微生物的生長與環(huán)境因子

1、微生物的生長與環(huán)境因子,Microbial Growth,生長——微生物細胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進行新陳代謝，當同化作用>異化作用時，生命個體的重量和體積不斷增大的過程。繁殖——生命個體生長到一定階段，通過特定方式產(chǎn)生新的生命個體，即引起生命個體數(shù)量增加的生物學過程。發(fā)育——從生長到繁殖，是生物的構(gòu)造和機能從簡單到復雜、 從量變到質(zhì)變的發(fā)展變化過程，這一過程稱為發(fā)育。,第一部分：微生物的生長,個體生長與群體生長,個體生長——

2、微生物細胞個體吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進行新陳代謝，原生質(zhì)與細胞組分的增加為個體生長。群體生長——群體中個體數(shù)目的增加?？梢杂弥亓?、體積、密度或濃度來衡量。（由于微生物的個體極小，所以常用群體生長來反映個體生長的狀況）個體生長?個體繁殖? 群體生長 群體生長 = 個體生長 + 個體繁殖通常把一個細胞分裂成兩個細胞所需要的時間，稱為代時。,一些細菌的代時,菌名培養(yǎng)基培養(yǎng)溫度 代時E. coli（大腸桿菌）

3、肉湯 37℃17minE. coli 牛奶 3712.5Enterobacter aerogenes（產(chǎn)氣腸細菌）肉湯或牛奶 3716~18E. aerogenes 組合 3729~44B. Cereus（蠟狀芽孢桿菌）肉湯3018B. thermophilus（嗜熱芽孢桿菌）肉湯5518.3Lactobacillus acidophilus（嗜酸乳桿

4、菌）牛奶3766~87Streptococcus lactis（乳酸鏈球菌）牛奶3726S. lactis乳糖肉湯3748Salmonella typhi（傷寒沙門氏菌）肉湯3723.5Azotobacter chroococcum（褐球固氮菌）葡萄糖25344~46Mycobacterium tuberculosis（結(jié)核分枝桿菌）組合37792~93Nitrobacter

5、 agilis（活躍硝化桿菌）組合271200,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第一節(jié) 微生物純培養(yǎng)分離及生長測定方法,一、獲得純培養(yǎng)的方法,,純培養(yǎng)(pure culture)微生物學中把從一個細胞或一群相同的細胞經(jīng)過培養(yǎng)繁殖而得到的后代,稱純培養(yǎng).,（1）液體稀釋法（2）平板劃線分離法（Streak Plate）（3）平板涂布分離法（Spread Plate）（4）選擇性培養(yǎng)分離法（5）單細胞（單孢子）分離法,

6、首先將待分離的樣品進行連續(xù)稀釋,目的是得到高度稀釋的效果,使一支試管中分配不到一個微生物.如果經(jīng)過稀釋后的大多數(shù)試管中沒有微生物生長,那么有微生物生長的試管得到的培養(yǎng)物可能就是由一個微生物個體繁殖而來的純培養(yǎng)物.這種方法適合于細胞較大的微生物.,（1）液體稀釋法,（2）平板劃線分離法（Streak Plate）,特點：快速、方便。 分區(qū)劃線（適用于濃度較大的樣品） 連續(xù)劃線（適用于濃度較小的樣品）,,An ino

7、culating loop is used to thin out organisms on the surface of the agar.,（3）平板涂布分離法（Spread Plate）,簡單易行，但易造成機械損傷,Liquid specimen is spread on the surface of solid agar with a sterile bent glass rod.,（4）選擇性培養(yǎng)分離法,為了從混雜的微生物群體

8、中分離出某種微生物，可以根據(jù)該微生物的特點，包括營養(yǎng)、生理、生長條件等，采用選擇培養(yǎng)的方法進行分離。,＊利用選擇培養(yǎng)基進行直接分離＊富集培養(yǎng),（5）單細胞（單孢子）分離法,采用顯微分離法從混雜群體中直接分離單個細胞或單個個體進行培養(yǎng)以獲得純培養(yǎng)的方法。該方法要在顯微鏡下進行。毛細管法：用毛細管提取微生物個體，適合于較大微生物。顯微操作儀：用顯微針、鉤、環(huán)等挑取單個細胞或孢子以獲得純培養(yǎng)。小液滴法：將經(jīng)過適當稀釋后的樣品制成小液滴

