微生物的生长繁殖及其控制课件

1、微生物的生长微生物的生长繁殖及其控制繁殖及其控制微生物的生长繁殖及其控制细胞物质有规律地、不可逆地增加，导致细细胞物质有规律地、不可逆地增加，导致细胞体积扩大的生物学过程。胞体积扩大的生物学过程。生长：生长：微生物生长到一定阶段，由于细胞结构的复微生物生长到一定阶段，由于细胞结构的复制与重建并通过特定方式产生新的生命个体，制与重建并通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。即引起生命个体数量增加的生物学过程。繁殖：繁殖：微生物的生长与繁殖是两个不同但又相互联系的概念。微生物的生长与繁殖是两个不同但又相互联系的概念。生长是一个逐步发生的生长是一个逐步发生的量变过程量变过程

2、，繁殖是一个产生新，繁殖是一个产生新的生命个体的的生命个体的质变过程质变过程。在在高等生物高等生物里这两个过程可以明显分开，但在低里这两个过程可以明显分开，但在低等特别是在等特别是在单细胞的生物单细胞的生物里，由于个体微小，这两个里，由于个体微小，这两个过程是紧密联系又很难划分的过程。过程是紧密联系又很难划分的过程。微生物的生长繁殖及其控制一个微生物细胞一个微生物细胞合适的外界条件，吸收营养物质，进行代谢。合适的外界条件，吸收营养物质，进行代谢。如果同化作用的速度超过了异化作用如果同化作用的速度超过了异化作用个体的生长个体的生长原生质的总量（重量、体积、大小）就不断增加原生质的总量（重量、体积

3、、大小）就不断增加如果各细胞组分是按恰当的比例增长时，则达到一定程如果各细胞组分是按恰当的比例增长时，则达到一定程度后度后就会就会发生繁殖，引起个体数目的增加。发生繁殖，引起个体数目的增加。群体内各个个体的进一步生长群体内各个个体的进一步生长群体的生长群体的生长微生物的生长繁殖及其控制群体生长群体生长 = 个体生长个体生长 + 个体繁殖个体繁殖个体生长个体生长 个体繁殖个体繁殖 群体生长群体生长在一定时间和条件下细胞数量的增加在一定时间和条件下细胞数量的增加（微生物群体生长）（微生物群体生长）微生物生长微生物生长:在微生物学中提到的在微生物学中提到的“生长生长”，一般均指群体生长，这，一般均指

4、群体生长，这一点与一点与研究大生物时有所不同。研究大生物时有所不同。微生物的生长繁殖及其控制第一节第一节 细菌的个体生长细菌的个体生长 细菌的个体生长包括细胞结构的复制与再生、细菌的个体生长包括细胞结构的复制与再生、细胞的分裂与控制。细胞的分裂与控制。一、染色体一、染色体DNA的复制和分离的复制和分离细菌的染色体为环形的双链细菌的染色体为环形的双链DNA分子。染色体以双分子。染色体以双向的方式进行连续的复制，在细胞分裂之前不仅完向的方式进行连续的复制，在细胞分裂之前不仅完成了染色体的成了染色体的 复制，也开始了两个子细胞复制，也开始了两个子细胞DNA分子分子的复制。的复制。微生物的生长繁殖及其

5、控制复制起点附着在细胞膜上，随着膜的生长和细胞分复制起点附着在细胞膜上，随着膜的生长和细胞分裂，两个未来的子细胞基因组不断地分离开来，最裂，两个未来的子细胞基因组不断地分离开来，最后到达子细胞中。后到达子细胞中。微生物的生长繁殖及其控制二、细胞壁扩增二、细胞壁扩增杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖在细胞壁中杆菌在生长过程中，新合成的肽聚糖在细胞壁中是是 新老细胞壁呈间隔分布，新合成的肽聚糖在多新老细胞壁呈间隔分布，新合成的肽聚糖在多个位点插入。个位点插入。球菌在生长过程中，新合成的肽聚糖是固定在赤球菌在生长过程中，新合成的肽聚糖是固定在赤道板附近插入，导致新老细胞壁能明显地分开，道板附近插入，导

6、致新老细胞壁能明显地分开，原来的细胞壁被推向两端。原来的细胞壁被推向两端。微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖微生物的特点：微生物的特点：个体微小个体微小肉眼看到或接触到的微生物是成千上万肉眼看到或接触到的微生物是成千上万个单个个单个的微生物的微生物组成的群体。组成的群体。微生物接种是群体接种，接种后的生长是微生物群体繁微生物接种是群体接种，接种后的生长是微生物群体繁殖生长。殖生长。对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖一

