微生物生长及其环境条件.pptx

第一节第一节纯培养微生物群体的生长纯培养微生物群体的生长细胞体积增大，逐渐发生量变的过程；细胞体积增大，逐渐发生量变的过程；生长生长细胞数目增多，并且产生新一代的过程。细胞数目增多，并且产生新一代的过程。繁殖繁殖群体生长群体生长 =个体生长个体生长 +个体繁殖个体繁殖微生物生长微生物生长一、获得纯培养的方法一、获得纯培养的方法从一个细胞繁殖得到的后代。从一个细胞繁殖得到的后代。纯培养（纯培养（pure culturepure culture）细菌：分离得到单个细胞，并形成一个菌落细菌：分离得到单个细胞，并形成一个菌落真菌：获得单个孢子，使之萌发产生菌丝体真菌：获得单个孢子，使之萌发产生菌丝体1 1、稀释平皿分离法、稀释平皿分离法 （一）稀释分离法（一）稀释分离法 2 2、平皿划线分离法、平皿划线分离法3 3、单细胞挑取法、单细胞挑取法 样品进行充分稀释样品进行充分稀释直接挑取单孢子（单细胞）直接挑取单孢子（单细胞）接种于培养基上形成菌落接种于培养基上形成菌落（二）选择性培养基的利用（二）选择性培养基的利用 加入结晶紫和加入结晶紫和青霉素青霉素分离分离G G-细菌；细菌；加入特定营养物质，选择所需微生物。加入特定营养物质，选择所需微生物。加入链霉素分离真菌；加入链霉素分离真菌；Mixed culturePure culture分离得到单菌落后要纯化分离得到单菌落后要纯化二、细菌群体生长的测量二、细菌群体生长的测量细胞数目的增加细胞数目的增加 细胞物质的增加细胞物质的增加 群体生长群体生长（一）细胞数量的测定（一）细胞数量的测定 1 1、细胞总数的测定（、细胞总数的测定（total counttotal count）（1 1）显微镜直接计数法）显微镜直接计数法缺点：缺点：不能区分死菌与活菌不能区分死菌与活菌 不适于对运动细菌的计数不适于对运动细菌的计数 需要相对高的细菌浓度需要相对高的细菌浓度 个体小的细菌难以观察个体小的细菌难以观察（2 2）比浊法）比浊法在一定波长下，测定菌悬液的光密度，在一定波长下，测定菌悬液的光密度，以光密度以光密度(optical density,(optical density,即即O.D.)O.D.)表示菌量。表示菌量。菌浓度与光密度成正比的线性范围菌浓度与光密度成正比的线性范围2、活菌数量的测定、活菌数量的测定（viable count）（1 1）稀释平皿测数法）稀释平皿测数法Viable cell count1.dilute sample1 ml9 ml10 100 1000 104 105 106 107cell/ml2.plate out 0.1 ml（2）最大概率法）最大概率法（most probable number,MPN)只能进行液体培养的微生物；只能进行液体培养的微生物；用液体鉴别培养基直接鉴用液体鉴别培养基直接鉴定并计数的微生物。定并计数的微生物。适适用用于于稀释度稀释度 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8重复数重复数 5 5 5 5 5 5出现生长的管数出现生长的管数 5 5 5 4 1 0数量指标数量指标数量指标数量指标近似值近似值近似值近似值数量指标数量指标数量指标数量指标近似值近似值近似值近似值10100 0 10 10-1-1 10 10-2-2 10 100 0 10 10-1-1 10 10-2-20 1 0 0.180 1 0 0.181 0 0 0.201 0 0 0.201 1 0 0.401 1 0 0.402 0 0 0.452 0 0 0.452 0 1 0.682 0 1 0.682 1 0 0.682 1 0 0.682 2 0 0.932 2 0 0.933 