9、，在顯微鏡下選取只含一個細胞的液滴來進行純培養(yǎng)物的分離。,二、微生物生長量的測定方法,（一）微生物細胞數(shù)目的檢測法1?？偩鷶?shù)的測定（計數(shù)器直接計數(shù)，染色涂片計數(shù)，比濁法）2?；罹鷶?shù)的測定（平板計數(shù)法、液體稀釋法、膜過濾法）,（二）微生物生長量的測定,1。直接法(干重法，體積法)2。間接法（比濁法，碳、氮含量法，DNA測定法等）,1.血球計數(shù)板法,原理：將1mm2×0.02mm的薄層空間劃分為400小格，從中均勻分布地選

10、取80小格，計數(shù)其中的細胞數(shù)目，換算成單位體積中的細胞數(shù)。適用范圍：個體較大細胞或顆粒，如血球、酵母菌等。不適用于細菌等個體較小的細胞，因為（1）細菌細胞太小，不易沉降；（2）在油鏡下看不清網(wǎng)格線，超出油鏡工作距離。特點：快速，準確，對酵母菌可同時測定出芽率，或在菌懸液中加入少量美藍可以區(qū)分死活細胞。,2.涂片染色法,應用：可同時計數(shù)不同微生物的菌數(shù)，適于土壤、牛奶中細菌計數(shù)。 方法：用鏡臺測微尺計算出視野面積；取 0.1ml菌液

11、涂于1cm2面積上，計數(shù)后代入公式： 每ml原菌液含菌數(shù)=視野中平均菌數(shù)×涂布面積/視野面積×10×稀釋倍數(shù),3.平板菌落計數(shù)法,★技術(shù)要求：樣品充分混勻，操作熟練快速（15~20min完成操作），嚴格無菌操作；★注意事項：每一支吸管只能用于一個稀釋度，樣品混勻處理，傾注平板時的培養(yǎng)基溫度；★適用范圍：中溫、好氧和兼性厭氧、能在營養(yǎng)瓊脂上生長的微生物，★誤差：多次稀釋造成的誤差是主要來源，

12、其次還有由于樣品內(nèi)菌體分布不均勻、以及不當操作,★A standard plate count (viable count) reflects the number of viable microbes and assumes that each bacterium grows into a single colony; plate counts are reported as number of colony-forming unit

13、s (CFU) per ml (CFU/ml) or per g (CFU/g) of sample.,4。薄膜過濾計數(shù)法,常用該法測定含菌量較少的空氣和水中的微生物數(shù)目。將定量的樣品通過薄膜（硝化纖維素薄膜、醋酸纖維薄膜）過濾，菌體被阻留在濾膜上，取下濾膜進行培養(yǎng)，然后計算菌落數(shù)，可求出樣品中所含菌數(shù)。,5.干重法,將一定量的菌液中的菌體通過離心或過濾分離出來,然后烘干(干燥溫度可采用105℃、100℃或80℃)、稱重。一般干重為濕

14、重的10%—20%，而一個細菌細胞一般重約10-12—10-13g。該法適合菌濃度較高的樣品。舉例：大腸桿菌一個細胞一般重約10–12~10–13g，液體培養(yǎng)物中細胞濃度達到2×109個/ml時，100ml培養(yǎng)物可得10~90mg干重的細胞。,6.比濁法,原理：是在一定范圍內(nèi)，菌懸液中的細胞濃度與混濁度成正比，即與光密度成正比，菌數(shù)越多，光密度越大。因此，借助于分光光度計，在一定波長下測定菌懸液的光密度，就可反應出菌液的濃

15、度。特點：快速、簡便；但易受干擾。,7.生理指標法,測含氮量蛋白質(zhì)是細胞的主要物質(zhì)，含量穩(wěn)定，而氮是蛋白質(zhì)的主要成分，通過測含氮量就可推知微生物的濃度。一般細菌含氮量為干重的12.5%，酵母菌為7.5%，霉菌為6.0%，根據(jù)一定體積培養(yǎng)液中的含氮量再乘以6.25，就可測得粗蛋白的含量。其他方法含碳、磷、DNA、RNA、耗氧量、消耗底物量、產(chǎn)二氧化碳、產(chǎn)酸、產(chǎn)熱、粘度等，都可用于生長量的測定。,第二節(jié) 微生物的生長曲線,一、微

16、生物培養(yǎng) ： 研究群體生長規(guī)律，首先應對微生物進行培養(yǎng)。培養(yǎng)的方法有： 分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng) 這兩種方法既可用于純種培養(yǎng)，也可用于混合,1 分批培養(yǎng)（batch culture） ：,分批培養(yǎng)（batch culture） ：將微生物置于一定容積的定量的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，培養(yǎng)基一次性加入。不再補充和更換，最后一次性收獲。(P116),2 連續(xù)培養(yǎng)（continuous culture）,連續(xù)培養(yǎng)（continuous c

