微生物的生长及其控制课件

1,第六章微生物的生长及其控制,2,微生物生长分,个体生长个体繁殖群体生长群体生长=个体生长+个体繁殖,微生物的生长一般指群体生长,微生物生长：是微生物细胞物质有规律地，不可逆增加的生物学过程。,个体生长：细胞重量增加，体积变大,群体生长：细胞数量增加,3,一、获得微生物纯培养的方法纯培养：是指来源于同一个细胞的细胞群体方法：稀释倒平板法划线法单细胞挑取法利用选择培养基培养法,第一节微生物培养与生长量测定,4,稀释倒平板法分离微生物,5,平板划线法分离微生物,6,单细胞挑取法选择培养基分离法,7,微生物培养的常用器具及其灭菌,常用的器具：,试管、瓶子、培养皿等,1887年，RJPetri发明,Petridish,8,高温干热灭菌,高压蒸汽灭菌,试管、瓶子、培养皿等,常用的灭菌方法：,1、微生物培养的常用器具及其灭菌,常用的器具：,9,2、接种操作,无菌操作：,火焰附近（酒精灯、煤气灯）进行,10,二、微生物的培养方法,根据氧气的需要与否分为两大类：好氧培养厌氧培养根据培养基的物理特性分为两大类：固体培养液体培养,11,1）固体好氧培养方法,琼脂试管斜面和琼脂平皿培养,（一）好氧培养方法,12,2）液体好氧培养方法,恒温振荡培养箱,13,厌氧菌的固体培养,高层琼脂柱,厌氧培养皿,亨盖特滚管技术,厌氧罐技术,厌氧手套箱技术,（二）厌氧培养方法,14,厌氧微生物的分离,厌氧罐,15,GasPak罐培养法,将厌氧罐中GasPak袋剪开一角，并注入适量的水，水与袋内的化学物质发生反应产生H2和CO2。在钯催化剂作用下，H2与O2发生反应生成水，造成一个厌氧环境。,16,厌氧手套箱,17,工业发酵车间,18,细胞数目的测定,测生长量,总数的测定,活菌的测定,涂片染色法,计数器法,比浊法等,稀释平板菌落计数法,滤膜培养法,稀释液体试管培养法等,三、测定生长繁殖的方法,19,（1）直接（血球）计数板法,、细胞数目的测定,20,Turbiditymeasurements,比浊法,21,（二）活菌计数法1、平板菌落计数法,22,、薄膜过滤计数法,23,（二）生物量的测定,菌体干重的测定菌体含氮量的测定菌体DNA含量的测定,24,分批培养：把微生物接种于一定容积的培养基中，培养后一次收获的培养方式。,生长曲线:将少量细菌接种到一定容积的新鲜培养液中，在适宜条件下培养，细菌会生长增殖。以培养时间为横座标，以细菌数目的对数为纵座标绘制成的曲线图。,一、分批培养,细菌生长曲线,第二节微生物的生长规律,25,A-适应期，B-对数增长期，C-稳定期，D-衰亡期,单细胞微生物的典型生长曲线,该生长曲线只适用于单细胞微生物，包括细菌和酵母菌。,微生物的典型生长曲线,26,1）适应期：,细胞形态增大；细胞内的RNA含量增高；合成代谢活跃；生长繁殖速度几乎等于零对外界不良环境条件敏感。出现原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物。为细胞分裂作准备。,特点：,27,菌种的遗传性，菌龄接种量培养基成分发酵工业上需尽量缩短该期，以降低生产成本。,影响适应期长短的因素：,28,2）指数期特点生长速率最快，细胞呈指数增长生长速率恒定代谢旺盛，细胞成分平衡发展群体的生理特性较一致,29,影响指数期微生物代时长短的因素：,菌种营养成分营养物的浓度培养温度,EColi在不同温度下的代时,30,特点：1.生长速率常数R等于0。2.菌体产量达到了最高值。3.合成次生代谢产物。4.细胞内出现储藏物质，芽孢杆菌内开始产生芽孢。产生原因：1.营养物尤其是生长限制因子的耗尽。2.营养物的比例失调，如碳氮比不合适。