微生物生长繁殖与生长因子2

,*,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,第三节 其他不利环境因子对微生物的影响,一、紫外辐射和电力辐射对微生物的影响,（一）紫外辐射,紫外辐射是日光中的一部分，强烈的日光能杀菌是由于紫外辐射对微生物有致死作用。,紫外辐射对微生物有致死作用是由于微生物细胞中的核酸、嘌呤、嘧啶及蛋白质对紫外辐射有特别强的吸收能力。紫外辐射能引起DNA链上两个邻近的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体（T=T）。,紫外辐射穿透力弱。,2,光复活现象：经紫外辐射照射的菌体或者孢子悬液，随即暴露于兰色可见光下，有一部分受损伤的细胞可恢复其活力。,光复活作用最有效的可见光波长为510nm。光由处于DNA链上的酶在损伤区域的两端将磷酸二酯键水解，从而切掉受损伤的一段DNA。,光复活又称光逆转。这是在可见光（波长30006000埃）照射下由光复活酶识别并作用于二聚体，利用光所提供的能量使环丁酰环打开而完成的修复过程 。光复活酶已在细菌、酵母菌、原生动物、藻类、蛙、鸟类、哺乳动物中的有袋类和高等哺乳类及人类的淋巴细胞和皮肤成纤维细胞中发现。这种修复功能虽然普遍存在，但主要是低等生物的一种修复方式，随着生物的进化，它所起的作用也随之削弱。,3,4,（二）电离辐射对微生物的影响,X,-射线和,-射线均能使被照射的物质产生电离作用。,低剂量照射能促进微生物生长，高剂量照射对微生物有致死作用。,辐射先引起水解出游离的H+，进而生成 、HO2、和H2O2等强氧化性的基团和物质，使酶蛋白的SH基氧化，从而引起细胞各种病理变化。,可以利用,X,-射线和,-射线诱导微生物变异，筛选优良菌种。,5,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：,6,二、超声波对微生物的影响,超声波具有强烈的生物学作用，几乎所有的细菌体都能被超声波所破坏，只是敏感程度各有不同。,超声波频率高，杀菌效果好。,杆菌比球菌更易被超声波杀死，大杆菌比小杆菌易杀死。,7,超声杀菌的机理是基于超声生物、物理和化学效应。研究发现在含有空气或其它气体的液体中，在超声辐射下，主要由于空化的强烈机械作用能有效地破坏和杀死某些细菌与病毒或使其丧失毒性。,例如荧光细菌在超声作用下会受到破坏，大肠杆菌族细菌也有同样的结果。伤寒沙门氏菌可以用4.6MHz频率的超声来全部杀死。用960kHz的超声在水溶液和生理盐水中作用于百日咳菌，发现超声对这些微生物有显著的破坏作用。,在辐射各种细菌时发现，在细菌死亡的同时，发生了细菌的自溶，即形态结构也受到破坏，以至在超声作用以后不仅培养物中的菌落数目减少，而且在形态上保留原状的细菌也减少了。受过辐射的杀菌悬浮液的浑浊程度也减小，透明度提高，这是由于每个单个细胞组成胶体的分散程度的减小和细胞囊的溶解（这表现为溶液中含氮化合物的增加和细菌的减小）所致。,8,三、重金属对微生物的影响,重金属汞、银、铜、铅及其化合物可有效地杀菌和防腐，它们是蛋白质的沉淀剂。其杀菌机理是与酶的SH基结合，使酶失去活性，或与菌体蛋白结合，使之变性或者沉淀。,耐汞菌处理含汞废水。耐汞菌可将无机汞转化有机汞成为菌体的一部分，然后再从菌体中回收汞。,9,四、极端温度对微生物的影响,极端温度是指超高温或者超低温。超高温是指微生物最高生长温度以上的温度，对微生物有致死作用。