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1、微生物的生长及其控制第1页，本讲稿共70页个体生长个体生长微生物细胞个体吸收营养物质，进微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。体生长。群体生长群体生长群体中个体数目的增加。可以用重群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或浓度来衡量。量、体积、密度或浓度来衡量。个体生长个体繁殖 群体生长群体生长群体生长 =个体生长个体生长 +个体繁殖个体繁殖由于微生物的个体极小，所以常用群体生长来反映个体生长的状况第一节第一节 微生物的生长微生物的生长第2页，本讲稿共70页微生物的生长与繁殖是交替进行的。从生长到繁殖这个由量变到质
2、变微生物的生长与繁殖是交替进行的。从生长到繁殖这个由量变到质变的过程叫发育。的过程叫发育。微生物两次繁殖之间的间隔时间，称为生物的世代时间、对于细微生物两次繁殖之间的间隔时间，称为生物的世代时间、对于细菌这样的单细胞生物，其世代时间就是两次细胞分裂之间的时间。菌这样的单细胞生物，其世代时间就是两次细胞分裂之间的时间。每一种微生物的世代时间由它的遗传性所决定，同时又受培每一种微生物的世代时间由它的遗传性所决定，同时又受培养条件的影响。世代时间反映了微生物生长繁殖的速度，世养条件的影响。世代时间反映了微生物生长繁殖的速度，世代时间越短，表明该微生物生长繁殖的速度越快。代时间越短，表明该微生物生长繁
3、殖的速度越快。一般情况下，原核生物的繁殖速度比真核微生物快，好氧微一般情况下，原核生物的繁殖速度比真核微生物快，好氧微生物的繁殖速度比厌氧微生物快。生物的繁殖速度比厌氧微生物快。第3页，本讲稿共70页一、微生物的培养方法和生长曲线（一）微生物的培养方法（一）微生物的培养方法1.微生物的纯培养微生物的纯培养在自然界中生存的微生物，都是混杂的。如果希望研究和利用某一种在自然界中生存的微生物，都是混杂的。如果希望研究和利用某一种微生物，就需要把微生物分离出来，进行只含一种微生物的培养。在微生物，就需要把微生物分离出来，进行只含一种微生物的培养。在实验室条件下从一个单细胞繁殖而得到的后代称为纯培养，为
4、了得到实验室条件下从一个单细胞繁殖而得到的后代称为纯培养，为了得到纯培养，可采用显微镜器直接在显微镜下挑取单个细胞进行培养。通纯培养，可采用显微镜器直接在显微镜下挑取单个细胞进行培养。通常采用稀释涂布法、稀释倒平板法或划线平板法等来分离、纯化微生常采用稀释涂布法、稀释倒平板法或划线平板法等来分离、纯化微生物。物。若其他微生物进入纯培养中，便称为污染。若其他微生物进入纯培养中，便称为污染。第4页，本讲稿共70页2.微生物的培养方法微生物的培养方法（1）好氧培养方法）好氧培养方法将菌种接种在固体培养基的表面，使之暴露在空气中生将菌种接种在固体培养基的表面，使之暴露在空气中生长，可分为试管斜面、培养
5、皿平板等。长，可分为试管斜面、培养皿平板等。液体培养方法在实验室中主要采用摇瓶培养法。将菌种接液体培养方法在实验室中主要采用摇瓶培养法。将菌种接种到装有液体培养基的三角瓶中，在摇床上振荡培养，使种到装有液体培养基的三角瓶中，在摇床上振荡培养，使空气中的氧气不断溶解进入液体培养基中空气中的氧气不断溶解进入液体培养基中第5页，本讲稿共70页（2）厌氧培养方法）厌氧培养方法对于厌氧微生物来说，氧气是有害的，因对于厌氧微生物来说，氧气是有害的，因此要采用各种方法去氧。此要采用各种方法去氧。早期的厌氧培养主要采用厌氧培养皿，现早期的厌氧培养主要采用厌氧培养皿，现在已经逐渐采用厌氧手套、厌氧罐等。在已经逐
6、渐采用厌氧手套、厌氧罐等。第6页，本讲稿共70页（二）分批培养和连续培养（二）分批培养和连续培养1.分批培养分批培养是将一定量的微生物接种在一个封闭的、是将一定量的微生物接种在一个封闭的、盛有一定量液体培养基的容器内盛有一定量液体培养基的容器内,保持一定保持一定的温度、的温度、pH和溶解氧量，微生物在其中生和溶解氧量，微生物在其中生长繁殖。会出现微生物数量由少变多，达长繁殖。会出现微生物数量由少变多，达到高峰后又由多变少，甚至死亡的变化规到高峰后又由多变少，甚至死亡的变化规律。律。第7页，本讲稿共70页单细胞微生物的典型生长曲线单细胞微生物的典型生长曲线l概念：把少量纯种单细胞微生物接种到一定
