項目三微生物的生理.ppt

項目三 微生物的生理,楊璐璐,主要內(nèi)容,一、 微生物的營養(yǎng) 二、 微生物的生長 三、 微生物生長的控制,一、 微生物的營養(yǎng),1、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成 2、微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能 3、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收 4、微生物的營養(yǎng)類型,1、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成,微生物從環(huán)境中吸取營養(yǎng)物質(zhì)并加以利用的過程稱為微生物的營養(yǎng),營養(yǎng)物質(zhì):能夠滿足機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需要的物質(zhì).,營養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營養(yǎng)是微生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過程。,化學(xué)組成,元素組成,C、H、O、N、P、S、K、Mg 、 Ca 、Fe 、Mn 、 硼 Cl 、Cu 、Co 、Zn 、鉬、硒等，其中C、H、O、N、P、S六種元素占菌體干重的97%,水 有機物 無機鹽,化合物組成,碳源物質(zhì),氮源物質(zhì),無機鹽,生長因子,水,營養(yǎng)物質(zhì)按照它們在機體中的生理作用不同，可以將它們區(qū)分成六大類。,2、微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能,能源物質(zhì),凡是能提供微生物細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中碳素來源的營養(yǎng)物質(zhì)都稱為碳 源 。,碳 源 物 質(zhì),碳源功能,碳源種類,碳源功能,C素構(gòu)成細(xì)胞及代謝產(chǎn)物的骨架,C素是大多數(shù)微生物代謝所需的能量來源,碳源種類,無機C源：CO2、碳酸鹽，只能被自養(yǎng)微生物利用,有機C源：各種糖類，其次是有機酸、醇類、 脂類和烴類化合物,對于為數(shù)眾多的化能異養(yǎng)微生物來說，碳源是兼有能源功能營養(yǎng)物。,目前在微生物工業(yè)發(fā)酵中所利用的碳源物質(zhì)主要是糖類物質(zhì)、麩皮、米糠等。,實驗室常用的碳源主要有葡萄糖、蔗糖、甘露醇、有機酸等.,凡是能提供微生物細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)都稱為氮源。,氮 源,氮源功能,氮源種類,為微生物提供合成細(xì)胞物質(zhì)代謝產(chǎn)物的原料 氮源一般不做能源，只有硝化細(xì)菌利用銨鹽，亞硝酸鹽作氮源,同時也作能源。,氮源功能,氮源種類,有機態(tài)氮：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物 實驗室常用牛肉膏、蛋白胨、酵母膏做氮源 生產(chǎn)用玉米漿、豆餅、葵花餅、花生餅等。,分子態(tài)氮：固氮微生物以分子氮為唯一氮源,無機態(tài)氮：硝酸鹽、銨鹽幾乎所有微生物能利用,能 源 物 質(zhì),為微生物的生命活動提供最初能量來源的物質(zhì)稱為能源物質(zhì) 分為：化學(xué)能和輻射能兩類,能源譜,化學(xué)物質(zhì)（化學(xué)營養(yǎng)型）,輻射能（光能營養(yǎng)型）,無 機 鹽,功能,構(gòu)成酶活性基的組成成分，維持E活性。Mg、Ca、K是多種E的激活劑,構(gòu)成微生物細(xì)胞的組成成分,調(diào)解微生物細(xì)胞的滲透壓， PH值和氧化還原電 位,作為某些自養(yǎng)微生物的能源和無氧呼吸的氫受體。,Zn、Ca、Mn、Co、Mo等微量元素，在微生物培養(yǎng)中有0.1PPM就可以了。自來水原料中以夠用，不需另加。,無機鹽種類,構(gòu)成微生物細(xì)胞以C、H、O、N、P、S六種元素為主，約占細(xì)胞干重的95以上；,Ca、K 、Mg、Fe為大量元素，以無機鹽陽離子形式被吸收，配培養(yǎng)基進(jìn)要加磷酸鹽、硫酸鹽。