微生物學(xué)(PPT格式課件)第六章微生物的生長及控制.ppt

1、第一節(jié) 測定生長繁殖的方法,第二節(jié) 微生物的生長規(guī)律,第三節(jié) 影響微生物生長的主要因素,第四節(jié) 微生物培養(yǎng)法概論,第五節(jié) 有害微生物的控制,第六章 微生物的生長及其控制 Microbial Growth and Control,第一節(jié) 測定生長繁殖的方法,一、 測生長量,二、 計繁殖數(shù),1、 直接法：用血球計數(shù)板在顯微鏡下進行計數(shù),二、 計繁殖數(shù),2、 間接法：用平板菌落進行的活菌計數(shù),菌數(shù)/mL = cfu X 稀釋度 X 10,第二節(jié) 微生物的生長規(guī)律,一、 微生物的個體生長和同步生長,三、 微生物的連續(xù)培養(yǎng)方法,二、 微生物的典型生長曲線,一、 微生物的個體生長和同步生長,同步生長 通過

2、同步培養(yǎng)的手段而使細胞群體中各個體處于分裂步調(diào)一致的生長狀態(tài)； 獲得同步生長的方法 環(huán)境條件誘導(dǎo)法 機械篩選法,二、微生物的典型生長曲線(growth curve),生長曲線： 當(dāng)把少量純種單細胞微生物接種到恒容積的液體培養(yǎng)基中后，在適宜的溫度、通氣等體積下，該群體就會由小到大，發(fā)生有規(guī)律的增長。如果以細胞數(shù)目的對數(shù)值作縱坐標，以培養(yǎng)時間作橫坐標就可畫出一條曲線微生物的典型生長曲線。,二、微生物的典型生長曲線(growth curve), 延滯期 (lag phase), 對外界不良條件例如NaCl溶液濃度、溫度和抗生素等化學(xué)藥物的反應(yīng)敏感。,指少量微生物接種到新鮮培養(yǎng)液中后，在開始培養(yǎng)的一段

3、時間內(nèi)細胞數(shù)目不增加的時期。, 生長速率常數(shù)R等于零。, 細胞形態(tài)變大或增長。, 細胞內(nèi)RNA尤其是rRNA含量增高，原生質(zhì)呈嗜堿性。, 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。,影響延滯期長短的因素,（1）接種齡,（2）接種量,（3）培養(yǎng)基成分, 延滯期 (lag phase),出現(xiàn)延滯期的原因？, 指數(shù)期 (exponential phase),是指在生長曲線中，緊接著延滯期的一段細胞數(shù)以幾何級數(shù)增長的時期。, 生長速率常數(shù)R最大，代時G最短；, 整個群體的生理特性較一致；, 酶系活躍，代謝旺盛。, 細胞各成分平衡增長，生長速率恒定；,三個重要參數(shù),（1）繁殖代數(shù)(n)

4、,（2）生長速率常數(shù)(R),（3）代時(G), 指數(shù)期 (exponential phase),G = (t2-t1) / n = (t2-t1) / 3.322(lgX2-lgX1),R = 1 /G = 3.322 (lgX2-lgX1) / (t2-t1),X2 = X1 2n 兩邊取對數(shù)： lgX2 = lgX1 + nlg2 （lg2 =0.301） n = 3.322 ( lgX2 - lgX1), 指數(shù)期 (exponential phase),影響代時長短的因素,（1）菌種,（2）營養(yǎng)成分,（3）營養(yǎng)物濃度,（4）培養(yǎng)溫度,營養(yǎng)物濃度對生長速度和菌體產(chǎn)量的影響, 指數(shù)期 (ex

5、ponential phase), 穩(wěn)定期(stationary phase),生長速率常數(shù)R=0，即新繁殖的細胞數(shù)與衰亡的細胞數(shù)相等；,菌體產(chǎn)量達到最高點，且產(chǎn)量與營養(yǎng)物質(zhì)的消耗出現(xiàn)有規(guī)律的比例關(guān)系，用生長產(chǎn)量常數(shù)Y表示；,Y = (X-X0) / C0-C = (X-X0) / C0,X ：穩(wěn)定期的細胞干重(g/ml培養(yǎng)液） X0 ：剛接種時的細胞干重 C0 ：限制性營養(yǎng)物的最初濃度(g/ml) C ： 穩(wěn)定時期限制性營養(yǎng)物的濃度,通過對穩(wěn)定期到來原因的研究，促進了連續(xù)培養(yǎng)原理的提出和工藝、技術(shù)的創(chuàng)建；,對以生產(chǎn)菌體或與菌體生長相平行的代謝產(chǎn)物(SCP、乳酸)等為目的的一些發(fā)酵生產(chǎn)來說，穩(wěn)