0 0 0.783 0 0 0.783 0 1 1.13 0 1 1.13 1 0 1.13 1 0 1.13 2 0 1.43 2 0 1.44 0 0 1.34 0 0 1.34 0 1 1.74 0 1 1.74 1 0 1.74 1 0 1.74 1 1 2.14 1 1 2.14 2 0 2.24 2 0 2.24 2 1 2.64 2 1 2.64 3 0 2.74 3 0 2.7 5 0 0 2.3 5 0 0 2.3 5 0 1 3.1 5 0 1 3.1 5 1 0 3.3 5 1 0 3.3 5 1 1 4.6 5 1 1 4.6 5 2 0 4.9 5 2 0 4.9 5 2 1 7.0 5 2 1 7.0 5 2 2 9.5 5 2 2 9.5 5 3 0 7.9 5 3 0 7.9 5 3 1 11.0 5 3 1 11.0 5 3 2 14.0 5 3 2 14.0 5 4 0 13.0 5 4 0 13.0 5 4 1 17.0 5 4 1 17.0 5 4 2 22.0 5 4 2 22.0 5 4 3 28.0 5 4 3 28.0 5 5 0 24.0 5 5 0 24.0 5 5 1 35.0 5 5 1 35.0 5 5 2 54.0 5 5 2 54.0 5 5 3 92.0 5 5 3 92.0 5 5 4 160.0 5 5 4 160.0（3 3）浓缩法（滤膜法）浓缩法（滤膜法）适用于菌数很低的样品。适用于菌数很低的样品。样品通过膜过滤器样品通过膜过滤器将膜转到相应的培养基上将膜转到相应的培养基上菌落计数菌落计数（二）细胞生物量的测定（二）细胞生物量的测定1 1、测定细胞干重法、测定细胞干重法 2 2、DNADNA含量测定法含量测定法 3 3、ATPATP含量测定法含量测定法4 4、代谢活性法、代谢活性法 三、分批培养中细菌群体的生长三、分批培养中细菌群体的生长在化学成分一定的培养基中进行培养。在化学成分一定的培养基中进行培养。细菌的生长曲线细菌的生长曲线（一）延迟期（一）延迟期(Lag phase)细胞形态变大或增长；细胞形态变大或增长；细胞内细胞内RNARNA含量增高，合成代谢活跃；含量增高，合成代谢活跃；细胞对外界不良条件反应敏感。细胞对外界不良条件反应敏感。迟缓期出现的原因迟缓期出现的原因：缺乏分解和催化有关底物的酶。缺乏分解和催化有关底物的酶。缺乏充足的中间代谢产物；缺乏充足的中间代谢产物；(1)(1)改变遗传性使迟缓期缩短改变遗传性使迟缓期缩短;(2)(2)利用对数生长期的细胞作为种子利用对数生长期的细胞作为种子;(3)(3)接种前后的培养基组成要尽量一致接种前后的培养基组成要尽量一致;(4)(4)适当扩大接种量。适当扩大接种量。缩短迟缓期的常用手段缩短迟缓期的常用手段 （二）对数生长期（二）对数生长期（Exponential growth phase）菌体高速生长，细胞数呈几何级数增加；菌体高速生长，细胞数呈几何级数增加；细胞对理化因素的影响仍很敏感；细胞对理化因素的影响仍很敏感；菌体大小，形态、生理特征比较一致。菌体大小，形态、生理特征比较一致。Nt=N02n细菌在对数期每分裂一次代所需的时间细菌在对数期每分裂一次代所需的时间(G)(G)代时代时(Generation time)logNt=logN0+n.log2logNt-logN0=log2n nlogNt-logN0=0.301tG G0.301tlogNt-logN0=n=1 1、代时为、代时为0.5h0.5h的细菌由的细菌由10103 3个增个增加到加到10109 9个需要多长时间个需要多长时间?2 2、某细菌、某细菌2h2h繁殖了繁殖了5 5代，该菌的代，该菌的代时是多少代时是多少?3 3、最初为、最初为4 4个细菌，增殖为个细菌，增殖为128128个需经过几代个需经过几代?