第六章微生物的分布
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第六章微生物的生长及其控制
第六章微生物的生长及其控制微生物不论其在自然条件下还是在人为条件下发生作用，都是通过“以数取胜”或“以量取胜”。
生长和繁殖就是保证微生物获得巨大数量的必要前提。
微生物生长是指由于细胞成分的增加导致微生物的个体大小、群体数量或两者的增长。
个体细胞生长：细胞内组分的增加，导致细胞总量（体积、质量、大小）扩个体繁殖：是微生物个体生长到一定阶段，由于细胞结构的复制与重建并通由于微生物个体微小，以个体为对象研究其生长和繁殖十分不便，常以群体数量的变化来研究微生物的生长。
在微生物学中，凡说“生长”一般均指群体生长，这与研究大型生物有所不同。
群体生长：指在一定时间和条件下，微生物细胞总量的增加。
既有量变也有质变。
三者之间的关系：个体生长→个体繁殖→群体生长群体生长＝个体生长＋个体繁殖第一节测定生长繁殖的方法测定生长的方法是以原生质含量的增加为基础，测定繁殖是建立在计算个体数目上。
一、测生长量直接方法：测菌体细胞（数）量、菌体体积、菌体质量等；间接方法：根据细胞内某种物质的含量或某种代谢活动强度间接测定。
（一）直接法1、测体积这是一种粗放的方法。
将待测培养液放在刻度离心管中作自然沉降或离心沉降，观察其体积。
污泥沉降比（SV）：为含有污泥的混合液在量筒中静置30 min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分数，以%表示。
又叫30 min沉淀率。
该参数是评定活性污泥质量的重要指标之一。
正常范围为15-30%。
2、称重此法的原理是根据每个细胞有一定的重量而设计的。
它可以用于单细胞、多细胞以及丝状体微生物生长的测定。
包括称干重（DCW）和湿重。
将一定体积的样品通过离心或过滤将菌体分离出来，经洗涤，再离心后直接称重，求出湿重。
如果是丝状体微生物，过滤后用滤纸吸去菌丝之间的自由水，再称重求出湿重。
不论是细菌样品还是丝状菌样品，可以将它们放在已知重量的平皿或烧杯内，于105℃烘干至恒重，取出放入干燥器内冷却，再称量，求出微生物干重。
第六章微生物生长
第六章
微生物的生长与环境条件
目的要求： 1、微生物生长量的测定方式。 2、细菌纯培养生长曲线各个时期的主要特点。 3、物理因子，化学药物对微生物生长的影响。 重 点：
细菌纯培养生长曲线。 难 点：
如何利用细菌纯培养生长曲线的对数生长期来 计算细菌的代时和代数。
第一节 微生物的个体与群体生长和繁殖
利用选择培养基法
适用于分离某些生理类型较特殊 的微生物
三. 微生物生长的测定方法
评价培养条件、营养物质
微
等对微生物生长的影响；
生
物
评价不同的抗菌物质对微生物
生
产生抑制(或杀死)作用的效果；
长
客观地反映微生物生长的规律。
（一） 细胞数量的测定
1. 细胞总数的测定
(1) 显微镜直接计数法： 计数板法（如：血球计数板法、细胞计数板） 改进：用染色剂可区别死活细胞，如酵母用美蓝， 细菌用吖叮橙（紫外光）
3. 连续培养优缺点
1) 优点：
高效：简化了操作; 自控：便于各种仪表进行自动控制; 产品质量稳定; 节约大量动力、人力、水和蒸汽。
3. 连续培养优缺点
2) 缺点：
菌种易于退化； 易于遭到杂菌污染； 营养物利用率低于单批培养。 连续发酵，一般只能维持数月~ 1年。
二第. 获一得节 纯测培定养生的长繁方殖法的方法
在中等浓度下，增加养料浓度只提高最大收获量。
在高等浓度下，增加养料浓度不能对菌体生长速度和 最大收获量起促进作用。
（二）二次生长
当培养液中同时存在两种均能被微生物所利用的主 要营养物质时，微生物将首先利用其中较易利用的营 养物质开始生长。当较易利用的营养物质被消耗完， 进入稳定期后，微生物经过短暂的适应，开始利用第 二种营养物质，再次开始新的对数生长，并进入新的 稳定期，表现为二阶式的双峰生长曲线，称为二次生 长曲线（diauxic growth curve）.
微生物的生长与环境条件
目的要求： 1、微生物生长量的测定方式。 2、细菌纯培养生长曲线各个时期的主要特点。 3、物理因子，化学药物对微生物生长的影响。 重 点：
细菌纯培养生长曲线。 难 点：
如何利用细菌纯培养生长曲线的对数生长期来 计算细菌的代时和代数。
第一节 微生物的个体与群体生长和繁殖
利用选择培养基法
适用于分离某些生理类型较特殊 的微生物
三. 微生物生长的测定方法
评价培养条件、营养物质
微
等对微生物生长的影响；
生
物
评价不同的抗菌物质对微生物
生
产生抑制(或杀死)作用的效果；
长
客观地反映微生物生长的规律。
（一） 细胞数量的测定
1. 细胞总数的测定
(1) 显微镜直接计数法： 计数板法（如：血球计数板法、细胞计数板） 改进：用染色剂可区别死活细胞，如酵母用美蓝， 细菌用吖叮橙（紫外光）
3. 连续培养优缺点
1) 优点：
高效：简化了操作; 自控：便于各种仪表进行自动控制; 产品质量稳定; 节约大量动力、人力、水和蒸汽。
3. 连续培养优缺点
2) 缺点：
菌种易于退化； 易于遭到杂菌污染； 营养物利用率低于单批培养。 连续发酵，一般只能维持数月~ 1年。
二第. 获一得节 纯测培定养生的长繁方殖法的方法
在中等浓度下，增加养料浓度只提高最大收获量。
在高等浓度下，增加养料浓度不能对菌体生长速度和 最大收获量起促进作用。
（二）二次生长
当培养液中同时存在两种均能被微生物所利用的主 要营养物质时，微生物将首先利用其中较易利用的营 养物质开始生长。当较易利用的营养物质被消耗完， 进入稳定期后，微生物经过短暂的适应，开始利用第 二种营养物质，再次开始新的对数生长，并进入新的 稳定期，表现为二阶式的双峰生长曲线，称为二次生 长曲线（diauxic growth curve）.
