微生物的生長繁殖及其控制

第6章微生物的生長繁殖及其控制

6.5微生物生長繁殖的控制內(nèi)容提要6.1細(xì)菌的個(gè)體生長6.2細(xì)菌的群體生長繁殖6.3真菌的生長與繁殖6.4環(huán)境對生長的影響及生長的測定生長與繁殖的概念發(fā)育——從生長到繁殖，是生物的構(gòu)造和機(jī)能從簡單到復(fù)雜、從量變到質(zhì)變的發(fā)展變化過程，這一過程稱為發(fā)育。繁殖——生命個(gè)體生長到一定階段，通過特定方式產(chǎn)生新的生命個(gè)體，即引起生命個(gè)體數(shù)量增加的生物學(xué)過程。生長——微生物細(xì)胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行新陳代謝，當(dāng)同化作用>異化作用時(shí)，生命個(gè)體的重量和體積不斷增大的過程。個(gè)體生長——微生物細(xì)胞個(gè)體吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行新陳代謝，原生質(zhì)與細(xì)胞組分的增加為個(gè)體生長。群體生長——群體中個(gè)體數(shù)目的增加?？梢杂弥亓俊Ⅲw積、密度或濃度來衡量。（由于微生物的個(gè)體極小，所以常用群體生長來反映個(gè)體生長的狀況）個(gè)體生長個(gè)體繁殖群體生長群體生長=個(gè)體生長+個(gè)體繁殖6.1細(xì)菌的個(gè)體生長根據(jù)子細(xì)胞大小分為：同型分裂：分裂后兩個(gè)子細(xì)胞大小相等。異型分裂：分裂后兩個(gè)子細(xì)胞大小不等。1.細(xì)菌生長繁殖方式裂殖繁殖：一個(gè)細(xì)胞分裂為二個(gè)子細(xì)胞，表現(xiàn)為橫分裂。染色體DNA的復(fù)制和分離(2)細(xì)胞壁擴(kuò)增(3)細(xì)菌的分裂與調(diào)節(jié)2.細(xì)菌分裂過程1、細(xì)菌的群體生長規(guī)律－細(xì)菌生長曲線（Growthcurve）

將少量單細(xì)胞的純培養(yǎng)，接種到一恒定容積的新鮮液體培養(yǎng)基中，在適宜條件下培養(yǎng)，每隔一定時(shí)間取樣，測菌細(xì)胞數(shù)目。以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以細(xì)菌增長數(shù)目的對數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制所得的曲線。6.2細(xì)菌的群體生長繁殖典型的生長曲線

（Growthcurve）延滯期對數(shù)期穩(wěn)定期衰亡期時(shí)期的劃分：按照生長速率常數(shù)（growthraceconstant）不同

把細(xì)菌接種到新鮮的培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，并不立即進(jìn)行分裂繁殖，這時(shí)需要合成多種酶，輔酶和某些中間代謝產(chǎn)物，要經(jīng)過一個(gè)調(diào)整和適應(yīng)過程。延滯期(lagphase)1、出現(xiàn)原因：改變菌種的遺傳特性，對數(shù)期接種，加大接種量，培養(yǎng)前后條件一致。2、特點(diǎn)：生長速率常數(shù)等于零；體積增長快；代謝活力強(qiáng)；RNA含量增加；對不良條件抵抗能力降低。3、影響因素：遺傳性，菌齡，接種量，前后條件是否一致。4、縮短延滯期方法：對數(shù)期（logarithmicphase）

其他名稱：指數(shù)期

1、現(xiàn)象：細(xì)胞數(shù)目以幾何級數(shù)增加，其對數(shù)與時(shí)間呈直線關(guān)系。（1）生長速率常數(shù)最大，即代時(shí)最短。（2）細(xì)胞進(jìn)行平衡生長，菌體大小、形態(tài)、生理特征等比較一致，代謝最旺盛（3）細(xì)胞對理化因素較敏感。

2、特點(diǎn)：3、影響因素：菌種、營養(yǎng)成分、營養(yǎng)物濃度、培養(yǎng)溫度4、應(yīng)用意義（1）由于此時(shí)期的菌種比較健壯，增殖噬菌體的最適菌齡，生產(chǎn)上用作接種的最佳菌齡。（2）發(fā)酵工業(yè)上盡量延長該期，以達(dá)到較高的菌體密度。（3）食品工業(yè)上盡量使有害微生物不能進(jìn)入此期。（4）是生理代謝及遺傳研究或進(jìn)行染色、形態(tài)觀察等的良好材料。穩(wěn)定期(stationaryphase)1、出現(xiàn)原因

營養(yǎng)的消耗；營養(yǎng)物比例失調(diào)；有害代謝產(chǎn)物積累；環(huán)境條件不適?；罹鷶?shù)保持相對穩(wěn)定，總菌數(shù)達(dá)最高水平；初級代謝物積累達(dá)到最高峰；芽孢桿菌這時(shí)開始形成芽孢。細(xì)胞及初級代謝生產(chǎn)收獲時(shí)期。2、特點(diǎn)（1）發(fā)酵生產(chǎn)形成的重要時(shí)期（2）穩(wěn)定期細(xì)胞數(shù)目及產(chǎn)物積累達(dá)到最高。3、應(yīng)用意義（2）特點(diǎn)

細(xì)菌死亡數(shù)大于增殖數(shù),活菌數(shù)明顯減少,群體衰落；細(xì)胞出現(xiàn)多形態(tài),大小不等的畸形,衰退形；細(xì)胞死亡,出現(xiàn)自溶現(xiàn)象。

衰亡期(deathphase)

