微生物的生长及其控制

山东农业大学 微生物学 微生物的生长及其控制知识总结，主要包括 霉菌、微生物的生长曲线、影响微生物生长因素等内容。

微生物的生长及控制

• 1. 测定生长繁殖的方法
  • 测生长量
    • 直接法
      • 粗放的测体积
      • 精确的称干重
    • 间接法
      • 比浊法：以生物量为指标测定微生物的生长，分光光度计对无色的微生物悬浊液测定（450-650nm）
      • 生理指标法：氮量法
      • 其他：测耗氧量、代谢产物
  • 计繁殖数
    • 直接法
      • 血细胞计数板（活菌染色）
    • 间接法
      • 平板菌落计数法：浇注平板、涂布平板、滚管法
      • 厌氧菌的菌落计数法：亨盖特滚管培养法
• 2. 生长规律
  • 微生物的个体生长和同步生长
    • 同步生长：通过同步培养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
    • 过程
      • ①延滞期
        • 定义：少量单细胞微生物接种到新鲜培养液中后，在开始培养的一段时间内，因代谢系统适应新环境的需要，细胞数目没有增加的一段时间
        • 特点：①生长速率为0 ②细胞形态变大或增长，许多杆菌可长成丝状 ③细胞内RNA,尤其是rRNA含量增高 ④合成代谢十分活跃 ⑤对外界不良条件如氯化钠浓度、温度和抗生素敏感
        • 长短影响因素：①接种龄 ②接种量 ③培养基成分 ④种子损伤度 ⑤菌种
        • 出现原因：接种到新鲜培养液的种子细胞中一时还缺乏分解或催化有关底物的酶或辅酶，或缺乏充足的中间代谢物。为产生诱导酶或合成有关的中间代谢物需要时间
      • ②指数期
        • 定义：在生长曲线中，紧接着延滞期的一段细胞数目以几何级数增长的时期
        • 特点：①生长速率常数R最大，时代或倍增时间最短 ②细胞平衡生长，菌体各部分的成分十分均匀 ③酶系活跃、代谢旺盛
        • 长短影响因素：①菌种 ②营养成分 ③营养物浓度 ④培养温度 ⑤菌龄
        • 指数期尤其是指数中期的微生物，整个群体的生理特性较一致、细胞各成分平衡增长、生长速率恒定，是作代谢、生理和酶学等研究的良好材料，是增殖噬菌体的最适宿主，发酵工业中用作种子的最佳材料
      • ③稳定期
        • 特点：生长速率常数R为0，即新繁殖细胞数与衰亡的细胞数相等，或生长与负生长相等的动态平衡中
        • 原因：①营养物尤其是生长限制因子的耗尽 ②营养物比例失调 ③酸、醇、毒素或过氧化氢等有害产物的积累 ④pH、氧化还原电势等物理化学条件越来越不适宜
      • ④衰亡期
        • 定义：微生物的个体死亡速度超过新生速度，整个群体呈现负生长状态
        • 特点：①细胞形态发生多形化 ②有的微生物蛋白水解酶活力增强而自溶 ③有的合成抗生素等次代谢产物 ④芽孢杆菌释放芽孢
        • 原因：外界环境对微生物生长越来越不利，引起细胞内分解代谢明显超过合成代谢，继而导致大量菌体死亡
  • 微生物的连续培养
    • 定义
      • 连续培养：向培养容器中连续流加新鲜培养液，使微生物的液体培养物长期维持稳定、高速生长状态的一种溢流培养技术
      • 分批培养：将微生物置于一定容积的培养基中，经过连续培养，最后一次收获。培养基一次加入，不予补充，不再更换
    • 分类
      • 按控制方式分
        • 恒浊器：根据培养器内微生物的生长密度，并借助广电控制系统来控制培养液流速，以取得菌体密度高、生长速率恒定的微生物细胞的连续培养器
        • 恒化器：使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最高生长速率额条件下生长繁殖的连续培养装置
      • 按培育器级数分
        • 单级连续培养器
        • 多级连续培养器
  • 微生物的高密度培养
    • 定义：微生物在液体培养条件下细胞群体密度超过常规培养10倍以上时的生长状态或培养技术
    • 注意：①选取最佳培养基成分和成分含量 ②适时补料 ③提高溶解氧浓度 ④防止有害代谢产物生成 ⑤保持合适pH
• 3. 影响微生物生长主要因素
  • 温度
    • 致死温度：10分钟内杀死全部微生物的下限温度
    • 生长温度三基点
      • 最低
      • 最适
        • 最适生长温度：某菌分裂时代最短或生长速率最高时的培养温度
      • 最高
  • 氧气
    • 好氧菌
      • 专性好氧菌
        • 有超氧化物歧化酶SOD和过氧化氢酶
      • 兼性厌氧菌
        • 酵母
          • 有氧生长的更好
      • 微好氧菌
        • 较低氧分压
    • 厌氧菌
      • 耐氧菌
        • 生长不需要氧，但氧对他们无害
          • 有SOD活力，有氧无氧生长一样
      • 厌氧菌
        • ①分子氧有毒害 ②只有在深层无氧或低氧化还原电势才能生长 ③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 ④缺乏SOD和细胞色素氧化酶，大多数还缺乏过氧化氢酶