,微生物生長所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以滿足機體生長需要的微量有機化合物 稱為生長因子。,生長因子,根據(jù)它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)和及其生理作用可分為：,維生素 氨基酸 嘌呤或嘧啶堿基,水,水是一切生物生存的基本條件，微生物的生命活動也離不開水，微生物細(xì)胞含水約占細(xì)胞鮮重的7090，水作用是多方面的。,水的功能,是細(xì)胞中生化反應(yīng)的良好介質(zhì)；營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物都必須溶解在水里，才能被吸收或排出體（細(xì)胞）外。 水的比熱高，能有效的吸收代謝過程中放出的熱量，不致使細(xì)胞的溫度驟然上升。 維持細(xì)胞的膨壓（控制細(xì)胞形態(tài)）。,3、微生物對營養(yǎng)的吸收方式,營養(yǎng)物質(zhì)能否進(jìn)入細(xì)胞取決于三個方面的因素：,營養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)（相對分子量、質(zhì)量、溶解性、電負(fù)性等,微生物所處的環(huán)境（溫度、PH等）；,微生物細(xì)胞的透過屏障（原生質(zhì)膜、細(xì)胞壁、莢膜等）。,根據(jù)物質(zhì)運輸過程的特點，可將物質(zhì)的運輸方式分為： 單純擴散 促進(jìn)擴散 主動運輸 基團轉(zhuǎn)位,單純擴散,原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營養(yǎng)物質(zhì)通過原生質(zhì)膜上的小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)進(jìn)行擴散。,自由擴散特點： 物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的動力是細(xì)胞內(nèi)外的濃度差。 這種運輸方式不消耗能量 沒有特異性，被運輸物質(zhì)不與膜上物質(zhì)發(fā)生任何反應(yīng)，物質(zhì)不發(fā)生化學(xué)變化。,水是唯一可以通過擴散自由通過原生質(zhì)膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些氣體（O2、CO2）及某些氨基酸在一定程度上也可通過自由擴散進(jìn)出細(xì)胞。,單純擴散運輸物質(zhì)的種類：,促進(jìn)擴散也叫協(xié)助擴散,促進(jìn)擴散特點 物質(zhì)運輸動力是細(xì)胞外的濃度差。 運輸過程不消耗能量。 有膜載體參加，膜載體（滲透酶）有特異性。運輸葡萄糖的載體只運輸葡萄糖。這種運輸方式多發(fā)生在真核微生物，原核生物少見。,促進(jìn)擴散運輸物質(zhì)的種類：,通過促進(jìn)擴散進(jìn)入細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機鹽等。一般微生物通過專一的載體蛋白運輸相應(yīng)的物質(zhì)，但也有微生物對同一物質(zhì)的運輸由一種以上的載體蛋白來完成。,主動運輸,特點：被運送的物質(zhì)可逆濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞內(nèi) 要消耗能量，必需有能量參加。 有膜載體參加，膜載體發(fā)生構(gòu)型變化 被運送物質(zhì)不發(fā)生任何變化。,主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運輸方式。,通過這種方式運輸方式吸收的營養(yǎng)物質(zhì)：有糖類（乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等）、氨基酸、核苷、鉀離子等。,主動運輸運輸物質(zhì)的種類：,基 團 轉(zhuǎn) 位,基團轉(zhuǎn)位：是在研究糖的運輸時發(fā)現(xiàn)的一種主動運輸方式。 運輸過程中需要能量，被運輸?shù)奈镔|(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的運輸叫基團移位。 