第六章 微生物生长
恒化连续培养
随着细菌的生长，限制性因子的浓
度降低，致使细菌生长速率受限，但同 时通过自动控制系统来保持限制因子的 恒定流速，不断予以补充，就能使细菌 保持恒定的生长速率。 常见的限制性营养物质有作为氮源 的氨、氨基酸；作为碳源的葡萄糖、乳 酸及生长因子，无机盐等。
三、同步培养
微生物细胞极其微小，但它也有一个自小到大 的过程，即个体生长。要研究微生物的个体生 长，在技术上是极为困难的。 目前主要使用的方法是： 同步培养技术分析细胞各阶段的生物化学特性 变化。 电子显微镜观察细胞的超薄切片。
死亡原因？ 营养短缺；代谢毒物增 多；pH、Eh改变；溶氧 不足。
t
时间
稳定期与生产实践
指导思想：延长稳定期。 措施： 1.调节pH； 2.注意降温、通风； 3.中和排除有毒代谢产物； 4.稳定期是生产收获时期，注意把握好收获时机。
（4）衰亡期（老年）
死亡率＞出生率 ？ 细胞畸形 细胞死亡,出现自溶 有的微生物细胞产生或释放出一些产物。 如氨基酸、转化酶、抗生素等。现象。
单细胞微生物典型生长曲线
生 长 速 + 率 0 指 数 期
延滞期 指数期 稳定期 衰亡期
_
菌 数 目 的 对 数 值
延 滞 期
总菌数
稳定期
衰 亡 期
活菌数
0 时间t
微生物的数量很大，都是10的n次方，取对数作图时 方便，0-10代表1～1010
（1）延滞期－“万事开头难”
特征： 代谢活跃，个体体积、重量增加，
（2）指数期（青年）
快，平均代时（繁殖一代的时间）最短， 生长速率常数最大。 细胞的化学组成、形态、生理特性比较一致。
第六章 微生物的生长 一、名词解释 01. 细菌生长曲线(growth curve
第六章微生物的生长一、名词解释01.细菌生长曲线（growth curve）：当细菌在适宜的环境条件下培养时，如果以培养的时间为横座标，以细菌数量变化为纵坐标，根据细菌数量变化与相应时间变化之间的关系，作出一条反应细菌在培养期间菌数变化规律的曲线，这种曲线称为生长曲线。
02.菌落形成单位（colony forming unit, cfu）：通过浇注或涂布等方法使菌样的微生物单细胞分散在平板上（内），待培养后，每一个活细胞就形成一个单菌落，即为菌落形成单位。
03.比生长速率（specific growth rate）：单位数量的细菌或物质在单位时间（h）内的增加量。
04.同步培养（synchronous culture）：是一种培养方法，它能使群体中的所有细胞变成处于同时进行生长和分裂的群体细胞。
05.连续培养（continuous culture）：是在微生物的整个培养时间内，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并能持续下去的一种培养方式。
06.连续发酵（continuous fermentation）：连续培养如果应用于生产实践上，就称为连续发酵。
07.分批培养：将微生物置于一定容积的培养基中，经过培养生长，最后一次收获，此称为分批培养。
08.二元培养：是纯培养的一种特殊形式。
根据寄生微生物的生活特点，必须将寄生微生物和寄主微生物培养在一起，同时排除其它杂菌。
例如培养苏云金杆菌及其噬菌体，需先在平板培养基上培养细菌，然后在菌苔上接种其噬菌体，经培养后，出现噬菌体感染的透明空斑，这种培养方法称为二元培养。
09.高密度培养（high cell-density culture, HCDC）：有时也称高密度发酵，一般指微生物在液体培养中细胞群体密度超过了常规培养10倍以上时的生长状态或培养技术。
10.致死时间（thermal death time, TDT）：是指在特定的条件和特定的温度下（如60℃），杀死某微生物水悬乳液群体所需要的最短时间。
微生物第六章 - 1
HK和PK途径的反应特点
分解： （磷酸解酮酶）
6-磷酸果糖+Pi → 4-磷酸赤藓糖＋乙酰磷酸（HK）
5-磷酸木酮糖+Pi → 3-P甘油醛＋乙酰-P
氧化：（葡萄糖脱氢酶；葡萄糖酸脱氢酶）（PK）
6-磷酸葡萄糖+NADP+→6-P葡萄糖酸＋NADPH＋H＋ 6-P葡萄糖酸+NADP+→5-P核酮糖+NADPH+H＋+CO2
4-P赤藓糖＋ 6-P果糖 → 7-P景天庚酮糖＋3-P甘油醛
转醛反应：由转羟乙醛基酶（转醛酶）催化：
7-P景天庚酮糖＋3-P甘油醛 → 5-P核糖＋5-P木酮糖
25
碳架重排－转醛和转酮反应
转醛酶
转酮酶
26
磷酸戊糖途径
磷酸戊糖途径（HMP or PP要生理功能为产生NADPH和C3~C7的小分
3-磷酸甘油醛 +2Pi →1,3-二磷酸甘油酸+4e+4H＋
2NAD＋＋4e＋4H＋→ 2NADH＋2H＋ 14
底物水平磷酸化
化合物在氧化分解过程中，形成的高能化合物中间体
的高能键水解，偶联ADP磷酸化形成ATP，这种产生
ATP的方式叫做底物水平磷酸化；
1,3-二磷酸甘油酸 → 3-磷酸甘油酸＋～Pi 磷酸稀醇式丙酮酸 → 丙酮酸＋～Pi ADP＋～Pi → ATP
再生，乙醇排出细胞；
丙酮酸脱羧酶
丙酮酸
乙醛＋ CO2
乙醛＋NADH
乙醇脱氢酶
乙醇＋NAD＋
总反应式：葡萄糖→2×乙醇＋2CO2＋2ATP 33
酿酒酵母的乙醇发酵
微生物学-第六章 微生物的生长及其控制
步骤：
