環(huán)境因素對微生物生長的影響

1、微生物的生長和環(huán)境因素對微生物生長的影響,第一節(jié) 微生物的生長,第二節(jié) 環(huán)境因素對微生物生長的影響,第三節(jié) 常用的滅菌方法,生物個體物質(zhì)有規(guī)律地、不可逆增加，導致個體體積擴大的生物學過程。,生長：,生物個體生長到一定階段，通過特定方式產(chǎn)生新的生命個體，即引起生命個體數(shù)量增加的生物學過程。,繁殖：,生長是一個逐步發(fā)生的量變過程；繁殖是一個產(chǎn)生新的生命個體的質(zhì)變過程。,生長、繁殖就是保證微生物獲得巨大數(shù)量的必要前提沒有一定的數(shù)

2、量就等于沒有微生物的存在。,一個微生物細胞,,合適的外界條件，吸收營養(yǎng)物質(zhì)，進行代謝。,,如果同化作用的速度超過了異化作用,個體的生長原生質(zhì)的總量（重量、體積、大?。┚筒粩嘣黾?。,,如果各細胞組分是按恰當?shù)谋壤鲩L時，則達到一定程度后就會發(fā)生繁殖，引起個體數(shù)目的增加。,,群體內(nèi)各個個體的進一步生長,,群體的生長,,一、細菌的個體生長和同步生長,二、典型生長曲線,第一節(jié) 微生物的生長,一、細菌的個體生長和同步生長,要研究單個細菌細胞內(nèi),

3、所發(fā)生的生物化學變化和細胞學變化,目前使用的方法:一是用電子顯微鏡觀察細菌細胞的超薄切片二是使用同步培養(yǎng)技術(shù),培養(yǎng)時間,獲得細菌同步生長的方法主要有兩類：,① 通過環(huán)境條件來誘導同步性,,選擇性過濾梯度離心法硝酸纖維素濾膜法,,,溫度培養(yǎng)基成份控制其他：如光照和黑暗交替培養(yǎng),硝酸纖維素濾膜法是最經(jīng)典的獲得同步生長的方法。,由于細胞的個體差異，同步生長往往只能維持2-3個世代，隨后又逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機生長。,②通過物理學方法從隨機

4、的、不同步細菌群體中選擇出同步的菌體,二、典型生長曲線,生長曲線：,把少量純種單細胞微生物接種到恒容積的液體培養(yǎng)基中后，在適宜的溫度、通氣（厭氧菌則不能通氣）等條件下，它們的群體就會有規(guī)律的生長起來，以細胞數(shù)目的對數(shù)值做縱坐標，以培養(yǎng)時間為橫坐標，就可以畫出一條有規(guī)律的曲線，這就是微生物的生長曲線。,細菌的生長曲線一般用菌數(shù)的對數(shù)為縱坐標作圖。,影響延滯期長短的因素很多，除菌種外，主要有三個。接種齡接種量培養(yǎng)基成分,延滯期出現(xiàn)的原

5、因：,微生物接種到新鮮培養(yǎng)液中，一時還缺乏分解或催化有關(guān)底物的酶，或是缺乏充足的中間代謝產(chǎn)物等。為產(chǎn)生誘導酶或合成有關(guān)中間代謝產(chǎn)物，就需要一段適應期，于是出現(xiàn)了生長的延滯期。,調(diào)整代謝,,在生產(chǎn)實踐中縮短延滯期的常用手段：,(1)通過遺傳學方法改變種的遺傳特性使延滯期縮短；,(2)利用對數(shù)生長期的細胞作為種子；,(3)盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；,(4)適當擴大接種量；,影響微生物生長的外界因素很多,除了營養(yǎng)條件外,還

6、有許多物理條件。如溫度、水分、pH、氧氣等。,一、溫度,二、水分,三、氧氣,四、 pH,五、滲透壓,六、輻射,第二節(jié) 環(huán)境因素對微生物生長的影響,一、溫度,由于微生物的生命活動是由一系列生物化學反應組成的，而這些反應受溫度的影響極為明顯。,溫度是影響微生物生長的最重要的因素之一,最低生長溫度（一般為-5~-10 ºC，極端為-30 ºC）,最適生長溫度,嗜冷菌（45ºC）,最高生長溫度（一般為80~

7、95 ºC，極端為105~300 ºC ）,,生長溫度三基點,,,,,,,低溫對微生物的影響,高溫對微生物的影響,微生物在冰凍溫度下，細胞內(nèi)的游離水形成冰晶體，對細胞膜與細胞壁有機械的物理刺傷作用，特別是游離水被冰凍，使細胞脫水濃縮引起細胞質(zhì)黏度增大，電解質(zhì)濃度增高，pH和膠體狀態(tài)發(fā)生改變，也可引起細胞質(zhì)內(nèi)蛋白質(zhì)部分變性等，甚至導致細胞死亡。,高溫對微生物的致死作用主要因蛋白質(zhì)、核酸與酶系統(tǒng)等重要生物高分子的氫鍵受到

