第六章 微生物的生长及其控制

第六章 微生物的生长及其控制

1.概述

生长:细胞物质有规律地,不可逆地增加,导致细胞体积扩大的生物学过程.

繁殖: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的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。

生长是一个量变的过程，繁殖是一个质变的过程

2.细菌的个体生长

1.染色体DNA的复制和分离

细菌的染色体为环形双链DNA分子。染色体一双向的方式进行连续的复制，在细胞分裂之前不仅完成了染色体的复制，而且也开始了2个子细胞DNA分子的复制。

当细胞的一个世代即将结束时，不仅为即将形成的2个子细胞各备有一份完整的遗传信息，而且也具有已经按亲本方式复制的基因组。其复制点附着在细胞膜上，随膜的生长和细胞分裂，2个未来的子细胞基因组不断地分离，最后达到2个子细胞中。

细菌在个体生长中通过染色体DNA的复制，使其遗传特性能保持高度的连续性和稳定性。 2.细胞壁的扩增

细胞在生长过程中，细胞壁只有通过扩增，才能使细胞体积扩大。 3.细菌分裂的调节

细菌进入分裂时期，此时在细菌长度的中间位置，通过细胞质膜内陷并伴随新合成的肽聚糖插入，导致横隔壁向心生长，最后在中心回合，完成一次分裂，将细菌分裂成2个大小相等的子细菌。

细胞在生长和分裂伴随细胞壁的裂解和闭合2个过程。前者将细胞壁打开，有利于细胞壁物质插入；后者在新合成的细胞壁物质插入后的开口处重新闭合形成完整的细胞壁，以利于机体生存。

影响细菌的生长和分裂的主要因素是：转肽酶（催化2个肽聚糖的短肽链的链接）；D-Ala-D-Ala-梭肽酶（催化五肽转变为四肽）

青霉素竞争性抑制转肽酶。

3. 细菌的群体生长繁殖

1.生长的规律

细菌以二分裂繁殖,即细胞核首先进行有丝分裂,然后细胞质通过胞质分裂而分开,形成2个相同的个体. 分批培养:在封闭系统中对微生物进行的培养,既不补充营养也不移去培养物质，保持整个培养液体积不变的培养方式。

培养曲线：以时间为横坐标，以菌数为纵坐标，依据不同培养时间里细菌数量变化，作出培养期间菌数变化规律的曲线。

一条典型的分批培养曲线可分为迟缓期，对数生长期，稳定生长期和衰亡期。（梯形）

1.迟缓期：细菌接种到新鲜培养基处于新的生长环境，在一段时期内不马上分裂，细菌数量维持恒定或增加很少。原因是：接种时的机械损伤，缺乏足够的能量和生长因子，种子老化或未充分活化。

特点：分裂迟缓，细胞体积相对最大，对外界不良环境最为敏感

缩短迟缓期的方法：通过遗传的方法改变遗传特性；利用对数生长期的细胞作为种子；接种前后培养基变化不大；扩大接种量。

2.对数生长期特点：有最大生长速率，细菌对数增加；生长速率恒定；代谢旺盛，细胞成分平衡发展，按比例增加，合成速度稳定；群体生理特性较一致。（几种的最佳时期，革兰氏染色对象，好的研究材料）

微生物对不同物质应用能力不同，优先利用速效碳（氮）源，再利用迟效碳（氮）源。出现二次生长现象。 2.生长的数学模型

对数期数学模型：dN/dt=μN 积分得LgNt-LgN0=μ(t-t0)/2,303 代时：个体生长里每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为代时。

倍增时间：在群体生长里细菌数量增加一倍所需的时间为倍增时间。 影响因素：菌种；营养成分；营养物浓度；生长因子浓度；温度等 比生长速率(μ)：每单位数量的细菌或物质在单位时间内（h）增加的量

3.主要生长参数：迟缓时间；比生长速率；总生长量

4.同步培养

使群体中不同步的细胞转变成同时进行生长或分裂的群体细胞。以同步培养方法使群体细胞能处于同一生长阶段，并同时进行分裂的生长方式称为同步生长。以同步培养的方法获得的培养物称为同步培养物。 方法：

机械法（离心法：不同时期密度不同；过滤分离法：不同时期体积不同；硝酸纤维法素滤膜法:依据细菌能紧紧结合到硝酸纤维素滤膜上的特点,将细菌悬液通过垫有硝酸纤维素滤膜的过滤器,然后将滤膜颠倒过来,让培养基流过滤器,洗去未结合的细菌,然后将滤器放入适宜条件下培养一段时间,其后仍将培养基流过滤器,这时新分裂产生的细菌被洗下,分部收集并通过培养获得同步细胞. ）