生長條件的進(jìn)一步惡化，使細(xì)胞內(nèi)的分解代謝大大超過合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體的死亡。

（1）產(chǎn)生原因2、生長的數(shù)學(xué)模型（mathematicsforgrowth）

dN/dt=μN(yùn)---------(1)μ＝2.303(lgNt－lgN0)/t1－t0

n=(lgNt－lgN0

）/lg2=3.3lgNt/N0-------(2)G=(t1－t0)/3.3

(lgNt－lgN0)-----(3)n為繁殖的代數(shù);代時(shí)（generation）:每個(gè)細(xì)菌分裂繁殖一代所需要的時(shí)間。通常以G表示。N:每毫升培養(yǎng)液中細(xì)胞的數(shù)量；μ：比生長速率例：大腸桿菌接種時(shí)N0＝100個(gè)/ml，經(jīng)1小時(shí)的遲緩期后進(jìn)入對數(shù)生長期，再過400分鐘達(dá)到109個(gè)/ml，求G，n，μμ＝2.303(lgNt－lgN0)/t1－t0＝0.057代/min解：因t1－t0＝400min，N0＝100個(gè)/ml，

Nt＝109個(gè)/ml。n＝3.3(lg109－lg102)=3.3×7＝23.1G=(400－0)/23.1＝17.3min3、主要生長參數(shù)lnNt－lnN0＝μ（t1－t0）-(1)

＝μ△tlnNt=μ△t+lnN0----------(2)Tp－Ti＝遲緩時(shí)間(1)遲緩時(shí)間（T）(2)比生長速率（μ）

比生長速率與微生物的生長基質(zhì)濃度密切相關(guān)。目前一般用莫諾（Monod）經(jīng)驗(yàn)公式表示：

μ＝μm×{S/(Ks+S)}μm:最大比生長速率

S：生長的基質(zhì)濃度

Ks：比生長速率為最大比生長速率一半時(shí)的基質(zhì)濃度。

(3）總生長量總生長量：在某一時(shí)間里，通過培養(yǎng)所獲的微生物總量與原來接種的微生物量之差值。與總生長量相關(guān)的另一個(gè)參數(shù)是產(chǎn)量常數(shù)（K）

K＝總生長量/所消耗基質(zhì)的總量K值大小代表微生物對基質(zhì)同化的效率，反映了微生物利用某種基質(zhì)的生長效果，因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)采取有效措施，提高K值以創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。4、同步培養(yǎng)同步生長：使群體細(xì)胞能處于同一生長階段，并同時(shí)進(jìn)行分裂的生長方式。同步細(xì)胞：細(xì)胞群體在任何一時(shí)刻都處在細(xì)胞周期的同一相，彼此間形態(tài)、生化特征都很一致，因而是細(xì)胞學(xué)、生理學(xué)和生物化學(xué)等研究的良好材料。同步培養(yǎng)（synchronousculture）：使群體中不同步的細(xì)胞轉(zhuǎn)變成能同時(shí)進(jìn)行生長或分裂的群體細(xì)胞。（1）微生物的個(gè)體生長和同步生長（2）同步培養(yǎng)的方法

同步培養(yǎng)方法機(jī)械法離心法過濾分離法硝酸纖維素濾膜法環(huán)境條件控制技術(shù)溫度調(diào)整法營養(yǎng)條件調(diào)整法最高穩(wěn)定期培養(yǎng)物接種抑制DNA合成法5、連續(xù)培養(yǎng)（continuousculture）分批培養(yǎng)（batchculture）：將微生物置于一定容積的定量的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，培養(yǎng)基一次性加入。不再補(bǔ)充和更換，最后一次性收獲。連續(xù)培養(yǎng)（continuousculture）：在微生物的整個(gè)培養(yǎng)期間，通過一定的方式使微生物以恒定的比生長速率生長并能持續(xù)下去的培養(yǎng)方法。單批培養(yǎng)恒濁法恒化法單批培養(yǎng) 連續(xù)培養(yǎng) 時(shí)間連續(xù)流入新鮮培養(yǎng)液lg細(xì)胞數(shù)（個(gè)/ml）連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)原理連續(xù)培養(yǎng)理論基礎(chǔ)：由于對典型生長曲線中穩(wěn)定期到來原因的認(rèn)識，采取相應(yīng)有效措施推遲其來臨，從而發(fā)展出現(xiàn)在的連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)。原理：當(dāng)微生物在單批培養(yǎng)方式下生長達(dá)到對數(shù)期后期時(shí)，一方面以一定的速度流進(jìn)新鮮培養(yǎng)基并攪拌，另一方面以溢流方式流出培養(yǎng)液，使培養(yǎng)物達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，其中的微生物就能長期保持對數(shù)期的平衡生長狀態(tài)和穩(wěn)定的生長速率。特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：縮短發(fā)酵周期；便于自動(dòng)控制；產(chǎn)物質(zhì)量均一；

