微生物的生長與生長環(huán)境

微生物的生長與生長環(huán)境目的要求1.掌握微生物的生長和純培養(yǎng)；抑菌、滅菌、消毒和過濾除菌；分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)的基本概念。2.

掌握微生物生長的測定方法。3.掌握細(xì)菌群體生長的規(guī)律—生長曲線4.掌握環(huán)境條件對微生物生長的影響及應(yīng)用。第一節(jié)微生物的生長和測定方法1．生長的定義在高等生物中，生長：個體的增大；繁殖：個體數(shù)量的增加；對微生物個體來說，生長與繁殖也是兩個不同的過程。微生物的生長：微生物群體2）Eh值與微生物的生長2、環(huán)境條件誘導(dǎo)法培養(yǎng)基成份控制——超過Max點的溫度，死亡。高壓蒸汽滅菌:121℃20min。殺滅病原微生物及不耐熱的營養(yǎng)細(xì)胞,適用于風(fēng)味飲料。1～1％新生兒滴眼一條典型的生長曲線至少可以分為掌握環(huán)境條件對微生物生長的影響及應(yīng)用。1）細(xì)胞數(shù)量的測定衰亡期declinephase/deathphase8．化學(xué)殺菌劑和化學(xué)療劑采用培養(yǎng)平板計數(shù)法要求操作熟練細(xì)菌的生長曲線一般用菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標(biāo)作圖工具：血球計數(shù)板，細(xì)菌計數(shù)板以同步培養(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。一個微生物細(xì)胞合適的外界條件，吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進行代謝。如果同化作用的速度超過了異化作用個體的生長原生質(zhì)的總量（重量、體積、大小）就不斷增加如果各細(xì)胞組分是按恰當(dāng)?shù)谋壤鲩L時，則達(dá)到一定程度后就會發(fā)生繁殖，引起個體數(shù)目的增加。群體內(nèi)各個個體的進一步生長群體的生長2.微生物生長的測定方法微生物生長：

單位時間里微生物數(shù)量或生物量（Biomass）的變化個體計數(shù)-細(xì)胞數(shù)量的測定微生物生長的測定：群體重量測定-細(xì)胞生物量的測定群體生理指標(biāo)測定1）細(xì)胞數(shù)量的測定直接測數(shù)法（測總數(shù)）比濁法（測總數(shù)）稀釋平板計數(shù)法（測活菌數(shù)）濃縮法最大概率稀釋法直接測數(shù)法（測總數(shù)）對象：單細(xì)胞微生物——細(xì)菌、酵母、孢子工具：血球計數(shù)板，細(xì)菌計數(shù)板優(yōu)點：簡便、快速、準(zhǔn)確；缺點：是難以區(qū)分死活細(xì)胞或與細(xì)菌類似的雜質(zhì)。比濁法（測總數(shù)）原理：在一定的濃度范圍內(nèi)，菌懸液中的細(xì)胞濃度與液體的光密度成正比，與透光度呈反比。儀器：光電比色計優(yōu)、缺點：同直接測數(shù)法。稀釋平板計數(shù)法（活菌計數(shù)法）原理：在充分稀釋的條件下經(jīng)培養(yǎng)由單個細(xì)胞長成一個單獨的菌落，從菌落數(shù)可以計算樣品中的細(xì)菌數(shù)。優(yōu)點：活菌數(shù)，缺點：費工、費時、費料。采用培養(yǎng)平板計數(shù)法要求操作熟練、準(zhǔn)確，否則難以得到正確的結(jié)果：樣品充分混勻；每支移液管及涂布棒只能接觸一個稀釋度的菌液；同一稀釋度三個以上重復(fù),取平均值；每個平板上的菌落數(shù)目合適，便于準(zhǔn)確計數(shù)；一個菌落可能是多個細(xì)胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成單位（colonyformingunits，CFU）來表示，而不是直接表示為細(xì)胞數(shù)。濃縮法適用于檢測微生物數(shù)量很少的水和空氣樣品。最大概率稀釋法優(yōu)點：可在一個混雜的樣品中測定具有某種特殊生理功能類群的活菌數(shù)量。2）細(xì)胞生物量的測定干重法：lmg干細(xì)胞≈4～5mg濕菌≈4～5×l09細(xì)胞，總氮量測定法：細(xì)菌含氮量一般為12～15%DNA含量測定法：每個細(xì)菌細(xì)胞DNA含量平均為8.4×10-5ng，代謝活性法：三.細(xì)菌群體的生長

