微生物生长繁殖.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 微生物生长繁殖,本章内容,一、,生物生长的测定,1.,以数量变化对微生物生长情况进行测定,2.,以生物量为指标测定微生物的生长,二、,细菌的群体生长繁殖,1.,生长曲线,2.,同步培养,3.,连续培养,三、,微生物生长繁殖的控制,1.,控制微生物生长的化学物质,2.,控制微生物生长的物理因素,要求：,通过本章的课堂教学，使学生了解微生物生长繁殖的规律，掌握微生物生长的测定方法，及各种物理、化学因素对微生物生长的影响。,一、,生物生长的测定,（一）微生物生长概述,（二）以数量变化对微生物生长情况进行测定,（三）以生物量为指标测定微生物的生长,要求：掌握微生物生长的常规测定方法（原理和操作）,一、,生物生长的测定,生长：,个体体积的增加,繁殖,：,个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新,个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。,在微生物学中提到的“生长”，一般均指群体生长，这一点与,研究大生物时有所不同。,细菌太小，往往讨论其群体生长。,（一）微生物生长概述,一、,生物生长的测定,细菌个体生长,包括细胞结构的复制和再生、细胞分裂和控制。,（一）染色体复制和分离,双向复制,复制附着点在,CM,上，随,CM,生长和细胞分裂而,分离，形成两个子细胞。,（一）微生物生长概述,一、,生物生长的测定,微生物生长的测定：,个体计数,：,生物量测定,：重量测定、生理指标测定,（二）以数量变化对微生物生长情况进行测定,通常用来测定细菌、酵母菌等单细胞微生物的生长情况,或样品中所含微生物个体的数量（细菌、孢子、酵母菌）,一、,生物生长的测定,1,、稀释平板计数法,对样品进行适当稀释,单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖,肉眼可见的菌落,对菌落数目的计数推测样品中的微生物细胞数,（二）以数量变化对微生物生长情况进行测定,一、,生物生长的测定,2,、涂布平板法,使用较多的常规方法，但有时涂布不均匀！（一般,0.2ml,）,（二）以数量变化对微生物生长情况进行测定,同一稀释度三个以上重复,取平均值；,每支移液管及涂布棒只能接触一个,稀释度的菌液；,样品充分混匀；,每个平板上的菌落数目合适，便于,准确计数；,要求：,每,ml,活菌数同一稀释度平均数,稀释倍数,5,注意：要三个以上重复平板平均计数；不适合丝状菌,一、,生物生长的测定,3.,显微镜直接计数法,采用,细菌计数板,或,血球计数板,，显微镜下直接计数,（计算一定容积里样品中微生物的数量）。,（二）以数量变化对微生物生长情况进行测定,每,ml,原液含菌数每小格平均菌数,400 1000,稀释倍数,一、,生物生长的测定,显微镜直接计数法缺点：,不能区分死菌与活菌；,不适于对运动细菌的计数；,需要相对高的细菌浓度；,个体小的细菌在显微镜下难以观察；,一、,生物生长的测定,（三）以生物量为指标测定微生物的生长,1,、比浊法,在一定波长下，测定菌悬液的光密度，以光密度,(optical density,即,O.D.),表示菌量。,注意：,测量应在菌浓度与,O.D.,成正比的线性范围内，否则不准,一、,生物生长的测定,2,、重量法,以干重、湿重直接衡量微生物群体的生物量；,通过样品中蛋白质、核酸含量的测定间接推算微生物群体的生物量,；,测定多细胞及丝状真菌生长情况的有效方法,（三）以生物量为指标测定微生物的生长,一、,生物生长的测定,3,、生理指标法,呼吸强度,耗氧量,酶活性,与其群体的规模成正相关,生物热,样品中微生物数量多或生长旺盛，这些指标愈明显，,因此可以借助特定的仪器如,瓦勃氏呼吸仪,、,微量量热,计,等设备来测定相应的指标。,（三）以生物量为指标测定微生物的生长,二、,群体生长繁殖,生长曲线：,细菌接种到,定量的,液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以培养时间为横座标，以菌数为纵座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。,包括：迟缓期、对数期、稳定期、衰亡期,1.,迟缓期（,lag phase,）,细胞分裂之前的准备，适应环境。,将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间内菌数不立即增加，,或增加很少，生长速度接近于零。也称,延迟期,、,适应期,。