7、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，是定量描述培养液中微生物群体生长规律的实验曲线，称为微生物典型生长曲线。第8页，本讲稿共70页将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的新鲜液体培养基将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，测菌细胞数目。中，在适宜条件下培养，每隔一定时间取样，测菌细胞数目。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制所得的曲线。所得的曲线。生长曲线的制作生长曲线的
8、制作第9页，本讲稿共70页典型的生长曲线典型的生长曲线（Growth curve）延延滞滞期期对对数数期期稳定期稳定期衰亡期衰亡期第10页，本讲稿共70页其它名称：停滞期、调整期、适应期其它名称：停滞期、调整期、适应期1.现象：现象：活菌数目活菌数目没增加，曲线平行于横轴。没增加，曲线平行于横轴。2.特点：特点：生长速率常数生长速率常数=0；细胞形态变大或增长；细胞内；细胞形态变大或增长；细胞内RNA特别是特别是rRNA含量增高，原生质嗜碱性增强；合成代谢活跃（核糖体、含量增高，原生质嗜碱性增强；合成代谢活跃（核糖体、酶类、酶类、ATP合成加快），易产生诱导酶；对外界不良条件敏感合成加快），易
9、产生诱导酶；对外界不良条件敏感（如氯化钠浓度、温度、抗生素等化学药物）。（如氯化钠浓度、温度、抗生素等化学药物）。3.原因：原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物。适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物。（一）延滞期（一）延滞期（lag phaselag phase）第11页，本讲稿共70页菌种：菌种：繁殖速度较快菌种的延滞期一般较短；繁殖速度较快菌种的延滞期一般较短；接种物菌龄：接种物菌龄：用对数生长期的菌种接种时，其延迟期较用对数生长期的菌种接种时，其延迟期较短，甚至检查不到延滞期；短，甚至检查不到延滞期；接种量：接种量：一般来说，一般来说，接种量增大可缩短甚至消
10、除延迟接种量增大可缩短甚至消除延迟期（期（发酵工业上一般采用发酵工业上一般采用1/101/10的接种量）；的接种量）；培养基成分：培养基成分：在营养成分丰富的天然培养基上生长在营养成分丰富的天然培养基上生长的延滞期比在合成培养基上生长时短；的延滞期比在合成培养基上生长时短；接种后培养基成接种后培养基成分有较大变化时，会使延滞期加长，所以发酵工业上尽量分有较大变化时，会使延滞期加长，所以发酵工业上尽量使发酵培养基的成分与种子培养基接近。使发酵培养基的成分与种子培养基接近。4.4.影响延滞期长短的因素：影响延滞期长短的因素：第12页，本讲稿共70页5.5.认识延迟期的特点及形成原因对实践的指导意义
11、认识延迟期的特点及形成原因对实践的指导意义在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期；在发酵工业上需设法尽量缩短延迟期；采取措施有：采取措施有：增加接种量；增加接种量；（群体优势（群体优势-适应性增强）适应性增强）采用对数生长期的健壮菌种；采用对数生长期的健壮菌种；调整培养基的成分，在种子培养基中加入发酵培调整培养基的成分，在种子培养基中加入发酵培养基的某些成分。养基的某些成分。选用繁殖快的菌种选用繁殖快的菌种在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌第13页，本讲稿共70页（二）对数期（二）对数期（logarithmic phaselogarithmic phase）
12、其他名称：指数期其他名称：指数期1.现象：现象：细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。2.2.特点：特点：生长速率常数最大，即代时最短生长速率常数最大，即代时最短细胞进行细胞进行平衡生长平衡生长，菌体大小、形态、生理特征等比较一致菌体大小、形态、生理特征等比较一致代谢最旺盛代谢最旺盛细胞对理化因素较敏感细胞对理化因素较敏感3.影响因素：影响因素：菌种菌种营养成分营养成分营养物浓度营养物浓度 培养温度培养温度第14页，本讲稿共70页4.4.应用意义：应用意义：由于此时期的菌种比较健壮，增殖噬菌体的由于此时期的菌种比较健壮，增殖噬菌体的最适
13、菌龄；生产上用作接种的最佳菌龄；最适菌龄；生产上用作接种的最佳菌龄；发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度；度；食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期是生理代谢及是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察遗传研究或进行染色、形态观察等等的良好材料的良好材料。第15页，本讲稿共70页又称：恒定期或最高生长期又称：恒定期或最高生长期1.1.特点：特点：生长速率处于动态平衡，新生数与死生长速率处于动态平衡，新生数与死亡数大致相等细胞数目达到最高值。亡数大致相等细胞数目达到最高值。细胞分裂速度下降，开始积累内含物，细胞
