微生物生长及其控制

1、第五章第五章 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五章第五章 微生物的生长繁殖及其控制微生物的生长繁殖及其控制重点：细菌生长曲线的定义、各时期的特点。重点：细菌生长曲线的定义、各时期的特点。 控制微生物控制微生物 生长繁殖的条件及原理。生长繁殖的条件及原理。第一节第一节 测定生长繁殖的方法测定生长繁殖的方法一、一、测定生长量测定生长量二、计繁殖数二、计繁殖数第二节第二节 微生物的生长规律微生物的生长规律 一、微生物的个体生长和同步生长一、微生物的个体生长和同步生长二、单细胞微生物的典型生长曲线二、单细胞微生物的典型生长曲线三三、微生物的连续培养微生物的连续培养第三节影响微生物生长

2、的主要因素第三节影响微生物生长的主要因素第四节有害微生物的控制第四节有害微生物的控制第五章第五章 微生物的生长及其控制微生物的生长及其控制微生物个体生长：微生物个体生长：一个微生物细胞在合适的外界环境条件下，不断地吸收营一个微生物细胞在合适的外界环境条件下，不断地吸收营养物质，并按其自身的代谢方式进行新陈代谢。如果同化养物质，并按其自身的代谢方式进行新陈代谢。如果同化作用的速度超过了异化作用，则其原生质的总量（重量、作用的速度超过了异化作用，则其原生质的总量（重量、体积、大小）就不断增加，为微生物个体生长。体积、大小）就不断增加，为微生物个体生长。 微生物群体生长：微生物群体生长：微生物个体生

3、长达到一定程度后就会引起个体数目的增加，微生物个体生长达到一定程度后就会引起个体数目的增加，这时，原有的个体已经发展成一个群体。随着群体中各个这时，原有的个体已经发展成一个群体。随着群体中各个个体的进一步生长，就引起了这一群体的生长。个体的进一步生长，就引起了这一群体的生长。 个体生长个体生长 个体繁殖个体繁殖 群体生长群体生长 群体生长群体生长 个体生长个体生长 个体繁殖个体繁殖二、计繁殖数二、计繁殖数计数板：是一块特制的载玻片，其上有计数室，面积为计数板：是一块特制的载玻片，其上有计数室，面积为1mm2,高高0.1mm。在。在1mm2面积内面积内25个中格（个中格（16中格）中格）每个中格

4、每个中格16小格（小格（25小格），计数室是由小格），计数室是由400小格构成。小格构成。将稀释的样品滴在计数板上，盖上盖玻片，在显微镜下计将稀释的样品滴在计数板上，盖上盖玻片，在显微镜下计算算4-5中格的细菌数，求出每个中格细菌平均数。中格的细菌数，求出每个中格细菌平均数。1ml原液所含细菌数原液所含细菌数 =每中格平均细菌数每中格平均细菌数 10000稀释的倍数稀释的倍数（计数室的体积为（计数室的体积为0.1mm3, 1ml=1cm3=1000mm3) 菌落形成单位（菌落形成单位（colony forming unit, cfu)平板菌落计数法平板菌落计数法是一种最常用的活菌计数法。其主是

5、一种最常用的活菌计数法。其主要操作是把稀释后的一定量菌样通过浇注或涂布的要操作是把稀释后的一定量菌样通过浇注或涂布的方法，让其内的微生物单细胞一一分散在琼脂平板方法，让其内的微生物单细胞一一分散在琼脂平板上（内），待培养后，每一活细胞就形成一个单菌上（内），待培养后，每一活细胞就形成一个单菌落。即菌落形成单位。落。即菌落形成单位。菌样含菌数菌样含菌数 = = 菌落形成单位数菌落形成单位数 稀释度稀释度第二节第二节 微生物的生长规律微生物的生长规律一、微生物一、微生物 的个体生长和同步生长的个体生长和同步生长 同步生长：同步生长：使用同步培养技术，即设法使群体中的所有细胞尽可能都使用同步培养技术