缺點(diǎn)：菌種易退化；易染雜菌。方式

恒化連續(xù)培養(yǎng)恒濁連續(xù)培養(yǎng)稀釋率（D）；單位時(shí)間流過培養(yǎng)容器的體積數(shù)。停留時(shí)間：稀釋率（D）的倒數(shù)。連續(xù)培養(yǎng)的平衡狀態(tài)；μ=DMonod方程為D=μmS/（Ks+S）即S=KsD/（μm-D）（1）連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)——恒化連續(xù)培養(yǎng)以恒定流速使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)濃度恒定而保持細(xì)菌生長速率恒定的方法。原理：通過控制某一種營養(yǎng)物濃度（如碳、氮源、生長因子等），使其始終成為生長限制因子，而達(dá)到控制培養(yǎng)液流速保持不變，并使微生物始終在低于其最高生長速率條件下進(jìn)行生長繁殖。特點(diǎn)：維持營養(yǎng)成分的亞適量，控制微生物生長速率。菌體生長速率恒定，菌體均一、密度穩(wěn)定，產(chǎn)量低于最高菌體產(chǎn)量。應(yīng)用范圍：實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究開放式連續(xù)培養(yǎng)通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)基流速，使培養(yǎng)液濁度保持恒定的連續(xù)培養(yǎng)方法。原理：通過調(diào)節(jié)新鮮培養(yǎng)基流入的速度和培養(yǎng)物流出的速度來維持菌濃度不變,即濁度不變。主要采用恒濁器，當(dāng)濁度高時(shí)，使新鮮培養(yǎng)基的流速加快，濁度降低，則減慢培養(yǎng)基的流速。特點(diǎn)：基質(zhì)過量，微生物始終以最高速率進(jìn)行生長，并可在允許范圍內(nèi)控制不同的菌體密度；但工藝復(fù)雜，煩瑣。使用范圍：用于生產(chǎn)大量菌體、生產(chǎn)與菌體生長相平行的某些代謝產(chǎn)物，如乳酸、乙醇等。（2）連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)——恒濁培養(yǎng)微生物在液體培養(yǎng)基中細(xì)胞群體密度超過常規(guī)培養(yǎng)10倍以上時(shí)的生長狀態(tài)或培養(yǎng)技術(shù)。現(xiàn)代高密度培養(yǎng)技術(shù)主要是用于基因工程菌生產(chǎn)多肽類藥物。

條件：選取最佳培養(yǎng)基成分和各成分含量；補(bǔ)料；提高溶解氧的濃度；防止有害代謝產(chǎn)物的生成。

6、微生物的高密度培養(yǎng)（highcell-densityculture,HCDC）7、常見工業(yè)細(xì)菌（1）、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)細(xì)胞形態(tài)：桿狀、單個(gè)排列、無莢膜、周生和側(cè)生鞭毛、有芽孢、芽孢大于菌體、革蘭氏陽性菌。菌落形態(tài)：表面粗造、污白色至微帶黃色，不透明、菌落形態(tài)變化較大，在液體培養(yǎng)基中表面長一層白膜。生化特性：好氧、水解淀粉。用途：生產(chǎn)淀粉酶、蛋白酶。

（2）、棒狀桿菌（Corymebacteriumpekinense北京棒狀桿菌1299）

細(xì)胞形態(tài)：桿狀、單個(gè)或呈“八“字排列，無芽孢、不運(yùn)動(dòng)、革蘭氏陽性菌。菌落形態(tài)：圓形、24小時(shí)為白色，直徑1mm。生化特性：好氧、不水解淀粉。用途：生產(chǎn)谷氨酸（味精）

（3）、醋酸桿菌(Acetobacter)細(xì)胞形態(tài)：橢圓狀、桿狀、單個(gè)、成對、成鏈、不形成芽孢、常見革蘭氏陰性菌、周生鞭毛、極生鞭毛。菌落形態(tài)：菌落較小、通常污白色、油脂狀。生化特性：嚴(yán)格好氧、最適溫度30度。用途：醋酸釀造業(yè)。（4）、乳酸桿菌(Lactobacillus)細(xì)胞形態(tài)：單個(gè)或成鏈、桿狀圓端、無芽孢、不運(yùn)動(dòng)。菌落形態(tài)：表面粗造、菌落較小、生長較慢。生化特性：厭氧、不液化明膠、不分解酪素。用途：生產(chǎn)乳酸。

（5）、啤酒足球菌(Pediococcuscerevisiae)細(xì)胞形態(tài)：成對或四聯(lián)狀、革蘭氏陽性菌、無芽孢、不運(yùn)動(dòng)。菌落形態(tài)：黃褐色至白色。生化特性：產(chǎn)生丁二酮、耐酒花、使啤酒腐敗、產(chǎn)生特殊的不適氣味。用途：啤酒生產(chǎn)的危害菌。（6）、大腸桿菌(Escherichiacoil)細(xì)胞形態(tài)：桿狀、有的近似球狀、無芽孢、無莢膜、有運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)者周生鞭毛、也有不運(yùn)動(dòng)、一般為革蘭氏陰性菌。菌落形態(tài)：表面光滑、閃亮、白色至黃褐色、在液體培養(yǎng)基中呈均勻混濁生長。生化特性：不胨化、不液化明膠、不利用檸檬酸酸鹽、產(chǎn)生吲哚、甲基紅陽性、VP陰性。用途：①生產(chǎn)谷氨酸脫羧酶、進(jìn)行谷氨酸定量分析。

②生產(chǎn)天冬氨酸、蘇氨酸、纈氨酸。

③研究細(xì)菌的遺傳變異的重要材料。

④食品檢驗(yàn)指示菌。

6.3真菌的生長與繁殖

可分為三個(gè)階段生長停滯期迅速生長期衰退期1絲狀真菌的生長繁殖（1）無性孢子繁殖

指不經(jīng)過兩性細(xì)胞的結(jié)合，只是營養(yǎng)細(xì)胞的分裂或營養(yǎng)菌絲的分化（切割）而形成同種新個(gè)體的過程。厚垣孢子（Chlamydospore)總狀毛霉節(jié)孢子(arthrospore，又稱粉孢子)白地霉分生孢子(Canidinm)曲霉、青霉)：孢囊孢子（sporangiospore）根霉、毛霉（2）有性孢子繁殖