7、、生长的规律一、生长的规律生长曲线生长曲线(Growth Curve)：细菌细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横座标，以菌数为纵座标作图，得到量，以培养时间为横座标，以菌数为纵座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。在微生物学中提到的在微生物学中提到的“生长生长”，均指群体生长，均指群体生长。微生物的生长繁殖及其控制微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖一、生长的规律一、生长的规律细菌的生长曲线一般用菌数的对数为纵坐

8、标作图细菌的生长曲线一般用菌数的对数为纵坐标作图微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖一、生长的规律一、生长的规律一条典型的一条典型的生长曲线可以分为：生长曲线可以分为： 迟缓迟缓期期，对数生长期对数生长期，稳定生长期稳定生长期和和衰亡期衰亡期4个个生长时期生长时期微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖一、生长的规律一、生长的规律迟缓期迟缓期(Lag phase)：将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间内菌将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间内菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零数不立即增加，或增加很少，

9、生长速度接近于零。微生物的生长繁殖及其控制迟缓期的特点迟缓期的特点：分裂迟缓、代谢活跃分裂迟缓、代谢活跃t 细胞形态变大或增长，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓细胞形态变大或增长，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末，细胞的平均长度比刚接种时长期末，细胞的平均长度比刚接种时长6倍。一般来说处倍。一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大于迟缓期的细菌细胞体积最大t胞内贮藏物质逐渐消耗；细胞内胞内贮藏物质逐渐消耗；细胞内DNA和和RNA，尤其尤其是是rRNA含量增高，合成代谢活跃，核糖体、酶类和含量增高，合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶。的合成加快，易产生诱导酶。t 对外界不良条件反应敏感。

10、对外界不良条件反应敏感。细胞处于活跃生长中，只是分裂细胞处于活跃生长中，只是分裂迟缓在此迟缓在此阶段后期，阶段后期，少数细胞开始分裂，曲线略有上升。少数细胞开始分裂，曲线略有上升。微生物的生长繁殖及其控制迟缓期出现的原因迟缓期出现的原因：微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏足够的能量和必微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏足够的能量和必需的生长因子，需要一段时间的调整和适应；菌种老化需的生长因子，需要一段时间的调整和适应；菌种老化或未充分活化；接种时造成的损伤等。或未充分活化；接种时造成的损伤等。调整代谢调整代谢迟缓期是必需的，因为细胞分裂之前，细胞各成分迟缓期是必需的，因为细胞分裂之前，细胞各成

11、分的复制与装配等也需要时间。的复制与装配等也需要时间。在生产实践中缩短迟缓期的常用手段在生产实践中缩短迟缓期的常用手段：(1)通过遗传学方法改变菌种的遗传特性使迟缓期缩短；通过遗传学方法改变菌种的遗传特性使迟缓期缩短；(2)利用对数生长期的细胞作为利用对数生长期的细胞作为“种子种子”；(3)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；(4)适当扩大接种量适当扩大接种量微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖一、生长的规律一、生长的规律对数生长期对数生长期(Log phase)：以以最大的速率生长和分裂，导致细菌数

12、量呈对数增加，细菌内各最大的速率生长和分裂，导致细菌数量呈对数增加，细菌内各成分按比例有规律地增加，表现为平衡生长。成分按比例有规律地增加，表现为平衡生长。所有细胞组分呈彼此相对稳定速度合成。细菌的代谢活性及酶活所有细胞组分呈彼此相对稳定速度合成。细菌的代谢活性及酶活性高而稳定，细胞大小比较一致，生活力强，在生产上常被广泛性高而稳定，细胞大小比较一致，生活力强，在生产上常被广泛地用作地用作“种子种子”。微生物的生长繁殖及其控制 t1t0G = = 3.322 (log Ntlog N0)代时代时(Generation time):在细菌个体生长里，每在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所个细

13、菌分裂繁殖一代所需的时间。需的时间。通常以通常以G表示。表示。倍增时间倍增时间（Doubling time)：在群体生长里细：在群体生长里细菌数量增加一倍所需的菌数量增加一倍所需的时间。时间。= 3.322 (log Ntlog N0)利用利用 n 和和 t 的概念，可用的概念，可用于计算在不同培养条件下于计算在不同培养条件下不同微生物的不同微生物的 G ，是研，是研究微生物生长动力学的重究微生物生长动力学的重要参数。要参数。Nt=N02nlog Nt=log N0+n.log2n= logNt-logN0/log2= logNt-logN0/0.301微生物的生长繁殖及其控制纳米细菌（纳米细

