微生物的生长与控制1.pptx

Chap.6 Chap.6 微生物的生长与控制微生物的生长与控制1.1.测定生长繁殖的方法测定生长繁殖的方法2.2.微生物的生长规律微生物的生长规律3.3.影响微生物生长的主要因素影响微生物生长的主要因素4.4.微生物培养法微生物培养法5.5.有害微生物的控制有害微生物的控制生长的定义生长的定义Growth is defined as an increase in cellular constituents and may result in an increase in a microorganisms size,population number,or both.微生物数量和重量的增加。微生物数量和重量的增加。微生物生长特点微生物生长特点-平衡生长平衡生长-生长与繁殖联系生长与繁殖联系-用群体指标反映（研究）生长用群体指标反映（研究）生长一、测定生长繁殖的方法一、测定生长繁殖的方法 （一）测生长量：（一）测生长量：适用一切微生物适用一切微生物1 1测体积测体积2 2称干重称干重3 3间接法：比浊法、间接法：比浊法、生理指标法生理指标法（N,C,P,DNA,ATPN,C,P,DNA,ATP等）等）（二）计繁殖数（二）计繁殖数1 1、直接法：、直接法：血球计数板法血球计数板法（常用）（常用）Petroff-HausserPetroff-Hausser 计数板计数板局限性局限性2 2、间接法：（活菌计数法）、间接法：（活菌计数法）平板计数法：菌落形成单位（平板计数法：菌落形成单位（CFUCFU）最大可能数量法（最大可能数量法（MPNMPN）供测样品通过稀释接种于液体选择培养基中供测样品通过稀释接种于液体选择培养基中,然后根然后根据生长与否据生长与否,通过统计学方法计算出微生物数量的一通过统计学方法计算出微生物数量的一种计数方法。种计数方法。膜过滤培养法膜过滤培养法22、微生物的生长规律、微生物的生长规律一、个体生长与同步生长一、个体生长与同步生长个体水平研究：个体水平研究：-超薄切片超薄切片 -显微摄影技术显微摄影技术-同步生长（培养）：同步生长（培养）：细胞群体中每个个细胞群体中每个个 体处于同样的细胞生体处于同样的细胞生长、分裂周期状态。长、分裂周期状态。如何研究芽孢的个体发育？如何研究芽孢的个体发育？同步培养方法同步培养方法诱导法：变换温度、光脉冲、营养供应诱导法：变换温度、光脉冲、营养供应机械筛选法机械筛选法（Helmstetter-cummingsHelmstetter-cummings的膜的膜洗脱技术洗脱技术）二、典型生长曲线二、典型生长曲线描述单细胞微生物群体生长规律的曲线。描述单细胞微生物群体生长规律的曲线。绘制曲线条件绘制曲线条件1 1）分批培养）分批培养2 2）细胞数目的对）细胞数目的对数为纵坐标数为纵坐标 根据生长速率常数（根据生长速率常数（R=n/tR=n/t2 2-t-t1 1）划分：）划分：1 1）延滞期：生长速率常数为零，仅个体变化）延滞期：生长速率常数为零，仅个体变化 对策：对策：-采用对数期种子采用对数期种子(种子的活化）种子的活化）-增大接种量增大接种量-采用营养丰富培养基采用营养丰富培养基 2)2)指数期指数期:生长速率最大生长速率最大 个体和群体生长特点：个体和群体生长特点：三个重要参数三个重要参数:n:n、R R、G G影响指数期代时长短的因素影响指数期代时长短的因素1 1）菌种）菌种2 2）营养成分）营养成分3 3）营养物浓度（生长限制因子存在与否）营养物浓度（生长限制因子存在与否）指数期指数期MM的应用的应用作为代谢、生理研究的良好材料作为代谢、生理研究的良好材料（生理特性较一致，细胞（生理特性较一致，细胞 成成 分平衡分平衡发展，生长速率恒定）。