微生物的生长繁殖与生存因子.ppt

第三节 影响微生物生长的主要因素,三、PH 值,一、温 度,二、氧气,(一) 温 度,生长温度三基点,生长温度三基点,最适生长温度： 某菌代时最短或生长速率最高时的培养温度。,最适生长温度并非一切生理过程的最适温度,微生物生长的温度范围: 每种微生物都有一定的温度生长范围,不同的微生物要求的最高、最低、最适生长温度不同。 根据微生物生长温度范围和最适温度,通常把微生物分成高温性、中温性、低温性三大类。,温度与各种微生物生长速率的关系,0 10 20 30 40 50 60 70 温度（）,0.1,0.3,1.0,3.0,嗜冷微生物,中温微生物,嗜热微生物,世代/h,1.升温生长加快:升温,细胞中的生化反应速率加快:每升高10,生化反应增加一倍。过于高温,细胞蛋白质、核酸可遭破坏。 2.在适宜的温度界限以外,过高过低的温度均对微生物有影响,极高于最高、极低于最低适温界限,均可引起微生物原生质胶体变性,使细胞受损或死亡。,温度对微生物生长影响,低温对微生物的影响: 1.低于冰点的温度能杀死微生物,其原因: A.细胞体内水分转变成冰晶,引起细胞明显脱水； B.冰晶对细胞结构尤其是细胞质膜的物理损伤。但是采用快速冷冻或细胞悬液中加入保护剂,可以减少冰冻对细胞的损害。,2.低温可延缓微生物的生理活动(故采用低温保藏微生物) 。,低温下微生物生存原理 A.酶在低温下仍起作用 B.低温微生物质膜中不饱和脂肪含量高(低温下仍保持半流体状态)，处于低温下大部分微生物代谢活动降低,生长略有停滞,但仍能存活,一旦遇到合适生长温度就可以生长繁殖,并常在4-7冰箱中保存。,超低温保藏的微生物原理(液氮保藏微生物) 1.快速冰冻形成的冰晶体小,故对细胞损害小(缓慢冷冻冰晶体大,微生物易死亡) 2.超低温保藏的微生物往往使用了防冻保护剂(如甘油),可以降低脱水的有害作用,大多数微生物在10%甘油等防冻剂中.保存在-96 左右的液氮内,超低温保藏多年甚至于百年。,冷冻、冷藏、解冻对微生物的影响 1.冷冻速度:冷冻速度越快，存活的微生物越多,多数食品在家庭缓慢冷冻(存活微生物数量少),商业上快速冷冻。由于低温菌的活动,常导致食物变质。温度愈低腐败愈慢,只有当食物被坚实地被冻结后,微生物的生长才是不可能的。,2.冷冻与电解质和渗透压有关系:当一种食物(如桔子汁)冻结时,微生物将接触到比较浓缩的溶液,由此而来的高渗透压和高浓度电解质就可杀死或损伤微生物细胞,迅速冻结可减轻这种作用。 3.冷冻、冷藏对微生物的影响与时间和温度相关:有研究结果认为,-4比对-15和-24对细菌的破坏更大。,(二) 氧气,根据微生物与氧的关系可将微生物分为,好氧菌,微好氧菌,耐氧菌,兼性厌氧菌,厌氧菌,好氧微生物可以通过呼吸产生能量，满足机体的需要，但氧会使一切生物产生有毒害作用的代谢产物，如超氧阴离子自由基与H2O2,超氧阴离子自由基的特点？,带负电，兼有分子、离子性质 性质及不稳定，化学反应能力极强 可破坏细胞内各种大分子和膜结构 形成其他活性化合物,超氧阴离子自由基的特点？,(三) PH,微生物生长过程中机体内发生的绝大多数的反应是酶促反应，而酶促反应都有一个最适pH范围，在此范围内只要条件适合，酶促反应速率最高，微生物生长速率最大 因此微生物生长也有一个最适生长的pH范围。,1.引起细胞膜电荷的变化，从而影响微生物对营养物质的吸收； 2.影响代谢过程中酶的活性； 3.改变生长环境中营养物质的可给性和有毒物质的毒性； 4.介质的pH可影响微生物的生长和形态； 5.各种微生物有其最适的pH和一定的pH范围，强酸强碱一般可致死微生物。 6.微生物的代谢活动可改变环境pH值。,pH影响杀死微生物效果: pH4.5 105-121 40-90min,不同的微生物对pH忍受能力有很大差异: 霉菌,酵母菌生长适宜范围pH4-9,最宜以中性偏酸； 放线菌,细菌生长适宜中性或中性偏碱。 