第六章-微生物的生長繁殖ppt課件

1、第六章 微生物的生長繁殖及其控制 （ Microbial Growth and Growth control,細(xì)菌的個體生長 細(xì)菌的群體生長繁殖（Population Growth）真菌的生長與繁殖 環(huán)境對生長的影響及生長的測定 (Effect of Environment on Growth and measurement of Growth) 微生物生長繁殖的控制（Growth Control,個體生長:微生物生長是細(xì)胞物質(zhì)有規(guī)律地、不可逆增加，導(dǎo)致 細(xì)胞體積擴大的生物學(xué)過程。 繁殖：是微生物生長到一定階段，由于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)制與重建并通過特定方式產(chǎn)生新的生命個體，即引起生命個體數(shù)量增加的生

2、物學(xué)過程。 群體生長：在一定時間和條件下細(xì)胞數(shù)量的增加,一、細(xì)菌的個體生長,細(xì)菌的個體生長包括細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)制與再生、細(xì)胞的分裂與控制,1.染色體DNA的復(fù)制和分離（DNA replication） 2.細(xì)胞壁擴增（cell elongation） 3.細(xì)菌的分裂（Cell division,二、細(xì)菌的群體生長繁殖（Population Growth,細(xì)菌群體生長規(guī)律（Population Growth） 生長數(shù)學(xué)模型 主要生長參數(shù) 同步培養(yǎng)(synchronous culture) 連續(xù)培養(yǎng)（continous culture of microorganisms,1）遲緩期 （2）對數(shù)期 （3

3、）穩(wěn)定期 （4）衰亡期,1.細(xì)菌群體生長規(guī)律（Population Growth,1）遲緩期(lag phase,定義：指少量微生物接種到新培養(yǎng)液中后，在開始培養(yǎng)的一段時間內(nèi)細(xì)胞數(shù)目不增加的時期。 特點：細(xì)菌接種到新鮮培養(yǎng)基而處于一個新的生長環(huán)境，因此在一段時間里并不馬上分裂，細(xì)菌的數(shù)量維持恒定，或增加很少；此時胞內(nèi)合成代謝活躍，RNA、蛋白質(zhì)等物質(zhì)含量有所增加，相對地此時的細(xì)胞體積最大；細(xì)胞敏感,培養(yǎng)基成分：微生物接種到一個新的環(huán)境，暫時缺乏足夠的能量和必需的生長因子,產(chǎn)生原因,種齡：“種子”老化(即處于非對數(shù)生長期)或末充分活化,操作：接種時造成的損傷等,接種量：多少明顯影響遲緩期的長短,

4、通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使遲緩期縮短； 利用對數(shù)生長期的細(xì)胞作為“種子”； 盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大； 適當(dāng)擴大接種量等方式縮短遲緩期，克服不良的影響,解決措施,2）對數(shù)生長期(log Phase,又稱指數(shù)生長期(exponential phase)。細(xì)菌經(jīng)過遲緩期進入對數(shù)生長期，并以最大的速率生長和分裂，導(dǎo)致細(xì)菌數(shù)量呈對數(shù)增加，而且細(xì)菌內(nèi)各成分按比例有規(guī)律地增加，很明顯，此時期內(nèi)的細(xì)菌生長是平衡生長。對數(shù)生長期細(xì)菌的代謝活性、酶活性高而穩(wěn)定，大小比較一致，生活力強，因而它廣泛地在生產(chǎn)上用作“種子”和在科研上作為理想的實驗材料,3）穩(wěn)定生長期(stationary p

5、hase,營養(yǎng)物質(zhì)消耗 代謝產(chǎn)物積累 pH等環(huán)境變化,穩(wěn)定生長期特點,穩(wěn)定生長期的活細(xì)菌數(shù)最高并維持穩(wěn)定。如果及時采取措施，補充營養(yǎng)物質(zhì)或取走代謝產(chǎn)物或改善培養(yǎng)條件，如對好氧菌進行通氣、攪拌或振蕩等可以延長穩(wěn)定生長期，獲得更多的菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物,注：多數(shù)芽孢桿菌在此時期形成芽孢,4）衰亡期(decline或death phase,營養(yǎng)物質(zhì)耗盡和有毒代謝產(chǎn)物的大量積累，細(xì)菌死亡速率逐步增加和活細(xì)菌逐步減少，標(biāo)志進入衰亡期。該時期細(xì)菌代謝活性降低，細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶。該時期死亡的細(xì)菌以對數(shù)方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分細(xì)菌產(chǎn)生抗性也會使細(xì)菌死亡的速率降低,2.生長數(shù)學(xué)模型,比生長速率(）：