17、ulture） ：在微生物培養(yǎng)的過程中，不斷地供給新鮮的營養(yǎng)物質(zhì)，同時排除含菌體及代謝產(chǎn)物的發(fā)酵液，讓培養(yǎng)的微生物長時間地處于對數(shù)生長期，以利于微生物的增殖速度和代謝活性處于某種穩(wěn)定狀態(tài)。類型：恒濁連續(xù)培養(yǎng)和恒化連續(xù)培養(yǎng)(P119),原理：當微生物在單批培養(yǎng)方式下生長達到對數(shù)期后期時，一方面以一定的速度流進新鮮培養(yǎng)基并攪拌，另一方面以溢流方式流出培養(yǎng)液，使培養(yǎng)物達到動態(tài)平衡，其中的微生物就能長期保持對數(shù)期的平衡生長狀態(tài)和穩(wěn)定的生長速率

18、。,（1）連續(xù)培養(yǎng)原理,恒化連續(xù)培養(yǎng),概念：以恒定流速使營養(yǎng)物質(zhì)濃度恒定而保持細菌生長速率恒定的方法。 原理：通過控制某一種營養(yǎng)物濃度（如碳、氮源、生長因子等） ，使其始終成為生長限制因子，而達到控制培養(yǎng)液流速保持不變，并使微生物始終在低于其最高生長速率條件下進行生長繁殖。特點：維持營養(yǎng)成分的亞適量，控制微生物生長速率。菌體生長速率恒定，菌體均一、密度穩(wěn)定，產(chǎn)量低于最高菌體產(chǎn)量。應用范圍：實驗室科學研究及污水生物處理。,恒化器Ch

19、emostat 或bactogen,概念：調(diào)節(jié)培養(yǎng)基流速，使培養(yǎng)液濁度保持恒定的連續(xù)培養(yǎng)方法。原理：通過調(diào)節(jié)新鮮培養(yǎng)基流入的速度和培養(yǎng)物流出的速度來維持菌濃度不變,即濁度不變。主要采用恒濁器，當濁度高時，使新鮮培養(yǎng)基的流速加快，濁度降低，則減慢培養(yǎng)基的流速。特點：基質(zhì)過量，微生物始終以最高速率進行生長，并可在允許范圍內(nèi)控制不同的菌體密度；但工藝復雜，煩瑣。,恒濁連續(xù)培養(yǎng),使用范圍：用于生產(chǎn)大量菌體、生產(chǎn)與菌體生長相平行的某些代謝產(chǎn)物

20、，如乳酸、乙醇等。,恒濁器與恒化器的比較,二、細菌的純培養(yǎng)生長曲線,將少量細菌接種到一種新鮮的、定量的液體培養(yǎng)基中進行分批培養(yǎng)，定時取樣計數(shù)，以細菌個數(shù)或細菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標，以培養(yǎng)時間為橫坐標，連接坐標紙上各點成一條曲線即細菌的生長曲線。生長曲線可以細分為六個階段、四個時期： 延遲期（停滯期）、加速期、 對數(shù)生長期、減速期、 穩(wěn)定期（靜止期） 、 衰亡期（或死亡期）。 (P116),典型的生長曲線 （Growth curve）,

21、延滯期,對數(shù)期,穩(wěn)定期,衰亡期,時期的劃分：按照生長速率常數(shù)（growth race constant）不同,加速期,減速期,,,其它名稱：遲滯期、調(diào)整期、適應期1.現(xiàn)象：活菌數(shù)沒增加，曲線平行于橫軸。2.特點：P117生長速率= 0細胞形態(tài)變大或增長細胞內(nèi)RNA特別是rRNA含量增高合成代謝活躍（核糖體、酶類、ATP合成加快），易產(chǎn)生誘導酶對外界不良條件敏感，（如氯化鈉濃度、溫度、抗生素等化學藥物）3.原因：適應新的環(huán)

22、境條件，合成新的酶，積累必要的中間產(chǎn)物,①.停滯期（lag phase）,◆菌種 ： 繁殖速度較快(世代時間短)的菌種的延遲期一般較短；◆接種物菌齡 ： 用對數(shù)生長期的菌種接種時，其延遲期較短，甚至檢查不到延遲期；◆接種量：一般來說， 接種量增大可縮短甚至消除延遲期（發(fā)酵工業(yè)上一般采用1/10的接種量）；◆營養(yǎng)：培養(yǎng)基成分 ◇在營養(yǎng)成分豐富的天然培養(yǎng)基上生長的延滯期比在合成培養(yǎng)基上生長時短；◇接種后培養(yǎng)基成分有較大變化時，會使延滯