6、，即设法使群体中的所有细胞尽可能都处于同样细胞生长和分裂周期中，然后分析此群体的各种处于同样细胞生长和分裂周期中，然后分析此群体的各种生物化学特征，从而了解单个细胞所发生的变化。这种通生物化学特征，从而了解单个细胞所发生的变化。这种通过同步培养而使细胞群体处于分裂步调一致的状态，就称过同步培养而使细胞群体处于分裂步调一致的状态，就称同步生长。同步生长。 离离心心法法硝硝酸酸纤纤维维素素滤滤膜膜法法根据微生物的生长速率常数（即每小时的分裂次数根据微生物的生长速率常数（即每小时的分裂次数R的的不同）一般可把典型生长曲线粗分为延滞期、指数期、稳不同）一般可把典型生长曲线粗分为延滞期、指数期、稳定期和

7、衰亡期等四个时期。定期和衰亡期等四个时期。（一）延滞期（一）延滞期（lagphase）指少量微生物接种到新培养液中后，在开始培养的一指少量微生物接种到新培养液中后，在开始培养的一段时间内细胞数目不增加的时期。段时间内细胞数目不增加的时期。（二）指数期（二）指数期（exponentialphase）又称对数期（又称对数期（logarithmicphase），是指在生长曲），是指在生长曲线中，紧接着延滞期的一个细胞以几何级数速度线中，紧接着延滞期的一个细胞以几何级数速度分裂的一段时期。分裂的一段时期。（三）稳定期（三）稳定期（stationary phase）又称恒定期或最高生长期。其特点是生又称

8、恒定期或最高生长期。其特点是生长速率常数长速率常数R等于等于0，即处于新繁殖的细胞数，即处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。等的动态平衡之中。 生长产量常数生长产量常数 Y（或称生长得率，（或称生长得率，growth yield） x - x0 x - x0 Y = = C0 - C C0 x为稳定期时的细胞干重（为稳定期时的细胞干重（gml培养液），培养液），x0为刚接种时的细胞干为刚接种时的细胞干重，重，C0为限制性营养物的最初浓度（为限制性营养物的最初浓度（gml），），C为稳定期时限制为稳定期时限制性营养物的浓

9、度（由于计算性营养物的浓度（由于计算Y时必须用一限制性营养物，所以时必须用一限制性营养物，所以C应应等于等于0） 连续培养器的类型很多 按控制方式 n（1）恒浊器（turbidostat） 根据培养器内微生物的生长密度，并借光电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速度恒定的微生物细胞的连续培养器。 （2）恒化器（chemostat或bactogen） 与恒浊器相反，恒化器是一种设法使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率条件下进行生长繁殖的一种连续培养装置。恒浊连续培养恒浊连续培养用于菌用于菌体以及体以及与菌体与菌体生长平生长平行的代行的代谢产物谢产物生产的生产的发

10、酵工发酵工业业恒恒化化连连续续培培养养一般一般80-9580-950 0C C，极端为，极端为105-150105-1500 0C C一切好氧生物NADH2NAD第五节第五节 有害微生物的控制有害微生物的控制一、几个基本概念一、几个基本概念 (一一)灭菌灭菌(sterilization)采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌，灭菌实质上可分丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌，灭菌实质上可分杀菌杀菌(bacteriocidation)和溶菌和溶菌(bacterioly-sis)两种，前者指两种，前者指

11、菌体虽死，但形体尚存，后者则指菌体杀死后，其细胞发菌体虽死，但形体尚存，后者则指菌体杀死后，其细胞发生溶化、消失的现象。生溶化、消失的现象。 (二二)消毒消毒(disinfection)消毒是一种采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或消毒是一种采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基本无害的措施。本无害的措施。(三三)防腐防腐(antisepsis)防腐就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁防腐就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达到防止食品等发生霉腐的措施。殖，从而达到防止

