微生物学第5章生长与繁殖.ppt

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1、第 五 章 微生物生长繁殖及其控制Microbial Growth，Reproduction and Control,第 一 节,微生物的个体与 群体生长和繁殖 Microbial Growth and Reproduction,微生物的生长与繁殖,微生物生长(Growth)：是指细胞物质有规律地、不可逆增加的生物过程。微生物繁殖(Reproduction)：是微生物生长到一定阶段由于细胞内各种细胞结构的复杂和重建导致产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的整个生物学过程。,微生物的个体生长和群体生长,个体生长：一个微生物个体应具备生长和繁殖的全能性。单细胞微生物如细菌、酵母菌等，一个细胞就

2、是一个个体。单细胞微生物的生长即使细胞的增大.在适宜的环境中，一种微生物如大肠杆菌（E.coli），从一个个体（细胞）出发，通过生长与繁殖，逐渐形成细胞总生物质量(biomass)与数量相应增加的群体，这种现象与过程称为群体生长。群体生长是微生物个体生长与个体繁殖持续交替进行所导致的结果。因此，群体生长是以微生物的个体生长与繁殖为基础的。,微生物的群体生长规律,对微生物群体生长的研究表明，微生物的群体生长规律因其种类不同而异，单细胞微生物与多细胞微生物的群体生长表现出不同的生长动力学特性。但就单细胞微生物来说，在特定的环境中，不同种的微生物表现出趋势相近的生长动力学规律。,（一）、细菌纯培养生

3、长曲线,是将某种单细胞微生物少量接种到恒定容积的液体培养基中培养，定时取样分析。以菌数的对数为纵坐标，生长时间为横坐标作图,可得到一条定量描述液体培养基中微生物生长规律的实验曲线，该曲线则称为生长曲线（growth curve)。生长曲线表现了细菌细胞及其群体在新的适宜的理化环境中，生长繁殖直至衰老死亡的动力学变化过程。生长曲线各个时期的特点，反映了所培养的细菌细胞与其所处环境间进行物质与能量交流，以及细胞与环境间相互作用与制约的动态变化。深入研究各种单细胞微生物生长曲线各个时期的特点与内在机制，在微生物学理论与应用实践上都有着十分重大的意义。,细菌纯培养生长曲线图,细菌生长曲线的分期,滞留适

4、应期(延迟期)对数生长期 稳定期 衰亡期,1.滞留适应期（Lag phase）,特点：1）细胞形态变大或增长，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末，细胞的平均长度比刚接种时长6倍。一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大；2）细胞内RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶。3）对外界不良条件反应敏感。这一时期的细胞，正处于对新的理化环境的适应期，正在为下一阶段的快速生长与繁殖做生理与物质上的准备。在这个时期的后阶段，菌体细胞逐步进入生理活跃期，少数菌体开始分裂，曲线出现上升趋势。,延滞期所维持时间的长短，因微生物种或菌株和培养条件的不同而异，实践已知延滞期

5、可从几分钟到几小时、几天，甚至几个月不等；如大肠杆菌的延滞期就比分枝杆菌短得多。同一种或菌株，接种用的纯培养物所处的生长发育时期不同，延滞期的长短也不一样。如接种用的菌种都处于生理活跃时期，接种量适当加大，营养和环境条件适宜，延滞期将显著缩短，甚至直接进入对数生长期。,在微生物发酵工业中，如果有较长的延迟期，则会导致发酵设备的利用率降低、能水耗增加、产品生产成本上升，最终造成劳动生产力低下与经济效益下降。只有缩短延滞期才有可能缩短发酵周期，提高经济效益。因此深入了解延滞期的形成机制，可为缩短或延长延滞期提供指导实践的理论基础，这对于工业、农业、医学、环境微生物学及其应用等均有极为重要的意义。,