,极端温度对微生物的不利影响主要表现在破坏微生物机体的基本组成物质蛋白质、酶蛋白和脂肪。,10,五、极端pH对微生物的影响,（1）pH过低，引起微生物体表面由带负电变为带正电，进而影响微生物对营养物的吸收。,（2）过高或者过低pH还可影响培养基中有机化合物的离子化作用，从而间接影响微生物。,（3）酶只有在最适宜的pH时才能发挥最大活性。,（4）过高或过低pH均降低微生物对高温的抵抗能力。,11,六、干燥对微生物的影响,干燥能使菌体内蛋白质变形，引起代谢活动停止，所以干燥会影响微生物的活性及生命力。,12,具有降低表面张力效应的物质。,2、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,七、若干有机物对微生物的影响,杀菌机理：,1、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）；,13,杀菌机理：,使蛋白质巯基氧化成二硫基,2,RSH+,2,X,RSSR,+2,XH,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。,1、氧化剂（高锰酸钾、过氧化氢、过氧乙酸）,2、卤素（Cl、I常见）,八、氧化剂和卤素对微生物的影响,14,九、抗生素对微生物的影响,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）,杀菌机理：,（1）抑制,肽聚糖,合成 如：青霉素、万古霉素等。,（2）抑制,蛋白质,合成 如：链霉素、红霉素、四环素、氯霉素等,（3）干扰,核酸,的合成 如：争光霉素与DNA结合，干扰DNA复制。,（4）破坏,细胞质膜,如：制霉菌素、二性霉素B,15,第四节 微生物与微生物之间的关系,一、竞争关系,竞争关系是指在一个自然环境中存在的两种或多种微生物群体共同依赖于同一营养基质或环境因素时，产生的一方或双方微生物群体在数量增殖速率和活性等方面受到限制的现象。,如厌氧生境中，硫酸盐还原细菌和产甲烷细菌都可利用 H2 /CO2 或乙酸，但是硫酸盐还原细菌对于 H2 或乙酸的利用亲和力较产甲烷细菌为高。因此一般情况下硫酸盐还原细菌可以相当的优势优先获得有限的 H2 、乙酸等基质而迅速生长繁殖，产甲烷细菌却只能处于生长劣势。,16,一般来说，在营养基质有限的生境中，对此营养源具有高亲和力、固有生长速率高的群体，会以压倒优势取代那些亲和力低，固有生长速率低的群体，起到一种竞争排斥的作用。,微生物之间的竞争还表现在对于生存空间的占有上，在一个空间有限的环境中，生长发育繁殖快的微生物将优先抢占生存空间，而生长速率慢的微生物的生长受到遏制和空间限制。,17,二、原始合作关系,互生关系，是指两种可以单独生活的生物共存于同一环境中，相互提供营养及其他生活条件，双方互为有利，互相收益，当两者分开时各自可单独生存。,eg.固氮菌具有固定空气中氮气的能力，但不能利用纤维素作为碳源和能源，而纤维素分解菌分解纤维素为有机酸对它本身的生长繁殖不利，但当两者一起生活时，固氮菌固定的氮为纤维素分解菌提供了氮源，纤维素分解菌分解纤维素的产物有机酸被固氮菌用作碳源和能源。,18,三、共生关系,有些具有互利关系的两个微生物群体相互更为密切，甚至形成结构特殊的共生体物，两者绝对互利，分开后有的甚至难以单独生活，而且互相之间具有高度专一性，一般不能由其它种群取代共生体中的组成成员。