,（一）生长规律,一条典型的生长曲线至少可以分为,迟缓期,，,对数期,，,稳定期,和,衰亡期,等四个生长时期,二、,群体生长繁殖,延缓期特点：,细胞形态变大或增长，,例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末，细胞的平均长度比刚接种时长,6,倍。,一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大；,细胞内,RNA,，尤其是,rRNA,含量增高，合成代谢活跃，,核糖体、酶类和,ATP,的合成加快，易产生诱导酶。,对外界不良条件反应敏感。,（一）生长规律,二、,群体生长繁殖,减少迟缓期时间措施：,（,1,）遗传学方法改变种的遗传特性,（,2,）用,对数生长期,的做种子,（,3,）接种前后,培养基成分,不要相差太大,（,4,）适当扩大,接种量,（一）生长规律,二、,群体生长繁殖,2.,对数生长期（,log phase,）,这时的细菌代谢活性、酶活性稳定且高；大小,一致；生活力强；用做种子和实验材料。,3.,稳定期（,stationary phase,）,生长率为,0,，菌数最多并维持稳定，积累代谢产,物的好时期。,（一）生长规律,二、,群体生长繁殖,对数期到稳定期,的转变是,细胞重要的分化调节阶段：,1,）开始储存糖原等内含物；,2,）形成芽孢或建立自然感受态（,芽孢杆菌）,3,）,发酵过程积累代谢产物的重要阶段；,某些放线菌抗生素的大量形成也在此时期,（一）生长规律,生产上延长稳定期的方法：,补充营养物质（补料）或取走代谢产物；,调节,pH,、调节温度；,对好氧菌增加通气、搅拌或振荡,二、,群体生长繁殖,4.,衰亡期（,death phase,）,特点：,细菌代谢活性降低；,细菌衰老并出现,自溶,；,产生或释放出一些产物；,如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。,菌体细胞也呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊；,有些革兰氏染色反应阳性菌此时会变成阴性反应,（一）生长规律,二、,群体生长繁殖,不同的微生物或同一种微生物对不同物质的利用能力是不同的。,有的物质可直接被利用,(,例如葡萄糖或,NH,+4,等,),；有的需要经过,一定的适应期后才能获得利用能力（例如乳糖或,NO,3,-,等）。前,者通常称为,速效碳源（或氮源）,，,后者称为,迟效碳源（或氮源,）,。,当培养基中同时含有这两类碳源（或氮源）时，微生物在生长过程中会形成,二次生长,现象。,（一）生长规律,二、,群体生长繁殖,在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时,间为,代时,(Generation time),。,代时通常以,G,表示。,在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间称为,倍增,时间,（,Doubling time),。,（二）生长数学模型,dN,dt,N,N,：每毫升培养液中细胞数,：比生长速率，每单位数量细菌,在单位时间增加的量,t,：培养时间,t,1,t,0 0.639,G=,n,m,二、,群体生长繁殖,使群体中不同步的转变为同步生长或繁殖的方法。,常用来,科学研究,和做,种子,。,通过同步培养方法获得的细胞被称为,同步细胞,或,同步培养物。,分为：,机械法,环境条件控制法,（三）同步培养,二、,群体生长繁殖,1,、机械法,根据不同阶段细胞体积与质量或跟某种材料结,合程度不同。,（,1,）离心法,（,2,）过虑分离法,（,3,）硝酸纤维素膜法,（三）同步培养,硝酸纤维素滤膜法是最经典的获得同步生长的方法,二、,群体生长繁殖,2.,环境条件控制法,（,1,）温度,（,2,）培养基成分控制,（,3,）其他,，如：光,（三）同步培养,由于细胞的个体差异，同步生长往往只能维持,2-3,个世代，,随后又逐渐转变为随机生长。,二、,群体生长繁殖,采取一定措施使微生物以,恒定比生长速率,生长,并持续。,培养过程中不断的,补充营养物质,和以同样的速率,移出培养,物,是实现微生物连续培养的,基本原则,。,（四）连续培养,dN,dt,=,N,菌数增加速率,dN,dt,=DN,菌数减少速率,二、,群体生长繁殖,D,：稀释率，,即,培养基每小时流过培养容器的体积数,D,，,细菌数会增加,，营养物消耗和代谢产物积累,导致细菌停止生长,。