6、因此，在微生物应用实践中，通常可采取用处于快速生长繁殖中的健壮菌种细胞接种、适当增加接种量、采用营养丰富的培养基、培养种子与下一步培养用的两种培养基的营养养成分以及培养的其它理化条件尽可能保持一致等措施，可以有效地缩短延滞期。,2.对数期（Log phase）,单细胞微生物的纯培养物在被接种到新鲜培养基后，经过一段时间的适应，即进入生长速度相对恒定的快速生长与繁殖期，处于这一时期的单细胞微生物，其细胞呈几何级数增长，2 n；这里的指数“n”则为细胞分裂的次数或增殖的代数。这一细胞增长以指数式进行的快速生长繁殖期称为指数期，也称对数期（logarithmic phase）特点 1）代时最短，生长

7、速度最快；2）细胞稳定（平衡）生长：细胞内各种物质按比例生长，菌体成分均匀；3）酶活性高，代谢稳定，菌体大小基本一致。,处于对数生长期的细胞，由于代谢旺盛，生长迅速，代时稳定，个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，因此，在微生物发酵生产中，常用对数期的菌体作种子，它可以缩短延迟期，从而缩短发酵周期，提高劳动生产率与经济效益。对数生长期的细胞也是研究微生物生长代谢与遗传调控等生物学基本特性的极好材料。,3.稳定期（Stationary phase）,制约对数生长的主要因素有：培养基中必要营养成分的耗尽或其浓度不能满足维持指数生长的需要而成为生长限制因子（growth-limited facto

8、r 细胞的排出物在培养基中的大量积累，以致抑制菌体生长 由上述两方面主要因素所造成的细胞内外理化环境的改变，如营养物比例的失调、pH、氧化还原电位的变化等。虽然这些因素不一定同时出现，但只要其中一个因素存在，细胞生长速率就会降低，这些影响生长因子的综合作用，致使群体生长逐渐进入新增细胞与逐步衰老死亡细胞在数量上趋于相对平衡状态，这就是群体生长的稳定期.,特点：1）生长速度为零，新生=死亡，达到动态平衡；2）活菌数的总量达到最大值；3）胞内的储藏物开始形成（如肝糖粒、脂肪粒等）；4）某些芽孢菌的芽孢开始形成；5）某些细菌过量积累次级代谢产物，如抗生素、维生素等。稳定生长期时活菌数达到最高水平，如

9、果为了获得大量活菌体，就应在此阶段收获。在稳定期，代谢产物的积累开始增多，逐渐趋向高峰。某些产抗生素的微生物，在稳定期后期时大量形成抗生素。稳定期的长短与菌种和外界环境条件有关。生产上常常通过补料，调节 pH，调整温度等措施来延长稳定生长期，以积累更多的代谢产物。,一个达到稳定生长期的微生物群体，由于生长环境的继续恶化和营养物质的短缺，群体中细胞死亡率逐渐上升，以致死亡菌数逐渐超过新生菌数，群体中活菌数下降，曲线下滑。衰亡期特点：1）细菌代谢活性降低；2）细菌衰老并出现自溶；3）许多胞内的代谢产物和胞内酶向外释放等,如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。4）菌体细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细

10、胞大小悬殊；有些革兰氏染色反应阳性菌此时会变成阴性反应.,4.衰亡期（Death phase）,微生物的生长曲线，反映一种微生物在一定的生活环境中(如试管、摇瓶、发酵罐)生长繁殖和死亡的规律。它既可作为营养物和环境因素对生长繁殖影响的理论研究指标，也可用为调控微生物生长代谢的依据，以指导微生物生产实践。根据发酵目的的不同，确定在微生物发酵的不同时期进行收获。微生物生长曲线可以用于指导微生物发酵工程中的工艺条件优化以获得最大的经济效益。,第二节微生物的培养与生长量测定,一、微生物纯培养技术,纯培养(Pure culture)：微生物学中将在实验室条件下从一个细胞或一种细胞群繁殖得到的后代称为纯培

11、养。纯培养技术包括两个基本步骤：从自然环境中分离培养对象。在以培养对象为唯一生物种类的隔离环境中培养、增殖，获得这一生物种类的细胞群体。针对不同微生物的特点，有许多分离方法。应用最广的是平板法分离纯培养。,获得纯培养的技术,稀释平板分离法 平皿划线分离法 单细胞挑取法 利用选择性培养基分离法 富集培养 二元培养：是纯培养的一种特殊形式，主要用于分离寄生微生物的方法。,富集培养,有些微生物在自然界中生存着，但分离和获得纯培养却十分困难，有些甚至至今没有成功过。对于这些微生物采取富集培养的方法，作为纯培养的前处理，或者直接以富集培养物为研究材料。富集培养用作为取得纯培养的前处理，使特定的微生物种类