許多糖就是靠基團移位進(jìn)行運輸?shù)摹?這種運輸方式是微生物通過磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)(PTS)來運輸營養(yǎng)物質(zhì)的。,基團轉(zhuǎn)移運輸物質(zhì)的種類： 基團轉(zhuǎn)移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)胞中,主要用于糖的運輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過這種方式運輸。,基團轉(zhuǎn)移運輸特點： 被運送的物質(zhì)可逆濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞內(nèi) 需要磷酸酶系統(tǒng)進(jìn)行催化 被運輸?shù)奈镔|(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，被磷酸化 需要能量,比較項目 單純擴散 促進(jìn)擴散 主動運輸 基團移位 特異載體蛋白 無 有 有 有 運送速度 慢 快 快 快 溶質(zhì)運送方向 由濃至稀 由濃至稀 由稀至濃 由稀至濃 平衡時內(nèi)外濃度 內(nèi)外相等 內(nèi)外相等 內(nèi)部高 內(nèi)部高 能量消耗 不需要 不需要 需要 需要 運送前后溶質(zhì)分子 不變 不變 不變 改變 運送對象舉例 水、O2 糖、SO42- 氨基酸、乳糖 葡萄糖、嘌呤,四種運送營養(yǎng)方式的比較,根據(jù)微生物所利用的碳源的不同，可將微生物分為：自養(yǎng)微生物和異養(yǎng)微生物。 根據(jù)微生物所利用的能源的不同，可將微生物分為兩種能量類型：光能微生物和化能微生物。 將以上兩種分類方法結(jié)合起來，可以把微生物的營養(yǎng)類型歸納為：,光能自養(yǎng)型,光能異養(yǎng)型,化能自養(yǎng)型,化能異養(yǎng)型,4、微生物的營養(yǎng)類型,1）光能自養(yǎng)型,特點：能以CO2為主要唯一或主要碳源；進(jìn)行光合作用獲取生長所需要的能量；以無機物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，使CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；能夠在完全無機的環(huán)境中生長。,例如，藻類及藍(lán)細(xì)菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進(jìn)行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細(xì)胞物質(zhì)。,紫硫細(xì)菌和綠硫細(xì)菌含細(xì)菌葉綠素，以H2S、S、Na2S2O3為電子供體進(jìn)行不放氧的光合作用，產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)。并伴隨硫元素的產(chǎn)生。利用H2S的反應(yīng)如下：,產(chǎn)生的元素硫或是積累到細(xì)胞內(nèi)或是分泌到細(xì)胞外。,2）光能異養(yǎng)型,特點：具有光合色素，能利用光能。不能以CO2為主要或唯一的碳源；以有機物作為碳源和供氫體，利用光能將CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；在生長時大多數(shù)需要外源的生長因子；,例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時積累丙酮。,光能自養(yǎng)型和光能異養(yǎng)型微生物的主要區(qū)別在于供氫體和電子供體來源不同，光能異養(yǎng)型雖然能利用CO2但必須在有機物存在的情況下才能生長。他們都能利用光能生長。,3）化能自養(yǎng)型,特點：生長所需要的能量來自無機物氧化過程中放出的化學(xué)能；以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進(jìn)行生長時，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作為電子供體使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。