微生物生长繁殖与生长因子

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 微生物的生长繁殖与生存因子,第一节 微生物的生长繁殖,第二节 微生物的生存因子,第三节 其他不利环境因子对微生物的影响,第四节 微生物与微生物之间的关系,第五节 菌种的退化、复壮与保藏,1,第一节 微生物的生长繁殖,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。,细菌两次分裂之间的时间，称为世代时间。,2,一、测生长量,直接法,间接法,比例计数法,血球计数法,测体积,称干重,比浊法,生理指标法,直接法,间接法,液体稀释法,平板菌落计数法,二、测繁殖数,二、测定微生物繁殖的方法,3,一、细菌的个体生长和同步生长,1、同步培养（synchronous culture）：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，从而了解单个细胞所发生的变化。,2、同步生长（ synchronous growth）：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。,4,三、典型生长曲线,1、典型生长曲线：,将菌种接种在液体培养基中隔一定时间取样，计算菌数，以菌数的对数为纵坐标，生长时间为横坐标作图。,包括延滞期、指数期、稳定期和衰亡期等四个时期,R(生长速率常数)=分裂次数(代)/单位时间,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？,5,根据细菌生长繁殖速率将生长曲线分四个阶段：,缓慢期 对数期 稳定期 衰亡期,四、细菌分批培养群体生长规律,6,缓慢期（延迟期、滞留适应期）,滞留适应期,特点：分裂迟缓、代谢活跃。,产生原因：,（2） 细胞分裂必需因子的缺乏,（1）接种时的机械损伤引,4、菌株的遗传性,影响滞留适应期长短的因素,1、培养基成分,2、接种物菌龄,3、接种量,7,1 特点：,细胞数目不增加(R=0),细胞长、大,代谢旺盛(RNA含量增加),诱导酶迅速合成,对不良条件敏感，抵抗力降低,2 影响因素,菌种,接种龄：即“种子”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。,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，要比接种到营养单调的组分培养基中的延滞期短。,8,对数期（指数生长期）,特点：,（1）代谢活性强,（2）世代时短而稳定,对数生长期,9,1 特点：,生长速率常数最大，繁殖数 死亡数,代时短，即细胞每分裂一次所需的代时G（增代时间，generation time）或原生质增加一倍所需的倍增时间（doubling time）最短.,成分均匀,酶活力高，酶系活跃，代谢旺盛。,2 三个重要参数,10,对数期（指数生长期）,N,t,=2,n,N,0,n=3.33(lgN,t,-lgN,0,),G=t/n=0.301t/(lgN,t,-lgN,0,),n繁殖代数,G世代时(每繁殖一代所需的时间),N,0,对数生长期开始微生物数量,N,t,对数生长期经过时间t后微生物数量,11,稳定期（最高生长量期）,特点：,1、细菌数量增加率为0。,2、部分细菌大量积累代谢产物。,细菌数量增加率为0的原因?,12,1 特点：,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一定的比例关系,细胞长、大,代谢旺盛(RNA含量增加),诱导酶迅速合成,对不良条件敏感，抵抗力降低,2 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；,营养物的比例失调，如 CN比值不合适；,酸、醇、毒素或 H,2,0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。,3 应用,稳定期是以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物，例如单细胞蛋白、乳酸等为目的的一些发酵生产的最佳收获期，也是对某些生长因子例如维生素和氨基酸等进行生物测定的必要前提。此外，由于对稳定期到来的原因进行研究，还促进了连续培养技术的设计和研究,。,13,衰亡期,1 特点：,个体死亡的速度超过新生的速度(繁殖数死亡数)，整个群体就呈现出负生长（R合成速度,14,什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,什么时期世代时间短而稳定,对数生长期,最高生长量,最高生长量,对数生长期,对数生长期,小 结,15,五、连续培养,以一定流速输入新鲜培养液并流出培养物，确保流出的老菌数等于新增殖数，使培养保持对数生长的过程。,优 点：一定生理状态实验材料,提高工业生产效益,16,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。