微生物的生长与环境条件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
细胞学、生理学、生物化学研究的好材料
18
分离处于相同生长阶段的同步细胞 方法： 1. 机械分离法
过滤法、区带离心法、膜洗脱子细胞法 2. 诱导法
温度法、养料法、其他方法 3. 解除抑制法
大量稀释，解除抑制剂对细胞合成的抑制
19
3. 连续培养（continuous-flow culture）
指数期，输入培养液，移去培养物，无限期延长指 数生长期
第八章 微生物的生长 与环境条件
（Microbial Growth and the Environment）
1
内容
• 微生物的生长和测定方法*＃ • 环境条件对微生物生长的影响* • 微生物细胞的分化
2
第一节 微生物的生长和测定方法*＃
3
一. 微生物生长的定义 微生物的生长（Growth）：在合适的外界环
境条件下，微生物个体或群体中主要化学 组分的平衡增长。 生长的外部表现：个体数量的增加和群体生 物量（biomass）的增长。
4
二. 微生物生长的测定方法
1. 总数测定（total count）
1）显微镜直接计数法 原理：计数室内细胞数 / 计数室体积 2）比浊法 原理：菌悬液中的细胞浓度与光密度（OD）成正比
什么方法？ 3. 比较杀菌、消毒、防腐和化学治疗的异同，并举
例说明。
41
21
第二节 环境条件对微生物生长的 影响
22
一. 温度
微生物生长的温度范围-12℃～100℃以上。 不同微生物对温度的具体要求不同 生长繁殖具有最低、最高、最适温度 最适温度不一定是代谢的最适温度
23
一）微生物生长的温度类型
微生物类型
低温 型
中温 型
高温 型
专性嗜冷 兼性嗜冷
室温 体温 嗜热 极端嗜热
25
热力灭菌： 1. 湿热灭菌：
连续灭菌法、间歇灭菌法。 普通培养基 121 ℃ ，15～30min 2. 干热灭菌： 各种器皿 160～170 ℃ ，1～2h。 湿热灭菌 V 干热灭菌（芽孢） 121 ℃ 10min 180 ℃10min
26
低温保藏： 当低于温度下限时，微生物新陈代谢减慢， 呈休眠状态，但仍存活。
• 生理、生化、遗传变异研究
• 工业发酵的转种和扩大
指数期
• 收集较多的菌体和代谢产物 稳定期
15
二）细菌的其他生长模式及曲线
1. 二次生长（diauxic growth） 两种主要营养物时 首先利用较易利用的营养物生长 然后利用第二种营养物开始新的生长 二阶段式的双峰生长
16
二次生长曲线： 双峰生长曲线
六. 超声波
振动频率超过20kHz的声波 通过强烈的振动产生空穴作用，使细胞破裂、死亡
33
七. 化学药剂
许多化学药剂能抑制或杀死微生物。 杀菌剂（germicide）：
杀菌作用（杀死一切微生物及其孢子） 消毒剂（disinfectant）：
消毒作用（杀死或消除所有病原微生物） 防腐剂（antisepsis）：防腐作用（抑制微生物生长繁殖） 一）化学药剂作用的一般规律：
13
细菌的代时（generation time）：
细菌在指数期每分裂一次所需的时间，用G表示。
t － 时间跨度 N0－ 指数期开始时细菌数 Nt － 指数期 t 时细菌数 n － 繁殖世代数
G＝ t / n Nt ＝N0 ×2n
G ＝ t / n ＝0.301t / lgNt -lgN0
14
指导科研和生产：
乳糖耗尽 葡萄糖耗尽
同时加入葡萄糖和乳糖
利用营养物的酶系 I 葡萄糖酶系，固有的，优先利用 II 乳糖或阿拉伯糖酶系，诱导合成，受cAMP和 底物的诱导
17
2. 同步生长（synchronized growth） 群体细胞中每个个体细胞在生化周期中都处于相同
的生长阶段。 非同步生长的指数阶段是直线 同步生长的早期阶段是阶梯式曲线（2～3代）
低温冰箱、超低温冰箱、液氮罐 -20 ℃ -80 ℃ -196 ℃
27
二. 水活度和渗透压 三. 酸碱度 四. O2 和Eh值 五. 辐射 六. 超声波 七. 化学药剂
28
二. 水活度和渗透压
