微生物学(PPT格式课件)第六章微生物的生长及控制

氏消毒法等；
3、防腐(antisepsis)
防腐就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生 长繁殖，从而达到防止食品等发生霉腐的措施。 防腐的常用措施
低温
缺氧 干燥
高渗
高酸度 防腐剂
4、化学治疗 (chemotherapy)
它是利用具有高度选择毒力（selective toxicity， 即对病原菌具有高度毒力而对宿主无显著毒性）的化学物 质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗 该传染病的一种措施。 用于化疗目的的化学物质称化学治疗剂；
IV 衰亡期 (death phase)
微生物个体死亡速度超过新生速度，整个群体呈现负
生长状态；
细胞形态发生变化，出现畸形；
有的发生自溶；
有的合成或释放次生代谢产物； 芽孢此期释放；
三、 微生物的连续培养方法
稳定期到来的主要原因？
营养物尤其是生长限制因子的耗尽；
有害代谢产物的累计；
2H2O
NADH2 NAD 耐氧菌
三、 pH值
嗜碱微生物（basophile） 多数放线菌、硝化细菌、根瘤菌等 耐碱微生物（basotolerant microorganism） 若干链霉菌 • • 嗜酸微生物（acidophile） • 多数真菌 耐酸微生物(acidotolerant microorganism) 乳酸杆菌、醋酸杆菌，许多肠杆菌等
分批培养与连续培养的比较
Βιβλιοθήκη Baidu 连续培养的优缺点

优点

高效 自控 产品质量稳定 节约动力、人力、水和蒸汽等

缺点

菌种容易退化 容易污染杂菌 营养物的利用率低于单批培养
微生物的高密度培养

指微生物在液体培养中细胞群体密度超过常 规培养10倍以上的生长状态或培养技术； 目前由于研究的微生物种类主要局限于 E.coli and S.cerevisiae 等兼性厌氧菌；
第六章 微生物的生长及其控制
Microbial Growth and Control
第一节 测定生长繁殖的方法
第二节 微生物的生长规律
第三节 影响微生物生长的主要因素 第四节 微生物培养法概论 第五节 有害微生物的控制
第一节 测定生长繁殖的方法
一、 测生长量
1、 直接法
测体积法(粗放) 称干重法(精确)
80~100℃ 15~60 min 杀灭所有微生物的营养体； 37℃ 或室温保温过夜，诱发芽孢萌发为营养体；
重复上述步骤三次，在较低的灭菌温度下彻底灭菌；
适用于不耐热培养基的灭菌。
高压蒸汽灭菌法
121℃ ；15-20 min；1kg/cm2 是被广泛使用的方法；
高压蒸汽灭菌锅构造
3、蒸汽存在潜热，当气体转变成液体时可放出大量热量；
4、可迅速提高灭菌物体的温度。
干热与湿热空气对不同细胞的致死时间
比较项目 白喉棒杆菌 痢疾杆菌 伤寒杆菌 干热90 ℃ 24 h 3h 3h 90 ℃ 20% 2h 2h 2h 相对湿度 80% 2 min 2 min 2 min
葡萄球菌
8h
3h
Ⅱ 指数期 (exponential phase)
是指在生长曲线中，紧接着延滞期的一段细胞数以 几何级数增长的时期。
① 生长速率常数R最大，代时G最短； ② 整个群体的生理特性较一致； ③ 细胞各成分平衡增长，生长速率恒定； ④ 酶系活跃，代谢旺盛。
Ⅱ 指数期 (exponential phase)
X ：稳定期的细胞干重(g/ml培养液） X0 ：刚接种时的细胞干重 C0 ：限制性营养物的最初浓度(g/ml) C ： 稳定时期限制性营养物的浓度
稳定期的实践意义
①对以生产菌体或与菌体生长相平行的代谢产物(SCP、乳酸)等 为目的的一些发酵生产来说，稳定期是产物的最佳收获期： ②是对维生素、碱基和氨基酸等生长因子进行生物测定的最佳 测定时期； ③通过对稳定期到来原因的研究，促进了连续培养原理的提 出和工艺、技术的创建；
化学治疗剂 宿主体内的 病原菌
抑制或杀死
加压蒸汽灭菌， 70%酒精消毒，冷藏、干燥、 抗生素、磺 辐射灭菌，杀 巴氏消毒法 糖渍、盐腌、 胺药、生物 菌剂 缺氧、防腐 药物素 剂
（一）物理方法——高温杀菌
干热灭菌法 高温 灭菌 湿热灭菌 (消毒)法 加压下 连续加压灭菌法 火焰灼烧法 烘箱内热空气灭菌法 巴氏消毒法 煮沸消毒法 间歇灭菌法 常规加压灭菌法

