微生物的生长繁殖与生长因子.ppt

微生物的生微生物的生长繁殖与生繁殖与生长因子因子第一节第一节 微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖一、微生物生长繁殖的概念一、微生物生长繁殖的概念微生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养物质，按照自己微生物在适宜的环境条件下，不断吸收营养物质，按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动。正常情况下，同化作用大于的代谢方式进行新陈代谢活动。正常情况下，同化作用大于异化作用，微生物的细胞不断迅速增长，这叫做生长。当细异化作用，微生物的细胞不断迅速增长，这叫做生长。当细胞个体生长到一定程度时，由一个亲代细胞分裂为两个大小、胞个体生长到一定程度时，由一个亲代细胞分裂为两个大小、形状与亲代细胞相似的子细胞，使得个体数目增加，这是单形状与亲代细胞相似的子细胞，使得个体数目增加，这是单细胞微生物的繁殖。从生长到繁殖这个由量变到质变的过程细胞微生物的繁殖。从生长到繁殖这个由量变到质变的过程叫发育。叫发育。细菌两次分裂之间的时间，称为世代时间。细菌两次分裂之间的时间，称为世代时间。一、测生长量一、测生长量直接法直接法间接法间接法比例计数法比例计数法血球计数法血球计数法测体积测体积称干重称干重比浊法比浊法生理指标法生理指标法直接法直接法间接法间接法液体稀释法液体稀释法平板菌落计数法平板菌落计数法二、测繁殖数二、测繁殖数二、测定微生物繁殖的方法二、测定微生物繁殖的方法一、细菌的个体生长和同步生长一、细菌的个体生长和同步生长1、同步培养（、同步培养（synchronous culture）：即设法使群体中的所有）：即设法使群体中的所有细胞尽可能都处于同样细胞生长和细胞尽可能都处于同样细胞生长和分裂同期中，然后分析此群体的各分裂同期中，然后分析此群体的各种生物化学特征，从而了解单个细种生物化学特征，从而了解单个细胞所发生的变化。胞所发生的变化。2、同步生长（、同步生长（synchronous growth）：）：通过同步培养而使细胞群体处于分通过同步培养而使细胞群体处于分裂步调的状态，就称同步生长。裂步调的状态，就称同步生长。三、典型生长曲线三、典型生长曲线1、典型生长曲线：、典型生长曲线：将菌种接种在液体培将菌种接种在液体培养基中隔一定时间取样，养基中隔一定时间取样，计算菌数，以菌数的对数计算菌数，以菌数的对数为纵坐标，生长时间为横为纵坐标，生长时间为横坐标作图。坐标作图。包括延滞期、指数期、稳包括延滞期、指数期、稳定期和衰亡期等四个时期定期和衰亡期等四个时期R(生长速率常数生长速率常数)=分裂次分裂次数数(代代)/单位时间单位时间霉菌的生长曲线是否是典型生长曲线？霉菌的生长曲线是否是典型生长曲线？固体培养基表面菌落是否为典型生长曲线？固体培养基表面菌落是否为典型生长曲线？根据细菌生长繁殖速率将生长曲线分四个阶段：根据细菌生长繁殖速率将生长曲线分四个阶段：缓慢期缓慢期 对数期对数期 稳定期稳定期 衰亡期衰亡期四、细菌分批培养群体生长规律四、细菌分批培养群体生长规律缓慢期（延迟期、滞留适应期）缓慢期（延迟期、滞留适应期）滞留适应期滞留适应期特点：分裂迟缓、代谢活跃。特点：分裂迟缓、代谢活跃。产生原因：产生原因：（2）细胞分裂必需因子的缺乏细胞分裂必需因子的缺乏（1）接种时的机械损伤引）接种时的机械损伤引4、菌株的遗传性、菌株的遗传性影响滞留适应期长短的因素影响滞留适应期长短的因素1、培养基成分、培养基成分2、接种物菌龄、接种物菌龄3、接种量、接种量1 特点：特点：细胞数目不增加细胞数目不增加(R=0)细胞长、大细胞长、大代谢旺盛代谢旺盛(RNA含量增加含量增加)诱导酶迅速合成诱导酶迅速合成对不良条件敏感，抵抗力降低对不良条件敏感，抵抗力降低2 影响因素影响因素菌种菌种接种龄：即接种龄：即“种子种子”的群体生长年龄，即处在生长曲线上的哪一个阶段，的群体生长年龄，即处在生长曲线上的哪一个阶段，这是一种生理年龄。这是一种生理年龄。接种量：接种量的大小明显影响延滞期的长短。接种量：接种量的大小明显影响延滞期的长短。