微生物學(xué)課件：第六章 微生物的生長繁殖及其控制

第六章微生物的生長繁殖及其控制第一節(jié)微生物生長的測定第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖第三節(jié)微生物生長繁殖的控制微生物生長的概念及常規(guī)測定方法（原理和操作）

細(xì)菌生長繁殖的規(guī)律（標(biāo)準(zhǔn)生長曲線）及控制技術(shù)（連續(xù)培養(yǎng)的概念與方法）各種常見物理、化學(xué)因素對微生物生長的影響掌握微生物生長的概念及常規(guī)測定方法（原理和操作）第一節(jié)微生物生長的測定生物個體物質(zhì)有規(guī)律地、不可逆增加，導(dǎo)致個體體積擴(kuò)大的生物學(xué)過程。（p132）生長：生物個體生長到一定階段，通過特定方式產(chǎn)生新的生命個體，即引起生命個體數(shù)量增加的生物學(xué)過程。（p132）繁殖：生長是一個逐步發(fā)生的量變過程，繁殖是一個產(chǎn)生新的生命個體的質(zhì)變過程。（p132）在高等生物里這兩個過程可以明顯分開，但在低等特別是在單細(xì)胞的生物里，由于細(xì)胞小，這兩個過程是緊密聯(lián)系又很難劃分的過程。（p132）第一節(jié)微生物生長的測定（一）微生物生長概述一個微生物細(xì)胞合適的外界條件，吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行代謝。如果同化作用的速度超過了異化作用個體的生長原生質(zhì)的總量（重量、體積、大?。┚筒粩嘣黾尤绻骷?xì)胞組分是按恰當(dāng)?shù)谋壤鲩L時，則達(dá)到一定程度后就會發(fā)生繁殖，引起個體數(shù)目的增加。群體內(nèi)各個個體的進(jìn)一步生長群體的生長群體生長=個體生長+個體繁殖個體生長→個體繁殖→群體生長在一定時間和條件下細(xì)胞數(shù)量的增加微生物生長:在微生物學(xué)中提到的“生長”，一般均指群體生長，這一點與研究大生物時有所不同。（微生物群體生長）24小時后：4722366500萬億個后代，重量達(dá)到：4722噸48小時后：2.2×1043個后代，重量達(dá)到2.2×1025噸相當(dāng)于4000個地球的重量！大腸桿菌一個細(xì)胞重約10–12克，平均20分鐘繁殖一代一頭500kg的食用公牛，24小時生產(chǎn)0.5kg蛋白質(zhì),而同樣重量的酵母菌，以質(zhì)量較次的糖液（如糖蜜）和氨水為原料，24小時可以生產(chǎn)50000kg優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。第一節(jié)微生物生長的測定（一）微生物生長概述第一節(jié)微生物生長的測定單位時間里微生物數(shù)量或生物量（Biomass）的變化微生物生長：（參見p151倒數(shù)第1段）微生物生長的測定：個體計數(shù)生物量測定評價培養(yǎng)條件、營養(yǎng)物質(zhì)等對微生物生長的影響；評價不同的抗菌物質(zhì)對微生物產(chǎn)生抑制(或殺死)作用的效果；客觀地反映微生物生長的規(guī)律；（一）微生物生長概述重量測定生理指標(biāo)測定第一節(jié)微生物生長的測定（二）以數(shù)量變化對微生物生長情況進(jìn)行測定通常用來測定細(xì)菌、酵母菌等單細(xì)胞微生物的生長情況或樣品中所含微生物個體的數(shù)量（細(xì)菌、胞（孢）子、酵母菌）1、培養(yǎng)平板計數(shù)法（參見p152）對樣品進(jìn)行適當(dāng)稀釋→

單個微生物在適宜的固體培養(yǎng)基表面或內(nèi)部生長、繁殖

→

肉眼可見的菌落

→

對菌落數(shù)目的計數(shù)推測樣品中的微生物細(xì)胞數(shù)（p15，倒數(shù)第1段）由于無法保證細(xì)菌細(xì)胞在分離過程中徹底分開，因此，一個菌落可能是多個細(xì)胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成單位（colonyformingunits，CFU）來表示，而不是直接表示為細(xì)胞數(shù)（個）。

（二）以數(shù)量變化對微生物生長情況進(jìn)行測定（參見p152倒數(shù)第2段）1、稀釋倒平板法2、涂布平板法操作較麻煩，對好氧菌、熱敏感菌效果不好！使用較多的常規(guī)方法，但有時涂布不均勻！參見p16采用培養(yǎng)平板計數(shù)法要求操作熟練、準(zhǔn)確，否則難以得到正確的結(jié)果：樣品充分混勻；每支移液管及涂布棒只能接觸一個稀釋度的菌液；同一稀釋度三個以上重復(fù),取平均值；每個平板上的菌落數(shù)目合適，便于準(zhǔn)確計數(shù)；迅數(shù)_G6型全自動菌落分析儀（shinesoautomatedcolony-counter）