菌悬液通过微孔滤膜，细胞吸附其上；反置滤膜，以新鲜 培养液通过滤膜，洗掉浮游细胞；除去起始 洗脱液 后就可 以得 到刚刚分裂下来 的新生细胞， 即为同步培养。
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二、单细胞微生物的典型生长曲线
1.平板菌落计数法
最常用的活菌计数法。将适当稀释的菌液倾注平板 或涂布在平板表面，经适当温度培养后，以平板上出 现的菌落数乘以稀释度就可计数出原菌液的含菌量。 直径9cm 的平板上出现菌落数一般以50～500个为 宜。按照国家标准规定的样品菌落数总数测定的计数 原则，以平板菌落数在30～300个之间为报告依据。 适用范围： 中温、好氧和兼性厌氧、能在营养琼脂上生长的微 生物。
生长曲线概念： 定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的 实验曲线，称为生长曲线。 生长曲线的制作： 把少量纯种单细胞微生物接种到一定体积的培养液 中后，在适宜的条件下培养，如果以细胞数目的对数 值为纵坐标，以培养时间为横坐标，就可以绘制出分 批培养条件下微生物的生长曲线。
每种细菌都有各自的典型生长曲线，但它们的生长 过程却有着共同的规律性。一般可以将生长曲线划分为 四个时期，即迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期。
技术要求： 样品充分混匀，操作熟练快速（15~20min完成操 作），严格无菌操作； 注意事项： 每一支吸管只能用于一个稀释度，样品混匀处理， 倾注平板时的培养基温度； 误差： 多次稀释造成的误差是主要来源，其次还有由于样 品内菌体分布不均匀、以及不当操作。
2. 液体稀释法
对样品做10倍连续稀释，从适宜的3个连续稀 释度 中各取5ml 试 样，接 种 3组共9 支装有培养液 的试管中（每管接入1ml ）。经培养后，记录每个 稀 释 度 出 现 生 长 的 试 管 数 ， 然 后 查 M.P.N. 表 （most probable number，最大可能数），根据 样品稀释倍数就可计算出其中的活菌含量。
第6章-微生物的代谢
新陈代谢 = 分解代谢 + 合成代谢 分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系 的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式 的能量和还原力的作用。
合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小 分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大 分子的过程。
合成代谢按产物在机体中作用不同分： 初级代谢： 提供能量、前体、结构物质等生命活动所 必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等。 次级代谢： 在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代 谢类型；产物：抗生素、色素、激素、生物碱等。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连接， 可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间 代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌氧时进行 乙醇发酵.
相关的发酵生产：细菌酒精发酵
葡萄糖三条降解途径在不同微生物中的分布
菌名 酿酒酵母 产朊假丝酵母 灰色链霉菌 产黄青霉 大肠杆菌 铜绿假单胞菌 嗜糖假单胞菌 枯草杆菌 氧化葡萄糖杆菌 真养产碱菌 运动发酵单胞菌 藤黄八叠球菌
氧被消耗而造成局部的厌氧环境
硝酸盐还原细菌进行厌氧呼吸
土壤中植物能利用的氮 （硝酸盐NO3-）还原成 氮气而消失，从而降低 了土壤的肥力。
松土，排除过多的水分， 保证土壤中有良好的通 气条件。
反硝化作用在氮素循环中的重要作用
硝酸盐是一种容易溶解于水的物质， 通常通过水从土壤流入水域中。如果 没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积 累，会导致水质变坏与地球上氮素循 环的中断。
2、 HMP途径 (戊糖磷酸途径)
（Hexose Monophophate Pathway）
葡萄糖经转化成6磷酸葡萄糖酸后， 在6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶的催化下， 裂解成5-磷酸戊糖 和CO2。
微生物的分布
各类群生长的上限温度
类 群
上限温度(℃)
真核微生物
原生动物 藻类 真菌
56 55-60 60-62
原核微生物盐
盐细菌 光合细菌 无机化能细菌 异养细菌
70-73 70-73 >90 >90
高盐环境中的微生物
高盐环境--盐湖、盐池和盐腌制的食品等是常见的高盐环境。通常把能在含盐量高于１５％的环境中生长的微生物称为极端嗜盐菌，常见的种类有盐球菌属
土壤中微生物的分布受地理区域、环境条件和土壤深浅等因素的影响。一般
01
