《微生物的生長繁殖》PPT課件.ppt

1、微生物的生長繁殖 及其控制,第六章,生物個體由小到大的增長，即表現(xiàn)為細(xì)胞組分與結(jié)構(gòu)在量方面的增加,生長,指生物個體數(shù)目的增加,繁殖,在單細(xì)胞微生物中，生長繁殖的速度很快，而且兩者始終交替進行，個體生長與繁殖的界限難以劃清，因此實際上常群體生長作為衡量微生物生長的指標(biāo)。,群體生長的實質(zhì)是包含著個體細(xì)胞生長與繁殖交替進行的過程,個體生長 個體繁殖 群體生長 群體生長 個體生長+個體繁殖 由于微生物的個體極小，所以常用群體生長來反映個體生長的狀況,第一節(jié) 微生物純培養(yǎng)的獲得,平板劃線分離法,稀釋倒平板法,單孢子或單細(xì)胞分離法,利用選擇性培養(yǎng)基分離法,1.平板劃線分離法,用接種環(huán)以菌操作沾取少許待分離

2、的材料，在無菌平板表面進行平行劃線、扇形劃線或其他形式的連續(xù)劃線 ，如果劃線適宜的話，微生物能一一分散，經(jīng)培養(yǎng)后，可在平板表面得到單菌落。,2.稀釋倒平板法,3.單孢子或單細(xì)胞分離法,采取顯微分離法從混雜群體中直接分離單個細(xì)胞或單個個體進行培養(yǎng)以獲得純培養(yǎng) 。,在顯微鏡下使用單孢子分離器進行機械操作，挑取單孢子或單細(xì)胞進行培養(yǎng)。也可以采用特制的毛細(xì)管在載玻片的瓊脂涂層上選取單孢子并切割下來，然后移到合適的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。,4.選擇性培養(yǎng)基分離法,各種微生物對不同的化學(xué)試劑、染料、抗生素等具有不同的抵抗能力，利用這些特性可配制合適某種微生物而限制其它微生物生長的選擇培養(yǎng)基，用它來培養(yǎng)微生物以獲得

3、純培養(yǎng)。,微生物純培養(yǎng)分離方法的比較,第二節(jié) 微生物生長的測定,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；,評價培養(yǎng)條件、營養(yǎng)物質(zhì)等對微生物生長的影響；,微生物生長,微生物生長測量方法,個體計數(shù)法,重 量 法,生理指標(biāo)法,1.個體計數(shù)法,a.直接法,利用血球計數(shù)板，在顯微鏡下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；,b.簡接法,原理是每個活細(xì)菌在適宜的培養(yǎng)基和良好的生長條件下可以通過生長形成菌落。,2.重量法,通過樣品中蛋白質(zhì)、核酸含量的測定間

4、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,以干重、濕重直接衡量微生物群體的生物量；,3.生理指標(biāo)測定法,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)。,常用于對微生物的快速鑒定與檢測,微生物的生理指標(biāo)，如呼吸強度，耗氧量、酶活性、生物熱等與其群體的規(guī)模成正相關(guān)。,第三節(jié) 微生物的生長規(guī)律,一、細(xì)菌群體生長規(guī)律,在不補充營養(yǎng)物質(zhì)或移去培養(yǎng)物，保持整個培養(yǎng)液體積不變條件下，以時間為橫坐標(biāo)，以菌數(shù)為縱坐標(biāo)，根據(jù)不同培養(yǎng)時間時細(xì)菌數(shù)量的變化，可以作出一條反映細(xì)菌在整個培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。,生

5、長曲線,生長曲線可分：,延滯期,對數(shù)期,衰亡期,穩(wěn)定期,1.延滯期,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。,遲緩期的特點：分裂遲緩、代謝活躍,通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使遲緩期縮短； 利用對數(shù)生長期的細(xì)胞作為“種子”； 盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大； 適當(dāng)擴大接種量等方式縮短遲緩期，克服不良的影響。,在工業(yè)發(fā)酵和科研中通常采取一定的措施縮短延滯期：,2.對數(shù)期,指數(shù)期的特點 細(xì)菌數(shù)量呈對數(shù)增加 生長速度常數(shù)R最大 細(xì)胞進行平衡生長 酶系活躍，代謝旺盛 影響指數(shù)期微生物增代時間的因素 菌種 營養(yǎng)成分 營養(yǎng)

6、物的濃度 發(fā)酵工業(yè)上盡量延長該期，以達到較高的菌體密度,細(xì)菌研究中常用的三個參數(shù),（1）繁殖代數(shù)（n） 指數(shù)生長方式： 1 2 4 8 2n 設(shè)接種時細(xì)胞數(shù)為x1, 時間為t1, 到時間t2后，繁殖n代，細(xì)胞數(shù)為x2，它們之間的相互關(guān)系為： x2 = x1*2n 以對數(shù)表示： x2 = x1 + n2 x2 - x1 n = = 3.322( x2 - x1 ) 2,（2）生長速度常數(shù)（R） n x2 - x1 R = = t2 t1 log2( t2 t1 ) （3）代時(G) 1 t2 t1 G = = R 3.322( x2 - x1),特點： 1 生長速率常數(shù)R等于0 2 菌體產(chǎn)量達到