12、食品等发生霉腐的措施。 (1)低温低温 (2)缺氧缺氧 (3)干燥干燥 (4)高渗高渗 (5)高醇度高醇度 (6)防腐剂防腐剂 (四四)化疗化疗(chemotherapy)化疗即化学治疗。它是利用具有高度选择毒力，即对病原化疗即化学治疗。它是利用具有高度选择毒力，即对病原菌具有高度毒力而对宿主无显著毒性的化学物质来抑制宿菌具有高度毒力而对宿主无显著毒性的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该传染病的主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该传染病的一种措施。一种措施。用于化疗目的的化学物质称化学治疗剂最重要的化学治疗用于化疗目的的化学物质称化学治疗剂最重要的化学治疗剂如各种

13、抗生素、磺胺类药物和中草药中的有效成分等。剂如各种抗生素、磺胺类药物和中草药中的有效成分等。二、物理杀菌因素的代表二、物理杀菌因素的代表高温高温 (一一)高温杀菌作用的种类高温杀菌作用的种类1干热灭菌法干热灭菌法(dryheatsterilization) 灼烧：灼烧：是一种最彻底的干热灭菌方法，但它只能用于接种环、接种是一种最彻底的干热灭菌方法，但它只能用于接种环、接种 针等少数对象的灭菌。针等少数对象的灭菌。烘箱内热空气灭菌法：烘箱内热空气灭菌法：将金属制品或清洁玻璃器皿放入电热烘箱将金属制品或清洁玻璃器皿放入电热烘箱 内，在内，在150170下维持下维持12小时后，即可小时后，即可 达到

14、彻底灭菌的目的。达到彻底灭菌的目的。2湿热灭菌法湿热灭菌法(moistheatsterilization) 湿热灭菌法比干热灭菌法更有效。在同样的温度下，温热的杀菌效湿热灭菌法比干热灭菌法更有效。在同样的温度下，温热的杀菌效果比干热好，其原因有：果比干热好，其原因有：蛋白质凝固所需温度与其含水量有关，含水量愈大，发生凝固所需温度愈低。蛋白质凝固所需温度与其含水量有关，含水量愈大，发生凝固所需温度愈低。温热灭菌过程中蒸气放出大量潜热，因而湿热灭菌比干热所要温度低。温热灭菌过程中蒸气放出大量潜热，因而湿热灭菌比干热所要温度低。湿热的穿透力比干热大，使深部也能达到灭菌温度，故湿热比干热收效好湿热的穿

15、透力比干热大，使深部也能达到灭菌温度，故湿热比干热收效好。多数细菌和真菌营养细胞在多数细菌和真菌营养细胞在60左右处理左右处理510分钟后即可杀死。分钟后即可杀死。酵母菌和真菌孢子稍耐热些，要用酵母菌和真菌孢子稍耐热些，要用80以上温度处理才能杀死。以上温度处理才能杀死。细菌的芽孢最耐热，一般要在细菌的芽孢最耐热，一般要在120下处理下处理15分钟才能杀死。分钟才能杀死。(1)常压法常压法 巴氏消毒法巴氏消毒法(pasteurization) 用于牛奶、啤酒、果酒和酱油等不能进行高温灭菌的液体用于牛奶、啤酒、果酒和酱油等不能进行高温灭菌的液体的一种消毒方法，其主要目的是杀死其中无芽孢的病原菌，

16、的一种消毒方法，其主要目的是杀死其中无芽孢的病原菌，而又不影响它们的风味。而又不影响它们的风味。目前具体的方法可分两类：目前具体的方法可分两类：低温维持法低温维持法(LTH，lowtemperatureholdingmethod)例如在例如在63下保持下保持30分钟可进行牛奶消毒分钟可进行牛奶消毒高温瞬时法高温瞬时法(HTST，hightemperatureshorttime)用于牛奶消毒时只要在用于牛奶消毒时只要在72下保持下保持15秒钟即可。秒钟即可。煮沸消毒法煮沸消毒法 ：一般用于饮用水消毒：一般用于饮用水消毒(100下数分钟下数分钟)。间歇灭菌法：又称丁达尔灭菌法或分段灭菌法。间歇灭菌