G6全自動菌落分析儀是迅數(shù)公司2008年6月推出的旗艦型產(chǎn)品，融合了迅數(shù)最新技術(shù)精華：可變光比的寬光帶懸浮式暗視野；1000萬像素的CCD；ColonfastTM菌落智能識別技術(shù)，不僅保證了菌落識別的精準(zhǔn)，更細(xì)膩體現(xiàn)菌落的每一個細(xì)節(jié)。G6同時具備自動抑菌圈測量與紙片法藥敏分析功能，為高級科研、檢測機(jī)構(gòu)在微生物領(lǐng)域提供了最佳的操作平臺。（二）以數(shù)量變化對微生物生長情況進(jìn)行測定2、膜過濾培養(yǎng)法菌數(shù)低的樣品（如水）→膜過濾→培養(yǎng)→菌落計數(shù)（p153第1大段）水中的細(xì)菌總數(shù)：124cfu/100ml如何對菌數(shù)低的樣品，如水，中的細(xì)菌數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計？（二）以數(shù)量變化對微生物生長情況進(jìn)行測定3、顯微鏡直接計數(shù)法（參見p152）采用細(xì)菌計數(shù)板或血球計數(shù)板，在顯微鏡下對微生物數(shù)量進(jìn)行直接計數(shù)（計算一定容積里樣品中微生物的數(shù)量）。缺點？不能區(qū)分死菌與活菌；不適于對運動細(xì)菌的計數(shù)；需要相對高的細(xì)菌濃度；個體小的細(xì)菌在顯微鏡下難以觀察；1）常規(guī)方法：（二）以數(shù)量變化對微生物生長情況進(jìn)行測定3、顯微鏡直接計數(shù)法（參見p152-153）2）其它方法：已知濃度的樣品（例如血液）+待測濃度的樣品；顯微鏡下根據(jù)二者之間的比例直接推算待測微生物細(xì)胞濃度。比例計數(shù)：過濾計數(shù)：菌數(shù)低的樣品（如水）→膜過濾→對細(xì)菌進(jìn)行熒光染色→→熒光顯微鏡計數(shù)（膜上一定面積中的細(xì)菌數(shù)）（p152倒數(shù)第5大段）活菌計數(shù)：采用特定的染色技術(shù)也可分別對活菌和死菌進(jìn)行分別計數(shù)第一節(jié)微生物生長的測定（三）以生物量為指標(biāo)測定微生物的生長1、比濁法（參見p153）在一定波長下，測定菌懸液的光密度，以光密度(opticaldensity,即O.D.)表示菌量。

（p153第1段）實驗測量時應(yīng)控制在菌濃度與光密度成正比的線性范圍內(nèi)，否則不準(zhǔn)確。第一節(jié)微生物生長的測定（三）以生物量為指標(biāo)測定微生物的生長2、重量法（參見p153－154）以干重、濕重直接衡量微生物群體的生物量；通過樣品中蛋白質(zhì)、核酸含量的測定間接推算微生物群體的生物量；測定多細(xì)胞及絲狀真菌生長情況的有效方法第一節(jié)微生物生長的測定（三）以生物量為指標(biāo)測定微生物的生長3、生理指標(biāo)法（參見p154第2大段）樣品中微生物數(shù)量多或生長旺盛，這些指標(biāo)愈明顯，因此可以借助特定的儀器如瓦勃氏呼吸儀、微量量熱計等設(shè)備來測定相應(yīng)的指標(biāo)。

p154第2大段（參見p354，表12-12）常用于對微生物的快速鑒定與檢測（具體內(nèi)容參見教材第12章中的有關(guān)介紹）呼吸強(qiáng)度，耗氧量、酶活性、生物熱生理指標(biāo)：等，與其群體的規(guī)模成正相關(guān)第一節(jié)微生物生長的測定以數(shù)量變化對微生物生長情況進(jìn)行測定1、培養(yǎng)平板計數(shù)法2、膜過濾培養(yǎng)法3、顯微鏡直接計數(shù)法1）常規(guī)方法：2）其它方法：以生物量為指標(biāo)測定微生物的生長1、比濁法2、重量法3、生理指標(biāo)法在微生物學(xué)中提到的“生長”，一般均指群體生長。第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖細(xì)菌生長繁殖的規(guī)律（標(biāo)準(zhǔn)生長曲線）及控制技術(shù)（連續(xù)培養(yǎng)的概念與方法）第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖微生物的特點：個體微小除真菌外，我們?nèi)庋劭吹交蚪佑|到的微生物已不是單個，而是成千上萬個單個的微生物組成的群體。微生物接種是群體接種，接種后的生長是微生物群體繁殖生長。（p134倒數(shù)第1段）對細(xì)菌群體生長規(guī)律的了解是對其進(jìn)行研究與利用的基礎(chǔ)第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖一、生長曲線（參見P135）生長曲線(GrowthCurve)：

細(xì)菌接種到定量的液體培養(yǎng)基中，定時取樣測定細(xì)胞數(shù)量，以培養(yǎng)時間為橫座標(biāo)，以菌數(shù)為縱座標(biāo)作圖，得到的一條反映細(xì)菌在整個培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。（P135第1大段）在微生物學(xué)中提到的“生長”，均指群體生長。（封閉系統(tǒng)）第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖一、生長曲線（參見P135）