7、了最高值 3 合成次生代謝產(chǎn)物 4 細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)儲藏物質(zhì)，芽孢菌內(nèi)開始 產(chǎn)生芽孢 產(chǎn)生原因： 營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡 營養(yǎng)物的比例失調(diào)，如碳氮比不合適 有害代謝廢物的積累（酸、醇、毒素等） 物化條件（pH、氧化還原勢等）不合適,通過補充營養(yǎng)物質(zhì)或取走代謝產(chǎn)物或改善培養(yǎng)條件，如對好氧菌進行通氣、攪拌或振蕩等 獲得更多的代謝產(chǎn)物,3.穩(wěn)定期,4.衰亡期,特點： 1 R為負(fù)值 2 細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生變化，出現(xiàn)不規(guī)則的衰退形 3 釋放次生代謝產(chǎn)物，芽孢等 4 菌體開始自溶 產(chǎn)生原因： 生長條件的進一步惡化，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,二、同步培養(yǎng),1.概念,同步培養(yǎng)(sy

8、nchronous culture)：是一種培養(yǎng)方法，它能使群體中不同步的細(xì)胞轉(zhuǎn)變成能同時進行生長或分裂的群體細(xì)胞。,同步生長：以同步培養(yǎng)方法使群體細(xì)胞能處于同一生長階段，并同時進行分裂的生長方式,同步培養(yǎng)物常被用來研究在單個細(xì)胞上難以研究的生理與遺傳特性和作為工業(yè)發(fā)酵的種子，它是一種理想的材料。,同步培養(yǎng)方法,機械方法,環(huán)境條件控制技術(shù),離心方法,過濾分離法,硝酸纖維素濾膜法,溫度,培養(yǎng)基成份控制,光照和黑暗交替培養(yǎng),硝酸纖維素濾膜法,離心法,三、連續(xù)培養(yǎng),連續(xù)培養(yǎng)(continous culture of microorganisms)是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

9、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。,連續(xù)培養(yǎng)的基本原則：微生物培養(yǎng)過程中不斷的補充營養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物,連續(xù)培養(yǎng)類型,恒濁連續(xù)培養(yǎng),恒化連續(xù)培養(yǎng),(一)恒化連續(xù)培養(yǎng),在整個培養(yǎng)過程中通過控制培養(yǎng)基中某種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度基本恒定的方式，保持細(xì)菌的比生長速率恒定，使生長“不斷”進行。,生長速率的控制因子：一般是氨基酸、氨和銨鹽等氮源，或是葡萄糖、麥芽糖等碳源或者是無機鹽，生長因子等物質(zhì),恒化器連續(xù)培養(yǎng)通常用于微生物學(xué)的研究，篩選不同的變種。,(二)恒濁連續(xù)培養(yǎng),通過連續(xù)培養(yǎng)裝置中的光電系統(tǒng)控制培養(yǎng)液中菌體濃度恒定、使細(xì)菌生長連續(xù)進行的一種培養(yǎng)方式。,用于菌體以及與菌體生長

10、平行的代謝產(chǎn)物生產(chǎn)的發(fā)酵工業(yè),(三)連續(xù)發(fā)酵與單批發(fā)酵相比,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度； 產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；,缺點：雜菌污染和菌種退化,第四節(jié) 環(huán)境因素對微生物的影響,影響因素：,氧,溫 度,PH 值,(一) 溫 度,根據(jù)微生物生長的最適溫度不同，可以將微生物分為嗜冷、兼性嗜冷、嗜溫、嗜熱和超嗜熱等五種不同的類型。它們都有各自的最低、最適和最高生長溫度范圍。,最適生長溫度：某菌分裂代時最短或生長速率最高時的培養(yǎng)溫度,(二) PH,微生物生長過程中機體內(nèi)發(fā)生的絕大多數(shù)的反應(yīng)是酶促反應(yīng)，而酶促反應(yīng)都有一個最適pH范圍，在此范圍內(nèi)只要條件適合，酶促

11、反應(yīng)速率最高，微生物生長速率最大，因此微生物生長也有一個最適生長的pH范圍。,(三) 氧,根據(jù)氧與微生物生長的關(guān)系可將微生物分為,好氧,微好氧,耐氧型,兼性厭氧,專性厭氧,自由基是一種強氧化劑，它與生物大分子互相作用，可導(dǎo)致產(chǎn)生生物分子自由基，從而對機體產(chǎn)生損傷或突變作用，直至死亡。氧之所以對專性厭氧微生物以外的其他四種類型微生物不產(chǎn)生致死作用，是因為它們具有超氧物歧化酶，可催化起氧化基化合物分解，最終分解成水。,氧對于好氧微生物生長雖然可以通過好氧呼吸產(chǎn)生更多的能量，滿足機體的生長需要，但另一方面，氧對一切生物都會使其產(chǎn)生有毒害作用的代謝產(chǎn)物，如超氧基化合物與H2O2，這兩種代謝產(chǎn)物互相作用