—生長曲線growth

curve若以少量細(xì)菌純種接種到一個裝有無菌培養(yǎng)液的三角瓶中，在培養(yǎng)過程中，定時取樣測定活菌數(shù)和總菌數(shù)，以其對數(shù)為縱坐標(biāo)，以時間為橫坐標(biāo)，可以繪出一條S形的曲線，這就是生長曲線。lgNT/h細(xì)菌的生長曲線一般用菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標(biāo)作圖一條典型的生長曲線至少可以分為

遲緩期，對數(shù)期，穩(wěn)定期和衰亡期等四個生長時期細(xì)菌群體生長的4個時期1.延滯期lagphase2.對數(shù)期(指數(shù)期)

logarithmicorexponentialphase3.穩(wěn)定期stationaryphase4.衰亡期declinephase/deathphase1.延滯期細(xì)胞特征：個體變長，體積增大，代謝加強，RNA含量增加，貯存物消失。長短：菌種遺傳性狀、菌齡、接種前后培養(yǎng)條件的差異等。lgNT/h2.對數(shù)期(指數(shù)期)表細(xì)胞生長旺盛，代謝活力強、分裂速度快，以幾何級數(shù)增加，代時穩(wěn)定。細(xì)形態(tài)、生理、生化組成較為一致，適合于用作研究材料。在工業(yè)發(fā)酵中作種子。lagphaselogphaselgNT/hG值的計算

T0T1

1→2→4→8→………20→21→22→23→………2n

1代2代3代………n代Nt=N0X2n,lgNt=nXlg2+lgN0,即n=(lgNt-lgN0)/lg2求得G=t/n=0.301t/(lgNt-lgN0)3.穩(wěn)定期stationary營養(yǎng)物質(zhì)消耗，有害代謝產(chǎn)物積累、pH、Eh變化使生長速率下降、死亡率上升，兩者平衡。細(xì)體積較小，開始積累貯存物和次生代謝產(chǎn)物、芽胞細(xì)菌開始形成芽胞。在工業(yè)生產(chǎn)中可通過補料、調(diào)溫度、通氣等措施來延長穩(wěn)定期。lagphaselogphaseStationaryphaselgNT/h4.衰亡期營養(yǎng)物質(zhì)消耗完，環(huán)境條件惡化，死亡率迅速上升，總菌數(shù)仍很高，但活菌數(shù)急劇下降。細(xì)胞特征：多形態(tài)、畸形、革蘭氏染色不穩(wěn)定。lagphaselogphaseStationaryphaselgNT/hDeathphase同步生長

以同步培養(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。同步生長的誘導(dǎo)離心方法1、機械篩選法過濾分離法硝酸纖維素濾膜法

溫度2、環(huán)境條件誘導(dǎo)法培養(yǎng)基成份控制其他（如光照和黑暗交替培養(yǎng)）連續(xù)培養(yǎng)continuous-flowculture批量生長：微生物在有限液體培養(yǎng)基中的生長方式。連續(xù)培養(yǎng)：該方法的原理是不斷地向培養(yǎng)器中流加培養(yǎng)液，同時移出同體積菌液使培養(yǎng)器中微生物保持相對穩(wěn)定生長速率，始終處于對數(shù)期或穩(wěn)定期，以獲得大量的均勻的菌體或代謝產(chǎn)物。連續(xù)培養(yǎng)在工業(yè)上應(yīng)用能縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率，減少成本，是今后發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展方向。1.恒濁連續(xù)培養(yǎng)測定菌體濃度，調(diào)節(jié)加入培養(yǎng)液的流速，保持培養(yǎng)物濁度恒定。一般使用養(yǎng)料濃度較高的完全培養(yǎng)基，沒有限制性成分。較高的的生長速率。大量形態(tài)與生理特征基本相同的細(xì)胞。控制一種低濃度的限制性養(yǎng)料因子，通過調(diào)節(jié)其濃度來獲得具有不同生長速率的培養(yǎng)物。常用于模擬和研究微生物在自然狀態(tài)下養(yǎng)料稀薄狀態(tài)下的生長規(guī)律。2恒化連續(xù)培養(yǎng)第二節(jié)環(huán)境條件對微生物生長的影響幾個概念抑菌：對微生物的代謝產(chǎn)生抑制作用，并不導(dǎo)致死亡，抑制因子消失后，微生物可恢復(fù)生長。滅菌：使微生物不可逆地失去繁殖能力。消毒：指消除、滅活病原微生物。過濾除菌：用濾膜過濾法除去液體、空氣中的微生物，獲得無菌材料。環(huán)境因素1．溫度5.輻射2．水分6.超聲波3．酸堿度