23、期加長，所以發(fā)酵工業(yè)上盡量使發(fā)酵培養(yǎng)基的成分與種子培養(yǎng)基接近。,★影響延遲期長短的因素：P116-117,認識延遲期的特點及形成原因?qū)嵺`的指導意義：,◆在工業(yè)上需設(shè)法盡量縮短延遲期；P117采取的縮短lag phase 的措施有：①增加接種量； （群體優(yōu)勢----適應性增強） ②采用對數(shù)生長期的健壯菌種；③調(diào)整培養(yǎng)基的成分，在種子基中加入發(fā)酵培養(yǎng)基的某些成分。④選用繁殖快的菌種,②.對數(shù)期（logarithmic phase

24、）,其他名稱：指數(shù)期 現(xiàn)象：細胞數(shù)目以幾何級數(shù)增加，其對數(shù)與時間呈直線關(guān)系。 特點：生長速率最大，即代時最短菌體大小、形態(tài)、生理特征等比較一致代謝最旺盛細胞對理化因素較敏感影響因素：菌種代謝產(chǎn)物營養(yǎng)物濃度﹡氧氣,延長措施：定時定量加入營養(yǎng)物質(zhì)，同時排出代謝產(chǎn)物，或使用連續(xù)培養(yǎng)。應用意義：①由于此時期的菌種比較健壯，增殖噬菌體的最適菌齡；生產(chǎn)上用作接種的最佳菌齡；②發(fā)酵工業(yè)上盡量延長該期，以達到較高

25、的菌體密度③食品工業(yè)上盡量使有害微生物不能進入此期④是生理代謝及遺傳研究或進行染色、形態(tài)觀察等的良好材料。,③. 靜止期（stationary phase）,,,又稱：穩(wěn)定期或最高生長期特點：①新增殖的細胞數(shù)與老細胞的死亡數(shù)幾乎相等，微生物的生長速率處于動態(tài)平衡，培養(yǎng)物中的活細胞數(shù)目達到最高值。②細胞分裂速度下降，開始積累內(nèi)含物，產(chǎn)芽孢的細菌開始產(chǎn)芽孢。③此時期的微生物開始合成次生代謝產(chǎn)物，對于發(fā)酵生產(chǎn)來說，一般在穩(wěn)定期的后期

26、產(chǎn)物積累達到高峰，是最佳的收獲時期。若目標是菌體，則在靜止期初期就要及時收獲菌體。產(chǎn)生原因： 營養(yǎng)物濃度的降低 有害代謝廢物的積累（酸、醇、毒素等） 物化條件（pH、氧化還原勢等）的改變; 溶解氧供應不足,應用意義：發(fā)酵生產(chǎn)形成的重要時期（抗生素、氨基酸等），生產(chǎn)上應盡量延長此期，提高產(chǎn)量，措施如下： 補充營養(yǎng)物質(zhì)（補料） 調(diào)pH 調(diào)整溫度,,④. 衰亡期（decline phase

27、）,,特點：① 細胞死亡數(shù)增加，死亡數(shù)大大超過新增殖的細胞數(shù)，群體中的活菌數(shù)目急劇下降，出現(xiàn)“負生長”。② 細胞進行內(nèi)源性呼吸（因為營養(yǎng)缺乏），出現(xiàn)多形態(tài)、畸形或衰退形，芽孢開始釋放。③ 因菌體本身產(chǎn)生的酶及代謝產(chǎn)物的作用，使菌體死亡。 衰亡期比其他各時期時間長，它的長短也與菌種和環(huán)境條件有關(guān)。產(chǎn)生原因：生長條件的進一步惡化，使細胞內(nèi)的分解代謝大大超過合成代謝，繼而導致菌體的死亡,三.絲狀微生物的群體生長（不講）,

28、絲狀微生物的純培養(yǎng)采用孢子接種，在液體培養(yǎng)基中震蕩培養(yǎng)或深層通氣加攪拌培養(yǎng)，菌絲體通過斷裂繁殖不形成產(chǎn)孢結(jié)構(gòu)?？梢杂镁z干重作為衡量生長的指標，即以時間為橫坐標，以菌絲干重為縱坐標，繪制生長曲線。,可分為三個階段：1、生長停滯期2、迅速生長期3、衰退期,1、生長停滯期: 造成生長停滯的原因一是孢子萌發(fā)前真正的停滯狀態(tài)，另一種是生長已經(jīng)開始，但還無法測定。2、迅速生長期:菌絲體干重迅速增加，其立方根與時間呈直線關(guān)系，菌絲干重不以幾