发展，生长速率恒定）。增殖噬菌体的最适宿主菌龄。增殖噬菌体的最适宿主菌龄。发酵生产中作为种子的最佳种龄。发酵生产中作为种子的最佳种龄。3 3稳定期（最高生长期）稳定期（最高生长期）:R=0:R=01）菌体产量达最高；菌体产量达最高；2 2）次生代谢产物合成）次生代谢产物合成 3）菌体生长产量常数菌体生长产量常数 ：消耗单位营养物质：消耗单位营养物质 获得的菌体产量。获得的菌体产量。Y=Y=（x x菌体干重，菌体干重，c c限限 制性营养物浓度）制性营养物浓度）同样可计算产物得率常数（转化率）原因：原因：营养物质耗尽营养物质耗尽 营养物比例失调（营养物比例失调（C/NC/N不合适）不合适）有害代谢物积累有害代谢物积累pHpH氧化还原势等物化条件不适宜。氧化还原势等物化条件不适宜。4 4衰亡期衰亡期:R:R为负值为负值个体死亡速度新生的速度，个体死亡速度新生的速度，群体呈现负生长群体呈现负生长三、微生物的连续培养三、微生物的连续培养连续生长连续生长:在反应器中不断地流加新鲜培养液在反应器中不断地流加新鲜培养液,同同时不断排出发酵液时不断排出发酵液,使培养物达到动态平使培养物达到动态平衡衡,微生物长期保持在指数期的平衡生长微生物长期保持在指数期的平衡生长状态和衡定的生长速率上状态和衡定的生长速率上,该生长方式称该生长方式称之为连续生长。之为连续生长。恒浊器（控制菌体密度）恒浊器（控制菌体密度）菌体浓度菌体浓度，浊度，浊度，控制使流速控制使流速；结果：结果：菌体密度恒定；菌体密度恒定；生长速率恒定生长速率恒定(最快最快)恒化器（控制培养基流速）恒化器（控制培养基流速）限制性营养物浓度恒定，流速恒定；限制性营养物浓度恒定，流速恒定；结果：结果：生长速率恒定；生长速率恒定；工作原理：培养液浊度与菌浓度成正比工作原理：培养液浊度与菌浓度成正比限制性营养物与菌生长速度正比。限制性营养物与菌生长速度正比。控制方法：改变流速，使培养液浊度恒定控制方法：改变流速，使培养液浊度恒定流速恒定流速恒定流入培养基成分：各种营养成分都很充分流入培养基成分：各种营养成分都很充分限制性营养物浓度低，其他成分充分。限制性营养物浓度低，其他成分充分。容器内菌的生长速率：最大生长速率容器内菌的生长速率：最大生长速率低于最大生长速率低于最大生长速率恒浊器恒浊器 恒化器恒化器建议理解图表：建议理解图表：3.3.影响微生物生长的主要因素影响微生物生长的主要因素一、一、温度温度最适生长温度最适生长温度嗜冷菌：嗜冷菌：-10-102020中温菌：中温菌：20204545嗜热菌：嗜热菌：45456565极端嗜热菌：极端嗜热菌：6565超嗜热菌：超嗜热菌：8080113113常见微生物培养温度肠杆菌科：37C芽孢杆菌：30 C放线菌：28 C酵母菌：28 C土壤真菌：26-28 C二、氧气二、氧气1 1）专性好氧菌）专性好氧菌 只有在较高的氧浓度下才能生长的微生物。只有在较高的氧浓度下才能生长的微生物。2 2）兼性厌氧菌）兼性厌氧菌 以有氧生长为主，但也可在厌氧下生长的以有氧生长为主，但也可在厌氧下生长的 微生物。微生物。3 3）微好氧菌）微好氧菌 仅在较低氧分压下才能生长的微生物仅在较低氧分压下才能生长的微生物。4 4）耐氧菌）耐氧菌 可在有氧下进行发酵产能的微生物。可在有氧下进行发酵产能的微生物。