6、定期是產(chǎn)物的最佳收獲期：,是對維生素、堿基和氨基酸等生長因子進行生物測定的最佳測定時期；,穩(wěn)定期的實踐意義,IV 衰亡期 (death phase),微生物個體死亡速度超過新生速度，整個群體呈現(xiàn)負生長狀態(tài)； 細胞形態(tài)發(fā)生變化，出現(xiàn)畸形； 有的發(fā)生自溶； 有的合成或釋放次生代謝產(chǎn)物； 芽孢此期釋放；,三、 微生物的連續(xù)培養(yǎng)方法,穩(wěn)定期到來的主要原因？,營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡； 有害代謝產(chǎn)物的累計； 理化條件的不適宜等；,是一種根據(jù)培養(yǎng)器內(nèi)微生物的生長密度，并借光電控制系統(tǒng)來控制培養(yǎng)液流速，使細菌培養(yǎng)液保持恒定的連續(xù)培養(yǎng)方法； 主要用于獲得大量菌體或與菌體相平行的代謝產(chǎn)物。,1. 恒濁器

7、(turbidostat),2、恒化器 (chemostat),是一種設(shè)法使培養(yǎng)液的流速保持不變，并使微生物始終在低于其最高生長速率的條件下進行繁殖的連續(xù)培養(yǎng)裝置； 主要獲得不同生長速率的菌體；,恒濁與恒化培養(yǎng)控制裝置,Turbidostat & chemostat的比較,分批培養(yǎng)與連續(xù)培養(yǎng)的比較,連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)缺點,優(yōu)點 高效 自控 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 節(jié)約動力、人力、水和蒸汽等 缺點 菌種容易退化 容易污染雜菌 營養(yǎng)物的利用率低于單批培養(yǎng),微生物的高密度培養(yǎng),指微生物在液體培養(yǎng)中細胞群體密度超過常規(guī)培養(yǎng)10倍以上的生長狀態(tài)或培養(yǎng)技術(shù)； 目前由于研究的微生物種類主要局限于E.coli and S.c

8、erevisiae 等兼性厭氧菌；,第三節(jié) 影響微生物生長的主要因素,一、 溫度,二、 氧氣,三、 pH值,一、 溫度(temperature),嗜冷菌 (20oC) 嗜溫菌 (20-45oC) 嗜熱菌 (50-60oC) 嗜高溫菌 (80-95oC) 極端高溫菌(105-150oC),根據(jù)溫度對微生物的影響分類,Thermophile and Biotechnology,來自嗜熱菌的酶可在高溫下穩(wěn)定的催化生物化學(xué)反應(yīng)；其中由Thermus aquaticus 中分離出來的 DNA 聚合酶，Taq polymerase， 已廣泛應(yīng)用于PCR反應(yīng)； 分離自Pyrocuccus furiosus

9、的 pfu polymerase應(yīng)用于PCR反應(yīng)更加穩(wěn)定，而且錯誤率更低；,二、 氧氣 (oxygen),微生物與氧的關(guān)系,厭氧菌的氧毒害機制,厭氧菌體內(nèi)無SOD(超氧化物歧化酶)，因此受生物體內(nèi)普遍存在的超氧陰離子自由基的毒害作用。,去除O2-等有害活性氧分子的機制,三、 pH值,嗜堿微生物（basophile） 多數(shù)放線菌、硝化細菌、根瘤菌等 耐堿微生物（basotolerant microorganism） 若干鏈霉菌 嗜酸微生物（acidophile） 多數(shù)真菌 耐酸微生物(acidotolerant microorganism) 乳酸桿菌、醋酸桿菌，許多腸桿菌等,第四節(jié) 微生物培養(yǎng)方