未离解的有机质分子很容易溶入微生物的细胞内而离解为离子,促使细胞死亡,因此含酸多的食品能抑制微生物生长繁殖,其杀菌时间可适当缩短。强酸强碱具有杀菌力,因为当pH超最低或最高pH时,将引起细胞死亡,强碱对G-和病毒比对G+细菌作用特强.,第四节 微生物培养法概论,一、实验室培养法 二、生产实践中培养微生物的装置,第四节 微生物培养法概论,一、实验室培养法,固体培养法,液体培养法,固体培养法,斜面、平板、 克氏扁瓶、茄子瓶,厌氧菌培养,一、实验室培养法,厌氧菌的固体培养亨盖特滚管技术 原理：利用除氧铜柱制备高纯度氮， 制造高度无氧小环境 操作： 优点：试管内壁有较大的表面积 试管口面积、试管腔体积极小 有利于阻止氧与厌氧菌的接触,一、实验室培养法,厌氧菌的固体培养厌氧罐技术 原理：钯催化剂、混合气体 氧化还原指示剂 操作： 特点：厌氧菌培养过程处于无氧状态 培养基配制、接种、观察 分离、保藏等过程无法保证,实验室研究厌氧菌的三大重要技术:,厌氧手套箱技术,厌氧罐技术,亨盖特滚管技术,一、实验室培养法,浅层液体静止培养 摇瓶振荡培养 通入加压空气 机械搅拌等,液体培养法,试管液体培养 三角瓶浅层液体培养 摇瓶振荡培养 台式发酵罐,第四节 微生物培养法概论,二、生产实践中培养微生物的装置,（一）固态培养法,好氧菌的曲法培养 曲的构成： 曲的类型： 通风曲,2. 厌氧菌的堆积培养法,白酒生产,二、生产实践中培养微生物的装置,（二）液体培养法,好氧菌的培养,（1）浅盘培养,（2）深层液体通气培养 发酵罐,防腐(Antisepsis),化疗(Chemotherapy),消毒(Disinfection),灭菌(Sterilization),第五节 有害微生物的控制,防腐：利用物理或化学的方法抑制微生物生长和繁殖的措施。 化疗：利用具有高效选择毒力的化学药物（对病原微生物有杀伤效果而对宿主细胞无伤害作用）抑制或杀灭宿主体内病原微生物的生长繁殖，从而达到治疗该疾病的方法。,二、物理灭菌因素的代表高温,杀灭或抑制 微生物的物理因素,高温 辐射作用 过滤 渗透压 干燥 超声波,二、物理灭菌因素的代表高温,（一） 高温灭菌的种类,（二） 影响加压蒸气灭菌效果的因素,（三） 高温对培养基成分的 有害影响及其防止,第五节 有害微生物的控制,1、干热灭菌法,火焰灼烧 烘箱内热空气灭菌,干热灭菌,温度：150-170 时间：1-2h 对象：金属器械、玻璃器皿等,2、湿热灭菌,相同温度和作用时间下， 湿热比干热灭菌更好？,更易于传递热量； 更易破坏保持蛋白质稳定性的氢键等结构,湿热对一般营养体和孢子的杀灭条件：,多数细菌和真菌的营养细胞： 在60左右处理5-10分钟； 酵母菌和真菌的孢子：用80以上温度处理； 细菌的芽孢：121处理15分钟以上；,对象：牛奶、啤酒、果酒或酱油等 For :高温会破坏食品的营养与风味,巴氏消毒法,煮沸消毒,对于某些培养基，由于高压蒸汽灭菌会破坏某些营养成分，可用间歇灭菌法灭菌，即流通蒸汽(或蒸煮)反复灭菌几次，,间歇灭菌法,第一次蒸煮后杀死微生物营养体，冷却，培养过夜，孢子萌发，又第二次蒸煮，杀死营养体。这样反复23次就可以完全杀死营养体和芽孢，也可保持某些营养物质不被破坏。,常规加压蒸气灭菌法,2. 湿热灭菌法加压法,连续加压蒸气灭菌法,常规加压蒸气灭菌法,2. 湿热灭菌法加压法,121下维持1520min或 115下维持35min,优点：操作简便，效果可靠,适用范围：,原理：,注意事项：,连续加压蒸气灭菌法,2. 湿热灭菌法加压法,135140下维持515s,优点：提高原料利用率、产品产量和质量 提高发酵罐利用率 提高锅炉利用率 宜于自动化操作,适用范围：,利用温度进行杀菌的定量指标？