7.高壓4.O2和Eh

8.化學(xué)殺菌劑和抑菌劑1．溫度（temperature）1）溫度對微生物的作用

溫度的3個臨界值：最低、最適、最高生長溫度。溫度生長速率最低最適最高中溫型高溫型低溫型2）微生物生長的溫度類型低溫型微生物小于0℃可生長中溫型微生物最適溫度20-40℃高溫型微生物最適溫度50-60℃缺點：費工、費時、費料。平均為8.Stationaryphase掌握環(huán)境條件對微生物生長的影響及應(yīng)用。耐氣性厭氧菌以發(fā)酵獲取能量,乳酸菌β射線：帶負(fù)電的電子流，電離作用弱，穿透力強；適用:不耐熱的藥品、營養(yǎng)成分、特殊培養(yǎng)基，或缺乏高壓滅菌鍋時。真菌：5.干擾細(xì)胞物質(zhì)的合成，如磺胺等抗代謝物。不是直接表示為細(xì)胞數(shù)。1代2代3代………n代滅菌：使微生物不可逆地失去繁殖能力。exponentialphase一個菌落可能是多個細(xì)胞一起形成，所以在科研中一般用阻礙核酸合成：灰黃霉素，利福霉素、放線菌素D、絲裂霉素C3）溫度對微生物的抑制作用低溫：——在比最低點低的溫度，微生物停止生長，可長期保存活性。——低于0℃結(jié)冰，將會致死。應(yīng)用：保存菌種4℃，－20℃，－40℃，－80℃，液氮高溫：——超過Max點的溫度，死亡?！鞍踪|(zhì)含水量愈高，愈易凝固，所以在同一溫度下，濕熱更容易引起微生物死亡。

1020304050

蛋白質(zhì)含水量（%）1604080120蛋白質(zhì)凝固最低溫度常用的消毒滅菌方法煮沸法:100℃，30～60min。巴氏消毒法:63～65℃，30min，或70℃，l5min，殺滅病原微生物及不耐熱的營養(yǎng)細(xì)胞,適用于風(fēng)味飲料。間歇滅菌法:100℃15～30min室溫過夜（殘留芽胞萌發(fā)）,重復(fù)3次，可殺滅所有微生物。適用:不耐熱的藥品、營養(yǎng)成分、特殊培養(yǎng)基，或缺乏高壓滅菌鍋時。高壓蒸汽滅菌:121℃20min。適用：一般培養(yǎng)基、液體、固體、器具等干熱滅菌:160～180℃，1～2h。適用：玻璃、金屬制品2．水分和滲透壓1）水活度awWateractivity水活度aw即表示環(huán)境中水對微生物生長可給性高低的指標(biāo)。aw的測定：aw＝Ps（溶液的蒸汽壓）/Pw（純水的蒸汽壓）＝RH(相對濕度)。各類微生物生長的aw

范圍細(xì)菌0.90—1.00酵母和絲狀真菌0.90—0.952）滲透壓osmoticpressure滲透：純水或其它低濃度溶液經(jīng)過半透性膜向高濃度進行擴散的現(xiàn)象。滲透壓：滲透壓是溶劑透過半透膜所產(chǎn)生的壓力為滲透壓。在低滲溶液中原生質(zhì)體會吸水膨脹破裂。在高滲環(huán)境中，質(zhì)壁分離，會脫水，直至死亡。微生物生長都受到抑制，應(yīng)用：腌菜：10％；腌魚肉類：10～15％；蜜餞：蔗糖50～70％；曬干材料。3．酸堿度AcidityandpH在pH1～12范圍內(nèi)，都有微生物生長。主要類群最適pH：細(xì)菌：6.5～7.4放線菌：7.0～8.0真菌：5.0～6.0極端微生物應(yīng)用1.配培養(yǎng)基時，要調(diào)pH值。2.微生物的活動也可改變環(huán)境pH值，使用緩沖劑：K2HPO4～KH2PO4或CaCO3。3.強酸、強堿的殺菌能力很強，但是強酸腐蝕性太強，很少采用。4.石灰酸常應(yīng)用于衛(wèi)生消毒，苯甲酸、乳酸可用作防腐劑。4．O2和Eh

