降解菌）（丁酸降解菌）9.9.氢氢+COCO2 2 甲烷甲烷 （产甲

10、烷菌）（产甲烷菌）20例：丁酸盐降解菌群的富集与分离厌氧条件下：丁酸丁酸 甲烷甲烷+CO+CO2 2丁酸丁酸 乙酸乙酸+氢氢 （丁酸降解菌）（丁酸降解菌）乙酸乙酸 甲烷甲烷+CO+CO2 2 （产甲丝烷菌）（产甲丝烷菌）氢氢+CO+CO2 2 甲烷甲烷 （产甲螺烷菌）（产甲螺烷菌）21富集培养基：丁酸钠 30mM硫化钠0.016Na2CO30.08半胱氨酸0.5酵母膏1.0K2HPO40.5MgSO4.6H2O0.33NH4Cl0.4CaCl20.05刃天青0.002微量元素22分批培养的特点分批培养的特点 微生物培养时间不同其生长状态不同微生物培养时间不同其生长状态不同培养时间较短培养时间较

11、短容易控制无菌条件容易控制无菌条件能保证菌种的最小变异能保证菌种的最小变异适合于微生物细胞的生长与代谢产物的适合于微生物细胞的生长与代谢产物的积累不同步发酵积累不同步发酵23(二二)连续培养连续培养 指控制恒定的流速，使由于细菌生长而耗指控制恒定的流速，使由于细菌生长而耗去的营养物质及时得到补充，培养基中营去的营养物质及时得到补充，培养基中营养物浓度基本恒定，从而保持细菌的恒定养物浓度基本恒定，从而保持细菌的恒定生长速率生长速率。24 恒浊培养恒浊培养微生物生长量的控制微生物生长量的控制 恒化培养恒化培养微生物营养量的控制微生物营养量的控制25连续培养的特点连续培养的特点 培养过程微生物的生长

12、状态一致培养过程微生物的生长状态一致.设备的利用率高设备的利用率高培养周期长培养周期长,容易污染容易污染菌种易变异菌种易变异适应于以微生物细胞为目的或产物与生适应于以微生物细胞为目的或产物与生物量成正比的产物的发酵物量成正比的产物的发酵26分批补料培养分批补料培养27四、微生物生长量的测定四、微生物生长量的测定1.1.直接计数法（全数法）直接计数法（全数法）(1)(1)计数器计数法：计数器计数法：血球计数板血球计数板 细菌计数板细菌计数板28涂片染色计数法涂片染色计数法用一定量的菌液（用一定量的菌液（0.10.1ml)ml)涂布涂布一定大小的一定大小的面积（面积（1.01.0cmcm2 2)染

13、色后计数。染色后计数。29(3)(3)比浊法比浊法(4)用分光光度计或浊度计测定菌液的吸光度，菌体的数量与其吸光度成正比。适用于较高浓度的液体样品的测定。302.2.间接计数法（活菌计数法）间接计数法（活菌计数法）(1)(1)平板菌落计数法平板菌落计数法 其原理为单个细胞涂布在固体平板上经培养其原理为单个细胞涂布在固体平板上经培养后可形成肉眼可见的单菌落。依此推算原样后可形成肉眼可见的单菌落。依此推算原样品中的微生物数量。品中的微生物数量。适用于适用于3030个个/ml/ml菌以上的液体样品。如为固体菌以上的液体样品。如为固体样品要求菌数更高。方法的测定周期较长。样品要求菌数更高。方法的测定周

14、期较长。31(2)(2)液体稀释培养测数液体稀释培养测数适用于不易形成菌落的微生物（如硝化细菌）适用于不易形成菌落的微生物（如硝化细菌）数量的测定。数量的测定。32(3)(3)薄膜过滤计数法薄膜过滤计数法(4)(4)用滤膜对样品进行过滤，使微生物被截留、用滤膜对样品进行过滤，使微生物被截留、浓缩在滤膜上，经培养后测定形成的菌落数。浓缩在滤膜上，经培养后测定形成的菌落数。适用于含菌量少的空气及水中微生物的测定适用于含菌量少的空气及水中微生物的测定。333.3.测定细胞物质量测定细胞物质量(1)(1)干重法干重法(2)(2)含氮量测定法含氮量测定法(3)DNA(3)DNA测定法测定法(4)(4)其