肥沃泥土中微生物多；每克肥土中通常含有几亿至几十亿个微生物，贫瘠土壤每克也有几百万至几千万个微生物。
02
表层和深层含菌量较少，在距离地面10-20cm的土层中含菌量最多，在4-5m的深土层中几乎呈无菌状态；
03
随季节的变化微生物的数量也有所改变。
（二）呼吸道的微生物
（一）体表的微生物
动物的体表由于与外界环境密切接触，常附着有各种各样的微生物，如细菌、放线菌和霉菌等。
胚胎期和新分娩的幼畜，其消化道是无菌的。在出生后数小时的幼畜消化道中即能发现微生物。不同部位的细菌种类和数量差异很大。
口腔 细菌较多，有葡萄球菌、链球菌、乳杆菌、棒状杆菌、螺旋体等；
互生关系
01
共生关系
02
竞争关系
03
寄生关系
04
拮抗作用
05
第三节 正常微生物的生态关系
概念：两种生物都可以单独生活，当生活在一起时，比单独生活的好，但二者不形成共生组织(生命整体)的关系。
如：人体肠道中正常菌群与人的互生
互生关系
概念：指两种生物在一起生活，互相提供必要的生活条件，彼此依赖，形成一个在形态上具有共同结构，而在生理上却相互分工，互换生命活动产物的生存关系。如将二者分开，各自都生活不好。
类 群
上限温度(℃)
真核微生物
原生动物 藻类 真菌
56 55-60 60-62
原核微生物盐
盐细菌 光合细菌 无机化能细菌 异养细菌
70-73 70-73 >90 >90
高盐环境中的微生物
高盐环境--盐湖、盐池和盐腌制的食品等是常见的高盐环境。通常把能在含盐量高于１５％的环境中生长的微生物称为极端嗜盐菌，常见的种类有盐球菌属
土壤中微生物的分布受地理区域、环境条件和土壤深浅等因素的影响。一般
01
肥沃泥土中微生物多；每克肥土中通常含有几亿至几十亿个微生物，贫瘠土壤每克也有几百万至几千万个微生物。
02
表层和深层含菌量较少，在距离地面10-20cm的土层中含菌量最多，在4-5m的深土层中几乎呈无菌状态；
03
随季节的变化微生物的数量也有所改变。
（二）呼吸道的微生物
（一）体表的微生物
动物的体表由于与外界环境密切接触，常附着有各种各样的微生物，如细菌、放线菌和霉菌等。
胚胎期和新分娩的幼畜，其消化道是无菌的。在出生后数小时的幼畜消化道中即能发现微生物。不同部位的细菌种类和数量差异很大。
口腔 细菌较多，有葡萄球菌、链球菌、乳杆菌、棒状杆菌、螺旋体等；
互生关系
01
共生关系
02
竞争关系
03
寄生关系
04
拮抗作用
05
第三节 正常微生物的生态关系
概念：两种生物都可以单独生活，当生活在一起时，比单独生活的好，但二者不形成共生组织(生命整体)的关系。
如：人体肠道中正常菌群与人的互生
互生关系
概念：指两种生物在一起生活，互相提供必要的生活条件，彼此依赖，形成一个在形态上具有共同结构，而在生理上却相互分工，互换生命活动产物的生存关系。如将二者分开，各自都生活不好。
第六章 微生物生长及其控制
第五节 有害微生物生长繁殖的控制
一、基本概念
防腐(antisepsis)：在某些化学物质或物理因子作用下，能防止 或抑制霉腐微生物生长的一种措施 。比如:低温、缺氧、干燥、 高渗、高酸度、高醇度、加防腐剂等等。 消毒(disinfection)：利用某种方法杀死或灭活物质或物体中所 有病原微生物的一种措施。比如：巴氏消毒法 灭菌(sterilization)：指利用某种方法杀死物体中包括芽孢在内 的所有微生物的一种措施。包括杀菌和溶菌。比如：高压蒸汽 灭菌法 化疗(chemotherapy)：利用具有选择毒性的化学物质如磺胺、 抗生素等对生物体内部被微生物感染的组织、病变细胞进行治 疗，以杀死组织内的病原微生物或病变细胞，但对机体本身无 毒害作用的治疗措施。以达到治疗传染病的目地。 四个概念的比较：p174表6-8
G = t1 - t0 /3.32(lgy - lgx) 特点：1）细菌个体形态、化学组成和生理特性等均 较一致2）代谢旺盛3）生长迅速、代时最短。 应用：研究微生物基本代谢、生理的良好材料。也常 在生产上用作种子
3.稳定期
表现： 新增殖细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，活菌数动态 平衡。 特点： 1）生长速率为0---动态平衡,细胞总数最高. 2）细胞内开始积累内含物 3）开始形成芽孢、次生代谢物 原因： 养分减少；有毒代谢物产生。 延长： 补料，调pH、温度等。
嗜冷微生物 兼性嗜冷微生物 嗜温微生物 嗜热微生物 超嗜热或嗜高温微生物
最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度
(二) PH
微生物生长过程中机体内发生的绝大多数的反 应是酶促反应，而酶促反应都有一个最适pH范围， 在此范围内只要条件适合，酶促反应速率最高，微 生物生长速率最大，因此微生物生长也有一个最适 生长的pH范围。
微生物的分布
是微生物在自然界最大的贮藏所。
4/15/2020
3
（二）土壤中微生物的分布
土壤中微生物的分布受地理区域、环境条件和土 壤深浅等因素的影响。一般 1 肥沃泥土中微生物多；每克肥土中通常含有几亿至 几十亿个微生物，贫瘠土壤每克也有几百万至几千 万个微生物。 2 表层和深层含菌量较少，在距离地面10-20cm的土 层中含菌量最多，在4-5m的深土层中几乎呈无菌 状态； 3 随季节的变化微生物的数量也有所改变。