5 5）厌氧菌）厌氧菌 仅能在厌氧条件下生长、分子态氧对其仅能在厌氧条件下生长、分子态氧对其 有毒害作用的一类微生物。有毒害作用的一类微生物。55类微生物的判断试验（半固体琼脂柱）类微生物的判断试验（半固体琼脂柱）厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害机制-自由基自由基 理论：理论：生物体内存在着超氧阴离子等自由基，生物体内存在着超氧阴离子等自由基，（,OH,OH.,cl,cl.,等等)非常活泼，反应力极非常活泼，反应力极强，可对细胞内各种生物活性的大分子强，可对细胞内各种生物活性的大分子和细胞膜产生破坏作用，引起细胞的死和细胞膜产生破坏作用，引起细胞的死亡。亡。-SOD-SOD（超氧化物歧化酶）学说（超氧化物歧化酶）学说厌氧菌缺乏厌氧菌缺乏SODSOD，受超氧阴离子自由基（，受超氧阴离子自由基（）毒害，引起生物高分子和膜破坏作用；毒害，引起生物高分子和膜破坏作用；+2H2H+一切好氧一切好氧/耐氧耐氧SODSODH H2 2O+OO+O2 2 H H2 2OO2 2+O+O2 2NADHNADH2 2 NAD NAD（过氧化物酶）（过氧化物酶）耐氧菌耐氧菌 2H2H2 2OO （过氧化氢酶）（过氧化氢酶）55类微生物的氧化酶系类微生物的氧化酶系类型类型 产能产能 SOD SOD 过氧化氢酶过氧化氢酶 过氧化物酶过氧化物酶 好氧菌好氧菌 呼吸呼吸 +-+-兼性兼性 呼吸、呼吸、+-+-发酵发酵微好氧微好氧 呼吸呼吸 +-+-耐氧耐氧 发酵发酵 +-+-+厌氧厌氧 发酵、发酵、-无氧等无氧等三、三、pHpH多数真菌、酵母菌多数真菌、酵母菌pH5-6pH5-6、放线菌、放线菌pH7-8pH7-8。发酵生产对发酵生产对pHpH的控制：的控制：pHpH改变及控制：改变及控制：1 1、培养基中性成分被、培养基中性成分被MM利用，一般随利用，一般随 培养时间延长，变酸培养时间延长，变酸2 2、与培养基、与培养基C/NC/N比值有关，比值有关，C/NC/N高（真菌培养基），培养后高（真菌培养基），培养后pHpH；C/NC/N低（部分细菌），培养后低（部分细菌），培养后pHpH；3 3、发酵生产控制：酸碱中和；结合补料调节；、发酵生产控制：酸碱中和；结合补料调节；改变通气量改变通气量 3.3.微生物培养方法微生物培养方法一、好气菌的培养一、好气菌的培养1 1）实验室常用培养方法及用途）实验室常用培养方法及用途 -试管斜面（固）试管斜面（固）-琼脂平板（固）琼脂平板（固）-摇瓶培养摇瓶培养 （液）（液）2 2）生产常用培养方法及用途）生产常用培养方法及用途 固体发酵：固体发酵：曲法培养曲法培养 固体发酵罐固体发酵罐液体发酵：浅盘培养液体发酵：浅盘培养 深层液体通气培养（发酵罐）深层液体通气培养（发酵罐）二、厌氧菌的培养二、厌氧菌的培养 1 1）厌氧罐）厌氧罐n GasPak GasPak 产气袋工作原理产气袋工作原理wH2+O2 H2O 钯粒2 2）厌氧手套箱）厌氧手套箱5.5.有害微生物的控制有害微生物的控制一、概念一、概念*灭菌：除去或杀灭所有的微生物。灭菌：除去或杀灭所有的微生物。*消毒：除去或杀灭病原微生物。消毒：除去或杀灭病原微生物。*防腐：抑制食品或生物制品霉腐微生物防腐：抑制食品或生物制品霉腐微生物 的生长。的生长。*化疗：化疗：利用高选择毒力的化学物质抑制病原利用高选择毒力的化学物质抑制病原 微生物的生长而达到治疗传染病的措施。微生物的生长而达到治疗传染病的措施。二、高温灭菌种类及操作二、高温灭菌种类及操作1.1.