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1、第七章第七章 微生物的生长与环境条件微生物的生长与环境条件 通过本章的学习，要求掌握通过本章的学习，要求掌握：1 1、微生物生长量的测定方式。、微生物生长量的测定方式。2 2、细菌纯培养生长曲线各个时期的主要特点。、细菌纯培养生长曲线各个时期的主要特点。3 3、物理因子，化学药物对微生物生长的影响。、物理因子，化学药物对微生物生长的影响。 重点：重点：细菌纯培养生长曲线。细菌纯培养生长曲线。 难点：难点： 如何利用细菌纯培养生长曲线的对数生长期来计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。算细菌的代时和代数。 微生物在适宜的环境条件下，不断地吸收营养物质，并微生物在适宜的环
2、境条件下，不断地吸收营养物质，并按照自己的代谢方式进行代谢活动，如果同化作用大于按照自己的代谢方式进行代谢活动，如果同化作用大于异化作用，则细胞质的量不断增加，体积得以加大，于异化作用，则细胞质的量不断增加，体积得以加大，于是表现为生长。简单地说，生长是表现为生长。简单地说，生长growthgrowth就是有机体的细就是有机体的细胞组分与结构在量方面的增加。胞组分与结构在量方面的增加。单细胞微生物如细菌，生长往往伴随着细胞数目的增加。单细胞微生物如细菌，生长往往伴随着细胞数目的增加。当细胞增长到一定程度时，就以二分裂方式，形式两个当细胞增长到一定程度时，就以二分裂方式，形式两个基本相的子细胞。
3、这种由于细胞分裂而引起的个体数目基本相的子细胞。这种由于细胞分裂而引起的个体数目的增加，称为繁殖的增加，称为繁殖reproductionreproduction。在多细胞微生物中，如某些霉菌，细胞数目的增加（菌在多细胞微生物中，如某些霉菌，细胞数目的增加（菌丝细胞的不断延长或分裂）如不伴随着个体数目的增加，丝细胞的不断延长或分裂）如不伴随着个体数目的增加，只能叫生长。只有通过形成无性孢子或有性孢子使得个只能叫生长。只有通过形成无性孢子或有性孢子使得个体数目增加的过程才叫做繁殖。体数目增加的过程才叫做繁殖。在一般情况下，当环境条件适合，生长与繁殖始终是交在一般情况下，当环境条件适合，生长与繁殖始
4、终是交替进行的。从生长到繁殖是一个由量变到质变的过程，替进行的。从生长到繁殖是一个由量变到质变的过程，这个过程就是发育这个过程就是发育developmentdevelopment。如果某一或某些环境条件发生改变，并超出了生物可以如果某一或某些环境条件发生改变，并超出了生物可以适应的范围时，就会对机体产生抑制乃至杀灭作用。适应的范围时，就会对机体产生抑制乃至杀灭作用。第一节第一节 纯培养微生物群体的生长纯培养微生物群体的生长微生物在自然界总是混杂地生活在一起，要想研究某一种微微生物在自然界总是混杂地生活在一起，要想研究某一种微生物，必须把研究对象从混杂群体中分离出来。生物，必须把研究对象从混杂群
5、体中分离出来。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养得到的后代称为纯培养pure culturepure culture。一、纯培养技术一、纯培养技术 获得纯培养的方法获得纯培养的方法稀释倒平板法稀释倒平板法 pour plate methodpour plate method涂布平板法涂布平板法 spread plate methodspread plate method平板划线分离法平板划线分离法 streak plate methodstreak plate method 平行划线平行划线 扇形划线扇形
6、划线 其他形式的连续划线其他形式的连续划线稀释摇管法稀释摇管法 dilution shake culture methoddilution shake culture method利用选择培养基分离法利用选择培养基分离法 根据所要分离的菌种的特性选用培养基，如：根据所要分离的菌种的特性选用培养基，如：分离真菌用马丁氏培养基，分离真菌用马丁氏培养基，pHpH偏酸；分离放线菌用高氏偏酸；分离放线菌用高氏1 1号，号，pHpH中性偏碱。中性偏碱。不同菌对化学试剂的敏感性：分离放线菌，培养基中加不同菌对化学试剂的敏感性：分离放线菌，培养基中加10%10%酚，抑制细菌、真菌；从土壤中分离真菌，加孟加酚，