6、單位數(shù)量細(xì)菌或物質(zhì)在單位時間內(nèi)增加的量。 代時（）：在細(xì)菌個體生長里，每個細(xì)菌分裂繁殖一代所需的時間。 倍增時間（doubling time):在群體生長里細(xì)菌數(shù)量增加一倍所需的時間稱為,3.主要生長參數(shù),遲緩時間（T）：微生物在生長過程中，在實際條件下達到對數(shù)生長期所需時間與理想條件下達到對數(shù)生長期所需時間之差。 比生長速率：莫諾方程 總生長量：在某一時間里，通過培養(yǎng)所獲得的微生物總量與原來接種的微生物量之差,4.同步培養(yǎng)(synchronous culture,同步培養(yǎng)(synchronous culture)：使群體中不同步的細(xì)胞轉(zhuǎn)變成能同時進行生長或分裂的群體細(xì)胞的方法。 同步生長：以

7、同步培養(yǎng)方法使群體細(xì)胞能處于同一生長階段，并同時進行分裂的生長方式稱為,同步培養(yǎng)方法,機械方法 離心 過濾 硝酸纖維素濾膜法 環(huán)境條件控制技術(shù) 溫度 培養(yǎng)基成分 其它,連續(xù)培養(yǎng)（continous culture of microorganisms,在微生物的整個培養(yǎng)期間，通過一定的方式使微生物能以恒定的比生長速率生長并能持續(xù)生長下去的一種培養(yǎng)方法。 恒化器連續(xù)培養(yǎng)：在整個培養(yǎng)過程中通過控制培養(yǎng)基中某種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度基本恒定的方式，保持細(xì)菌的比生長速率恒定的培養(yǎng)方法。 恒濁器連續(xù)培養(yǎng)：通過連續(xù)培養(yǎng)裝置中的光電系統(tǒng)控制培養(yǎng)液中菌體濃度恒定、使細(xì)菌生長連續(xù)進行的一種培養(yǎng)方式,四、環(huán)境對生長的影響及

8、生長的測定 (Effect of Environment on Growth and measurement of Growth,環(huán)境對微生物生長的影響 （Effect of Environment on Growth） 微生物生長的測定 （measurement of Growth,1.環(huán)境對微生物生長的影響（Effect of Environment on Growth,營養(yǎng)物質(zhì)(nutrient) 水的活性(water activity) 溫度(temperatures) pH 氧(O2,營養(yǎng)物質(zhì)不足導(dǎo)致微生物生長所需要的能量、碳源、氮源、無機鹽等成分不足，機體合成細(xì)胞物質(zhì)的能力下降，嚴(yán)

9、重時導(dǎo)致細(xì)胞自溶。 營養(yǎng)物質(zhì)過剩時常出現(xiàn)底物抑制現(xiàn)象，或只生長不產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，或生長受抑制，嚴(yán)重時導(dǎo)致微生物死亡,營養(yǎng)物質(zhì) (nutrient,微生物在生長過程中，對培養(yǎng)基的水活性有一定的要求，每種微生物生長都有最適的水活性，高于或低于所要求的水活性值，都會通過影響培養(yǎng)基的滲透壓力變化而影響微生物的生長速率。微生物不同，生長所需要的最適水活度也不同,水活性（water activity,嗜冷微生物（psychrophiles,嗜溫微生物(mesophiles,嗜熱微生物（thermophiles,兼性嗜冷微生物(psychrotrophs,溫度 (temperatures,嗜高溫微生物(hyp