,（一） 高温灭菌的种类,热死时间,热死温度,某一温度下，杀死某微生物的 水悬浮液群体所需的最短时间,一定时间内，杀死某微生物的 水悬浮液群体所需的最低温度,二、物理灭菌因素的代表高温,（二） 影响加压蒸气灭菌效果的因素,灭菌物体含菌量 灭菌锅内空气排除程度 灭菌对象的体积 灭菌对象的pH 加热与散热速度,二、物理灭菌因素的代表高温,（三） 高温对培养基成分的有害影响及其防治,形成沉淀 破坏营养，提高色泽 改变培养基的pH 降低培养基浓度,采用特殊加热灭菌法 过滤除菌法等,过滤除菌,不耐热的液体培养基的灭菌,溶液状态,气体状态,抗代谢药物,抗生素,生物药物素,三、化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂,评价药效和毒性时常用指标？,最低抑制浓度,半数致死剂量,三、化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂,最低致死剂量,（一）表面消毒剂,热敏感的或无法进行 高温灭菌的物品或场所的灭菌：,温度计、聚乙烯管或导管等； 墙壁、楼板与仪器设备等表面和自来水；空气；,三、化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂,（一）表面消毒剂,各种表面消毒剂杀菌能力的比较标准：,石炭酸系数： 指在一定时间内 被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释度 和达到同效的石炭酸的最高稀释度的比率。 一般规定处理时间为10分钟 供试菌为Salmonella typhi（伤寒沙门氏菌）,在临床上最早使用的消毒剂-石炭酸,三、化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂,（二）抗代谢物的代表磺胺类药物,结构上与细胞内必要代谢物相似 可以和特定的酶结合 阻碍酶的功能 干扰代谢的正常进行 这些物质称为抗代谢物。,（二）抗代谢物的代表磺胺类药物,与正常代谢物竞争酶的活性中心 “假冒”正常代谢物 通过反馈调节破坏正常代谢调节机制,抗代谢药物的作用？,磺胺药物是最早发现， 抗菌谱广，能治疗多种传染性疾病。,1934年，德国染料厂的G. Domagk,（二）抗代谢物的代表磺胺类药物,磺胺药物的作用机制：,（二）抗代谢物的代表磺胺类药物,磺胺药物选择毒力强？ 人体不能利用磺胺合成四氢叶酸,（三）抗生素,由微生物或其他生物生命活动过程中 合成的次级代谢产物或人工衍生物， 它们在很低浓度时就能抑制或干扰 它种生物的生命活动。,1、定义,已找到新抗生素：上万种 合成半合成抗生素：万多种 临床上常用：仅几十种,（三）抗生素,2、种类、活力单位与制菌谱,效价：抗生素的活力，一般用单位表示,测定效价的方法：物理、化学、生物等,生物效价的测定： 稀释法、比浊法、扩散法,（三）抗生素,、半合成抗生素与生物药物素,（）天然抗生素结构改造,青霉素：氨基青霉烷酸,（）生物药物素 除抗生素外具有多种生理活性的微生物次生代谢产物,（三）抗生素,3、微生物的抗药性？,产生一种能使药物失去活性的酶 把药物作用的靶位加以修饰和改变 形成“救护”途径，可合成正常产物 使药物不能透过细胞膜 通过主动外排系统 把进入细胞内的药物泵出细胞外,（三）抗生素,3、微生物的抗药性,避免出现细菌的耐药性的措施：,(1)第一次使用的药物剂量要足 (2)避免在一个时期或长期多次使用同种抗生素 (3)不同的抗生素(或与其他药物)混合使用 (4)对现有抗生素进行改造 (5)筛选新的更有效的抗生素,五、辐射和超声波,1.可见光:波长380760nm电磁波: 作为光能自养型和光能异养型微生物的能源； 对一些细菌有伤害作用和光复活作用 强的可见光和连续地长时间照射可见光可以杀死微生物。原因:光氧化作用:光线被细胞内的色素吸收,在有氧条件下使一些酶和其他敏感部分失活,而杀死微生物,如果无O2存在,则对微生物没有损害作用。