14、分裂速度下降，开始积累内含物，产芽孢的细菌开始产芽孢。产芽孢的细菌开始产芽孢。开始开始合成次生代谢产物合成次生代谢产物，对于发酵生产，对于发酵生产来说，一般在稳定期的后期产物积累达到来说，一般在稳定期的后期产物积累达到高峰，是最佳的收获时期。高峰，是最佳的收获时期。（三）（三）稳定期（稳定期（stationary phasestationary phase）第16页，本讲稿共70页2.2.产生原因：产生原因：营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物尤其是生长限制因子的耗尽；营养物的比例失调，如碳氮比不合适营养物的比例失调，如碳氮比不合适;有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）；有害代谢废物的积累（
15、酸、醇、毒素等）；物化条件（物化条件（pHpH、氧化还原势等）不合适。、氧化还原势等）不合适。3.3.应用意义：应用意义：1 1）生产上应尽量延长此期，提高产量，措施如下：）生产上应尽量延长此期，提高产量，措施如下：补充营养物质（补料）补充营养物质（补料）调调pH pH 调整温度调整温度 2 2）稳定期细胞数目及产物积累达到最高。）稳定期细胞数目及产物积累达到最高。第17页，本讲稿共70页（四）（四）衰亡期（衰亡期（decline phasedecline phase）1.1.特点：特点：死亡数超过新增殖的细胞数，出现死亡数超过新增殖的细胞数，出现“负生长负生长”。细胞内颗粒更明显，细胞出现多
16、形态、畸形或衰退形，细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、畸形或衰退形，芽孢开始释放。芽孢开始释放。衰亡期比其他各时期时间长，它的长短也与菌种和衰亡期比其他各时期时间长，它的长短也与菌种和环境条件有关。环境条件有关。2.2.产生原因：产生原因：生长条件进一步恶化，细胞内分解代谢生长条件进一步恶化，细胞内分解代谢超过合成代谢，继而导致菌体的死亡（又称自身溶解）超过合成代谢，继而导致菌体的死亡（又称自身溶解）第18页，本讲稿共70页微生物生长曲线在废水微生物处理中的应用微生物生长曲线在废水微生物处理中的应用P98-99第19页，本讲稿共70页分批培养（分批培养（batch culturebatch c
17、ulture）：将微生物置于一定容积：将微生物置于一定容积的定量的培养基中培养，培养基一次性加入。不再补充和的定量的培养基中培养，培养基一次性加入。不再补充和更换，最后一次性收获。更换，最后一次性收获。连续培养（连续培养（continuous culturecontinuous culture）：在微生物培养的过：在微生物培养的过程中，不断地供给新鲜的营养物质，同时排除含菌体及程中，不断地供给新鲜的营养物质，同时排除含菌体及代谢产物的发酵液，让培养的微生物长时间地处于对数代谢产物的发酵液，让培养的微生物长时间地处于对数生长期，以利于微生物的增殖速度和代谢活性处于某种生长期，以利于微生物的增殖速
18、度和代谢活性处于某种稳定状态。稳定状态。2.连续培养连续培养第20页，本讲稿共70页当微生物在单批培养方式下生长达到对数期后期时，一方面以一当微生物在单批培养方式下生长达到对数期后期时，一方面以一定的速度流进新鲜培养基并搅拌，另一方面以溢流方式流出培养液，定的速度流进新鲜培养基并搅拌，另一方面以溢流方式流出培养液，使培养物达到动态平衡，其中的微生物就能长期保持对数期的平衡生使培养物达到动态平衡，其中的微生物就能长期保持对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率。长状态和稳定的生长速率。单批培养单批培养 恒浊法恒浊法恒化法恒化法 单批培养单批培养连续培养连续培养时间时间连续流入连续流入新鲜培养液新鲜培
19、养液lg细胞数（个细胞数（个/ml）连续培养连续培养 连续培养原理连续培养原理第21页，本讲稿共70页恒化器恒化器Chemostat 或或bactogen恒化器：维持进水中的营养成分恒定（其中对细菌生长有限制作用的恒化器：维持进水中的营养成分恒定（其中对细菌生长有限制作用的成分要保持低浓度水平），以恒定流速进水，以相同流速流出代谢产成分要保持低浓度水平），以恒定流速进水，以相同流速流出代谢产物，使细菌处于最高生长速率的培养方式物，使细菌处于最高生长速率的培养方式第22页，本讲稿共70页恒浊器：恒浊器：是一种使培养液中的细菌的浓度恒定，以浊度为控是一种使培养液中的细菌的浓度恒定，以浊度为控制指标
