大学微生物学第六章微生物的生长及控制

大学微生物学第六章微生物的生长及控制思维导图。该导图介绍了测定生长繁殖的方法、微生物独特合成代谢途经局长常规率等。

第六章 微生物的生长及其控制

• 生长：生物个体物质有规律地、不可逆增加，导致个体体积扩大的生物学过程。 繁殖：生物个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。 个体生长：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 群体生长：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。 个体生长——>个体繁殖——>群体生长 群体生长=个体生长+个体繁殖
• 测定生长繁殖的方法
  • 微生物的生长：单位时间里微生物数量或生物量的增加
  • 测生物量
    • 直接法
      • 测体积法：粗放型，在刻度离心管中测沉降量
      • 称干重法：精确型，离心法和过滤法获得菌体细胞，微生物的干重一般为其湿重的10％～20％。
      • 霉菌菌丝长度
        • 平板菌落直径
        • U型管
    • 间接法
      • 比浊法
        • 用分光光度法对无色的微生物悬浮液进行测定，一般选用450～650nm波段。
      • 生理指标法
        • 微生物的生理指标，如氮、碳、DNA、ATP等物质的含量，呼吸强度、耗氧量、酶活性、生物热等与其群体的规模成正相关
        • 测定ATP含量的方法
          • 已知细胞数的微生物样品测定ATP含量
          • 换算出每个细胞所含的ATP量
          • 测定未知细胞数的微生物样品的ATP含量
          • 即可算出未知样中细胞数
  • 计繁殖数
    • 直接法
      • 计数板直接计数法
        • 指采用计数板（细菌计数板或血球计数板），在光学显微镜下直接观察微生物细胞并进行计数的方法。
      • 染色后活菌计数法
        • 采用特定的染色技术进行活菌染色，然后用光学显微镜计数的方法。可分别对活菌和死菌进行计数。
      • 比例计数法
      • 过滤计数法
        • 当样品中菌数很低时，可以将一定体积的的样品通过膜过滤器。然后将滤膜干燥、染色，并经处理使膜透明，再在显微镜下计算膜上（或一定面积中）的细菌数。
      • Coulter 电子计数器
    • 间接法
      • 平板菌落计数法
        • 可用倾注平板、涂布平板或滚管法等方法进行。
        • 菌落形成单位CFU：每一活细胞就形成一个单菌落
        • 此法适用于各种好氧菌或厌氧菌。
      • 膜过滤培养菌落计数法
        • 当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜过滤器，然后将将膜转到相应的培养基上进行培养，对形成的菌落进行统计。
      • 厌氧菌的菌落计数法
• 微生物独特合成代谢途径局生长规律
  • 微生物的个体生长和同步生长
    • 微生物个体细胞的生长
      • 细菌的生长
        • 一个新生的细胞长大到最后分裂为两个子细胞的过程称为细胞周期
      • 酵母菌的生长
        • 酵母菌主要的繁殖方式是出芽，酵母菌细胞的生长——芽细胞的生长。
      • 霉菌的生长
        • 丝状真菌的生长：从孢子萌发开始，以其菌丝顶端延长的方式进行。当菌丝伸长到一定程度后就会出现分枝。
    • 微生物的同步生长
      • 同步培养技术
        • 设法使某一群体中的所有个体细胞尽可能都处于同样细胞生长和分裂周期中，通过分析此群体在各阶段的生物化学特性变化，来间接了解单个细胞的相应变化规律。
      • 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
  • 单细胞微生物的典型生长曲线
    • 生长曲线
      • 定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲线
    • 典型生长曲线
      • 延滞期
        • 又称停滞期、调整期和适应期。指少量单细胞微生物接种到新鲜培养基后，在开始培养的一段时间内细胞数目不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零的一段时期——代谢系统是正在适应新环境。
        • 特点
          • 生长速率常数为零
          • 细胞形态变大或增长，许多杆菌可长成丝状
          • 细胞内RNA尤其是rRNA含量增高，原生质呈嗜碱性；
          • 合成代谢十分活跃（核糖体、酶类和ATP合成加速）,易产生各种诱导酶
          • 对外界不良条件敏感，（如NaCI溶液浓度、温度和抗生素等理化因素）
