1、普通微生物学医学知普通微生物学医学知识识第一节第一节 微生物生长的测定微生物生长的测定微生物生长的概念及常规测定方法（微生物生长的概念及常规测定方法（原理和操作原理和操作）第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖细菌生长繁殖的规律（细菌生长繁殖的规律（标准生长曲线标准生长曲线）及控制技术（及控制技术（连续培养的概念和方法连续培养的概念和方法）各种常见物理、化学因素对微生物生长的影响各种常见物理、化学因素对微生物生长的影响第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖的控制2普通微生物学医学知识生长：生长：繁殖：繁殖：细胞物质有规律地、不可逆地增加，导致细胞体细胞物质有规律地、不可逆
2、地增加，导致细胞体积扩大的生物学过程。积扩大的生物学过程。微生物生长到一定阶段由于细胞结构的复制与重微生物生长到一定阶段由于细胞结构的复制与重建并通过特定方式产生新的生命个体，即引起生建并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。命个体数量增加的生物学过程。参见参见P1323普通微生物学医学知识生长是一个逐步发生的生长是一个逐步发生的量变过程量变过程，繁殖是一个产生新的生命个体的繁殖是一个产生新的生命个体的质变过程质变过程。在在高等生物高等生物里这两个过程可以明显分开，里这两个过程可以明显分开，但在低等特别是在但在低等特别是在单细胞的生物单细胞的生物里，由里，由于个体微
3、小，这两个过程是紧密联系又很难于个体微小，这两个过程是紧密联系又很难划分的过程。划分的过程。参见参见P1324普通微生物学医学知识一个微生物细胞一个微生物细胞合适的外界条件，吸收营养物质，进行代谢合适的外界条件，吸收营养物质，进行代谢如果同化作用的速度超过了异化作用如果同化作用的速度超过了异化作用个体的生长个体的生长原生质的总量（重量、体积、大小）就不断增加原生质的总量（重量、体积、大小）就不断增加如果各细胞组分是按恰当的比例生长时，则达到如果各细胞组分是按恰当的比例生长时，则达到一定程度后就会发生繁殖，引起个体数目的增加一定程度后就会发生繁殖，引起个体数目的增加群体内各个个体进一步生长群体内
4、各个个体进一步生长群体的生长群体的生长5普通微生物学医学知识个体生长个体生长 个体繁殖个体繁殖 群体生长群体生长群体生长群体生长=个体生长个体生长+个体繁殖个体繁殖微生物生长：微生物生长：在一定时间和条件下，细胞数量的增加在一定时间和条件下，细胞数量的增加（微生物群体生长）（微生物群体生长）在微生物学中提到的在微生物学中提到的“生长生长”，一般均指群体生长，一般均指群体生长，这一点与研究大生物时有所不同。这一点与研究大生物时有所不同。6普通微生物学医学知识大肠杆菌一个细胞重约大肠杆菌一个细胞重约10-12克，平均克，平均20分钟繁殖一代分钟繁殖一代24小时小时后：后：4722366500万亿个
5、后代，重量达到：万亿个后代，重量达到：4722吨吨48小时小时后：后：2.2 1043个后代，重量达到个后代，重量达到2.2 1025 吨吨相当于相当于4000个地球的重量个地球的重量 一头一头500kg的食用公牛，的食用公牛，24小时生产小时生产0.5kg蛋白质，而蛋白质，而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，为原料，24小时可以生产小时可以生产50000kg优质蛋白质。优质蛋白质。7普通微生物学医学知识第一节第一节 微生物生长的测定微生物生长的测定微生物生长的概念及常规测定方法微生物生长的概念及常规测定方法（原理和操作
6、原理和操作）8普通微生物学医学知识微生物生长：微生物生长：单位时间内微生物单位时间内微生物数量数量或或生物量生物量（Biomass）的变化）的变化微生物生长的测定微生物生长的测定个体计数个体计数生物量测定生物量测定重量测定重量测定生理指标测定生理指标测定评价培养条件、营养物质等对微生物生长的影响；评价培养条件、营养物质等对微生物生长的影响；评价不同的抗菌物质对对微生物产生抑制（或杀死）作用的效果；评价不同的抗菌物质对对微生物产生抑制（或杀死）作用的效果；客观地反映微生物生长的规律；客观地反映微生物生长的规律；参见参见P1519普通微生物学医学知识一、计数法一、计数法参见参见P152 通常用来测