12、在数量上占绝对优势，然后稀释培养在适宜平板培养基上，长出的单菌落多数是预期要分离的特定种类。,二元培养,二元培养是纯培养的一种特殊形式。有些寄生微生物只能在寄主微生物体内寄生，必需将寄生微生物和寄主微生物培养在起，同时排除其他杂菌。例如噬菌体只能在特定的寄主微生物体内繁殖。首先在平板培养基中繁殖寄主微生物的纯培养(称为细菌坪)，再将含噬菌体的稀释液接种在细菌坪上，经过培养，在细菌坪上出现许多独立的噬菌斑，反复纯化，得到纯的二元培养体即只有一种寄主细菌和一种噬菌体的“纯培养”。,二、分批培养与连续培养（一）分批培养,在一个相对独立密闭的系统中，一次性投入培养基对微生物进行接种培养的方式一般称为分

13、批培养(batch culture)。如在微生物研究中用烧瓶作为培养容器进行的微生物培养一般是分批培养。采用分批培养方式时，随着培养时间的延长，由于系统相对密闭性，被微生物消耗的营养物得不到及时地补充，代谢产物未能及时排出培养系统，其它对微生物生长有抑制作用的环境条件得不到及时改善，使微生物细胞生长繁殖所需的营养条件与外部环境逐步恶化，从而使微生物群体生长表现出从细胞对新环境的适应到逐步进入快速生长，而后较快转入稳定期，最后走向衰亡的阶段分明的群体生长过程。分批培养由于它的相对简单与操作方便，在微生物学研究与发酵工业生产实践中仍被较为广泛采用。,（二）、连续培养,连续培养（continuous

14、 culture）是相对于分批培养而言的。连续培养是指在深入研究分批培养中生长曲线形成的内在机制的基础上，开放培养系统，不断补充营养液、解除抑制因子、优化生长代谢环境的培养方式。连续培养的显著特点与优势是，它可以根据研究者的目的，在一定程度上，人为控制典型生长曲线中的某个时期，使之缩短或延长时间，使某个时期的细胞加速或降低代谢速率，从而大大提高培养过程的人为可控性和效率。,连续培养方式,恒浊器法(Turbidostat)：恒浊法是以培养器中微生物细胞的密度为监控对象，用光电控制系统来控制流入培养器的新鲜培养液的流速，同时使培养器中的含有细胞与代谢产物的培养液也以基本恒定的流速流出，从而使培养器

15、中的微生物在保持细胞密度基本恒定的条件下进行培养的一种连续培养方式。用恒浊法连续培养微生物，可控制微生物在最高生长速率与最高细胞密度的水平上生长繁殖，达到高效率培养的目的。目前在发酵工业上有多种微生物菌体的生产就是根据这一原理,恒化器法(Chemostat)：指控制恒定的流速，使由于细菌生长而耗去的营养物质及时得到补充，培养基中营养物浓度基本恒定，从而保持细菌的恒定生长速率。恒化连续培养往往控制微生物在低于最高生长速率的条件下生长繁殖。恒化连续培养在研究微生物利用某种底物进行代谢的规律方面被广泛采用。因此，它是微生物营养、生长、繁殖、代谢和基因表达与调控等基础与应用基础研究的重要技术手段。,补

16、料分批培养或半连续培养 无论是基础研究还是在发酵工业生产实践中，为了达到某种特殊目的或提高培养效率，常常采取两种方法加以综合的培养方式。既不是严格意义的分批培养方式，也不是严格意义的连续培养方式，一般称之为补料分批培养或半连续培养。如在金霉素、四环素等抗生素发酵生产中，在细胞群体生长进入稳定期，抗生素开始大量合成时进行补料，适当增加发酵液中合成四环类抗生素的底物量和维持细胞生存所需要的低微浓度的营养物，使细胞在非生长繁殖状态下合成抗生素的持续时间延长，从而达到提高单位发酵液中抗生素总量（效价）之目的。半连续发酵方式在当代发酵工业上应用最为广泛。,分批培养与连续培养的比较,1）缩短发酵周期，提高