這類細(xì)菌包括硫細(xì)菌、硝化細(xì)菌、H細(xì)菌、鐵細(xì)菌等，硫細(xì)菌和硝化細(xì)菌與生產(chǎn)密切相關(guān)。,如FeO硫桿菌可把可將S或硫代硫酸鹽氧化成硫酸和將氧化亞鐵氧化成高鐵的能力，氧化率達(dá)95100并放出能量 2FeS2+7O2 +2HO2 2FeSO4 + 2H2SO4 2FeSO4 + 2H2SO4 + 1/2O2 Fe2（SO4 ） +HO2,生成的Fe2（SO4 ）是強氧化劑和溶劑，可溶解礦石。如溶解銅礦（CuS），從中浸出銅元素。 CuS+ Fe2（SO4 ） Cu SO4 + 2FeSO4 + S,溶出的Cu SO4 液再加入鐵屑、廢鐵等便可將銅置換出來。生成的FeSO4和S還可在這類細(xì)菌作用下再次氧化成H2SO4和Fe2（SO4 ），而循環(huán)使用。,用這類微生物來開礦冶金稱為細(xì)菌冶金，是開采貧礦和尾礦的有效辦法，用細(xì)菌浸出Fe的速度比完全氧化快5660倍。,4）化能異養(yǎng)型,特點：生長所需要的能量均來自有機物氧化過程中放出的化學(xué)能；生長所需要的碳源主要是一些有機化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等。有機物通常既是碳源也是能源；以有機或無機含氮化合物為氮源，合成細(xì)胞物質(zhì),大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動物都是化能有機異養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能有機異養(yǎng)型微生物；,由于棲息場所和攝取養(yǎng)料不同，可將異養(yǎng)微生物分為腐生型和寄生型兩大類。 腐生型：利用無生命的有機物獲得營養(yǎng)物質(zhì)。 寄生型：從活的寄生體內(nèi)獲取營養(yǎng)物質(zhì)，如病毒。 中間類型（兼性腐生或兼性寄生）如結(jié)核桿 地菌、痢疾桿菌就是兼性寄生菌。,以上四種營養(yǎng)類型劃分不是絕對的： 1、紅螺菌既可利用光能，也可利用（黑暗） 2、氫單胞菌是異養(yǎng)和自養(yǎng)的過渡型（稱兼性自養(yǎng)型） 3、自養(yǎng)與異養(yǎng)的區(qū)別不再能否利用CO2，而在于是否以CO2式.碳酸鹽為唯一的碳源。自養(yǎng)型以無機碳化物為碳源，異養(yǎng)型雖然也可利用CO2，但必須在有機碳存在情況下。,大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動物都是化能有機異養(yǎng)型微生物； 所有致病微生物均為化能有機異養(yǎng)型微生物；,二、微生物的生長,1、微生物的生長規(guī)律 2、影響微生物生長的理化因素,1、微生物的生長規(guī)律,生長：當(dāng)同化作用的速度超過了異化作用，使個體細(xì)胞質(zhì)量和體積增加 繁殖：是指生命個體生長到一定階段，通過特定方式產(chǎn)生新的生命個體，即引起生命個體數(shù)量增加的生物學(xué)過程。,個體生長：指微生物細(xì)胞個體吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行新陳代謝，原生質(zhì)與細(xì)胞組分的增加為個體生長。 群體生長：指群體中個體數(shù)目的增加?？梢杂弥亓?、體積、密度或濃度來衡量。,單細(xì)胞微生物的生長實際上是以群體細(xì)胞數(shù)目的增加為標(biāo)志。 生長與繁殖的關(guān)系： 個體生長 個體繁殖 群體生長 群體生長 = 個體生長 + 個體繁殖,生長曲線,將少量單細(xì)胞微生物純菌種接種到新鮮的液體培養(yǎng)基中，在最適條件下培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中定時測定細(xì)胞數(shù)量，以細(xì)胞數(shù)目的對數(shù)為縱坐標(biāo)，時間為橫坐標(biāo)，畫出的一條有規(guī)律的曲線。,A-適應(yīng)期， B-對數(shù)增長期， C-穩(wěn)定期， D-衰亡期,該生長曲線只適用于單細(xì)胞微生物，包括細(xì)菌和酵母菌。,適應(yīng)期的特點：,生長繁殖的速度幾乎等于零 細(xì)胞形態(tài)增大，桿菌的長度增加。 