17、法：又称丁达尔灭菌法或分段灭菌法。适用于不耐热培养基的灭菌。方法是：将待灭菌的培养基在适用于不耐热培养基的灭菌。方法是：将待灭菌的培养基在80100下蒸煮下蒸煮1560分钟，以杀死其中所有微生物的营养细胞，然后分钟，以杀死其中所有微生物的营养细胞，然后置室温或置室温或37下保温过夜，诱导残留的芽孢发芽，第二天再以同法下保温过夜，诱导残留的芽孢发芽，第二天再以同法蒸煮和保温过夜，如此连续重复蒸煮和保温过夜，如此连续重复3天，即可在较低温度下达到彻底天，即可在较低温度下达到彻底灭菌的效果。灭菌的效果。 (2)加压法加压法常规加压灭菌法常规加压灭菌法(normalautoclaving) 这是一种应

18、用最为广泛的灭菌方法。其原理十分简单：将待灭菌的这是一种应用最为广泛的灭菌方法。其原理十分简单：将待灭菌的物件放置在盛有适量水的加压蒸汽灭菌锅内。把锅内的水加热煮沸，物件放置在盛有适量水的加压蒸汽灭菌锅内。把锅内的水加热煮沸，并把其中原有的空气彻底驱尽后将锅密闭。再继续加热就会使锅内并把其中原有的空气彻底驱尽后将锅密闭。再继续加热就会使锅内的蒸气压逐渐上升，为达到良好的灭菌效果，一般要求温度应达到的蒸气压逐渐上升，为达到良好的灭菌效果，一般要求温度应达到121(压力为压力为1kgcm2或或15磅英寸磅英寸2)，时间维持，时间维持1520分钟。分钟。 连续加压灭菌法连续加压灭菌法(continu

19、ousautoclaving) (二二)影响加压蒸汽灭菌效果的因素影响加压蒸汽灭菌效果的因素 1 灭菌物体含菌量灭菌物体含菌量 2 灭菌锅内的空气排除程度灭菌锅内的空气排除程度 3灭菌对象灭菌对象pH的影响的影响 4 灭菌对象的体积灭菌对象的体积 5 加热与散热速度加热与散热速度 (三三)高温对培养基成分的有害影响及其防止高温对培养基成分的有害影响及其防止1 有害影响有害影响2 防止法防止法主要有：主要有： (1)采用特殊加热灭菌法采用特殊加热灭菌法 (2)过滤除菌法过滤除菌法 三三 化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂（一）表面消毒剂（一）表面消毒剂常用消毒剂的种类很多，它们

20、的杀菌强度各不相同。但几常用消毒剂的种类很多，它们的杀菌强度各不相同。但几乎都有一个共同规律，即当其在极低浓度时，常常会对微乎都有一个共同规律，即当其在极低浓度时，常常会对微生物的生命活动起刺激作用，随着浓度逐渐增高，就相继生物的生命活动起刺激作用，随着浓度逐渐增高，就相继出现制菌和杀菌作用，因而形成一个连续的作用谱。出现制菌和杀菌作用，因而形成一个连续的作用谱。 各种抗微生物化学制剂杀菌能力的比较标准：各种抗微生物化学制剂杀菌能力的比较标准：酚系数：酚系数：是指在一定时间内被测试抗微生物化学制剂能杀死是指在一定时间内被测试抗微生物化学制剂能杀死全部供试菌的最高稀释度和达到同样效果的石炭酸全部

