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文檔簡(jiǎn)介
1、胡西康 2011年9月 一、一、前言前言n什么是微生物n微生物(microorganism, microbe)是一些肉眼看不見的微小生物的總稱。包括屬于原核類的細(xì)菌、放線菌、支原體、立克次氏體、衣原體和藍(lán)細(xì)菌(過去稱藍(lán)藻或藍(lán)綠藻),屬于真核類的真菌(酵母菌和霉菌)、原生動(dòng)物和顯微藻類,以及屬于非細(xì)胞類的病毒、類病毒和朊病毒等。 我們所生活的環(huán)境中,到處都存在著大量的微生物。在一般空氣中,微生物達(dá)8003500個(gè)/m3,在土壤中達(dá)1500108個(gè)/g,在嚴(yán)重污染的水中可達(dá)107個(gè)/ml。(飲用水要求細(xì)菌總數(shù)100個(gè)/ml,大腸桿菌3個(gè)/ml。經(jīng)水塔或貯水池貯存后,短期內(nèi)可繁殖至105106個(gè)/m
2、l。)人的頭皮上有140萬個(gè)/cm2,兩手上約有440萬個(gè),1g指甲污垢有38億個(gè),1g糞便可達(dá)101000億個(gè)??梢哉f微生物是無處不在,無處不有。許多以前被人們認(rèn)為是極端(高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、低溫等)甚至是致死的環(huán)境,現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)生活著各種類型的微生物(稱為極端微生物)。事實(shí)說明,微生物有特別頑強(qiáng)的生存、繁殖和變異能力來適應(yīng)環(huán)境。 二、微生物特點(diǎn)二、微生物特點(diǎn)n種類多、分布廣種類多、分布廣n微生物在地球上幾乎無處不有,無孔不入,人的皮膚上,口腔,腸道里都有許多微生物。微生物聚集最多的地方是土壤,土壤是各種微生物生長(zhǎng)繁殖的大本營(yíng),約占微生物總量的70-90%,任意取一把土或一粒土,就是一個(gè)微
3、生物世界,不論數(shù)量或種類均最多。在肥沃的土壤中,每克土含有20億個(gè)微生物,即使是貧瘠的土壤,每克土中也含有35億個(gè)微生物。空氣里懸浮著無數(shù)細(xì)小的塵埃和水滴,它們是微生物在空氣中的藏身之地。哪里塵埃多,哪里的微生物就多。n迄今為止,我們知道的微生物約有10萬種,目前已知的種類只占地球上實(shí)際存在的微生物總數(shù)的20%,人類生產(chǎn)和生活中僅開發(fā)利用了已發(fā)現(xiàn)微生物種數(shù)的1%。 n個(gè)體小、面積大個(gè)體小、面積大n生物的個(gè)體極其微小,必須借助顯微鏡放大幾倍、幾百倍、上千倍,乃至數(shù)萬倍才能看清。桿菌的寬度是0.5微米,因此80個(gè)桿菌“肩并肩”地排列成橫隊(duì),也只有一根頭發(fā)絲的寬度。桿菌的長(zhǎng)度約2微米,故1500個(gè)桿
4、菌頭尾銜接起來僅有一顆芝麻長(zhǎng)。 物體的表面積和體積之比稱為比表面積。大腸桿菌的比表面積是人的30萬倍。 n吸收多、轉(zhuǎn)化快吸收多、轉(zhuǎn)化快n微生物有驚人的繁殖速度,大多數(shù)微生物幾十分鐘內(nèi)就可以繁殖一代,如細(xì)菌一般每2030分鐘既可分裂一次;n微生物的食譜非常廣泛,凡是動(dòng)植物能利用的營(yíng)養(yǎng),微生物都能利用,大量的動(dòng)植物不能利用的物質(zhì),甚至劇毒的物質(zhì),微生物照樣可以視為美味佳肴。如大腸桿菌在合適條件下,每小時(shí)可以消耗相當(dāng)于自身重量2000倍的糖,而人體則需要40年之久。 n適應(yīng)強(qiáng)、異變異適應(yīng)強(qiáng)、異變異n多數(shù)細(xì)菌能耐0196的低溫;在海洋深處的某些硫細(xì)菌可在250300的高溫條件下正常生長(zhǎng);一些嗜鹽細(xì)菌甚