20、的培养方式。按试验目的，首先确定培养液的浊度保制指标的培养方式。按试验目的，首先确定培养液的浊度保持在某一恒定值上。调节进水（含一定浓度的培养基）流速，持在某一恒定值上。调节进水（含一定浓度的培养基）流速，使浊度达到恒定（用自动控制的浊度计测定），当浊度较大使浊度达到恒定（用自动控制的浊度计测定），当浊度较大时，加大进水流速，以降低浊度；浊度较小时，降低流速，时，加大进水流速，以降低浊度；浊度较小时，降低流速，提高浊度。提高浊度。第23页，本讲稿共70页二、测生长量二、测生长量干重法干重法将一定量的菌液中的菌体通过离心或过滤分离出来将一定量的菌液中的菌体通过离心或过滤分离出来,然后烘然后烘干干
21、(干燥温度可采用干燥温度可采用105105、100100或或80)80)、称重。一般干、称重。一般干重为湿重的重为湿重的10%10%20%20%，而一个细菌细胞一般重约，而一个细菌细胞一般重约1010-12-121010-1313g g。该法适合菌浓较高的样品。该法适合菌浓较高的样品。举例：大肠杆菌一个细胞一般重约10121013g，液体培养物中细胞浓度达到2109个/ml时，100ml培养物可得1090mg干重的细胞。u直接法直接法第24页，本讲稿共70页u间接法间接法比浊法：比浊法：原理是在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度与混原理是在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度与混浊度成正比，即与光密度成
22、正比，菌数越多，光密度越大。浊度成正比，即与光密度成正比，菌数越多，光密度越大。因此，借助于分光光度计，在一定波长下测定菌悬液的光密因此，借助于分光光度计，在一定波长下测定菌悬液的光密度，就可反应出菌液的浓度。度，就可反应出菌液的浓度。特点：快速、简便；但易受干扰。特点：快速、简便；但易受干扰。第25页，本讲稿共70页二、计繁殖数二、计繁殖数n直接法直接法u血球计数板血球计数板u比例计数法比例计数法间接法间接法平板菌落计数法平板菌落计数法液体稀释法液体稀释法薄膜过滤计数法薄膜过滤计数法第26页，本讲稿共70页3.平板菌落计数法平板菌落计数法第27页，本讲稿共70页u薄膜过滤计数法薄膜过滤计数法
23、常用该法测定含菌量较少的空气和水中的微生物常用该法测定含菌量较少的空气和水中的微生物数目。数目。将定量的样品通过薄膜（硝化纤维素薄膜、醋将定量的样品通过薄膜（硝化纤维素薄膜、醋酸纤维薄膜）过滤，菌体被阻留在滤膜上，取酸纤维薄膜）过滤，菌体被阻留在滤膜上，取下滤膜进行培养，然后计算菌落数，可求出样下滤膜进行培养，然后计算菌落数，可求出样品中所含菌数。品中所含菌数。第28页，本讲稿共70页同步生长的概念：同步生长的概念：细菌细菌的细胞是极其微小的，但是，与一切其他细胞或个体一样，也有一的细胞是极其微小的，但是，与一切其他细胞或个体一样，也有一个自小到大的生长过程。在整个生长过程中，细胞内发生阶段性
24、的十分复杂的生物化学变化个自小到大的生长过程。在整个生长过程中，细胞内发生阶段性的十分复杂的生物化学变化和细胞学变化。可是，要研究单个细菌的这类变化，技术上是十分困难的。目前能使用的方和细胞学变化。可是，要研究单个细菌的这类变化，技术上是十分困难的。目前能使用的方法，一是用法，一是用电子显微镜电子显微镜观察细菌细胞的超薄切片，二是使用同步培养观察细菌细胞的超薄切片，二是使用同步培养(synchronousculture)(synchronousculture)技术，即设法使群体中的所有细胞尽可能都处于同样技术，即设法使群体中的所有细胞尽可能都处于同样细胞生长和分裂周期细胞生长和分裂周期 中，然
25、后分析此群体的各种生物化学特征，从而了解单中，然后分析此群体的各种生物化学特征，从而了解单个细胞所发生的变化。这种通过同步培养而使细胞群体处于分裂步调一致的个细胞所发生的变化。这种通过同步培养而使细胞群体处于分裂步调一致的状态，就称同步生长状态，就称同步生长(synchronousgrowth)(synchronousgrowth)，进行同步生长分裂的细胞称为，进行同步生长分裂的细胞称为同步细胞。同步细胞。三、微生物的个体生长和同步生长三、微生物的个体生长和同步生长第29页，本讲稿共70页同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一相，彼此同步细胞群体在任何一时刻都处在细胞周期的同一相，彼此间