10、erthermophiles,嗜冷微生物（低溫微生物,嗜冷機制： 系在低溫下仍能起催化作用 細(xì)胞膜含較多的不飽合脂肪酸在低溫下仍具有通透性,嗜熱微生物的嗜熱機制,細(xì)胞內(nèi)的具強抗熱性,產(chǎn)生的多胺，熱亞胺和高溫精胺物質(zhì)對蛋白質(zhì)等組織結(jié)構(gòu)具有保護作用,核酸也具有熱穩(wěn)定性的保護結(jié)構(gòu),細(xì)胞膜含有較多的飽和脂肪酸和直鏈 脂肪酸，使膜具有穩(wěn)定性,低溫對微生物的影響,代謝降低 生長繁殖停滯 仍然存活 常在低溫下對菌種和食品保藏,溫度對微生物的影響,影響酶活性,影響細(xì)胞膜的流動性,影響物質(zhì)的溶解度,pH,影響細(xì)胞膜透性與穩(wěn)定性 影響物質(zhì)溶解度 影響細(xì)胞表面電荷分布，因此影響微生物生長、繁殖，發(fā)育。 各類微生物能

11、夠生長的PH值較寬，但細(xì)胞內(nèi)部PH值卻接近中性。 微生物的活動也能改變環(huán)境中的PH值,根據(jù)氫離子濃度對微生物分類,嗜酸性微生物 嗜堿性微生物 耐酸及耐堿微生物,專性好氧菌（obligate or strict aerobes） 超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（Catalase ） 兼性厭氧菌（facultative anaerobes) 微好氧菌（microaerophilic bacteria） 耐氧菌（aerotolerant anaerobes） 厭氧菌（anaerobes,氧,超氧化物歧化酶（SOD,功能：使好氧菌免受超氧 化物陰離子自由基的毒害,過氧化氫酶（ Catalase,

12、2H2O2 _Catalase_ 2H2O + O2,厭氧菌（anaerobes,能量來源于發(fā)酵無氧呼吸環(huán)式光合磷酸化或甲烷發(fā)酵,2.微生物生長的測定（measurement of Growth,計數(shù)法 直接計數(shù)法 間接計數(shù)法 比濁法 重量法 干、濕重法 菌體內(nèi)重要組成測定法（核酸、蛋白質(zhì)等） 生理指標(biāo)法（呼吸強度、酶活性等,N6.25=Pr,計數(shù)法,直接計數(shù)法 利用特定的細(xì)菌計數(shù)板或血細(xì)胞計數(shù)板，在顯微鏡下計算一定容積里樣品中微生物的數(shù)量。 測定的是總菌數(shù) 每毫升原液所含細(xì)菌數(shù)=每小格平均細(xì)菌數(shù)40010000稀釋倍數(shù),常用來測定細(xì)菌、酵母菌等單細(xì)胞微生物,間接計數(shù)法（活菌計數(shù)法,將待測樣品

13、經(jīng)一系列10倍稀釋后，與培養(yǎng)基混勻倒平板，查數(shù)?；蛑苯油科桨?。 不適合測定絲狀體微生物 每毫升原菌液活菌數(shù)=同一稀釋度三個以上重復(fù)平皿菌落平均數(shù)稀釋倍數(shù)5,比濁法,重量法,干、濕重法 幾乎適合于所有微生物的測定 菌體內(nèi)重要組成測定法（核酸、蛋白質(zhì)等） 蛋白質(zhì)總量=含氮量6.25 細(xì)胞總量=蛋白質(zhì)總量65%=蛋白質(zhì)總量1.54,生理指標(biāo)法,五、微生物生長繁殖的控制（Growth Control,控制微生物的物理因素,控制微生物的化學(xué)物質(zhì),幾個基本概念 滅菌（sterilition）：殺死物體上全部微生 物的方法 消毒(disinfection)：殺死或消除物體上的病原微生物的方法 防腐(anti