29、何級數(shù)增加，沒有對數(shù)生長期。生長主要表現(xiàn)在菌絲尖端的伸長和出現(xiàn)分支、斷裂等，此時期的菌體呼吸強度達到高峰，有的開始積累代謝產(chǎn)物。3、衰退期:菌絲體干重下降，到一定時期不再變化。大多數(shù)次級代謝產(chǎn)物在此期合成，大多數(shù)細胞都出現(xiàn)大的空泡。有些菌絲體還會發(fā)生自溶菌絲體，這與菌種和培養(yǎng)條件有關(guān)。,四、活性污泥中的微生物生長規(guī)律,廢水中微生物種類復雜，生長情況也復雜得多，但生長曲線的形態(tài)基本上是相似的。也分為三個時期：SBR（序批法間歇曝氣器）即

30、是該原理的應用。 生長上升階段 生長下降階段 內(nèi)源呼吸階段,五、微生物的生長曲線在廢水處理中的應用 P120,在生物處理中，控制了—定的F／M值就可得出不同的微生物生長率、微生物的活性和處理效果。例如若采用一個較高的F／M值維持微生物在對數(shù)期的生長，則此時微生物繁殖很快，活力也很強，處理廢水的能力必然較高。利用對數(shù)期進行廢水生物處理，雖然反應速率快，但想取得穩(wěn)定的出水及較高的處理效果亦比較困難。故一般在廢水生物處理工程

31、中，常利用減速生長期或內(nèi)源呼吸初期的微生物的生長、活動，使廢水中的有機物穩(wěn)定化，并取得較好的處理效果。在活性污泥法的推流式曝氣池進口附近，食料與微生物之比一般總是比較高的，但隨著水流向出口處流動，此值將逐漸減小 （補充）,第二部分：環(huán)境因子,微生物與所處的環(huán)境之間具有復雜的相互影響和相互作用:一方面,各種各樣的環(huán)境因素對微生物的生長和繁殖有影響,另一方面,微生物生長繁殖也會影響和改變環(huán)境.研究環(huán)境因素與微生物之間的關(guān)系,可以通過控制環(huán)境

32、條件來利用微生物有益的一面,同時防止它有害的一面。,一、溫度對微生物生長的影響,溫度是影響微生物生長的最重要因素之一。溫度對微生物的影響具體表現(xiàn)在：影響酶活性。溫度變化影響酶促反應速率，最終影響細胞合成。影響細胞膜的流動性。溫度高，流動性大，有利于物質(zhì)的運輸，溫度低，流動性降低，不利于物質(zhì)運輸，因此，溫度變化影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌。影響物質(zhì)的溶解度。對生長有影響。,最低生長溫度:

33、 指微生物能進行繁殖的最低溫度界限。最適生長溫度： 指使微生物迅速生長的溫度 。最高生長溫度： 指微生物生長繁殖的最高溫度界限。,,微生物處于最適生長溫度時，生長速度最快，代時最短。超過最低生長溫度時，微

34、生物不生長，溫度過低，甚至會死亡。超過最高生長溫度時，微生物不生長，溫度過高，甚至會死亡。,根據(jù)微生物的最適生長溫度分類,嗜冷微生物嗜溫微生物嗜熱微生物超嗜熱或嗜高溫微生物,嗜冷微生物嗜冷機制：,主要分布在地球的兩極、冷泉、深海、冷凍場所及冷藏食品中。 （1）Ｅ系在低溫下仍能起催化作用 （2）細胞膜含較多的不飽合脂肪酸在低溫下仍具有通透性。,嗜熱微生物嗜熱機制,①酶以及核糖體有較強的抗熱性②核酸具有較高的熱穩(wěn)定性（核酸中

35、G+C含量高（tRNA），可提供形成 氫鍵，增加熱穩(wěn)定性 ）。③細胞膜中飽和脂肪酸含量高，較高溫度下能維持正常的液晶狀態(tài)。,,菌 名生長溫度發(fā)酵溫度累積產(chǎn)物溫度 （ ℃ ） （ ℃ ） （ ℃ ） Streptococcus thermophilus374737S.lactis3440產(chǎn)細胞：25~30產(chǎn)乳酸：30Strept