26、形态、生化特征都很一致，因而是细胞学、生理学和生物间形态、生化特征都很一致，因而是细胞学、生理学和生物化学等研究的良好材料。化学等研究的良好材料。操作方法操作方法是对细胞的大小等先作出一个标准，将大体同一时是对细胞的大小等先作出一个标准，将大体同一时期的细胞选出并集中起来。另外，是采用从培养基中除去生期的细胞选出并集中起来。另外，是采用从培养基中除去生长发育所必需的营养源、温度处理、或加药剂等方法，抑制长发育所必需的营养源、温度处理、或加药剂等方法，抑制先发育的细胞的发育，待到晚发育的细胞发育以后，解除上先发育的细胞的发育，待到晚发育的细胞发育以后，解除上述处理，使增殖再一齐开始。述处理，使增
27、殖再一齐开始。第30页，本讲稿共70页Helmstetter-Cummings 法法原理：原理：一些细菌细胞会紧紧粘附于硝酸纤维微孔滤膜上。一些细菌细胞会紧紧粘附于硝酸纤维微孔滤膜上。步骤：步骤：将非同步的细菌液体培养物通过微孔滤膜，让细胞吸将非同步的细菌液体培养物通过微孔滤膜，让细胞吸附于其上；然后将滤膜反置，再以新鲜培养液滤过。这时，附于其上；然后将滤膜反置，再以新鲜培养液滤过。这时，一些未粘牢的细胞先被冲洗掉，接着脱落到培养液中的都是一些未粘牢的细胞先被冲洗掉，接着脱落到培养液中的都是那些新分裂形成的细胞，于是就获得了同步生长那些新分裂形成的细胞，于是就获得了同步生长 第31页，本讲稿共
28、70页同步生长的细菌，在培养过程中会很快丧失其同步性。同步生长的细菌，在培养过程中会很快丧失其同步性。例如，在第一个细胞分裂周期中，起先细胞数一直未例如，在第一个细胞分裂周期中，起先细胞数一直未增加，到后来，数目突然增加一倍。到第二个分裂周增加，到后来，数目突然增加一倍。到第二个分裂周期期 时，情况就没有那么明显了。到第三个分裂周期时，情况就没有那么明显了。到第三个分裂周期时，已几乎完全丧失同步性。其中的道理非常简单，时，已几乎完全丧失同步性。其中的道理非常简单，因为在不同个体间，细胞分裂周期一般都有较大的差因为在不同个体间，细胞分裂周期一般都有较大的差别。别。第32页，本讲稿共70页河海大学
29、第二节第二节 影响微生物生长的主要因素影响微生物生长的主要因素第33页，本讲稿共70页微生物与所处的环境之间具有复杂的相互影响和相互作用:一方面,各种各样的环境因素对微生物的生长和繁殖有影响,另一方面,微生物生长繁殖也会影响和改变环境.研究环境因素与微生物之间的关系,可以通过控制环境条件来利用微生物有益的一面,同时防止它有害的一面。第34页，本讲稿共70页温度是影响微生物生长的最重要因素之一。主要表现在：影响酶的活性；影响细胞膜的流动性；影响物质的溶解度。一、温度一、温度（一）微生物生长的三个温度基点（一）微生物生长的三个温度基点从微生物整体来看从微生物整体来看:生长的温度范围一般在生长的温度
30、范围一般在-10 100；极端下限为；极端下限为-30，极端上限为，极端上限为105300 但对于特定的某一种微生物：只能在一定温度范围内生长，在这个范围但对于特定的某一种微生物：只能在一定温度范围内生长，在这个范围内，每种微生物都有自己的内，每种微生物都有自己的生长温度三基点生长温度三基点，即，即最低、最适、最高最低、最适、最高生长温度生长温度第35页，本讲稿共70页处于最适生长温度时，生长速度最快，代处于最适生长温度时，生长速度最快，代时最短。时最短。超过最低生长温度时，微生物不生长。超过最低生长温度时，微生物不生长。超过最高生长温度时，微生物不生超过最高生长温度时，微生物不生长，温度过高
31、，甚至会死亡。长，温度过高，甚至会死亡。根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为：根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生物划为：v低温型微生物（嗜冷微生物）低温型微生物（嗜冷微生物）v中温型微生物（嗜温微生物）中温型微生物（嗜温微生物）v高温型微生物（嗜热微生物）高温型微生物（嗜热微生物）(二二)微生物生长温度类型微生物生长温度类型第36页，本讲稿共70页第37页，本讲稿共70页影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影影响膜表面电荷的性质及膜的通透性，进而影响对物质的吸收能力。响对物质的吸收能力。二、二、pH（一）环境（一）环境pHpH值对微生物生长的影响值对微生物生长的影响改变酶活、