一）水活度（water activity，aw）
水活度：为环境中水对微生物的可给性（availability），指
31
四. O2 和Eh值
一） O2
需氧菌（aerobe）
二） Eh值
>0.1V(0.3~0.4V)
厌氧菌（anaerobe）
<0.1V
兼性需氧菌（facultative aerobe）
微需氧菌（microaerobe）(2%~10%O2)
32
五. 辐射
以电磁波的方式通过空间传递的一种能量。 根据波长： 一）可见光（400～700nm）光能微生物的主要能源 二）紫外线（136～397nm）损伤DNA ，微生物死亡或变异 三）电离辐射（更短，能量更大，使被照物发生电离作用）
5
2. 活菌计数（viable count）
1）稀释平皿测数法 原理：高度稀释下
菌落数CFU—— 样品中的活菌数 倾注平皿法（pour plate method） 涂布平皿法（spread plate method）
6
2）最大概率法 原理：概率
系列稀释
接种培养，每级3～5个重复
10 -3
最后生长的三级，计数，查表
抑制肽聚糖、几丁质、蛋白质、核酸等的合成
35
第三节 微生物细胞的分化
36
一. 细菌芽孢的形成
7个阶段
37
芽孢的形成的机制： 遗传因子控制 + 环境因素启动 在基因水平上受多达200个基因控制，环境条
件可启动某些成孢基因，使营养细胞特异 性mRNA的合成终止，并启动成孢基因的转 录，进而合成一系列的特异蛋白。
微生物正常生长时，细胞内溶质的浓度高于细胞外溶质浓度 若细胞外溶质浓度较高，细胞失水，生长被抑制 高渗环境保存蔬菜和水果：高浓度的食盐、蔗糖
30
三. 酸碱度
常以氢离子浓度的负对数（pH）来表示。
微生物生活的pH范围：pH 1～11（4～9） 嗜酸菌（acidophile）要求低pH，如pH 1 嗜碱菌（alkalinophile）要求高pH ，如pH 10～11 pH 改变常影响养料吸收、酶的活性等 发酵工业：调节pH控制代谢途径，如酵母菌发酵糖 （pH 4.5～6.0 ） →乙醇 （pH 7.6 以上 ） →乙醇、丙三醇、乙酸
K＝Cnt K越小，微生物对药剂越敏感
34
二）常用的消毒剂和防腐剂： 1.有机化学药剂：酚、醇、醛、酸 2.无机化学制剂：卤化物、氧化剂、无机酸 3.染色剂：碱性染料如 结晶紫、亚甲基蓝、孔雀绿 4.表面活性剂：肥皂、新洁尔灭 三）化学治疗剂 1.抗代谢物：磺胺类 2.抗生素：由微生物产生或半合成的抑菌、杀菌剂
11
四. 微生物的群体生长----生长曲线 一）细菌的典型生长曲线
分批培养法（batch culture） 活跃时，细胞指数生长（exponential growth） 以半对数图代替算术图，得到直线，便于计算代时
12
细菌的生长曲线（growth curve）
延缓期（Lag phase） 指数期（ Exponential phase ） 稳定期（Stationary phase） 衰亡期（Death phase）
生长温度范围/ ℃ 最低 最适 最高
分布的主要场所
-12 5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ15 15～20 两极地区
-5～0 10～20 25～30 海水、高纬度区、冷藏食品
20～35
土壤、水、空气、动植物
10～20
40～45
3～40
人和温血动物
30 45～65
热泉、堆肥、土壤表层
> 100
50 70～90
加热器、温泉、海底火山口
在一定温度和压力条件下，溶液中的蒸气压（P）与纯水 蒸气压（ Po ）之比。 aw＝ P / Po （0～1）
微生物生长所要求的aw值在0.66～0.99之间 细菌：0.93～0.99 酵母菌：0.88～0.91 丝状真菌：0.80左右
29
二）渗透压（osmotic pressure）
渗透压：若隔以半透膜，一方为水，另一方为溶液，水通过 半透膜向溶液一方渗透。为阻止水的移动在溶液侧所加的 压力称为渗透压。 当半透膜两边的溶质浓度不同时，会产生渗透压差，使水 分子从溶质浓度低的一边流向溶质浓度高的一边。