17、设备利用率；2）便于自动控制；3）降低动力消耗及体力劳动强度；4）产品质量较稳定；,三、同步培养,通过机械方法和调控培养条件使某一群体中的所有微生物个体细胞尽可能处于同一生长和分裂周期中，从而使细胞群体中各个体处于分裂步调一致的生长状态，这种生长状态称为同步生长(synchronous growth)。,获得微生物同步生长的方法,主要有以下两类：机械筛选法。这一方法是利用处于同一生长阶段细胞的体积与大小的同一性，用过滤、密度梯度离心或膜洗脱等方法收集同步生长的细胞。诱导法。这一方法是用理化条件（药物、营养物、温度、光照等）人为诱导控制微生物细胞群体处于某同一生长发育阶段，以获得同步生长细胞。,

18、四、微生物生长量的测定,1.直接计数法（全数法）：2.间接计数法（活菌计数法）3.测定细胞物质量,1.直接计数法（全数法）,计数器计数法：血球计数板 细菌计数板 涂片染色计数法 比浊法：这是测定菌悬液中细胞数量的快速方法。其原理是菌悬液中的单细胞微生物，其细胞浓度与混浊度成正比，与透光度成反比。细胞越多，浊度越大，透光量越少。因此，测定菌悬液的光密度(或透光度)或浊度可以反映细胞的浓度。此法比较简便，但使用有局限性。菌悬液颜色不宜太深，不能混杂其他物质，否则不能获得正确结果。一般在用此法测定细胞浓度时，应先用计数法作对应计数，取得经验数据，并制作菌数对 OD 值的标准曲线方便查获菌数值。,2.

19、间接计数法（活菌计数法）,平板菌落计数法：液体稀释培养测数（Most Probable Number method,MPN法）：取定量（1mL）的单细胞微生物悬液，用培养液作定量 10 倍系列稀释，重复 35 次，将不同稀释度的系列稀释管置适宜温度下培养。在稀释度合适的前提下，在菌浓度相对较高的稀释管内均出现菌生长，而自某个稀释度较高的稀释管开始至稀释度更高的稀释管中均不出现菌生长，按稀释度自低到高的顺序，把最后三个稀释度相对较高的、出现菌生长的稀释管之稀释度称为临界级数。由 3 至 5 次重复的连续三级临界级数获得指数，查相应重复的最大或然数(即 most probable number，M

20、PN)表求得最大可能数，再乘以出现生长的临界级数的最低稀释度，即可测得比较可靠的样品活菌浓度。薄膜过滤计数法：,3.测定细胞物质量,干重法 含氮量测定法 DNA测定法 其他生理指标测定法：物质的消耗 产生量 对氧的吸收 发酵糖产酸量 二氧化碳的释放量等,第 三 节微生物的生长与环境Microbial growth and Environment,一 些 基 本 术 语,化疗(Chemotherapy)灭菌(Sterilization)抑制(Inhibition)死亡(Death)防腐(Antisepsis)消毒(Dis-infection),化疗(chemotherapy)是指利用具有选择性的

21、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或病变细胞进行治疗，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。,灭菌（sterilization)是指利用某种杀死物体中包括芽孢在内的所有微生物的一种措施.,抑制(inhibition)是在亚致死剂量因子作用下导致微生物生长的停止，但在移去这种因子后生长仍可以恢复的生物学现象。,死亡(death)是在致死剂量因子或亚致死剂量因子长时间作用下，导致微生物生长能力不可逆丧失，即使这种因子移去后生长仍不能恢复的生物学现象。,防腐（antisepsis)是在某些化学物质或物理因子作用下，能防止或抑制微生物生长的一种措施，