,原生动物与藻类的共生是又一种普遍存在的共生现象。许多原生动物可以与藻共生而从藻类光合作用过程中获得有机物质和 O2 ，并为藻类提供 CO2 进行光合作用。近来也发现原生动物体内有产甲烷细菌内共生。,19,由某些藻或蓝细菌与真菌组成的地衣 (lichen) 是微生物之间典型的共生体，形成特定的结构，能象一种生物那样繁衍生息，并发展具备了独立的分类地位和系统。地衣中的藻或蓝细菌进行光合作用，某些藻类可以固定大气氮素，可为真菌提供有机化合物作碳源和能源，氮源以及 O2 ，而真菌菌丝层则为藻或蓝细菌不仅提供栖息之处，还可提供矿质营养和水分，甚至生长物质。藻类主要是念珠藻 (,Nostoc,) ，还有绿藻 (,Chlorophycophyta,) 或黄藻 (,Xanthophycophyta,) ，真菌则大多数是子囊菌中的盘菌，其次为核菌，少数为担子菌。,它们之间可以分成专性共生、兼性共生和寄生三种关系：专性共生即真菌和藻类共生后，形态发生改变，真菌已不能独立生活。兼性共生即真菌形态并不发生改变，分开后仍可独立生活。寄生则真菌寄生于藻上，营寄生生活。地衣能抗不良环境，是土壤形成的先锋生物，对空气污染尤是 SO2 甚为敏感，可以作为某地域大气污染程度的指示生物。,20,四、偏害关系（拮抗）,由于一种微生物类群生长时所产生的某些代谢产物，抑制甚至毒害了同一生境中的另外微生物类群的生存，而其本身却不受影响或危害，这种现象称之为拮抗现象。 这也是自然界中普遍存在的现象。,21,微生物之间的拮抗现象可以分为两种：,（1）由于一类微生物的代谢活动改变了环境条件而使改变了的环境条件不适宜于其他微生物类群的生长和代谢。例如人们在腌制酸菜或泡菜时，创造厌氧条件，促进乳酸细菌的生长，进行乳酸发酵，产生的乳酸降低了环境的 pH 值，使得其他不耐酸的微生物不能生存而腐败酸菜或泡菜，乳酸细菌却不受影响。含硫矿尾水中，由于硫杆菌 (,Thiobacillus,) 的活动，使 pH 值大大降低，因而其他微生物也难以在这种环境中生存 。,（2）一类微生物产生某些能抑制、甚至杀死其他微生物类群的代谢产物。较普遍的是产抗生素的微生物在环境营养丰富时，可以产生抗生素。不同种类与结构的抗生素可以选择性地抑制各类微生物，但对其自身却毫无影响。,22,五、捕食关系,捕食关系是指一种微生物以另一种微生物为猎物进行吞食和消化的现象。,在自然界中最典型和最大量的捕食关系是原生动物对细菌、酵母、放线菌和真菌孢子等的捕食。除此之外，还有藻类捕食其他细菌和藻，原生动物也捕食其他原生动物，真菌捕食线虫等。原生动物四膜虫 (,Tetrahymena,) 和克氏杆菌 (,Klebsiella,) 之间的消长关系，可见这种捕食关系调控着捕食者与被捕食者群体的大小，使它们两者都稳定在某一范围，保持着平衡。捕食线虫的真菌主要是属于丛梗孢霉目 (Moniliales) 的真菌，它们捕食的方式和捕捉器很不相同，如有真菌产生粘性菌丝交织成网络；有些真菌菌丝产生侧生短分枝，分枝短菌丝的细胞组成菌丝圈，或菌丝形成由三个细胞组成的环，套住线虫。然后菌丝侵入线虫体内生长繁殖，耗尽线虫体内物质。,23,四膜虫与克氏杆菌共培养时的消长关系,24,六、寄生关系,一种微生物通过直接接触或代谢接触，使另一种微生物寄主受害乃至个体死亡，而使它自己得益并赖以生存，这种关系称为寄生关系。,从寄生菌是否进入寄主体内来分。,（1）外寄生即寄生菌并不进入寄主体内的寄生方式。