14、菌（nanobacteria），3天才分裂天才分裂1次次； 90年代初期人们从地年代初期人们从地下数公里发现的超微型下数公里发现的超微型细菌，用代谢产生的细菌，用代谢产生的CO2作指标，计算出这作指标，计算出这些超微型细菌的代谢速些超微型细菌的代谢速率仅为地上正常细菌的率仅为地上正常细菌的10-15，有人认为它们需，有人认为它们需要要100年才能年才能分裂分裂1次次。菌菌 名名 培培 养养 基基 温度温度 ( ) 时间时间 (min) 大肠杆菌大肠杆菌 肉肉 汤汤 37 17 荧光假单胞菌荧光假单胞菌 肉肉 汤汤 37 34 34.5 菜豆火疫病假菜豆火疫病假单胞菌单胞菌 肉肉 汤汤 25 1

15、50 白菜软腐病欧白菜软腐病欧氏杆菌氏杆菌 肉肉 汤汤 37 71 94 甘蓝黑腐病黄甘蓝黑腐病黄杆菌杆菌 肉肉 汤汤 25 98 大豆根瘤菌大豆根瘤菌 葡葡 萄萄 糖糖 25 343.8 460.8 枯草杆菌枯草杆菌 葡萄糖肉汤葡萄糖肉汤 25 26 32 巨大芽孢杆菌巨大芽孢杆菌 肉肉 汤汤 30 31 霉状芽孢杆菌霉状芽孢杆菌 肉肉 汤汤 37 28 腊状芽孢杆菌腊状芽孢杆菌 肉肉 汤汤 30 18.8 丁酸梭菌丁酸梭菌 玉玉 米米 醪醪 30 51 保加利亚乳酸保加利亚乳酸杆菌杆菌 牛牛 乳乳 37 39 74 肉毒梭菌肉毒梭菌 葡萄糖肉汤葡萄糖肉汤 37 35 乳酸链球菌乳酸链球菌

16、牛牛 乳乳 37 23.5 26 园褐固氮菌园褐固氮菌 葡葡 萄萄 糖糖 25 240 霍乱孤菌霍乱孤菌 肉肉 汤汤 37 21 38 某些微生物的生长代时某些微生物的生长代时微生物的生长繁殖及其控制影响微生物增代时间（代时）的因素：影响微生物增代时间（代时）的因素：1）菌种）菌种，不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同；，不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同；2）营养成分，）营养成分，在营养丰富的培养基中生长代时短在营养丰富的培养基中生长代时短3）营养物浓度）营养物浓度，生长速率生长速率与营养物浓度呈正比，与营养物浓度呈正比，凡是处于较低浓度范围内，凡是处于较低浓度范围内，可影响生长速率的

17、营养物成可影响生长速率的营养物成分，就称为生长限制因子。分，就称为生长限制因子。4）温度，）温度，在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖一、生长曲线一、生长曲线稳定生长期稳定生长期(Stationary phase)：由于营养物质消耗，代谢产物积累和由于营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变化，等环境变化，环境条件逐步不适宜于细菌生长，导致细菌生长速率降环境条件逐步不适宜于细菌生长，导致细菌生长速率降低直至零低直至零(即即细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数细菌分裂增加的数量等于细

18、菌死亡数)。稳定生长期的活细菌数最高并维持稳定。稳定生长期的活细菌数最高并维持稳定。如果及时采取措施，补充营养物质如果及时采取措施，补充营养物质或或取走代谢产物取走代谢产物或或改改善培养条件善培养条件、调节、调节pH、调节调节温度温度、对好氧菌增加、对好氧菌增加通气通气、搅拌或振荡等措施、搅拌或振荡等措施延长稳定生长期延长稳定生长期，以获得更多的菌，以获得更多的菌体物质或代谢产物体物质或代谢产物。微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖一、生长的规律一、生长的规律衰亡期衰亡期(Decline或或Death phase)：营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细

19、菌死亡速营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率逐步增加和活细菌逐步减少，整个群体呈现出负增长。率逐步增加和活细菌逐步减少，整个群体呈现出负增长。该时期细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶。死亡该时期细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶。死亡的细菌以对数方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分的细菌以对数方式增加，但在衰亡期的后期，由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低。细菌产生抗性也会使细菌死亡的速率降低。微生物的生长繁殖及其控制不同的微生物或同一种微生物对不同物质的利用能力不同的微生物或同一种微生物对不同物质的利用能力是不同的。有的物质可直接被利用是不同的。有的物质可直接被利用