Cell growth cycle： 新的细胞产生→形成新一代子细胞 一）真核细胞的生长周期：4阶段
G1期---- S期---- G2期---- D期 酵母细胞2h，动植物细胞>10h
10
二）原核细胞的生长周期：3阶段 I期---- R期---- D期
大肠杆菌 ＝60min 40min 20min > 60min I+40min 20min < 60min <40min 20min
38
二. 真菌的形态形成
一）无性孢子形成 二）有性孢子形成 三）二形现象
三. 粘菌的形态形成
39
小结
• 微生物的生长和测定方法*＃ • 环境条件对微生物生长的影响* • 微生物细胞的分化
40
思考题
1. 细菌的生长曲线对科研、生产有哪些指导意义？ 2. 测定饮用水和抗生素发酵罐中的微生物生长宜用
1）恒浊连续培养： 浊度（菌数）恒定，研究代谢和发酵
2）恒化连续培养： 流入和流出的速度相同，养分恒定 模拟自然状态和养料稀薄状态下的生长规律
20
三）真菌的生长模式及曲线 以顶端生长方式伸长和产生新的分枝菌丝。 1. 在固体培养基上 以菌丝长度、菌落直径或面积来衡量 2. 在液体培养基上 以菌丝干重来衡量 1）延缓期 2）迅速生长期 3）衰亡期
低温型：耐冷的酶；富含不饱和脂肪酸的膜结构，保持流动和生理活性 中温型：
高温型：耐热的酶等；富含饱和脂肪酸的膜结构，在高温下稳定
24
二）温度对微生物生长的影响
致死温度：能在10min 内杀死某种微生物的高温界 限称为致死温度。 大多数 50～65 ℃ 孢子 76～80 ℃
致死时间：在某一温度下，杀死微生物细胞所需的 最短时间称为致死时间。
10 -4
特点：较粗放
适宜含菌量少
10 -5
或在固体培养基上不易生长的细菌
7
3）浓缩滤膜法 原理：微孔滤膜过虑富集
培养 菌落数—— 活菌数
8
三）生物量测定（biomass measurement）
细胞干重测定 DNA 含量测定 DABA-HCl ATP含量测定 荧光素 代谢活性
9
三. 微生物细胞的生长周期
18
分离处于相同生长阶段的同步细胞 方法： 1. 机械分离法
过滤法、区带离心法、膜洗脱子细胞法 2. 诱导法
温度法、养料法、其他方法 3. 解除抑制法
大量稀释，解除抑制剂对细胞合成的抑制
19
3. 连续培养（continuous-flow culture）
指数期，输入培养液，移去培养物，无限期延长指 数生长期
第八章 微生物的生长 与环境条件
（Microbial Growth and the Environment）
1
内容
• 微生物的生长和测定方法*＃ • 环境条件对微生物生长的影响* • 微生物细胞的分化
2
第一节 微生物的生长和测定方法*＃
3
一. 微生物生长的定义 微生物的生长（Growth）：在合适的外界环
境条件下，微生物个体或群体中主要化学 组分的平衡增长。 生长的外部表现：个体数量的增加和群体生 物量（biomass）的增长。
4
二. 微生物生长的测定方法
1. 总数测定（total count）
1）显微镜直接计数法 原理：计数室内细胞数 / 计数室体积 2）比浊法 原理：菌悬液中的细胞浓度与光密度（OD）成正比
什么方法？ 3. 比较杀菌、消毒、防腐和化学治疗的异同，并举
例说明。
41
21
第二节 环境条件对微生物生长的 影响
22
一. 温度
微生物生长的温度范围-12℃～100℃以上。 不同微生物对温度的具体要求不同 生长繁殖具有最低、最高、最适温度 最适温度不一定是代谢的最适温度
23
一）微生物生长的温度类型
微生物类型
低温 型
中温 型
高温 型
专性嗜冷 兼性嗜冷
室温 体温 嗜热 极端嗜热
25
热力灭菌： 1. 湿热灭菌：
连续灭菌法、间歇灭菌法。 普通培养基 121 ℃ ，15～30min 2. 干热灭菌： 各种器皿 160～170 ℃ ，1～2h。 湿热灭菌 V 干热灭菌（芽孢） 121 ℃ 10min 180 ℃10min
26