8、破壞，導致菌體蛋白質(zhì)凝固變性；核酸發(fā)生降解變性失活；破壞細胞的組成；熱溶解細胞膜上類脂成分形成極小的孔，使細胞內(nèi)容物泄漏，從而導致死亡。,二、水分 水分是微生物生命活動的必要條件。不同微生物生長的最低Aw值有較大差異。,多數(shù)細菌： 最低Aw0.90，范圍0.90～0.99,多數(shù)酵母菌：最低Aw0.87，范圍0.87～0.91,多數(shù)霉菌：最低Aw0.80，范圍0.80～0.87,,三、氧氣 氧對微生物的生命活

9、動有著極其重要的影響。,好氧菌厭氧菌,專性好氧菌：在分子氧存在下進行好氧呼吸產(chǎn)能兼性厭氧菌微好氧菌：只能在0.01~0.03Pa的大氣壓下生活,以呼吸為主，兼營發(fā)酵產(chǎn)能以呼吸為主，兼營厭氧呼吸產(chǎn)能,,耐氧菌：只能以發(fā)酵產(chǎn)能，但分子氧無害專性厭氧菌：只能生長在無氧或基本無氧條件下，氧劇毒,,,,微生物與氧的關(guān)系,（一）專性好氧菌 必須在有分子氧的條件下才能生長，有完整的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，細胞

10、含超氧化物歧化酶和過氧化氫酶。,絕大多數(shù)真菌和許多細菌都是專性好氧菌,（二）兼性厭氧菌 在有氧或無氧條件下均能生長，但在有氧情況下生長得更好；在有氧時靠呼吸產(chǎn)能，無氧時借發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能；細胞含超氧化物歧化酶和過氧化氫酶；,許多酵母菌和許多細菌都是兼性厭氧菌,（三）微好氧菌 只能在較低的氧分壓下才能生長的微生物。也通過呼吸鏈并以氧為最終氫受體而產(chǎn)能。,例如：霍亂弧菌、一些氫單胞菌屬、發(fā)酵單胞菌屬等

11、,一類可在分子氧存在下進行厭氧生活的厭氧菌，即它們的生長不需要氧，分子氧對它們也無毒害。它們不具有呼吸鏈，僅依靠專性發(fā)酵獲得能量。細胞含超氧化物歧化酶和過氧化物酶。但缺乏過氧化氫酶。,一般的乳酸菌多數(shù)是耐氧菌,（四）耐氧菌,（五）專性厭氧菌 它有以下幾個特點：分子氧對它們有毒，短期接觸也會抑制它們生長甚至致死；只有在深層的無氧或低氧化還原勢的環(huán)境下才能生長；,生命活動所需能量是通過發(fā)酵、無氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵等提供

12、；細胞內(nèi)缺乏超氧化物歧化酶和細胞色素氧化酶；,各種光合細菌和 產(chǎn)甲烷菌等都屬于專性厭氧菌,專性厭氧菌因缺乏超氧化物歧化酶，故易被生物體內(nèi)極易產(chǎn)生的超氧物陰離子自由基而毒害致死。,大多數(shù)缺乏過氧化氫酶，常見專性厭氧菌有肉毒梭狀芽孢桿菌、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬、光合細菌、產(chǎn)甲烷菌。,,,四、pH,微生物生長pH范圍較廣，一般在2-8之間，絕大多數(shù)生長在pH5-9。不同的微生都有其最適宜生長pH和一定pH范圍，最高、最適、最低PH范圍，最適p

13、H微生物生長繁殖速度快。最低、最高PH環(huán)境中，微生物雖能生存和生長，但緩慢易死亡,最適生長pH值偏于堿性范圍內(nèi)的微生物：最適 pH >8,,嗜堿微生物(例如硝化細菌、放線菌、根瘤菌等）耐堿微生物（例如干鏈霉菌等）,最適生長pH值偏于酸性范圍內(nèi)的微生物：最適pH <5,嗜酸微生物(例如硫桿菌屬）耐酸微生物（例如乳酸桿菌、醋酸桿菌等）,多數(shù)真菌是嗜酸的（pH5），多數(shù)放線菌是嗜堿的（pH8）,,在微生物的培養(yǎng)過程中，如何調(diào)節(jié)