7、抑制细菌、真菌；从土壤中分离真菌，加孟加拉红，抑制细菌生长。拉红，抑制细菌生长。根据分离对象的营养特征：分离能发酵纤维素的菌株，根据分离对象的营养特征：分离能发酵纤维素的菌株，培养基以纤维素为唯一碳源。分离固氮菌，用无氮培养培养基以纤维素为唯一碳源。分离固氮菌，用无氮培养基。基。 测定单细胞微生物的数量测定单细胞微生物的数量 测定总菌数测定总菌数total count total count 计数板直接测数计数板直接测数比浊法比浊法我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物测定微生物的活菌数viabl
8、e count 稀释平板测数法dilute plate count以CFU(colony forming units)表示 稀释培养测数法（又称最大概率法，MPN most probable number）细胞生物量测定细胞生物量测定细胞干重测定：单位体积的培养液中的微生物细胞的干重。细胞干重测定：单位体积的培养液中的微生物细胞的干重。总氮量测定法：用化学分析方法测出微生物细胞中蛋白质总氮量测定法：用化学分析方法测出微生物细胞中蛋白质或氮元素的含量。或氮元素的含量。DNADNA含量测定法：用荧光法测定微生物细胞中含量测定法：用荧光法测定微生物细胞中DNADNA含量。含量。代谢活性法：根据微生物
9、生命活动的强度来估算生物量。代谢活性法：根据微生物生命活动的强度来估算生物量。如单位体积培养物在单位时间内的如单位体积培养物在单位时间内的O O2 2消耗、糖消耗或产酸消耗、糖消耗或产酸产产COCO2 2量等，它们在一定程度上间接地反映细胞生物量。量等，它们在一定程度上间接地反映细胞生物量。三、细菌纯培养的生长三、细菌纯培养的生长 以少量纯培养细菌接种一定容积的培养基中经过培养生长，以少量纯培养细菌接种一定容积的培养基中经过培养生长，最后一次收获，此称分批培养最后一次收获，此称分批培养( (batch culture)batch culture)。衰亡期稳定期对数期滞留期延滞期延滞期lag p
10、hase （滞留适应期）（滞留适应期）菌种初接入新鲜培养液内，微生物细胞需要通过自身生理菌种初接入新鲜培养液内，微生物细胞需要通过自身生理机能的调节逐步适应新环境。表现为细胞数量不增加了但机能的调节逐步适应新环境。表现为细胞数量不增加了但细胞个体体积增大，代谢活跃。细胞个体体积增大，代谢活跃。对数期对数期logarithmic growth phase细菌在这个时期生长旺盛，代谢活力强。分裂速度快，菌细菌在这个时期生长旺盛，代谢活力强。分裂速度快，菌数以指数级数增加，代时稳定。细胞在形态、生理等方面数以指数级数增加，代时稳定。细胞在形态、生理等方面较为一致，是研究微生物生理代谢和遗传变异的好材
11、料。较为一致，是研究微生物生理代谢和遗传变异的好材料。在工业生产中，也用对数期细胞作为扩大培养的种子液。在工业生产中，也用对数期细胞作为扩大培养的种子液。在对数生长期内，细菌数目的增加是按在对数生长期内，细菌数目的增加是按指数指数级数增加的，即级数增加的，即 20 2 1 22 23 2n 这里的指数这里的指数 n 为细菌分裂的次数或者增殖的代数，也就是一为细菌分裂的次数或者增殖的代数，也就是一个细菌繁殖个细菌繁殖n代产生代产生2n 个细菌。个细菌。如果在对数期开始时间如果在对数期开始时间 t1的菌数为的菌数为 x1 ，繁殖繁殖 n 代后到对数代后到对数期后期期后期t2的菌数为的菌数为 x2，
12、则代时（则代时（Generation time，G）（）（即即每增加一代所需要的时间）应为：每增加一代所需要的时间）应为： G=（t2 - t1）/n 先求代数先求代数n 由于由于x2 = x1 2n lgx2 = lgx1 + nlg2 ；n=（lgx2 - lgx1）/lg2 n = 3.3 lg (x2 /x1 ) 即即G =（t2 - t1 ）/3.3 lg (x2 /x1) 例如：在一细菌培养液中第一次测得的细菌数为例如：在一细菌培养液中第一次测得的细菌数为 104 /ml，经过培养经过培养 4 h后，又测得菌液中的细菌数为后，又测得菌液中的细菌数为 108 /ml，求此求此菌的世代
13、时间和在此时间内繁殖的代数。菌的世代时间和在此时间内繁殖的代数。 根据公式：根据公式：G = （t2 - t1 ）/3.3 lg (x2 /x1) t2 - t1 = （4 - 0） 60 min = 240 min x2 = 108 x1 = 104 lg(x2 /x1 ) = lg108 lg104 = 8 - 4 = 4 代入上式代入上式 G = 240/3.3 4 = 240/13.2 = 18 min 即在上述培养液中，世代时间为即在上述培养液中，世代时间为 18 min。 细菌繁殖代数细菌繁殖代数 n = (t2 - t1)/G = 240/18 = 13.3 繁代。繁代。稳定期稳