（三）稳定期（三）稳定期（Stationary phase）菌体数处于动态平衡，菌体产量达到最高；菌体数处于动态平衡，菌体产量达到最高；细胞内开始积累内含物；细胞内开始积累内含物；细菌开始产芽孢，以适应不利的环境。细菌开始产芽孢，以适应不利的环境。（四）衰亡期（四）衰亡期（Decline phase）细胞死亡数大于新生数；细胞死亡数大于新生数；细胞出现多形态，芽孢开始释放；细胞出现多形态，芽孢开始释放；菌体出现自溶。菌体出现自溶。释放代谢产物释放代谢产物;四、细菌群体生长的连续培养四、细菌群体生长的连续培养不断加入培养液，同时移去培养不断加入培养液，同时移去培养物，使对数期延长的培养方法。物，使对数期延长的培养方法。（一）恒浊连续培养（一）恒浊连续培养测定培养物的光密度测定培养物的光密度调节培养基流入和培养物流出速度调节培养基流入和培养物流出速度培养物维持在恒定的浊度培养物维持在恒定的浊度(二）恒化连续培养二）恒化连续培养微生物生长低于其最高生长速率微生物生长低于其最高生长速率采用低浓度的限制性养料采用低浓度的限制性养料控制稀释率控制稀释率环境条件对微生物生环境条件对微生物生长和代谢的影响长和代谢的影响第二节第二节影响微生物生长的因素影响微生物生长的因素n n物理因素物理因素n n化学因素化学因素n n生物因素：指微生物与微生物生物因素：指微生物与微生物及微生物与其它生物之间的相及微生物与其它生物之间的相互关系互关系物理因素物理因素温度温度水分及其可给性水分及其可给性氢离子浓度氢离子浓度氧气及氧化还原电位氧气及氧化还原电位光和辐射光和辐射化学杀菌剂和抑菌剂化学杀菌剂和抑菌剂化学因素化学因素影响微生物生长的理化因素影响微生物生长的理化因素利用环境条件对有害微生物进行控制利用环境条件对有害微生物进行控制防腐：防腐：消毒：消毒：灭菌：灭菌：利用物理、化学方法，利用物理、化学方法，防止或抑制防止或抑制微生物的生长繁殖的一种措施。微生物的生长繁殖的一种措施。利用某种方法，杀死物体中包括芽孢利用某种方法，杀死物体中包括芽孢在内的在内的所有微生物所有微生物的一种措施。的一种措施。利用某种方法杀死或消除所有利用某种方法杀死或消除所有病原病原微生物微生物的一种措施。的一种措施。一、温度一、温度最低生长温度最低生长温度最适生长温度最适生长温度最高生长温度最高生长温度总体来看微生物生长温度：总体来看微生物生长温度：10100每种微生物的温度范围：每种微生物的温度范围：（一）微生物生长的温度类型（一）微生物生长的温度类型微微微微 生生生生 物物物物 类类类类 型型型型生长温度范围（生长温度范围（生长温度范围（生长温度范围（）分分分分 布布布布最最最最 低低低低最最最最 适适适适最最最最 高高高高低温低温低温低温型型型型专性嗜冷专性嗜冷专性嗜冷专性嗜冷-12-1251051015201520两极地区两极地区两极地区两极地区兼性嗜冷兼性嗜冷兼性嗜冷兼性嗜冷-50-501020102025302530海水及食品冷海水及食品冷海水及食品冷海水及食品冷藏箱藏箱藏箱藏箱中温中温中温中温型型型型室温型室温型室温型室温型102010202035203540454045腐生环境腐生环境腐生环境腐生环境体温型体温型体温型体温型102010203540354040454045寄生环境寄生环境寄生环境寄生环境高温高温高温高温型型型型嗜热嗜热嗜热嗜热3030456045607070堆肥和沼气发堆肥和沼气发堆肥和沼气发堆肥和沼气发酵池等酵池等酵池等酵池等极端嗜热极端嗜热极端嗜热极端嗜热303070907090100100以上以上以上以上温泉和海底火温泉和海底火温泉和海底火温泉和海底火山口山口山口山口表示微生物的生长速度与生长温度的关系。