干热灭菌法：干热灭菌法：160160，1.5h1.5h，烘箱；接种环火焰灼烧。，烘箱；接种环火焰灼烧。2 2湿热灭菌法：湿热灭菌法：常压法常压法巴氏消毒法、煮沸消毒法、间歇灭菌法。巴氏消毒法、煮沸消毒法、间歇灭菌法。加压法加压法常规加压灭菌法，连续加压灭菌法常规加压灭菌法，连续加压灭菌法 （连消法）。（连消法）。高温的不利影响高温的不利影响梅拉特反应：高温下氨基化合物与糖类的羰基梅拉特反应：高温下氨基化合物与糖类的羰基 产生的褐变反应。产生的褐变反应。高温有害影响的防止高温有害影响的防止 1 1）特殊加热灭菌法：分消、低压灭菌、连消）特殊加热灭菌法：分消、低压灭菌、连消 2 2）过滤除菌法）过滤除菌法膜膜滤滤器器三、化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂三、化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂最低抑菌浓度（最低抑菌浓度（MICMIC）：）：在一定的条件下，某化在一定的条件下，某化学药剂抑制特定微生物学药剂抑制特定微生物的最低浓度。的最低浓度。半致死剂量（半致死剂量（LDLD5050）：）：在一定的条件下，某化在一定的条件下，某化学药剂杀死学药剂杀死50%50%试验动试验动物的剂量。物的剂量。(二）常用消毒剂-植物体表：升汞、次氯酸钠、75%乙醇-空气：紫外、甲醛KMnO4、过氧乙酸-物品，粪便：卤化物-环境：福尔马林、酚比较标准：酚系数四、抗代谢药物四、抗代谢药物 抗代谢药物抗代谢药物 又称代谢拮抗物或代谢类似物。指一又称代谢拮抗物或代谢类似物。指一类在化学结构上与细胞内必要代谢物结类在化学结构上与细胞内必要代谢物结构相似，并可干扰正常代谢活动的化学构相似，并可干扰正常代谢活动的化学物质。物质。病原菌：二氢喋啶酰焦磷酸病原菌：二氢喋啶酰焦磷酸+PABA+PABA 二氢碟酸合成酶二氢碟酸合成酶 二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶 二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶四氢叶酸（四氢叶酸（COF,COF,转移转移-碳基的重要辅酶）碳基的重要辅酶）磺胺与病原菌生长因子（磺胺与病原菌生长因子（PABAPABA）结构类似，可竞争性地与另一）结构类似，可竞争性地与另一 底物底物 （二氢喋啶酰焦磷酸）结合，产生假二氢叶酸（二氢喋啶酰焦磷酸）结合，产生假二氢叶酸 而无法合成而无法合成 四氢叶酸四氢叶酸抗药菌株抗药菌株磺胺类药物：对氨基苯甲酸（磺胺类药物：对氨基苯甲酸（PABAPABA）类似物）类似物 人类缺四氢叶酸合成有关酶类，必须在营养人类缺四氢叶酸合成有关酶类，必须在营养 物中直接提供。因此，磺胺对人物中直接提供。因此，磺胺对人 类无毒。类无毒。建议读物（三）抗生素（三）抗生素微生物或其他生物生命活动中合成的次级微生物或其他生物生命活动中合成的次级 代谢产物或人工合成衍生物，在很低的浓底时代谢产物或人工合成衍生物，在很低的浓底时 就能抑制或干扰它种生物生命活动，因而可作就能抑制或干扰它种生物生命活动，因而可作 为优良化学治疗剂。为优良化学治疗剂。抗菌谱：抗菌范围抗菌谱：抗菌范围 抗生素效价抗生素效价 用生物学方法表示的抗生素活力，常用国际用生物学方法表示的抗生素活力，常用国际单位表示。单位表示。效价的测定：扩散法琼脂扩散法：纸片法管碟法管碟法建议读物