經(jīng)過兩個(gè)不同性細(xì)胞的結(jié)合而產(chǎn)生新個(gè)體的過程。卵孢子（oospore)同絲水霉接合孢子（zygospore)大毛霉、葡枝根霉接合孢子形成過程根據(jù)產(chǎn)生接合孢子的菌絲來源或親和力不同,可將結(jié)合分為分為兩種情況：同宗配合與異宗配合同宗配合(Hemothallism)：

是單一的孢子囊孢子萌發(fā)后形成的菌絲，甚至同一菌絲的分枝相互接觸，而形成接合孢子的過程。異宗配合(Heterothallism)：是不同菌系的菌絲相遇后，才能形成接合孢子，這兩種有親和力的菌系在形態(tài)上并無區(qū)別。子囊孢子

（ascospore)粗糙胞菌子囊果的形狀子囊果(Ascocarp)：子實(shí)體（一種有性結(jié)構(gòu)),多個(gè)子囊外部由菌絲體組成共同的保護(hù)組織結(jié)構(gòu),稱為子囊果。子囊包在其中。子囊果有三種類型：

閉囊殼(Cleistothecium)

子囊殼(Perthecium)

子囊盤(Apothecium)擔(dān)孢子

(basidiospore)擔(dān)子菌綱（3）絲狀真菌的生活史分生孢子無性繁殖萌發(fā)分生孢子梗菌絲體有性繁殖配子囊質(zhì)配核配減數(shù)分裂子囊孢子2、酵母菌的生長繁殖

假酵母真酵母（1）無性繁殖

出芽方式：多邊出芽、兩端出芽、三邊出芽、單邊出芽。環(huán)境適宜時(shí)，可出現(xiàn)假菌絲。芽殖芽痕母細(xì)胞形成小突起（A—D）核裂（E—G）原生質(zhì)分配（H—I）新膜形成（J—K）形成新細(xì)胞壁（L）芽殖過程

借細(xì)胞橫分裂法繁殖,與細(xì)菌類似.如八孢裂殖酵母。進(jìn)行裂殖的酵母菌種類較少.裂殖

擲孢子（ballistospore）是擲孢酵母屬等少數(shù)酵母菌產(chǎn)生的無性孢子，外形呈腎狀。此外，有的酵母如Candidaalbicans等還能在假菌絲的頂端產(chǎn)生厚垣孢子（chlamydospore）。產(chǎn)生擲孢子等無性孢子（2）、有性繁殖

雙倍體單倍體細(xì)胞大、菌落大、繁殖快、細(xì)胞小、菌落小、繁殖慢、能形成孢子。產(chǎn)酒低、不能形成孢子。產(chǎn)酒高、啤酒行業(yè)一般使用雙倍體，科研中常使用單倍體。代謝能力強(qiáng)。單倍體：指細(xì)胞內(nèi)只有一套染色體。（n）雙倍體：指細(xì)胞內(nèi)只有兩套染色體。（2n）單雙倍體的區(qū)別細(xì)胞分裂（染色體的分裂方式）

減數(shù)分裂：細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，而染色體只分裂一次,分裂后細(xì)胞中染色體數(shù)減少一半。無絲分裂：染色體不發(fā)生分裂，染色體不能平均分配。有絲分裂：細(xì)胞和染色體分裂一次，染色體平均分配。酵母的二倍體營養(yǎng)體細(xì)胞減數(shù)分裂后產(chǎn)生四個(gè)單倍體的核原細(xì)胞發(fā)育成子囊(ascus)，里面有四個(gè)子囊孢子，將來發(fā)育成單倍體營養(yǎng)體細(xì)胞有性生殖過程①營養(yǎng)充足的強(qiáng)壯幼齡細(xì)胞易形成孢子。②適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸龋?5～30℃。濕度80％以上。③空氣要流通。④適當(dāng)?shù)纳咦优囵B(yǎng)基。（石膏快、胡蘿卜培養(yǎng)基）（3）酵母菌形成孢子的條件（4）、酵母菌的生活史

上代個(gè)體經(jīng)一系列生長、發(fā)育階段而產(chǎn)生下一代個(gè)體的全部過程，稱為該生物的生活史或生命周期。各種酵母的生活史可分為三種類型：

①單倍體型

②雙倍體型

③單雙倍體型單倍體型八孢裂殖酵母特點(diǎn):營養(yǎng)細(xì)胞是單倍體；無性繁殖以裂殖方式進(jìn)行；雙倍體細(xì)胞不能獨(dú)立生活，因?yàn)殡p倍體階段短，一經(jīng)生成立即減數(shù)分裂。

雙倍體型路德類酵母特點(diǎn)：營養(yǎng)體為雙倍體，不斷進(jìn)行芽殖，雙倍體營養(yǎng)階段長，單倍體的子囊孢子在子囊內(nèi)發(fā)生接合。單倍體階段僅以子囊孢子形式存在，故不能獨(dú)立生活。單雙倍體型啤酒酵母特點(diǎn)：單倍體營養(yǎng)細(xì)胞和雙倍體營養(yǎng)細(xì)胞均可進(jìn)行芽殖。營養(yǎng)體既可以單倍體形式也可以雙倍體形式存在；在特定條件下進(jìn)行有性生殖。單倍體和雙倍體兩個(gè)階段同等重要,形成世代交替。上面酵母——在發(fā)酵過程中細(xì)胞浮游在液體上層，是較活躍的發(fā)酵劑。下面酵母——在發(fā)酵過程中細(xì)胞沉于容器底層，是較緩慢的發(fā)酵劑。噬殺酵母——是指某些在其生長繁殖過程生長能向菌體外分泌一種稱作噬殺毒素的毒性蛋白的酵母菌株。中性菌株——既不能殺死別的酵母，也不能被噬殺酵母殺死的酵母菌株。敏感酵母——可以被噬殺酵母殺死的酵母菌株。（5）、工業(yè)常見酵母菌典型的上面酵母細(xì)胞形態(tài)：圓形、橢圓形、臘腸形。菌落形態(tài)：(麥汁瓊脂上）菌落為乳白色、有光澤、平坦、邊緣整齊。啤酒酵母啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae

)生理特性：能發(fā)酵：葡萄糖、麥芽糖、半乳糖、蔗糖及1/3棉子糖；不發(fā)酵：乳糖、密二糖、不同化硝酸鹽。易形成子囊孢子，不產(chǎn)生假菌絲。用途：主要用于生產(chǎn)酒精、飲料酒、面包等。國外用于生產(chǎn)啤酒?？査共湍福⊿accharomycescalsbergensis）典型的下面酵母細(xì)胞形態(tài)：圓形、橢圓形。菌落形態(tài)：（麥汁瓊脂上）淺黃色、有光澤、邊緣生細(xì)的鋸齒狀。生理特性：能發(fā)酵：葡萄糖、半乳糖、麥芽糖、全部棉子糖；不同化硝酸鹽，不易形成孢子。用途：我國用于生產(chǎn)啤酒。6.4環(huán)境對生長的影響及生長的測定1、環(huán)境對微生物生長的影響（1）、營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)不足導(dǎo)致微生物所需的能量、碳、氮、無機(jī)鹽等成分不足，一方面：機(jī)體降低或停止細(xì)胞物資合成，以維持機(jī)體的生存。另一方面：機(jī)體對胞內(nèi)某些非必要成分進(jìn)行降解以重新利用。（2）水的活性水分:水活度：在相同的溫度、壓力下，體系中溶液的水的蒸汽壓與純水的蒸汽壓之比,即Aω=p/p0.微生物生長的水活度范圍：Aω=0.63~0.99

各種微生物生長的最低水活度值

微生物最低Aω值

微生物最低Aω值一般細(xì)菌一般酵母菌一般霉菌0.900.880.80嗜鹽細(xì)菌干生性霉菌耐滲透壓酵母0.750.650.63（3）溫度溫度影響的機(jī)制

溫度通過影響微生物的膜的液晶結(jié)構(gòu)、酶和蛋白質(zhì)的合成和活性，以及RNA的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)錄等影響微生物的生命活動(dòng)。表現(xiàn)①影響酶活性。②影響細(xì)胞膜的流動(dòng)性。③影響物質(zhì)的溶解度，對生長有影響。微生物生長溫度類型從微生物整體來看:生長的溫度范圍一般在-10℃~100℃極端下限為-30℃，極端上限為105~300℃低溫型微生物（嗜冷微生物）opt.T10--20℃；中溫型微生物（嗜溫微生物）opt.T25--40℃；高溫型微生物（嗜熱微生物）opt.T55--65℃；微生物生長的三個(gè)溫度基點(diǎn)最低生長溫度最適生長溫度最高生長溫度致死溫度：在一定時(shí)間內(nèi)（10分鐘）完全殺死某一微生物的最低溫度。

當(dāng)環(huán)境溫度低于微生物的最適生長溫度時(shí)，微生物的生長繁殖停止，當(dāng)微生物的原生質(zhì)結(jié)構(gòu)并未破壞時(shí)，不會(huì)很快造成死亡并能在較長時(shí)間內(nèi)保持活力，當(dāng)溫度提高時(shí)，可以恢復(fù)正常的生命活動(dòng)。低溫保藏菌種就是利用這個(gè)原理。一些細(xì)菌、酵母菌和霉菌的瓊脂斜面菌種通?？梢蚤L時(shí)間地保藏在4℃的冰箱中。當(dāng)溫度過低，造成微生物細(xì)胞凍結(jié)時(shí)，有的微生物會(huì)死亡，有些則并不死亡。低溫對微生物的影響嗜冷微生物在低溫下生長的機(jī)理，目前還不清楚，據(jù)推測有兩種原因：①它們體內(nèi)的酶能在低溫下有效地催化，在高溫下酶活喪失。②細(xì)胞膜中的不飽和脂肪酸含量高，低溫下也能保持半流動(dòng)狀態(tài)，可以進(jìn)行物質(zhì)的傳遞。微生物耐低溫的原因高溫下蛋白質(zhì)不可逆變性，膜受熱出現(xiàn)小孔，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)（溶菌）。微生物耐高溫的原因①酶蛋白以及核糖體有較強(qiáng)的抗熱性。②核酸具有較高的熱穩(wěn)定性（核酸中G+C含量高）。③細(xì)胞膜中飽和脂肪酸含量高，較高溫度下能維持正常的液晶狀態(tài)。高溫對微生物的影響微生物因素微生物種類及發(fā)育階段；有芽孢的細(xì)菌比無芽孢的菌抗熱；微生物的繁殖結(jié)構(gòu)比營養(yǎng)結(jié)構(gòu)抗熱性強(qiáng)；老齡菌比幼齡菌抗熱。環(huán)境因素與培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分有關(guān)；與pH有關(guān)；與水分有關(guān)與含菌量有關(guān)；與熱處理時(shí)間有關(guān)。致死時(shí)間：在一定基質(zhì)中，121.1℃，加熱殺死一定數(shù)量微生物所需的最短時(shí)間。影響微生物耐熱的因素