        • 出现原因
          • 微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏分解和催化有关底物的酶，或是缺乏充足的中间代谢产物等。为适应新的环境，产生诱导酶或合成中间代谢产物，就需要一段适应期。
        • 影响因素
          • 菌种的遗传性
          • 种龄
          • 接种量：接种量大，则延滞期短
          • 培养基成分
      • 指数期
        • 指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。
        • 特点
          • 生长速率常数R最大，细胞的代时或原生质的倍增时间最短
          • 细胞进行平衡生长，菌体各部分的成分十分均匀
          • 酶系活跃，代谢旺盛
        • 重要参数
          • 繁殖代数（n）
          • 生长速率常数（R）
          • 代时（G）
            • 又称世代时间或增代时间
            • 倍增时间
              • 指在群体生长里细菌数量增加一倍或者原生质增加一倍所需的时间。
            • 影响代时长短因素
              • 菌种
              • 营养成分
              • 营养物浓度
              • 培养温度
          • 生长限制因子
            • 凡是处于较低浓度范围内，可影响生长速率的营养物成分
      • 稳定期
        • 处于新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等，或正生长与负生长相等的动态平衡之中。
        • 特点
          • 生长速率常数R为零，
          • 菌体产量达到了最高点，
          • 合成抗生素等次生代谢产物；
          • 细胞内开始积累内含物；
          • 芽孢杆菌开始形成芽孢。
        • 生长产量常数Y
        • 稳定期产生原因
          • 营养物尤其是生长限制因子的耗尽；
          • 营养物的比例失调，例如C／N比值不合适等；
          • 酸、醇、毒素或H2O2等有害代谢产物的累积；
          • pH、氧化还原势等理化条件越来越不适宜等。
      • 衰亡期
        • 个体死亡的速度超过新生的速度，整个群体呈现负生长状态（R为负值）。
        • 特点
          • 生长速率常数R为负值；
          • 细胞出现多形化、畸形或衰退形 ；
          • 合成或释放抗生素等次生代谢产物；
          • 芽孢杆菌释放芽孢；
          • 细胞死亡，出现自溶（自溶:有的微生物在衰亡期由于蛋白水解酶活力增强而发生的自溶现象）现象。
  • 微生物的连续培养
    • 连续培养
      • 在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。
    • 分批培养
      • 将微生物置于一定容积的培养基中，经过培养生长，最后一次收获。培养基一次加入，不予补充，不再更换。
• 影响微生物生长的主要因素
  • 温度
    • 温度是影响微生物细胞生长和存活的最重要的因素之一
    • 生长温度三基点
      • 最低生长温度：生长速度最快，代时最短
      • 最适生长温度：微生物不生长，温度过低，有些会死亡
        • 嗜冷菌
        • 中温菌
        • 嗜热菌
      • 最高生长温度：微生物会死亡
  • 氧气
    • 微生物与氧的关系
      • 好氧菌
        • 专性好氧菌
          • 以分子氧作为最终氢受体，含有超氧化物歧化酶和过氧化氢酶
        • 兼性厌氧菌
          • 在有氧时靠呼吸产能；无氧时借发酵或无氧呼吸产能，细胞含SOD和过氧化氢酶。
        • 微好氧菌
          • 只能在较低的氧分压下才能正常生长的微生物。
      • 厌氧型
        • 耐氧菌
          • 可在分子氧存在下进行发酵性厌氧生活。它们的生长不需要氧，但分子氧对它也无毒害。 它们不具有呼吸链，依靠专性发酵和底物水平磷酸化而获得能量。
        • 厌氧菌
          • 特点
            • 分子氧对它们有毒，即使短期接触也会抑制甚至致死
            • 在空气或含10％CO2的空气中，在培养基的表面上不生长，只有在其深层的无氧或低氧化还原势的环境下才能生长
            • 生命活动所需能量是通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发酵等提供