来自嗜热菌的酶可在高温下稳定的催化生物化学反应； 其中由Thermus aquaticus 中分离出来的 DNA 聚合酶，
Taq polymerase， 已广泛应用于PCR反应；

分离自Pyrocuccus furiosus 的 pfu polymerase应用于
PCR反应更加稳定，而且错误率更低；

第三节 影响微生物生长的主要因素
一、 温度 二、 氧气 三、 pH值
一、 温度(temperature)
根据温度对微生物的影响分类
嗜冷菌 (<20oC)
嗜温菌 (20-45oC)
嗜热菌 (50-60oC)
嗜高温菌 (80-95oC) 极端高温菌(105-150oC)
Thermophile and Biotechnology
一些重要的化学治疗剂种类： 各种抗生素 磺胺类药物 中草药中的有效成分等
灭菌、消毒、防腐和化疗的比较
比较项目 灭菌 消毒 防腐 化疗
处理因素 强理、化因素 处理对象 任何物体内外 的一切微生物
作用效果 彻底杀灭 实例
理、化因素 物体表面的 病原菌
杀死或抑制
理、化因素 物体内外的 一切微生物
抑制或杀死
一、 微生物的个体生长和同步生长
同步生长
通过同步培养的手段而使细胞群体中各个体处于分 裂步调一致的生长状态；
获得同步生长的方法
环境条件诱导法 机械筛选法
二、微生物的典型生长曲线(growth curve)
生长曲线：
当把少量纯种单细胞微生物接 种到恒容积的液体培养基中后， 在适宜的温度、通气等体积下， 该群体就会由小到大，发生有规 律的增长。如果以细胞数目的对 数值作纵坐标，以培养时间作横 坐标就可画出一条曲线——微生 物的典型生长曲线。
① 生长速率常数R等于零。 ② 细胞形态变大或增长。 ③ 细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性。 ④ 合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产 生诱导酶。 ⑤ 对外界不良条件例如NaCl溶液浓度、温度和抗生素等化 学药物的反应敏感。
Ⅰ 延滞期 (lag phase)
影响延滞期长短的因素 （1）接种龄 （2）接种量 （3）培养基成分 出现延滞期的原因？
第四节 微生物培养方法概论
固体培养 厌氧菌的培养 实验室培养法 微 生 物 培 养 方 法 生产实践 液体培养 厌氧菌的培养 好氧菌的培养 液体培养 好氧菌的培养 好氧菌的培养
厌氧菌的培养
好氧菌的培养
固体培养
厌氧菌的培养
1、好氧菌的实验室培养
试管斜面
固体培养
培养皿琼脂平板 试管液体培养
液体培养
三角瓶浅层液体培养
x2 x1
R = 1 /G = 3.322 (lgX2-lgX1) / (t2-t1)
t1 t2
Ⅱ 指数期 (exponential phase)
影响代时长短的因素 （1）菌种 （2）营养成分 （3）营养物浓度 （4）培养温度
8.0mg/ml 6.0mg/ml 4.0mg/ml 2.0mg/ml 1.0mg/ml 0.5mg/ml 0.2mg/ml
理化条件的不适宜等；
1. 恒浊器 (turbidostat)
是一种根据培养器内微生物的生长密度，并 借光电控制系统来控制培养液流速，使细菌培 养液保持恒定的连续培养方法； 主要用于获得大量菌体或与菌体相平行的代 谢产物。
2、恒化器 (chemostat)
是一种设法使培养液的流速保持不变，并使 微生物始终在低于其最高生长速率的条件下进 行繁殖的连续培养装置；
主要获得不同生长速率的菌体；
恒浊与恒化培养控制装置
Turbidostat & chemostat的比较
装置 控制对象 恒浊器 菌体密度(内控制) 恒化器 培养基流速(外控制)
培养基 培养基流速
生长速率 产物 应用范围
无限制生长因子 不恒定
最高速率
有限制生长因子 恒定
低于最高速率
大量菌体或与菌体相平 不同生长速率的菌体 行的代谢产物 生产为主 实验室为主
二、微生物的典型生长曲线(growth curve)
生 长 速 度
0
总菌数
lg细胞数 (个/ml) 活菌数
I
II