細(xì)胞內(nèi)的RNA尤其是rRNA含量增高，合成代謝活躍，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶 對外界不良環(huán)境條件例如NaCl溶液濃度、溫度和抗生素等化學(xué)藥物敏感。 原因：適應(yīng)新的環(huán)境條件，合成新的酶，積累必要的中間產(chǎn)物。,菌種的菌齡：如果以對數(shù)期的“種子”接種，則子代培養(yǎng)的適應(yīng)期就短。 接種量：一般來說，接種量大，適應(yīng)期就短，反之則長。因此在發(fā)酵工業(yè)上，為縮短適應(yīng)期，一般采用1/10的接種量。,影響適應(yīng)期長短的因素：,培養(yǎng)基成分：接種到營養(yǎng)豐富的天然培養(yǎng)基中的微生物要比接種到營養(yǎng)單調(diào)的合成培養(yǎng)基中的適應(yīng)期短。新接種的培養(yǎng)基與菌種的原培養(yǎng)基越接近，適應(yīng)期就越短。 發(fā)酵工業(yè)上需盡量縮短該期，以降低生產(chǎn)成本。 在食品工業(yè)上，盡量在此期進(jìn)行消毒或滅菌,生長繁殖的速度很快，活菌的數(shù)目呈對數(shù)增長，因而細(xì)胞每分裂一次所需的代時(世代時間)或原生質(zhì)增加1倍所需的時間最短。 細(xì)胞進(jìn)行平衡生長，菌體內(nèi)各種成分最均勻。 酶系活躍，代謝旺盛。 在此時期內(nèi)，菌細(xì)胞的形態(tài)特征均勻一致，最代表種的特征。 此時期內(nèi)的微生物的生化特性均勻一致，并且典型。,指數(shù)期的特點：,影響指數(shù)期微生物增代時間的因素：,菌種：不同菌種的代時差別極大。 營養(yǎng)成分：同一種細(xì)菌在營養(yǎng)物豐富的培養(yǎng)基中生長，其代時較短，反之則長。 培養(yǎng)溫度：溫度對微生物的生長速率有極其明顯的影響。,營養(yǎng)物的濃度：在營養(yǎng)物濃度很低的情況下，營養(yǎng)物的濃度才能影響生長速率，隨著營養(yǎng)物濃度的增高，生長速率不受影響，而只影響最終的菌體產(chǎn)量。如果進(jìn)一步提高營養(yǎng)物濃度，則生長速率和菌體產(chǎn)量均不受影響。 發(fā)酵工業(yè)上盡量延長該期，以達(dá)到較高的菌體密度。 食品工業(yè)上盡量使有害微生物不能進(jìn)入此期,特點： 1. 生長速率常數(shù)R等于0。 2. 菌體產(chǎn)量達(dá)到了最高值。 3. 合成次生代謝產(chǎn)物。 4. 細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)儲藏物質(zhì)，芽孢桿菌內(nèi)開始 產(chǎn)生芽孢。 產(chǎn)生原因： 1. 營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡。 2. 營養(yǎng)物的比例失調(diào)，如碳氮比不合適。 3. 有害代謝廢物的積累（酸、醇、毒素等）。 4. 物化條件（pH、氧化還原勢等）不合適。,穩(wěn)定期,微生物生長與代謝產(chǎn)物形成的關(guān)系,微生物發(fā)酵形成產(chǎn)物的過程與微生物細(xì)胞生長的過程并不總是一致的。 一般認(rèn)為： 初級代謝是給予生物能量和生成中間產(chǎn)物的過程，初級代謝產(chǎn)物的形成往往與微生物細(xì)胞的形成過程同步，微生物生長的穩(wěn)定期是這些產(chǎn)物的最佳收獲時機；,次級代謝產(chǎn)物與微生物的生存、生長和繁殖無關(guān)。次級代謝產(chǎn)物的形成往往與微生物細(xì)胞的形成過程不同步。在分批培養(yǎng)中，它們的形成高峰往往在微生物生長穩(wěn)定期的后期或衰亡期。,衰亡期,特點： 1. 生長速率常數(shù)R為負(fù)值。 2. 細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生變化，出現(xiàn)不規(guī)則的衰退形。 3. 釋放次生代謝產(chǎn)物，芽孢等。 4. 菌體開始自溶。 產(chǎn)生原因： 生長條件的進(jìn)一步惡化，使細(xì)胞內(nèi)的分解代謝大大超過合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體的死亡。,（二）影響微生物生長的環(huán)境因素,1.溫度 2.氧氣 3.pH 4.水分 5.