3.有害代谢废物的积累。4.理化条件不适应。,3）稳定期,31,4）衰亡期,特点：1.生长速率常数R为负值。2.细胞的形态发生变化。3.释放次生代谢产物，芽孢等。4.菌体开始自溶。产生原因：生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡。,32,2.丝状微生物群体生长曲线丝状微生物的群体生长有着与单细胞微生物类似规律,可划分为：生长延滞期快速生长期衰亡期,33,三、微生物的连续培养连续培养：不断地补充营养物质，改善培养条件，使微生物长期保持在指数期的培养方式。,结果：培养物达到动态平衡，形成微生物高速连续生长,34,第三节影响微生物生长的因素,化学因素,物理因素,温度氧气PH氧化还原电位水分超音波与微波,酸碱重金属及其化合物卤族元素及其化合物有机化合物染料,35,一、温度温度对微生物生长的影响是通过影响细胞内的生物化学反应而实现,最适生长温度：某菌分裂代时最短和生长速率最高时的温度。,36,二、氧气,分子氧对它们有毒，在大气环境下，只能在固体培养基或半固体培养基深层无氧处或在低氧化还原条件下生长；生命活动所需要能量借发酵，无氧呼吸，循环光合磷酸化提供，缺乏SOD和细胞色素氧化酶，多数无过氧化氢酶。如产甲烷菌,37,2.氧与不同微生物的关系,（1）严格厌氧微生物并不是被氧所杀死，而是由于不能解除某些氧代谢产物(过氧化氢、超氧阴离子自由基等)的毒性而死亡。（2）好氧微生物具有降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶(SOD)等，严格厌氧微生物则缺乏全部或部分这些酶。（3）专性好氧微生物和大多数兼性好氧微生物都含有超氧化物歧化酶和过氧化氢酶，某些兼性好氧微生物和耐氧厌氧微生物只含有SOD，而缺乏过氧化氢酶。因此在生长过程中产生的超氧阴离子自由基被分解去毒，过氧化氢则通过细胞内某些代谢产物进一步氧化而解毒，这是耐氧厌氧菌在有氧条件下仍可生存的内在机制。,SOD：一切好氧微生物或耐氧微生物含有的可使剧毒的超氧阴离子自由基变为过氧化氢的酶,38,氧气影响微生物生长的机制,厌氧菌氧毒害的机制：由于厌氧菌细胞内缺乏SOD和过氧化氢酶，无法消除02.-（超氧阴离子自由基）是活性氧的形式之一，带奇数电子，负电荷。即有分子性质，也有离子性质，反应力极强，性质极不稳定。在体内可破坏各种重要生物高分子和膜，也可形成其他活性氧化物。好氧与耐氧菌驱除02.-机制：过氧化氢酶H2O+1/202SOD202.-+2H+H2O2+02好氧及耐氧菌过氧化物酶（耐氧菌）2H2O,好氧菌,NADH2NAD,39,pH影响微生物的生长1、大多数细菌最适pH为6.57.5。2、放线菌最适pH为7.08。3、酵母、霉菌最适pH为56。,三、PH（氢离子浓度）,pH影响微生物生长机制：（1）H离子可与细胞质膜上及细胞壁中的酶相互作用影响酶的活性，甚至导致酶的失活；（2）pH对培养基中有机化合物的离子化有影响，也间接地影响微生物；（3）pH还影响营养物质的溶解度。,40,微生物在培养的过程中pH变化规律,在实验室配制培养基时，常用磷酸缓冲液来适当调节培养基的pH,PH调节,治标,治本,过酸时：加NaOH，Na2CO3等碱性中和,过碱时：加H2SO4，HCl等酸性中和,过酸时：加适当氮源尿素，NaNO3，NH4OH或蛋白质等,过碱时：加碳源，加糖，乳酸柠檬酸等,提高通气量,降低通气量,41,42,第五节有害微生物的控制一、控制有害微生物的措施：,（一）灭菌采用强烈的理化因素使一切微生物永远丧失其生长繁殖能力。