微生物的生长及其控制

这是一篇关于微生物的生长及其控制的思维导图，包括了微生物生长的定性和定量测定方法，以及影响微生物生长的主要因素和控制微生物生长的措施。

微生物的生长及其控制

• 测定微生物生长繁殖的方法
  • 个体计数、群体重量测定和 群体生理指标测定
  • 测生长量：单位时间里微生物重量上的 变化
    • 直接法
    • 间接法：比浊法
  • 生理指标法
    • 测含氮量：蛋白质是细胞的主要物质，含量稳定，而氮是 蛋白质的主要成分，通过测含氮量就可推知微生物的浓度
    • 其他方法：含碳、磷、DNA、RNA、耗氧量、消耗底物量、 产CO2、产酸、产热、粘度等，都可用于生长量的测定
  • 计繁殖数
    • 直接法：血球计数板
    • 间接法：（活菌）平板菌落计数法、 厌氧菌培养
• 微生物的生长规律
  • 微生物纯培养
    • 概念：从一个细胞得到的后代称为纯培养
    • 方法：稀释倒平板法；划线法
  • 微生物的个体生长和群体的同步生长
    • 通过同步培养而使细胞群体处于分裂步调一致 的状态即同步生长。进行同步分裂的细胞称为 同步细胞
    • 同步生长的方法
      • 环境条件诱导法：抗生素、变换温度、光线、 培养基等，造成与正常细胞周期不同的周期变化
      • 机械筛选法：选择性过滤、梯度离心或膜洗脱 法
  • 硝酸纤维素膜法
    • 细菌细胞会粘附于具有相反电荷的硝酸纤维微孔滤膜上
  • 单细胞微生物的典型生长曲线
    • 将少量纯种单细胞微生物接种到恒容积的液体培养基中后 ，在适宜的温度、通气（厌氧菌除外）等条件下，它们的 群体会有规律地生长起来。每隔一定时间取样，测菌细胞 数目。以细胞数目的对数值作纵坐标，以培养时间作横坐 标，可以画出一条有规律的曲线即单细胞微生物的典型生 长曲线
    • 生长曲线代表了单细胞微生物在新的环境中从开始生长、 分裂直至死亡的整个动态变化过程。
    • 单细胞微生物的典型生长曲线
      • 延滞期
        • 特点：生长速率常数R= 0;细胞形态变大或增长；细胞内RNA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、酶类、ATP合成加快），易产生 诱导酶;对外界不良条件反应敏感
        • 缩短延迟期方法
          • 接种龄：对数生长期的菌种接种,子代停滞期短；稳定期 的菌种接种，子代停滞期居中；停滞期或衰亡期菌种接种， 子代停滞期长
          • 增加接种量；一般来说， 接种量增大可缩短甚至消除延 迟期（发酵工业上一般采用1/10的接种量）
          • 调整培养基的成分，应适当丰富，且发酵培养基成分尽 量与种子培养基的成分接近
      • 指数期
        • 生长速率常数R最大，即代时最短；细胞进行平衡生长，菌体大小、形态、 生理特征等比较一致；酶系活跃，代谢最旺盛
        • 影响指数期微生物代时长短的因素
          • 菌种：不同菌种其代时差别极大
          • 营养成分：同一种微生物，在营养丰富的培养基上 生长时，其代时较短，反之则长
          • 营养物浓度：既影响微生物的生长速率，又影响它 的生长总量。 （浓度0.1～2.0mg/mL影响生长速率，浓度 2.0～8.0mg/mL时影响最终产量）
          • 培养温度：温度对微生物的生长速率明显的影响
        • 应用
          • 用作代谢、生理等研究的良好材料
          • 是增殖噬菌体的最适宿主
          • 是发酵工业中用种子的最佳材料
          • 进行染色、形态观察等的良好材料
      • 稳定期
        • R=0，即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；菌体产量达到了最高点；菌体产量与营养物质的消耗间呈现出有规律的比例 关系；细胞内开始积聚糖原、异染颗粒和脂肪等内含物； 芽孢杆菌一般在这时开始形成芽孢；通过复杂的次生代谢途径合成各种次生代谢物
        • 稳定期到来的原因
          • 营养物尤其是生长限制因子耗尽；
          • 营养物的比例失调
          • 酸、醇、毒素或H2O2等有害代谢产物的累积
          • pH、氧化还原势等物理化学条件越来越不适宜 等等
        • 应用
          • 对以生产菌体或菌体生长相平行的代谢产物 的最佳收获期
          • 是对维生素、碱基、氨基酸等物质进行生物 测定的最佳测定时期
          • 通过对稳定期到来原因的研究，促进了连续 培养原理的提出和工艺、技术的创建
      • 衰亡期