15、他生理指标测定法：其他生理指标测定法：对氧的吸收对氧的吸收 发酵糖产酸量发酵糖产酸量 二氧化碳的释放量等二氧化碳的释放量等34第第 三三 节微生物生长与环境条件节微生物生长与环境条件一一 些些 基基 本本 术术 语语 灭菌（灭菌（sterilization)sterilization)是指利用某种杀死物体中包括芽孢在是指利用某种杀死物体中包括芽孢在内的所有微生物的一种措施内的所有微生物的一种措施.35防腐（防腐（antisepsis)antisepsis)是在某些化学物质或物理因子作是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用下，能防止或抑制微生物生长的一种措施，它能防止食品

16、腐败或防止其种措施，它能防止食品腐败或防止其它物质霉变。它物质霉变。消毒（消毒（disinfection)disinfection)是利用某种方法杀死或灭活物质是利用某种方法杀死或灭活物质或物质中所有病原微生物的一种措施或物质中所有病原微生物的一种措施,它可以起到防止感染或传播的作用它可以起到防止感染或传播的作用.36一、温度一、温度（一）温度对微生物生长及生存的影响1.1.微生物生长的温度范围微生物生长的温度范围最低生长温度最低生长温度:指微生物能进行繁殖的最低温度界限。指微生物能进行繁殖的最低温度界限。最适生长温度：最适生长温度：指使微生物迅速生长的温度指使微生物迅速生长的温度 。最高生长

17、温度：最高生长温度：指微生物生长繁殖的最高温度界限。指微生物生长繁殖的最高温度界限。37各类微生物生长的温度范围各类微生物生长的温度范围 微生物微生物 类型类型 最低温度最低温度 oC 最适温度最适温度 oC 最高温度最高温度 oC 高温型高温型 30 4555 6075 中温型中温型 5 2537 4550 低温型低温型 0 1015 2030382.2.高温对微生物生存的影响高温对微生物生存的影响致死温度：致死温度：致死微生物的最低温度界限。致死微生物的最低温度界限。致死时间：致死时间：在一定温度下杀死微生物所需要的最短时在一定温度下杀死微生物所需要的最短时间。间。39（二）利用高温灭菌的

18、方法利用高温灭菌的方法1.1.干热灭菌干热灭菌(1)(1)干热灭菌法：干热灭菌法：160160处理处理1212小时。适用于玻小时。适用于玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。优点：可璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。优点：可保持物品的干燥保持物品的干燥。(2)灼热灭菌法：常用于金属性接种工具、污染灼热灭菌法：常用于金属性接种工具、污染物品及实验材料等废弃物的处理。物品及实验材料等废弃物的处理。40（1 1）煮沸消毒法：煮沸消毒法：100 100，1515分钟以上。只能杀死微生物分钟以上。只能杀死微生物的营养细胞。的营养细胞。（2 2）高压蒸汽灭菌法：高压蒸汽灭菌法：1.05kg/cm1.05kg

19、/cm2 2（15b/in15b/in）的蒸汽压，）的蒸汽压，121121处理处理15301530分钟。彻底杀死所有的微生分钟。彻底杀死所有的微生物。物。2.2.湿湿 热热 灭灭 菌菌41（3 3）间歇灭菌法：间歇灭菌法：常压蒸汽消毒常压蒸汽消毒培养培养反复多次的灭菌法，可杀死所有的微生物反复多次的灭菌法，可杀死所有的微生物细胞。细胞。（4 4）巴斯德消毒法：巴斯德消毒法：用较低的温度（如用较低的温度（如6263 6263，3030分分钟）处理牛奶、酒类等饮料，以杀死其中钟）处理牛奶、酒类等饮料，以杀死其中的病原菌如结核杆菌、伤寒杆菌等，同时的病原菌如结核杆菌、伤寒杆菌等，同时又不损害营养与风

