第六章-微生物的生长繁殖

第六章微生物的生长繁殖及其控制（MicrobialGrowthandGrowthcontrol）●细菌的个体生长●细菌的群体生长繁殖（PopulationGrowth）●真菌的生长与繁殖●环境对生长的影响及生长的测定(EffectofEnvironmentonGrowthandmeasurementofGrowth)●微生物生长繁殖的控制（GrowthControl）个体生长:微生物生长是细胞物质有规律地、不可逆增加，导致细胞体积扩大的生物学过程。繁殖：是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，即引起生命个体数量增加的生物学过程。群体生长：在一定时间和条件下细胞数量的增加。一、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、细胞的分裂与控制：1.染色体DNA的复制和分离（DNAreplication）2.细胞壁扩增（cellelongation）3.细菌的分裂（Celldivision）二、细菌的群体生长繁殖（PopulationGrowth）细菌群体生长规律（PopulationGrowth）生长数学模型主要生长参数同步培养(synchronousculture)连续培养（continouscultureofmicroorganisms)（1）迟缓期（2）对数期（3）稳定期（4）衰亡期1.细菌群体生长规律（PopulationGrowth）（1）迟缓期(lagphase)定义：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。特点：细菌接种到新鲜培养基而处于一个新的生长环境，因此在一段时间里并不马上分裂，细菌的数量维持恒定，或增加很少；此时胞内合成代谢活跃，RNA、蛋白质等物质含量有所增加，相对地此时的细胞体积最大；细胞敏感。培养基成分：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。产生原因种龄：“种子”老化(即处于非对数生长期)或末充分活化，操作：接种时造成的损伤等。接种量：多少明显影响迟缓期的长短。①通过遗传学方法改变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“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；④适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的影响。解决措施（2）对数生长期(logPhase)又称指数生长期(exponentialphase)。细菌经过迟缓期进入对数生长期，并以最大的速率生长和分裂，导致细菌数量呈对数增加，而且细菌内各成分按比例有规律地增加，很明显，此时期内的细菌生长是平衡生长。对数生长期细菌的代谢活性、酶活性高而稳定，大小比较一致，生活力强，因而它广泛地在生产上用作“种子”和在科研上作为理想的实验材料。（3）稳定生长期(stationaryphase)营养物质消耗代谢产物积累pH等环境变化●稳定生长期特点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，补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件，如对好氧菌进行通气、搅拌或振荡等可以延长稳定生长期，获得更多的菌体物质或代谢产物。注：多数芽孢杆菌在此时期形成芽孢。（4）衰亡期(decline或deathphase)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，标志进入衰亡期。该时期细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶。该时期死亡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。2.生长数学模型比生长速率(µ）：单位数量细菌或物质在单位时间内增加的量。代时（Ｇ）：在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间。倍增时间（doublingtime):在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为～。3.主要生长参数迟缓时间（T）：微生物在生长过程中，在实际条件下达到对数生长期所需时间与理想条件下达到对数生长期所需时间之差。比生长速率：莫诺方程总生长量：在某一时间里，通过培养所获得的微生物总量与原来接种的微生物量之差。4.同步培养(synchronousculture)同步培养(synchronousculture)：使群体中不同步的细胞转变成能同时进行生长或分裂的群体细胞的方法。同步生长：以同步培养方法使群体细胞能处于同一生长阶段，并同时进行分裂的生长方式称为～。同步培养方法机械方法离心过滤硝酸纤维素滤膜法环境条件控制技术温度培养基成分其它连续培养（continouscultureofmicroorganisms)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。恒化器连续培养：在整个培养过程中通过控制培养基中某种营养物质的浓度基本恒定的方式，保持细菌的比生长速率恒定的培养方法。恒浊器连续培养：通过连续培养装置中的光电系统控制培养液中菌体浓度恒定、使细菌生长连续进行的一种培养方式。四、环境对生长的影响及生长的测定(EffectofEnvironmentonGrowthandmeasurementofGrowth)环境对微生物生长的影响（EffectofEnvironmentonGrowth）微生物生长的测定（measurementofGrowth）1.环境对微生物生长的影响（EffectofEnvironmentonGrowth）营养物质(nutrient)水的活性(wateractivity)温度(temperatures)pH氧(O2)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，机体合成细胞物质的能力下降，严重时导致细胞自溶。