22、它能防止食品腐败或防止其它物质霉变。,消毒（disinfection)是利用某种方法杀死或灭活物质或物质中所有病原微生物的一种措施,它可以起到防止感染或传播的作用.,一、温度,最低生长温度:指微生物能进行繁殖的最低温度界限。最适生长温度：指使微生物达到最大生长速度的温度。最高生长温度：指微生物能生长繁殖的最高温度界限。致死温度：是指能使 微生物死亡的最低温度界限。致死时间：在一定温度下杀死微生物所需要的最短时间。,各类微生物生长的温度范围,温度对微生物生长速率影响的规律,利用高温灭菌的方法,干热灭菌 湿热灭菌 巴斯德灭菌,干热灭菌干热灭菌法：160处理12h。适用于玻璃器皿、金属用具等耐热物品

23、的灭菌。优点：可保持物品的干燥。灼热灭菌法：常用于金属性接种工具、污染物品及实验材料等废弃物的处理。,煮沸消毒法：100，15min以上。间隙灭菌法：用流通蒸汽反复多次处理的灭菌法。巴斯德消毒法：用较低的温度（如6263，30min）处理牛奶、酒类等饮料，以杀死其中的病原菌如结核杆菌、伤寒杆菌等，同时又不损害营养与风味的方法。高压蒸汽灭菌法：1.05kg/cm2（15b/in）的蒸汽压，121处理1530min。,湿 热 灭 菌,巴斯德灭菌,即用较低的温度(如用6263，处理30min、若以71则处理15min)处理牛奶、酒类等饮料，以杀死其中的病原菌如结核杆菌、伤寒杆菌等，但又不损害营养与风

24、味。处理后的物品应迅速冷却至10左右即可饮用。这种方法只能杀死大多数腐生菌的营养体而对芽孢无损害。此法是基于结核杆菌的致死温度为6215min而规定的。这种消毒法系巴斯德发明，故称巴斯德消毒法。现不断提高灭菌温度缩短灭菌时间，以提高生产效率。100多几秒钟。,湿热比干热灭菌更好：1）更易于传递热量；2）更易破坏保持蛋白质稳定性的氢键等结构；,湿热对一般营养体和孢子的杀灭条件：1）多数细菌和真菌的营养细胞：在60左右处理5-10分钟；2）酵母菌和真菌的孢子：用80以上温度处理；3）细菌的芽孢：121处理15分钟以上；,三、pH对微生物生长的影响,微生物的生命活动受环境酸碱度的影响较大。每种微生物

25、都有最适宜的 pH 值和一定的 pH 适应范围。大多数细菌、藻类和原生动物的最适宜 pH 为 6.5 7.5，在 pH4.0 10.0 之间也能生长。放线菌一般在微碱性，pH7.5 8.0 最适宜。酵母菌和霉菌在 pH5 6 的酸性环境中较适宜，但可生长的范围在 pHl.5 10.0 之间。有些细菌可在很强的酸性或碱性环境中生活，例如有些硝化细菌则能在 pH11.0 的环境中生活，氧化硫硫杆菌能在 pHl.0 2.0 的环境中生活。,pH 值影响微生物生长的机制主要有以下几点：由于氢离子与细胞膜上的酶相互作用,氢离子也影响细胞壁中的酶活性;pH值影响培养基中有机化合物的离子化,从而间接影响微生

26、物;pH值影响营养物质的溶解度;pH影响代谢产物的积累;可利用微生物对 pH 要求的不同，促进有益微生物的生长或控制杂菌污染。,湿度一般是指环境空气中含水量的多少，有时也泛指物质中所含水份的量。一般的生物细胞含水量在7090%。湿润的物体表面易长微生物，这是由于湿润的物体表面常有一层薄薄的水膜，微生物细胞实际上就生长在这一水膜中。放线菌和霉菌基内菌丝生长在水溶液或含水量较高的固体基质中，气生菌丝则曝露于空气中，因此，空气湿度对放线菌和霉菌等微生物的代谢活动有明显的影响。,三、湿度、渗透压和水活度,如基质含水量不高、空气干燥，胞壁较薄的气生菌丝易失水萎蔫，不利于甚至可终止代谢活动，空气湿度较大则