36、omyces griseus3728_Corenybacterium pekinense32 33~35_Clostridium acetobutylicum3733_Penicilium chrysogenum302520以青霉素的生產(chǎn)為例：培養(yǎng)165小時采用分段控制溫度的方法，其青霉素產(chǎn)量比始終在30 ℃培養(yǎng)提高了14.7%。分段控制方式：0~5小時，30 ℃；5~40小時

37、，25 ℃；40~125小時，20 ℃；125~165小時，25 ℃。,★不同生理生化過程的最適溫度,微生物不同生理活動要求不同溫度，所以最適生長溫度 ≠ 發(fā)酵速度快、積累代謝產(chǎn)物多。,,,高溫與低溫對微生物的影響,1、高溫對微生物的影響高溫下蛋白質(zhì)不可逆變性，膜受熱出現(xiàn)小孔，破壞細胞結(jié)構(gòu)（溶菌）。用于滅菌。2、低溫對微生物的影響 當環(huán)境溫度低于微生物的最適生長溫度時，微生物的生長繁殖停止，用于保存食物和菌種。 造成

38、死亡的原因：①凍結(jié)時細胞水分變成冰晶，冰晶對細胞膜產(chǎn)生機械損傷，膜內(nèi)物質(zhì)外漏。②凍結(jié)過程造成細胞脫水,滅菌（sterilization) 是指利用某種殺死物體中包括芽孢在內(nèi)的所有微生物的一種措施.分干燥滅菌與濕熱滅菌。消毒（disinfection) 是利用某種方法殺死或滅活物質(zhì)或物質(zhì)中所有病原微生物的一種措施。分為巴斯德消毒和煮沸消毒法。消毒效果取決于

39、消毒時的溫度和消毒時間。防腐（antisepsis) 是在某些化學物質(zhì)或物理因子作用下，能防止或抑制微生物生長的一種措施，它能防止食品腐敗或防止其它物質(zhì)霉變?；煟╟hemotheraphy）即化學治療。利用具有高度選擇毒力的化學物質(zhì)抑制宿主體內(nèi)病源微生物的生長繁殖，以達到治療該傳染病的一種措施,二、 pH,pH值對微生物生長的影響機制◆影響膜表面電荷的性質(zhì)及膜的

40、通透性，進而影響對物質(zhì)的吸收能力?！舾淖兠富?、酶促反應的速率及代謝途徑：如：酵母菌在pH4.5-5產(chǎn)乙醇，在 pH6.5以上產(chǎn)甘油、酸?！舡h(huán)境pH值還影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的離子化程度，從而影響營養(yǎng)物質(zhì)吸收，或有毒物質(zhì)的毒性。,一些微生物的生長酸堿度,大多數(shù)細菌、藻類和原生動物的最適pH為6.5-7.5；放線菌在中性偏堿性的環(huán)境pH為7.5-8.0，霉菌與酵母在酸性環(huán)境pH為5-6和3-6。,微生物

41、 pH值 最低 最適 最高Thiobacillus thiooxidans 氧化硫硫桿菌 0.5 2.0~3.5 6.0Lactobacillus acidophilus 嗜酸乳桿菌 4.0~4.6 5.8~6.6

42、 6.8Rhizobium japonicum 大豆根瘤菌 4.2 6.8~7.0 11.0Azotobacter chroococcum 圓褐固氮 4.5 7.4~7.6 9.0Nitrosomonas sp. 硝化單胞菌 7.0 7.8~8.6 9.4Acetobacter aceti 醋

43、化醋桿菌 4.0~4.5 5.4~6.3 7.0~8.0Staphylococcus aureus 金黃葡球菌 4.2 7.0~7.5 9.3Chlorobium limicola 泥生綠菌 6.0 6.8 7.0Thurmus aquaticus 水生棲熱菌 6.0 7.5~7.8

44、 9.5Aspergillus niger 黑曲霉 1.5 5.0~6.0 9.0一般放線菌 5.0 7.0~8.0 10.0一般酵母菌 3.0 5.0~6.0

45、 8.0,,,,,,,,不同微生物的生長pH值范圍,同一種微生物在其不同的生長階段和不同的生理生化過程中，對pH值的要求也不同。舉例：Aspergillus niger在pH2~2.5范圍時有利于合成檸檬酸，當在pH2.5~6.5范圍內(nèi)時以菌體生長為主，而在pH7.0時，則以合成草酸為主。 微生物 生長最適pH 合成抗生素最適pH灰色鏈霉菌6.3~6.96.7~7.3紅霉素鏈霉菌