III III 稳定期
IV
培养时间(h)
I 延滞期 II 指数期
IV 衰亡期
Ⅰ 延滞期 (lag phase)
指少量微生物接种到新鲜培养液中后，在开始培养的 一段时间内细胞数目不增加的时期。
细 胞 数 的 对 数
细 胞 数 的 对 数
总菌数 活菌数
杀菌
时间
溶菌
时间
2、消毒 (disinfection)
消毒是一种采用较温和的理化因素，仅杀死物体表 面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的
物体基本无害的措施。
举例： 一些常用的对皮肤、水果、饮用水进行药剂消毒 的方法； 对啤酒、牛奶、果汁和酱油等进行消毒处理的巴
二、 氧气 (oxygen)
1.专性好氧菌(obligate aerobes) 必须有氧存在 2.兼性好氧菌(facultative aerobes) 有氧无氧均可，但有氧更好
好氧菌
(Aerobes)
3.微好氧菌(microaerophilic aerobes)
只在较低的氧分压下生长 4. 耐氧菌(aerotolerant anaerobes) 厌氧菌 (anaerobes) 5. 专性厌氧菌(obligate/strict anaerobes) 氧有毒害，甚至致死
三个重要参数
（1）繁殖代数(n)
（2）生长速率常数(R)
（3）代时(G)
Ⅱ 指数期 (exponential phase)
X2 = X1 ·2n 两边取对数：
lgX2 = lgX1 + nlg2
（lg2 =0.301）
n = 3.322 ( lgX2 - lgX1) G = (t2-t1) / n = (t2-t1) / 3.322(lgX2-lgX1)
2、 间接法
比浊法：分光光度法(OD) 生理指标法：测含氮量
二、 计繁殖数
二、 计繁殖数
1、 直接法：用血球计数板在显微镜下进行计数
2、 间接法：用平板菌落进行的活菌计数
菌数/mL = cfu X 稀释度 X 10
第二节 微生物的生长规律
一、 微生物的个体生长和同步生长 二、 微生物的典型生长曲线 三、 微生物的连续培养方法
不需氧，但有氧也能生存，氧无毒害
微生物与氧的关系
厌氧菌的氧毒害机制
厌氧菌体内无SOD(超氧化物歧化酶)，因此受生物 体内普遍存在的超氧阴离子自由基的毒害作用。
去除·O2-等有害活性氧分子的机制
过氧化氢酶 一切好氧生物
H2O+1/2O2
2· 2-+2H+ O
SOD
H2O2+O2
过氧化物酶
一切好氧生物 及耐氧菌
常压下
LTH法 HTST法
干热灭菌法
烘箱内热空气灭菌法
• 150~170℃ 1~2h 彻底杀灭细菌； • 适用于金属和玻璃器皿的灭菌；
火焰灼烧法
• 仅适用于接种环、接种针的灭菌或带病原菌的材料、 动物尸体的烧毁等。
湿热灭菌法
相同温度下，湿热灭菌比干热灭菌好；
1、热蒸汽对细胞成分的破坏作用更强；
2、热蒸汽比热空气穿透力更强；
摇瓶培养（振荡培养） 台式发酵罐培养
2、厌氧菌的实验室培养
高层琼脂柱
Hungate 滚管
厌氧罐技术
厌氧手套箱
第五节 有害微生物的控制
一、 几个基本概念
1、灭菌 (sterilization)
采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远 丧失其生长繁殖能力的措施。例如各种高温灭菌措施等。
2 min
巴氏消毒法
一种低温湿热消毒法。
巴氏消毒法
低温维持法(Low temperature holding method, LTH)
63℃ 30min 高温瞬时法(High temperature short time, HTST) 72℃ 15s
间歇灭菌法 (fractional sterilization)
时间 营养物浓度对生长速度和菌体产量的影响
Ⅲ 稳定期(stationary phase)
①生长速率常数R=0，即新繁殖的细胞数与衰亡的细 胞数相等； ②菌体产量达到最高点，且产量与营养物质的消耗出现 有规律的比例关系，用生长产量常数Y表示； Y = (X-X0) / C0-C = (X-X0) / C0