21、供试菌的最高稀释度和达到同样效果的石炭酸的最高稀释度的比率。的最高稀释度的比率。一般规定处理时间为一般规定处理时间为10分钟分钟供试菌定为供试菌定为Salmonella typhi（伤寒沙门氏菌）（伤寒沙门氏菌）例：例：10分钟内，某消毒剂分钟内，某消毒剂1：300，酚：，酚：1：100 则酚系数则酚系数PC= 300100=3在临床上最早使用的消毒剂在临床上最早使用的消毒剂-石炭酸（石炭酸（苯酚）苯酚）例如，某甲药剂以例如，某甲药剂以1 300的稀释度在的稀释度在10分钟内杀死所有供分钟内杀死所有供试菌，而达到同效的石炭酸的最高稀释度为试菌，而达到同效的石炭酸的最高稀释度为1 100，则该，

22、则该药剂的石炭酸系数药剂的石炭酸系数 (二二)抗代谢药物的代表抗代谢药物的代表磺胺类药物磺胺类药物抗代谢药物又称代谢拮抗物或代谢类似物：抗代谢药物又称代谢拮抗物或代谢类似物：是指一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相似，是指一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相似，并可干扰正常代谢活动的化学物质。由于它们具有良好的并可干扰正常代谢活动的化学物质。由于它们具有良好的选择毒力，是一类重要的化学治疗剂。选择毒力，是一类重要的化学治疗剂。抗代谢物抗代谢物 (Antimetabolite)叶酸对抗物（叶酸对抗物（磺胺磺胺）、）、 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

23、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） 二氢蝶啶二氢蝶啶 + +对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸 二氢叶酸二氢叶酸 四氢叶酸四氢叶酸 辅酶辅酶F F磺胺药磺胺药 核酸合成核酸合成二氢叶酸合成酶二氢叶酸还原酶细菌需要利用对氨基苯甲酸合成生长所需的叶酸：细菌需要利用对氨基苯甲酸合成生长所需的叶酸：（三）抗生素（三）抗生素1 定义定义抗生素是生物在其生命活动过程中产生的一种次生代谢产抗生素是生物在其生命活动过程中产生的一种次生代谢产物或其人工衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或干扰它物

24、或其人工衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或干扰它种生物（包括病原菌、病毒、癌细胞等）的生命活动，因种生物（包括病原菌、病毒、癌细胞等）的生命活动，因而可用作优良的化学治疗剂。而可用作优良的化学治疗剂。2 种类、活力单位与制菌谱种类、活力单位与制菌谱抗生素效价：抗生素效价：抗生素的活力称为效价，其计量一般用抗生素的活力称为效价，其计量一般用“单位单位”（unit）表示。表示。青霉素青霉素在其研究早期，因为没有获得纯品，无法用重量作为活力在其研究早期，因为没有获得纯品，无法用重量作为活力 单位，只能以生物学效应来表示，其效价称为牛津单位单位，只能以生物学效应来表示，其效价称为牛津单位 （oxfor

25、d unit），后来知道，），后来知道，1牛津单位的青霉素牛津单位的青霉素G钠盐相钠盐相 当于当于0.6g重量，所以重量，所以1mg纯品含有纯品含有1667个单位。个单位。其它抗生素其它抗生素在研究中，很快获得了纯品，用重量表示其效价，规在研究中，很快获得了纯品，用重量表示其效价，规 定定1mg游离碱为游离碱为1000单位。（其不同盐类应根据相分单位。（其不同盐类应根据相分 子质量大小折算其效价）。子质量大小折算其效价）。什么叫抗菌谱？试举五例。什么叫抗菌谱？试举五例。抗菌谱：各种抗生素有其不同的制菌范围，即为抗菌谱。抗菌谱：各种抗生素有其不同的制菌范围，即为抗菌谱。青霉素和红霉素主要抗青霉素和红霉素主要抗G+细菌，细菌，链霉素和新霉素抗链霉素和新霉素抗G-细菌为主，也抗结核分支杆菌细菌为主，