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15
海水微生物
海水中含有很高的盐分，渗透压大。 一般微生物难以生存，所以海洋微生物 多为嗜盐菌，并能耐受高渗透压。深海 中的微生物还能耐受低营养、低温和很 高的静水压。
4/15/2020
16
某些微生物在水中的生存时间
微生物名称 大肠杆菌 伤寒杆菌 坏死杆菌 细螺旋体 鼻疽杆菌 布氏杆菌
4/15/2020
18
2．空气中微生物的种类和数量
来源：带有微生物菌体及孢子的灰尘（腐生）
人和动物（呼吸道排出的，其中也包含有病原 微生物）
分布：随环境条件及微生物的抵抗力不同而不同。
空气中存在较多的、存活时间较长的是各种真菌、 放线菌的孢子及细菌芽胞。
空气中微生物的数目决定于尘埃的总量。
4/15/2020
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9
(一) 水体中微生物的来源
土壤、空气、动植物尸体、人和动物的排泻物、 工业及生活污水。
(二) 单胞菌、黄杆菌等。
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10
(三) 微生物在水体中的分布
表现为水平分布和垂直分布的规律。此外，相 同水域的不同浓度微生物的含量及分布也不同。
第六章 微生物的分布
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（二）土壤中微生物的分布
土壤中微生物的分布受地理区域、环境条件和土 壤深浅等因素的影响。一般 1 肥沃泥土中微生物多；每克肥土中通常含有几亿至 几十亿个微生物，贫瘠土壤每克也有几百万至几千 万个微生物。 2 表层和深层含菌量较少，在距离地面10-20cm的土 层中含菌量最多，在4-5m的深土层中几乎呈无菌 状态； 3 随季节的变化微生物的数量也有所改变。
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海水微生物
海水中含有很高的盐分，渗透压大。 一般微生物难以生存，所以海洋微生物 多为嗜盐菌，并能耐受高渗透压。深海 中的微生物还能耐受低营养、低温和很 高的静水压。
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某些微生物在水中的生存时间
微生物名称 大肠杆菌 伤寒杆菌 坏死杆菌 细螺旋体 鼻疽杆菌 布氏杆菌
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2．空气中微生物的种类和数量
来源：带有微生物菌体及孢子的灰尘（腐生）
人和动物（呼吸道排出的，其中也包含有病原 微生物）
分布：随环境条件及微生物的抵抗力不同而不同。
空气中存在较多的、存活时间较长的是各种真菌、 放线菌的孢子及细菌芽胞。
空气中微生物的数目决定于尘埃的总量。
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(一) 水体中微生物的来源
土壤、空气、动植物尸体、人和动物的排泻物、 工业及生活污水。
(二) 单胞菌、黄杆菌等。
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(三) 微生物在水体中的分布
表现为水平分布和垂直分布的规律。此外，相 同水域的不同浓度微生物的含量及分布也不同。
第六章 微生物的分布
4/15/2020
微生物的生长与环境条件
迟缓期出现的原因： 微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏分解和催化有关底物的酶， 或是缺乏充足的中间代谢产物等。为产生诱导酶或合成中间代谢 产物，就需要一段适应期。
在生产实践中缩短迟缓期的常用手段： (1)利用对数生长期的细胞作为种子；
(2)尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；
(3)适当扩大接种量
低温保藏菌种，实践中，采用 低温保藏食品，防止杂菌生长
斜面: 4℃ 石蜡油: 4 ℃ 沙土管: 4 ℃ 甘油管: -70℃,液氮 冻干管: 4 ℃ 水: 常温
2、 辐射作用 辐射灭菌(Radiation Sterilization)是利用电磁辐射产生的电磁波 杀死大多数物质上的微生物的一种有效方法。
15
20 25
1.0
1.46 1.77
101.33
135.10 168.88
121.3
126.2 130.4
30
2.10
202.66
134.6
空气排除程度与温度的关系
压力表读数 /Pa
灭菌器内温度/℃
未排除空气 排除1/3空气 排除1/2空气 排除2/3空气 完全排除气
35 70 105 140 175 210
最高温度
高温型微生物 中温型微生物 低温型微生物
高温杀菌 高温使蛋白质、核酸等重要生物大分子发生变性、破坏， 以及破坏细胞膜上的类脂成分，导致微生物死亡。
(1)干热灭菌
烘箱内热空气灭菌 160-170℃，2小时
干热灭菌
火焰灼烧
(2)湿热灭菌 湿热比干热灭菌更好： 水蒸汽的气化热高，更易于传递热量；
72 90 100 109 115 12l
90 100 109 115 121 126
微生物的分布与控制.
