讲义微生物课件6microbial growth

1、6. MICROBIAL GROWTH6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle6.1.1 Cell Growth and Binary Fission6.1.2 Population Growth：The Growth Cycle6.2 Measurements of Microbial Growth6.2.1 Direct measurements of Microbial Growth6.2.2 Indirect measurements of Microbial Growth6.3 Synchronous culture and Continuo

2、us Culture6.4 Environmental effects on Microbial Growth6.4.1 Effect of Chemicals6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4.3 Microbial Growth at Low or High pH6.4.4 Osmotic Effects on Microbial Growth6.4.5 Oxygen and Microbial Growth6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control6.5.2

3、 Physical antimicrobial control生长：繁殖：在高等生物里这两个过程可以明显，但在特别是在单细胞的生物里，由于细胞小，这两个过程是紧密又很难划分的过程。讨论M的生长，就是指一定时间和条件下细胞数量的增加(an increase in the number of cells) ，即M的群体生长。生长是一个逐步发生的量变过程，繁殖是一个产生新的生命的质变过程。6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle6.1.1 Cell Growth and Binary Fission(p138)Fts plays a major role i

4、nthe cell division process.Cessation of DNA synthesisi appears to be the signal for FtsZ ring formation.6.1 Microbial Growth and the Growth CyclePopulation Growth6.1.2微小Growth is defined as an increase in the number of microbial cells in the population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肉眼看到或接触到的微生物是成千上万个单个的

5、微生物组成的群体。微生物的特点：6.1 Microbial Growth and the Growth CyclePopulation Growth6.1.2Growth rate,生长速度：Generation,传代:Generation time,:6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle生长曲线(Growth Curve)：6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle1.延迟期 (Lag phase)：6.1 Microbial Growth a

6、nd the Growth CycleThe Growth Cycle迟的特点：迟缓、代谢活跃细胞处于活跃生长中，只是迟缓t 细胞形态变大或增长t 细胞内RNA，尤其是rRNA含量增高，代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的加快，易产生诱导酶。t 对外界不良条件反应敏感。1.延迟期 (Lag phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle6.1.3 The Growth Cycle迟出现的：调整代谢(1) 通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缩短；(2) 利用对数生长期的细胞作为；(3) 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

7、种量在生产实践中缩短迟的常用：影响因素：菌种本身；菌龄；接种量；培养基组分。1.延迟期 (Lag phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle6.1.3 The Growth Cycle2.指数生长期(Exponential phase)6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle1. Exponential Growth：p1426.1ycleFig 6.7Growth rate constant () ,比生长速率=ln2 / g = 0.693 / g数量的细菌时间内增加的量N = 108, N0

8、= 5 107, t = 2n = 3.3 log 108 log(5 107)= 3.3 (8-7.69) = 1g = t / n = 2 hr （g,）2. Growth Parameters：生长参6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle3.稳定生长期(Stationary phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle稳定生长期微生物特点 储存糖原等细胞质内含物 芽孢杆菌在此阶段形成芽孢 建立自然感受态 发酵过程积累代谢产物的重要

9、阶段，某些放线菌抗生素的大量形成也在此时期（稳定期后期）。3.稳定生长期(Stationary phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle4.衰亡期(Decline或Death phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle6.1.3 The Growth Cycle衰亡期微生物细胞特点 细菌代谢活性降低， 细菌衰老并出现自溶，产生或转化酶、外肽酶或抗生素等。出一些产物，如氨基酸、 细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊， 有些革兰氏染色反应阳性菌变成反

10、应等。4.衰亡期(Decline或Death phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle6.2 Measurements of Microbial Growth（见P145）细胞总数活菌计数膜过滤法比浊法直接测定法：Direct Measurements计数法微生物生长的测定：间接测定法：Indirect Measurements重量法生理指标法6.2.1 Direct Measurements of Microbial Growth细菌计数板或血球计数板1.细胞总数, total cell count6.2

11、.1 Direct Measurements菌落形成（colony forming units， CFU）(1). 平板计数法, plate count,2. 活菌计数, viable count6.2.1 Direct Measurements of Microbial Growth(1). 平板计数法, plate count, colony count2. 活菌计数, viable count6.2.1 Direct Measurements of Microbial Growthp619-620饮用水的标准，细菌总数小于100个/ml；大肠杆菌群数每1000 ml 水中小于3个主要适用

12、于只能进行液体培养的微生物，或采用液体鉴别培养基进行直接鉴定并计数的微生物。(2). 液体培养法 (The most probable number method,最大可能数法)2. 活菌计数, viable count6.2.1 Direct Measurements of Microbial Growth3.膜过滤法, Counting bateria by filtration6.2.2 Indirect Measurements of Microbial Growth在一定波长下，分光光度计测定菌悬液的光密度，以光密度(optical density, 即OD)表示菌量。1、比浊法,