种子培养基成分：接种到营养丰富的天然培养基中的微生物，要比接种子培养基成分：接种到营养丰富的天然培养基中的微生物，要比接种到营养单调的组分培养基中的延滞期短。种到营养单调的组分培养基中的延滞期短。对数期（指数生长期）对数期（指数生长期）特点：特点：（1）代谢活性强）代谢活性强 （2）世代时短而稳定）世代时短而稳定对数生长期对数生长期1 特点：特点：生长速率常数最大，繁殖数生长速率常数最大，繁殖数 死亡数死亡数代时短，即细胞每分裂一次所需的代时代时短，即细胞每分裂一次所需的代时G（增代时间，（增代时间，generation time）或原生质增加一倍所需的倍增时间（）或原生质增加一倍所需的倍增时间（doubling time）最短）最短.成分均匀成分均匀酶活力高，酶系活跃，代谢旺盛。酶活力高，酶系活跃，代谢旺盛。2 三个重要参数三个重要参数对数期（指数生长期）对数期（指数生长期）Nt=2n N0n=3.33(lgNt-lgN0)G=t/n=0.301t/(lgNt-lgN0)n繁殖代数繁殖代数 G世代时世代时(每繁殖一代所需的时间每繁殖一代所需的时间)N0对数生长期开始微生物数量对数生长期开始微生物数量 Nt对数生长期经过时间对数生长期经过时间t后微生物数量后微生物数量稳定期（最高生长量期）稳定期（最高生长量期）特点：特点：1、细菌数量增加率为、细菌数量增加率为0。2、部分细菌大量积累代谢产物。、部分细菌大量积累代谢产物。细菌数量增加率为细菌数量增加率为0的原因的原因1 特点：特点：细胞数目不增加（细胞数目不增加（R=0），即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数），即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。菌体产量达到了最高点，而且菌体产量与营养物质的消耗间呈现出菌体产量达到了最高点，而且菌体产量与营养物质的消耗间呈现出一定的比例关系一定的比例关系细胞长、大细胞长、大代谢旺盛代谢旺盛(RNA含量增加含量增加)诱导酶迅速合成诱导酶迅速合成对不良条件敏感，抵抗力降低对不良条件敏感，抵抗力降低2 稳定期到来的原因主要是稳定期到来的原因主要是：营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物的比例失调，如营养物的比例失调，如 CN比值不合适；比值不合适；酸、醇、毒素或酸、醇、毒素或 H20等有害代谢产物的累积；等有害代谢产物的累积；pH、氧化还原势等物化条件越来越不适宜。、氧化还原势等物化条件越来越不适宜。3 应用应用 稳定期是以生产菌体或与菌稳定期是以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物，体生长相平行的代谢产物，例如单细胞蛋白、乳酸等为例如单细胞蛋白、乳酸等为目的的一些发酵生产的最佳目的的一些发酵生产的最佳收获期，也是对某些生长因收获期，也是对某些生长因子例如维生素和氨基酸等进子例如维生素和氨基酸等进行生物测定的必要前提。此行生物测定的必要前提。此外，由于对稳定期到来的原外，由于对稳定期到来的原因进行研究，还促进了连续因进行研究，还促进了连续培养技术的设计和研究培养技术的设计和研究。衰亡期衰亡期1 特点：特点：个体死亡的速度超过新生的速度个体死亡的速度超过新生的速度(繁殖数繁殖数死亡数死亡数)，整个，整个群体就呈现出负生长（群体就呈现出负生长（R合成速度合成速度什么时期菌体代谢产物最多什么时期菌体代谢产物最多什么时期细菌细胞代谢活性最强什么时期细菌细胞代谢活性最强什么时候细菌细胞总数最多什么时候细菌细胞总数最多什么时期细菌细胞生长速度最快什么时期细菌细胞生长速度最快什么时期世代时间短而稳定什么时期世代时间短而稳定对数生长期对数生长期最高生长量最高生长量最高生长量最高生长量对数生长期对数生长期对数生长期对数生长期小小 结结五、连续培养五、连续培养 以一定流速输入新鲜培养液并流出培养物，确保流出以一定流速输入新鲜培养液并流出培养物，确保流出的老菌数等于新增殖数，使培养保持对数生长的过程。的老菌数等于新增殖数，使培养保持对数生长的过程。