环境条件控制技术：温度（适宜不适宜交替）；培养基成分控制（充足不足交替）；其他控制（光照） 环境条件控制的同步仅能维持2～3个世代，之后随机生长。

5.连续培养：

在微生物整个培养期间，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方法。容器中细菌数量的增加速度与比生长速率有关，减少速率与培养物稀释率有关。 类型：

恒化器连续培养：在整个培养过程中通过保持培养基中某种营养物质的浓度基本恒定的方式，使细菌 生长速率恒定，生长不断进行。被控制的营养物质称为控制因子。 用途：微生物学研究，筛选变种。 恒浊器连续培养：通过连续培养通过培养装置中的光电系统保持培养基中菌体浓度恒定，使细菌生长连续的培养方式。

3.稳定生长期：由于营养物质的消耗，代谢产物的积累和PH等变化，环境条逐步不适宜细菌生长，导致生长速率降低为0.

特点：活细菌数最高，菌体总数达到最高点；生长速率为0；细胞成分合成减缓，G+染色出现变化。

发酵的收获期；芽孢发生阶段。通过补 充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件可以延长稳定生长期.

4.衰亡期：营养物质耗尽和有毒代谢产细菌死亡速率增加，活菌减少。 物积累，

特点：活性降低，大量死亡；细胞畸变自溶；革兰氏染色不稳定

用途：发酵工业获得更好的经济效益。

4. 真菌的生长与繁殖

1.丝状真菌的生长和繁殖

A. 断裂增殖

菌丝的生长是顶端生长,各部分有极性,前端为幼龄菌丝,后端为老龄菌丝.菌丝片断接种到新的培养基 中,片断幼龄段会重新生成新的生长点,使菌丝顶端延长,同时又可以产生分支菌丝.营养丰富则分支点与菌丝生长顶端距离短,分支多而频繁.菌丝如果断裂成片断,在固体或静止液体培养基中形成菌落,振荡培养时形成菌丝球.

菌丝生长到一定阶段,先产生无性孢子进行无性繁殖,到后期,产生有性繁殖的结构,形成有性孢子,进行有性繁殖.

B.无性孢子繁殖

无性孢子繁殖指不经过2性细胞结合，只是营养细胞分裂或营养菌丝分化切割形成同种新个体的过程。 菌丝片断和无性孢子生长繁殖都属于无性繁殖。

以孢子开始的生长包括：孢子肿胀；萌发管形成；菌丝生长3个阶段。

C.有性孢子繁殖

通过两个性细胞结合而产生新个体的过程为有性生殖。分为3个阶段：1。质配，2个性细胞接触后结合在一起，细胞质融合，核不融合，染色体数目都是单倍的用n+n表示。2。核配：细胞核融合产生2倍体结合子，2n表示。3。减数分裂核中染色体数目又恢复到单倍体。 名称 卵孢子 结合孢子 染色体倍数 2n 2n 特征 由小配子囊（雄器）和大配子囊（藏卵器）结合后 发育而成 2个配子囊接合后发育而成，有两种类型 异宗配合；同宗配合 在子囊中形成：2两个营养细胞直接交配；产囊丝 产生子囊，多个子囊被菌丝包围形成子囊果 举例 同丝水霉 葡枝根霉； 大毛霉； 性殖根霉 马氏单囊霉； 麦类白粉霉 蕈菌 子囊孢子 担孢子 n 2n 丝状真菌生活史:菌丝体----无性孢子----萌发成新的菌丝体-----产生性细胞,或两条异性营养菌丝进行接合,经过质配,核配,形成双倍体细胞核,最后减数分裂成单倍体孢子------萌发成新的菌丝体.

2.酵母的生长和繁殖

酵母菌与其子代细胞连在一起成为链状,称为假丝酵母,

芽殖: 酵母菌主要的繁殖方式各属酵母菌都有. 无性繁殖 裂殖:少数酵母菌(裂殖酵母) 产生无性孢子;掷孢子(掷孢子酵母属);节孢子(地霉菌);厚垣孢子(假丝酵母);芽生孢子(假丝酵母 ) 有性繁殖:形成子囊孢子

5. 环境对生长的影响及生长的测定

1.环境对微生物生长的影响 营养物质: 营养物质不足导致微生物生长所需的碳源,氮源,生长因子,无机盐,能量等不足,机体降低或停止细胞合成,诱导合成特定的运输系统,充分吸收环境的元素,同时机体对胞内非必须或失效成分降解并重新利用能力增强.

水:培养基水活度(定义)值得高低会通过培养基的渗透压变化而影响微生物的生长速率.微生物不同,生长所需要的最适活度值也不同.细菌要求值高,真菌要求值低.