7、定样品中所含细菌、孢子、酵通常用来测定样品中所含细菌、孢子、酵母菌等单细胞微生物的数量。母菌等单细胞微生物的数量。1、培养平板计数法、培养平板计数法对样品进行适当稀释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肉眼可见的菌落对菌落数目计数推测样品中的微生物细胞数对菌落数目计数推测样品中的微生物细胞数10普通微生物学医学知识11普通微生物学医学知识 由于无法保证细菌细胞在分离过程中彻底分开，由于无法保证细菌细胞在分离过程中彻底分开，因此，一个菌落可能是多个细胞一起形成，所以在科因此，一个菌落可能是多个细胞一起形成
8、，所以在科研中一般用菌落形成单位（研中一般用菌落形成单位（colony forming units，CFU）来表示，而不是直接表示为细胞数（个）。）来表示，而不是直接表示为细胞数（个）。菌落形成单位（菌落形成单位（colony forming units，CFU）：）：采用菌落计数时，由于不能绝对保证一个菌落只采用菌落计数时，由于不能绝对保证一个菌落只是由一个活细胞形成，计算出的活细胞数称为是由一个活细胞形成，计算出的活细胞数称为CFU。CFU并不完全等同于样品中的活菌数。并不完全等同于样品中的活菌数。12普通微生物学医学知识13普通微生物学医学知识14普通微生物学医学知识15普通微生物学医学
9、知识 采用培养平板计数法要求操作熟练、准确，采用培养平板计数法要求操作熟练、准确，否则难以得到正确的结果；否则难以得到正确的结果；样品充分混匀；样品充分混匀；每支移液管及涂布棒只能接触一个稀释度每支移液管及涂布棒只能接触一个稀释度的菌液；的菌液；同一稀释度三个以上重复，取平均值；同一稀释度三个以上重复，取平均值；每个平板上的菌落数目合适，便于准确计每个平板上的菌落数目合适，便于准确计数；数；16普通微生物学医学知识17普通微生物学医学知识18普通微生物学医学知识2、膜过滤培养法、膜过滤培养法 如何对菌数低的样品，如如何对菌数低的样品，如水水，中的细，中的细菌数量进行计数？菌数量进行计数？菌数低
10、的样品菌数低的样品 膜过滤膜过滤 培养培养 菌落计数菌落计数参见参见P15319普通微生物学医学知识水中细菌总数：水中细菌总数：124 cfu/100ml20普通微生物学医学知识21普通微生物学医学知识3、显微镜直接计数法、显微镜直接计数法 利用特定的细菌计数板或血细胞计数板，利用特定的细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的数量。在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的数量。参见参见P15222普通微生物学医学知识1）常规方法）常规方法缺点：缺点：不能区分死菌与活菌；不能区分死菌与活菌；不适于对运动细菌的计数；不适于对运动细菌的计数；需要相对较高的细菌浓度；需要相对较高
11、的细菌浓度；个体小的细菌在显微镜下难以观察。个体小的细菌在显微镜下难以观察。23普通微生物学医学知识2）其它方法）其它方法比例计数比例计数:已知浓度的样品已知浓度的样品（如血液）（如血液）+待测浓度的样品待测浓度的样品；显微镜下根据二者之间的显微镜下根据二者之间的比例比例直接推算待测微生物细胞浓度。直接推算待测微生物细胞浓度。过滤计数过滤计数:菌数低的样品（如水）菌数低的样品（如水）膜过滤膜过滤 对细菌进行荧光对细菌进行荧光染色染色 荧光显微镜计数荧光显微镜计数活菌计数活菌计数:采用特定的染色技术对活菌和死菌分别计数采用特定的染色技术对活菌和死菌分别计数24普通微生物学医学知识二、生物量测定二
12、、生物量测定00.511.522.500.20.40.60.81OD值活菌数（亿个/毫升）图示 假单胞菌OD值和活菌数的关系1、比浊法、比浊法在一定波长下，测定菌悬液的光密度，以光密度在一定波长下，测定菌悬液的光密度，以光密度（optical density，即，即O.D.）表示菌量。）表示菌量。测量时应控制在菌浓度与光密度测量时应控制在菌浓度与光密度成正比的范围内，否则不准确。成正比的范围内，否则不准确。参见参见P15325普通微生物学医学知识2、重量法、重量法以干重、湿重直接衡量微生物群体的生物量；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、核酸的测定间接推算微通过样品中蛋白
13、质、核酸的测定间接推算微 生物群体的生物量。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测定多细胞及丝状真菌生长情况的有效方法参见参见P15326普通微生物学医学知识3、生理指标法、生理指标法参见参见P154生理指标：生理指标：呼吸强度呼吸强度耗氧量耗氧量酶活性酶活性生物热生物热等，与其群体的规模成正相关等，与其群体的规模成正相关27普通微生物学医学知识第二节第二节 细菌的群体生长繁殖细菌的群体生长繁殖细菌生长繁殖的规律（细菌生长繁殖的规律（标准生长曲线标准生长曲线）及控制技术（及控制技术（连续培养的概念和方法连续培养的概念和方法）参见参见P13428普通微生物学医学知识微生物的特