优优 点：一定生理状态实验材料点：一定生理状态实验材料 提高工业生产效益提高工业生产效益 连续培养（continuous culture）又称开放培养（open culture），是相对于上述绘制典型生长曲线时所采用的那种单批培养（batch culture）或密闭培养（closed culture）而言的。原理：通过认识稳定期到来，并采取相应的有效措施：反“稳定期”的到来。保持细菌培养液浊度保持细菌培养液浊度恒浊培养恒浊培养三、连续培养三、连续培养保持细菌培养液营养物质保持细菌培养液营养物质浓度浓度恒化培养恒化培养恒法器（恒法器（turbidostat）这是根据培养器内微生物的生长）这是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，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的连续培养器。在恒密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。在恒浊器中的微生物，始终能以最高生长速率进行生长，并可浊器中的微生物，始终能以最高生长速率进行生长，并可在允许范围内控制不同的菌体密度。在允许范围内控制不同的菌体密度。恒恒化化器器（chemostat或或bactosen）与与恒恒浊浊器器相相反反，恒恒化化器器是是一一种种设设法法使使培培养养液液流流速速保保持持不不变变，并并使使微微生生物物始始终终在在低低于于其其最最高高生生长长速速率率条条件件下下进进行行生生长长繁繁殖殖的的一一种种连连续续培培养养装装置。置。分批培养与连续培养特征的比较分批培养与连续培养特征的比较相同点：相同点：群体培养特征群体培养特征不同点：不同点：分批培养：经历四个时期分批培养：经历四个时期 连续培养：理论上，对数生长期连续培养：理论上，对数生长期同步培养同步培养通过诱导或选择，使所有细胞处于同一生长阶段。通过诱导或选择，使所有细胞处于同一生长阶段。低于适温度低于适温度 适温培养适温培养 2、选择法：、选择法：滤膜过滤滤膜过滤1、诱导法：、诱导法：控制温度、培养基成分等控制温度、培养基成分等获得同步培养的方法获得同步培养的方法硝酸纤维薄膜法硝酸纤维薄膜法同步培养生长曲线特点同步培养生长曲线特点群体生长是一次性跳跃过程群体生长是一次性跳跃过程第二节第二节 微生物的生存因子微生物的生存因子极端环境条件对微生物的影响极端环境条件对微生物的影响 死死 亡亡环境条件一定范围的变化，影响环境条件一定范围的变化，影响形态形态生理生理生长生长繁殖繁殖温度温度O2氧化还原电位氧化还原电位水分水分辐射辐射化学药物化学药物pH影响微生物生长的主要环境因子影响微生物生长的主要环境因子一、温度一、温度1、温度对微生物生长的影响、温度对微生物生长的影响微生物的生长温度类型微生物的生长温度类型低低 温温 型型中中 温温 型型高高 温温 型型温度对微生物生长的影响温度对微生物生长的影响高温：蛋白质变性高温：蛋白质变性 酶失活酶失活 核糖体解体核糖体解体 致死时间、致死温度致死时间、致死温度低温：酶活性下降、新陈代谢缓慢低温：酶活性下降、新陈代谢缓慢微生物的三种基本温度微生物的三种基本温度最低生长温度最低生长温度最高生长温度最高生长温度最适生长温度最适生长温度2、高温灭菌、高温灭菌高温灭菌高温灭菌湿热灭菌湿热灭菌干热灭菌：干燥条件，干热灭菌：干燥条件，160维持维持1-2h。高压蒸汽灭菌法：密闭条件下，水加热蒸发形成高压高压蒸汽灭菌法：密闭条件下，水加热蒸发形成高压 的同时产生高温。利用高温杀死菌。的同时产生高温。利用高温杀死菌。巴斯德消毒法：采用巴斯德消毒法：采用60-70的温度处理的温度处理15-30min 的消毒方法。的消毒方法。间歇灭菌法：间歇灭菌法：100，30-60min 冷却，冷却，37培养培养1d反复三次反复三次3、低温保藏、低温保藏菌种保存（试管斜面或孢子砂土管）菌种保存（试管斜面或孢子砂土管）食品保藏食品保藏特例：流感杆菌、脑膜炎球菌特例：流感杆菌、脑膜炎球菌二、氧化还原电位（二、氧化还原电位（Eh）好气性微生物好气性微生物 Eh0.1V，而以，而以0.3-0.4v为宜为宜兼性厌气微生物兼性厌气微生物Eh0.1v行好气呼吸行好气呼吸厌气性微生物厌气性微生物Eh值值0.1V以下以下 三、水分三、水分1、水分对微生物生长的影响：、水分对微生物生长的影响：霉菌最适水的活度值：霉菌最适水的活度值：0.802、应用：、应用：干燥法保存物品、食品的冷冻干燥干燥法保存物品、食品的冷冻干燥水的活度小于水的活度小于0.60-0.70时时休眠、部分出现细胞脱水、蛋白质变性休眠、部分出现细胞脱水、蛋白质变性（多数微生物）（多数微生物）四、辐四、辐 射射 辐射：能量通过空间传递的一种物理现象。