10、法概論,1、好氧菌的實驗室培養(yǎng),2、厭氧菌的實驗室培養(yǎng),高層瓊脂柱,Hungate 滾管,厭氧罐技術(shù),厭氧手套箱,第五節(jié) 有害微生物的控制,一、 幾個基本概念,1、滅菌 (sterilization),采用強烈的理化因素使任何物體內(nèi)外部的一切微生物永遠喪失其生長繁殖能力的措施。例如各種高溫滅菌措施等。,2、消毒 (disinfection),消毒是一種采用較溫和的理化因素，僅殺死物體表面或內(nèi)部一部分對人體有害的病原菌，而對被消毒的物體基本無害的措施。 舉例： 一些常用的對皮膚、水果、飲用水進行藥劑消毒的方法； 對啤酒、牛奶、果汁和醬油等進行消毒處理的巴氏消毒法等；,3、防腐(antisepsi

11、s),防腐就是利用某種理化因素完全抑制霉腐微生物的生長繁殖，從而達到防止食品等發(fā)生霉腐的措施。 防腐的常用措施 低溫 缺氧 干燥 高滲 高酸度 防腐劑,4、化學(xué)治療 (chemotherapy),它是利用具有高度選擇毒力（selective toxicity，即對病原菌具有高度毒力而對宿主無顯著毒性）的化學(xué)物質(zhì)來抑制宿主體內(nèi)病原微生物的生長繁殖，借以達到治療該傳染病的一種措施。 用于化療目的的化學(xué)物質(zhì)稱化學(xué)治療劑； 一些重要的化學(xué)治療劑種類： 各種抗生素 磺胺類藥物 中草藥中的有效成分等,滅菌、消毒、防腐和化療的比較,（一）物理方法高溫殺菌,烘箱內(nèi)熱空氣滅菌法,150170 12h 徹底殺滅細

12、菌； 適用于金屬和玻璃器皿的滅菌；,火焰灼燒法,僅適用于接種環(huán)、接種針的滅菌或帶病原菌的材料、動物尸體的燒毀等。,干熱滅菌法,1、熱蒸汽對細胞成分的破壞作用更強； 2、熱蒸汽比熱空氣穿透力更強； 3、蒸汽存在潛熱，當(dāng)氣體轉(zhuǎn)變成液體時可放出大量熱量； 4、可迅速提高滅菌物體的溫度。,相同溫度下，濕熱滅菌比干熱滅菌好；,濕熱滅菌法,干熱與濕熱空氣對不同細胞的致死時間,巴氏消毒法,一種低溫濕熱消毒法。,間歇滅菌法 (fractional sterilization),80100 1560 min 殺滅所有微生物的營養(yǎng)體； 37 或室溫保溫過夜，誘發(fā)芽孢萌發(fā)為營養(yǎng)體； 重復(fù)上述步驟三次，在較低的滅菌溫

13、度下徹底滅菌； 適用于不耐熱培養(yǎng)基的滅菌。,高壓蒸汽滅菌法,121 ；15-20 min；1kg/cm2 是被廣泛使用的方法；,高壓蒸汽滅菌鍋構(gòu)造,1、壓力表 2、安全閥 3、放氣閥 4、軟管 5、緊固螺栓 6、滅菌桶 7、篩架 8、水,手提式高壓蒸汽滅菌鍋,1、加水至止水線； 2、滅菌物品包裹好； 3、開啟放氣閥； 4、加熱排氣； 5、達到預(yù)定表壓，開始計時； 6、關(guān)閉熱源，當(dāng)壓力降至0.05MPa時，緩慢開啟放氣閥。,高壓蒸汽滅菌鍋使用方法,4、過濾,2、輻射：紫外線、電離輻射和強可見光等,3、干燥和滲透壓（高滲）,其他物理控制方法,過濾除菌,（二） 化學(xué)方法殺菌,1. 表面消毒劑(sur