12、還會產(chǎn)生毒性很強的自由基OH.。,第五節(jié) 微生物生長繁殖的控制,一、基本概念,防腐(antisepsis)：在某些化學(xué)物質(zhì)或物理因子作用下，能防止或抑制微生物生長的一種措施,消毒(disinfection)：利用某種方法殺死或滅活物質(zhì)或物體中所有病原微生物的一種措施,滅菌(sterilization)：指利用某種方法殺死物體中包括芽孢在內(nèi)的所有微生物的一種措施,化療(chemotherapy)：利用具有選擇毒性的化學(xué)物質(zhì)如磺胺、抗生素等對生物體內(nèi)部被微生物感染的組織成病受細(xì)胞進行治療，以殺死組織內(nèi)的病原微生物或病變細(xì)胞，但對機體本身無毒害作用的治療措施。,二、控制微生物的化學(xué)物質(zhì),1抗微生物劑

13、,抗微生物劑(antimicrobial agcnt)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),根據(jù)它們抗微生物的特性可分為：,抑菌劑,殺菌劑,溶菌劑,用機理是這類物質(zhì)結(jié)合到核糖體上抑制蛋白質(zhì)合成，導(dǎo)致生長停止，由于它們同核糖體結(jié)合不緊，它們在濃度降低時又會游離出來，核糖體合成蛋白質(zhì)的能力恢復(fù)，使生長恢復(fù),它們是緊緊地結(jié)合到細(xì)胞的作用靶上，即使在濃度降低時也不能游離出來，因此生長不能恢復(fù),能抑制細(xì)胞壁合成或損傷細(xì)胞質(zhì)膜,抗微生物劑通常又將它們分為,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

14、微生物藥物。,HgCl2、CuSO4、碘液、氯氣、乙烯氧化物、甲醛劑、臭氧,有機汞、0.1%-1硝酸銀、碘液、70%乙醇、3過氧化氫,各種抗微生物化學(xué)制劑殺菌能力的比較標(biāo)準(zhǔn)：,石炭酸系數(shù)： 指在一定時間內(nèi)被試藥劑能殺死全部供試菌的最高稀釋度和達到同效的石炭酸的最高稀釋度的比率。一般規(guī)定處理時間為10分鐘，而供試菌定為Salmonella typhi（傷寒沙門氏菌）。,在臨床上最早使用的消毒劑-石炭酸,2抗代謝物 (Antimetabolite),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，以至可以和特定的酶結(jié)合，從而阻礙了酶的功能，干擾了代謝的正常進行，這些物質(zhì)稱為抗代謝物。,葉酸對抗物（

15、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）,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。,作用機理：磺胺是葉酸組成部分對氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)類似物,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

16、酸為生長因子進行生長。,3抗生素,抗生素(Antibiotic) 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。,(1)概念,自本世紀(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。,(2)作用機制,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,(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，使抗生素不進入細(xì)胞或進入細(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

17、多聚體，以取 代或部分取原來的多聚體；,(4)應(yīng)用抗生素注意,(1)第一次使用的藥物劑量要足； (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)有抗生素進行改造； (5)篩選新的更有效的抗生素；,三、控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,1.高溫滅菌,高壓蒸汽滅菌法,高壓蒸汽滅菌的溫度越高，微生物死亡越快。通常情況下溫度為121.3。,衡量滅菌效果的指標(biāo),十倍致死時間 (decimal reduction time)：即在一定的溫度條件下，微生物數(shù)量十倍減少所需要的時間。 熱致死時間(thennaldeatht

18、ime)：即在一定溫度下殺死所有某一濃度微生物所需要的時間,干熱滅菌,烘箱內(nèi)熱空氣滅菌 火焰灼燒,干熱滅菌,溫度：150-170 ； 時間：1-2h 對象：金屬器械、玻璃器皿等,將待消毒物品如注射器、金屬用具、解剖用具等在水中煮沸15min或更長時間，以殺死細(xì)菌或其他微生物的營養(yǎng)體和少部分的芽孢或孢子。,煮沸消毒,如果在水中適當(dāng)加1碳酸鈉或2一5的石炭酸則殺菌效果更好,對于某些培養(yǎng)基，由于高壓蒸汽滅菌會破壞某些營養(yǎng)成分，可用間隙滅菌法滅菌，即流通蒸汽(或蒸煮)反復(fù)滅菌幾次，,間隙滅菌法,例如第一次蒸煮后殺死微生物營養(yǎng)體，冷卻，培養(yǎng)過夜，孢子萌發(fā)，又第二次蒸煮，殺死營養(yǎng)體。這樣反復(fù)23次就可以完全殺死營養(yǎng)體和芽孢，也可保持某些營養(yǎng)物質(zhì)不被破壞。,高溫對牛奶及其熱敏感物質(zhì)不適宜，因為高熱破壞了食品的營養(yǎng)與風(fēng)味。,巴