14、点：微生物的特点：个体微小个体微小 除真菌外，我们肉眼看到或接触到的微生物已不是除真菌外，我们肉眼看到或接触到的微生物已不是单个，而是成千上万个单个微生物组成的群体。单个，而是成千上万个单个微生物组成的群体。微生物的接种是群体接种，接种后的生长是群体繁殖生长微生物的接种是群体接种，接种后的生长是群体繁殖生长对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础对细菌群体生长规律的了解是对其进行研究与利用的基础参见参见P13429普通微生物学医学知识一、生长的规律一、生长的规律在微生物学中提到的在微生物学中提到的“生长生长”，均指群体生长。，均指群体生长。生长曲线（生长曲线（growth curve
15、）：）：细菌接种到定量的液体培养基（封闭系统）中，定时取样测细菌接种到定量的液体培养基（封闭系统）中，定时取样测定细胞数量，以时间为横座标，以菌数为纵座标作图，得到的一定细胞数量，以时间为横座标，以菌数为纵座标作图，得到的一条反映细菌在整个培养条反映细菌在整个培养 期间菌数变化规律的曲线期间菌数变化规律的曲线30普通微生物学医学知识31普通微生物学医学知识细菌的生长曲线一般以菌数的对数为纵坐标作图细菌的生长曲线一般以菌数的对数为纵坐标作图32普通微生物学医学知识33普通微生物学医学知识34普通微生物学医学知识1、迟缓期、迟缓期 将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时将少量菌种接入新鲜培养基后
16、，在开始一段时间内菌数不立即增加或增加很少，生长速度几近于间内菌数不立即增加或增加很少，生长速度几近于零，也称延迟期、适应期零，也称延迟期、适应期35普通微生物学医学知识迟缓期细胞的特点：迟缓期细胞的特点：细胞形态变大或增长细胞形态变大或增长，例如，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末细胞的平巨大芽孢杆菌，在迟缓期末细胞的平均长度比刚接种时长均长度比刚接种时长6倍倍。通常处于迟缓期的细菌细胞最大。通常处于迟缓期的细菌细胞最大。细胞内细胞内RNA，尤其是，尤其是rRNA含量高，合成代谢活跃。含量高，合成代谢活跃。核糖核糖体、酶类和体、酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶。的合成加快，易产生诱导酶。对外界
17、不良条件反应敏感。对外界不良条件反应敏感。分裂迟缓，代谢活跃分裂迟缓，代谢活跃以上特征说明，细胞处于活跃生长中，只是分裂迟缓。以上特征说明，细胞处于活跃生长中，只是分裂迟缓。在此阶段后期，少数细胞开始分裂，曲线略有上升。在此阶段后期，少数细胞开始分裂，曲线略有上升。36普通微生物学医学知识迟缓期出现的原因：迟缓期出现的原因：调整代谢调整代谢 微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏能量和必需的生微生物接种到一个新的环境，暂时缺乏能量和必需的生长因子，长因子，“种子种子”老化（即处于非对数生长期）或未充分老化（即处于非对数生长期）或未充分活化，接种时造成的损伤等。活化，接种时造成的损伤等。调整代谢需要
18、一段适应期调整代谢需要一段适应期。迟缓期的长短与菌种的遗传性、菌龄及移种前后所处迟缓期的长短与菌种的遗传性、菌龄及移种前后所处的环境等因素有关，有的只需几分钟，有的需要几小时。的环境等因素有关，有的只需几分钟，有的需要几小时。37普通微生物学医学知识在生产实践中缩短迟缓期的常用手段：在生产实践中缩短迟缓期的常用手段：u通过遗传学方法改变菌种的遗传特性通过遗传学方法改变菌种的遗传特性u利用对数生长期的细胞作为利用对数生长期的细胞作为“种子种子”u尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大u适当扩大接种量适当扩大接种量38普通微生物学医学知识2、对数生