二、微生物在人体的分布
人体微生物的分布情况 1.皮肤
皮肤表面的微生物较多，其主要来源于空 气及皮肤接触过的物体表面，有葡萄球菌、 大肠杆菌等。皮肤受损伤时，大部分细菌 都能引起伤口感染化脓，而丙酸菌的分泌 物可抑制化脓性细菌的生长。
2.口腔
口腔时适宜大多数微生物生长的场所，口腔内 有充足的营养物质，唾液为微碱性，温度适中， 所以，微生物可以旺盛地生长、繁殖。
（三）空气 空气中缺乏营养物质，且温度变化较大，微生
物受日光照射和干燥等因素的影响，故其数量远 少于在土壤和水中的分布。空气中的微生物多数 来源于人、畜、动物和土壤，在不同环境的空气 中微生物的种类与数量差别很大，常常是一些致 病性菌污染空气，但有些非致病菌也常可通过空 气污染药物及生物制剂、食品、培养基以及造成 手术感染。因此，在一些特定环境中要进行空气 消毒，强调无菌操作，以防细菌（微生物）污染。
4.呼吸道
呼吸道以鼻腔细菌最多，鼻咽部、气管 粘膜上也有细菌，距气管分支越深细菌越 少，支气管末梢和肺泡内一般是无菌的， 只有在病理情况下才有细菌存在。
5.泌尿生殖道
机体在正常情况下，只有泌尿生殖器外 部有微生物存在。男性尿道口有葡萄球菌、 大肠杆菌等。女性外阴部由于离肛门较近， 常有大肠杆菌、变形杆菌等。
• 干烤灭菌：不宜直接用火焰灭菌的物品，如玻璃器皿、陶瓷制品等， 可采用在烘箱内利用热空气灭菌。这种方法所需时间较长，且不适用 于液体样品和培养基的灭菌。
• 湿热灭菌法：利用热蒸汽灭菌。在相同温度下，湿热灭菌比干热灭菌 效果好。这是因为：
水蒸气具有更强的穿透力，能更有效地杀灭微生物；
水蒸气存在潜热，当蒸汽液化为水时可放出大量热量，故可迅速提高 灭菌物品的温度，缩短灭菌时间。
微生物第六章2
Betaproteobacteria ➢ 硫单胞菌属（Thiomonas） ➢ 硫杆菌属（Thiobacillus）
Gammaproteobacteria ➢ 贝日阿托菌属（Beggiatoa） ➢ 硫发菌属（Thiothrix） ➢ 硫小杆菌属（Thiobacterium） ➢ 无色硫菌属（Achromatium） ➢ 硫螺菌属（Thiospira） ➢ 硫微螺菌属（Thiomicrospira）
11
硝化作用及其应用
硝化细菌将氨、亚硝酸氧化为硝酸的代谢作用，称为 硝化作用；
在自然环境中，硝化细菌在土壤和水体中分布广泛， 硝化作用可为陆生和水生植物、藻类提供氮肥，避免 因氨、亚硝酸积累所发生的毒害作用；
硝化细菌制剂是包含活菌或休眠菌的硝化细菌培养物， 用于降低养殖池水体中的氨和亚硝酸浓度，净化水体；
酸化多产生1ATP；
17
硫氧化细菌的产能效率
1分子H2S被氧化为亚硫酸，再经APS途径氧化为硫酸，
共释放8e，从不同位点进入呼吸链，有氧呼吸，平均
P/O=1.5，氧化磷酸化产生12ATP，加上底物水平磷酸 化产生的0.5ATP，共产12.5ATP； 但部分电子需逆呼吸链传递，消耗ATP产NAD(P)H； 兼性厌氧硫氧化细菌在无氧条件下，产能效率更低；
生物氧化
还原态无机物
氧化态无机物＋NADPH ＋ATP
1
化能自养菌的能源和电子供体
不同的化能自养菌利用不同的无机物作为能源和电子供 体，根据所用无机物区分各种化能自养菌： ➢ 硝化细菌：氨、亚硝酸； ➢ 硫化细菌：硫、硫化氢、硫化物（FeS、CdS、Ag2S、 CuS、MoS2、 Sb2S3、ZnS、SnS、CuFeS2、 Cu5FeS4 ）、硫代硫酸盐、亚硫酸盐等； ➢ 氢细菌：H2； ➢ 铁细菌：F2+（硫酸亚铁）、Mn2+；
Gammaproteobacteria ➢ 贝日阿托菌属（Beggiatoa） ➢ 硫发菌属（Thiothrix） ➢ 硫小杆菌属（Thiobacterium） ➢ 无色硫菌属（Achromatium） ➢ 硫螺菌属（Thiospira） ➢ 硫微螺菌属（Thiomicrospira）
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硝化作用及其应用
硝化细菌将氨、亚硝酸氧化为硝酸的代谢作用，称为 硝化作用；
在自然环境中，硝化细菌在土壤和水体中分布广泛， 硝化作用可为陆生和水生植物、藻类提供氮肥，避免 因氨、亚硝酸积累所发生的毒害作用；
硝化细菌制剂是包含活菌或休眠菌的硝化细菌培养物， 用于降低养殖池水体中的氨和亚硝酸浓度，净化水体；
酸化多产生1ATP；
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硫氧化细菌的产能效率
1分子H2S被氧化为亚硫酸，再经APS途径氧化为硫酸，
共释放8e，从不同位点进入呼吸链，有氧呼吸，平均
P/O=1.5，氧化磷酸化产生12ATP，加上底物水平磷酸 化产生的0.5ATP，共产12.5ATP； 但部分电子需逆呼吸链传递，消耗ATP产NAD(P)H； 兼性厌氧硫氧化细菌在无氧条件下，产能效率更低；
生物氧化
还原态无机物
氧化态无机物＋NADPH ＋ATP
1
化能自养菌的能源和电子供体
不同的化能自养菌利用不同的无机物作为能源和电子供 体，根据所用无机物区分各种化能自养菌： ➢ 硝化细菌：氨、亚硝酸； ➢ 硫化细菌：硫、硫化氢、硫化物（FeS、CdS、Ag2S、 CuS、MoS2、 Sb2S3、ZnS、SnS、CuFeS2、 Cu5FeS4 ）、硫代硫酸盐、亚硫酸盐等； ➢ 氢细菌：H2； ➢ 铁细菌：F2+（硫酸亚铁）、Mn2+；
微生物第六章
体型效应（体型与增长率、体型与寿命）
体型大小与内禀增长率的关系
生殖对策
r-选择和K-选择理论
（1）MacArthur&Wilson(1967) 将 生物按栖息环境和进化对策分为 r-对策者和K-对策者两大类： r-选择种类是在不稳定环境 中进化的，因而使种群增长率r 最大。 K-选择种类是在接近环境容 量K的稳定环境中进化的，因而 适应竞争。
Grime的 CSR生境
C：竞争型
Hale Waihona Puke 植物生活史策略的三型理论 S：耐忍型
R：杂草型
滞育和休眠
• 休眠 • 滞育 • 潜生现象 • 蛰伏 • 冬眠和夏眠
迁
移
• 迁徙 • 扩散 • 迁移模式
– 反复往返旅行 – 单次往返旅行 – 单程旅行
复杂的生活史周期
• 变态：个体生活史中形态学的变化 • 世代间变化：包括形态转换 • 扩散与生长间平衡 • 生境利用最优化