20、(例如葡萄糖或例如葡萄糖或NH+4等等)；有的需要经过一定的适应期后才能获得利用能力；有的需要经过一定的适应期后才能获得利用能力（例如乳糖或（例如乳糖或NO3-等）。前者通常称为速效碳源（或等）。前者通常称为速效碳源（或氮源），后者称为迟效碳源（或氮源）。微生物在同氮源），后者称为迟效碳源（或氮源）。微生物在同时含有速效碳源时含有速效碳源(或氮源或氮源)和迟效碳源和迟效碳源(或氮源或氮源)的培养基的培养基中生长时，微生物首先会利用速效碳源中生长时，微生物首先会利用速效碳源(或氮源或氮源)生长直生长直至该速效碳源至该速效碳源(或氮源或氮源)耗尽，然后经过短暂的停滞后，耗尽，然后经过短暂的停滞后，

21、再利用迟效碳源（或氮源）重新开始生长，这种生长再利用迟效碳源（或氮源）重新开始生长，这种生长称为称为二次生长二次生长。利用葡萄糖利用葡萄糖利用乳糖利用乳糖时间时间菌数菌数/lg微生物的生长繁殖及其控制四、四、同步培养同步培养同步培养同步培养(Synchronous culture)： 使群体中的细胞处于比较一致的，生长发育均处使群体中的细胞处于比较一致的，生长发育均处于同一于同一阶段阶段上，即大多数细胞能同时进行生长或分裂上，即大多数细胞能同时进行生长或分裂的培养方法。的培养方法。 以同步培养方法使群体细胞能处于同一生长阶以同步培养方法使群体细胞能处于同一生长阶段，并段，并同时进行同时进行分裂

22、的生长。分裂的生长。同步生长：同步生长：通过同步培养方法获得的细胞被称为同步细胞或同通过同步培养方法获得的细胞被称为同步细胞或同步培养物步培养物微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖四、四、同步培养同步培养同步培养物同步培养物常用常用来研究在单个细胞上难以研究的生理与来研究在单个细胞上难以研究的生理与遗传特性遗传特性和作为工业发酵的种子，它是一种理想的材料。和作为工业发酵的种子，它是一种理想的材料。机械法机械法离心法离心法过滤分离法过滤分离法硝酸纤维素滤膜法硝酸纤维素滤膜法环境条件控制技术环境条件控制技术温度温度培养基成份控制培养基成份控制其他（如光照和黑暗

23、交替培养）其他（如光照和黑暗交替培养）微生物的生长繁殖及其控制第二节 细菌的群体生长繁殖四、四、同步培养同步培养硝酸纤维素滤膜法是最经典的获得同步生长的方法硝酸纤维素滤膜法是最经典的获得同步生长的方法由于细胞的个体差异，同步生长往往只能维持由于细胞的个体差异，同步生长往往只能维持2-3个世个世代代，随后，随后又逐渐转变为随机生长。又逐渐转变为随机生长。微生物的生长繁殖及其控制五、五、连续培养连续培养第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖将微生物置于一定容积培养基中，经过培养生长，最后将微生物置于一定容积培养基中，经过培养生长，最后一次收获一次收获分批培养（分批培养（batch cu

24、lture）or封闭培养（封闭培养（closed culture）培养基一次加入，不予补充，不再更换培养基一次加入，不予补充，不再更换。连续培养连续培养(Continous culture ）在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以以恒定的恒定的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。方法。培养过程中不断的培养过程中不断的补充营养物质补充营养物质和以同样的速率和以同样的速率移出培移出培养物养物是实现是实现微生物连续培养的基本原则。微生物连续培养的基本原则。微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节

25、 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖五、五、连续培养连续培养连续培养的类型连续培养的类型恒浊器连续培养恒浊器连续培养不断调节流速而使细菌培养液不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定浊度保持恒定恒化器连续培养恒化器连续培养保持恒定的流速保持恒定的流速微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖五、五、连续培养连续培养（一）（一）恒浊器连续培养恒浊器连续培养测定所培养微生物的光密度值测定所培养微生物的光密度值自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速使培养物维持在某一恒定浊度使培养物维持在某一恒定浊度当培养室中的浊度

26、超过预期数值时，流速加快，使浊度当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快，使浊度降低降低当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高升高恒浊培养器的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的恒浊培养器的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的如果所用培养基中有过量的必需营养物，就可以如果所用培养基中有过量的必需营养物，就可以使菌体使菌体维持最高的生长速率维持最高的生长速率。微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁细菌的群体生长繁殖殖五、五、连续培养连续培养（一）（一）恒浊器连续培养恒浊器连续培养一般用于菌体以及与菌体生长平行的