低温保藏： 当低于温度下限时，微生物新陈代谢减慢， 呈休眠状态，但仍存活。
• 生理、生化、遗传变异研究
• 工业发酵的转种和扩大
指数期
• 收集较多的菌体和代谢产物 稳定期
15
二）细菌的其他生长模式及曲线
1. 二次生长（diauxic growth） 两种主要营养物时 首先利用较易利用的营养物生长 然后利用第二种营养物开始新的生长 二阶段式的双峰生长
16
二次生长曲线： 双峰生长曲线
六. 超声波
振动频率超过20kHz的声波 通过强烈的振动产生空穴作用，使细胞破裂、死亡
33
七. 化学药剂
许多化学药剂能抑制或杀死微生物。 杀菌剂（germicide）：
杀菌作用（杀死一切微生物及其孢子） 消毒剂（disinfectant）：
消毒作用（杀死或消除所有病原微生物） 防腐剂（antisepsis）：防腐作用（抑制微生物生长繁殖） 一）化学药剂作用的一般规律：
13
细菌的代时（generation time）：
细菌在指数期每分裂一次所需的时间，用G表示。
t － 时间跨度 N0－ 指数期开始时细菌数 Nt － 指数期 t 时细菌数 n － 繁殖世代数
G＝ t / n Nt ＝N0 ×2n
G ＝ t / n ＝0.301t / lgNt -lgN0
14
指导科研和生产：
乳糖耗尽 葡萄糖耗尽
同时加入葡萄糖和乳糖
利用营养物的酶系 I 葡萄糖酶系，固有的，优先利用 II 乳糖或阿拉伯糖酶系，诱导合成，受cAMP和 底物的诱导
17
2. 同步生长（synchronized growth） 群体细胞中每个个体细胞在生化周期中都处于相同
的生长阶段。 非同步生长的指数阶段是直线 同步生长的早期阶段是阶梯式曲线（2～3代）
低温冰箱、超低温冰箱、液氮罐 -20 ℃ -80 ℃ -196 ℃
27
二. 水活度和渗透压 三. 酸碱度 四. O2 和Eh值 五. 辐射 六. 超声波 七. 化学药剂
28
二. 水活度和渗透压
一）水活度（water activity，aw）
水活度：为环境中水对微生物的可给性（availability），指
31
四. O2 和Eh值
一） O2
需氧菌（aerobe）
二） Eh值
>0.1V(0.3~0.4V)
厌氧菌（anaerobe）
<0.1V
兼性需氧菌（facultative aerobe）
微需氧菌（microaerobe）(2%~10%O2)
32
五. 辐射
以电磁波的方式通过空间传递的一种能量。 根据波长： 一）可见光（400～700nm）光能微生物的主要能源 二）紫外线（136～397nm）损伤DNA ，微生物死亡或变异 三）电离辐射（更短，能量更大，使被照物发生电离作用）
5
2. 活菌计数（viable count）
1）稀释平皿测数法 原理：高度稀释下
菌落数CFU—— 样品中的活菌数 倾注平皿法（pour plate method） 涂布平皿法（spread plate method）
6
2）最大概率法 原理：概率
系列稀释
接种培养，每级3～5个重复
10 -3
最后生长的三级，计数，查表
抑制肽聚糖、几丁质、蛋白质、核酸等的合成
35
第三节 微生物细胞的分化
36
一. 细菌芽孢的形成
7个阶段
37
芽孢的形成的机制： 遗传因子控制 + 环境因素启动 在基因水平上受多达200个基因控制，环境条
件可启动某些成孢基因，使营养细胞特异 性mRNA的合成终止，并启动成孢基因的转 录，进而合成一系列的特异蛋白。
微生物正常生长时，细胞内溶质的浓度高于细胞外溶质浓度 若细胞外溶质浓度较高，细胞失水，生长被抑制 高渗环境保存蔬菜和水果：高浓度的食盐、蔗糖
30
三. 酸碱度
常以氢离子浓度的负对数（pH）来表示。
微生物生活的pH范围：pH 1～11（4～9） 嗜酸菌（acidophile）要求低pH，如pH 1 嗜碱菌（alkalinophile）要求高pH ，如pH 10～11 pH 改变常影响养料吸收、酶的活性等 发酵工业：调节pH控制代谢途径，如酵母菌发酵糖 （pH 4.5～6.0 ） →乙醇 （pH 7.6 以上 ） →乙醇、丙三醇、乙酸