表示微生物的生长速度与生长温度的关系。Q10 =在（在（t+10)t+10)时的生长速度时的生长速度在（在（t)t)时的生长速度时的生长速度即温度每升高即温度每升高1010时，微生物的生长速时，微生物的生长速度与其在升温之前的生长速度之比。度与其在升温之前的生长速度之比。温度系数（温度系数（Q10）（二）温度对微生物的影响（二）温度对微生物的影响1 1、高温对微生物的影响、高温对微生物的影响 致死温度：致死温度：高温使大分子物质变性，使微生物死亡。高温使大分子物质变性，使微生物死亡。在在10min10min内杀死某种微生内杀死某种微生物的温度界限。物的温度界限。致死时间：致死时间：在某一温度下杀死细胞在某一温度下杀死细胞所需的最短时间。所需的最短时间。烘箱内热空气灭菌烘箱内热空气灭菌（160170170，1 2h）火焰灼烧火焰灼烧干热灭菌干热灭菌湿热灭菌湿热灭菌巴氏消毒巴氏消毒7272，15s15s6363 66666666，30min30min煮沸消毒煮沸消毒间歇灭菌间歇灭菌常规高压灭菌常规高压灭菌121121，15min15min；115115，30min30min；常用的灭菌方法常用的灭菌方法2 2、低温对微生物的影响、低温对微生物的影响 冰箱冰箱细胞内酶的活性降低，新陈代谢缓慢，呈休眠状态。细胞内酶的活性降低，新陈代谢缓慢，呈休眠状态。常采用冷藏法保存菌种常采用冷藏法保存菌种液氮罐液氮罐快速冷冻快速冷冻在细胞悬液中加入甘油在细胞悬液中加入甘油防止死亡防止死亡二、水分及其可给性二、水分及其可给性（一）水的活度（一）水的活度（water activitywater activity）在一定温度和压力下，溶液中的蒸汽压在一定温度和压力下，溶液中的蒸汽压（P P）与纯水蒸汽压（）与纯水蒸汽压（P P0 0）之比。）之比。PP0aw=（二）渗透压（二）渗透压 水可以由溶质浓度低的一边流向高的一边。水可以由溶质浓度低的一边流向高的一边。低渗溶液：渗透压低于细胞渗透压的溶液低渗溶液：渗透压低于细胞渗透压的溶液等渗溶液：渗透压等于细胞渗透压的溶液等渗溶液：渗透压等于细胞渗透压的溶液高渗溶液：渗透压高于细胞渗透压的溶液高渗溶液：渗透压高于细胞渗透压的溶液高渗环境会使细胞脱水，引起质壁分离。高渗环境会使细胞脱水，引起质壁分离。这种调节细胞内水分状况的溶质称为协调这种调节细胞内水分状况的溶质称为协调溶质（溶质（compatible solutescompatible solutes）。）。101015%15%食盐食盐505070%70%糖糖防止食品腐败防止食品腐败极端嗜盐菌能在极端嗜盐菌能在151530%30%盐浓度下生活。盐浓度下生活。从外界泵入离子从外界泵入离子在胞内合成某些溶质在胞内合成某些溶质机理机理（三）氢离子浓度（三）氢离子浓度（pHpH）细菌、藻类和原生动物：细菌、藻类和原生动物：6.57.5 放线菌：放线菌：7.08.0真菌：真菌：5.06.0影响细胞质膜电荷和养料吸收；影响细胞质膜电荷和养料吸收；影响酶的活性；影响酶的活性；改变环境中养料的供给或有害物质的毒性。改变环境中养料的供给或有害物质的毒性。氢离子影响机制氢离子影响机制 类类 群群 氧气（氧气（O2）的影响）的影响需氧性微生物：需氧性微生物：专性需氧性专性需氧性 必须有必须有O2才能生活才能生活 兼性需氧性兼性需氧性 有有O2时生长更好时生长更好 微需氧性微需氧性 仅需低于大气中含仅需低于大气中含O2量的条件量的条件厌氧性微生物：厌氧性微生物：微耐氧性微耐氧性 不需不需O2，有，有O2时可以生活时可以生活 兼性厌氧性兼性厌氧性 有有O2或无或无O2均能生活均能生活专性（严格）厌氧性专性（严格）厌氧性 