19、长期、对数生长期也称指数生长期（也称指数生长期（exponential phase）39普通微生物学医学知识代时（代时（generation time）：）：在细菌个体生长里，在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间，通常以每个细菌分裂繁殖一代所需的时间，通常以G表示。表示。倍增时间（倍增时间（doubling time）：）：在群体生长里细菌在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间。数量增加一倍所需的时间。参见参见P137 t t 0 G =3.322（lg Nt lg N0)40普通微生物学医学知识41普通微生物学医学知识影响微生物代时的因素：影响微生物代时的因素：1）菌种，）菌种，
20、不同的微生物及同一微生物的不同菌株代时不同；不同的微生物及同一微生物的不同菌株代时不同；2）营养成分，）营养成分，在营养丰富的培养基中生长代时短；在营养丰富的培养基中生长代时短；3）营养物浓度，）营养物浓度，在一定范围内，生长速率与营养物浓度成正比；在一定范围内，生长速率与营养物浓度成正比；4）温度，）温度，在一定范围内，生长速率与温度成正相关；在一定范围内，生长速率与温度成正相关；42普通微生物学医学知识在一定范围内，生长速率与温度成正相关在一定范围内，生长速率与温度成正相关参见参见P14943普通微生物学医学知识不同的微生物有不同的最适生长温度范围不同的微生物有不同的最适生长温度范围44普
21、通微生物学医学知识3、稳定生长期、稳定生长期 又称恒定期或最高生长期，此时培养液中又称恒定期或最高生长期，此时培养液中活菌数量最高并维持稳定活菌数量最高并维持稳定。营养物质消耗、代谢产物累积和营养物质消耗、代谢产物累积和pH等环境变化等环境变化 环境条件逐步不适于细菌生长环境条件逐步不适于细菌生长 细菌生长速率降低细菌生长速率降低直至零直至零（细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数量）（细菌分裂增加的数量等于细菌死亡数量）45普通微生物学医学知识对数期到稳定期的转变是对数期到稳定期的转变是细胞重要的分化调节阶段细胞重要的分化调节阶段：1）开始储存糖原等内含物）开始储存糖原等内含物 2）形成芽孢或建立
22、自然感受态（芽孢杆菌）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）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期某些放线菌抗生素的大量形成也在此期46普通微生物学医学知识稳定期的长短与稳定期的长短与菌种菌种和和外界环境条件外界环境条件有关有关生产上延长稳定期的方法：生产上延长稳定期的方法：补充营养物质（补料）或取走代谢产物补充营养物质（补料）或取走代谢产物 调节调节pH、调节温度、调节温度 对好氧菌进行通气、搅拌或振荡对好氧菌进行通气、搅拌或振荡获得更多的菌体物质或代谢产物获得更多的菌体物质或代谢产物47普通微生物学医学知识 营养物质耗尽或有毒代
23、谢产物的大量积累，营养物质耗尽或有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长负增长。死亡的细菌以对数方式增加，但由于部分死亡的细菌以对数方式增加，但由于部分细菌产生抗性也会使细菌死亡速率降低，在细菌产生抗性也会使细菌死亡速率降低，在衰衰亡期的后期仍会有部分活菌存在亡期的后期仍会有部分活菌存在。4、衰亡期（、衰亡期（decline或或death phase）48普通微生物学医学知识衰亡期的特点：衰亡期的特点：细菌代谢活性降低；细菌代谢活性降低；细菌衰老并出现自溶；细菌衰老并出现自溶；产生或释放出一些产物，产生或释放出一些产物，如氨
24、基酸、抗生素、外肽酶等如氨基酸、抗生素、外肽酶等；菌体细胞也呈现多种形态，有时出现畸形，细胞大小悬殊。菌体细胞也呈现多种形态，有时出现畸形，细胞大小悬殊。有些革兰阳性菌此时染色呈革兰阴性。有些革兰阳性菌此时染色呈革兰阴性。49普通微生物学医学知识 不同的微生物或同一种微生物对不同物质的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（如利用能力是不同的。有的物质可直接被利用（如葡萄糖或葡萄糖或NH4+等）；有的需要经过一定的适应期等）；有的需要经过一定的适应期后才能获得利用能力（如乳糖或后才能获得利用能力（如乳糖或NO3-等）。前者等）。前者通常称为通常称为速效碳源