27、有利于生长。细菌在空气中的生存和传播也以湿度较大为合适。因此，环境干燥，可使细胞失水而造成代谢停止乃至死亡。人们广泛应用干燥方法保存谷物、纺织品与食品等，其实质就是夺细胞之水，从而防止微生物生长引起的霉腐。,氧根据氧与微生物生长的关系可将微生物分为：好氧性微生物 微好氧性微生物 氧的忍耐型微生物 兼性厌氧性微生物 专性厌氧性微生物,四、氧和氧化还原电位,专性好氧菌（obligate or strict aerobes）这类微生物具有完整的呼吸链，以分子氧作为最终电子受体，只能在较高浓度分子氧（一 0.2Pa）的条件下才能生长，大多数细菌、放线菌和真菌是专性好氧菌。兼性厌氧菌(facultati

28、ve anaerobes）兼性厌氧菌也称兼性好氧菌（facultative aerobes）。这类 微生物的适应范围广，在有氧或无氧的环境中均能生长。一般以有氧生长为主，有氧时靠呼吸产能；兼具厌氧生长能力，无氧时通过发酵或无氧呼吸产能。如大肠杆菌（E.coli）、产气肠杆菌（Enterobacter aerogenes）等肠杆菌科(Enterobacteriaceae）的成员，地衣芽孢杆菌（Bacillus lichenifornus）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）等,微好氧菌（microserophilic bacteria）这类微生物只在非常低的氧分压，即

29、0.010.03 Pa 下才能生长（正常大气的氧分压为 0.2Pa）。它们通过呼吸链，以氧为最终电子受体产能。如发酵单胞菌属（Zymontonas）、弯曲菌属（Gampylobacter）、氢单胞菌属（Hy drogenomonas）、霍乱弧菌（Vibrio cholerae）等属种成员。耐氧菌（aerotolerant anaerobes）它们的生长不需要氧，但可在分子氧存在的条件下行发酵性厌氧生活，分子氧对它们无用，但也无害，故可称为耐氧性厌氧菌。氧对其无用的原因是它们不具有呼吸链，只通过发酵经底物水平磷酸化获得能量。一般的乳酸菌大多是耐氧菌.厌氧菌（anaerobes）分子氧对这类微生物

30、有毒，氧可抑制生长（一般厌氧菌）甚至导致死亡（严格厌氧菌）。因此，它们只能在无氧或氧化还原电位很低的环境种生长。常见的厌氧菌有梭菌属（Clostridium）成员.,氧对厌氧微生物产生毒害作用的机理,氧气对厌氧性微生物产生毒害作用的机理主要是厌氧微生物在有氧条件下生长时，会产生有害的超氧基化合物和过氧化氢等代谢产物，这些有毒代谢产物在胞内积累而导致机体死亡。好氧微生物与兼性厌氧细菌细胞内普遍存在着超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。而严格厌氧细菌不具备这两种酶。耐氧性微生物只具有超氧化物歧化酶，而不具有过氧化氢酶，因此在生长过程中产生的超氧基化合物被分解去毒，过氧化氢则通过细胞内某些代谢产物进一步氧化

31、而解毒，这是决定耐氧性微生物在有氧条件下仍可生存的内在机制。,氧化还原电位势(Eh),好氧微生物：+0.1 V；最适+0.3+0.4V；厌氧微生物：-0.1V;产甲烷细菌：-330 mV；,不同的微生物对生长环境的氧化还原电位有不同的要求。环境的氧化还原位（用 E h 值表示）与氧分压有关，也受 pH 的影响。pH 值低时，氧化还原电位高；pH 值高时，氧化还原电位低。通常以 pH 中性时的值表示。微生物生活的自然环境或培养环境(培养基及其接触的气态环境)的 E h 值是整个环境中各种氧化还原因素的综合表现。,微生物生长过程中培养基氧化还原电位的变化,培养基的氧化还原电位受诸多因子的影响，首先