14、定期(stationary phase)又称恒定期或最高生长期。处于稳定期的微生物，新增殖又称恒定期或最高生长期。处于稳定期的微生物，新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，整个培养物中二者的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，整个培养物中二者处于动态平衡，此时生长速度，又逐渐趋向零。处于动态平衡，此时生长速度，又逐渐趋向零。在一定容积的培养基中，细菌为什么不能按对数期的高速在一定容积的培养基中，细菌为什么不能按对数期的高速率无限生长呢率无限生长呢?这是由于对数期细菌活跃生长引起周围环境条件条件发生这是由于对数期细菌活跃生长引起周围环境条件条件发生了一系列变化，某些营养物质消耗，有害代谢产物的积累
15、，了一系列变化，某些营养物质消耗，有害代谢产物的积累，以及诸如以及诸如pH、氧化还原电位、温度等的改变，限制了菌体氧化还原电位、温度等的改变，限制了菌体细胞继续以高速度进行生长和分裂。细胞继续以高速度进行生长和分裂。稳定期的细胞内开始积累贮藏物，如肝糖、异染颗粒、脂肪稳定期的细胞内开始积累贮藏物，如肝糖、异染颗粒、脂肪粒等，大多数芽孢细菌也在此阶段形成芽孢。如果为了获得粒等，大多数芽孢细菌也在此阶段形成芽孢。如果为了获得大量菌体，就应在此阶段收获，因这时细胞总数量最高；大量菌体，就应在此阶段收获，因这时细胞总数量最高；这一时期也是发酵过程积累代谢产物的重要阶段，某些放线这一时期也是发酵过程积累
16、代谢产物的重要阶段，某些放线菌抗生素的大量形成也在此时期。菌抗生素的大量形成也在此时期。从上可以看出，稳定期的微生物，在数量上的达到了最高水从上可以看出，稳定期的微生物，在数量上的达到了最高水平，产物的积累也达到了高峰，此时，菌体的总产量与所消平，产物的积累也达到了高峰，此时，菌体的总产量与所消耗的营养物质之间存在着一定关系，这种关系，生产上称为耗的营养物质之间存在着一定关系，这种关系，生产上称为产量常数。产量常数。衰亡期衰亡期(decline phase)细菌死亡率逐渐增加，群体中活菌数目急剧下降，出现细菌死亡率逐渐增加，群体中活菌数目急剧下降，出现了了“负生长负生长”。其中有一段时间，活菌
17、数换几何级数下。其中有一段时间，活菌数换几何级数下降，故有人称之为降，故有人称之为“对数死亡阶段对数死亡阶段”。这一阶段的细胞，有的开始自溶，产生或释放出一些产这一阶段的细胞，有的开始自溶，产生或释放出一些产物，如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。菌体细胞物，如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。菌体细胞也呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊，有的也呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊，有的细胞内多液泡，革兰氏染色反应的阳性菌变成阴性反应细胞内多液泡，革兰氏染色反应的阳性菌变成阴性反应等。等。并不是所有细胞均处于完全相同的生理状态，因此，在细菌并不是所有细胞均处于完全相同的生理状态，因此
18、，在细菌生长的整个周期，细菌数和培养时间，往往是一条缓慢上升生长的整个周期，细菌数和培养时间，往往是一条缓慢上升以后又逐渐下降的曲线。以后又逐渐下降的曲线。认识和掌握细菌生长曲线，对指导发酵生产具有很大作用：认识和掌握细菌生长曲线，对指导发酵生产具有很大作用：计算生长速率和代时；计算生长速率和代时；不同生长期的细胞在结构和生理上可能有很大差别，了解了不同生长期的细胞在结构和生理上可能有很大差别，了解了这些，就能根据需要进取样和收获；这些，就能根据需要进取样和收获；不同的生长期理化因子对微生物的影响了可能不同。一般来不同的生长期理化因子对微生物的影响了可能不同。一般来说，对数生长期的细胞较为一致