一般细菌 霉菌 嗜盐真菌 温度:依据最适温度不同分为:嗜冷,兼性嗜冷，嗜温，嗜热，超嗜热。 类型 嗜冷 兼性嗜冷 嗜温 嗜热 超嗜热 最低 0以下 0 15～20 45 65 最适 15 20～30 20～45 55～65 80～90 最高 20 35 45 80 100以上 0.91 0.80 0.65 酵母菌 嗜盐细菌 嗜盐高渗酵母 0.88 0.76 0.60 温度对微生物的影响：影响酶活性；影响细胞质膜流动性；影响物质的溶解度。

PH:微生物体能的酶促反应都有最适PH范围,此外还有最低还有最高PH，超出最低或最高PH微生物生长受抑制。PH通过阴性细胞质膜透性，膜结构的稳定性和物质的溶解性或电离性来影响物质的吸收从而影响微生物的生长速率。 微生物 细菌 酵母菌 霉菌 最低 3～5 2~3 1～3 最适 6.5～7.5 4.5～5.5 4.5～5.5 最高 8~10 7~8 7~8 氧：分为好氧，微好氧，耐氧厌氧，兼性厌氧，专性厌氧 类型 好氧 微好氧 耐氧厌氧 兼性厌氧 专性厌氧 有氧 + + + + — 无氧 — — + + + 最适氧体积分数 >=20% 2%~10% 2%以下 有氧或无氧 不需要氧，有氧时死亡 对一切微生物氧都有毒害作用，超氧化物和双氧水两种代谢产物相互作用，产生有毒性的自由基。自由基是强氧化剂，与生物大分子作用，对机体产生损伤或突变至死亡。

氧对除专性耐氧的微生物不起致死作用是因为它们具有超氧歧化物酶，可催化O2-自由基分解为双氧水，然后在过氧化氢酶的作用下生成水，过氧化氢毒性弱，可使细胞内其他代谢产物氧化而降低自身毒性。

2.微生物生长的测定

微生物生长情况可以通过测定单位时间里微生物数量或生物量的变化来评价。

活菌计数法（间接）：原理是每个活细菌在适宜的培养基和良好的生长条件下可以通过生长形成菌落。 倒平板法；菌落计数法；膜过滤培养法

缺点：计算出的数值不一定完全等同于样品中的活菌数，菌落计数法可因操作不熟练造成污染，或培养基温度过高损伤细胞等原因造成结果不稳定。

直接计数法：利用特定的细菌技术板或血细胞计数板，在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的量。 常规方法;膜过滤培养法

缺点：不区分死活，高浓度，不计量运动的细菌数，个体小的无法计数。

生物量：重量法；比浊法；生理指标法

6. 微生物生长繁殖的控制

1.相关术语

抑制：抑制是采用某种亚致死因子使微生物的生长停止，但移去该因子后微生物的生长仍然可以恢复。 死亡：在致死剂量因子作用下活在亚致死剂量因子的长期作用下，微生物生长能力不可逆丧失，即使这种因子移去后生长仍不能恢复的生物学现象。

防腐：采用某些化学或物理方法防止和抑制微生物生长的措施。防腐能防止食物腐败或防止其他物质霉变。 消毒：杀死或灭活物质或物体中所有病原微生物的措施。消毒可起到防止感染或传播的作用。 灭菌：灭菌是指物体中包括芽孢在内的所有微生物都被杀死或消除。

化疗：利用具有选择毒性的化学物质杀死生物体内的病原微生物或病变细胞，治疗被微生物感染的病变细胞或组织，杀死组织内的病原微生物或病变细胞，但对机体本身无毒害作用的治疗措施。

2.控制微生物的化学物质

抗微生物剂：

是一类能够杀死微生物或抑制微生物生长的化学物质，这类物质可以是人工合成的，也可以是生物合成的天然产物。依据抗微生物的特性可分为：抑菌剂（抑制生长但不杀死）；杀菌剂（杀死微生物细胞，但不裂解）；溶菌剂（通过诱导细胞裂解的方式杀死细胞，分为消毒剂：杀死非生物材料中的微生物，防腐剂：杀死微生物或抑制微生物生长的能力，对动物或人体的组织无毒害作用。）

抗代谢剂：

利用生长因子结构类似的正常代谢，一达到抑制微生物生长的目的。与生长因子结构类似物称为抗代谢物，它在治疗由病毒和微生物引起的疾病上起着重要作用。例如，磺胺类药物是叶酸组成部分对氨基苯甲酸的结构类似物，磺胺类药物被微生物吸收后取代对氨基苯甲酸，干扰叶酸的合成，抑制转甲基反应，导致代谢紊乱，抑制生长。