32、是分子态氧的影响，其次是培养基中氧化 还原 物质的影响。另一方面，微生物本身的代谢作用也是影响 E h 值的重要因素，在培养环境中，微生物代谢消耗氧气并积累一些还原物质，如抗坏血酸、H 2 S 或有机硫氢化合物（半胱氨酸、谷胱苷肽、二硫苏糖醇等），导致环境中 E h 值降低。,五、氧以外的气体,氮气固氮微生物 CO2自养型微生物 H2具有氢酶的微生物 CH4甲烷氧化菌 其他,六、辐射(Radiation),紫外线（Ultraviolet 1363900nm）,短光波的紫外线则具有直接杀菌作用。250280nm最强；UV杀菌机理：形成胸腺嘧啶二聚体,微生物直接曝晒在阳光中，由于红外线产生热量，通

33、过提高环境中的温度和引起水分蒸发而致干燥作用，间接地影响微生物的生长。X-射线、-射线、-射线和-射线的波长更短，有足够的能量使受照射分子逐出电子而使之电离，故称为电离辐射。电离辐射的杀菌作用除作用于细胞内大分子，如 X-射线、-射线能导致染色体畸变等外，还间接地通过射线引起环境中水分子和细胞中水分子在吸收能量后产生自由基而起作用，这些游离基团能与细胞中的敏感大分子反应并使之失活。射线具有很强的穿透力和杀菌效果，在食品与制药等工业上，常将高剂量 射线(300 万伦琴)应用于罐头食品、不能进行高温处理的药品的放射灭菌。合适照射剂量的紫外线，X 射线或 射线能诱导基因变异，因而，它们也用作微生物诱

34、变获得突变基因与育种的高效诱变剂。,七、超声波,超声波可通过其高频率震动与细胞振动的不和谐而造成细胞周围环境的局部真空，导致细胞周围压力的极大变化，这种压力变化促使细胞破裂，引起机体死亡。微生物细胞破碎常用方法,八、化学药物,1.重金属盐类：0.1%HgCl2、AgNO3等。它们易与细胞蛋白质结合使其变性沉淀，或能与酶的巯基结合而使酶失去活性。2.氧化剂：KMnO4、H2O2、Cl2等。通过它们的强烈氧化作用可以杀死微生物。3.还原剂：甲醛等。如甲醛是常用的还原性消毒剂，它能与蛋白质的酰基和巯基起反应，引起蛋白质变性。,4.表面活性剂：乙醇：70 的乙醇杀菌效果最好，超过 70 以至无水乙醇效

35、果较差。无水乙醇可能与菌体接触后迅速脱水，表面蛋白质凝固形成了保护膜，阻止了乙醇分子进一步渗入胞内。浓度低于 70 时，其渗透压低于菌体内渗透压，也影响乙醇进入胞内。酚：酚(石炭酸)及其衍生物有强杀菌力，它们对细菌的有害作用可能主要是使蛋白质变性，同时又有表面活性剂的作用，破坏细胞膜的透性，使细胞内含物外泄。5 的石炭酸溶液可用作喷雾以消毒空气。微生物学中常以酚作为比较各种消毒剂杀菌力的标准。各种消毒剂和酚的杀菌作用的比较强度，称为消毒剂的“酚价”。甲酚是酚的衍生物，市售消毒剂煤酚皂液就是甲酚与肥皂的混合液，常用 3 5 的溶液来消毒皮肤、桌面及用具等。5.其它化学药物：1%KOH、1%H2S

36、O4、结晶紫等。6.化学疗剂：抗生素、抗代谢物,第 四 节,微生物对环境的适应与抗性 Microbial adoption and resistance to Environment,一、微生物的趋向性 二、微生物的抗性 微生物的抗药性 微生物对高温的抗性 微生物对极端pH的抗性 微生物对重金属离子毒害的抗性,一、微生物的趋向性,趋化性（chemotaxis）：微生物对不同种类的化学物质或不同浓度的化学物质溶液所产生的一种向性或背向性的一种特征。趋光性（phototaxis）：尤指光合细菌对光的反应.,微生物的趋氧与避氧性生长现象,二、微生物的抗逆性,抗逆性（stress resistance