K＝Cnt K越小，微生物对药剂越敏感
34
二）常用的消毒剂和防腐剂： 1.有机化学药剂：酚、醇、醛、酸 2.无机化学制剂：卤化物、氧化剂、无机酸 3.染色剂：碱性染料如 结晶紫、亚甲基蓝、孔雀绿 4.表面活性剂：肥皂、新洁尔灭 三）化学治疗剂 1.抗代谢物：磺胺类 2.抗生素：由微生物产生或半合成的抑菌、杀菌剂
11
四. 微生物的群体生长----生长曲线 一）细菌的典型生长曲线
分批培养法（batch culture） 活跃时，细胞指数生长（exponential growth） 以半对数图代替算术图，得到直线，便于计算代时
12
细菌的生长曲线（growth curve）
延缓期（Lag phase） 指数期（ Exponential phase ） 稳定期（Stationary phase） 衰亡期（Death phase）
生长温度范围/ ℃ 最低 最适 最高
分布的主要场所
-12 5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ15 15～20 两极地区
-5～0 10～20 25～30 海水、高纬度区、冷藏食品
20～35
土壤、水、空气、动植物
10～20
40～45
3～40
人和温血动物
30 45～65
热泉、堆肥、土壤表层
> 100
50 70～90
加热器、温泉、海底火山口
在一定温度和压力条件下，溶液中的蒸气压（P）与纯水 蒸气压（ Po ）之比。 aw＝ P / Po （0～1）
微生物生长所要求的aw值在0.66～0.99之间 细菌：0.93～0.99 酵母菌：0.88～0.91 丝状真菌：0.80左右
29
二）渗透压（osmotic pressure）
渗透压：若隔以半透膜，一方为水，另一方为溶液，水通过 半透膜向溶液一方渗透。为阻止水的移动在溶液侧所加的 压力称为渗透压。 当半透膜两边的溶质浓度不同时，会产生渗透压差，使水 分子从溶质浓度低的一边流向溶质浓度高的一边。
Cell growth cycle： 新的细胞产生→形成新一代子细胞 一）真核细胞的生长周期：4阶段
G1期---- S期---- G2期---- D期 酵母细胞2h，动植物细胞>10h
10
二）原核细胞的生长周期：3阶段 I期---- R期---- D期
大肠杆菌 ＝60min 40min 20min > 60min I+40min 20min < 60min <40min 20min
38
二. 真菌的形态形成
一）无性孢子形成 二）有性孢子形成 三）二形现象
三. 粘菌的形态形成
39
小结
• 微生物的生长和测定方法*＃ • 环境条件对微生物生长的影响* • 微生物细胞的分化
40
思考题
1. 细菌的生长曲线对科研、生产有哪些指导意义？ 2. 测定饮用水和抗生素发酵罐中的微生物生长宜用
1）恒浊连续培养： 浊度（菌数）恒定，研究代谢和发酵
2）恒化连续培养： 流入和流出的速度相同，养分恒定 模拟自然状态和养料稀薄状态下的生长规律
20
三）真菌的生长模式及曲线 以顶端生长方式伸长和产生新的分枝菌丝。 1. 在固体培养基上 以菌丝长度、菌落直径或面积来衡量 2. 在液体培养基上 以菌丝干重来衡量 1）延缓期 2）迅速生长期 3）衰亡期
低温型：耐冷的酶；富含不饱和脂肪酸的膜结构，保持流动和生理活性 中温型：
高温型：耐热的酶等；富含饱和脂肪酸的膜结构，在高温下稳定
24
二）温度对微生物生长的影响
致死温度：能在10min 内杀死某种微生物的高温界 限称为致死温度。 大多数 50～65 ℃ 孢子 76～80 ℃
致死时间：在某一温度下，杀死微生物细胞所需的 最短时间称为致死时间。
10 -4
特点：较粗放
适宜含菌量少
10 -5
或在固体培养基上不易生长的细菌
7
3）浓缩滤膜法 原理：微孔滤膜过虑富集
培养 菌落数—— 活菌数
8
三）生物量测定（biomass measurement）
细胞干重测定 DNA 含量测定 DABA-HCl ATP含量测定 荧光素 代谢活性
9
三. 微生物细胞的生长周期