微生物絕大多數(shù)都生活在pH5.0~9.0之間。各種微生物都有其生長的最低、最適和最高pH值。嗜堿微生物：硝化細(xì)菌、尿素分解菌、多數(shù)放線菌中性微生物：絕大多數(shù)細(xì)菌，一部分真菌嗜酸微生物：硫桿菌屬雖然微生物生活的環(huán)境pH值范圍較寬，但是其細(xì)胞內(nèi)的pH值卻相當(dāng)穩(wěn)定，一般都接近中性。微生物胞內(nèi)酶的最適pH值一般為中性，胞外酶的最適pH值接近環(huán)境pH值。

（4）pH值微生物種類最低pH最適pH最高pH大腸桿菌枯草芽孢桿菌金黃色葡萄球菌黑曲霉一般放線菌一般酵母菌

4.34.54.21.55.03.06.0—8.06.0—7.57.0—7.55.0—6.07.0—8.05.0—6.09.58.59.39.0108.0

一些微生物生長的pH值范圍生長的最適pH值與發(fā)酵的最適pH值的區(qū)別專性好氧菌:好氧菌

微好氧菌：

兼性厭氧菌

耐氧厭氧：

厭氧菌

(專性)厭氧菌：（5）氧嚴(yán)格厭氧微生物并不是被氣態(tài)的氧所殺死，而是由于不能解除某些氧代謝產(chǎn)物的毒性而死亡。在氧還原為水的過程中，可形成某些有毒的中間產(chǎn)物，例如，過氧化氫（H2O2）、超氧陰離子（O2·

）等。超氧陰離子為活性氧，兼有分子和離子的性質(zhì)，反應(yīng)力極強(qiáng)，極不穩(wěn)定，可破壞膜和重要生物大分子，對微生物造成毒害或致死。好氧微生物具有降解這些產(chǎn)物的酶，如過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶等，而嚴(yán)格厭氧菌缺乏SOD，故易被生物體內(nèi)極易產(chǎn)生的超氧陰離子自由基毒害致死。厭氧菌的氧毒害機(jī)制——SOD學(xué)說：各類菌所含對氧解毒酶專性好氧菌SOD，過氧化氫酶兼性厭氧菌SOD，過氧化氫酶專性厭氧菌二種酶均無微好氧菌少量SOD耐氧菌SOD，過氧化物酶2、微生物生長的測定微生物生長測定計(jì)數(shù)法重量法生理指標(biāo)法直接計(jì)數(shù)法間接計(jì)數(shù)法涂片染色法計(jì)數(shù)器測量法比例計(jì)數(shù)法電子自動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)法比濁法平板菌落計(jì)數(shù)法稀釋法干重法細(xì)胞中氮的含量DNA含量直接計(jì)數(shù)法－涂片染色法應(yīng)用：可同時(shí)計(jì)數(shù)不同微生物的菌數(shù)，適于土壤、牛奶中細(xì)菌計(jì)數(shù)。方法：用鏡臺(tái)測微尺計(jì)算出視野面積；取

0.01ml菌液涂于1cm2面積上，計(jì)數(shù)后代入公式：每ml原菌液含菌數(shù)

=視野中平均菌數(shù)×涂布面積/視野面積×100×稀釋倍數(shù)直接計(jì)數(shù)法－計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)法（血球計(jì)數(shù)板法）直接計(jì)數(shù)法－比例計(jì)數(shù)法

將待測的細(xì)菌懸液與等體積血液混合后涂片，在顯微鏡下測細(xì)菌數(shù)與紅細(xì)胞數(shù)的比例。由于每毫升血液中紅細(xì)胞數(shù)是已知的，男性：400～500萬個(gè)，女性：350～450萬個(gè)，可計(jì)算出每毫升樣品中細(xì)菌數(shù)。電子計(jì)數(shù)器具有一個(gè)特制的有孔玻璃薄膜，當(dāng)細(xì)胞懸液的通過小孔時(shí)，由于懸液與菌體的導(dǎo)電性不同，使得小孔的電導(dǎo)下降，電阻強(qiáng)度明顯增加，并形成一個(gè)脈沖，自動(dòng)記錄在電子記錄尺標(biāo)裝置上。直接計(jì)數(shù)法－電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)法直接計(jì)數(shù)法－比濁法

原理是在一定范圍內(nèi)，菌懸液中的細(xì)胞濃度與混濁度成正比，即與光密度成正比，菌數(shù)越多，光密度越大。因此，借助于分光光度計(jì)，在一定波長下測定菌懸液的光密度，就可反應(yīng)出菌液的濃度。