13、turbidity6.2.2 Indirect Measurements of Microbial Growth1、比浊法, turbidity6.2.2 Indirect Measurements of Microbial Growth 以干重、湿重直接衡量微生物群体的生物量； 通过样品中蛋白质、核酸含量的测定间接推算微生物 群体的生物量； 用于单细胞、多细胞以及丝状体微生物生长的测定 2. 重量法：6.2.2 Indirect Measurements of Microbial Growth微生物的生理指标，如呼吸强度，耗氧量、酶活性、生物热等与其群体的规模成正相关。样品中微生物数量多或生

14、长旺盛，这些指标愈明显，因此可以借助特定的仪器如瓦勃氏呼吸仪、微量量热计等设备来测定相 应的指标。常用于对微生物的快速鉴定与检测3. 生理指标法6.3 Synchronous culture and Continuous Culture同步培养(Synchronous culture)：使群体中不同步的细胞转变成能同时进行生长或的群体细胞。同步培养物是一种理想的材料,常被用来研究在单个细胞上难以研究的生理与遗传特性。环境条件技术机械方法密度梯过滤分硝酸度离离法心方法素滤膜法1. Synchronous culture6.3 Synchronous culture硝酸素滤膜法过滤分离法密度梯度离

15、心方法(1). 机械方法1. Synchronous culture6.3 Synchronous culture and Continuous Culture环境条件技术（1）T（2） 营养（3） 抑制生长 完全培养基（4）光照（5）热处理机械方法密度梯度离心方法过滤分离法硝酸素滤膜法1. Synchronous culture6.3 Synchronous culture and Continuous Culture将微生物置于一定容积的培养基中，经过培养生长，最后一次 收获,分批培养(batch culture),封闭培养(closed culture)培养基一次加入，不予补充，不再更换

16、2. Continuous Culture6.3 Synchronous culture and Continuous Culture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以恒定 的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物是实现微生物连续培养的实质。2. Continuous Culture6.3 Synchronous culture and Continuous Culture恒化培养Chemostat恒化器连续培养的方法恒浊培养Turbidostat恒浊器2. Conti

17、nuous Culture6.3 Synchronous culture and Continuous Culture优点： 缺点：2个要素： 稀释率（dilution） 限制性营养物质浓度（ theconcentration of a limiting nutrient）The Chemostat2. Continuous Culture6.4 Environmental effects on Microbial Growth化学因素：培养基组成，CO2分压物理因素：环境物理条件、培养条件两大类影响因素：6.4.1 Effect of chemicals1.培养基中的营养物质6.4 Envi

18、ronmental effects on Microbial Growth6.4.1 Effect of chemicals2.可用性（carbon dioxide availability）：所有的微生物生长都需要CO2不同微生物的最适生长对CO2的需要量是不一样的。大气中0.03%的CO2含量可以满足所有的异养生物和自养微生物CO2最小需求量，自养微生物的最适生长必须要提供碳酸盐或者添加了CO2的 空气。6.4 Environmental effects on Microbial Growth（p151）1. Three cardinal temperature最低生长温度最适生长温度最高

19、生长温度6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth（p157）6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth2. Temperature classes of organisms6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth微生物生长的温度范

20、围微生物类型生长温度( )最低最适最高嗜冷微生物(Psychrophiles)0以下1520兼性嗜冷微生物(Psychrotrophs)020-4040嗜温微生物(Mesophiles)15-2020-4545以上嗜热微生物(Thermophiles)4555-6580嗜高温微生物(Hyperthermophiles)6580-90100以上6.4.2 Effect of Temperature on GrowthPsychrophilic and Psychrotolerant MicroorganismsHyperthermophilies and Thermophiles Microor

21、ganismsHot spring (70-74)Boiling spring (92-93)(99-100)6.4 Environmental effects on Microbial Growth3. Molecular adaptations to Psychrophily 嗜冷微生物产生的酶在寒冷温度下功能更好，在温和温度条 件下就会失活 嗜冷微生物细胞膜的功能在低进行主动不受到抑制，低能够6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth4. Molecular adap

22、tations to Thermophily 嗜热微生物和嗜高温微生物的酶具有较好的耐热性，且在高 能起到最佳的作用。 嗜热微生物细胞膜中存在大量饱和脂肪酸，比不饱和脂肪酸可以形成更好的疏水键，保护高膜的稳定性。 DNA结合蛋白，与真核生物的组蛋白密切相关，能与DNA链紧密结合并且具有进行转录的解链功能。6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth一般微生物生长的pH范围最低pH、最适pH、最高pH绝大多数微生物细胞内环境pH接近中性，少数嗜酸、嗜碱微生物细胞内环境pH偏离中

23、性。Acidophiles: pH 3 最适Acid-tolerant: pH 4-9 最适，最低可以强酸Alkaliphiles: pH 9最适， 10还可生长alkali-tolerant: pH 7最适，10还可生长或生存微生物最低pH最适pH最高pH细菌3-56.5-7.58-10酵母菌2-34.5-5.57-8霉菌1-34.5-5.57-86.4.3 Microbial Growth at Low or High pH6.4 Environmental effects on Microbial Growth有机物糖类脂肪蛋白质有机酸变酸胺类(NH4)2SO4 NaNO3无机物H2SO