細(xì)菌接種到定量的液體培養(yǎng)基中，定時取樣測定細(xì)胞數(shù)量，以培養(yǎng)時間為橫座標(biāo)，以菌數(shù)為縱座標(biāo)作圖，得到的一條反映細(xì)菌在整個培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。（P135第1大段）細(xì)菌的生長曲線一般用菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標(biāo)作圖第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖一、生長曲線（參見P135）一條典型的生長曲線至少可以分為

遲緩期，對數(shù)期，穩(wěn)定期和衰亡期等四個生長時期第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖一、生長曲線（參見P135）遲緩期(Lagphase)：將少量菌種接入新鮮培養(yǎng)基后，在開始一段時間內(nèi)菌數(shù)不立即增加，或增加很少，生長速度接近于零。也稱延遲期、適應(yīng)期。

（參見P135第2大段）遲緩期細(xì)胞的特點：分裂遲緩、代謝活躍

細(xì)胞形態(tài)變大或增長，例如巨大芽胞桿菌，在遲緩期末細(xì)胞的平均長度比剛接種時長6倍。通常處于遲緩期的細(xì)菌細(xì)胞體積最大；細(xì)胞內(nèi)RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代謝活躍，核糖體、酶類和ATP的合成加快，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。對外界不良條件反應(yīng)敏感。以上特征說明細(xì)胞處于活躍生長中，只是分裂遲緩。在此階段后期，少數(shù)細(xì)胞開始分裂，曲線略有上升。遲緩期出現(xiàn)的原因：微生物接種到一個新的環(huán)境，暫時缺乏足夠的能量和必需的生長因子（分解和催化有關(guān)底物的酶，或是缺乏充足的中間代謝產(chǎn)物等），種子老化（即處于非對數(shù)生長期）或未充分活化，接種時造成的損傷等。調(diào)整代謝需要一段適應(yīng)期（P135第2大段）調(diào)整代謝遲緩期的長短與菌種的遺傳性、菌齡以及移種前后所處的環(huán)境條件等因素有關(guān)，短的只需要幾分鐘，長的需數(shù)小時。在生產(chǎn)實踐中縮短遲緩期的常用手段（P135第2大段）：(1)通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使遲緩期縮短；(2)利用對數(shù)生長期的細(xì)胞作為種子；(3)盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；(4)適當(dāng)擴(kuò)大接種量第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖一、生長曲線（參見P135）對數(shù)生長期(Logphase)or指數(shù)生長期(Exponentialphase)：以最大的速率生長和分裂，細(xì)菌數(shù)量呈對數(shù)增加，細(xì)菌內(nèi)各成分按比例有規(guī)律地增加，表現(xiàn)為平衡生長。細(xì)菌個體形態(tài)、化學(xué)組成和生理特性等均較一致，代謝旺盛、生長迅速、代時穩(wěn)定；是研究微生物基本代謝的良好材料；也常在生產(chǎn)上用作種子，使微生物發(fā)酵的遲緩期縮短，提高經(jīng)濟(jì)效益。（P135倒數(shù)第2大段）

t1–t0G=———n（參見P136－137）在細(xì)菌個體生長里，每個細(xì)菌分裂繁殖一代所需的時間為代時(Generationtime)，在群體生長里細(xì)菌數(shù)量增加一倍所需的時間稱為倍增時間（Doublingtime)。代時通常以G表示。（P137第2大段）

?納米細(xì)菌（nanobacteria），三天才分裂一次；上世紀(jì)九十年代初期從地下數(shù)公里發(fā)現(xiàn)的超微型細(xì)菌，用代謝產(chǎn)生的CO2作指標(biāo)，計算出這些超微菌的代謝速率僅為地上正常細(xì)菌的10-15，有人認(rèn)為它們需要100年才能分裂一次。

（參見p33）影響微生物增代時間（代時）的因素：1）菌種，不同的微生物及微生物的不同菌株代時不同；2）營養(yǎng)成分，在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中生長代時短3）營養(yǎng)物濃度，在一定范圍內(nèi)，生長速率與營養(yǎng)物濃度呈正比，凡是處于較低濃度范圍內(nèi)，可影響生長速率的營養(yǎng)物成分，就稱為生長限制因子。4）溫度，在一定范圍，生長速率與培養(yǎng)溫度呈正相關(guān)。溫度，在一定范圍，生長速率與培養(yǎng)溫度呈正相關(guān)。不同的微生物有不同的最適生長溫度范圍第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖一、生長曲線（參見p135-136）又稱恒定期或最高生長期，此時培養(yǎng)液中活細(xì)菌數(shù)最高并維持穩(wěn)定。（P136第1段）穩(wěn)定生長期(Stationaryphase)：營養(yǎng)物質(zhì)消耗，代謝產(chǎn)物積累、pH變化→→→→逐步不適宜于細(xì)菌生長→→→生長速率降低直至零

（P136第1段）（即細(xì)菌分裂增加的數(shù)量等于細(xì)菌死亡數(shù))。對數(shù)期到穩(wěn)定期的轉(zhuǎn)變是細(xì)胞重要的分化調(diào)節(jié)階段：1）開始儲存糖原等內(nèi)含物；2）形成芽胞或建立自然感受態(tài)（芽胞桿菌）；3）發(fā)酵過程積累代謝產(chǎn)物的重要階段；