27、代谢产物生产的发一般用于菌体以及与菌体生长平行的代谢产物生产的发酵工业酵工业（连续发酵）（连续发酵）连续发酵与单批发酵相比的优点：连续发酵与单批发酵相比的优点：缩短发酵周期，提高设备利用率；缩短发酵周期，提高设备利用率；便于自动控制；便于自动控制；降低动力消耗及体力劳动强度；降低动力消耗及体力劳动强度；产品质量较稳定；产品质量较稳定；缺点：缺点：杂菌污染和菌种退化杂菌污染和菌种退化微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖五、五、连续培养连续培养（二（二）恒化器连续培养恒化器连续培养使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其使培养液流速保持不变，并使微生物始终

28、在低于其最高最高生长速率生长速率下进行生长繁殖。下进行生长繁殖。微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖五、五、连续培养连续培养（二（二）恒化器连续培养恒化器连续培养恒化器连续培养恒化器连续培养中，必需将某种必需的营养物质控制在中，必需将某种必需的营养物质控制在较低的浓度较低的浓度，以，以作为限制性因子，而其他营养物均过量。作为限制性因子，而其他营养物均过量。细菌的生长速率取决于限制性因子的浓度，并低于最高生长速率细菌的生长速率取决于限制性因子的浓度，并低于最高生长速率限制性因子限制性因子必须是必须是机体生长所必需的营养物质机体生长所必需的营养物质，如氨基，如

29、氨基酸和氨等酸和氨等氮源氮源，或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是无机，或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是无机盐，盐，因而可在一定因而可在一定浓度范围浓度范围内能决定该机体生长速率内能决定该机体生长速率。微生物的生长繁殖及其控制第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖五、五、连续培养连续培养通过控制流速可以得到生长速率不同但密度基本恒定的培养物通过控制流速可以得到生长速率不同但密度基本恒定的培养物多用于科研多用于科研遗传学：突变株分离；遗传学：突变株分离；生理学：不同条件下的代谢变化；生理学：不同条件下的代谢变化；生态学：模拟自然营养条件建立实验模型；生态学：模拟自然营养条件建立实验模型；微生

30、物的生长繁殖及其控制第四节第四节 环境对生长的影响及生长的测定环境对生长的影响及生长的测定一、一、环境对环境对微生物生长的影响微生物生长的影响影响微生物生长影响微生物生长的的主要主要因素因素营养物质营养物质水水的的活度活度温度温度pHO2微生物的生长繁殖及其控制 1、营养物质、营养物质 营养物质不足导致微生物生长所需要的能量、营养物质不足导致微生物生长所需要的能量、碳源、氮源、无机盐等成分不足，机体一方面碳源、氮源、无机盐等成分不足，机体一方面降低或停止细胞物质合成，避免能量的消耗，降低或停止细胞物质合成，避免能量的消耗，或者通过诱导合成特定的运输系统，充分吸收或者通过诱导合成特定的运输系统，

31、充分吸收环境中微量的营养物质以维持机体的生存。环境中微量的营养物质以维持机体的生存。 另一方面机体对胞内某些非必需成分或失效的另一方面机体对胞内某些非必需成分或失效的成分进行降解以重新利用。成分进行降解以重新利用。微生物的生长繁殖及其控制 2、水的活度、水的活度 微生物在生长过程中，对培养基的水活微生物在生长过程中，对培养基的水活度度W有一定的要求，每种微生物生长都有一定的要求，每种微生物生长都有最适的有最适的W，高于或低于所要求的，高于或低于所要求的W值值，都会通过影响培养基德渗透压力变化，都会通过影响培养基德渗透压力变化而影响微生物的生长速率。而影响微生物的生长速率。 细菌生长所需要的细菌

32、生长所需要的W值高，真菌生长所值高，真菌生长所需要需要W值较低。值较低。微生物的生长繁殖及其控制 根据微生物生长的最适温度不同，可以将微生根据微生物生长的最适温度不同，可以将微生物分为嗜冷、兼性嗜冷、嗜温、嗜热和超嗜热物分为嗜冷、兼性嗜冷、嗜温、嗜热和超嗜热等等5种不同的类型。种不同的类型。 温度的变化都会对每种类型微生物的代谢过程温度的变化都会对每种类型微生物的代谢过程产生影响，微生物的生长速率会发生改变，以产生影响，微生物的生长速率会发生改变，以适应温度的变化。适应温度的变化。 温度对微生物生长的影响表现为：温度对微生物生长的影响表现为： （1）影响酶活性。）影响酶活性。 （2）影响细胞质