32、酶促反应的速率及代谢途径：如：改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵母菌在酵母菌在pH 4.5-5pH 4.5-5产乙醇，在产乙醇，在 pH 6.5 pH 6.5以上产甘以上产甘油、酸。油、酸。环境环境pHpH值还影响培养基中营养物质的值还影响培养基中营养物质的离子化程度，离子化程度，从而影响营养物质吸收，从而影响营养物质吸收，或有毒物质的毒性。或有毒物质的毒性。第38页，本讲稿共70页（二（二)不同微生物对不同微生物对pHpH要求不同要求不同微生物的生长微生物的生长pHpH值范围极广，从值范围极广，从pH8pH8都有微生物能都有微生物能生长。但绝大多数种类都生活在生长。但绝大多数种类都生
33、活在pH5.0-9.0pH5.0-9.0之间。之间。根据微生物生长的最适根据微生物生长的最适pHpH值，将微生物分为：值，将微生物分为：嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌 耐碱微生物：许多链霉菌耐碱微生物：许多链霉菌 中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌 嗜酸微生物：硫杆菌属嗜酸微生物：硫杆菌属 耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌第39页，本讲稿共70页同一种微生物在其不同的生长阶段和不同的生理生化过程中，同一种微生物在其不同的生长阶段和不同的生理生化过程中，对对pH值的要求也不
34、同。值的要求也不同。在发酵工业中，控制在发酵工业中，控制pH值尤其重要。值尤其重要。举例：举例：Aspergillus niger（黑曲霉）（黑曲霉）在在pH22.5范围时有利于合范围时有利于合成柠檬酸，当在成柠檬酸，当在pH2.56.5范围内时以菌体生长为主，而在范围内时以菌体生长为主，而在pH7.0时，则以合成草酸为主时，则以合成草酸为主.（三（三)生长的最适生长的最适pHpH值与发酵的最适值与发酵的最适pHpH值值第40页，本讲稿共70页（四）微生物细胞内的（四）微生物细胞内的pHpH值值虽然微生物生活的环境虽然微生物生活的环境pHpH值范围较宽，但是其值范围较宽，但是其细细胞内胞内的的
35、pHpH值却相当稳定，一般都接近中性。值却相当稳定，一般都接近中性。这种维持细胞内稳定中性这种维持细胞内稳定中性pHpH值的特性能够保持值的特性能够保持细胞内各种生物活性分子的结构稳定和细胞内各种生物活性分子的结构稳定和细胞内酶细胞内酶所需要的最适所需要的最适pHpH值。值。微生物微生物胞内酶胞内酶的最适的最适pHpH值一般为值一般为中性，中性，胞外酶胞外酶的最适的最适pHpH值接近环境值接近环境pHpH值。值。第41页，本讲稿共70页（五）微生物的生命活动对环境（五）微生物的生命活动对环境pHpH值的影响值的影响微生物在生长过程中也会使外界环境的微生物在生长过程中也会使外界环境的pHpH值发
36、生改变，原值发生改变，原因：因：由于有机物分解：由于有机物分解：分解糖类、脂肪等，分解糖类、脂肪等，产生酸性物质，使培养液产生酸性物质，使培养液pHpH值下降；值下降；分解分解蛋白质、尿素等，产生碱性物质，使培养液蛋白质、尿素等，产生碱性物质，使培养液pHpH值上升值上升由于无机盐选择性吸收：由于无机盐选择性吸收：铵盐吸收（铵盐吸收（(NH4)2SO4 H2SO4，pHpH硝酸盐吸收硝酸盐吸收NaNO3 NaOH，pHpHNH4+被吸收被吸收NO3+被吸收被吸收第42页，本讲稿共70页微生物对氧的需要和耐受力在不同的微生物对氧的需要和耐受力在不同的类群中变化很大，根据微生物与氧的类群中变化很大
37、，根据微生物与氧的关系关系,可把它们分为几种类群可把它们分为几种类群:专性好氧菌专性好氧菌:好氧菌好氧菌 微好氧菌：微好氧菌：兼性厌氧菌兼性厌氧菌 耐氧厌氧菌：耐氧厌氧菌：厌氧菌厌氧菌 (专性专性)厌氧菌：厌氧菌：三、氧气三、氧气第43页，本讲稿共70页严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，而是由于不而是由于不能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡。能解除某些氧代谢产物的毒性而死亡。在氧还原为水的过程中，可形成某些有毒的中间产物，在氧还原为水的过程中，可形成某些有毒的中间产物，例如，过氧化氢（例如，过氧化氢（H H2 2O O2 2）、超氧阴离子（）、超氧阴离子