某些放線菌抗生素的大量形成也在此時期

Transitionstate啟動芽胞形成感受態(tài)建立表達(dá)穩(wěn)定期的基因（例如胞外蛋白酶）spoO簇基因5）芽胞桿菌（Bacillus）芽胞形成的生理調(diào)控5、特殊的休眠構(gòu)造——芽胞（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)

Transitionstate啟動芽胞形成感受態(tài)建立表達(dá)穩(wěn)定期的基因（例如胞外蛋白酶）spoO簇基因5）芽胞桿菌（Bacillus）芽胞形成的生理調(diào)控5、特殊的休眠構(gòu)造——芽胞（三）細(xì)胞的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)上延長穩(wěn)定期的方法：

補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)（補(bǔ)料）或取走代謝產(chǎn)物、調(diào)節(jié)pH、調(diào)節(jié)溫度、對好氧菌增加通氣、攪拌或振蕩對數(shù)期到穩(wěn)定期的轉(zhuǎn)變是細(xì)胞重要的分化調(diào)節(jié)階段：1）開始儲存糖原等內(nèi)含物；2）形成芽胞或建立自然感受態(tài)（芽胞桿菌）；3）發(fā)酵過程積累代謝產(chǎn)物的重要階段；

某些放線菌抗生素的大量形成也在此時期

獲得更多的菌體物質(zhì)或積累更多的代謝產(chǎn)物穩(wěn)定期的長短與菌種和外界環(huán)境條件有關(guān)第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖一、生長曲線（參見P136）衰亡期(Decline或Deathphase)：營養(yǎng)物質(zhì)耗盡和有毒代謝產(chǎn)物的大量積累，細(xì)菌死亡速率超過新生速率，整個群體呈現(xiàn)出負(fù)增長。死亡的細(xì)菌以對數(shù)方式增加，但由于部分細(xì)菌產(chǎn)生抗性也會使細(xì)菌死亡的速率降低，在死亡期后期仍會有部分活菌存在。（P136第2大段）特點：細(xì)菌代謝活性降低；細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶；產(chǎn)生或釋放出一些產(chǎn)物；如氨基酸、轉(zhuǎn)化酶、外肽酶或抗生素等。菌體細(xì)胞也呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時產(chǎn)生畸形，細(xì)胞大小懸殊；有些革蘭氏染色反應(yīng)陽性菌此時會變成陰性反應(yīng)第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖一、生長曲線衰亡期(Decline或Deathphase)：不同的微生物或同一種微生物對不同物質(zhì)的利用能力是不同的。有的物質(zhì)可直接被利用(例如葡萄糖或NH+4等)；有的需要經(jīng)過一定的適應(yīng)期后才能獲得利用能力（例如乳糖或NO3-等）。前者通常稱為速效碳源（或氮源），后者稱為遲效碳源（或氮源）。當(dāng)培養(yǎng)基中同時含有這兩類碳源（或氮源）時，微生物在生長過程中會形成二次生長現(xiàn)象。

（P136第3大段）（參見P136）一、生長曲線第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖（參見P135）采用活菌計數(shù)比較麻煩，必需嚴(yán)格操作，否則不易得到準(zhǔn)確的結(jié)果，重復(fù)性也差，在實際工作中多采用分光光度計測定OD值的方法繪制細(xì)菌的生長曲線。一、生長曲線第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖（參見P135）采用活菌計數(shù)比較麻煩，必需嚴(yán)格操作，否則不易得到準(zhǔn)確的結(jié)果，重復(fù)性也差，在實際工作中多采用分光光度計測定OD值的方法繪制細(xì)菌的生長曲線。第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖二、同步培養(yǎng)（P138倒數(shù)第2大段）同步培養(yǎng)(Synchronousculture)：使群體中的細(xì)胞進(jìn)行同步生長培養(yǎng)技術(shù)理想的實驗材料：群體細(xì)胞能處于同一生長階段，同時進(jìn)行分裂的生長。同步生長通過同步培養(yǎng)方法獲得的細(xì)胞被稱為同步細(xì)胞或同步培養(yǎng)物第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖二、同步培養(yǎng)（參見P138-140）生理與遺傳特性的研究；工業(yè)發(fā)酵的種子；機(jī)械方法離心方法過濾分離法硝酸纖維素濾膜法環(huán)境條件控制技術(shù)溫度培養(yǎng)基成份控制其他（如光照和黑暗交替培養(yǎng)）同步培養(yǎng)物：一種理想的材料第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖二、同步培養(yǎng)硝酸纖維素濾膜法是最經(jīng)典的獲得同步生長的方法（參見P134）由于細(xì)胞的個體差異，同步生長往往只能維持2-3個世代，隨后又逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)生長。三、連續(xù)培養(yǎng)第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖將微生物置于一定容積的培養(yǎng)基中，經(jīng)過培養(yǎng)生長，最后一次收獲。分批培養(yǎng)（batchculture）or封閉培養(yǎng)（closedculture）培養(yǎng)基一次加入，不予補(bǔ)充，不再更換。連續(xù)培養(yǎng)(Continousculture）在微生物的整個培養(yǎng)期間，通過一定的方式使微生物能以恒定的比生長速率生長并能持續(xù)生長下去的一種培養(yǎng)方法。