,外寄生方式如粘细菌对于细菌的寄生，粘细菌并不直接接触细菌，而是在一定距离外，依靠其胞外酶溶解敏感菌群，使敏感菌群释放出营养物质供其生长繁殖。,（2）内寄生则是寄生菌进入寄主体内的方式。内寄生方式较为普遍，寄生关系可以有病毒寄生于细菌、放线菌和蛭弧菌；蛭弧菌寄生于细菌（如图 ），真菌可寄生于真菌、藻类等，原生动物又可被细菌、真菌和其他原生动物所寄生。,25,寄生菌与寄主之间的专一性很强，寄生菌都限定于特定的寄主对象。作为微生物群体，寄生现象显示了一种群体调控作用。因为寄生现象的强度依赖于寄主群体的密度，而又可造成寄主群体密度的下降。寄主群体密度的下降减少了寄生菌可利用的营养源，结果又使寄生菌减少。寄生菌的减少又为寄主群体的发展创造了条件。这样循环往复，调整着寄生群体和寄主群体之间的比例关系。,蛭弧菌对细菌细胞的寄生,26,第五节 菌种的退化、复壮与保藏,一、菌种的退化、复壮,随着菌种保藏时间的延长或菌种的多次转接传代，菌种本身所具有的优良的遗传性状可能得到延续，也可能发生变异。变异有正变（自发突变）和负变两种，其中负变即菌株生产性状的劣化或有些遗传标记的丢失均称为菌种的,退化,。,（1）菌种退化的原因,菌种退化的主要原因是有关基因的负突变。当控制产量的基因发生负突变，就会引起产量下降；当控制孢子生成的基因发生负突变，则使菌种产孢子性能下降。,27,（2）防止退化的措施,合理的育种，选育菌种时所处理的细胞应使用单核的，避免使用多核细胞 。,控制传代次数，由于微生物存在着自发突变，而突变都是在繁殖过程中发生而表现出来的。,利用不同类型的细胞进行移种传代 。,采用有效的菌种保藏方法。,（3）退化菌种的复壮,纯种分离,通过寄主进行复壮,联合复壮,28,狭义的复壮消极的措施,是指在菌种已经发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定典型性状、生产性能等指标，从已衰退的群体中筛选出少数尚未退化的个体，以达到恢复原菌株固有性状的相应措施。,广义的复壮积极的措施,是指在菌种的典型特征或生产性状尚未衰退前，就经常有意识地采取纯种分离和生产性状测定工作，以期从中选择到自发的正突变个体。,29,二、菌种的保藏,1、菌种保藏的目的,菌种保藏的重要意义就在于尽可能保持其原有性状和活力的稳定，确保菌种不死亡、不变异、不被污染，以达到便于研究、交换和使用等诸方面的需要。,2、菌种保藏的原理,首先应该挑选典型菌种的优良纯种来进行保藏，最好保藏它们的休眠体，如分生孢子、芽孢等。,其次应人为地创造环境条件（如：,干燥、低温和缺氧），使微生物长期,处于代谢不活泼、生长繁殖受抑制的休眠状态。,尽可能多的采用不同的手段保藏一些比较重要的微生物菌株,30,（1）蒸馏水悬浮法 这是一种最简单的菌种保藏方法，只要将菌种悬浮于无菌蒸馏水中，将容器封好口，于10保藏即可达到目的。好气性细菌和酵母等可用此法保存。,（2）冷冻保藏 冷冻保藏是指将菌种于-20以下的温度保藏，冷冻保藏为微生物菌种保藏非常有效的方法。通过冷冻，使微生物代谢活动停止。一般而言，冷冻温度愈低，效果愈好。为了保藏的结果更加令人满意，通常在培养物中加入一定的冷冻保护剂；同时还要认真掌握好冷冻速度和解冻速度。冷冻保藏的缺点是培养物运输较困难。,3、菌种保藏的方法,31,（3）斜面传代保藏 斜面传代保藏方法是将菌种定期在新鲜琼脂斜面培养基上、液体培养基中或穿刺培养，然后在低温条件下保存。它可用于实验室中各类微生物的保藏，此法简单易行，且不要求任何特殊的设备。