38、（O O2 2 ）等。超氧）等。超氧阴离子为活性氧，兼有分子和离子的性质，反应力极强，阴离子为活性氧，兼有分子和离子的性质，反应力极强，极不稳定，可破坏膜和重要生物大分子，对微生物造成极不稳定，可破坏膜和重要生物大分子，对微生物造成毒害或致死。毒害或致死。好氧微生物具有降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、过氧好氧微生物具有降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶（化物酶、超氧化物歧化酶（SOD）等，等，而严格厌氧菌缺乏而严格厌氧菌缺乏SODSOD，故易被生物体内极易产生的超，故易被生物体内极易产生的超氧阴离子自由基毒害致死。氧阴离子自由基毒害致死。厌氧菌的氧毒害机制厌氧菌的氧毒害
39、机制SODSOD学说学说第44页，本讲稿共70页各类菌所含对氧解毒酶各类菌所含对氧解毒酶专性好氧菌专性好氧菌 SOD，过氧化氢酶，过氧化氢酶 兼性厌氧菌兼性厌氧菌 SOD，过氧化氢酶过氧化氢酶 专性厌氧菌专性厌氧菌 二种酶均无二种酶均无 微好氧菌微好氧菌 少量少量SOD 耐氧菌耐氧菌 SOD，过氧化物酶过氧化物酶第45页，本讲稿共70页H2O+O22 O2 +2H+O2+H2O22H2OO2+eO2(O2 )超氧阴离子在细胞内可由酶促或非酶促形成。超氧阴离子在细胞内可由酶促或非酶促形成。超氧物阴离子歧化酶是在生物进化中发展出来的一种自我保护方式。超氧物阴离子歧化酶是在生物进化中发展出来的一种自
40、我保护方式。兼性厌氧菌兼性厌氧菌E.coli在发生在发生SOD缺失突变后，就会变成一种缺失突变后，就会变成一种“严格厌严格厌氧菌氧菌”。生物体中超氧阴离子的形成与去除生物体中超氧阴离子的形成与去除12SOD好氧生物和耐氧细菌过氧化氢酶 好氧生物过氧化物酶 NADH2NAD耐氧菌第46页，本讲稿共70页四、辐射四、辐射可见光部分（可见光部分（400-800 nm）常被微生物利用）常被微生物利用.但但波波长长较较短短的的紫紫外外线线（13.6-400 nm）、X-射射线线（0.06-13.6 nm）、r-射射线线（0.01-0.14 nm）均均可可抑抑制制甚甚至至杀杀死死微微生生物物。尤尤其其是是
41、r-射射线线因因作作用用距距离离较较远远、穿穿透透力力较较强而用于食品的杀菌保藏。强而用于食品的杀菌保藏。辐辐照照是是一一类类新新的的杀杀菌菌技技术术，可可克克服服热热杀杀菌菌的的不不足足，在在低低温或常温下达到杀菌的目的。温或常温下达到杀菌的目的。第47页，本讲稿共70页1.1.辐射的正面效应辐射的正面效应可见光和红外辐射是光合型微生物的能量可见光和红外辐射是光合型微生物的能量来源。其中，不产氧的光合细菌能利用红来源。其中，不产氧的光合细菌能利用红外辐射进行光合作用，蓝细菌和藻类则利外辐射进行光合作用，蓝细菌和藻类则利用可见光作为光合作用的能源。用可见光作为光合作用的能源。2.2.紫外辐射对
42、微生物的影响：致死作用和紫外辐射对微生物的影响：致死作用和致突变作用致突变作用第48页，本讲稿共70页光复活现象：经过紫外辐射照射后的菌体或光复活现象：经过紫外辐射照射后的菌体或孢子悬液，若立即置于蓝色可见光下，有一孢子悬液，若立即置于蓝色可见光下，有一部分受损伤的细胞可以恢复活力，这种现象部分受损伤的细胞可以恢复活力，这种现象称为光复活现象。称为光复活现象。不同种类的微生物对紫外辐射的抵抗力是不不同种类的微生物对紫外辐射的抵抗力是不同的：芽孢同的：芽孢 革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌 革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌第49页，本讲稿共70页紫外辐射的应用：紫外辐射的应用：空气消毒、表面消毒（紫外辐射的穿透
43、力空气消毒、表面消毒（紫外辐射的穿透力很差，不能通过不透明物）很差，不能通过不透明物）诱变育种诱变育种第50页，本讲稿共70页五、干燥（湿度）五、干燥（湿度）水分约占微生物细胞组成的70-85%，环境中缺水时（干燥的环境）引起微生物细胞内蛋白质的变性和盐类浓度的增高，抑制微生物的生长，甚至造成微生物的死亡。干燥用于食品保藏的方法可分为两类，即自然干燥（熏干、晒干、冷冻干燥）和人工干燥（常压干燥如热风、喷雾、冻结、微波等；真空干燥如真空和冷冻真空干燥）第51页，本讲稿共70页六、渗透压六、渗透压微生物生长与渗透压的关系（高渗透压、低渗透压对微生物生长的影响）根据微生物对高渗透压耐性的不同，将其分
44、为以下三类 高度嗜盐细菌（20-30%食盐溶液中生长）嗜盐细菌 中等嗜盐细菌（5-18%的食盐溶液中生长）低嗜盐细菌（2-5%的食盐溶液中生长）耐盐细菌（可在10%以下的食盐溶液中生长）耐糖细菌（可在60%以下的含糖高渗溶液中生长）*普通微生物一般在0.85-0.9%的食盐溶液中生长第52页，本讲稿共70页七、微生物的控制措施七、微生物的控制措施灭菌（灭菌（sterilizationsterilization）：）：采用强烈的理化因素使任何物体内采用强烈的理化因素使任何物体内外部的外部的一切微生物一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌。菌。消毒（消