,D,，,维持平衡,D,，,菌被稀释,（四）连续培养,二、,群体生长繁殖,连续培养两种类型：,恒化器连续培养,、,恒浊器连续培养,恒化,：,某种营养物质维持恒定,恒浊,：,菌恒定,（四）连续培养,二、,群体生长繁殖,恒浊器连续培养,（四）连续培养,测定所培养微生物的光密度值,自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速,使培养物维持在某一恒定浊度,当培养室中的浊度超过预期数值时，流速加快，使浊度降低；,当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度升高；,二、,群体生长繁殖,恒浊器连续培养,连续发酵优点：缺点：,（四）连续培养,一般用于菌体以及与菌体生长平行的代谢产物生产的发酵工业,缩短发酵周期，提高设备利用率；,便于自动控制；,降低动力消耗及体力劳动强度；,产品质量较稳定；,杂菌污染和菌种退化,二、,群体生长繁殖,恒化器连续培养,使培养液流速保持不变，并使微生物始终在低于其最,高生长速率下进行生长繁殖。,恒化连续培养,中，必需将某种必需的营养物质控制在,较低的浓度，作为,限制性因子,，而其他营养物均过量,。,限制性因子,必须是,机体生长所必需的营养物质,，如,aa,和氨等氮,源，或,G,、麦芽糖等碳源或者是无机盐，,一定浓度范围内决定,细菌生长速率,。,（四）连续培养,三、环境对生长影响,环境对生长影响,1.,营养物质,2.,水活性,3.,温度,影响：酶活性,、,CM,流动性、物质溶解度,4.pH,5.,氧,四、生长繁殖控制,控制（有害）微生物的生长速率或消灭不需要的微生物，,在实际应用中具有重要的意义。,抑制：,亚致死剂量因子作用使生长停止,死亡,：生长能力不可逆丧失,防腐,：理化因素防止或抑制微生物生长,消毒,：杀死或灭活所有,病原微生物,灭菌,：,杀死,包括芽孢在内的所有菌,化疗,：选择毒性化学物质对生物体内部感染组织,或细胞进行治疗，对机体本身无毒害作用。,四、生长繁殖控制,1.,抗微生物剂（,antimicrobial agent,）,杀死,或,抑制,微生物生长的化学物质。,分以下几种：,抑菌剂,（,bacteriostatic agent,）：抑制生长不能杀死,杀菌剂,（,bactericide,）：杀死不裂解细胞,溶菌剂,（,bacteriolysis,）：诱导细胞裂解,（一）控制微生物的化学物质,四、生长繁殖控制,消毒剂：,可杀死微生物，通常用于非生物材料的灭菌或消毒。,防腐剂：,能杀死微生物或抑制其生长，但对人及动物的体表组,织无毒性或毒性低，可作为外用抗微生物药物。,抗微生物剂又叫杀菌剂，分消毒剂和防腐剂。,四、生长繁殖控制,2.,抗代谢物,生长因子的结构类似物干扰达到抑制微生物生长目的。,如：,叶酸对抗物（,磺胺,）,、,嘌呤对抗物（,6-,巯基嘌呤,）、,苯丙氨酸对抗物（,对氟苯丙氨酸,）、,尿嘧啶对抗物（,5-,氟尿嘧啶,）,胸腺嘧啶对抗物（,5-,溴胸腺嘧啶,）,等等,四、生长繁殖控制,3.,抗生素（,antibiotic,）,某些生物合成或半合成的次级代谢产物或衍生物，抑,制或杀死其他微生物。,主要通过：,抑制,CW,合成、破坏,CM,、作用呼吸链、抑制,Pr,核酸合成。,四、生长繁殖控制,导致抗药性菌株：,细胞质膜透性改变：,使抗生素不进入细胞或进入细胞,后被细胞主动排出；,药物作用靶改变：,合成了修饰抗生素的酶：,抗性菌株发生遗传变异,：导致合成新的多聚体，以取,代或部分取代原来的多聚体,四、生长繁殖控制,所以，抗生素使用要：,第一次剂量充足；,避免长时间重复使用一种抗生素；,不同抗生素混合使用；,对现有抗生素改造；,筛选更新抗生素；等,四、生长繁殖控制,1.,高温,高压蒸汽灭菌,煮沸消毒,间歇灭菌,干热灭菌,热敏感物质采用超高温,135,150,，,2,6s,，,如：牛奶、液体食品等。,巴斯德消毒法,：,60-85,处理,15,秒至,30,分钟,（一）控制微生物的物理因素,四、生长繁殖控制,十倍致死时间（,decimal reduction,D,）：,一定温度条件微生物数量十倍减少所需要的时间,。,D,值大小还随,微生物的种类,、,生长时期,、,检测培养基,的性质等因素有关。,多数细菌和真菌的营养细胞：在,60,左右处理,5-10,分钟,；,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；,四、生长繁殖控制,2.,辐射作用,电磁辐射产生的电磁波，如：微波、,UV,、,X,射线等,3.,过滤作用：,不耐热培养基,4.,高渗作用,高渗产生质壁分离，不利于生长,5.,干燥,6.,超声波,练习题,1,、细菌的生长繁殖与高等动植物的有哪些异同？,2,、其典型生长曲线可分几期，其划分依据是什么？,3,、结合本章的知识，总结在日常生活中有哪些措施,是被用来抑制或杀灭微生物的。,