5、至能在飽和鹽水中正常生活;產(chǎn)芽孢細(xì)菌和真菌孢子在干燥條件下能保藏幾十年、幾百年。由于微生物繁殖快,也可在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量變異的后代。正是由于這個(gè)特性,人們才能夠按照自己的要求不斷改良在生產(chǎn)上應(yīng)用的微生物,如青霉素生產(chǎn)菌的發(fā)酵水平由每毫升20單位上升到近10萬單位,利用變異和育種得到如此大幅度的產(chǎn)量提高。 三、微生物的類群和形態(tài)結(jié)構(gòu)三、微生物的類群和形態(tài)結(jié)構(gòu)n微生物按其結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及生活習(xí)性等分為三大類:n原核細(xì)胞型原核細(xì)胞型:細(xì)菌、放線菌、支原體、衣原體、立克次氏體、螺旋體等n真核細(xì)胞型真核細(xì)胞型:真菌n非細(xì)胞型非細(xì)胞型:病毒 噬菌體 芽孢桿菌 (細(xì)菌) 淡水中的螺旋菌 spirochete
6、s . 蠟樣芽孢桿菌(細(xì)菌) 支原體掃描電鏡圖片支原體支原體(mycoplasma)以前被認(rèn)為是最小的能獨(dú)立存活的原核生物,以前也被認(rèn)為是地球上迄今為止被發(fā)現(xiàn)的最小的細(xì)胞生物。全世界90%的豬體內(nèi)寄生著支原體。立克次氏體(rickettsiae),一種微小的寄生的細(xì)菌。上圖是動(dòng)物的淋巴細(xì)胞,紅色的是寄生的立克次氏體。 青霉是種真菌,屬于子囊菌。 有的能產(chǎn)生青霉素,救了無數(shù)人的命。 產(chǎn)生無性孢子。根霉(Rhizopus)是種真菌,屬于接合菌。能產(chǎn)生無性孢子菌絲體的直徑約12 um黑的是孢子囊 噬菌體SARS病毒是一類新發(fā)現(xiàn)的冠狀病毒 禽流感病毒愛滋病毒1 1、細(xì)菌、細(xì)菌 細(xì)菌是一類細(xì)胞細(xì)而短、結(jié)
7、構(gòu)簡(jiǎn)單、細(xì)胞壁堅(jiān)韌,以二等分裂方式繁殖的原核微生物,分布廣泛。細(xì)菌的繁殖細(xì)菌的繁殖 二分分裂繁殖是細(xì)菌最普遍、最主要的繁殖方式。在分裂前先延長(zhǎng)菌體,染色體復(fù)制為二,然后垂直于長(zhǎng)軸分裂,細(xì)胞赤道附近的細(xì)胞質(zhì)膜凹陷生長(zhǎng),直至形成橫隔膜,同時(shí)形成橫隔壁,這樣便產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞。 =細(xì)菌細(xì)胞分裂的電鏡超薄切片圖 桿菌二分裂過程模式圖細(xì)菌的菌落細(xì)菌的菌落 單個(gè)或少數(shù)細(xì)菌細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖后,會(huì)形成以母細(xì)胞為中心的一堆肉眼可見、有一定形態(tài)構(gòu)造的子細(xì)胞集團(tuán),這就是菌落。細(xì)菌菌落常表現(xiàn)為濕潤(rùn)、粘稠、光滑、較透明、易挑取、質(zhì)地均勻以及菌落正反面或邊緣與中央部位顏色一致等。細(xì)菌的菌落特征因種而異。可作為鑒定細(xì)菌種的依據(jù)。