,17,18,保持细菌培养液浊度,恒浊培养,三、连续培养,保持细菌培养液营养物质浓度,恒化培养,19,恒法器（turbidostat）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，并可在允许范围内控制不同的菌体密度。,恒化器（chemostat或bactosen）与恒浊器相反，恒化器是一种设法使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养装置。,20,21,分批培养与连续培养特征的比较,相同点：,群体培养特征,不同点：,分批培养：经历四个时期,连续培养：理论上，对数生长期,22,同步培养,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 适温培养,2、选择法：,滤膜过滤,1、诱导法：,控制温度、培养基成分等,获得同步培养的方法,硝酸纤维薄膜法,23,同步培养生长曲线特点,群体生长是一次性跳跃过程,24,第二节 微生物的生存因子,极端环境条件对微生物的影响 死 亡,环境条件一定范围的变化，影响,形态,生理,生长,繁殖,温度,O2,氧化还原电位,水分,辐射,化学药物,pH,影响微生物生长的主要环境因子,25,一、温度,1、温度对微生物生长的影响,微生物的生长温度类型,低 温 型,中 温 型,高 温 型,温度对微生物生长的影响,高温：蛋白质变性 酶失活 核糖体解体,致死时间、致死温度,低温：酶活性下降、新陈代谢缓慢,微生物的三种基本温度,最低生长温度,最高生长温度,最适生长温度,26,2、高温灭菌,高温灭菌,湿热灭菌,干热灭菌：干燥条件，160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,的同时产生高温。利用高温杀死菌。,巴斯德消毒法：采用60-70的温度处理15-30min,的消毒方法。,间歇灭菌法：100，30-60min,冷却，37培养1d,反复三次,27,3、低温保藏,菌种保存（试管斜面或孢子砂土管）,食品保藏,特例：流感杆菌、脑膜炎球菌,28,二、氧化还原电位（Eh）,好气性微生物 Eh0.1V，而以0.3-0.4v为宜,兼性厌气微生物Eh0.1v行好气呼吸,厌气性微生物Eh值0.1V以下,29,三、水分,1、水分对微生物生长的影响：,细菌最适水的活度值：0.93-0.99,酵母菌最适水的活度值：0.88-0.91,霉菌最适水的活度值： 0.80,2、应用：,干燥法保存物品、食品的冷冻干燥,水的活度小于,0.60-0.70时,休眠、部分出现细胞脱水、蛋白质变性,（多数微生物）,30,四、辐 射,辐射：能量通过空间传递的一种物理现象。,1、可见光：（400nm800nm）,对微生物的作用：,光氧化作用：,有氧条件下，光线被细胞内色素吸收，使酶或其它敏感成分失活引起的微生物死亡。,（3）光氧化作用。,（1）能源,（2）刺激担子菌子实体形成,31,2、紫外线：,杀菌波长范围：,240300nm,杀菌力最强范围：,255265nm,紫外线杀菌特点：,穿透力弱，用作,表面消毒,或,空气灭菌,32,3、电离辐射,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：,粮食、果蔬、畜禽产品、饮料以及卫生材料杀菌处理,低剂量（500伦琴）：促进生长、诱发变异,高剂量（10万伦琴）：杀菌作用,实际应用：,（X射线、射线等）,33,五、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、兼性厌氧微生物以及厌氧微生物,（1）好氧微生物与氧的关系,（2）兼性厌氧微生物与氧的关系,34,六、pH值,缓冲液,内源性,备用碱 : CaCO,3,外加调节：直接加酸、碱(工业适用),等克分子量，pH值为6.8,KH,2,PO,4,K,2,HPO,4,35,七、氧气,1 微生物与O,2,关系,2厌氧菌受氧毒害机制,36,八、化学药物,1、重金属盐类,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,（Hg、Ag盐，与细菌酶蛋白的,巯基,结合）,2、有机化合物,（酚、醇、醛）,蛋白质变性,损伤细胞壁和膜,抑制酶系统（脱氢酶、氧化酶等）；,37,杀菌机理：,使蛋白质巯基氧化(成二硫基),2R,SH,+2X R,SS,R+2XH,杀菌机理：,漂白粉Ca(OCl),2,及氯气 ：产生,次氯酸盐,和,原子氧,；,碘：与酶分子中的酪氨酸结合。,3、氧化剂,（高锰酸钾、过氧化氢、过氧乙酸）,4、卤素,（Cl、I常见）,38,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。,（选择性的杀菌或抑菌）,5、表面活性剂（,新洁尔灭、消毒宁等）,杀菌机理：影响细胞生长、分裂,6、化学治疗剂,抑制,叶酸,合成 如：磺胺类药物等。,杀菌机理：,抑制,蛋白质,合成 如：链霉素，红霉素、四环素、氯霉素等,抑制,肽聚糖,合成 如：青霉素，万古霉素等。,39,