（P140倒數(shù)第4大段）培養(yǎng)過程中不斷的補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物是實現(xiàn)微生物連續(xù)培養(yǎng)的基本原則。（P140倒數(shù)第4大段）生長：遲緩期、對數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)控制連續(xù)培養(yǎng)的方法恒濁連續(xù)培養(yǎng)不斷調(diào)節(jié)流速而使細(xì)菌培養(yǎng)液濁度保持恒定恒化連續(xù)培養(yǎng)保持恒定的流速（P141倒數(shù)第一大段）第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)（一）恒濁連續(xù)培養(yǎng)測定所培養(yǎng)微生物的光密度值自動調(diào)節(jié)新鮮培養(yǎng)基流入和培養(yǎng)物流出培養(yǎng)室的流速使培養(yǎng)物維持在某一恒定濁度當(dāng)培養(yǎng)室中的濁度超過預(yù)期數(shù)值時，流速加快，使?jié)岫冉档?；?dāng)培養(yǎng)室中的濁度低于預(yù)期數(shù)值時，流速減慢，使?jié)岫壬?；恒濁培養(yǎng)器的工作精度是由光電控制系統(tǒng)的靈敏度來決定的如果所用培養(yǎng)基中有過量的必需營養(yǎng)物，就可以使菌體維持最高的生長速率。(參見p141)第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)（一）恒濁連續(xù)培養(yǎng)一般用于菌體以及與菌體生長平行的代謝產(chǎn)物生產(chǎn)的發(fā)酵工業(yè)（連續(xù)發(fā)酵）連續(xù)發(fā)酵與單批發(fā)酵相比的優(yōu)點：縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率；便于自動控制；降低動力消耗及體力勞動強(qiáng)度；產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；缺點：雜菌污染和菌種退化（參見p141）第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)二）恒化連續(xù)培養(yǎng)使培養(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下進(jìn)行生長繁殖。（參見p141）第二節(jié)細(xì)菌的群體生長繁殖三、連續(xù)培養(yǎng)二）恒化連續(xù)培養(yǎng)恒化連續(xù)培養(yǎng)中，必需將某種必需的營養(yǎng)物質(zhì)控制在較低的濃度，以作為限制性因子，而其他營養(yǎng)物均過量。（細(xì)菌的生長速率取決于限制性因子的濃度，并低于最高生長速率）限制性因子必須是機(jī)體生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸和氨等氮源，或是葡萄糖、麥芽糖等碳源或者是無機(jī)鹽，因而可在一定濃度范圍內(nèi)能決定該機(jī)體生長速率。（參見P141倒數(shù)第一大段）通過控制流速可以得到生長速率不同但密度基本恒定的培養(yǎng)物多用于科研遺傳學(xué)：突變株分離；生理學(xué)：不同條件下的代謝變化；生態(tài)學(xué)：模擬自然營養(yǎng)條件建立實驗?zāi)Ｐ?；第三?jié)微生物生長繁殖的控制各種常見物理、化學(xué)因素對微生物生長的控制（原理和方法）第三節(jié)微生物生長繁殖的控制控制（有害）微生物的生長速率或消滅不需要的微生物，在實際應(yīng)用中具有重要的意義。抑制(Inhibition)：死亡(Death)：防腐(Antisepsis)：防止或抑制霉腐微生物在食品等物質(zhì)上的生長；化療(Chemotherapy)：殺死或抑制宿主體內(nèi)的病原微生物；消毒(Disinfection)：殺死或滅活病原微生物（營養(yǎng)體細(xì)胞）；滅菌(Sterilization)：殺死包括芽胞在內(nèi)的所有微生物；（p160：有關(guān)術(shù)語）生長停止，但不死亡；生長能力不可逆喪失；第三節(jié)微生物生長繁殖的控制理化因子抑菌還是殺菌作用的相關(guān)因素：理化因子的強(qiáng)度或濃度；同一濃度理化因子作用時間的長短；不同種類的微生物；同種微生物的不同生長時期；（p154倒數(shù)第2大段）第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)抗微生物劑(Antimicrobialagent)生物合成的天然產(chǎn)物人工合成的化合物一類能夠殺死微生物或抑制微生物生長的化學(xué)物質(zhì)（P154倒數(shù)第1大段）第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)的抗微生物能力的測定液體培養(yǎng)法最低抑制濃度（minimuminhibitoryconcentration（MIC））實驗平板培養(yǎng)法第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)的抗微生物能力的測定液體培養(yǎng)法最低抑制濃度（minimuminhibitoryconcentration（MIC））實驗平板培養(yǎng)法抑菌圈（zoneofinhibition）試驗六氯酚苯基苯酚氯季銨化合物第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)的抗微生物能力的測定液體培養(yǎng)法最低抑制濃度（minimuminhibitoryconcentration（MIC））實驗平板培養(yǎng)法抑菌圈（zoneofinhibition）試驗殺菌?抑菌?抗微生物劑的殺菌或抑菌作用無法區(qū)分!第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（有關(guān)概念參見P154倒數(shù)第1段）抗微生物劑抑菌：殺菌待測化學(xué)物質(zhì)對數(shù)生長培養(yǎng)物定時測定總菌數(shù)和活菌數(shù)抑菌劑(Bacteriostaticagent)殺菌劑(Bactericide)溶菌劑(Bacteriolysis)第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)抗微生物劑非選擇性（對所有細(xì)胞均有毒性）有選擇性（對病原微生物毒性更強(qiáng)）消毒劑(Disinfectant)防腐劑(Antisepsis)抗代謝藥物抗生素中草藥有效成分（化學(xué)治療劑）第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（P154倒數(shù)第1大段）（一）防腐劑和消毒劑特點：