25、（或氮源）速效碳源（或氮源），后者称为，后者称为迟效碳迟效碳源（或氮源）源（或氮源）。当培养基中同时含有这两种碳源。当培养基中同时含有这两种碳源（或氮源）时，微生物生长过程中会形成（或氮源）时，微生物生长过程中会形成二次二次生长生长现象。现象。50普通微生物学医学知识51普通微生物学医学知识52普通微生物学医学知识53普通微生物学医学知识54普通微生物学医学知识55普通微生物学医学知识二、同步培养二、同步培养理想的实验材料：理想的实验材料：群体细胞能处于同一生长阶段，群体细胞能处于同一生长阶段，同时进行分裂的生长。同时进行分裂的生长。同步生长同步生长同步培养同步培养（synchronous c
26、ulture）：）：使群体中的细胞进行同步生长的使群体中的细胞进行同步生长的培养技术培养技术通过同步培养的方法获得的细胞称为通过同步培养的方法获得的细胞称为同步细胞同步细胞或或同步培养物同步培养物参见参见P13856普通微生物学医学知识机械法机械法环境条件环境条件控制技术控制技术离心法离心法过滤分离法过滤分离法硝酸纤维素滤膜法硝酸纤维素滤膜法温度温度培养基成分控制培养基成分控制其他（如光照和黑暗交替培养）其他（如光照和黑暗交替培养）同步培养物同步培养物：一种理想的材料：一种理想的材料生理与遗传特性研究生理与遗传特性研究工业发酵的种子工业发酵的种子57普通微生物学医学知识 由于细胞的个体差异，同
27、步生长往往只能维由于细胞的个体差异，同步生长往往只能维持持2-3个世代，随后又逐渐演变为随机生长。个世代，随后又逐渐演变为随机生长。58普通微生物学医学知识三、连续培养三、连续培养将微生物置于一定体积的培养基中，经过培养生长，最后一次收获。将微生物置于一定体积的培养基中，经过培养生长，最后一次收获。分批培养（分批培养（batch culture）或）或封闭培养（封闭培养（closed culture）培养基一次加入，不予补充，不再更换。培养基一次加入，不予补充，不再更换。迟缓期、对数期迟缓期、对数期稳定期、衰亡期稳定期、衰亡期连续培养（连续培养（continuous culture）在微生物的
28、整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定的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。比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。在培养过程中不断地在培养过程中不断地补充营养物质补充营养物质和以同样的速率和以同样的速率移出培养物移出培养物是是实现微生物连续培养的实现微生物连续培养的基本原则基本原则。59普通微生物学医学知识控制连续培养的方法控制连续培养的方法恒浊器连续培养恒浊器连续培养恒化器连续培养恒化器连续培养不断调节流速，使培养液浊度保持恒定不断调节流速，使培养液浊度保持恒定保持恒定的流速保持恒定的流速60普通微生物学医学知识
29、（一）恒浊器连续培养（一）恒浊器连续培养测定所培养微生物的光密度值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速率自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的速率使培养物维持在某一恒定浊度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，使浊度上升；当培养室中的浊度低于预期数值时，流速减慢，使浊度上升；恒浊器培养的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的恒浊器培养的工作精度是由光电控制系统的灵敏度来决定的如果所用培养基中有如果所用培养基中有过量过量
30、的必需营养物，就可以使菌体的必需营养物，就可以使菌体维持最高的生长速率维持最高的生长速率。61普通微生物学医学知识一般用于菌体以及菌体生长平行的代谢产物生产的发酵工业一般用于菌体以及菌体生长平行的代谢产物生产的发酵工业（连续发酵）（连续发酵）连续发酵与单批发酵相比的优点：连续发酵与单批发酵相比的优点：缩短发酵周期，提高设备利用率；缩短发酵周期，提高设备利用率；便于自动控制；便于自动控制；降低动力消耗及体力劳动强度；降低动力消耗及体力劳动强度；产品质量较稳定；产品质量较稳定；缺点：缺点：杂菌污染和菌种退化杂菌污染和菌种退化62普通微生物学医学知识（二）恒化器连续培养（二）恒化器连续培养 使培养液
31、流速保持不变，并使微生物始终在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生长进行繁殖。低于其最高生长速率下生长进行繁殖。63普通微生物学医学知识恒化器连续培养中，必须将某种必需的营养物质控制在较低浓度，以限恒化器连续培养中，必须将某种必需的营养物质控制在较低浓度，以限制生长速度，而其他的营养物质均过量。制生长速度，而其他的营养物质均过量。细菌的生长速率取决于限制性因子的浓度，并低于最高生长速率。细菌的生长速率取决于限制性因子的浓度，并低于最高生长速率。限制性因子限制性因子必须是必须是机体生长必不可少的营养物质，如机体生长必不可少的营养物质，如氨基酸、铵盐等氮源，或是葡萄糖、麦芽