  • pH
    • 治标
      • 过酸：加氢氧化钠、碳酸钠等碱液
      • 过碱：加硫酸、盐酸等酸液
    • 治本
      • 过酸
        • 加适当氮源：尿素、硝酸钠、氢氧化铵、蛋白质
        • 提高通氧量
      • 过碱
        • 加适当碳源：加糖、乳酸、乙酸、柠檬酸、油脂
        • 降低通氧量
  • 水分
    • 水活度值
  • 渗透压
  • 氧化还原电位
  • 辐射
  • 化学药物
    • 重金属、氧化剂、有机物、燃料、无机酸
  • 生物因素
    • 互生、共生、寄生、拮抗、捕食
• 4. 微生物培养法概论 （有益微生物的大规模应用）
  • 实验室培养
    • 固体培养
      • 好氧菌
      • 厌氧菌
        • 亨盖特滚管技术
    • 液体培养
  • 生产实践
    • 固态培养法
    • 液体培养法
      • 好氧菌
        • 浅盘培养
        • 深层液体通气培养：发酵罐
      • 厌氧菌
• 5. 有害微生物的控制
  • 控制有害菌措施
    • 杀灭法
      • 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。
        • 分为杀菌和溶菌
      • 消毒
        • 采用较温和的理化因素，仅杀手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
    • 抑制法
      • 防腐
        • 利用某些物理化学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
        • 方法：低温、缺氧、干燥、高渗、高酸度、高醇度、加防腐剂
      • 化疗
        • 利用具有高度选择毒力（对病原菌具有高度毒力而对其宿主基本无毒）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目的
  • 物理灭菌因素的代表—高温
    • 高温灭菌
      • 原理：引起蛋白质、核酸和脂类等重要生物分子发生降解或改变其空间结构，从而变性或破坏
      • 分类
        • 干热灭菌法
          • 火焰灼烧法
          • 烘箱内热空气灭菌法
        • 湿热灭菌（消毒）法
          • 常压
            • 巴氏消毒法
              • LTH：61-65℃、30min
              • HTST：72-85℃、15s
              • UHT：120-140℃、2-4s
            • 煮沸消毒法
            • 间歇灭菌法
              • 先杀，再37℃过夜杀一次（芽孢）
          • 加压
            • 常规加压蒸汽灭菌法
            • 连续加压蒸汽灭菌法
    • 影响加压蒸汽灭菌效果的因素
      • ①被灭菌物体含菌量 ②灭菌锅内空气排除程度 ③灭菌对象的pH ④灭菌对象的体积 ⑤加热与散热速度
    • 高温对培养基成分的有害影响及其防止
      • 有害影响
        • ①形成沉淀物 ②破坏营养、提亮色泽 ③改变pH ④降低培养基浓度
      • 少数有利
        • 高温促进淀粉糊化和水解
      • 防止方法
        • 采用特殊加热灭菌
          • ①分别灭菌再合并
          • ②低压灭菌或间歇灭菌
          • ③大规模发酵工厂连续加压灭菌
        • 过滤除菌
        • 其他方法
  • 化学杀菌剂、消毒剂和治疗剂
    • 表面消毒剂
      • 定义：对一切活细胞、病毒粒和生物大分子有毒性，不能作活细胞或机体内治疗用的化学药剂
      • 原理：低浓度常对微生物生命活动起刺激作用，浓度升高相继出现制菌和杀菌作用
      • 分类
        • 溶液状态
        • 气体状态
    • 化学治疗剂
      • 分类
        • 抗代谢药物
          • 结构上与生物体所需代谢物相似，以致可以和特定酶结合阻碍酶的功能，干扰代谢。有良好的选择毒力，重要的化学治疗剂。如磺胺类
        • 抗生素
          • 由微生物或其他生物在生命活动过程中合成的次生代谢产物或其人工衍生物，在低浓度就能抑制或干扰他种生物的生命活动。可作优良的化学治疗剂
        • 中草药中有效成分
      • 抗药性
        • 产生
          • ①产生能使药物失去活性的酶 ②药物作用的靶位改变 ③形成救护途径 ④使抗生素不进入细胞（改变膜的透性） ⑤进入细胞后被主动排出
        • 对抗
          • ①防止抗生素的滥用 ②增强机体免疫力 ③利用微生态制剂提高机体对耐药菌的防御能力
• 生长限制因子：凡是处于较低浓度范围内，可影响生长速率和菌株产量的营养成分
• 时代：细胞每分裂一次所须的时间