輻射 6.超聲波 7.化學(xué)藥劑,每種微生物都有自己的生長溫度三基點： 最低生長溫度、最適生長溫度和最高生長溫度 在生長溫度三基點內(nèi)，微生物都能生長，但生長速率不一樣。微生物只有處于最適生長溫度時，生長速度才最快，代時最短。,1）溫度,幾種微生物的生長溫度三基點（）,最低生長溫度：生長繁殖的最低界限 最適生長溫度：生長速率最高 最高生長溫度：生長繁殖的最高界限,根據(jù)微生物最適生長溫度的不同，可將它們分為低溫型微生物、中溫型微生物、高溫型微生物這三個類型。,低溫型微生物,最適生長溫度在5-20,主要分布在地球的兩極、冷泉、深海、冷凍場所及冷藏食品中。 例： 假單孢菌中的某些嗜冷菌在低溫下生長，常引起冷藏食品的腐敗。,中溫型微生物,室溫型主要為腐生或植物寄生，在植物或土壤中；最適生長溫度為2040。大多數(shù)微生物屬此類；與食品工業(yè)的關(guān)系最密切。,高溫型微生物,最適生長溫度為50-60,主要分布在溫泉、堆肥和土壤中。給罐頭工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)帶來一定的難度。,根據(jù)不同微生物對氧的要求，可將它們分為：,2、氧氣,3、pH,微生物的生長pH值范圍極廣。但是絕大多數(shù)種類都生活在pH5-9之間。 各類微生物生長的最適pH值： 細(xì)菌為7.07.6 放線菌為7.58.5 霉菌為4.05.8 酵母菌為 3.86.0,根據(jù)微生物生長的最適pH值，將微生物分為： 嗜堿微生物：硝化細(xì)菌、尿素分解菌、多數(shù)放線菌。 耐堿微生物：許多鏈霉菌。 中性微生物：絕大多數(shù)細(xì)菌，一部分真菌。 嗜酸微生物：硫桿菌屬。 耐酸微生物：乳酸桿菌、醋酸桿菌。,（1）濕度 （2）水活度 （3）滲透壓,4. 水分,（1）濕度,濕度：指環(huán)境空氣中含水量的多少。 放線菌和霉菌的氣生菌絲則曝露于空氣中，空氣濕度較大則有利于生長。 細(xì)菌在空氣中的生存和傳播也以濕度較大為合適。 反之，環(huán)境干燥可使細(xì)胞失水而造成代謝停止乃至死亡。,（2）水活度,水活度：在相同的溫度、壓力下，體系中溶液的水的蒸汽壓與純水的蒸汽壓之比,即：A=p/p0 微生物生長的水活度范圍： A=0.63-0.99 各種微生物生長的最低水活度值,根據(jù)水分活度不同分為三類： A0.85 水分較大食品（冷藏保存） A=0.60-0.85 中等水分食品 A0.60 低水分食品,（3）滲透壓,微生物在正常生長情況下： 細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)濃度細(xì)胞外溶質(zhì)濃度 高滲狀態(tài)：細(xì)胞會脫水，發(fā)生質(zhì)壁分離，甚至 死亡 低滲狀態(tài)：細(xì)胞會膨脹，甚至脹破,鹽腌糖漬的辦法保存食品,5.輻射,輻射根據(jù)波長而分為各種射線和電波。 紫外線：具有直接殺菌作用。（空氣、水、物體表面） -射線：一種滅菌措施。（不耐熱食品，如快食面料包）,6.超聲波,超聲波是超過人能聽到的最高頻（20000 赫茲)的聲波，強烈的超聲波可使被處理的微生物細(xì)胞破碎。,7.化學(xué)藥劑,消毒劑：能迅速殺滅病原微生物的藥物。 防腐劑：能抑制或阻止微生物生長繁殖的藥物。 可分為：有機化學(xué)藥物、無機化學(xué)藥物、染色劑等。,（1）有機化學(xué)藥物,常用的有酚、醇、醛、酸類及表面活性劑,酚 類,苯酚，又名石炭酸 能使細(xì)胞蛋白質(zhì)凝固變性，破壞細(xì)胞膜導(dǎo)致微生物死亡。 2-5的苯酚溶液是一種常用的消毒劑，用于器械及噴霧消毒。 來蘇兒 石炭酸與皂液和煤油混合液。常用于物體表面、地面和皮膚等消毒。,醇 類,能通過溶解細(xì)胞膜中的類脂破壞膜結(jié)構(gòu)，并可使蛋白質(zhì)脫水、變性。 最常用的是乙醇，70-75是乙醇消毒的最佳濃度。（主要用于物體的表面和皮膚的消毒）,醛 類,能與蛋白質(zhì)中氨基酸的多種基團共價結(jié)合而使其變性，達(dá)到殺菌的目的。 商用福爾馬林 含 37%-40%的甲醛水溶液。工廠和實驗室常采用甲醛熏蒸法進(jìn)行空間消毒。（甲醛有強烈的刺激性氣味，可以在熏蒸后，用氨水中和吸收。）,酸 類,有機酸能抑制微生物(尤其是霉菌)的酶和代謝活性。 山梨酸和苯甲酸常用作食品和飲料的防腐劑，抑制霉菌等微生物的生長。,表面活性劑,具有降低表面張力效應(yīng)的物質(zhì)稱為表面活性劑。