19、，因此常用于研究细胞的新说，对数生长期的细胞较为一致，因此常用于研究细胞的新陈代谢。陈代谢。当微生物在一个固定的容器中生长时，由于养料的消耗，当微生物在一个固定的容器中生长时，由于养料的消耗，代谢产物的积累，必然会导致微生物生长速度减慢，为了代谢产物的积累，必然会导致微生物生长速度减慢，为了保持微生物能长时期的处于对数生长期，就要采用连续培保持微生物能长时期的处于对数生长期，就要采用连续培养养continuous culture，即在一个恒定容积的流动系统中，即在一个恒定容积的流动系统中，一方面以一定的速度不断地加入新的培养基，另一方面又一方面以一定的速度不断地加入新的培养基，另一方面又以相同
20、的速度流出培养物，这样就可以使容器中微生物的以相同的速度流出培养物，这样就可以使容器中微生物的数量和营养状态保持恒定，使微生物长期处于旺盛生长阶数量和营养状态保持恒定，使微生物长期处于旺盛生长阶段。段。 恒浊连续培养恒浊连续培养不断调节流速而使细菌培养物浊度保持恒定的连续培养叫不断调节流速而使细菌培养物浊度保持恒定的连续培养叫恒浊连续培养。恒浊连续培养。由光电装置检测培养容器中的浊度，根据浊度变化控制新由光电装置检测培养容器中的浊度，根据浊度变化控制新鲜培养液流入和旧培养流出速度，使容器内菌液浓度恒定。鲜培养液流入和旧培养流出速度，使容器内菌液浓度恒定。工业发酵中用此法可获得大量菌体及代谢产物
21、。工业发酵中用此法可获得大量菌体及代谢产物。恒化培养恒化培养控制恒定流速，使由于细菌生长而耗去的营养物及时得到控制恒定流速，使由于细菌生长而耗去的营养物及时得到补充，又叫恒组成连续培养。这样，细菌的生长速率将取补充，又叫恒组成连续培养。这样，细菌的生长速率将取决于限制性因子的浓度。决于限制性因子的浓度。恒化连续培养多用于微生物学的研究工作中。从遗传学角恒化连续培养多用于微生物学的研究工作中。从遗传学角度来讲，它允许我们作长时间的细菌培养而能从中分离不度来讲，它允许我们作长时间的细菌培养而能从中分离不出的变种；从生理学方面看，能帮助我们观察细菌在不同出的变种；从生理学方面看，能帮助我们观察细菌在
22、不同生活条件下的变化，尤其是生活条件下的变化，尤其是DNADNA、RNARNA及蛋白质合成的变化；及蛋白质合成的变化；同时它也是研究自然条件下微生物生态体系比较理想的实同时它也是研究自然条件下微生物生态体系比较理想的实验模型，因为，生长在自然界的微生物一般都处于低营养验模型，因为，生长在自然界的微生物一般都处于低营养浓度条件下，生长也较慢。而恒定连续培养正好可通过调浓度条件下，生长也较慢。而恒定连续培养正好可通过调节控制系统来维持培养基成分的低营养养浓度，使之与自节控制系统来维持培养基成分的低营养养浓度，使之与自然条件相类似。然条件相类似。五、同步培养五、同步培养在分批培养中，各个细胞的生理状
23、态、代谢活动并不完全一在分批培养中，各个细胞的生理状态、代谢活动并不完全一样。如果以群体测定结果的平均值来代表单个细胞的生长或样。如果以群体测定结果的平均值来代表单个细胞的生长或生理特性是不符合客观实际的，然而利用单个细胞进行研究生理特性是不符合客观实际的，然而利用单个细胞进行研究又是很困难的。为了解决这一问题，就必须设法使群体处于又是很困难的。为了解决这一问题，就必须设法使群体处于同一发育阶段，使群体和个体行为变得一致，因而发展了单同一发育阶段，使群体和个体行为变得一致，因而发展了单细胞的同步培养技术。细胞的同步培养技术。 同步培养法是：能使培养的微生物处于比较一致的生长发育同步培养法是：能
24、使培养的微生物处于比较一致的生长发育阶段上的培养方法叫同步培养法阶段上的培养方法叫同步培养法synchronous culture。机械法又称选择法机械法又称选择法微生物的子细胞与成熟细胞，通过机械法就可使它们在一定程微生物的子细胞与成熟细胞，通过机械法就可使它们在一定程度上分开来。然后用同样大小的细胞进行培养便可获得同步培度上分开来。然后用同样大小的细胞进行培养便可获得同步培养物。养物。 离心沉降分离法离心沉降分离法过滤分离法过滤分离法 硝酸纤维薄膜法硝酸纤维薄膜法机械法同步培养物是在不影响细菌代谢的情况下获得的，因而机械法同步培养物是在不影响细菌代谢的情况下获得的，因而菌体的生命活必然较为
25、正常。但此法有其局限性，有些微生物菌体的生命活必然较为正常。但此法有其局限性，有些微生物即使在相同的发育阶段，个体大小也不一致，甚至差别很大，即使在相同的发育阶段，个体大小也不一致，甚至差别很大，这样的微生物不宜采用这类方法。这样的微生物不宜采用这类方法。 调整生理条件的同步法（诱导法）调整生理条件的同步法（诱导法）温度调整法温度调整法 将微生物的培养温度控制在亚适温度条件下一段将微生物的培养温度控制在亚适温度条件下一段时间，使细胞的生长在分裂前不久的阶段稍微受到抑制，然时间，使细胞的生长在分裂前不久的阶段稍微受到抑制，然后将培养温度提高或降低到最适生长温度，大多数细胞就会后将培养温度提高或降