1）氧氣對微生物生長的影響

根據(jù)微生物與氧氣的關(guān)系，可以分為5種類型:類型 特征 代表類群需氧菌 O2為最終電子受體 大多數(shù)微生物兼性厭氧菌O2：有氧呼吸-O2：發(fā)酵/無氧呼吸許多細(xì)菌、酵母微需氧菌 只在2～10%O2下生長種類不多,如嗜鹽片球菌耐氣性厭氧菌以發(fā)酵獲取能量,乳酸菌O2無毒害作用，專性厭氧菌O2毒害作用，產(chǎn)甲烷細(xì)菌,梭菌專性厭氧菌由于缺少過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶，無法消除在有O2時產(chǎn)生的這些過氧化物，一旦暴露在空氣中，將停止生長，甚至很快死亡。2）Eh值與微生物的生長環(huán)境的氧化還原電位除受pH值、通氣影響外，還取決于[氧化型物質(zhì)]/[還原型物質(zhì)]比例，Eh值與微生物生長的關(guān)系可圖示如下:-0.4200.1+0.82厭氧菌生長需氧菌生長最適兼性厭氧菌

發(fā)酵有氧呼吸5.輻射radiation1)可見光(397～800nm)能源趨光性2)紫外線(136～397nm)紫外線是非電離輻射，殺菌作用最強在波長260nm處，殺菌機理:紫外線使DNA上形成的胸腺嘧啶的二聚體，引起細(xì)菌變異或死亡。用途:1.空氣或器皿表面滅菌，2.常用的誘變劑。中溫型微生物最適溫度20-40℃干熱滅菌:160～180℃，1～2h。發(fā)酵有氧呼吸水活度aw即表示環(huán)境中水對微生物生長可給性高低的指標(biāo)。高溫型微生物最適溫度50-60℃微生物的生長與生長環(huán)境生長：個體的增大；6nm),起源于原子內(nèi)層電子躍遷；群體內(nèi)各個個體的進一步生長微需氧菌 只在2～10%O2下生長種類不多,如嗜鹽片球菌細(xì)體積較小，開始積累貯存物和次生代謝產(chǎn)物、芽胞細(xì)菌開始形成芽胞。二氫蝶啶二氫蝶酸二氫葉酸四氫葉酸6nm),起源于原子內(nèi)層電子躍遷；Stationaryphase——蛋白質(zhì)含水量愈高，愈易3)電離福射X射線：(0.06～13.6nm),起源于原子內(nèi)層電子躍遷；α射線：帶正電的氦核流，電離作用強，穿透力弱；β射線：帶負(fù)電的電子流，電離作用弱，穿透力強；γ射線：(0.01～0.14nm)，起源于放射性同位素衰變產(chǎn)生的輻射，穿透力強。共同特點是波長短、能量大、打斷大分子的鍵，或使被照射的物質(zhì)分子發(fā)生電離作用，形成游離基，后者與大分子結(jié)合可使之變性失活:XO2H2OH+＋OH-H2O2

用途：用60Co產(chǎn)生的γ射線進行食品、塑料制品等不耐熱材料的滅菌，減少能源消耗。6．超聲波（ultrasound）頻率超過2萬Hz的聲波，超聲波通過強烈的振動使細(xì)胞破裂死亡。用途:破碎細(xì)胞。7.高壓人——1.52X107（127米）敏感細(xì)菌——2.02X107抗性細(xì)菌——5.57X107—1.01X108應(yīng)用：1000~10000個大氣壓可以進行滅菌保鮮。8．化學(xué)殺菌劑和化學(xué)療劑化學(xué)殺菌劑：通過壞微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)或代謝機能而殺死微生物的化學(xué)藥劑.抑菌劑:不壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)而只干擾新細(xì)胞物質(zhì)合成和微生物生長繁殖的化學(xué)藥劑.化學(xué)療劑：可選擇性地抑制或殺死人畜和家禽體內(nèi)的病原微生物并可用于臨床治療的特殊化學(xué)藥劑.1)化學(xué)藥劑殺菌作用的一般規(guī)律化學(xué)藥劑對微生物的作用取決于藥劑濃度、作用時