南开大学微生物-第六章_生长及其控制

1、营养因子对生长的影响； 2、水对生长的影响； 3、温度对生长的影响；
微生物因最适生长温度不同而分为：嗜冷、兼性嗜冷、 嗜温、嗜热、超级嗜热五类微生物。 4、pH对生长的影响；
5、氧对生长的影响
微生物与氧的关系分为：
专性好氧菌、兼性厌氧菌、耐氧厌氧菌、专性厌氧菌、微好氧菌。
氧对一切微生物都有毒害作用：
二、细菌群体生长规律
（一）细菌群体生长曲线（growth curve） 1、群体生长规律实验 接种E.coli 菌液0.2ml
012
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 培养时间（hr）37℃ 振荡培养
以培养时间为横坐标， 以E.coli菌体数量的对数（或O.D值）为纵 坐标，绘制的曲线叫E.coli生长曲线。
控制流速： 实现 菌体细胞比生长速率＝菌体细胞流失的降低 速率使培养室内菌体细胞总数保持恒定不变
四、同步培养
原因: 群体细胞中，每个个体处于生长的不同阶段，其生 长与分裂不同步。
同步培养：使群体中不同步的细胞转变成能同时生长或分裂 细胞的方法。 机械法、环境条件控制法
同步培养物：用同类培养方法使群体细胞处于同一生长阶段， 并同时分裂生长，其细胞为同类培养物。
2、重量法 菌体湿重或干重法、菌体蛋白或核酸重量法，
测定多细胞及丝状真菌生长情况的有效方法。
3、生理指标法 吸O2量或释放CO2量法
第四节 微生物生长繁殖的控制
控制微生物的化学物质
1、抗微生物剂
抑菌剂: 抑制生长而不杀死微生物的化学物质 杀菌剂: 杀死而不裂解微生物的化学物质 溶菌剂: 裂解而杀死微生物的化学物质
细胞终止生长，活菌数最多，次生代谢物积累。
衰亡期（death phase）
细胞死亡率增加，活菌数降低，细胞老化、自溶。
什么样的微生物在什么条件下可作出典型生长曲线？ 单细胞、二分裂法、液体培养、营养物质恒定、培养条件适宜。
利用细菌作科学研究或发酵生产为什么要首先绘制其生长曲线？
对数生长期转入平衡期的原因： 1、营养物质耗尽； 2、不利于生长的代谢产物（有机酸）积累，环境改变。
2、抗代谢物 利用生长因子的结构类似物干扰微生物正常代谢，抑制
微生物生长。
磺胺药 二氢喋啶＋对氨基苯甲酸 E
（细菌生长因子） E:二氢叶酸合成酶
前体 四氢叶酸
嘌呤嘧啶
磺胺药是对氨基苯甲酸的结构类似物，与酶E竞争，干扰四氢 叶酸合成，进而干扰碱基合成。
抗代谢物治疗由病毒和微生物引起的疾病。
磺胺类药物作用机理
（4）抑制DNA复制 作用于DNA聚合酶：萘啶酮酸 抑制DNA解链：丝裂霉素
（5）抑制RNA转录 作用于RNA聚合酶：利福平
抗菌的主要抗生素---1
抗菌的主要抗生素---2
抗菌的主要抗生素---3
4．细菌对抗生素的耐药性 耐药菌株的特点 （1）细胞质膜透性改变，抗生素分子难以进入细胞 （2）抗生素作用靶点改变 （3）耐药菌株合成抗生素修饰酶
第六章
微生物的生长繁殖 及其控制
第一节 细菌的个体生长与群体生长规律
细菌生长：包括细菌物质增加、个体增大、继而二分裂使细 胞数量增加的连续过程。
一、细菌个体生长
1、细菌染色体双向复制
复制时环状DNA附着在膜上，DNA在边膜上复 制，壁、膜随着生长，两套DNA分离后，细胞出现横隔 壁，细胞分裂。
2、细胞壁扩增
O2＋e－
H2O2＋O2－.