26、低到最适生长温度，大多数细胞就会进行同步分裂。进行同步分裂。营养条件调整法营养条件调整法 即控制营养物的浓度或培养基的组成以达到即控制营养物的浓度或培养基的组成以达到同步生长。例如限制碳源或其他营养物，使细胞只能一次分同步生长。例如限制碳源或其他营养物，使细胞只能一次分裂而不能继续生长，从而获得了刚分裂的细胞群体，然后再裂而不能继续生长，从而获得了刚分裂的细胞群体，然后再转入适宜的培养基中，它们例进入了同步生长。转入适宜的培养基中，它们例进入了同步生长。用最高稳定期的培养物接种用最高稳定期的培养物接种抑制抑制DNADNA合成法合成法利用代谢抑制剂阻碍利用代谢抑制剂阻碍DNADNA合成相当一段时
27、间，然后再解除合成相当一段时间，然后再解除其抑制，也可达到同步化的目的。试验证明：氨甲蝶呤其抑制，也可达到同步化的目的。试验证明：氨甲蝶呤、5-5-氟脱氧尿苷、羟基尿素、胸腺苷、脱氧腺苷和脱氧鸟氟脱氧尿苷、羟基尿素、胸腺苷、脱氧腺苷和脱氧鸟苷等，对细胞苷等，对细胞DNADNA合成的同步化均有作用。合成的同步化均有作用。总之，机械法对细胞正常生理代谢影响很少；而诱导同步分裂总之，机械法对细胞正常生理代谢影响很少；而诱导同步分裂虽然方法多，应用较广，但对正常代谢有时有影响，而且对其虽然方法多，应用较广，但对正常代谢有时有影响，而且对其诱导同步化的生化基础了解很少，化学诱导同步化的本质还是诱导同步化
28、的生化基础了解很少，化学诱导同步化的本质还是一个尚待研究的问题。一个尚待研究的问题。必须根据待试微生物的形态、生理性状来选择适当的方法。必须根据待试微生物的形态、生理性状来选择适当的方法。同步生长的时间，因菌种和条件而变化，由于同步群体的个体同步生长的时间，因菌种和条件而变化，由于同步群体的个体差异，同步生长不能无限地维持，往往会逐渐破坏，最多能维差异，同步生长不能无限地维持，往往会逐渐破坏，最多能维持持23个世代，又逐渐转变为随机生长，即非同步化。个世代，又逐渐转变为随机生长，即非同步化。第二节第二节 真菌的生长真菌的生长 一、菌丝的生长繁殖一、菌丝的生长繁殖 菌丝生长与营养有关。营养丰富，
29、分支多而密，营菌丝生长与营养有关。营养丰富，分支多而密，营养贫乏，分支少而稀。养贫乏，分支少而稀。 菌丝的生长是顶端生长，菌丝各个部分都有极性之菌丝的生长是顶端生长，菌丝各个部分都有极性之分，即位于前端的为幼龄菌丝，位于后面的为老龄菌丝。分，即位于前端的为幼龄菌丝，位于后面的为老龄菌丝。菌丝生长与营养有关，营养丰富则分支点与菌丝生长顶菌丝生长与营养有关，营养丰富则分支点与菌丝生长顶端的距离短，即分支多而频繁；营养贫乏分支点同菌丝端的距离短，即分支多而频繁；营养贫乏分支点同菌丝生长顶端距离长，即分支少。菌丝在固体培养基或在液生长顶端距离长，即分支少。菌丝在固体培养基或在液体培养中静止培养时形成菌
30、落，在液体培养中振荡培养体培养中静止培养时形成菌落，在液体培养中振荡培养时则形成菌丝球。时则形成菌丝球。二、孢子生长二、孢子生长 无性孢子繁殖无性孢子繁殖孢子的生长包括孢子的生长包括:孢子肿胀（外源肿胀，不需营养；内源肿胀，需要营养）孢子肿胀（外源肿胀，不需营养；内源肿胀，需要营养）;萌发管形成萌发管形成;菌丝生长。菌丝生长。 有性孢子繁殖有性孢子繁殖第一阶段是质配（第一阶段是质配（plasmogamy） 第二阶段为核配（第二阶段为核配（karyogamy） 第三阶段是减数分裂（第三阶段是减数分裂（meiosis） 第三节第三节 环境条件对微生物生长的影响环境条件对微生物生长的影响生长是微生物
31、与外界环境因素共同作用的结果。环境条件的生长是微生物与外界环境因素共同作用的结果。环境条件的改变，在一定限度内，可能上能引起微生物形态，生理、生改变，在一定限度内，可能上能引起微生物形态，生理、生长、繁殖等特征的改变，或者抵抗、适应环境条件的某些改长、繁殖等特征的改变，或者抵抗、适应环境条件的某些改变；当环境条件的变化超过一定极限，则导致微生物的死亡。变；当环境条件的变化超过一定极限，则导致微生物的死亡。研究环境条件与微生物之间的相互关系意义重大。本节将较研究环境条件与微生物之间的相互关系意义重大。本节将较多地涉及各种物理、化学因素对微生物生长的抑制与致死的多地涉及各种物理、化学因素对微生物生