20、味的方法。又不损害营养与风味的方法。42二、氢离子浓度（二、氢离子浓度（pHpH）1.1.微生物生长微生物生长的的pHpH范围范围2.2.（1 1）多数细菌、藻类及原生动物的）多数细菌、藻类及原生动物的适宜适宜pHpH范围为范围为6.5-7.56.5-7.5。3.3.（2 2）真菌的适宜）真菌的适宜pHpH范围为范围为5-65-6。4.4.（3 3）放线菌的适宜）放线菌的适宜pHpH范围范围7.5-8.07.5-8.0。5.5.（4 4）氧化硫杆菌能）氧化硫杆菌能在在的的环境中生长。环境中生长。6.6.（5 5）一些嗜碱菌）一些嗜碱菌能在能在pH11.0pH11.0生长。生长。7.7.（6 6

21、）微生物细胞内部）微生物细胞内部pHpH一般保持在一般保持在中性。中性。43氧化硫杆菌能氧化硫杆菌能在在的的环境中生长。环境中生长。一些嗜碱菌一些嗜碱菌能在能在pH11.0pH11.0生长。生长。微生物细胞内部微生物细胞内部pHpH一般保持在中性。一般保持在中性。44几种微生物的几种微生物的pHpH适应范围适应范围 微生物微生物最低最低pH值值最适最适pH值值最高最高pH值值圆褐固氮菌圆褐固氮菌4.57.47.69.0大豆根瘤菌大豆根瘤菌4.26.87.011.0亚硝酸细菌亚硝酸细菌7.07.88.69.4氧化硫硫杆菌氧化硫硫杆菌1.02.02.84.06.0嗜酸乳杆菌嗜酸乳杆菌4.04.65

22、.86.06.8放线菌放线菌5.07.08.010.0酵母菌酵母菌3.05.06.08.0黑曲霉黑曲霉1.55.06.09.0452.pH2.pH影响微生物生长的原因影响微生物生长的原因（1 1）氢离子影响细胞膜中的酶活性）氢离子影响细胞膜中的酶活性;（2 2）pHpH值影响培养基中有机化合物的离值影响培养基中有机化合物的离子化子化,从而间接影响微生物从而间接影响微生物（3 3）pHpH值影响一些物质（值影响一些物质（FeFe2+2+,Mn,Mn2+2+等）等）的溶解度的溶解度463.微生物代谢对环境的影响（1）微生物发酵糖类产生有机酸：氧化硫杆菌代谢生成硫酸。（2）微生物对含氮有机物的分解产

23、成碱。4.pH的控制（1）培养基中加入缓冲微生物质。（2）培养基中加入“备用碱”。（碳酸钙）（3）培养过程中流加酸或碱。（大规模培养）47三、水三、水几类微生物生长的最适几类微生物生长的最适a aww微生物类群微生物类群aw一般细菌一般细菌0.91酵母菌酵母菌0.88霉菌霉菌0.80嗜盐细菌嗜盐细菌0.76嗜盐真菌嗜盐真菌0.65嗜高渗酵母嗜高渗酵母0.6048四、氧和和氧化性还原电位（一）氧1.氧对微生物的影响主要有三种作用：(1)可作为生物氧化的最终电子受体。(2)对生物体产生毒害作用(3)影响环境中和生物体中的氧化还原电位。492.根据氧对微生物的不同作用可将微生物分为以下五类：(1)(

24、1)严格好氧严格好氧氧气是好氧性微生物呼吸的最终电子受体，是不可缺少的生活 条件。(2)(2)微好氧微好氧只需要少量氧气(210氧气)。50(3)(3)厌氧厌氧必需在缺氧的环境中生活，氧气对严格厌氧性微生物有毒害作用。(4)(4)兼性厌氧兼性厌氧适应范围广，在有氧无氧的环境中均能生长。(5)(5)耐氧耐氧不需要氧气，但氧气的存在对它们没有毒害作用。513.3.氧对厌氧微生物产生毒害作用的机理氧对厌氧微生物产生毒害作用的机理（1）氧在还原过程中的各种中间产物OO2 2+e +e-O O2 2-（超氧化物）超氧化物）OO2 2-+e+e-+2H +2H+H H2 2OO2 2 （过氧化氢）（过氧化