45、毒（disinfectiondisinfection）：）：采用较温和的理化因素，仅杀死采用较温和的理化因素，仅杀死物物体表面或内部的一部分对人体有害的病原菌体表面或内部的一部分对人体有害的病原菌，而对被处理物体，而对被处理物体基本无害的措施，称为消毒。基本无害的措施，称为消毒。显然灭菌的要求高于消毒，更加严格显然灭菌的要求高于消毒，更加严格防腐（防腐（antisepsisantisepsis）：）：利用理化因素完全抑制霉腐微生物利用理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达到防止物品发生霉腐的措施，称为防的生长繁殖，从而达到防止物品发生霉腐的措施，称为防腐。腐。化疗（化疗（chemothe
46、raphychemotheraphy）：）：即化学治疗。利用具有高度选即化学治疗。利用具有高度选择毒力的化学物质抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，择毒力的化学物质抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，以达到治疗该传染病的一种措施。以达到治疗该传染病的一种措施。第54页，本讲稿共70页最常用的物理方法。高温可引起蛋白质、核酸等活性大最常用的物理方法。高温可引起蛋白质、核酸等活性大分子氧化或变性失活而导致微生物死亡。分子氧化或变性失活而导致微生物死亡。（一）消毒灭菌（一）消毒灭菌火焰灼烧法火焰灼烧法烘箱热空气灭菌烘箱热空气灭菌干热灭菌法干热灭菌法巴氏消毒法巴氏消毒法煮沸消毒法煮沸消毒法间歇灭菌法间歇灭
47、菌法高压蒸汽灭菌法高压蒸汽灭菌法高温灭菌（消毒）法高温灭菌（消毒）法湿热灭菌（消毒）法湿热灭菌（消毒）法连消法连消法u高温法高温法第55页，本讲稿共70页1.1.高压蒸汽灭菌法高压蒸汽灭菌法利用水的沸点随水蒸气压力的增加而上升，以利用水的沸点随水蒸气压力的增加而上升，以达到达到100 100 以上高温灭菌的方法。以上高温灭菌的方法。应根据灭菌物品的性质或成分选择灭菌温度：应根据灭菌物品的性质或成分选择灭菌温度：方法：方法：121121（1kg/cm21kg/cm2或或1515磅磅/英寸英寸2 2）维持）维持15-20min15-20min。112 112（0.5kg/cm20.5kg/cm2或
48、或8 8磅磅/英寸英寸2 2）20-30min20-30min。115 115（0.75kg/cm20.75kg/cm2或或1111磅磅/英寸英寸2 2）20-30min20-30min。适用：适用：耐高温物品，玻璃仪器、含水或不含水物品。耐高温物品，玻璃仪器、含水或不含水物品。第56页，本讲稿共70页2.2.巴斯德消毒法（巴斯德消毒法（PasteurizationPasteurization）：）：用较低的温度来杀死其中的病源微生物，这样既保持食用较低的温度来杀死其中的病源微生物，这样既保持食品的营养风味，又进行了消毒。如牛奶、啤酒。品的营养风味，又进行了消毒。如牛奶、啤酒。低温长时法低温长
49、时法(Low temperature long time,LTLT)(Low temperature long time,LTLT)；62.9 62.9 30 min30 min处理牛奶处理牛奶高温瞬时法（高温瞬时法（High temperature short time,HTST):High temperature short time,HTST):71.6 15 s71.6 15 s处理牛奶处理牛奶超高温巴斯德灭菌法超高温巴斯德灭菌法(Ultrapasteurization):(Ultrapasteurization):让液体食品停让液体食品停留在留在140140左右左右3-4 s3-4
50、s，急剧冷却至，急剧冷却至75 75，经匀质化后冷却，经匀质化后冷却至至2020。第57页，本讲稿共70页低温的影响低温的影响低温对嗜中温和嗜高温的微生物生长不利。低温对嗜中温和嗜高温的微生物生长不利。低温对微生物生长的影响主要是通过低温对微生物生长的影响主要是通过降低降低酶反应速度酶反应速度使微生物的生长受到抑制。使微生物的生长受到抑制。处于低温下的微生物一旦重新获得适宜温处于低温下的微生物一旦重新获得适宜温度，即可恢复活性。度，即可恢复活性。第58页，本讲稿共70页u过滤作用过滤作用第59页，本讲稿共70页紫外线（非电离辐射）u辐射作用辐射作用 杀菌机制：杀菌机制：诱导核酸形成胸腺嘧啶二聚