32、长的抑制与致死的影响。影响。防腐防腐antisepsisantisepsis它是一种抑菌作用。利用某些理化因子，使物体内外的微生它是一种抑菌作用。利用某些理化因子，使物体内外的微生物暂时处于不生长繁殖但又未死亡的状态。这是一种防止食物暂时处于不生长繁殖但又未死亡的状态。这是一种防止食品腐败和其他物质霉变的技术措施。如低温、干燥、盐腌、品腐败和其他物质霉变的技术措施。如低温、干燥、盐腌、糖渍等等。糖渍等等。消毒消毒disinfectiondisinfection是指杀死或消除所有病原微生物的措施，可达到防止传染病是指杀死或消除所有病原微生物的措施，可达到防止传染病传播的目的。例如将物体煮沸传播的
33、目的。例如将物体煮沸10 min10 min，就可杀死病原菌的营就可杀死病原菌的营养体，但绝非杀死所有的芽孢，常用于牛奶、食品以及某些养体，但绝非杀死所有的芽孢，常用于牛奶、食品以及某些物体表面的消毒。利用消毒剂（物体表面的消毒。利用消毒剂（disinfectantdisinfectant），），也可进行也可进行皮肤、体膜或体内的处理。皮肤、体膜或体内的处理。灭菌灭菌sterilization是指用物理或化学因子，杀灭物体中的所有生活微生物，包是指用物理或化学因子，杀灭物体中的所有生活微生物，包括最耐热的细菌芽孢。这是一种彻底的杀菌措施。通过灭菌括最耐热的细菌芽孢。这是一种彻底的杀菌措施。通过
34、灭菌的物品不再存在任何有生命的有机体。的物品不再存在任何有生命的有机体。化学治疗化学治疗chemotherapy是指利用某些具有选择毒性的化学药物是指利用某些具有选择毒性的化学药物(如磺胺如磺胺)或抗生素，对或抗生素，对生物体的深部感染进行治疗，可以有效地消除宿主体内的病生物体的深部感染进行治疗，可以有效地消除宿主体内的病原体，但对宿主却没有或基本上没有损害。原体，但对宿主却没有或基本上没有损害。一、温度对微生物生长的影响一、温度对微生物生长的影响微生物生长的温度类型微生物生长的温度类型低温型微生物低温型微生物psychrophiles又称嗜冷微生物，可分为专性嗜冷和兼性嗜冷两种。又称嗜冷微生
35、物，可分为专性嗜冷和兼性嗜冷两种。它们常分布在地球两极地区的水域和土壤中，这里大部分地区它们常分布在地球两极地区的水域和土壤中，这里大部分地区几乎终年冰冻，即使在其微小的液态水间隙中也有微生物的存几乎终年冰冻，即使在其微小的液态水间隙中也有微生物的存在；它们或者分布在平均温度为在；它们或者分布在平均温度为5左右的海洋中，或分布在左右的海洋中，或分布在只有只有12的海洋深处；有的分布于冷泉。冷藏食物的腐败往的海洋深处；有的分布于冷泉。冷藏食物的腐败往往由这类微生物引起。往由这类微生物引起。机理：细胞内的酶在低温下仍能有效地发挥作用；细胞膜中不机理：细胞内的酶在低温下仍能有效地发挥作用；细胞膜中不
36、饱和脂肪酸含量较高，细胞膜在低温下仍保持半流动状态，从饱和脂肪酸含量较高，细胞膜在低温下仍保持半流动状态，从而能进行而能进行活跃的物质代谢。活跃的物质代谢。中温型微生物中温型微生物mesophiles它们又可分为室温性微生物和体温性微生物。室温性微生它们又可分为室温性微生物和体温性微生物。室温性微生物适于物适于2030生长，如土壤微生物、植物病原微生物。生长，如土壤微生物、植物病原微生物。体温性微生物多为人及温血动物的病原菌，它们生长的极体温性微生物多为人及温血动物的病原菌，它们生长的极限范围在限范围在1045，最适生长温度与其宿主体温相近，在，最适生长温度与其宿主体温相近，在2540之间，人
37、体寄生菌为之间，人体寄生菌为37左右。左右。中温型微生物不能在低于中温型微生物不能在低于10的条件下生长：与蛋白质的的条件下生长：与蛋白质的合成和反馈抑制有关。低于合成和反馈抑制有关。低于10时蛋白质的合成过程不能时蛋白质的合成过程不能启动；启动；10以下的低温，使很多酶对反馈抑制变得异常敏以下的低温，使很多酶对反馈抑制变得异常敏感。感。 高温型微生物高温型微生物themophiles它们适于在它们适于在4550以上的温度中生长，在自然界中的分布仅以上的温度中生长，在自然界中的分布仅局限制于某些地区，比如堆肥在发酵过程中温度常高达局限制于某些地区，比如堆肥在发酵过程中温度常高达6070。能在。