特點(diǎn)：快速、簡便；但易受干擾。

間接計(jì)數(shù)法－平板菌落計(jì)數(shù)法平板菌落計(jì)數(shù)法總活菌數(shù)/ml＝同一稀釋度三次重復(fù)的菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)×5間接計(jì)數(shù)法－液體稀釋法10n10n-210n-1重量法－干重法將一定量的菌液中的菌體通過離心或過濾分離出來,然后烘干(干燥溫度可采用105℃、100℃或80℃)、稱重。該法適合菌濃較高的樣品。重量法－DNA含量測定法利用DNA與DABA-2HCl（即新配制的20％W/W，3.5-二氨基苯甲酸-鹽酸溶液）能顯示特殊熒光反應(yīng)的原理而設(shè)計(jì)。方法：將一定容積培養(yǎng)物的菌懸液，通過熒光反應(yīng)強(qiáng)度，求得DNA的含量，重量法－氮含量的測定方法要點(diǎn)：從一培養(yǎng)物中分離出細(xì)菌、洗滌以除去培養(yǎng)基帶入的含氮物質(zhì)。再用凱氏定氮法測定總含氮量。以表示原生質(zhì)含量的多少。一般細(xì)菌的含氮量為原生質(zhì)干重的14％總氮量與細(xì)胞蛋白質(zhì)總含量關(guān)系如下：蛋白質(zhì)總量＝含氮量％×6.25細(xì)胞總量＝蛋白質(zhì)總量×1.54此法只適用于細(xì)胞濃度較高的樣品，同時(shí)操作過程也較麻煩，故主要用于科學(xué)研究。生理指標(biāo)法生理指標(biāo)包括：微生物的呼吸強(qiáng)度、耗氧量、酶活性、生物熱等。這是根據(jù)微生物在生長過程中伴隨出現(xiàn)的這些指標(biāo)，樣品中微生物數(shù)量多或生長旺盛，這些指標(biāo)越明顯。直接法方法應(yīng)用涂片染色法計(jì)數(shù)器測定法比例計(jì)數(shù)法電子自動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)法比濁法可同時(shí)計(jì)數(shù)不同類型的微生物數(shù)量，常用于牛奶，土壤中的細(xì)菌計(jì)數(shù)。可用于不同類型的微生物計(jì)數(shù)。同上用于細(xì)菌或孢子的計(jì)數(shù)，菌懸液應(yīng)無雜質(zhì)。微生物學(xué)分析，肉湯培養(yǎng)物或水懸浮液中的細(xì)菌計(jì)數(shù)。方法應(yīng)用間接法平皿菌落計(jì)數(shù)法液體稀釋法牛奶、食品、水、土壤、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生以及培養(yǎng)物中的細(xì)菌計(jì)數(shù)。因某些原因不能用瓊脂平皿活菌計(jì)數(shù)時(shí)被采用，如牛奶等。微生物生長的測定方法方法應(yīng)用測定細(xì)胞物質(zhì)量薄膜過濾計(jì)數(shù)法定氮法測DNA法測定細(xì)胞干重法生理指標(biāo)測定法適用于大量而且含菌數(shù)很低的材料。如空氣、水等。主要有用于代謝研究，適于細(xì)胞濃度高的樣品。同上。用于調(diào)查研究，適用于細(xì)胞濃度高的材料。微生物學(xué)分析研究。微生物生長的測定方法6.5微生物生長繁殖的控制1、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)化學(xué)治療劑:能直接干擾病原微生物的生長繁殖，用于治療感染性疾病的化學(xué)藥物。特點(diǎn)：選擇性毒性。抗微生物劑——人工合成的或生物合成種類：抗代謝藥物——人工合成的

抗生素——微生物所產(chǎn)生的（1）抗微生物劑

種類與機(jī)理：抑菌劑（bacterostaticagent）：結(jié)合到核糖體上抑制蛋白質(zhì)合成，導(dǎo)致生長停止。殺菌劑（bactericide）:緊緊的結(jié)合到細(xì)胞作用靶上，即使在濃度降低時(shí)也不能游離出來，生長不能恢復(fù)。溶菌劑（bacteriolysis）抑制細(xì)胞壁合成，損傷細(xì)胞質(zhì)膜。通常又分為：消毒劑（disinfectant）

防腐劑（antisepsis）是一類能夠殺死微生物或抑制微生物生長的化學(xué)物質(zhì)。類型名稱及使用方法作用原理應(yīng)用范圍醇類70%—75%乙醇脫水、蛋白質(zhì)變性皮膚、器皿醛類0.5%—10%甲醛2%戊二醛（pH=8）蛋白質(zhì)變性房間、物品消毒（不適合食品廠）

酚類3%—5%石炭酸2%來蘇兒3%—5%來蘇兒破壞細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)變性地面、器具皮膚地面、器具氧化劑0.1%高錳酸鉀3%過氧化氫0.2%—0.5%過氧乙酸氧化蛋白質(zhì)活性基團(tuán)，酶失活皮膚、水果、蔬菜皮膚、物品表面水果、蔬菜、塑料等常用的消毒防腐劑及其應(yīng)用常用的消毒防腐劑及其應(yīng)用類型名稱及使用方法作用原理應(yīng)用范圍重金屬鹽類0.05%—0.1%升汞2%紅汞0.1%—1%硝酸銀0.1%—0.5%硫酸銅蛋白質(zhì)變性、酶失活變性、沉淀蛋白蛋白質(zhì)變性、酶失活非金屬器皿皮膚、粘膜、傷口皮膚、新生兒眼睛防治植物病害表面活性劑0.05%—0.1%新潔爾滅0.05%—0.1%杜滅芬蛋白變性、破壞細(xì)胞膜皮膚、粘膜、器械皮膚、金屬、棉織品、塑料常用的消毒防腐劑及其應(yīng)用類型名稱及使用方法作用原理應(yīng)用范圍鹵素及其化合物0.2—0.5mg/L氯氣10%—20%漂白粉0.5%—1%漂白粉2.5%碘酒破壞細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)飲水、游泳池水地面水、空氣等皮膚染料2%—4%龍膽紫與蛋白質(zhì)的羧基結(jié)合皮膚、傷口

酸類

0.1%苯甲酸

0.1%山梨酸食品防腐食品防腐有些化合物在結(jié)構(gòu)上與生物體所必需的代謝物很相似，以致于可以和特定的酶結(jié)合，從而阻礙酶的功能，干擾代謝的正常進(jìn)行，這些物質(zhì)叫抗代謝物。葉酸磺胺類藥物