對一切活細(xì)胞都有毒性，不能用于人或動物體內(nèi)的化學(xué)治療。消毒劑：可殺死微生物，通常用于非生物材料的滅菌或消毒。防腐劑：能殺死微生物或抑制其生長，但對人及動物的體表組織無毒性或毒性低，可作為外用抗微生物藥物。第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（一）防腐劑和消毒劑（P154倒數(shù)第1大段消毒劑廣泛用于一些熱敏感的或無法進(jìn)行高溫滅菌的物品或場所的滅菌：溫度計、帶有透鏡的儀器設(shè)備、聚乙烯管或?qū)Ч艿?；墻壁、樓板與儀器設(shè)備等表面和自來水；空氣；防腐劑通常作為人體的外用品！第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（p155表6－8）（一）防腐劑和消毒劑第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)

（一）防腐劑和消毒劑各種抗微生物化學(xué)制劑殺菌能力的比較標(biāo)準(zhǔn)：一般規(guī)定：處理時間為10分鐘，供試菌定為Salmonellatyphi（傷寒沙門氏菌）。

在臨床上最早使用的消毒劑----石炭酸由于各種微生物化學(xué)制劑的殺菌機(jī)制各不相同，故石炭酸系數(shù)僅有一定的參考價值。待測制劑最高稀釋度達(dá)到同效的石炭酸的最高稀釋度石炭酸系數(shù)：

=第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（二）抗代謝物(Antimetabolite)

（參見P155倒數(shù)第3大段）一類化合物：與必需的代謝物具有相似的結(jié)構(gòu)；→可和特定的酶結(jié)合；

→阻礙酶的功能；

→

干擾代謝的正常進(jìn)行；葉酸對抗物（磺胺）、

嘌呤對抗物（6-巰基嘌呤）、苯丙氨酸對抗物（對氟苯丙氨酸）、尿嘧啶對抗物（5-氟尿嘧啶）胸腺嘧啶對抗物（5-溴胸腺嘧啶）等等第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（二）抗代謝物

（參見P155）磺胺藥物是最早發(fā)現(xiàn)，也是最常見的化學(xué)療劑，抗菌譜廣，能治療多種傳染性疾病。大多數(shù)革蘭氏陽性細(xì)菌（如肺炎球菌、溶血性鏈球菌等）某些革蘭氏陰性細(xì)菌（如痢疾桿菌、腦膜炎球菌、流感桿菌等）對放線菌也有一定的作用。1934年，德國I.G.Farben染料廠的G.Domagk一種紅色染料（prontosil），白鼠靜脈注射，可治療因鏈球菌引起的感染，但在體外卻無作用。1935年，進(jìn)一步證明prontosil對人的鏈球菌病也有效。法國人Trefouel和英國人Fullerprontosil在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成了具有抑菌作用的磺胺1935年初，Domagk唯一的女兒因傷口感染瀕于死亡，在絕望中Domagk將尚未經(jīng)過臨床實驗的prontosil注射到女兒體內(nèi)，結(jié)果挽回了女兒的生命。第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（二）抗代謝物

（參見P155）磺胺是葉酸組成部分對氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)類似物作用機(jī)理：磺胺的抑菌作用是因為很多細(xì)菌需要自己合成葉酸而生長。磺胺對人體細(xì)胞無毒性，因為人缺乏從對氨基苯甲酸合成葉酸的相關(guān)酶----二氫葉酸合成酶，不能用外界提供的對氨基苯甲酸自行合成葉酸，而必須直接利用葉酸為生長因子進(jìn)行生長。第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)G.Domagk因發(fā)明第一種治療微生物疾病的“神藥”獲得了1939年的諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（參見P155）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，它們在很低濃度時就能抑制或影響它種生物的生命活動，如殺死微生物或抑制其生長。（p155倒數(shù)第2段）抗生素(Antibiotic)：1、概念自上世紀(jì)40年代以來，已找到上萬種新抗生素，合成了近10萬種半合成抗生素，但其中在臨床上常用的僅幾十種。第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（參見P156圖6-15）2、作用機(jī)制抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成、破壞細(xì)胞質(zhì)膜、作用于呼吸鏈以干擾氧化磷酸化、抑制蛋白質(zhì)和核酸合成