38、能在5570中生长的微生物有中生长的微生物有Bacillus、Methanobacterium等。分布于温泉中的细菌，有的可在近于等。分布于温泉中的细菌，有的可在近于100的高温中生长。这些耐高温的微生物，经常给罐头工业、的高温中生长。这些耐高温的微生物，经常给罐头工业、发酵工业带来麻烦。发酵工业带来麻烦。一般而言，原核生物能在比真核生物更高的温度下生长；非一般而言，原核生物能在比真核生物更高的温度下生长；非光合微生物能在比光合微生物耐温。光合微生物能在比光合微生物耐温。高温型微生物能在高温下生存和生长，是由于菌体内的酶和高温型微生物能在高温下生存和生长，是由于菌体内的酶和蛋白质比起中温型微生
39、物蛋白质对热更稳定；同时核糖体和蛋白质比起中温型微生物蛋白质对热更稳定；同时核糖体和其他成分对高温也具较大的抗性；细胞膜中饱和脂肪酸含量其他成分对高温也具较大的抗性；细胞膜中饱和脂肪酸含量高，可以形成更强的疏水键，从而使膜在高温下能保持其稳高，可以形成更强的疏水键，从而使膜在高温下能保持其稳定性并具正常的功能。定性并具正常的功能。不同微生物的致死温度不同。多数细菌、酵母菌、霉菌的营不同微生物的致死温度不同。多数细菌、酵母菌、霉菌的营养细胞和病毒，在养细胞和病毒，在5065条件下条件下12 min可致死；少数动物病可致死；少数动物病毒亦具较强的抗热性；噬菌体较其宿主细胞抗热；放线菌和毒亦具较强的
40、抗热性；噬菌体较其宿主细胞抗热；放线菌和霉菌孢子比营养细胞的抗热性强，霉菌孢子比营养细胞的抗热性强，7680条件下条件下10 min才被才被杀死；细菌芽孢抗热性最强，杀死；细菌芽孢抗热性最强，100以下处理相当时间才能致以下处理相当时间才能致死。死。同一菌种不同菌株或不同菌龄，其抗热性也可能不同。一般同一菌种不同菌株或不同菌龄，其抗热性也可能不同。一般幼龄的比老龄的对热敏感。例如菌龄为幼龄的比老龄的对热敏感。例如菌龄为1.75 h和和2.75 h的大肠的大肠杆菌在杆菌在53加热加热15 min，其菌数分别下降其菌数分别下降10，000倍和倍和2， 000倍，而菌龄为倍，而菌龄为62 h，在同样
41、条件下菌数只下降在同样条件下菌数只下降12倍。倍。培养基的成分对微生物的抗热性也有影响。例如在富含蛋白培养基的成分对微生物的抗热性也有影响。例如在富含蛋白质的培养基上生长的细菌，可能由于在菌体周期形成了一层质的培养基上生长的细菌，可能由于在菌体周期形成了一层蛋白质膜而提高了抗热能力。蛋白质膜而提高了抗热能力。 高温杀菌高温杀菌干热灭菌干热灭菌焚烧灭菌法焚烧灭菌法 此法灭菌彻底，迅速简便，但使用范围有限。常用于接种工此法灭菌彻底，迅速简便，但使用范围有限。常用于接种工具、污染物品以及实验动物尸体等废弃物的处理。具、污染物品以及实验动物尸体等废弃物的处理。干热灭菌法干热灭菌法 主要在干燥箱中利用热
42、空气进行灭菌。通常主要在干燥箱中利用热空气进行灭菌。通常160170处理处理2 h便可达到灭菌的目的。此法只适用于玻璃器皿、金属用具便可达到灭菌的目的。此法只适用于玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。其优点是可保持物品干燥等耐热物品的灭菌。其优点是可保持物品干燥。湿热灭菌湿热灭菌煮沸消毒法煮沸消毒法物品在水中煮沸物品在水中煮沸15 min以上，可杀死细菌的所有营养细胞以上，可杀死细菌的所有营养细胞和部分芽孢。这种方法适用于注射器、解剖用具等的消毒。和部分芽孢。这种方法适用于注射器、解剖用具等的消毒。高压蒸汽灭菌法高压蒸汽灭菌法 是实验室及生产中常用的灭菌方法。加压则可提供高于是实验室及生产中常
43、用的灭菌方法。加压则可提供高于100的蒸汽。加之蒸汽热穿透力强，可迅速引起蛋白质凝的蒸汽。加之蒸汽热穿透力强，可迅速引起蛋白质凝固变性。所以高压蒸汽灭菌在湿热灭菌法中效果最佳、应固变性。所以高压蒸汽灭菌在湿热灭菌法中效果最佳、应用较广。一般培养基、各种缓冲溶液、玻璃器皿等，常采用较广。一般培养基、各种缓冲溶液、玻璃器皿等，常采用用1 kg/cm2(121) 处理处理1530 min即可达到灭菌的目的。即可达到灭菌的目的。间歇灭菌法间歇灭菌法常压下常压下100处理处理1530 min，以杀死其中的营养细胞。冷，以杀死其中的营养细胞。冷却后，置于一定温度却后，置于一定温度(2837)保温过夜，使其
44、中可能残存保温过夜，使其中可能残存的芽孢萌发营养细胞，再以同样方法加热处理。如此反复的芽孢萌发营养细胞，再以同样方法加热处理。如此反复三次，可杀灭所有芽孢和营养细胞，以达到灭菌的目的。三次，可杀灭所有芽孢和营养细胞，以达到灭菌的目的。此法的缺点是灭菌比较费时，一般只用于不耐热的药品、此法的缺点是灭菌比较费时，一般只用于不耐热的药品、营养物、特殊培养基等的灭菌。在缺乏高压蒸汽灭菌设备营养物、特殊培养基等的灭菌。在缺乏高压蒸汽灭菌设备时亦可用于一般物品的灭菌。时亦可用于一般物品的灭菌。巴斯德消毒法巴斯德消毒法即用较低的温度处理牛奶、酒类等饮料，以杀死其中的病原即用较低的温度处理牛奶、酒类等饮料，以