25、氢）H H2 2OO2 2 -+e+e-+H +H+H H2 2OO +OH+OHOH+e OH+e-+H +H+2 H 2 H2 2OO52（2 2）微生物的解毒作用微生物的解毒作用产生超氧化物岐化酶产生超氧化物岐化酶 ：2O2O2 2-+2H+2H+超氧化物岐化酶超氧化物岐化酶 H H2 2OO2 2+O+O2 2产生过氧化氢酶：产生过氧化氢酶：2H2H2 2OO2 2 过氧化氢酶过氧化氢酶 H H2 2O+OO+O2 2总反应：总反应：4O4O2 2-+2H+2H+2 H2 H2 2O+3OO+3O2 253（二）氧化还原电位势（二）氧化还原电位势(Eh)(Eh)1.1.不同种类的微生物

26、生长的不同种类的微生物生长的EhEh范围范围好氧微生物：好氧微生物：+0.1 V+0.1 V；最适；最适+0.3+0.4V+0.3+0.4V；厌氧微生物：厌氧微生物：-0.1V;-0.1V;产甲烷细菌：产甲烷细菌：-330 mV-330 mV；542.影响氧化还原电位的因子(1)分子态氧的影响，(2)培养基中氧化原物质的影响。(3)微生物本身的代谢作用 55辐射的杀菌和诱变作用辐射的杀菌和诱变作用辐射能一般对微生物细胞有杀伤作用，可辐射能一般对微生物细胞有杀伤作用，可用于进行微生物的灭菌处理。用于进行微生物的灭菌处理。辐辐射射也也能能造造成成细细胞胞DNADNA的的损损伤伤，引引起起微微生生物

27、突变。故也可用于菌种的诱变育种。物突变。故也可用于菌种的诱变育种。561.1.紫外线（紫外线（130-360nm)130-360nm)特点：特点：(1)1)波长为波长为250280250280nmnm波长的紫外线杀菌波长的紫外线杀菌力最强。力最强。(2)(2)主要作用于主要作用于DNADNA，能形成胸腺嘧啶二能形成胸腺嘧啶二聚体。聚体。(3)(3)有光复活作用。有光复活作用。(4)4)穿透能力差，适合于空气和物体表面穿透能力差，适合于空气和物体表面的灭菌。的灭菌。572.电离辐射(1)种类：X-射线与-射线、-射线和-射线(2)杀菌原理：射线引起环境中和细胞中水分子分解，并产生自由基。生成的自

28、由基能与细胞中的敏感大分子反应并使之失活。58六、超声波六、超声波超声波可通过其高频率震动与细胞振动的超声波可通过其高频率震动与细胞振动的不和谐而造成细胞周围环境的局部真空，不和谐而造成细胞周围环境的局部真空，导致细胞周围压力的极大变化，这种压力导致细胞周围压力的极大变化，这种压力变化促使细胞破裂，引起机体死亡。变化促使细胞破裂，引起机体死亡。微生物细胞破碎常用方法微生物细胞破碎常用方法59七、化学药物七、化学药物1.1.氧化剂：氧化剂：KMnOKMnO4 4、H H2 2OO2 2、ClCl2 2等等2.2.还原剂：甲醛等还原剂：甲醛等3.3.表面活性剂：表面活性剂：乙醇、酚、来苏儿等乙醇、

29、酚、来苏儿等4.4.重金属盐类：重金属盐类：0.1%HgCl0.1%HgCl2 2、AgNOAgNO3 3等等5.5.其它化学药物：其它化学药物：1%KOH 1%KOH、1%H1%H2 2SOSO4 4、结晶紫等结晶紫等6.6.化学疗剂化学疗剂(1)(1)抗生素抗生素(2)(2)抗谢物抗谢物60二.微生物的抗逆性（一）抗药性 获得抗药性质粒 产生降解酶，使药物失去活性 通过基因突变 修饰和改变药物作用靶位 改变细胞对药剂的渗透性 形成救护途径 6162（二）微生物对高温的抗性（三）微生物对极端 pH 值的抗性（四）微生物对重金属离子毒害的抗性 改变细胞膜透性，阻止其进入细胞 产生螯合剂，抵抗金属离子的毒害 酶促反应，转变有毒物质为无毒化合物 63第五章第五章微生物的生长和环境条件微生物的生长和环境条件结束结束64