辐射：能量通过空间传递的一种物理现象。1、可见光：（、可见光：（400nm800nm）对微生物的作用：对微生物的作用：光氧化作用：光氧化作用：有氧条件下，光线被细有氧条件下，光线被细胞内色素吸收，使酶或其它敏感成分胞内色素吸收，使酶或其它敏感成分失活引起的微生物死亡。失活引起的微生物死亡。（3）光氧化作用。）光氧化作用。（1）能源）能源（2）刺激担子菌子实体形成）刺激担子菌子实体形成2、紫外线：、紫外线：杀菌波长范围：杀菌波长范围：240300nm 杀菌力最强范围：杀菌力最强范围：255265nm 紫外线杀菌特点：紫外线杀菌特点：穿透力弱，用作穿透力弱，用作表面消毒表面消毒或或空气灭菌空气灭菌 3、电离辐射、电离辐射高能电磁波照射后发生的电离作用。高能电磁波照射后发生的电离作用。电离辐射对微生物的作用：电离辐射对微生物的作用：粮食、果蔬、畜禽产品、饮料以及卫生材料杀菌处理粮食、果蔬、畜禽产品、饮料以及卫生材料杀菌处理低剂量（低剂量（500伦琴）：促进生长、诱发变异伦琴）：促进生长、诱发变异高剂量（高剂量（10万伦琴）：杀菌作用万伦琴）：杀菌作用实际应用：实际应用：（X射线、射线、射线等）射线等）五、溶解氧五、溶解氧五、溶解氧五、溶解氧根据微生物与分子氧的关系，将微生物分为好氧微生物、兼性厌氧根据微生物与分子氧的关系，将微生物分为好氧微生物、兼性厌氧根据微生物与分子氧的关系，将微生物分为好氧微生物、兼性厌氧根据微生物与分子氧的关系，将微生物分为好氧微生物、兼性厌氧微生物以及厌氧微生物微生物以及厌氧微生物微生物以及厌氧微生物微生物以及厌氧微生物（1 1）好氧微生物与氧的关系）好氧微生物与氧的关系）好氧微生物与氧的关系）好氧微生物与氧的关系（2 2）兼性厌氧微生物与氧的关系）兼性厌氧微生物与氧的关系）兼性厌氧微生物与氧的关系）兼性厌氧微生物与氧的关系六、六、pH值值 缓冲液缓冲液内源性内源性 备用碱备用碱:CaCO3 外加调节：直接加酸、碱外加调节：直接加酸、碱(工业适用工业适用)等克分子量，等克分子量，pH值为值为6.8KH2PO4K2HPO4七、氧气七、氧气1 微生物与微生物与O2关系关系2厌氧菌受氧毒害机制厌氧菌受氧毒害机制八、化学药物八、化学药物1、重金属盐类、重金属盐类 杀菌机理：杀菌机理：杀菌机理：杀菌机理：与带阴电荷的菌体蛋白质结合使其变性与带阴电荷的菌体蛋白质结合使其变性（Hg、Ag盐，与细菌酶蛋白的盐，与细菌酶蛋白的巯基巯基结合）结合）2、有机化合物、有机化合物（酚、醇、醛）（酚、醇、醛）蛋白质变性蛋白质变性损伤细胞壁和膜损伤细胞壁和膜抑制酶系统（脱氢酶、氧化酶等）；抑制酶系统（脱氢酶、氧化酶等）；杀菌机理：杀菌机理：使蛋白质巯基氧化使蛋白质巯基氧化(成二硫基成二硫基)2RSH+2X RSSR+2XH 杀菌机理：杀菌机理：漂白粉漂白粉Ca(OCl)2及氯气及氯气：产生：产生次氯酸盐次氯酸盐和和原子氧原子氧；碘：与酶分子中的酪氨酸结合。碘：与酶分子中的酪氨酸结合。3、氧化剂、氧化剂（高锰酸钾、过氧化氢、过氧乙酸）（高锰酸钾、过氧化氢、过氧乙酸）4、卤素、卤素（Cl、I常见）常见）具有降低表面张力效应的物质。具有降低表面张力效应的物质。直接干扰病原微生物的生长繁殖并用于治疗感染性疾病的化学药物。直接干扰病原微生物的生长繁殖并用于治疗感染性疾病的化学药物。（选择性的杀菌或抑菌）（选择性的杀菌或抑菌）5、表面活性剂（、表面活性剂（新洁尔灭、消毒宁等）新洁尔灭、消毒宁等）杀菌机理：影响细胞生长、分裂杀菌机理：影响细胞生长、分裂6、化学治疗剂、化学治疗剂 抑制抑制叶酸叶酸合成合成 如：磺胺类药物等。如：磺胺类药物等。杀菌机理：杀菌机理：抑制抑制蛋白质蛋白质合成合成 如：链霉素，红霉素、四环素、氯霉素等如：链霉素，红霉素、四环素、氯霉素等抑制抑制肽聚糖肽聚糖合成合成 如：青霉素，万古霉素等。如：青霉素，万古霉素等。