45、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味。菌如结核杆菌、伤寒杆菌等，但又不损害营养与风味。如用如用6263则处理则处理30 min，若以若以71，只需，只需15 min。处理处理后的物品应迅速冷却至后的物品应迅速冷却至10左右即可饮用。这种方法只能杀左右即可饮用。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杆菌的致死温度6215 min而规定的。而规定的。微生物的致死温度微生物的致死温度在一定时间内（如在一定时间内（如 10 min）杀死微生物所需要的最低温度称杀死微生物所需要的最低温度
46、称为微生物的致死温度。为微生物的致死温度。 微生物的致死时间微生物的致死时间在一定温度下杀死微生物所需要的最短时间称为微生物的致在一定温度下杀死微生物所需要的最短时间称为微生物的致死时间。温度愈高，致死时间愈短。死时间。温度愈高，致死时间愈短。 D 值值 decimus value为在特定温度下使微生物菌数减少为在特定温度下使微生物菌数减少 10 倍所需的时间。倍所需的时间。 二、二、 pH pH 值对微生物生长的影响值对微生物生长的影响 微生物在微生物在 pH49 之间都可以生长。之间都可以生长。细菌、藻类、原生动物最适细菌、藻类、原生动物最适 pH 为为6.57.5放线菌最适放线菌最适 p
47、H 7.58.0， pH 510 霉菌、酵母最适霉菌、酵母最适 pH 56pH 值影响微生物生长的主要作用在于：值影响微生物生长的主要作用在于： 引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收；收； 影响代谢过程中酶的活性；影响代谢过程中酶的活性；改变营养物质的可给性以及有害物质的毒性。改变营养物质的可给性以及有害物质的毒性。微生物生长繁殖的最适微生物生长繁殖的最适pH与其合成某种代谢产物的与其合成某种代谢产物的pH通常通常是不一样的。是不一样的。例如丙酮丁醇梭菌生长繁殖最适例如丙酮丁醇梭菌生长繁殖最适 pH 是是 5.57.0，丙酮
48、丁醇，丙酮丁醇梭菌合成丙酮丁醇的最适梭菌合成丙酮丁醇的最适 pH 是是 4.35.3。 微生物在不同的微生物在不同的 pH 下积累的代谢产物是不一样的。下积累的代谢产物是不一样的。 黑曲黑曲霉在霉在 pH 23 的环境中发酵蔗糖以产柠檬酸为主，产草酸极的环境中发酵蔗糖以产柠檬酸为主，产草酸极少；而在少；而在 pH 近中性时发酵蔗糖产生大量的草酸，柠檬酸产近中性时发酵蔗糖产生大量的草酸，柠檬酸产量很低。量很低。 可利用微生物对可利用微生物对pH要求的不同，控制杂菌的污染。要求的不同，控制杂菌的污染。无机酸如硫酸、盐酸等杀菌力虽强，但腐蚀性大；某些有无机酸如硫酸、盐酸等杀菌力虽强，但腐蚀性大；某些
49、有机酸如苯甲酸可用作防腐剂；酸菜、饲料青贮则是利用乳机酸如苯甲酸可用作防腐剂；酸菜、饲料青贮则是利用乳酸菌发酵产生的乳酸抑制腐败性微生物的生长。酸菌发酵产生的乳酸抑制腐败性微生物的生长。强碱可用作杀菌剂，但由于其毒性大，用途局限于对排泄强碱可用作杀菌剂，但由于其毒性大，用途局限于对排泄物及仓库、棚舍等环境的消毒。强碱对物及仓库、棚舍等环境的消毒。强碱对G+与病毒比对与病毒比对G-作作用强。结核分枝杆菌抗碱力特强。用强。结核分枝杆菌抗碱力特强。三、氧与氧化还原电位三、氧与氧化还原电位氧与微生物氧与微生物生长生长的关系的关系可将微生物分成五类：可将微生物分成五类： 专性好氧微生物专性好氧微生物St
50、rict aerobes 专性厌氧微生物专性厌氧微生物Strict anaerobes 兼性好氧微生物兼性好氧微生物facultative aerobes 微需氧微生物微需氧微生物microaerophilic bacteria耐氧微生物耐氧微生物aerotolerant anaerobes分子态氧影响培养基中氧化还原电位即分子态氧影响培养基中氧化还原电位即Eh 值。值。EhEh与微生物生长的关系与微生物生长的关系影响影响EhEh的因素很多，分子态氧的影响尤为重要。其次的因素很多，分子态氧的影响尤为重要。其次是培养基中氧化还原物质的影响。是培养基中氧化还原物质的影响。不同的微生物对氧化还原电位