33、膜的流动性。）影响细胞质膜的流动性。 （3）影响物质的溶解度。影响物质的溶解度。微生物的生长繁殖及其控制4、pH 微生物微生物生长有一个最适生长的生长有一个最适生长的pH范围，还有范围，还有一个最低与最高的一个最低与最高的pH范围。低于或高出这个范围。低于或高出这个范围，微生物的生长就被抑制。范围，微生物的生长就被抑制。 pH通过影响细胞质膜的透性、膜结构的稳定通过影响细胞质膜的透性、膜结构的稳定性和物质的溶解性或电离性来影响营养物质的性和物质的溶解性或电离性来影响营养物质的吸收，从而影响微生物的生长速率。吸收，从而影响微生物的生长速率。微生物的生长繁殖及其控制5、氧、氧 根据氧与微生物生长的

34、关系可将微生物分为好根据氧与微生物生长的关系可将微生物分为好氧、微好氧、耐氧厌氧、兼性厌氧、和专性厌氧、微好氧、耐氧厌氧、兼性厌氧、和专性厌氧氧5种类型。种类型。 在培养不同类型的微生物时，一定要采取相应在培养不同类型的微生物时，一定要采取相应的措施保证不同类型的微生物能正常生长。的措施保证不同类型的微生物能正常生长。 好好氧微生物：振荡、通气氧微生物：振荡、通气 厌氧厌氧微生物：排除环境中的氧、添加还原剂微生物：排除环境中的氧、添加还原剂 兼兼性厌氧或耐氧厌氧微生物：深层静止培养性厌氧或耐氧厌氧微生物：深层静止培养微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制

35、控制（有害）微生物的生长速率或消灭不需要的微生控制（有害）微生物的生长速率或消灭不需要的微生物物，在，在实际应用中具有重要的意义。实际应用中具有重要的意义。抑制抑制(Inhibition)：生长停止，但不死亡；生长停止，但不死亡；防腐作用防腐作用(Antisepsis)：抑制霉腐微生物抑制霉腐微生物在食品等物质在食品等物质上上的生长的生长消毒作用消毒作用(Disinfection)：杀死或灭活病原微生物（杀死或灭活病原微生物（营营养养体细胞体细胞）；）；灭菌作用灭菌作用(Sterilization)：杀死包括芽孢在内的所有微杀死包括芽孢在内的所有微生物；生物；微生物的生长繁殖及其控制第五节第五

36、节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制影响抑菌或杀菌作用的相关因素：影响抑菌或杀菌作用的相关因素：理化因子的强度或浓度；理化因子的强度或浓度；同一浓度理化因子作用时间的长短；同一浓度理化因子作用时间的长短；不同种类的微生物；不同种类的微生物；同种微生物的不同生长时期；同种微生物的不同生长时期；微生物的生长繁殖及其控制第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质抗微生物剂抗微生物剂(Antimicrobial agent)生物合成的天然产物生物合成的天然产物人工合成的化合物人工合成的化合物一类能够杀死微生物或抑制微生物生长的化学物质

37、一类能够杀死微生物或抑制微生物生长的化学物质微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质抗微生物剂抗微生物剂抑菌：抑菌： 抑菌剂抑菌剂(Bacteriostatic agent)杀菌杀菌:杀菌剂杀菌剂(Bactericide)溶菌剂溶菌剂(Bacteriolysis)待测化学待测化学物质物质 对数对数生长生长培养物培养物定时测定总菌数和活菌数定时测定总菌数和活菌数微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质抗微生物剂抗微生物剂非选择

38、性非选择性（对所有细胞均有毒性）（对所有细胞均有毒性）有选择性有选择性（对病原微生物毒性更强）（对病原微生物毒性更强）消毒剂消毒剂(Disinfectant)防腐剂防腐剂(Antisepsis)抗代谢药物抗代谢药物抗生素抗生素中草药有效成分中草药有效成分（化学治疗剂）（化学治疗剂）微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 （一）防腐剂和消毒剂（一）防腐剂和消毒剂特点：特点： 对一切活细胞都有毒性，不能用于人或动物体内的化学治疗对一切活细胞都有毒性，不能用于人或动物体内的化学治疗消毒剂：消毒剂：可杀死微生物，通

39、常用于非生物材料的灭菌或消毒。可杀死微生物，通常用于非生物材料的灭菌或消毒。防腐剂：防腐剂：能杀死微生物或抑制其生长，但对人及动物的体表组能杀死微生物或抑制其生长，但对人及动物的体表组 织无毒性或毒性低，可作为外用抗微生物药物。织无毒性或毒性低，可作为外用抗微生物药物。微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 防腐剂防腐剂和消毒剂和消毒剂广泛用于一些热敏感的或无法进行高温灭菌的物品或广泛用于一些热敏感的或无法进行高温灭菌的物品或场所的灭菌场所的灭菌温度计、带有透镜的仪器设备、聚乙烯管或导管等；温度计、带有透镜