生活史进化对策中r- 选择和K- 选择的某些相关特征
r-选 择 气候 死亡 存活 数量 种内, 种间竞争 多变, 不确定, 难以预测 灾 变 性 ,无 规 律 ; 非 密 度 制 约 (幼 体 存 活 率 )低 时间上变动大, 不稳定; 远低于环境承载力 多变, 通常不紧张 1. 发 育 快 2. 增 长 力 高 选择倾向 3. 提 高 生 育 4. 体 型 小 5. 一 次 繁 殖 寿命 最终结果 短, 通常少于一年 高繁殖力 K -选 择 稳定, 较确定, 可预测 比较有规律; 密度制约 (幼 体 存 活 率 )高 时间上变动小, 稳定; 通常临近 K 值 经常保持紧张 1. 发 育 缓 慢 2. 竞 争 力 高 3. 延 迟 生 育 4. 体 型 大 5. 多 次 繁 殖 长, 通常大于一年 高存活力
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（四）泌尿生殖道的微生物
健康动物的子宫、卵巢、睾丸等是无菌的。 但在母畜的阴道黏膜及公畜的尿道黏膜上发 现有葡萄球菌、链球菌、抗酸性细菌、大肠 杆菌和非病原性螺旋菌等。
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2 禽类
在胚胎期是无菌的，出壳后雏禽消化道很 快定殖大量细菌，形成微生物群体。 嗉囊：主要为乳杆菌； 小肠：兼性厌氧菌增多，如链球菌等； 大肠和盲肠：主要是厌氧菌，如双歧杆菌、 乳杆菌和拟杆菌。盲肠的优势菌为真杆菌、 梭杆菌、消化链球菌等。
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不同地区空气中的细菌总数
地区 畜舍 宿舍 城市街道 市区公园 海洋上空 北极
空气中含菌数（个/m3） 1000000～2000000 20000 5000 200 1～2 0～1
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不利于一般生物生长的特殊环境称为 极端环境。主要有极端高温、高盐、高 压等。例如火山与温泉、极地或高山冰 川、盐湖、深海底层等。
某些细菌和藻类
盐杆菌和盐球菌 金黄色葡萄球菌和其他葡萄球
菌，耐盐酵母菌等
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3 高压环境中的微生物
自然界的高压环境主要存在于深海中，多数海洋底 部的压力在100个大气压以上，最深处约为1100个大 气压。研究表明从常压环境中分离的多数微生物在 200-600个大气压的高压环境 中将受到抑制或死亡， 高压条件主要抑制常压微生物细胞蛋白质合成、质膜 上物质和能量的传递及酶的代谢活性。高压环境中生 长的主要是细菌，如分离自深海淤泥的耐压假单胞菌， 生长十分迟缓，代时为33天。
（一）乳汁的微生物
乳汁含有多种营养成分，也是微生物最好的培 养基。 乳汁被微生物污染的主要来源取决于动物的皮 肤被毛，挤乳的容器、工具等，饲料、垫草、 粪便和空气中微生物的污染也是不可低估的。 患乳房炎及其他疾病的动物的乳中有大量的细 菌，常可发现葡萄球菌、链球菌、结核杆菌、 布氏杆菌。
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马腺疫链球菌 结核杆菌
口蹄疫病毒
水的性质 生存时间（d）
蒸馏水
24～72
蒸馏水
3～81
蒸馏水
15
河水
<150
无菌水
365
无菌水和饮水
72
蒸馏水和自来水
9
河水
150
污水
103
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三、空气中的微生物
1．空气是传播微生物的重要介质
空气本身缺乏微生物生活所必需的营养物， 日光对微生物也具有很强的杀菌作用，另外空 气一般是干燥的，因此空气不是微生物生活的 良好环境，所以无固定种类。
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3类嗜压菌及其生长静水压（大气压数）
类型
最低生长压 最适生长压 最高生长压
耐压菌
未测
1-100
500
嗜压菌
1
400-500 700
极端嗜压菌 400
700-800 1035
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第二节 动物体及畜产品中的微生物
一、正常动物体细菌的分布
1 哺乳动物
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（三）消化道的微生物
胚胎期和新分娩的幼畜，其消化道是无菌的。在出 生后数小时的幼畜消化道中即能发现微生物。不同部 位的细菌种类和数量差异很大。
口腔 细菌较多，有葡萄球菌、链球菌、乳杆菌、 棒状杆菌、螺旋体等；
食道 细菌极少；
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胃 因受胃酸的限制细菌极少，主要是乳杆菌、幽
新鲜禽蛋通常是无菌的，因为新鲜蛋的蛋壳 表面有一层胶状物质，蛋壳内有一层薄膜，蛋 壳的这种天然屏障能够机械地阻挡微生物的入 侵；而蛋白质内含有有杀菌作用的溶菌酶及特 有的碱性环境（PH值9.4～⒐6）等,均有抑制 或杀灭微生物的作用。
污染鲜蛋的微生物常见有枯草杆菌、变形杆 菌、产碱类杆菌及某些霉菌等。
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微生物的不同嗜盐类群
嗜 盐 类 最适生长盐浓
群
(NaC1)
非嗜盐微生 物
＜0.2mol/L
弱嗜盐微生 物
0.2-0.5mol/L
中等嗜盐微 生物
0.5-2.5mol/L
极端嗜盐微 生物
2.5-5.2mol/L
耐盐微生物
耐受范围 0.2-2.5mol/L
实例
淡水微生物
大多数海洋微生物
第六章 微生物的分布
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1
微生物种类多，代谢类型多样，繁 殖迅速，适应环境能力强，广泛分布 在自然界中，无论是陆地、水域、空 气、动植物等，甚至在一些极端环境 中也有微生物的存在.