8、 粘質(zhì)沙雷氏菌的菌落特征 沙門氏菌的菌落特征 銅綠假單孢菌的菌落特征 弗氏志賀氏菌的菌落特征 粘質(zhì)沙雷氏菌的菌落特征 2 2、放線菌、放線菌放線菌的形態(tài)、大小和結(jié)構(gòu)放線菌的形態(tài)、大小和結(jié)構(gòu)n放線菌的形態(tài)比細(xì)菌復(fù)雜些,但仍屬于單細(xì)胞。在顯微鏡下,放線菌呈分枝絲狀,我們把這些細(xì)絲一樣的結(jié)構(gòu)叫做菌絲,菌絲直徑與細(xì)菌相似,小于1微米。菌絲細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與細(xì)菌基本相同。n根據(jù)菌絲形態(tài)和功能的不同,放線菌菌絲可分為基內(nèi)菌絲、氣生菌絲和孢子絲三種。鏈霉菌屬是放線菌中種類最多、分布最廣、形態(tài)特征最典型的類群,其形態(tài)如下圖所示。鏈霉菌的一般形態(tài)和構(gòu)造 (模式圖) 放線菌的繁殖放線菌的繁殖n放線菌沒有有性繁殖,主要通
9、過形成無性孢子方式進(jìn)行無性繁殖。 放線菌的菌落放線菌的菌落n放線菌在固體培養(yǎng)基上形成與細(xì)菌不同的菌落特征,放線菌菌絲相互交錯(cuò)纏繞形成質(zhì)地致密的小菌落,干燥、不透明、難以挑取,當(dāng)大量孢子覆蓋于菌落表面時(shí),就形成表面為粉末狀或顆粒狀的典型放線菌菌落,由于基內(nèi)菌絲和孢子常有顏色,使得菌落的正反面呈現(xiàn)出不同的色澤。 放線菌的菌落特征 A:諾爾斯氏鏈霉菌; B:皮疽諾卡氏菌; C:酒紅指孢囊菌; D:游動(dòng)放線菌; E:小單胞菌; F:皺雙孢馬杜拉放線菌產(chǎn)抗菌素的放線菌的菌落特征A:卡特利鏈霉菌; B:弗氏鏈霉菌;C:吸水鏈霉菌金淚亞種;D:卡那霉素鏈霉菌;E:除蟲鏈霉菌; F:生磺酸鏈霉菌3 3、霉菌、
10、霉菌n霉菌是絲狀真菌的俗稱,意即發(fā)霉的真菌,它們往往能形成分枝繁茂的菌絲體,但又不象蘑菇那樣產(chǎn)生大型的子實(shí)體。在潮濕溫暖的地方,很多物品上長(zhǎng)出一些肉眼可見的絨毛狀、絮狀或蛛網(wǎng)狀的菌落,那就是霉菌。霉菌的形態(tài)、大小和結(jié)構(gòu)霉菌的形態(tài)、大小和結(jié)構(gòu)n霉菌的菌絲是構(gòu)成霉菌營(yíng)養(yǎng)體的基本單位。n菌絲是一種管狀的細(xì)絲,把它放在顯微鏡下觀察,很像一根透明膠管,它的直徑一般為3-10微米,比細(xì)菌和放線菌的細(xì)胞約粗幾倍到幾十倍。菌絲可伸長(zhǎng)并產(chǎn)生分枝,許多分枝的菌絲相互交織在一起,就叫菌絲體。霉菌的繁殖霉菌的繁殖n有性繁殖和無性繁殖兩種n以無性繁殖為主霉菌的菌落霉菌的菌落n由于霉菌的菌絲較粗而長(zhǎng),因而霉菌的菌落較大,
11、有的霉菌的菌絲蔓延,沒有局限性,其菌落可擴(kuò)展到整個(gè)培養(yǎng)皿,有的種則有一定的局限性,直徑1-2厘米或更小。菌落質(zhì)地一般比放線菌疏松,外觀干燥,不透明,呈現(xiàn)或緊或松的蛛網(wǎng)狀、絨毛狀或棉絮狀;菌落與培養(yǎng)基的連接緊密,不易挑??;菌落正反面的顏色和邊緣與中心的顏色常不一致。 各種曲霉的菌落 各種病原真菌的菌落 青霉的菌落 青霉的菌落 4 4、酵母菌、酵母菌n提起酵母菌這個(gè)名稱,也許有人不太熟悉,但實(shí)際上人們幾乎天天都在享受著酵母菌的好處。因?yàn)槲覀兠刻斐缘拿姘宛z頭就是有酵母菌的參與制成的;我們喝的啤酒,也離不開酵母菌的貢獻(xiàn),酵母菌是人類實(shí)踐中應(yīng)用比較早的一類微生物,我國(guó)古代勞動(dòng)人民就利用酵母菌釀酒;酵母