可改變細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和透性，使細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)逸出膜外，并能使蛋白變性。 新潔爾滅 0.25的新潔爾滅溶液，常用于物體表面和皮膚的消毒。,（2）無機化合物,常用的有鹵化物、重金屬、氧化劑和無機酸和堿等。,鹵 化 物,按殺菌力高低排列的順序： F Cl Br I （以碘和氯最常用） 碘酒 通過與細(xì)胞中酶和蛋白質(zhì)中的酪氨酸結(jié)合而發(fā)揮作用。 氯氣 氯化物（漂白粉）,重金屬及其化合物,大多數(shù)重金屬鹽類對微生物有毒害作用，這是由于重金屬容易和微生物的蛋白質(zhì)結(jié)合，而使蛋白質(zhì)發(fā)生變性或沉淀的緣故。 紅汞（紅藥水） 醫(yī)院常用2水溶液。 硝酸銀 常在醫(yī)學(xué)上用于皮膚和眼睛等部位的消毒。 硫酸銅,氧 化 劑,能放出游離氧或使其他化合物放出氧，通過對細(xì)胞成分的氧化作用而殺菌。 高錳酸鉀 0.1%用于皮膚、水果、飲具的消毒 2%-5%能殺死芽孢 過氧化氫 3%用于傷口消毒,無機酸和堿,能引起微生物細(xì)胞物質(zhì)的水解或凝固，因而也有很強的殺菌作用。 生產(chǎn)上常用石灰水、氫氧化鈉、碳酸鈉等作為環(huán)境、工具、器械等的消毒劑。,（3）染色劑,染料特別是堿性染料，其陽離子基團能與細(xì)胞蛋白質(zhì)氨基酸上的羧基或核酸上的磷酸基結(jié)合，因而阻斷了正常的細(xì)胞代謝過程，在低濃度下可抑制細(xì)菌生長。 結(jié)晶紫、亞甲藍(lán)、吖啶黃、孔雀綠等都有抑制細(xì)菌生長的作用，都可用作消毒劑。,（4）化學(xué)治療劑,這是一類能選擇性地殺死或抑制人或動物體內(nèi)病原微生物，可用于臨床治療感染性疾病的的特殊化學(xué)藥品。 與消毒劑的差別： 消毒劑對于宿主和微生物具有同等的毒性； 化學(xué)治療劑能選擇性地作用于病原微生物新陳代謝的某個環(huán)節(jié)，使其生長受到抑制或致死，但對人體細(xì)胞毒性較小。,抗代謝藥物,指其化學(xué)結(jié)構(gòu)與細(xì)胞內(nèi)必要代謝物的結(jié)構(gòu)很相似，可干擾正常代謝活動的一類化學(xué)物質(zhì)。 如磺胺類、5-氟代尿嘧啶、氨基葉酸、異煙肼等,磺胺類藥物是最常用的抗代謝物。,磺胺類藥物,臨床應(yīng)用已有幾十年的歷史，具有較廣的抗菌譜，而且療效確切、性質(zhì)穩(wěn)定、使用簡便、價格便宜，又便于長期保存，故目前仍是僅次于抗生素的一大類藥物。 能抑制革蘭氏陽性菌及一些陰性菌，主要作用機理是抑制細(xì)菌的繁殖。,抗 生 素,抗生素是由微生物或其它生物產(chǎn)生的一類次級代謝產(chǎn)物，具有抑制或殺滅其他微生物生命活動的活力。 如青霉素、頭孢霉素等,三、微生物的代謝,（一）微生物代謝概述 （二）微生物特有的代謝產(chǎn)物 （三）微生物的酶系統(tǒng)及生化鑒定試驗,（一）微生物代謝概述,代謝 “新陳代謝”的簡稱，細(xì)胞中新舊物質(zhì)的更替。 微生物的新陳代謝 微生物一方面不斷地從外界環(huán)境中吸收營養(yǎng)物質(zhì)，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞本身有用的物質(zhì)（同化）；另一方面又不斷地向體外排出廢物（異化）, 這就是。,1.微生物的能量代謝,指生物體與外界環(huán)境之間能量的交換和生物體內(nèi)能量的轉(zhuǎn)變過程。,最初能源,有機物,日光,還原態(tài)無機物,通用能量ATP,2.微生物的物質(zhì)代謝,指生物體與外界環(huán)境之間物質(zhì)的交換和生物體內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)變過程。 微生物的物質(zhì)代謝包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子物質(zhì)的分解和合成過程。