14、face disinfactant),是指對一切活細胞都有毒性，不能用作活細胞或機體內(nèi)治療用的化學(xué)藥劑。,常用表面消毒劑及應(yīng)用,影響消毒劑作用的因素,是指那些能夠特異性地作用于某些微生物并具有選擇性毒性的化學(xué)藥劑； 根據(jù)來源分為兩類： 人工合成(主要是一些生長因子類似物) 磺胺類藥物； 微生物產(chǎn)生 抗生素,2、 化學(xué)治療劑 (chemotherapeutant),（1）磺胺類藥物 生長因子類似物,是第一個發(fā)現(xiàn)的生長因子類似物藥物； 也是人類第一個成功地用于特異性抑制某種微生物的生長來治療疾病的化學(xué)治療劑。,對氨基苯甲酸（PABA） (正常代謝物）,磺胺 (代謝物拮抗物）,磺胺類藥物的殺菌機制P

15、ABA代謝類似物,二氫葉酸,二氫葉酸合成酶,二氫葉酸還原酶,四氫葉酸,輔酶F,核酸合成,細菌體內(nèi)合成葉酸,二氫蝶啶,二氫蝶酸,二氫蝶酸合成酶,二氫葉酸,二氫葉酸合成酶,二氫葉酸還原酶,四氫葉酸,輔酶F,核酸合成,磺胺藥,TMP,TMP(三甲基芐二氨嘧啶) 磺胺增效劑,細菌體內(nèi)葉酸合成受阻,二氫蝶啶,二氫蝶酸,二氫蝶酸合成酶,PABA,假二氫葉酸,（2）抗生素 (antibiotics),一類由微生物或其他生物生命活動過程中合成的次生代謝產(chǎn)物或其人工衍生物，它們在很低濃度時就能抑制或干擾他種生物（包括病原菌、病毒和癌細胞等)的生命活動，因而可用作優(yōu)良的化學(xué)治療劑； 目前在臨床上應(yīng)用的抗生素僅五六

16、十種。,抗生素的抗菌譜,由于不同微生物對不同抗生素的敏感性不一樣，抗生素的作用對象就有一定的范圍，這種作用范圍成為抗生素的抗菌譜。,抗生素的作用機制,抑制細胞壁合成； 干擾細胞膜的功能； 抑制蛋白質(zhì)的合成； 抑制核酸的合成；,1.抑制細胞壁合成,TMP,磺胺藥,PAPB,細胞膜,多粘菌素 短桿菌肽,鏈霉素 卡那霉素 四環(huán)素,3.抑制蛋白質(zhì)合成,紅霉素 氯霉素,2. 抑制RNA合成,2.抑制DNA解旋酶,諾氟沙星 新生霉素,主要抗生素和化學(xué)治療劑的作用模型,利福霉素 利福平,3.抑制蛋白質(zhì)合成,4. 干擾細胞膜合成,5.抑制細胞代謝,微生物的抗藥性,抗藥性主要通過遺傳途徑產(chǎn)生，如基因突變、遺傳重

17、組或質(zhì)粒轉(zhuǎn)移等。,1、產(chǎn)生一種能使藥物失去活性的酶； 2、把藥物作用的靶位加以修飾； 3、形成“救護途徑”； 4、使藥物不能透過細胞膜； 5、通過主動外排系統(tǒng)把進入細胞內(nèi)的藥物泵出細胞外。,微生物產(chǎn)生抗藥性的原因,如何解決微生物的抗藥性問題？,篩選新的抗生素； 對天然抗生素的結(jié)構(gòu)進行改造； 尋找比抗生素療效更為廣泛的生理活性產(chǎn)物； 生物藥物素：具有多種生理活性的微生物次生代謝物； 酶抑制劑 免疫調(diào)節(jié)劑 受體拮抗劑 抗氧化劑,解決方法,在微生物的培養(yǎng)過程中，如果要縮短其生長的延遲期，可以在菌種、培養(yǎng)基和其它方面采取哪些措施? 細菌生長曲線分哪幾個時期？各時期有何特征及在工業(yè)發(fā)酵中的應(yīng)用。 單細胞微生物的群體生長規(guī)律常分為哪四個時期？各有何特點？ 辨析題：分批培養(yǎng)時，細菌首先經(jīng)歷一個適應(yīng)期，此期間細胞處于代謝活動的低潮，所以細胞數(shù)目并不增加。,思考題,在微生物培養(yǎng)過程中，引起pH改變的原因有哪些？在