32、糖等碳源，或者氨基酸、铵盐等氮源，或是葡萄糖、麦芽糖等碳源，或者是无机盐、生长因子等物质是无机盐、生长因子等物质。因而可在一定浓度范围内决。因而可在一定浓度范围内决定该机体生长速率。定该机体生长速率。64普通微生物学医学知识通过控制流速可以得到生长速率不同但浓度基本恒定的培养物通过控制流速可以得到生长速率不同但浓度基本恒定的培养物主要用于：科研主要用于：科研遗传学：突变株的分离遗传学：突变株的分离生理学：不同条件下的代谢变化生理学：不同条件下的代谢变化生态学：模拟自然营养条件建立实验模型生态学：模拟自然营养条件建立实验模型65普通微生物学医学知识第三节第三节 微生物生长繁殖的控制微生物生长繁殖
33、的控制各种常见的物理、化学因素对微生物生长的控制各种常见的物理、化学因素对微生物生长的控制（原理和方法）（原理和方法）66普通微生物学医学知识抑制（抑制（inhibition）：生长停止，但不死亡；）：生长停止，但不死亡；死亡（死亡（death）：生长能力不可逆丧失；）：生长能力不可逆丧失；防腐（防腐（antisepsis）：防止或抑制霉腐微生物在食品等物质上的生长；）：防止或抑制霉腐微生物在食品等物质上的生长；消毒（消毒（disinfection）：杀死或灭活病原微生物（营养体细胞）；）：杀死或灭活病原微生物（营养体细胞）；灭菌（灭菌（sterilization）：杀死包括芽孢在内的所有微生
34、物；）：杀死包括芽孢在内的所有微生物；化疗（化疗（chemotherapy）：杀死或抑制宿主体内的病原微生物或病变细胞；）：杀死或抑制宿主体内的病原微生物或病变细胞；参见参见P16067普通微生物学医学知识 控制微生物的生长速率或消灭不控制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需要的微生物，在实际应用中具有重要的意义。要的意义。68普通微生物学医学知识理化因子是理化因子是抑菌抑菌还是还是杀菌杀菌作用的相关因素：作用的相关因素：u理化因子的强度或浓度理化因子的强度或浓度u同一浓度理化因子作用时间的长短同一浓度理化因子作用时间的长短u不同种类的微生物不同种类的微生物u同一种微生物
35、不同生长时期同一种微生物不同生长时期参见参见P15469普通微生物学医学知识一、控制微生物的化学物质一、控制微生物的化学物质抗微生物剂抗微生物剂抗代谢物抗代谢物抗生素抗生素控制微生物控制微生物的化学物质的化学物质70普通微生物学医学知识1、抗微生物剂、抗微生物剂 一类能够一类能够杀死杀死微生物或微生物或抑制抑制微微生物生长的化学物质生物生长的化学物质抗微生物剂抗微生物剂（antimicrobial agent）生物合成的天然产物生物合成的天然产物人工合成的化合物人工合成的化合物71普通微生物学医学知识化学物质的抗微化学物质的抗微生物能力的测定生物能力的测定液体培养法液体培养法平板培养法平板培养
36、法最低抑制浓度（最低抑制浓度（minimum inhibitory concentration，MIC）实验）实验抑菌环抑菌环/圈（圈（zone of inhibition）实验）实验72普通微生物学医学知识73普通微生物学医学知识杀菌？抑菌？杀菌？抑菌？化学物质的抗微化学物质的抗微生物能力的测定生物能力的测定液体培养法液体培养法平板培养法平板培养法通过这两种方法通过这两种方法无法区分无法区分抗微生物剂的作用效果抗微生物剂的作用效果74普通微生物学医学知识待测化学物质待测化学物质 对数生长培养物对数生长培养物定时测定总菌数和活菌数定时测定总菌数和活菌数抑菌剂（抑菌剂（bacteriostati
37、c agent）杀菌剂（杀菌剂（batericide）溶菌剂（溶菌剂（bacteriolysis）75普通微生物学医学知识抗微生物剂抗微生物剂消毒剂（消毒剂（disinfectant）防腐剂（防腐剂（antiseptics）76普通微生物学医学知识防腐剂与消毒剂防腐剂与消毒剂特点：特点：对一切活细胞都有毒性，不能用于人或动物对一切活细胞都有毒性，不能用于人或动物体内体内的化学治疗。的化学治疗。消毒剂：可杀死微生物，通常用于非生物材料的灭菌或消毒。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：可杀死微生物或抑制其生长，但对于动物或人体的组织防腐剂：可杀死微生物或抑制其生长，但对于