        • （1）细胞死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞数， 群体中的活菌数目急剧下降，出现“负生长” （ R＜0 ） ； （2）细胞出现多形态，畸形或衰退形； （3）因菌体本身产生的水解酶及代谢产物的作用，使菌体 死亡、自溶等。 （4）有的微生物进一步合成或释放次生代谢物。 （5）芽孢杆菌在此期释放芽孢等。
  • 分批培养：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。不再补充和更换，最后一次性收 获
  • 连续培养：在微生物培养的过程中，不断地供给新鲜的 营养物质，同时排出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生长期，以利于微生物的增殖 速度和代谢活性处于某种稳定状态
• 有害微生物的控制
  • 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
  • 消毒：采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部 一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基本无害的措施
  • 防腐：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、生物制品等对象发生霉腐的措施
  • 化疗：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，借以达到治疗该传染病的一种措 施
  • 干热灭菌法：150℃～170 ℃ ，维持1～2小时
  • 湿热灭菌法
    • 100 ℃以上的加压蒸汽进行灭菌
    • 多数细菌和真菌的营养细胞：在60℃左右 处理5～10min
    • 酵母菌和真菌的孢子：用80℃以上温度处 理；
    • 细菌的芽孢：121℃处理15分钟以上
    • 巴斯德消毒法
      • 低温维持法： 63℃，30min处理牛奶；高温瞬时法： 72℃，15s处理牛奶
    • 煮沸消毒法：将水加热至100℃，煮沸15min～30min，可杀死 所有营养细胞和部分芽孢，达到消毒物品的目的
• 影响微生物生长的主要因素
  • 温度
    • 具体体现
      • 影响酶活性：温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞 合成。
      • 影响细胞膜的流动性：温度高，流动性大，有利于物质的 运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输。
      • 影响物质的溶解度，对生长有影响
    • 最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时的 培养温度。
    • 最适生长温度 ≠ 发酵速度快、积累代谢产物多
  • 氧气
    • 专性好氧菌：必须在有分子氧的条件下才能生长 ；细胞含有超氧物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶。 绝大多数真菌、多数细菌和放线菌
    • 兼性好氧菌：在有氧或无氧条件下均能生长，但 有氧情况下生长得更好；细胞含有SOD和过氧化 氢酶。许多酵母菌和不少细菌
    • 微好氧菌：只能较低的氧分压下才能正常生长。 霍乱弧菌、发酵单胞菌属、弯曲菌属等。
    • 耐氧菌：生活不需要氧，分子氧也对它无毒害。 依靠专性发酵获得能量。细胞内存在SOD和过氧 化物酶，但缺乏过氧化氢酶。乳酸菌多为耐氧菌
    • 厌氧菌：分子氧对它有毒害。生命活动所需能量 通过发酵、无氧呼吸、循环光合磷酸化或甲烷发 酵提供；细胞内缺乏SOD和细胞色素氧化酶，大 多数还缺乏过氧化氢酶。
    • SOD学说
      • 严格厌氧微生物并不是被气态的氧所杀死，而是由于不能 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，例 如，过氧化氢（H2O2）、超氧阴离子（ O2· ）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，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
  • pH值
    • 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。
    • 改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径：如：酵 母菌在pH4.5～5产乙醇，在 pH6.5以上产甘油、酸
    • 环境pH值还影响培养基中营养物质的离子化程 度，从而影响营养物质吸收，或有毒物质的毒性
    • 措 施
      • 过酸时：加入碱或适量氮源，提高通气量。
      • 过碱时：加入酸或适量碳源，降低通气量。