营养物质过剩时常出现底物抑制现象，或只生长不产生代谢产物，或生长受抑制，严重时导致微生物死亡。营养物质(nutrient)微生物在生长过程中，对培养基的水活性有一定的要求，每种微生物生长都有最适的水活性，高于或低于所要求的水活性值，都会通过影响培养基的渗透压力变化而影响微生物的生长速率。微生物不同，生长所需要的最适水活度也不同。水活性（wateractivity)生长速度温度停此生长致死最低最高最适嗜冷微生物（psychrophiles）嗜温微生物(mesophiles)嗜热微生物（thermophiles）兼性嗜冷微生物(psychrotrophs)温度(temperatures)嗜高温微生物(hyperthermophiles)嗜冷微生物（低温微生物）嗜冷机制：Ｅ系在低温下仍能起催化作用细胞膜含较多的不饱合脂肪酸在低温下仍具有通透性。嗜热微生物的嗜热机制细胞内的Ｅ具强抗热性产生的多胺，热亚胺和高温精胺物质对蛋白质等组织结构具有保护作用。核酸也具有热稳定性的保护结构。细胞膜含有较多的饱和脂肪酸和直链脂肪酸，使膜具有稳定性。低温对微生物的影响代谢降低生长繁殖停滞仍然存活常在低温下对菌种和食品保藏温度对微生物的影响●影响酶活性●影响细胞膜的流动性●影响物质的溶解度pH影响细胞膜透性与稳定性影响物质溶解度影响细胞表面电荷分布，因此影响微生物生长、繁殖，发育。各类微生物能够生长的PH值较宽，但细胞内部PH值却接近中性。微生物的活动也能改变环境中的PH值根据氢离子浓度对微生物分类●嗜酸性微生物●嗜碱性微生物●耐酸及耐碱微生物●专性好氧菌（obligateorstrictaerobes）超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（Catalase）●兼性厌氧菌（facultativeanaerobes)●微好氧菌（microaerophilicbacteria）●耐氧菌（aerotolerantanaerobes）●厌氧菌（anaerobes)氧超氧化物歧化酶（SOD)功能：使好氧菌免受超氧化物阴离子自由基的毒害过氧化氢酶（Catalase）2H2O2_Catalase_»2H2O+O2厌氧菌（anaerobes）将环境中氧吸掉；抽真空；深层培养氧对其有毒能量来源于发酵无氧呼吸环式光合磷酸化或甲烷发酵O2.-超氧阴离子自由基普遍存在2H2O过氧化氢酶（耐氧菌）NADH2NADO2.+2H+H2O2+O2-SOD（好氧菌及耐氧菌）111细胞内缺乏SOD、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶A.+B.A:B共价结合均裂2.微生物生长的测定（measurementofGrowth）计数法直接计数法间接计数法比浊法重量法干、湿重法菌体内重要组成测定法（核酸、蛋白质等）生理指标法（呼吸强度、酶活性等）N×6.25=Pr计数法直接计数法利用特定的细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的数量。测定的是总菌数每毫升原液所含细菌数=每小格平均细菌数×400×10000×稀释倍数各种型号的全自动血球计数仪常用来测定细菌、酵母菌等单细胞微生物间接计数法（活菌计数法）将待测样品经一系列10倍稀释后，与培养基混匀倒平板，查数。或直接涂平板。不适合测定丝状体微生物每毫升原菌液活菌数=同一稀释度三个以上重复平皿菌落平均数×稀释倍数×5比浊法重量法●干、湿重法几乎适合于所有微生物的测定●菌体内重要组成测定法（核酸、蛋白质等）蛋白质总量=含氮量×6.25细胞总量=蛋白质总量÷65%=蛋白质总量×1.54生理指标法五、微生物生长繁殖的控制（GrowthControl）控制微生物的物理因素控制微生物的化学物质几个基本概念灭菌（sterilition）：杀死物体上全部微生物的方法消毒(disinfection)：杀死或消除物体上的病原微生物的方法防腐(antisepsis)：用理化方法防止抑制微生物生长的方法化疗(chemotherapy)：利用对病源菌具有高度毒力而对宿主基本无毒的化学物质来抑制宿主体内病源微生物的生长繁殖控制微生物的物理因素高温灭菌辐射灭菌过滤除菌高渗作用干燥超声波多数细菌，酵母菌和霉菌的营养细胞和病毒在50-65ºＣ10min可以致死。一般噬菌体65－80ºＣ致死放线菌霉菌的孢子比营养细胞抗热性强，76－80ºＣ10min可以杀死细菌芽孢，在100ºＣ下５－20min才能致死，嗜热脂肪芽孢杆菌可在80ºＣ条件下生活，在120ºＣ，12min才能杀死，同种微生物老龄菌比幼菌耐热。1.高温灭菌高温灭菌湿热灭菌(moistheatsterilization)干热灭菌(dryheatsterilization)焚烧灭菌法：常用与废弃物动物尸体等处理。烘烤灭菌法；实验室用干燥箱烘烤接种工具。湿热灭菌(moistheatsterilization)该法比干热灭菌效果好，因为蛋白质在有水的情况下容易凝固，如含水50％，蛋白质凝固温度为56ºＣ；含水６％蛋白质凝固温度为160-170ºＣ●煮沸灭菌法（煮沸消毒法）●高压蒸汽灭菌法●间歇灭菌法●巴斯德消毒法：（巴氏消毒法）煮沸灭菌法（煮沸消毒法）物品在水中煮沸15min，可杀死所有营养细胞和一部分芽孢。在水中加入１％的Ｎa2CO3或２－５％的碳酸效果更好。此法适合注射器和解剖用具的消毒。高压蒸汽灭菌(normalautoclving)是湿热灭中最好方法，通常在1.05kg/cm2,的压力（此时温度121ºＣ）处理15－30min。要排冷，否则会形成假压，虽然压力达到要求，温度却达不到相应高度，而影响灭菌效果。间歇灭菌法(fractionalsterilization)●是用常压蒸汽反复几次进行灭菌的方法。●主要用于不宜高压灭菌的培养基，不耐热的药物和营养物等●方法是将待灭菌物品置于蒸锅内加热到沸腾维持15-30min杀死营养细胞，取出冷却后在37ºＣ恒温培养24小时，使芽孢萌发，再用此法灭菌，反复三次，即可达到灭菌目的。巴氏消毒法(pasteurization)●是食品（牛奶）酿造（啤酒）工业中常用的方法。●具体做法是61.7－62.8ºＣ处理30min或71.6ºＣ处理15min，这样即可杀死病原微生物。又不致损坏营养，可保留食品饮料原有用味。●根据结核杆菌在62ºＣ下15min被致死。低温维持法;高温瞬时灭菌