等（P155倒數(shù)第2大段）抑制微生物的生長或殺死它們第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（參見P156）2、作用機(jī)制第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（參見P156）2、作用機(jī)制第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（參見P156）2、作用機(jī)制第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（參見P156）2、作用機(jī)制青霉素b-內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)與D-丙氨酸末端結(jié)構(gòu)相似，從而能占據(jù)D-丙氨酸的位置與轉(zhuǎn)肽酶結(jié)合，并將酶滅活，肽鏈之間無法彼此連接，抑制了細(xì)胞壁的合成。第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（參見P156）2、作用機(jī)制由于不同微生物之間的細(xì)胞化學(xué)結(jié)構(gòu)和代謝的差異，不同的抗生素的抗菌譜各異。第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（參見p155－157）3、細(xì)菌抗藥性的產(chǎn)生第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（p155倒數(shù)第一段）3、細(xì)菌抗藥性的產(chǎn)生抗性菌株特點：細(xì)胞質(zhì)膜透性改變，使抗生素不進(jìn)入細(xì)胞或進(jìn)入細(xì)胞后被細(xì)胞主動排出；藥物作用靶改變；合成了修飾抗生素的酶；抗性菌株發(fā)生遺傳變異，導(dǎo)致合成新的多聚體，以取代或部分取代原來的多聚體；酰胺環(huán)第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（參見P157）3、細(xì)菌抗藥性的產(chǎn)生避免出現(xiàn)細(xì)菌的耐藥性的措施：(1)第一次使用的藥物劑量要足（用藥時間足）；(2)避免在一個時期或長期多次使用同種抗生素；(3)不同的抗生素(或與其他藥物)混合使用；(4)對現(xiàn)有抗生素進(jìn)行改造；(5)篩選新的更有效的抗生素；（P157第2大段）

第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（參見P157）3、細(xì)菌抗藥性的產(chǎn)生避免出現(xiàn)細(xì)菌的耐藥性的措施：(1)第一次使用的藥物劑量要足（用藥時間足）；(2)避免在一個時期或長期多次使用同種抗生素；(3)不同的抗生素(或與其他藥物)混合使用；(4)對現(xiàn)有抗生素進(jìn)行改造；(5)篩選新的更有效的抗生素；（P157第二大段）

盡量避免使用抗生素！合理使用抗生素！第三節(jié)微生物生長繁殖的控制一、控制微生物的化學(xué)物質(zhì)（三）抗生素（參見P157）3、細(xì)菌抗藥性的產(chǎn)生第三節(jié)微生物生長繁殖的控制二、控制微生物的物理因素殺滅或抑制微生物的物理因素溫度輻射作用過濾滲透壓干燥超聲波等（P157第3大段）第三節(jié)微生物生長繁殖的控制二、控制微生物的物理因素（參見P143）（一）溫度當(dāng)溫度超過微生物生長的最高溫度或低于生長的最低溫度都會對微生物產(chǎn)生殺滅作用或抑制作用（P157倒數(shù)第2段）生長溫度“三基點”最低生長溫度最適生長溫度最高生長溫度第三節(jié)微生物生長繁殖的控制二、控制微生物的物理因素（參見P148）（一）溫度當(dāng)溫度超過微生物生長的最高溫度或低于生長的最低溫度都會對微生物產(chǎn)生殺滅作用或抑制作用（P157倒數(shù)第2段）第三節(jié)微生物生長繁殖的控制二、控制微生物的物理因素（一）溫度（參見P157）高溫對微生物影響機(jī)制：高溫使蛋白質(zhì)、核酸等重要生物大分子發(fā)生變性、破壞；破壞細(xì)胞膜上的類脂成分結(jié)果：導(dǎo)致微生物死亡。溫度愈高，十倍致死時間（DecimalReductionTime,D值）愈短（P157倒數(shù)第2段）D-ValuesResistanceofMoatparticulartemp/dose.Definedasthetimetakenatafixedtemp(orradiationdose)requiredtoachievea90%reduction(or1logreduction)inviablecellsataparticulartemperature.Itisusefulindeterminingthetimeitwouldtaketoachieveaparticularlevelofsterilityassuranceorinestimatingtheresistanceofanorganismtoasterilisingagent.D-valueofBacillussubtilusexposedto60oC二、控制微生物的物理因素（一）溫度D值大小還隨微生物的種類生長時期檢測培養(yǎng)基的性質(zhì)等因素有關(guān)。

（P157倒數(shù)第2段）二、控制微生物的物理因素（一）溫度高溫的殺菌時間與樣品中的微生物濃度（生物負(fù)荷）有關(guān)。（p157倒數(shù)第2段）當(dāng)微生物的濃度一致時，可以通過比較熱致死時間長短（或D值）來衡量不同微生物的熱敏感性（或抗熱性）。（p157倒數(shù)第2段）生物負(fù)荷D-value–BiologicalIndicatorsExample-Forheatsterilisation,Bacillus