,（二） 微生物特有的代謝產(chǎn)物,抗生素 毒素 維生素 色素,初級代謝產(chǎn)物 微生物通過代謝活動所產(chǎn)生的、自身生長、繁殖所必需的物質(zhì) 次級代謝產(chǎn)物 微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、對該生物無明顯的生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質(zhì),抗 生 素,天然抗生素是微生物產(chǎn)生的對其他種類微生物或細(xì)胞具有抑制或致死作用的物質(zhì)，是微生物產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物。 這類物質(zhì)在產(chǎn)生菌與其它種生物的生存競爭中起著重要作用。,毒 素,微生物產(chǎn)生的對人和動植物細(xì)胞有毒殺作用的次級代謝產(chǎn)物稱為毒素。 內(nèi)毒素 外毒素,內(nèi) 毒 素,內(nèi)毒素是革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁成分，細(xì)菌在生活狀態(tài)時不釋放出來，只有當(dāng)細(xì)菌死亡自溶或粘附在其它細(xì)胞時，才表現(xiàn)其毒性。 主要成分：脂多糖 少量內(nèi)毒素可引起機體發(fā)熱反應(yīng)；大量內(nèi)毒素進(jìn)入血液，可使血管透性改變，局部出血，顆粒性白細(xì)胞增多或減少和體重下降，嚴(yán)重時能導(dǎo)致內(nèi)毒素性休克。,外 毒 素,外毒素是病原菌在代謝過程中產(chǎn)生的分泌到菌體外的毒素。 主要成分：蛋白質(zhì) 各種細(xì)菌產(chǎn)生的外毒素可引起特殊的臨床癥狀。 如肉毒桿菌外毒素，毒性強，比氰化鉀強10000倍。破傷風(fēng)外毒素引起所屬肌肉的痙攣強直；霍亂桿菌腸毒素引起嚴(yán)重的嘔吐和腹瀉；志賀氏菌屬痢疾桿菌外毒素可引起腹瀉等。,細(xì)菌外毒素與內(nèi)毒素的區(qū)別,維 生 素,有些微生物在特定條件下可合成遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過本身正常需要的大量的維生素，因此可作為維生素的生產(chǎn)菌種。 醫(yī)藥上應(yīng)用的各種維生素主要是從微生物中提取的。,色 素,許多微生物在代謝中能合成不同顏色的色素，或積累在胞內(nèi)，或分泌于胞外。 脂溶性色素 水溶性色素,（三）微生物的酶系統(tǒng)及生化鑒定試驗,1.微生物的酶系統(tǒng) 新陳代謝要通過大量的生化反應(yīng)才能夠?qū)崿F(xiàn)，而所有這些代謝反應(yīng)都必須在酶的催化下進(jìn)行。,2. 微生物的生化鑒定試驗,不同種類的微生物具有不同的酶系統(tǒng)，故可利用一些生化反應(yīng)來測定這些代謝產(chǎn)物，作為區(qū)別和鑒定微生物的重要依據(jù)之一，這就是微生物的生化鑒定試驗。 （1）微生物對碳源利用試驗 （2）微生物對氮源利用試驗 （3）IMViC試驗,（1）微生物對碳源利用試驗,主要測定微生物對各種單糖、雙糖、多糖以及醇類、有機酸等的利用能力。 糖發(fā)酵試驗 VP試驗 甲基紅試驗 枸櫞酸鹽利用試驗,糖發(fā)酵試驗,大腸桿菌能分解葡萄糖有乳糖，產(chǎn)生甲酸等產(chǎn)物，并有甲酸解氫酶，可將其分解為CO2和H2，故生化反應(yīng)結(jié)果為產(chǎn)酸產(chǎn)氣，以“”表示。 傷寒桿菌分解葡萄糖產(chǎn)酸，但無解氫酶。故生化結(jié)果為產(chǎn)酸不產(chǎn)氣，以“+”表示。傷寒桿菌及一般致病菌大都不能分解乳糖，以“-”表示。,培養(yǎng)基中含有溴甲酚紫，產(chǎn)酸可使其顏色從紫色變?yōu)辄S色。 底部放有倒管，倒管收集到氣體則證明產(chǎn)氣。,VP試驗,大腸桿菌與產(chǎn)氣桿菌均分解葡萄糖，為區(qū)分兩菌可采用VP試驗及甲基紅試驗。 產(chǎn)氣桿菌能使丙酮酸脫羧、氧化（在堿性溶液中）生成二乙酰，后者可與含胍基的化合物反應(yīng)，生成紅色化合物，稱VP陽性。大腸桿菌分解葡萄糖產(chǎn)生丙酮酸，VP陰性。,變紅為VP陽性，不變紅為VP陰性。,陰性,陽性,甲基紅試驗,產(chǎn)氣桿菌培養(yǎng)液pH5.4，甲基紅指示劑呈桔黃色，為甲基紅試驗陰性。大腸桿菌分解葡萄糖產(chǎn)生丙酮酸，培養(yǎng)液呈酸性pH5.4，甲基紅呈紅色，稱甲基紅試驗陽性。,枸櫞酸鹽利用試驗,產(chǎn)氣桿菌可分解枸櫞酸鹽生成碳酸鹽，同時分解培養(yǎng)基的銨鹽生成氨，使培養(yǎng)基變?yōu)閴A性，使指示劑溴麝香草酚藍(lán)由淡綠轉(zhuǎn)為深藍(lán)，此為枸櫞酸鹽利用試驗陽性