46、6.6~7.06.8~7.3產(chǎn)黃青霉6.5~7.26.2~6.8金霉素鏈霉菌6.1~6.65.9~6.3龜裂鏈霉菌6.0~6.65.8~6.1灰黃青霉6.4~7.06.2~6.5,生長的最適pH值與發(fā)酵的最適pH值,,,,,,三、氧化還原電位（Eh）,氧化還原電位的單位是V或mV，一般好氧微生物：> +0.1 V最適+0.3~+0.4V厭氧微生物：<0.1V;專必厭氧菌：-

47、0.2-0.25V產(chǎn)甲烷菌：-0.3--0.4V,影響氧化還原電位的因素,氧分壓：氧分壓高，氧化還原電位高pH值：pH值高，氧化還原電位高還原劑：如抗壞血酸，硫二乙醇鈉，谷胱甘肽，硫化氫，鐵等均可降低環(huán)境的氧化還原電位。,四、溶解氧,微生物對氧的需要和耐受力在不同的類群中變化很大，根據(jù)微生物與氧的關(guān)系,可把它們分為幾種類群: 專性好氧菌: 好氧菌

48、 微好氧菌： 兼性厭氧菌 耐氧厭氧菌： 厭氧菌 (專性)厭氧菌：,,,,專性好氧菌（strict aerobe）P128必須在有分子氧的條件下才能生長，有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，細胞含有超氧物歧化酶（SOD，superoxide dismutase）和過氧化氫酶。兼性好氧菌（facultative aerobe） 在有

49、氧或無氧條件下均能生長，但有氧情況下生長得更好，在有氧時靠呼吸產(chǎn)能，無氧時接發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能；細胞含有SOD、過氧化氫酶和脫氫酶。厭氧菌（anaerobe） 分子氧對它有毒害，短期接觸空氣，也會抑制其生長甚至致死；在空氣或含有10%CO2的空氣中，在固體培養(yǎng)基表面上不能生長，只有在其深層的無氧或低氧化還原電勢的環(huán)境下才能生長；生命活動所需能量通過發(fā)酵、無氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵提供；細胞內(nèi)缺乏SOD和細胞色素氧化

50、酶，大多數(shù)還缺乏過氧化氫酶。,水的活度和滲透壓,見前所講,其它不利環(huán)境因子的影響,紫外線與電離輻射超聲波重金屬干燥化學藥劑抗生素,紫外線,定義：波長在100 — 400nm的電磁輻射為紫外線。紫外線殺菌或誘變原理：紫外線作用于DNA ，使其產(chǎn)生胸腺嘧啶二聚體，引起DNA結(jié)構(gòu)變形，阻礙正常的堿基配對，從而造成微生物變異或死亡。紫外線會使空氣中的分子氧變成臭氧，臭氧釋放的原子氧有殺菌作用。其中波長在260nm處的紫外線殺菌

51、力最強。主要因為核酸（DNA、RNA）的吸收峰為260nm，蛋白質(zhì)的吸收峰為280nm。,光復活現(xiàn)象：經(jīng)紫外線照射的微生物，在可見光下，光可以激活DNA修復酶，該酶能修復DNA上的損傷，使微生物的突變率或死亡率下降。應用： 由于穿透力差，只適用于 表面消毒 空氣消毒 誘變育種。,電離輻射,χ、γ、β射線 ，波長短，能量高，有較強的殺傷力。作用原理 ：可引起水和其他物質(zhì)的電離，產(chǎn)生游離基，使核酸、蛋白質(zhì)或酶

52、發(fā)生變化，造成細胞損傷或死亡。 特點：穿透力強，非專一性，作用于一切細胞成分，對所有生物均有殺傷作用。 應用：用于殺菌或菌種誘變。,超聲波,超聲波：每秒鐘振動在1600以上的聲波。機理：引起膜破壞，細胞破裂，內(nèi)涵物逸出。 應用：破碎細胞，提取胞內(nèi)物質(zhì)（代謝產(chǎn)物、酶等）殺菌,超聲波殺菌效力大小與頻率、強度、處理時間等多種因素有關(guān)。,微波,微波：微波的范圍在915—2450MHz/s之間。機理：微波產(chǎn)生熱效應，使蛋白質(zhì)、