O2有毒害，或有致死作用有毒害，或有致死作用（四）氧气和氧化还原电位（四）氧气和氧化还原电位（Eh）1、氧气与微生物的关系、氧气与微生物的关系接触酶（接触酶（catalasecatalase）过氧化物酶（过氧化物酶（peroxidaseperoxidase）超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（superoxide dismutasesuperoxide dismutase，SODSOD）1）需氧性微生物有如下酶类：）需氧性微生物有如下酶类：过氧化氢（过氧化氢（H2O2）超氧化物（超氧化物（O2-）有害代谢产物有害代谢产物氧气影响微生物生长的机制氧气影响微生物生长的机制超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶接触酶接触酶过氧化物酶过氧化物酶接触酶或过氧化物酶接触酶或过氧化物酶超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶总反应式总反应式3）兼性需氧微生物有两套酶系统）兼性需氧微生物有两套酶系统好氧呼吸酶系好氧呼吸酶系发酵作用的酶系发酵作用的酶系2）厌氧性微生物无以上酶类）厌氧性微生物无以上酶类2 2、环境、环境Eh值与微生物的生长值与微生物的生长好氧微生物好氧微生物厌氧微生物厌氧微生物Eh为为0.30.3V以上以上兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物在在0.10.1V以上时进行好氧呼吸以上时进行好氧呼吸在在0.10.1V以下时进行发酵作用以下时进行发酵作用Eh为为0.10.1V以下以下反之则使反之则使Eh值下降值下降 加入氧化性物质加入氧化性物质改变培养环境的改变培养环境的Eh值的方法值的方法改善通气条件改善通气条件降低培养基降低培养基pH使使Eh值上升值上升 （五）光和辐射（五）光和辐射利用电磁辐射产生的电磁波杀死微生物。利用电磁辐射产生的电磁波杀死微生物。紫外线紫外线(UV)X-射线射线-射线射线-射线射线 1 1、紫外线、紫外线(240(240300nm)300nm)作用机制：核酸最在大吸收波长在作用机制：核酸最在大吸收波长在265265266nm266nm之间紫外线照射能使核酸分子之间紫外线照射能使核酸分子中形成中形成T=TT=T2 2、电离辐射、电离辐射(、X X)作用机制：使细胞中大分子物质直接电作用机制：使细胞中大分子物质直接电离而引起微生物的死亡。离而引起微生物的死亡。二、化学因素二、化学因素生物合成的天然产物生物合成的天然产物人工合成的化合物人工合成的化合物能够杀死微生物或抑制微生物的化学物质。能够杀死微生物或抑制微生物的化学物质。抑菌：抑菌：抑菌剂抑菌剂(Bacteriostatic agent)(Bacteriostatic agent)杀菌杀菌杀菌剂杀菌剂(Bactericide)(Bactericide)溶菌剂溶菌剂(Bacteriolysis)(Bacteriolysis)（一）防腐剂和消毒剂（一）防腐剂和消毒剂对一切活细胞都有毒性，不能用于人或动物体对一切活细胞都有毒性，不能用于人或动物体内的化学治疗。内的化学治疗。防腐剂防腐剂杀死微生物或抑制其生长杀死微生物或抑制其生长作为外用抗微生物药物作为外用抗微生物药物消毒剂消毒剂可杀死微生物可杀死微生物用于非生物材料的灭菌或消毒用于非生物材料的灭菌或消毒（二）抗代谢物（二）抗代谢物在结构上与生物必需的代谢物在结构上与生物必需的代谢物相似，干扰了代谢的正常进行相似，干扰了代谢的正常进行的一类物质。的一类物质。叶酸对抗物（磺胺）叶酸对抗物（磺胺）磺胺的抑菌作用磺胺的抑菌作用机理机理磺胺是氨基苯甲酸类似物，干扰叶酸的合成。磺胺是氨基苯甲酸类似物，干扰叶酸的合成。