氨基酸5－甲基色氨酸

吡哆醇異煙肼

嘌呤6－巰基嘌呤抗代謝物代謝物NH2SO2RCOOHH2N（2）抗代謝物二氫蝶啶二氫蝶酸二氫葉酸四氫葉酸核酸氨基酸前體酶①酶②酶③GluTMPNH2SO2RCOOHH2N機(jī)理：作為菌細(xì)胞基本生長因子的競爭性抑制劑（與相應(yīng)酶競爭性結(jié)合）而阻止微生物對生長因子的利用，因而可以抑制微生物的生長。只有當(dāng)正常代謝產(chǎn)物的量少或不存在時(shí)，抗代謝物才有用。細(xì)菌需要利用對氨基本甲酸合成生長所需的葉酸（3）抗生素是由某些生物合成或半合成的一類次級代謝產(chǎn)物或衍生物，它們是能抑制其它微生物的生長或殺死它們的化合物。爭光霉素、博來霉素：與DNA結(jié)合，干擾DNA復(fù)制；絲裂（自力）霉素：與DNA交聯(lián)，破壞DNA復(fù)制；放線菌素D（更生）：與DNA結(jié)合，阻止轉(zhuǎn)錄。

1928年，A.Fleming爵士發(fā)現(xiàn)青霉素。1940年，澳大利亞病理學(xué)家弗羅里提純青霉素。1945年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng).抗菌譜：抗生素的作用對象有一定范圍，這種作用范圍稱該抗生素的抗菌譜。廣譜抗生素：對多種微生物有作用（如：土霉素、四環(huán)素）窄譜抗生素：僅對某一類微生物有作用（如：多粘菌素）最小抑制濃度（MinimalInhibitoryConcentration,MIC）:表示抗生素的抗菌活性，單位是

g/ml.MIC可以在液體試管或固體平板上測定。

④干擾核酸代謝（如：利福霉素、新生霉素、絲裂霉素、灰黃霉素）作用機(jī)制①抑制細(xì)胞壁的合成（如：青霉素）②破壞細(xì)胞膜功能（如：多粘菌素可作用于膜磷脂使膜溶解）③抑制蛋白質(zhì)合成（如：氯霉素，四環(huán)素、鏈霉素等）①細(xì)胞質(zhì)膜透性改變②藥物作用靶改變③合成了修飾抗生素的酶④抗性菌株發(fā)生了遺傳變異鏈球菌抗青霉素抗性菌株的特點(diǎn)防止耐藥性的措施(antibioticresistance)①不用或少用抗生素；

②第一次用藥劑量要足；

③避免在一個(gè)時(shí)期或長期多次使用同種抗生素；

④對現(xiàn)有抗生素改造；

⑤篩選新抗生素；生物藥物素（biopharmaceutin）具有多種生理活性，比抗生素療效更為廣泛的微生物次生代謝產(chǎn)物。酶抑制劑；免疫調(diào)節(jié)劑；受體拮抗劑；抗氧化劑。高溫滅菌（消毒）法,是最常用的物理方法。高溫可引起蛋白質(zhì)、核酸等活性大分子氧化或變性失活而導(dǎo)致微生物死亡。

2.控制微生物的物理因素（1）溫度①干熱滅菌(dryheatsterilization)：

焚燒滅菌法：常用于廢棄物動(dòng)物尸體等處理；

烘烤（干熱空氣）滅菌法：實(shí)驗(yàn)室用干燥箱烘烤微生物培養(yǎng)工具，140--160℃，2--4小時(shí)滅菌；特點(diǎn)：由于空氣傳熱穿透力差，菌體在脫水狀態(tài)下不易殺死，所以溫度高、時(shí)間長?；鹧鏈缇航臃N工具。。特點(diǎn)：溫度低、時(shí)間短、滅菌效果高②濕熱滅菌(mosistheatsterilization)：菌體吸收水分，蛋白質(zhì)更易變性凝固，濕蒸汽穿透力強(qiáng)，有潛熱存在。121℃（1kg/cm2或15磅/英寸2）維持15-20min。112℃（0.5kg/cm2或8磅/英寸2）20-30min。115℃（0.75kg/cm2或11磅/英寸2）20-30min。應(yīng)根據(jù)滅菌物品的性質(zhì)或成分選擇滅菌溫度例如：生理鹽水、營養(yǎng)瓊脂等培養(yǎng)基用121℃。含葡萄糖、乳糖、氨基酸等培養(yǎng)基用112℃。適用：耐高溫物品，玻璃儀器、含水或不含水的物品。高壓蒸汽滅菌法注意事項(xiàng)：排凈冷空氣；滅菌終了，緩慢降壓；滅菌結(jié)束，趁熱取出物品。高溫對培養(yǎng)基影響：滅菌后pH下降0.2--0.3；培養(yǎng)基產(chǎn)生沉淀；含糖培養(yǎng)基，分開滅菌.

間歇滅菌法：常壓蒸汽反復(fù)幾次滅菌；不宜高壓滅菌的培養(yǎng)基，不耐熱的藥物和營養(yǎng)物等滅菌使用。

煮沸滅菌：水中煮沸15min，可殺死所有營養(yǎng)細(xì)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;適合注射器和解剖用具等消毒。

巴斯德滅菌法(pasteurization)：61.7－62.8oＣ處理30min或71.6oＣ度處理15min；是食品（牛奶）釀造（啤酒）工業(yè)中常用的方法。(2)輻射輻射：是能量通過空間傳遞的一種物理現(xiàn)象。電磁輻射：能量借助于波的傳播?？梢姽狻⒆贤夤?/p>