38、动物或人体的组织 无毒害作用，可作为外用抗微生物药物。无毒害作用，可作为外用抗微生物药物。77普通微生物学医学知识u使微生物蛋白质凝固变性使微生物蛋白质凝固变性,如酒精等如酒精等；u破坏菌体的酶系统破坏菌体的酶系统,如过氧化氢等如过氧化氢等；u增加细胞膜的通透性增加细胞膜的通透性,使细胞发生破裂或溶解使细胞发生破裂或溶解.如来苏儿等酚类物质如来苏儿等酚类物质。作用机理作用机理 ：78普通微生物学医学知识 消毒剂消毒剂广泛用于一些热敏感的或无法广泛用于一些热敏感的或无法进行高温灭菌的物品或场所的灭菌。进行高温灭菌的物品或场所的灭菌。温度计、带透镜的仪器设备、聚乙烯管或导管等；温度计、带透镜的仪器
39、设备、聚乙烯管或导管等；墙壁、楼板、仪器设备等表面和自来水；墙壁、楼板、仪器设备等表面和自来水；空气空气防腐剂通常作为人体的外用品！防腐剂通常作为人体的外用品！79普通微生物学医学知识80普通微生物学医学知识各种抗微生物剂杀菌能力的比较标准：各种抗微生物剂杀菌能力的比较标准：石炭酸系数石炭酸系数=待测制剂最高稀释度待测制剂最高稀释度达到同效的石炭酸的最高稀释度达到同效的石炭酸的最高稀释度在临床上最早使用的消毒剂在临床上最早使用的消毒剂石炭酸石炭酸一般规定一般规定：处理时间为：处理时间为10分钟，供试菌为分钟，供试菌为 Salmonella typhi（伤寒沙门菌）（伤寒沙门菌）由于各种抗微生物
40、剂的杀菌机制各不相同，由于各种抗微生物剂的杀菌机制各不相同，故石炭酸系数仅有一定的参考价值。故石炭酸系数仅有一定的参考价值。81普通微生物学医学知识2、抗代谢物（、抗代谢物（antimetabolite）一类化合物：与必需的代谢物具有相似的结构一类化合物：与必需的代谢物具有相似的结构 可和特定的酶结合可和特定的酶结合 阻碍酶的功能阻碍酶的功能 干扰代谢的正常进行干扰代谢的正常进行叶酸对抗物（叶酸对抗物（磺胺磺胺）、嘌呤对抗物（、嘌呤对抗物（6-巯基嘌呤巯基嘌呤）苯丙氨酸对抗物（苯丙氨酸对抗物（对氟苯丙氨酸对氟苯丙氨酸）、尿嘧啶对抗物（）、尿嘧啶对抗物（5-FU）胸腺嘧啶对抗物（胸腺嘧啶对抗物（
41、5-溴胸腺嘧啶溴胸腺嘧啶）82普通微生物学医学知识磺胺药物是最早发现，也是最常见的化学治疗剂，磺胺药物是最早发现，也是最常见的化学治疗剂，抗菌谱广，能治疗多种感染性疾病。抗菌谱广，能治疗多种感染性疾病。大多数革兰氏阳性细菌大多数革兰氏阳性细菌（如肺炎链球菌、溶血性（如肺炎链球菌、溶血性 链球菌等）链球菌等）某些革兰氏阴性细菌某些革兰氏阴性细菌（如痢疾杆菌、流感杆菌等）（如痢疾杆菌、流感杆菌等）对对放线菌放线菌也有一定的作用也有一定的作用83普通微生物学医学知识1934年，德国年，德国I.G.Farben染料厂的染料厂的G.Domagk一种红色染料（一种红色染料（prontosil），白鼠静脉注
42、射，可治疗链），白鼠静脉注射，可治疗链球菌感染，但在体外无作用。球菌感染，但在体外无作用。1935年，进一步证明年，进一步证明protosil对人链球菌感染也有效。对人链球菌感染也有效。1935年除，年除，Domagk唯一的女儿因伤口感染濒于死亡，唯一的女儿因伤口感染濒于死亡，在绝望中在绝望中Domagk将尚未经过临床试验的将尚未经过临床试验的prontosil注射注射到女儿体内，结果挽回了女儿的生命。到女儿体内，结果挽回了女儿的生命。法国人法国人Trefuel和英国人和英国人Fuller证实：证实：在体内在体内prontosil转化成了具有抑菌作用的磺胺。转化成了具有抑菌作用的磺胺。84普通
43、微生物学医学知识作用机理：作用机理：磺胺是叶酸组成部分对氨基苯甲酸的结构类似物磺胺是叶酸组成部分对氨基苯甲酸的结构类似物很多细菌需要自己合成叶酸才能生长很多细菌需要自己合成叶酸才能生长 磺胺对人体细胞磺胺对人体细胞无毒性无毒性，因为人缺乏从对氨基苯甲，因为人缺乏从对氨基苯甲酸合成叶酸的相关酶酸合成叶酸的相关酶二氢叶酸合成酶二氢叶酸合成酶，不能用外，不能用外界的对氨基苯甲酸合成叶酸，必须直接利用叶酸作为界的对氨基苯甲酸合成叶酸，必须直接利用叶酸作为生长因子进行生长。生长因子进行生长。85普通微生物学医学知识86普通微生物学医学知识87普通微生物学医学知识3、抗生素（、抗生素（antibiotic
44、）88普通微生物学医学知识抗生素：抗生素：某些生物合成或半合成的一类次级代某些生物合成或半合成的一类次级代谢产物或衍生物，它们在很低浓度时就能抑制谢产物或衍生物，它们在很低浓度时就能抑制或影响它种生物的生命活动，如杀死微生物或或影响它种生物的生命活动，如杀死微生物或抑制其生长。抑制其生长。自上世纪自上世纪40年代以来，已找到上万种新抗年代以来，已找到上万种新抗生素，合成了近生素，合成了近10万种半合成抗生素，但其中万种半合成抗生素，但其中在临床上常用的仅有几十种。在临床上常用的仅有几十种。89普通微生物学医学知识1）作用机制：）作用机制：抑制细菌抑制细菌细胞壁细胞壁的合成的合成 破坏破坏细胞质