37、）是指微生物对其生存生长不利的各种环境因素的抵抗和忍耐能力的总称。当微生物处于对其生存生长不利的逆境(environmental stress)时，由于微生物不象动物那样可通过远距离运动逃离逆境，即使某些微生物有一定的运动能力，其运动距离也十分有限。因而，微生物的抗逆主要通过自身的生理与遗传适应机制来实现。微生物中的抗性，研究较多的主要是与人类实践关系密切的抗性，如抗药性、抗热性、耐高渗透压、耐酸、耐重金属离子等。,（一）抗药性,微生物对以抗生素为主的药物的抗性简称为抗药性。当某种抗生素长期作用于一些敏感（病原）微生物时，微生物通过遗传适应，对特定抗生素表现出抗药性。抗药性的途径：1抗性细胞产

38、生酶，使药物失去活性 2修饰和改变药物作用靶位 3改变细胞对药剂的渗透性与增强外排作用 4形成救护途径：当某一药物封闭了某终产物合成途径中的一个步骤，而影响了该产物的供应量时，可通过形成另一个途径产生该产物，从而获得抗药性。这类途径通常称为救护途径(salvage pathway)。,（二）、微生物对高温的抗性,按照它们所生长的最高温度又可以将其分为两种类型：生长的最高温度在 75 以上的嗜高温菌(也称高度好热菌)，和生长最高温在 55 75 之间的嗜亚高温菌(也称中度嗜热菌)。后一类菌中又可分为在 37 以下环境中不能生长的专性嗜亚高温菌及在 37 以下也能生长的兼性嗜亚高温菌。嗜高温菌（高

39、度好热菌）：75 嗜亚高温菌(中度好热菌):5575,高温菌耐高温机理,酶对热稳定 核酸G+Cmol%较高,Tm值较大 细胞膜长链脂肪酸含量高,主要是一些分支的长链饱和脂肪酸(17,18和19碳原子)保护因子,如金属离子(Mg2+,Ca2+等)和一些低分子物质如多胺等,（三）、微生物对极端pH的抗性,极端pH条件:pH9.0 机理:还不完全了解。一般认为是由于细胞膜对氢离子的不透性所引起。而对于嗜碱菌则认为是通过主动分泌OH-离子的方式保持细胞内pH在中性范围。不论是嗜酸细菌还是嗜碱细菌，细胞壁与细胞膜在维持胞内 pH 的稳定上都起着重要作用。,（四）、微生物对重金属离子毒害的抗性 微生物一般

40、对重金属的需要量极为微量，在0.1mg/L或更少即可满足，并有一定的刺激生长的作用。过量产生毒害。但也有某些微生物可生长在浓度已大大超过对生物产生毒性的高含量重金属的环境中。在高浓度环境中藻类、真菌、原生动物、和细菌都有抗高浓度重金属的种类。,微生物对重金属离子毒害的抗性机理,改变细胞膜透性，阻止金属离子进入细胞 产生某种螯合剂如胞外多糖，抵抗金属离子的毒害 通过酶促反应，使有毒物质转变成无毒化合物,第五节 微生物菌种的保藏,一、微生物菌种的保藏要求,微生物菌种保藏的要求：,是广泛收集各种研究、教学和生产性菌种，满足各方面需求；,高质量保藏，即要求保藏的菌种不死亡、活性不衰老、特性不变异、分类

41、不紊乱；,随时可提供保持有原始特性的菌种用于交换和使用。,菌种保藏原理,菌种保藏的基本原理是将微生物菌种保存在不利于微生物活跃生长和代谢的不良环境中，如干燥、低温、缺氧、黑暗、营养饥饿等等，使微生物代谢速率极为缓慢或处于休眠状态。而一旦恢复所保存菌种生长的正常环境和营养条件，即可获得具有高生理活性和保持原种优良性状的菌种培养物。,二、微生物菌种保藏的常用方法,菌种保藏的方法有多种多样，常用菌种保藏方法的比较如下:,常用菌种保藏方法的比较,三、保藏菌种的活化,保藏菌种的活化是使用保藏菌种的第一步。活化的要求是使保藏菌种恢复旺盛的生命活动和显示其原有的代谢和生产性能。,保藏菌种的活化必须使用保藏菌种时使用的相同培养基和培养条件，或以保藏菌种生长和代谢最佳的培养基和培养条件，以使保藏菌种能迅速恢复其原有的代谢速率和生理特性.,