12、菌的細(xì)胞里含有豐富的蛋白質(zhì)和維生素,所以也可以做成高級(jí)營(yíng)養(yǎng)品添加到食品中,或用作飼養(yǎng)動(dòng)物的高級(jí)飼料。n酵母菌在自然界中分布很廣,尤其喜歡在偏酸性且含糖較多的環(huán)境中生長(zhǎng),例如,在水果、蔬菜、花蜜的表面和在果園土壤中最為常見。 酵母菌的形態(tài)、大小和結(jié)構(gòu)酵母菌的形態(tài)、大小和結(jié)構(gòu)n酵母菌是單細(xì)胞真核微生物。酵母菌細(xì)胞的形態(tài)通常有球形、卵圓形、臘腸形、橢圓形、檸檬形或藕節(jié)形等。比細(xì)菌的單細(xì)胞個(gè)體要大得多,一般為1-5微米5-30微米。酵母菌無鞭毛,不能游動(dòng)。n酵母菌具有典型的真核細(xì)胞結(jié)構(gòu),有細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、液泡、線粒體等,有的還具有微體。 酵母菌的繁殖酵母菌的繁殖1、芽殖 2、裂殖 3、
13、孢子生殖 酵母菌的無性繁殖芽殖:酵母菌最常見的無性繁殖方式是芽殖。芽殖發(fā)生在細(xì)胞壁的預(yù)定點(diǎn)上,此點(diǎn)被稱為芽痕,每個(gè)酵母細(xì)胞有一至多個(gè)芽痕。成熟的酵母細(xì)胞長(zhǎng)出芽體,母細(xì)胞的細(xì)胞核分裂成兩個(gè)子核,一個(gè)隨母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入芽體內(nèi),當(dāng)芽體接近母細(xì)胞大小時(shí),自母細(xì)胞脫落成為新個(gè)體,如此繼續(xù)出芽。如果酵母菌生長(zhǎng)旺盛,在芽體尚未自母細(xì)胞脫落前,即可在芽體上又長(zhǎng)出新的芽體,最后形成假菌絲狀。 酵母菌的芽殖過程 1泡;2小管;3核;4液泡 酵母菌假菌絲的形成 圖中1、2、3、 4 是出芽的順序 酵母菌的有性繁殖 酵母菌是以形成子囊和子囊孢子的方式進(jìn)行無性繁殖的。兩個(gè)臨近的酵母細(xì)胞各自伸出一根管狀的原生質(zhì)突起,隨
14、即相互接觸、融合,并形成一個(gè)通道,兩個(gè)細(xì)胞核在此通道內(nèi)結(jié)合,形成雙倍體細(xì)胞核,然后進(jìn)行減數(shù)分裂,形成4個(gè)或8個(gè)細(xì)胞核。每一子核與其周圍的原生質(zhì)形成孢子,即為子囊孢子,形成子囊孢子的細(xì)胞稱為子囊。 酵母菌子囊孢子的形成過程 1、2、3、4:兩個(gè)細(xì)胞結(jié)合;5:接合子;6、7、8、9:核分裂;10、11:核形成孢子 裂殖:是少數(shù)酵母菌進(jìn)行的無性繁殖方式,類似于細(xì)菌的裂殖。其過程是細(xì)胞延長(zhǎng),核分裂為二,細(xì)胞中央出現(xiàn)隔膜,將細(xì)胞橫分為兩個(gè)具有單核的子細(xì)胞。 酵母菌的菌落酵母菌的菌落 n大多數(shù)酵母菌的菌落特征與細(xì)菌相似,但比細(xì)菌菌落大而厚,菌落表面光滑、濕潤(rùn)、粘稠,容易挑起,菌落質(zhì)地均勻,正反面和邊緣、中