O2－（超.氧基）
O2＋OH－＋OH• (自由基)
OH•毒性极强，作用生物大分子，使微生物产生损伤或 突变直至死亡。
专性厌氧微生物以外类型对氧的解毒作用：
2O2•－＋2H＋ SOD
H2O2＋O2
H2O2酶
H2O＋O2
SOD与H2O2酶是对氧的解毒酶
二、微生物生长测定
1、个体计数法：细胞计数法、活菌菌落计数法 微生物生长 单位时间里微生物数量或生物量（Biomass）的变化
迟
稳
缓
定
期
期
对 数 期
浊度、O.D
活菌数
衰 亡 期
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
细菌群体生长曲线
迟缓期（lag phase）
细胞适应环境，酶合成迅速，为物质合成做准备，不繁 殖，数量不增加。
对数期（log phase）
菌体细胞代谢旺盛，生长速率最快，数量急剧增加，适宜 作发酵菌种或提取初级代谢产物。
稳定期（stationary phase）
叶酸 磺胺对人体细胞无毒性，因为人缺乏从对氨基苯甲酸合成叶酸的相 关酶----二氢叶酸合成酶，不能用外界提供的对氨基苯甲酸自行合成叶 酸，而必须直接利用叶酸为生长因子进行生长。
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3、抗生素（antibiotic）
某些生物合成的或半合成的次级代谢产物，能抑制或杀 死其它微生物的化合物。 作用指标: 最低抑菌浓度（Mic）、抗菌谱、选择性毒性
间接计数法
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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。
样品充分混匀 每支移液管及涂布棒只能 接触一个稀释度的菌液。
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，便于准确计数。
一个菌落可能是多个细胞一起形成，所以在科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。
断裂 顶端
断裂菌丝有极性，在顶端生长，并长出多级分支 。
顶端
2、无性孢子繁殖
膨胀
极性 生长
无性孢子 体积扩大新壁合 成非极性生长
萌发管
顶端 多级分支 顶端生长 菌丝体
菌落
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菌丝顶端生长机制：
1970年，Grove等人提出“泡囊假说”
ER 内质网
V1
GB
初级泡囊 高尔基体
V2 次级泡囊
壁 膜
泡囊的三重功能：
3、有性孢子繁殖
有性孢子：卵孢子、接合孢子、子囊孢子、担孢子。 真菌按有性孢子分类。
4、丝状真菌的生活史
二、酵母菌的生长繁殖
无性繁殖：芽殖（为主）、裂殖、无性孢子 有性孢子：形成子囊，每个子囊内4个子囊孢子。
出芽生殖 出芽生殖
酿酒酵母的生活史
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第三节 环境对生长的影响及生长的测定
一、环境因子对微生物生长的影响
（二）细菌群体生长数学表示式
对数期：
1、dN/dt=μN, dM/dt=μM N：细菌数／ml； M：细胞物质／ml； t：培养时间
在对数生长期单位时间内细菌增加数量＝每个细菌单位时间内增加的数量×细菌数 μ：比生长速率，每个细菌单位时间内增加的数量
2、μ＝[（lgNt-lgN0）／（t-t0）] ×2.303 对数生长期μ值最大，恒定值。
微生物生长的测定
个体计数 群体重量测定 群体生理指标测定
显微镜直接计数法
采用细菌计数板或血球计数板，在显微镜下对微生物数 量进行直接计数（计算一定容积里样品中微生物的数量）。
缺点： 1、不能区分死 菌与活菌； 2、不适于对运 动细菌的计数； 3、需要相对高 的细菌浓度；4、 个体小的细菌在 显微镜下难以观 察。
细胞壁扩增位点（肽聚糖生长点） 球菌：新合成的肽聚糖在赤道板附近插入 新肽聚糖插入
新壁
实验证明：
粪链球菌（壁抗原） 免疫动物 壁抗体＋荧光素 壁荧光抗体
+ 壁荧光抗体
旧壁菌
放入到 新鲜培养基
荧光壁（旧壁）
杆菌：Bacillus subtilis
新壁（新生肽聚糖）多间隔位点插入
1
3、细菌的生长与分裂调节
3、G（generation time）：代时 每个细菌分裂繁殖一代所需时间（代时） 群体细菌生长数量增加一倍所需时间（倍增时间） G＝0.693／μ
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三、连续培养（continuous culture of microorganism）
在对数生长期不断流加营养物质，不断排出培养物，使微生物 以恒定的比生长速率维持生长，为连续培养。
乙酰基化
HO HO
磷酸化
CH2－NH2 O
HO O H2 N
腺苷酰化
HO
HO
O
CH2－NH2
OH
O
CH2OH
NH2
卡那霉素在特定位点化学修饰
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论 微生物的纯培养和显微技术 微生物类群与形态 微生物营养 微生物代谢 微生物的生长及其控制
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对青霉素耐药
耐药菌由质粒、转座子或染色体编码β－内酰胺酶（β－ Lactamases），该酶特异性裂解青霉素类分子的活性部位β－内 酰胺环，使其失效。
对链霉素、卡那、庆大等氨基环醇类抗生素耐药
耐 药 菌 由 质 粒 (plasmid) 编 码 磷 酸 转 移 酶 、 腺 苷 转 移 酶 、 乙 酰 转 移 酶，对链霉素、卡那、庆大分子进行修饰。修饰后的链霉素、卡那、庆大 分子不再特异性作用原核生物核糖体30s小亚基，不再抑制蛋白质合成。
M:N-乙酰胞壁酸
生长与分裂伴随壁的裂解和闭合
G: N-乙酰葡糖胺
酶 肽聚糖主链裂解酶、闭合酶 （M－G） （M－G）
肽
肽
肽链间解交联酶：内肽酶
肽链交联相关酶：D-Ala-D-Ala-羧肽酶、转肽酶
生长的细胞：羧肽酶活性低 转肽酶活性高
细胞分裂： 羧肽酶活性高 转肽酶活性低
五肽单位数量多 四肽单位数量多
1、泡囊中所含壁水解酶使旧壁分子水解出“缺口”，使新壁组 分插入。
2、泡囊中所含壁合成前体物、壁多糖合成酶合成新壁组分。 3、泡囊质膜与顶端原生质膜融合，增加膜面积。
在菌丝顶端生长中“泡囊”起重要作用。 实验证据：
菌丝顶端生长时泡囊聚集顶端。 粗糙脉孢菌25℃，每分钟顶端生长40μm， 估计37500个泡囊与质膜融合。