,缺点：易发生培养基干枯、菌体自溶、基因突变、菌种退化、菌株污染等不良现象。因此要求最好在基本培养基上传代，目的是能淘汰突变株，同时转接菌量应保持较低水平。,斜面培养物应在密闭容器中于5保藏，以防止培养基脱水并降低代谢活性。此方法一般不适宜作工业生产菌种的长期保藏，一般保存时间为36个月。如放线菌于46保存，每3个月移接一次；酵母菌于46保存，每46个月移接一次；霉菌于46保存，每6个月移接一次。,32,（4）矿物油中浸没保藏 此方法简便有效，可用于,丝状真菌、酵母、细菌和放线菌,的保藏。特别对难于冷冻干燥的丝状真菌和难以在固体培养基上形成孢子的担子菌等的保藏更为有效。是将琼脂斜面或液体培养物或穿刺培养物浸入矿物油中于室温下或冰箱中保藏，操作要点是首先让待保藏菌种在适宜的培养基上生长，然后注入经160干热灭菌12h或湿热灭菌后120烘去水分的矿物油，矿物油的用量以高出培养物1cm为宜，并以橡皮塞代替棉塞封口，这样可使菌种保藏时间延长至12年。以液体石蜡作为保藏方法时，应对需保藏的菌株预先作试验，因为某些菌株如酵母、霉菌、细菌等能利用石蜡为碳源，还有些菌株对液体石蜡保藏敏感。所有这些菌株都不能用液体石蜡保藏，为了预防不测，一般保藏菌株23年也应做一次存活试验。,33,（5）干燥-载体保藏 此法适用于产,孢子或芽孢,的微生物的保藏。是将菌种接种于适当的载体上，如河砂、土壤、硅胶、滤纸及麸皮等，以保藏菌种。,制备方法为：将河砂经24目过筛后用10%20%盐酸浸泡34h，以除去其中所含的有机物，用水漂洗至中性，烘干，然后装入高度约1cm的河沙于小试管中，121间歇灭菌3次。用无菌吸管将孢子悬液滴入砂粒小管中，经真空干燥8h，于常温或低温下保藏均可，保存期为110年。土壤法以土壤代替砂粒，不需酸洗，经风干、粉碎，然后同法过筛、灭菌即可。一般细菌芽孢常用砂管保藏，霉菌的孢子多用麸皮管保藏。,34,（6）寄主保藏 适用于一些难于用常规方法保藏的动植物病原菌和病毒。,（7）基因工程菌的保藏 随着基因工程的不断发展，越来越多的基因工程菌需要得到合理的保藏，由于它们的载体质粒等所携带的外源DNA片段的遗传性状不太稳定、且其外源质粒复制子很容易丢失。另外，对于宿主细胞质粒基因通常为生长非必需，一般情况下当细胞丢失这些质粒时，生长速度会加快。而由质粒编码的抗生素抗性在富集含此类质粒的细胞群体时极为有用。当培养基中加入抗生素时，抗生素提供了一有利于携带质粒的细胞群体的极有用的生长选择压。而且在运用基因工程菌进行发酵时，抗生素的加入可帮助维持质粒复制与染色体复制的协调。由此看来基因工程菌最好应保藏在含低浓度选择剂的培养基中。,35,简称液氮保藏法或液氮法。它是以甘油、二甲基亚砜等作为保护剂，在液氮超低温（196）下保藏的方法。其主要原理是菌种细胞从常温过渡到低温，并在降到低温之前，使细胞内的自由水通过细胞膜外渗出来，以免膜内因自由水凝结成冰晶而使细胞损伤。,此法适用于各种微生物菌种的保藏。,此法的主要保藏措施是超低温、有保护剂，保藏期一般可达到15年以上，是目前公认的最有效的菌种长期保藏技术之一。,此法的优点是操作简便、高效，且可使用各种培养形式的微生物进行保藏。其缺点是需购置超低温液氮设备，且液氮消耗较多，操作费用较高。,（8）液氮超低温保藏法,36,习题:,1、紫外线杀菌的机理是什么？光复活的定义？光复活修复的机理（用化学反应式表达）？,2、菌种保藏的意义是什么？菌种保藏的主要方法？（每种方法举一个例子说明，并说明为什么要用该方法）,37,