15、央部位的顏色都很均一,菌落多為乳白色,少數(shù)為紅色,個(gè)別為黑色。 各種酵母菌的菌落 啤酒酵母的菌落 紅酵母的菌落 5 5、病毒、病毒形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)n病毒的形態(tài)基本可歸納為三種:桿狀、球狀和這兩種形態(tài)結(jié)合的復(fù)合型。沒有細(xì)胞構(gòu)造,病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白質(zhì),在宿主細(xì)胞協(xié)助下,通過核酸的復(fù)制和核酸蛋白裝配的形式進(jìn)行增殖。病毒粒子通常形成螺旋對(duì)稱、二十面體對(duì)稱和復(fù)合對(duì)稱。n病毒粒子是無法用光學(xué)顯微鏡觀察的亞顯微顆粒,但當(dāng)他們大量聚集在一起并使宿主細(xì)胞發(fā)生病變時(shí),就可以用光學(xué)顯微鏡加以觀察。例如動(dòng)、植物細(xì)胞中的病毒包涵體;有的還可用肉眼看到,如噬菌體的噬菌斑等。繁殖方式繁殖方式n病毒只有在宿主細(xì)胞
16、里才能進(jìn)行繁殖,而且是通過復(fù)制的方式進(jìn)行的。概括起來可分為吸附、侵入、脫殼生物合成、裝配與釋放五個(gè)步驟。四、微生物的營(yíng)養(yǎng)四、微生物的營(yíng)養(yǎng)n水分:水占細(xì)胞漿的70%90%,是細(xì)胞的重要組成成分。較普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為,只有在含水的環(huán)境中微生物才能存活。但也有人發(fā)現(xiàn)在無水碳?xì)浠衔镏形⑸锟砷L(zhǎng)期存活。n碳源:碳源是構(gòu)成細(xì)胞的重要物質(zhì)。有些微生物的碳源必須來自有機(jī)碳化合物如糖、蛋白質(zhì)、脂肪、有機(jī)酸等(同時(shí)利用其化學(xué)能),屬異養(yǎng)型;有些微生物不需有機(jī)碳化合物,以CO2為碳源,屬自養(yǎng)型(分為光能自養(yǎng)型和化能自養(yǎng)型)。n氮源:氮是組成蛋白質(zhì)和核酸的重要元素。n無機(jī)鹽類:細(xì)菌所需無機(jī)鹽包括磷、硫、鎂、鐵、鉀、鈉、
17、鈣、氯、錳、鋅、鈷、銅等。其中磷、硫、鎂、鉀、鈉、鐵需要量較多,其他只需微量。n生長(zhǎng)因子:生長(zhǎng)因子是某些微生物生長(zhǎng)發(fā)育所必需,而其自身又不能合成的一類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。包括維生素、嘌呤和嘧啶。五、微生物生長(zhǎng)的影響因素五、微生物生長(zhǎng)的影響因素n1、營(yíng)養(yǎng)物n2、PH值n3、溫度n4、氧氣n5、滲透壓n6、表面張力六、消毒與滅菌六、消毒與滅菌n消毒與滅菌是微生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)中最基本的操作,從事藥品生產(chǎn)和檢驗(yàn)的人員都應(yīng)當(dāng)了解消毒與滅菌的方法及其意義,嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,否則會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量,危害患者安全。概念概念n無菌不存在活的生物(GMP指南)。n “無菌”從定義上來說是一個(gè)絕對(duì)的概念,但遺憾的是,在科學(xué)和技術(shù)高度