45、膜细胞质膜 作用于作用于呼吸链呼吸链以干扰氧化磷酸化以干扰氧化磷酸化 抑制抑制蛋白质蛋白质和和核酸核酸的合成的合成抑制微生物的生长或杀死它们抑制微生物的生长或杀死它们90普通微生物学医学知识91普通微生物学医学知识92普通微生物学医学知识93普通微生物学医学知识94普通微生物学医学知识95普通微生物学医学知识青霉素青霉素 青霉素的青霉素的-内酰胺环结构与内酰胺环结构与D-丙氨酸末端结构相似，丙氨酸末端结构相似，从而能占据丙氨酸的位置与转肽酶结合，并将酶灭活，肽从而能占据丙氨酸的位置与转肽酶结合，并将酶灭活，肽链之间无法相互连接，抑制了细胞壁的合成。链之间无法相互连接，抑制了细胞壁的合成。96普
46、通微生物学医学知识2）细菌抗药性的产生）细菌抗药性的产生98普通微生物学医学知识抗性菌株的特点：抗性菌株的特点：细胞质膜透性改变细胞质膜透性改变，使抗生素不能进入细胞或进入后被细胞主动排出；，使抗生素不能进入细胞或进入后被细胞主动排出；药物作用靶改变；药物作用靶改变；合成了修饰抗生素的酶；合成了修饰抗生素的酶；抗性菌株发生遗传变异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，导致合成新的多聚体，以取代或部分取代原来的多聚体；原来的多聚体；99普通微生物学医学知识一、控制微生物的物理因素一、控制微生物的物理因素杀死或抑制微生杀死或抑制微生物的物理因素物的物理因素温度温度辐射作用辐射
47、作用过滤过滤渗透压渗透压干燥干燥超声波超声波100普通微生物学医学知识1、温度、温度当温度超过微生物生长的最高温度或低于生长的最低温度当温度超过微生物生长的最高温度或低于生长的最低温度都会对微生物产生杀灭作用或抑制作用。都会对微生物产生杀灭作用或抑制作用。101普通微生物学医学知识温度愈高，十倍致死时间愈短温度愈高，十倍致死时间愈短 高温使蛋白质、核酸等重要高温使蛋白质、核酸等重要生物大分子发生变性、破坏，生物大分子发生变性、破坏，以及破坏细胞膜上的类脂成以及破坏细胞膜上的类脂成分，导致微生物死亡。分，导致微生物死亡。102普通微生物学医学知识D值大小还与微生物的值大小还与微生物的种类、生长时
48、期、检测种类、生长时期、检测培养基的性质等有关。培养基的性质等有关。103普通微生物学医学知识高温的杀菌时间与样品高温的杀菌时间与样品中的微生物浓度有关。中的微生物浓度有关。当微生物的当微生物的浓度一致浓度一致时，时，可以通过比较可以通过比较热致死时热致死时间间长短来衡量不同微生长短来衡量不同微生物的热敏感性。物的热敏感性。104普通微生物学医学知识1）干热灭菌）干热灭菌干热灭菌干热灭菌烘箱内热空气灭菌烘箱内热空气灭菌火焰灼烧火焰灼烧160,2h105普通微生物学医学知识2）湿热灭菌）湿热灭菌湿热比干热灭菌更好：湿热比干热灭菌更好：更易于传递热量；更易于传递热量；更易破坏保持蛋白质稳定性的氢键
49、等结构更易破坏保持蛋白质稳定性的氢键等结构湿热对一般营养体和孢子的杀灭条件：湿热对一般营养体和孢子的杀灭条件：多数细菌和真菌的营养细胞：在多数细菌和真菌的营养细胞：在60左右处理左右处理5-10分钟分钟；酵母菌和真菌的孢子：用酵母菌和真菌的孢子：用80 以上温度处理；以上温度处理；细菌的芽孢：细菌的芽孢：121 处理处理15分钟以上分钟以上。106普通微生物学医学知识（1）巴斯德消毒（）巴斯德消毒（pasteurization）（2）煮沸消毒）煮沸消毒（3）间歇灭菌（）间歇灭菌（fractional sterilization OR tyndallization）（4）常规高压灭菌（）常规高压
50、灭菌（autoclaving）（5）连续加压灭菌（）连续加压灭菌（continuous autoclaving）135-150，5-15秒，工业上发酵培养基秒，工业上发酵培养基135-150，2-6秒，牛奶或其它液态食品秒，牛奶或其它液态食品（超高温灭菌）（超高温灭菌）60-85 处理处理15秒至秒至30分钟分钟121 ，15分钟分钟115 ，30分钟分钟107普通微生物学医学知识棉花、玻璃纤维或石棉棉花、玻璃纤维或石棉滤膜滤膜核孔核孔2、过滤作用、过滤作用空气和不耐热的液体培养基的灭菌空气和不耐热的液体培养基的灭菌108普通微生物学医学知识3、辐射作用、辐射作用辐射灭菌（辐射灭菌（radia