14、合適的pH就成了發(fā)酵生產(chǎn)中的一項重要措施。,嗜中性微生物：最適pH 5 - 8.,五、滲透壓,大多微生物適用于在等滲的環(huán)境中生長，若置于高滲溶液中，易造成細胞脫水而引質(zhì)壁分離，使細胞不能生長甚至死亡，若置于低滲溶液中，外環(huán)境中水從溶液進入細胞內(nèi)引起細胞膨脹，甚至破裂死亡。,等滲,高滲,利用一般微生物不耐高滲。食品工業(yè)可采取多種有效抑制微生物生長，保存食品的方法 有些微生物耐高滲能力較強，可在15—30%鹽溶液生長,六、輻射

15、,紫外線波長在200～300nm殺菌作用能最強，因為蛋白質(zhì)和核酸分別在280nm和260nm處有較高吸收峰，因為分子結(jié)構(gòu)被破壞和變性失活。,在周圍環(huán)境中，到處都有各種各樣的微生物存在著，其中是對人類有害的微生物，我們應采取有效的措施來抑制或消滅它們。,一、幾個基本概念,二、物理殺菌因素的代表——高溫,三、化學殺菌劑或制菌劑,第三節(jié) 常用的滅菌方法,（一）滅菌 采用強烈的物化因素使任何物體內(nèi)外部的一切微生物永遠喪失其

16、生長繁殖能力的措施，稱為滅菌。,（二）消毒（化學和物理方法） 消毒是一種采用較溫和的理化因素，僅殺死物體表面或內(nèi)部一部分對人體有害的病原菌。,一般消毒劑在常用濃度下只能殺死微生物的繁殖體，對芽孢則無殺滅作用。 化學消毒劑高濃度時具有殺菌作用，低濃度時具有抑菌作用。,,,一、幾個基本概念,（三）商業(yè)滅菌,是指食品經(jīng)殺菌處理后，采用常規(guī)的培養(yǎng)方法無活菌檢出或殘存的非致病菌的數(shù)量很低，但要求它們在不適宜的pH、溫度等儲藏條

17、件下不能在產(chǎn)品中生長繁殖。,食品工業(yè)中，常用“殺菌”名詞，包括消毒和商業(yè)滅菌，如牛奶的殺菌是巴氏消毒；罐藏食品的殺菌是指商業(yè)滅菌。,（四）防腐 防腐就是利用某種理化因素完全抑制霉腐微生物的生長繁殖，從而達到防止食品等發(fā)生霉腐的措施。,（五）化療 化療即化學治療，它是利用具有高度選擇毒力的化學物質(zhì)來抑制宿主體內(nèi)部病原微生物的生長繁殖，借以達到治療該傳染病的一種措施。,二、物理殺菌因素的代表——高溫

18、 能作為物理殺菌因素的種類很多，例如高溫、輻射、超聲波和激光等，現(xiàn)在最常用的方法是高溫。,在實踐上行之有效高溫滅菌或消毒的方法主要有以下幾種：,1、干熱滅菌法,2、濕熱滅菌法,三、化學殺菌劑或制菌劑 抑制或殺滅微生物的化學因素種類極多、用途廣泛、性質(zhì)各異。主要有以下種類：,化學因素,表面消毒劑,溶液狀態(tài)氣體狀態(tài),抗代謝藥物：硫胺類等抗生素中草藥有效成分,,,,化學治療劑,（一）表面消毒劑,消毒劑：可殺死微生物，通

19、常用于非生物材料的滅 菌或消毒。,酸類：乳酸、醋酸、苯甲酸、山梨酸、脫氫醋酸等。,堿類：石灰水、生石灰乳、火堿、燒堿等。,氧化劑：高錳酸鉀、過氧化氫、氯氣、漂白粉、過氧乙酸、 二氧化氯、碘酒等。,有機化合物：醇類、酚類、醛類等。如乙醇、石碳酸、 甲醛（福爾馬林）等。,（二）抗代謝藥物的代表——磺胺類藥物,有些化合物在結(jié)構(gòu)上與生物體所必需的代謝物很相似，以至可以和特定

20、的酶結(jié)合，從而阻礙了酶的功能，干擾了代謝的正常進行，這些物質(zhì)稱為抗代謝物。,葉酸對抗物（磺胺）嘌呤對抗物（6-巰基嘌呤）苯丙氨酸對抗物（對氟苯丙氨酸）尿嘧啶對抗物（5-氟尿嘧啶）胸腺嘧啶對抗物（5-溴胸腺嘧啶）等等,（三）抗生素,抗生素是生物在其生命活動過程中產(chǎn)生的一種次生代謝產(chǎn)物或其人工衍生物，它們在很低濃度時就能抑制或影響它種生物的生命活動，如殺死微生物或抑制其生長，因而可作優(yōu)良的化學治療劑。,1、概念,自本世紀40年代以來