18、發(fā)展的今天,藥品的絕對(duì)無菌即做不到,也無法加以證實(shí)。然而,無菌制劑的安全性要求人們?cè)O(shè)定無菌的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。FDA、歐洲制藥工業(yè)界曾將百萬分之一微生物污染率作為滅菌產(chǎn)品“無菌”的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn),它和蒸汽滅菌后產(chǎn)品中微生物存活的概率為10-6(即產(chǎn)品的無菌保證值為6),系同一標(biāo)準(zhǔn)的不同表示法。這一標(biāo)準(zhǔn)于1980起收錄于USP 中,如今已為世界各國(guó)普遍接受和采用。概念概念n滅菌使達(dá)到無菌狀態(tài)的方法(GMP指南)。用物理或化學(xué)方法殺滅傳播媒介上所有的微生物,使其達(dá)到無菌(GB)。通常是指殺滅或除去全部活的微生物(包括繁殖體和芽孢)。n消毒用物理或化學(xué)方法殺滅或清除傳播媒介上的病原微生物,使其達(dá)到無害化(GB)。
19、通常是指殺死病原微生物的繁殖體,但不能破壞其芽孢。所以消毒是不徹底的,不能代替滅菌。概念概念n無菌制劑不存在活的微生物的制劑(GMP指南)。n非無菌制劑所含活的微生物量符合衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的制劑(GMP指南)。常用消毒劑常用消毒劑 n 70%75%乙醇水溶液;n 0.5%洗必泰溶于70%乙醇,再加入2%甘油,用于皮膚、器具等消毒;n異丙醇 75%水溶液,用于皮膚、器具等消毒;n甲醛 37%40%甲醛液89ml,再加入45g高錳酸鉀,每m3熏蒸量,密閉1224h,刺激性強(qiáng);n戊二醛 2%水溶液,用于空氣、器具等消毒。廣譜、高效、低毒,可殺芽孢和病毒,毒性較輕;常用消毒劑常用消毒劑n新潔爾滅(苯扎溴銨)
20、 0.1%水溶液,用于皮膚、粘膜、器具等消毒,有清潔和消毒雙重功效,抗菌譜較窄;n杜滅芬(消毒寧) 0.05%0.1%水溶液,用于皮膚、器具等消毒;n過氧乙酸 a、 0.2%0.5%水溶液;b、新配0.5%水溶液;c 、1g/m3; 用于器具等消毒,抗菌譜廣,可用于皮膚消毒殺滅某些病毒;熏蒸,但性質(zhì)不穩(wěn)定。n乳酸 a、0.331mol/L;b、 11.5ml/m3熏蒸或與等量苯酚合用熏蒸 噴霧,用于空氣消毒,有強(qiáng)殺菌作用;熏蒸,密閉12h以上。n麝香草酚 5%麝香草酚溶于50%乙醇,噴灑墻面、地面,殺霉菌。干熱滅菌干熱滅菌n常見的有火焰、燒灼、干烤和紅外線滅菌等。n火焰、燒灼:通常用于實(shí)驗(yàn)室無
21、菌操作中金屬或其它耐火材料制成的器具的滅菌。n干烤和紅外線:利用干熱空氣或熱輻射進(jìn)行滅菌。一般135145需35h,160170需2h以上,170180需1h以上,180200需0.51h。除熱原,則需25030min,或20045min,1802h??諝鈧鳠崧┩噶Σ粡?qiáng),故干熱滅菌時(shí)間長(zhǎng)。干熱滅菌時(shí)烤箱內(nèi)裝入物品應(yīng)留有空隙,以利空氣流動(dòng),否則使箱內(nèi)溫度不均,部分物品滅菌不徹底。濕熱滅菌濕熱滅菌n通過熱蒸汽或沸水使蛋白質(zhì)變性而殺滅微生物的方法。濕熱穿透力強(qiáng),滅菌效果較干熱好。n煮沸或流通蒸汽滅菌:常壓下沸水和蒸汽的溫度是100,一般處理3060min可殺死細(xì)菌繁殖體,但不能完全殺滅芽孢。此法適用于不能高壓蒸汽滅菌的物品。n低溫間隙滅菌(巴斯德滅菌法):將物品先用6080加熱(或煮沸)1h,然后置2025保存24h(或常溫過夜),使其中殘存的芽孢萌發(fā)成繁殖體,再用以上條件滅菌,如此反復(fù)三次。本法適用于不耐高溫或高溫下易變質(zhì)的物品,但很費(fèi)時(shí)。高壓蒸汽滅菌(熱壓滅菌)高壓蒸汽滅菌(熱壓滅菌)n超過一個(gè)大氣壓時(shí),水的沸點(diǎn)高于100,反之亦然。高壓蒸汽滅菌就是通過加壓提高蒸汽溫度,滅
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