40、的仪器设备、聚乙烯管或导管等；墙壁、楼板与仪器设备等表面和自来水；墙壁、楼板与仪器设备等表面和自来水；空气；空气；微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 2、抗代谢物、抗代谢物有些化合物在结构上与生物体所必需的代谢物很相似，有些化合物在结构上与生物体所必需的代谢物很相似，以至以至可以和可以和特定的酶结合，从而阻碍了酶的功能，干扰特定的酶结合，从而阻碍了酶的功能，干扰了代谢的正常了代谢的正常进行，进行，这些物质称为抗代谢物这些物质称为抗代谢物(Antimetabolite)。叶酸对抗物（叶酸对抗物（磺胺磺胺）

41、、）、 嘌呤对抗物（嘌呤对抗物（6-巯基嘌呤巯基嘌呤）、）、 苯丙氨酸对抗物（苯丙氨酸对抗物（对氟苯丙氨酸对氟苯丙氨酸）、）、 尿嘧啶对抗物（尿嘧啶对抗物（5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶） 胸腺嘧啶对抗物（胸腺嘧啶对抗物（5-溴胸腺嘧啶溴胸腺嘧啶） 等等等等微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 2、抗代谢物、抗代谢物磺胺药物是最早发现，也是最常见的化学疗剂，抗菌谱磺胺药物是最早发现，也是最常见的化学疗剂，抗菌谱广广，能，能治疗多种传染性疾病。治疗多种传染性疾病。大多数革兰氏阳性细菌大多数革兰氏阳性细菌（如肺炎球菌、

42、溶血性链球菌等）（如肺炎球菌、溶血性链球菌等）某些革兰氏阴性细菌某些革兰氏阴性细菌（痢疾杆菌、脑膜炎球菌、流感杆菌等）（痢疾杆菌、脑膜炎球菌、流感杆菌等）对对放线菌放线菌也有一定的作用。也有一定的作用。1934年，德国年，德国I. G. Farben染料厂的染料厂的G. Domagk一种红色染料（一种红色染料（prontosil），），白鼠静脉注射，可治疗因链球菌引起的感染，白鼠静脉注射，可治疗因链球菌引起的感染，但在体外却无作用。但在体外却无作用。1935年，进一步证明年，进一步证明prontosil对人的链球菌病也有效。对人的链球菌病也有效。法国人法国人Trefouel和英国人和英国人Fu

43、llerprontosil在体内转化成了具有抑菌作用的磺胺在体内转化成了具有抑菌作用的磺胺微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 2、抗代谢物、抗代谢物磺胺是叶酸组成部分对氨基苯甲酸的结构类似物磺胺是叶酸组成部分对氨基苯甲酸的结构类似物作用机理：作用机理：磺胺的抑菌作用是因为很多细菌需要自己合成叶酸而生长。磺胺的抑菌作用是因为很多细菌需要自己合成叶酸而生长。磺胺对人体细胞无毒性，因为人缺乏从对氨基苯甲酸合成叶酸的磺胺对人体细胞无毒性，因为人缺乏从对氨基苯甲酸合成叶酸的相关酶相关酶-二氢叶酸合成酶，不能用外界

44、提供的对氨基苯甲酸自二氢叶酸合成酶，不能用外界提供的对氨基苯甲酸自行合成叶酸，行合成叶酸，而必须直接利用叶酸为生长因子进行生长。而必须直接利用叶酸为生长因子进行生长。微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 3、抗生素、抗生素是由某些生物合成或半合成的一类次级代谢产物或衍生是由某些生物合成或半合成的一类次级代谢产物或衍生物物，它们，它们在很低浓度时就能抑制或影响它种生物的生命在很低浓度时就能抑制或影响它种生物的生命活动，活动，如杀死如杀死微生物或抑制其生长。微生物或抑制其生长。抗生素抗生素(Antibioti

45、c)：1、概念、概念自本世纪自本世纪40年代以来，已找到上万种新抗生素，合成了年代以来，已找到上万种新抗生素，合成了近近10万种万种半合成抗生素，但其中在临床上常用的仅几十半合成抗生素，但其中在临床上常用的仅几十种。种。微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 3、抗生素、抗生素作用作用机制机制抑制细菌细胞壁合成、抑制细菌细胞壁合成、 破坏细胞质膜、破坏细胞质膜、 作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化、作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化、 抑制蛋白质和核酸合成抑制蛋白质和核酸合成 等等抑制微生物的生长或杀死它们抑制微生物的