24、4 NaOH变碱微生物在其生长过程中，会改变外界环境的pH，起始pH不 同于培养过程的pH6.4.3 Microbial Growth at Low or High pH6.4 Environmental effects on Microbial GrowthHalophile: NaCl 1%-15% Mild halophile,轻度嗜盐: NaCl 1%-6%；Moderate halophile,中度嗜盐NaCl 6%-15%6.4.4 Osmotic Effects on Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial G

25、rowth6.4.4 Osmotic Effects on Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth相溶性溶质(compatible solution)6.4.4 Osmotic Effects on Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growthn6.4.4 Osmotic Effects on Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth根据O2对微生物生长

26、的影响，将M分为五大种类：好氧厌氧兼性 微好氧耐氧 TABLE 6.4 6.4.5 Oxygen and Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial GrowthO2对一切生物都会产生害作用的代谢产物（毒性氧）6.4.5 Oxygen and Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth6.4.5 Oxygen and Microbial Growth6.5 Microbial Growth Control（p695）抑制(Inhibition)：防腐

27、(Antisepsis)：(Disinfection)：灭菌(Sterilization)：（有害）微生物的生长速率或消灭不需要的微生物， 在实际应用中具有重要的意义。6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)1. Antimicrobial agents,抗微生物剂:杀死微生物：cidal agentsbacteriocidal, fungicidal, viricidal agents抑制微生物：static agentsbacteriostatic, fungistatic, virist

28、atic agents6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)1. Antimicrobial agents,抗微生物剂:Antiseptics (防腐剂)：Disinfectants (Germicides (杀菌剂) Sterilants (灭菌剂)剂)杀死非生命物体上的微生物的化学物质“冷灭菌” Cold sterilization6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)1. Antim

29、icrobial agents,抗微生物剂:常用抗微生物剂： (p706, TABLE 20.3) Antiseptics (防腐剂)： 醇类： 酚化合物（苯酚及其衍生物）： 卤素： 氧化剂：Disinfectants (剂)、Sterilants (灭菌剂)：常用无菌室灭菌: 环氧乙烷（气体） 戊二醛 2%溶液 臭氧6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)1. Antimicrobial agents,抗微生物剂:剂石炭酸在临最早使用的石炭酸系数(phenol coefficient，P.C

30、.) ：指在一定时间内被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释度和达到同效的石炭酸 的最高稀释度的比率。一般规定处理时间为10分钟，供试菌为Salmonella typhi（伤寒沙门氏菌）。如：甲，1：300，10分钟杀死供试菌；石炭酸，1：100，10分钟杀死供试菌， 则P.C.= 300/100 = 3各种抗微生物化学制剂杀菌能力的比较标准：6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)1. Antimicrobial agents,抗微生物剂:液体培养法化学物质的抗微生物能力的测定平板培养法对杀菌或

31、抑菌作用无法区分抑菌圈（zones of inhibition）试验最低抑制浓度（minimum inhibitory concentration, MIC）实验6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)最低抑制浓度（minimum inhibitory concentration, MIC）实验 (p705)6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial contr抑菌圈（zones of inhibition）试验(p705)

32、6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)2. Antimicrobial agents used in vivoChemotherapeutic agents 化学治疗剂：体内组织中使用，疾病发生的试剂Synthetic agentsChemotherapeutic agentsAntibiotics6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)2. Chemotherapeutic agents:

33、化学治疗剂抗菌谱( antimicrobial spectrum) (p711);霉素磺胺头孢菌素放线(菌)酮异烟肼6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)2. Chemotherapeutic agents:(1) Synthetic agents药剂：对-氨基苯磺酰胺对-氨基苯甲酸磺胺类磺胺类被微生物吸收后取代对氨基苯甲酸，干扰叶酸的，抑制了转甲基反应，导致代谢的紊乱，从而抑制生长。Growth factor analogs 又称为似物, 竞争抑制.tabolite (抗代谢物) : 酶的

34、底物类不叶酸，从中获得Growth factor analogs: Sulfa drugs (p709)6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)2. Chemotherapeutic agents:(2) Antibiotics (p712)抑制CW破坏CM抑制基本代谢抑制蛋白质和核酸的（对人的副作用大）6.5 Microbial Growth Control6s6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (

35、p703)6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control2. Chemotherapeutic agents:(3) Antimicrobial drug(p719)抗药性: 即微生物获得抵抗的能力，对不敏感 细胞质膜透性改变作用靶位点改变了修饰抗生素的酶 抗性菌株发生遗传变异，代谢途径改变6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)2. Chemotherapeutic agents:(3) Antimicrobial drug(p719)抗微生物使用以来，病原微生物出现抗药性情