抗生素：

抗生素是由某些生物合成或半合成的一类次级代谢产物或衍生物，它们是能抑制微生物生长或杀死微生物的化合物。

作用机制：通过抑制细菌细胞壁的合成，破坏细胞质膜，作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化，抑制蛋白质和核酸合成等方式来抑制微生物的生长或杀死微生物。 抗性菌株的特点（细菌抗药性机理）：1.细胞质膜透性改变；2.药物作用靶改变；3.合成了修饰抗生素的酶；4.抗性菌株发生遗传变异5.细胞产生的新的代谢途径；6.抗生素进入细胞被外排。

应对耐药性的措施：1.第一次使用药物剂量要足；2.避免在一个时期或长期多次使用同种抗生素；3.不同的抗生素混合使用；4.对现有抗生素进行改造；5.筛选新的更有效的抗生素。

3.控制微生物的物理因素

高温灭菌：

衡量灭菌效果的指标之一是十倍减少时间，即一定的温度条件下杀死某一样样品中90%微生物或孢子及芽孢所需要的时间。 高压蒸汽灭菌（121度）；高温干热灭菌（热空气灭菌）；湿热灭菌；煮沸消毒；巴氏消毒 辐射作用：

过滤作用：

高渗作用：培养基的渗透压力高，原生质中的水向培养基扩散，这样会导致细胞发生质壁分离，使生长受到抑制。因此提高环境的渗透压力降低水活度值，就可以达到控制微生物生长的目的。 比如：用盐腌制；新鲜水果加糖；

干燥：

超声波：

小结：微生物学中生长的概念；细菌的繁殖的方式；生长曲线及其包含的4个时期的特点；同步培养和连

续培养的特点；连续培养有哪些类型；丝状真菌的有性孢子和无性孢子的种类；酵母的无性繁殖的方式有哪几种，最普遍的是那种；酵母的有性繁殖的方式是什么；各类微生物生长的最适温度/PH/含氧量/渗透压。

思考题：细菌的生长繁殖与高等动植物有哪些异同；典型的生长曲线有哪些分别由什么特点；如何延长稳

定期以提高抗生素的产量；什么是同步培养，什么是连续培养；硝酸纤维滤膜法是如何获得同步培养物的；影响微生物的生长环境因素有哪些；温度是如何影响微生物的生长；抗生素主要从哪些方面作用于细菌；抗性菌株的一般特点有哪些。

抗生素：

抗生素是由某些生物合成或半合成的一类次级代谢产物或衍生物，它们是能抑制微生物生长或杀死微生物的化合物。

作用机制：通过抑制细菌细胞壁的合成，破坏细胞质膜，作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化，抑制蛋白质和核酸合成等方式来抑制微生物的生长或杀死微生物。 抗性菌株的特点（细菌抗药性机理）：1.细胞质膜透性改变；2.药物作用靶改变；3.合成了修饰抗生素的酶；4.抗性菌株发生遗传变异5.细胞产生的新的代谢途径；6.抗生素进入细胞被外排。

应对耐药性的措施：1.第一次使用药物剂量要足；2.避免在一个时期或长期多次使用同种抗生素；3.不同的抗生素混合使用；4.对现有抗生素进行改造；5.筛选新的更有效的抗生素。

3.控制微生物的物理因素

高温灭菌：

衡量灭菌效果的指标之一是十倍减少时间，即一定的温度条件下杀死某一样样品中90%微生物或孢子及芽孢所需要的时间。 高压蒸汽灭菌（121度）；高温干热灭菌（热空气灭菌）；湿热灭菌；煮沸消毒；巴氏消毒 辐射作用：

过滤作用：

高渗作用：培养基的渗透压力高，原生质中的水向培养基扩散，这样会导致细胞发生质壁分离，使生长受到抑制。因此提高环境的渗透压力降低水活度值，就可以达到控制微生物生长的目的。 比如：用盐腌制；新鲜水果加糖；

干燥：

超声波：

小结：微生物学中生长的概念；细菌的繁殖的方式；生长曲线及其包含的4个时期的特点；同步培养和连

续培养的特点；连续培养有哪些类型；丝状真菌的有性孢子和无性孢子的种类；酵母的无性繁殖的方式有哪几种，最普遍的是那种；酵母的有性繁殖的方式是什么；各类微生物生长的最适温度/PH/含氧量/渗透压。

思考题：细菌的生长繁殖与高等动植物有哪些异同；典型的生长曲线有哪些分别由什么特点；如何延长稳

定期以提高抗生素的产量；什么是同步培养，什么是连续培养；硝酸纤维滤膜法是如何获得同步培养物的；影响微生物的生长环境因素有哪些；温度是如何影响微生物的生长；抗生素主要从哪些方面作用于细菌；抗性菌株的一般特点有哪些。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4d0f.html