            • 胞内缺乏SOD和细胞色素氧化酶，大多还缺乏过氧化氢酶
  • PH
    • 分类
      • 最低生长PH
      • 最适生长PH
        • 嗜碱微生物
        • 耐碱微生物
      • 最高生长PH
    • 环境PH对微生物的影响
      • 影响细胞膜的通透性和稳定性
      • 影响物质溶解度
      • 影响细胞表面电荷分布
      • 改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径
      • 影响营养物质的离子化程度， 从而影响吸收
      • 影响有毒物质的毒性
• 微生物培养法概论
  • 固体培养法
    • 好氧菌的固体培养
      • 培养皿琼脂平板
    • 厌氧菌的固体培养
      • 高层琼脂柱
      • 厌氧培养皿
      • 厌氧罐
  • 液体培养法
    • 好氧菌的液体培养
      • 试管液体培养
      • 三角瓶浅层液体培养
      • 摇瓶培养
    • 厌氧菌的液体培养
• 有害微生物的控制
  • 几个基本概念
    • 化疗
      • 即化学治疗，指利用具有高度选择毒力的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该宿主传染病的一种措施。
    • 防腐
      • 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，即通过制菌作用防止食品、生物制品等发生霉腐的措施。
      • 措施
        • 低温
        • 子主题
        • 缺氧
        • 干燥
        • 高渗
        • 高酸度
        • 高醇度
        • 防腐剂
    • 消毒
      • 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或动、植物有害的病原菌，而对被消毒的对象基本无害的措施。
    • 灭菌
      • 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
      • 分类
        • 杀菌
          • 菌体虽死，但形体尚存
        • 溶菌
          • 菌体杀死后，其细胞发生溶化、消失的现象
    • 试管斜面
  • 物理灭菌的代表——高温
    • 高温灭菌种类
      • 干热灭菌法
      • 湿热灭菌法 湿热蒸气透射力强，更易于传递热量；更易破坏保持蛋白质稳定性的氢键等结构；
        • 常压法
          • 巴氏消毒法
          • 煮沸消毒法
          • 间歇消毒法
        • 加压法
          • 常规加压蒸汽灭菌法
          • 连续加压蒸汽灭菌法
            • 优点
              • 最大限度减少营养成分的破坏
              • 灭菌时间明显减少，提高了发酵罐的利用率
              • 蒸汽负荷均匀，提高了锅炉的利用率
              • 适宜于自动化操作
              • 降低了操作人员的劳动强度
            • 定量指标
              • 热死时间
              • 热死温度
                • 也称热死点，指在一定时间内（一般为10 min），杀死某微生物的水悬浮液群体所需的最低温度。
    • 影响加压蒸汽灭菌效果的因素
      • 杀菌物体含菌量
      • 灭菌锅内空气排除程度
      • 灭菌对象的pH
      • 灭菌对象的体积
      • 加热与散热速度
  • 化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂
    • 指标
      • 最低抑制浓度
      • 半致死剂量
      • 最低致死剂量
    • 表面消毒剂
    • 抗代谢药物代表——磺胺类药物
      • 抗代谢药物又称代谢拮抗物或代谢类似物，是指一类在化学结构上与细胞内必要代谢物的结构相似，并可干扰正常代谢活动的化学物质。
      • 作用机制
        • 磺胺的结构与细菌的一种生长因子对氨基苯甲酸高度相似，因此两者间会发生竞争性拮抗作用
    • 抗生素
      • 一类微生物或其他生物生命活动过程中合成的或半合成的次级代谢产物或其人工衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或干扰它种生物（包括病原菌、病毒、癌细胞等）的生命活动，是一种优良的化学治疗剂。
      • 活力单位
        • 效价