stearothermophilusisusedaschallengeorganism.B.subtilisandB.pumilusareusedinEOgassterilisationandionisingradiationchallengetestsrespectively.Z-ValueZ-valueistheincreaseintemperatureneededtoreducetheD-valueofanorganismby90%(1logcyclereduction)AllowscomparisonofthesporelethalityatdifferenttemperaturesNotusuallyindependentoftemperaturebutisconsideredessentiallyconstantforpracticalpurposes.Z-Value高溫滅菌HeatDryheatMoistheat第三節(jié)微生物生長繁殖的控制二、控制微生物的物理因素（參見p157-158）（一）溫度1、干熱滅菌烘箱內(nèi)熱空氣滅菌火焰灼燒干熱滅菌160℃，2小時104DryHeatSterilisationCommonlyusedmethodSterilisesanddepyrogenatespyrogen=agentthatcausesfeverUsedforproducts(eg-non-aqueousthermostableliquids,ointments,powders)Usedforequipment(eg-surgicalinstruments,parenteralcontainerssuchasampoules,vials)105DryHeatSterilisation(contd)Maintypesinclude:BatchdryheatsterilisersContinuousdryheatsterilisers(useofconveyorbelt)Tempsinrangeof160-180oCinbatchor250-300oCincontinuous,dependingontimeofexposure.106MoistHeat(Steam)SterilisationMostreliableandeffectivemethodofsterilisationmicrobialfatalityoccursquickerunderwetconditionsthanunderdry.IsthemethodpreferredbyauditorsasothermethodsrarelyoffersamedegreeofSterilityAssurance.第三節(jié)微生物生長繁殖的控制二、控制微生物的物理因素（參見p157-158）（一）溫度2、濕熱滅菌濕熱比干熱滅菌更好：更易于傳遞熱量（熱穿透力強(qiáng)）；更易破壞保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的氫鍵等結(jié)構(gòu)；濕熱對一般營養(yǎng)體和胞（孢）子的殺滅條件：多數(shù)細(xì)菌和真菌的營養(yǎng)細(xì)胞：在60℃左右處理5-10分鐘；酵母菌和真菌的孢子：用80℃以上溫度處理；細(xì)菌的芽胞：121℃處理15分鐘以上；108SteamSterilisation-ModeofActionTemp,pressurerelationshipTimeAirremovedfromchamberandsteamintroducedEnergyreleasedwhensteamcomesincontactwithsurfacecausescoagulation(or‘setting’)ofproteinsinbacterialcell.109Steamsterilisation-UsesInpharmaceuticalindustry:SterilisationofEquipmentTerminalsterilisationofheatlabileproductsSterilisationofmediaInhospitals:Sterilisationofdressings,sheetsetcSterilisationofsurgicalequipment.Decontamination-eg-microlabwaste.第三節(jié)微生物生長繁殖的控制二、控制微生物的物理因素（參見p157-158）（一）溫度2、濕熱滅菌1）巴斯德消毒（pasteurization）60-85℃處理15秒至30分鐘2）煮沸消毒3）間歇滅菌（fractionalsterilizationORtyndallization）4）常規(guī)高壓滅菌（autoclaving）5）連續(xù)加壓滅菌（continuousautoclaving）121℃，15分鐘；115℃，30分鐘；135-150℃，5-15秒，工業(yè)上發(fā)酵培養(yǎng)基135-150℃，2-6秒，牛奶或其它液態(tài)食品（超高溫滅菌）111SteamQualityQualityofsteamusedisanimportantfactorandcaninfluencethemicrobiallethalityofthesterilisationprocess.‘Saturated’Steammosteffectivefordeliveringheatandmoisturetoarticle.I.e.-steaminthermalequilibriumwiththewaterfromwhichitisderived.Steamonthephaseboundarywhenwaterandsteamhavevirtuallythesametemperature.112SteamQuality(contd)DrySaturatedSteam(desirable):Steamwhosetempatanygivenpressure=thatonphaseboundarycurveofwater.Iftempofsteamistoohighrelativetopressure,get“superheated”steamToodrytocausemicrobialfatalitybecausetempishigherandisthereforeslowertoreleaselatentenergy.Canbecausedbyoverheatingthejacketorputtinginverydryloads113SteamQuality(contd)Ifpressureofsteamishighrelativetotemp,itresultsin“supersaturated”steamSteamiswetandcarrieswater(condensate)whichwillnotreachsterilisingtempandwillnotkillmicrobe(steamhaslowerlatentenergy)Resultsindamploadsthatsteammaynotpenetrateifloadisstillwetatendofcycle,maygetre-contaminationofload.Importanttodraincondensatefromchamberandpipes.114SteamQuality(contd)Saturatedsteamsuppliedtotheautoclavechambermustalsobe‘clean’.Contaminants(pollutants)may:DirtytheloadPreventadequatepenetrationbysteamreducemicrobiallethality115Contaminants:Waterinboilermustbeclean,thereforeboilermustbedrainedregularlytopreventbuild-upofpollutants.pH7-9ClearwithnosedimentMustnotbetoohardorsoftLowphosphateandchloridecontentLowforeigngascontente.g.dissolvedO2,CO2116AutoclaveDesign2maintypes:smallpilot-scalelargeindustrialscaleConsistofstainlesssteelchamberwith1or2slidingdoorswithseals.Chambersurroundedbyajacketthatpre-heatsthechamber.Steamgeneratorandassociatedpipework117AutoclaveDesign(contd)VacuumPumptoevacuateair(startofcycle)andsteam(endofcycle).Instrumentation:Controls,thermocouples,pressureswitches,gaugesetc.RecordersandprintersTypesofindustrialautoclaveGravitydisplacementautoclave:TempmonitoredbythermocouplesplacedinmostlikelycoldspotSterilisationphasebeginswhenthermocoupleindicatesrequiredtemphasbeenreached.Usedforsealedglasscontainersofaqueoussolutions(e.g.labmedia)andinstrumentsPre-vacuumautoclave:Pulsesat