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2
第一节 微生物在自然界的分布
一、土壤中的微生物
（一）土壤环境适合微生物的生长
1 土壤中有各种有机物和无机物； 2 温度恒定，昼夜温差和季节温差不大； 3 经常保持一定的湿度； 4 酸碱适中(pH大多5.5-8.5之间)，缓冲性强； 5 空隙中充满着空气和水分，渗透压适中。
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海水微生物
海水中含有很高的盐分，渗透压大。 一般微生物难以生存，所以海洋微生物 多为嗜盐菌，并能耐受高渗透压。深海 中的微生物还能耐受低营养、低温和很 高的静水压。
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某些微生物在水中的生存时间
微生物名称 大肠杆菌 伤寒杆菌 坏死杆菌 细螺旋体 鼻疽杆菌 布氏杆菌
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一、互生关系
概念：两种生物都可以单独生活，当 生活在一起时，比单独生活的好，但二 者不形成共生组织(生命整体)的关系。
如：人体肠道中正常菌群与人的互生
门螺杆菌和胃八叠球菌等少量耐酸菌。
小肠 由于受各种消化液的杀菌作用，细菌较少，
特别是在十二指肠受胆汁的作用细菌极少；
大肠和直肠 因消化液减弱，食物产残渣停留时间
较长，并含有丰富的营养物质，因此，微生物种 类，数量最多，通常以大肠杆菌、拟杆菌、消化 球菌、乳酸菌等为主。
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消化道中微生物的种类和数量虽多， 但也可因饲料的种类、饲养管理条 件和机体健康状况而有所变动。
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（一）体表的微生物
动物的体表由于与外界环境密切接触，常附着有 各种各样的微生物，如细菌、放线菌和霉菌等。
（二）呼吸道的微生物
呼吸道上部，特别是在鼻粘膜上，经常存在着由 于吸气随空气进入的细菌。呼吸道下段，细菌逐渐 减少。支气管末梢及肺泡内是无菌的。
寄生在动物上呼吸道中的细菌有葡萄球菌、链球 菌、双球菌、巴氏杆菌及其他革兰氏阴性菌等。
(四) 水体中的病原微生物
通过水体传播的病原微生物主要有沙门氏菌属、 志贺氏菌属、霍乱弧菌等。
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影响水体微生物分布的因素
• 有机物含量 • 温度 • 水的深度 • 日光与水体的溶解氧量
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淡水微生物
淡水的pH值多数为6.5-8.5，因而适于多数水生微 生物的生长。大多来源于土壤、空气、污水等。一 般 1 有机物含量多，温度适中的地方微生物多；深层水 中厌氧微生物较多，而表层水中好氧微生物较多； 2 远离人群的水体中，微生物少，且以自养型为主； 在人口密集的区的湖泊和河流内，微生物多，且多 是腐生型细菌和原生动物
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四、无菌动物和无特定病原体动物
无菌动物（缩写为GF）是指正常的
健康胎儿用无菌手术取出来，立刻饲养在无 任何微生物的环境中的动物。
无特定病原体动物（SPF），是指
不患某些特定病原微生物和寄生虫疾病的家 畜和家禽。
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第三节 正常微生物的生态关系
• 互生关系 • 共生关系 • 竞争关系 • 寄生关系 • 拮抗作用
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土壤的细菌学检查
主要测定菌落总数、大肠菌值和产气荚膜 梭菌值3项指标。大肠菌值(产气荚膜梭菌值) 是指能检出大肠杆菌(产气荚膜梭菌)的最小 土壤量(g)。
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二、水中的微生物
水环境：地球的70%左右由水覆盖，其中溶 解和悬浮有机物和无机物，流动水有氧渗入 可供微生物生长，是微生物栖息的第二天然 场所。
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2．空气中微生物的种类和数量
来源：带有微生物菌体及孢子的灰尘（腐生）
人和动物（呼吸道排出的，其中也包含有病原 微生物）
分布：随环境条件及微生物的抵抗力不同而不同。
空气中存在较多的、存活时间较长的是各种真菌、 放线菌的孢子及细菌芽胞。
空气中微生物的数目决定于尘埃的总量。
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4/24/2020
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3.菌群失调
正常情况下，正常菌群与宿主、环境间处 于协调，维持着一定的生态平衡，对动物是 有利的。如果宿主患病、外科手术、环境改 变和滥用抗菌药物等，宿主集体某个部位的 正常菌群中微生物种类、数量和栖息处将会 发生改变，即称为菌群失调。
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三、畜产品中的微生物
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在饮用水的微生物学检测中，由 于水体中病原菌较少，所以通常采 用大肠菌群的数量作为指标，判断 水源被污染程度。
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大肠菌群：
系指一群在37℃中经24h培养能分解乳糖、产 酸产气、需氧或兼性厌氧的革兰氏阴性无芽胞 杆菌。该菌群主要来源于人、畜粪便，大肠菌 群数愈多，表示粪便污染的情况愈严重，也间 接表明可能有肠道致病菌污染，故以此作为水 污染程度的指标。水中大肠菌群系以及100ml 检样内大肠菌群最近似数（MPN）表示。
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