46、生长或杀死它们微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 3、抗生素、抗生素作用作用机制机制微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 3、抗生素、抗生素作用作用机制机制微生物的生长繁殖及其控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 3、抗生素、抗生素作用作用机制机制微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物微生物生长繁殖的控制生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 3、抗生素、抗生素青霉素青

47、霉素b b-内酰胺环结构与内酰胺环结构与D-丙氨酸末端结构相似，从而能占据丙氨酸末端结构相似，从而能占据D-丙氨酸的位置与转肽酶结合，并将酶灭活，肽链之间无法彼丙氨酸的位置与转肽酶结合，并将酶灭活，肽链之间无法彼此连接，抑制了细胞壁的合成。此连接，抑制了细胞壁的合成。作用作用机制机制微生物的生长繁殖及其控制第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 3、抗生素、抗生素作用作用机制机制由于不同微生物之间的细胞化学结构和代谢的差异，不由于不同微生物之间的细胞化学结构和代谢的差异，不同同的抗生素的抗生素的抗菌谱各异。的抗菌谱各异。微生物的生

48、长繁殖及其控制第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 3、抗生素、抗生素细菌细菌抗药性的产生抗药性的产生抗性菌株特点：抗性菌株特点：细胞质膜透性改变细胞质膜透性改变，使抗生素不进入细胞或进入细胞，使抗生素不进入细胞或进入细胞后后 被细胞主动被细胞主动排出；排出；药物作用靶改变药物作用靶改变；合成了修饰抗生素的酶合成了修饰抗生素的酶；抗性菌株发生遗传变异抗性菌株发生遗传变异，导致合成新的多聚体，以，导致合成新的多聚体，以取代取代 或或部分部分取代取代原来的多聚体；原来的多聚体；微生物的生长繁殖及其控制第三节第三节 微生物生长繁殖的控

49、制微生物生长繁殖的控制一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质 3、抗生素、抗生素细菌细菌抗药性的产生抗药性的产生避免出现细菌的耐药性的措施：避免出现细菌的耐药性的措施：(1)第一次使用的药物剂量要足；第一次使用的药物剂量要足；(2)避免在一个时期或长期多次使用同种抗生素；避免在一个时期或长期多次使用同种抗生素；(3)不同的抗生素不同的抗生素(或与其他药物或与其他药物)混合使用；混合使用；(4)对现有抗生素进行改造；对现有抗生素进行改造；(5)筛选新的更有效的抗生素；筛选新的更有效的抗生素；微生物的生长繁殖及其控制第三节 微生物生长繁殖的控制二、控制微生物的物理因素二、控制微生物的物理

50、因素杀灭或抑制微生物的物理杀灭或抑制微生物的物理因素因素温度温度辐射作用辐射作用过滤过滤渗透压渗透压干燥干燥超声波超声波等等微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制二、控制微生物的物理因素二、控制微生物的物理因素1、高温灭菌、高温灭菌当温度超过微生物生长的最高温度或低于生长的最低温当温度超过微生物生长的最高温度或低于生长的最低温度都会度都会对微生物对微生物产生杀灭作用或产生杀灭作用或抑制作用。抑制作用。微生物的生长繁殖及其控制第五节第五节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制二、控制微生物的物理因素二、控制微生物的物理因素1、高温灭菌、高温灭菌高温使高

51、温使蛋白质、蛋白质、核酸核酸等等重要生重要生物大分子发物大分子发生生变性、破坏变性、破坏，以及以及破坏破坏细胞细胞膜上的类脂膜上的类脂成分，导致微成分，导致微生物死亡。生物死亡。温度愈高，十倍致死时间愈短温度愈高，十倍致死时间愈短微生物的生长繁殖及其控制二、控制微生物的物理因素二、控制微生物的物理因素1、高温灭菌、高温灭菌D值大小还随微生物值大小还随微生物的种类的种类、生长时期、生长时期、检测培养基检测培养基的性质的性质等因素等因素有关有关。微生物的生长繁殖及其控制二、控制微生物的物理因素二、控制微生物的物理因素1、高温灭菌、高温灭菌高温的杀菌时间与样高温的杀菌时间与样品品中的中的微生物浓度有微生物浓度有关。关。当微生物的浓度一致当微生物的浓度一致时时，可以，可以通过比较热通过比较热致死时致死时间长短间长短来衡量来衡量不同微生物不同微生物的热敏的热敏感感性。性。微