（二）消毒采用一种较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分有害的病原菌，而对被消毒的对象基本无害的措施。,43,（三）防腐抑制霉腐微生物的生长和繁殖，即通过制菌作用防止食品、生物制品等对象发生霉腐的措施。,防腐的方法,低温,缺氧,干燥,高渗,高酸度,高醇度,加防腐剂,44,（四）化疗利用具有高度选择力即对病原菌具高度毒力而对其宿主基本无毒的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该宿主传染病的一种措施。,45,二、物理灭菌因素的代表高温高温的致死作用：可引起蛋白质、核酸和脂类等重要生物高分子发生降解或改变其空间结构等，从而变性或破坏。,烘箱热空气：1500C1700C下处理1-2小时。适用于玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。优点：可保持物品的干燥火焰灭菌：常用于金属性接种工具、污染物品及实验材料等废弃物的处理。,46,湿热灭菌是利用热蒸汽灭菌。,2.湿热灭菌,在相同温度下，湿热的效力比干热灭菌好。,为什么？,47,热蒸汽对细胞成分的破坏作用更强,热蒸汽比热空气穿透力强,蒸汽潜热大，当气体转变为液体时可放出大量热量，故可迅速提高灭菌物体的温度。,48,巴氏消毒法是一种专用于牛奶、啤酒、果酒等不宜进行高温灭菌的液态风味食品或调料的消毒方法。低温维持法和高温瞬时法煮沸消毒法：饮用水的消毒间歇灭菌法：适用于不耐高温培养基的灭菌。80-100处理15-60分钟，再置于2837下，如此反复三次。高压蒸汽灭菌法：温度121，时间维持1520min。,常用的湿热灭菌法,49,二、低温抑菌低温是通过降低酶反应速度使微生物生长受到抑制，但不能杀死微生物。,三、辐射杀菌有四种类型的辐射作用:紫外光、电离辐射、微波等，可用作控制微生物的生长和保存食品。,控制液体中微生物的群体可以通过将微生物从液体中移走而不是杀死的方法来实现。,四、过滤除菌,50,一些常用的表面消毒剂,51,1、抗代谢药物磺胺类,磺胺类药物的磺胺与叶酸合成前体对氨基苯甲酸（PABA）的结构类似。叶酸是辅酶，在氨基酸、维生素、核酸和蛋白质合成中起重要作用，很多细菌需要自己合成叶酸才能生长。,（三）化学治疗剂,52,磺胺的抑菌机制：,在四氢叶酸合成过程中，由于磺胺可与PABA竞争二氢碟酸合成酶，以抑制二氢叶酸的合成，其后的四氢叶酸就无法合成，最终限制了与一碳基转移的许多反应，细菌就无法获得许多中间代谢物（嘌呤，甲硫氨酸等）从而抑制了细菌的生长。,二氢喋啶,二氢喋酸,一碳基转移,四氢叶酸,二氢叶酸,E1,E2,E3,PABA,磺胺,Glu,TMP,H,嘌呤，嘧啶核苷酸，丝氨酸甲硫氨酸,前体,二氢喋啶,E1,假二氢喋酸,假四氢叶酸,细菌停止生长,磺胺类,53,为什么磺胺对人体细胞无毒性？因为人缺乏对氨基苯甲酸合成叶酸的相关酶,二氢蝶酸合成酶、二氢叶酸合成酶和二氢叶酸还原酶，故不能用外界提供的对氨基苯甲酸自行合成叶酸，而必须直接利用营养物中的叶酸做为生长因子。所以磺胺类能作为药物被人类使用。,54,（三）抗生素1、定义：是一类由微生物或其他生物生命活动过程中合成的次生代谢产物或其人工衍生物，在很低浓度时就能抑制或干扰它种生物的生命活动。,抗菌谱：指某种或一类抗生素的制菌范围。青霉素，红霉素抑制G+为主（窄谱抗生素）；链霉素，新霉素抗G-为主；四环素，金霉素和土霉素同时抗G-，G+（广谱抗生素）。,55,2、抗生素对微生物的影响,干扰细胞膜合成：短杆菌酪肽，多粘菌素等,干扰核酸的复制：更生霉素，自力霉素等,抑制细胞壁的合成：青霉素，万古酶素，杆菌素等,抑制蛋白质