,2.紫外光(UV):波长200-300nm 紫外光都有杀菌效能,损伤DNA，引起突变或致死。一般以250-280nm杀菌力最强。,但是,经UV照射的微生物,在可见光下,可以激活DNA修复酶,这种修复酶能修复UV辐射引起的损伤,这种作用叫光复活作用。修复酶使损伤区域两端的磷酸二酯键水分解,割去损伤变化的部分,再由其它酶催化插入新的核苷酸,补上切去的片断。 UV缺点,穿透力弱,一层薄纸也可滤掉大部分,只适应于空气和表面消毒。,3.电离辐射:射线,射线、射线等高能电磁波,具有较强穿透力。 这些射线照射物质后,使该物质产生电离作用,所以叫做电离辐射。,用辐射保存粮食,蔬菜,畜禽产品及饮料能防腐,又能保持食物的营养和风味。 电离辐射:低剂量(500伦琴)照射可以促进微生物生长或者会诱反变异,用10万伦琴以上高剂量处理有杀菌作用。,4.超声波: 2-20千赫/秒的声波叫超声波。除芽孢外,几乎所有的微生物都受超声波的破坏,大多数情况芽孢不受影响。其效果与频率、处理时间,微生物种类,细胞大小,形状及数量等均有关系，球菌效果抗性比杆菌强,芽孢大多无效。,六.化学药物,化学药物对微生物的影响: 1.高浓度杀菌； 2.低浓度防腐; 3.再低浓度消毒; 4.某些低浓度化学物对微生物有刺激生长作用。,1.重金属及盐类:大多数重金属及其所形成的化合物,都是有效的杀菌剂或防腐剂。 2.有机化合物:酚、醇(对芽孢无效,是细胞脱水剂, 是蛋白质变性剂)、醛(对芽孢有效),是常用的杀菌剂。,3.氧化剂:KMnO4、过氧化氢、过氧乙酸等,能使菌体酶蛋白中的巯基,氧化成-S-S基,使酶失活。 4.卤素:以Cl2.I2最常用,Cl2用于自来水,I2用于皮肤消毒。,5.表面活性物质: 具有降低表面张力效应的物质叫表面活性剂。如煤酚皂(来苏尔)、新洁而灭、除垢剂。肥皂除菌作用很弱,主要使物质表面的油脂乳化,形成无效小滴,携带菌体,随水冲走(机械性地移走微生物),对致癌性球菌相当有效。,七、染料 碱性染料有显著的抑菌作用,是由于碱性染料的阳离子与菌体羧基或磷酸基起作用,形成弱电离的化合物,妨碍菌体正常代谢,扰乱菌体氧化还原作用,并阻碍芽孢的形成。 染料抑菌作用尤其对G+菌更敏感,如结晶紫1:200,000-300,000对G+菌有抑制作用,而对G-菌要浓10倍才有效。,第六节 微生物与微生物之间的关系,在天然生态系统和人工生态系统中，微生物不仅与环境因素有密切关系外，还与其他生物之间有密切关系。 与其他生物之间主要存在如下关系： 1.竞争关系 2.互生关系 3.共生关系 4.拮抗关系 5.捕食关系 6.寄生关系,微生物不仅与环境因素有着密切的关系,与微生物之间也有很密切的关系.这些关系互相影响,彼此制约,共同促进生物的发展和进化.微生物之间的关系有种内关系和种间关系.相同种内的关系有竞争和互助.,互生关系,1.厌氧微生物和需氧微生物在一起生长 2.纤维素分解菌和固氮菌 3.人体和人体中的正常菌群,互生关系,1.厌氧微生物和需氧微生物在一起生长 2.纤维素分解菌和固氮菌 3.人体和人体中的正常菌群,共生关系,1.地衣：真菌藻类 2.反刍动物的胃：瘤胃和瘤胃微生物 牛、骆驼等（网、瓣、皱和瘤胃） 3.豆科植物和根瘤菌-根瘤,拮抗关系,1.腌制泡菜、酸菜中的乳酸杆菌大量繁殖，积累乳酸使环境PH下降，抑制其他细菌的生长。 2.酒精发酵过程中，酵母菌进行酒精发酵产生酒精，抑制其他菌的生长。 3.青霉产生青霉素（抗生素），抑制其他细菌的生长。,捕食关系,1.原生动物吞食细菌、藻类等。 2.老虎、狮子等食肉动物捕捉食草动物（山羊、马鹿等）；狼捕杀兔子等。,寄生关系,1.土壤中存在的溶真菌细菌，侵入真菌体后生长繁殖，最终杀死真菌，造成真菌溶解。 2.真菌间：木霉寄生于丝核菌；盘菌寄生于毛霉。 3.寄生虫寄生于人体或动物,第七节 菌种的退化、复壮和保藏,此内容自学！,