53、酶等物質(zhì)變性，導致微生物死亡。 特點：加熱均勻，熱能利用率高、加熱時間短。應用：食品消毒、滅菌。,干燥,干燥抑制微生物生長或造成其死亡的原因： 干燥能引起微生物細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變性和鹽類等物質(zhì)濃度提高，從而抑制生長或造成微生物死亡,重金屬,汞、銀、銅、鉛及其化合物殺菌機理：與酶的基團結(jié)合，使酶失去活性；或與菌體蛋白結(jié)合，使之變性或沉淀。,抗生素：,概念：抗生素：微生物在其生命過程中所產(chǎn)生的一類低分子量代謝產(chǎn)物，在很低濃度

54、下就能抑制或殺死其它微生物的生長。最小抑制濃度（Minimal Inhibitory Concentration,MIC）:表示抗生素的抗菌活性，單位是?g/ml.MIC可以在液體試管或固體平板上測定， 抗菌譜：抗生素的作用對象有一定范圍，這種作用范圍稱該抗生素的抗菌譜。廣譜～：對多種微生物有作用（如：土霉素、四環(huán)素）；窄譜～：僅對某一類微生物有作用（如：多粘菌素）作用機制：1）抑制細胞壁的合成；（如：青霉素） 2）破壞細胞

55、膜功能；（如：多粘菌素可作用于膜磷脂使膜溶解） 3）抑制蛋白質(zhì)合成；（如：氯霉素，四環(huán)素、鏈霉素等） 4）干擾核酸代謝；（如：利福霉素、新生霉素、絲裂霉素、灰黃霉素）,化學藥劑,氧化劑、還原劑、酚類、醇類、新潔爾滅、毒性物質(zhì)、染料、抗代謝物、抗生素等對微生物的影響。常用的消毒防腐劑及其應用,,菌種的退化、復壯和保藏,退化與復壯的概念 退化（degeneration）：在微生物的生長過程中，由于變異的存在，使原有的優(yōu)良性狀

56、發(fā)生負變，即菌種的退化。 復壯(rejuvenation)：狹義的復壯是指在菌種已發(fā)生衰退的情況下，通過純種分離和生產(chǎn)性能測定等方法，從衰退的群體中找出未衰退的個體，以達到恢復該菌原有典型性狀的措施；廣義的復壯是指在菌種的生產(chǎn)性能未衰退前就有意識的經(jīng)常、進行純種的分離和生產(chǎn)性能測定工作，以期菌種的生產(chǎn)性能逐步提高。實際上是利用自發(fā)突變（正變）不斷地從生產(chǎn)中選種。,,一、防止菌種退化的方法,控制傳代的次數(shù)（一般在DNA的復制過程中

57、，堿基的錯配率是5x10-4，自發(fā)突變的頻率為10-8~10-9，采用良好的菌種保藏方法，可以減少移種和傳代的次數(shù)）創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件利用不同類型的細胞進行接種傳代：對絲狀微生物而言，通常采用穩(wěn)定的單核孢子進行接種。采用有效的菌種保藏方法,菌種的復壯措施,純種分離 菌落純的分離方法（平板表面涂布法，平板劃線分離法，瓊脂培養(yǎng)基澆注法） 細胞純的分離方法（分離小室進行單細胞分離，顯微操縱器進行單細胞分離，菌絲尖端切割法

58、進行單細胞分離）通過宿主體內(nèi)生長進行復壯（如Bacillus thuringiensis的復壯）聯(lián)合復壯（誘變復壯）,二、菌種的保藏,菌種保藏的任務：廣泛收集實驗室和生產(chǎn)菌種、菌株（包括病毒株以及動、植物細胞株和質(zhì)粒等）的基礎(chǔ)上，使之達到不死亡、不退化、不污染，以便于研究、交換和使用的目的。常用的菌種保藏機構(gòu)： 中國微生物菌種保藏委員會(CCCCM) 美國的典型菌種保藏中心(ATCC),菌種保藏的原理,挑

59、選典型菌種的優(yōu)良純種，一般采用微生物的休眠體（如孢子、芽孢等）采用人工條件 （如干燥、低溫、缺氧、避光、缺乏營養(yǎng)以及添加保護劑或酸堿中和劑等），使微生物代謝變?nèi)酰幱谛菝郀顟B(tài)。,菌種保藏的方法,定期移植法：斜面低溫保藏法干燥法：砂土管保藏法、麩曲保藏法等隔絕空氣法：液體石蠟保藏法蒸餾水懸浮法：藻類的保存綜合法：以上方法的綜合。,幾種常用菌種保藏方法的比較,學習要點,微生物的培養(yǎng)方式微生物的生長曲線影響微生物生長的環(huán)境因子菌