14、sepsis)：用理化方法防止抑制微生物生長的方法 化療(chemotherapy)：利用對病源菌具有高度毒力而對宿主基本無毒的化學(xué)物質(zhì)來抑制宿主體內(nèi)病源微生物的生長繁殖,控制微生物的物理因素,高溫滅菌 輻射滅菌 過濾除菌 高滲作用 干燥 超聲波,多數(shù)細(xì)菌，酵母菌和霉菌的營養(yǎng)細(xì)胞和病毒在50-65 10 min可以致死,一般噬菌體6580 致死,放線菌霉菌的孢子比營養(yǎng)細(xì)胞抗熱性強，7680 10min可以殺死,細(xì)菌芽孢，在100 下20min才能致死,嗜熱脂肪芽孢桿菌可在80 條件下生活，在120 ，12min才能殺死,同種微生物老齡菌比幼菌耐熱,1.高溫滅菌,高溫滅菌,濕熱滅菌(moist

15、heat sterilization,干熱滅菌(dry heat sterilization,焚燒滅菌法：常用與廢棄物動物尸體等處理,烘烤滅菌法；實驗室用干燥箱烘烤接種工具,濕熱滅菌(moist heat sterilization,該法比干熱滅菌效果好，因為蛋白質(zhì)在有水的 情況下容易凝固，如含水50，蛋白質(zhì)凝固溫度為56；含水蛋白質(zhì)凝固溫度為160-170,煮沸滅菌法（煮沸消毒法） 高壓蒸汽滅菌法 間歇滅菌法 巴斯德消毒法：（巴氏消毒法,煮沸滅菌法（煮沸消毒法,物品在水中煮沸 15min，可殺死所有營養(yǎng)細(xì)胞和一部分芽孢。在水中加入的a2CO3或的碳酸效果更好。此法適合注射器和解剖用具的消毒,

16、高壓蒸汽滅菌 (normal autoclving,是濕熱滅中最好方法，通常在1.05kg/cm2,的壓力（此時溫度121）處理1530min,要排冷，否則會形成假壓，雖然壓力達到要求，溫度卻達不到相應(yīng)高度，而影響滅菌效果,間歇滅菌法(fractional sterilization,是用常壓蒸汽反復(fù)幾次進行滅菌的方法。 主要用于不宜高壓滅菌的培養(yǎng)基，不耐熱的藥物和營養(yǎng)物等 方法是將待滅菌物品置于蒸鍋內(nèi)加熱到沸騰維持15-30min殺死營養(yǎng)細(xì)胞，取出冷卻后在37恒溫培養(yǎng)24小時，使芽孢萌發(fā)，再用此法滅菌，反復(fù)三次，即可達到滅菌目的,巴氏消毒法(pasteurization,是食品（牛奶）釀造（

17、啤酒）工業(yè)中常用 的方法。 具體做法是61.762.8處理30min或71.6處理15min，這樣即可殺死病原微生物。又不致?lián)p壞營養(yǎng)，可保留食品飲料原有用味。 根據(jù)結(jié)核桿菌在62下15min被致死。低溫維持法;高溫瞬時滅菌,可見光 紫外線（非電離輻射） X射線與射線,2. 輻射滅菌,紫外線（非電離輻射,殺菌機制： 誘導(dǎo)核酸形成胸腺嘧啶二聚體，從而干擾了核酸的復(fù)制 紫外線 O,各種微生物對紫外線抗性,干細(xì)胞強于濕細(xì)胞,芽孢，孢子強于營養(yǎng)細(xì)胞,多倍體 二倍體 單倍體,直接學(xué)說 間接學(xué)說 r射線是放射性元素Co60發(fā)射出的高能射線，具強穿透能力，500干倫琴劑量用于誘變育種，10萬倫琴以上具殺菌作用,X射線與射線,熱敏性物質(zhì)的除菌可采用此種方法。 棉花過濾器：用于空氣除菌 膜過濾器：用于液體除菌，如抗生素除菌,3. 過濾除菌,等滲溶液對微生物生長有利 細(xì)胞處于低滲液中會吸水膨脹乃至破裂 細(xì)胞處于高滲液中會脫水引起質(zhì)壁分離 導(dǎo)致死亡,4. 高滲作用,5. 干燥 使細(xì)胞處于失水狀態(tài)，抑制微生物生長。 作用：食品保藏 6. 超聲波 產(chǎn)生空穴作用 產(chǎn)生熱能,控制微生物的化學(xué)物質(zhì),表面