1、6. MICROBIAL GROWTH6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle6.1.1 Cell Growth and Binary Fission6.1.2 Population Growth：The Growth Cycle6.2 Measurements of Microbial Growth6.2.1 Direct measurements of Microbial Growth6.2.2 Indirect measurements of Microbial Growth6.3 Synchronous culture and Continuo

2、us Culture6.4 Environmental effects on Microbial Growth6.4.1 Effect of Chemicals6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4.3 Microbial Growth at Low or High pH6.4.4 Osmotic Effects on Microbial Growth6.4.5 Oxygen and Microbial Growth6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control6.5.2

3、 Physical antimicrobial control生長：繁殖：在高等生物里這兩個過程可以明顯，但在特別是在單細胞的生物里，由于細胞小，這兩個過程是緊密又很難劃分的過程。討論M的生長，就是指一定時間和條件下細胞數量的增加(an increase in the number of cells) ，即M的群體生長。生長是一個逐步發生的量變過程，繁殖是一個產生新的生命的質變過程。6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle6.1.1 Cell Growth and Binary Fission(p138)Fts plays a major role i

4、nthe cell division process.Cessation of DNA synthesisi appears to be the signal for FtsZ ring formation.6.1 Microbial Growth and the Growth CyclePopulation Growth6.1.2微小Growth is defined as an increase in the number of microbial cells in the population微生物接種是群體接種，接種后的生長是微生物群體繁殖生長肉眼看到或接觸到的微生物是成千上萬個單個的

5、微生物組成的群體。微生物的特點：6.1 Microbial Growth and the Growth CyclePopulation Growth6.1.2Growth rate,生長速度：Generation,傳代:Generation time,:6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle生長曲線(Growth Curve)：6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle1.延遲期 (Lag phase)：6.1 Microbial Growth a

6、nd the Growth CycleThe Growth Cycle遲的特點：遲緩、代謝活躍細胞處于活躍生長中，只是遲緩t 細胞形態變大或增長t 細胞內RNA，尤其是rRNA含量增高，代謝活躍，核糖體、酶類和ATP的加快，易產生誘導酶。t 對外界不良條件反應敏感。1.延遲期 (Lag phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle6.1.3 The Growth Cycle遲出現的：調整代謝(1) 通過遺傳學方法改變種的遺傳特性使遲縮短；(2) 利用對數生長期的細胞作為；(3) 盡量使接種前后所使用的培養基組成不要相差太大； (4)適當擴大接

7、種量在生產實踐中縮短遲的常用：影響因素：菌種本身；菌齡；接種量；培養基組分。1.延遲期 (Lag phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle6.1.3 The Growth Cycle2.指數生長期(Exponential phase)6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle1. Exponential Growth：p1426.1ycleFig 6.7Growth rate constant () ,比生長速率=ln2 / g = 0.693 / g數量的細菌時間內增加的量N = 108, N0

8、= 5 107, t = 2n = 3.3 log 108 log(5 107)= 3.3 (8-7.69) = 1g = t / n = 2 hr （g,）2. Growth Parameters：生長參6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle3.穩定生長期(Stationary phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle穩定生長期微生物特點 儲存糖原等細胞質內含物 芽孢桿菌在此階段形成芽孢 建立自然感受態 發酵過程積累代謝產物的重要

9、階段，某些放線菌抗生素的大量形成也在此時期（穩定期后期）。3.穩定生長期(Stationary phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle4.衰亡期(Decline或Death phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth Cycle6.1.3 The Growth Cycle衰亡期微生物細胞特點 細菌代謝活性降低， 細菌衰老并出現自溶，產生或轉化酶、外肽酶或抗生素等。出一些產物，如氨基酸、 細胞呈現多種形態，有時產生畸形，細胞大小懸殊， 有些革蘭氏染色反應陽性菌變成反

10、應等。4.衰亡期(Decline或Death phase)：6.1 Microbial Growth and the Growth CycleThe Growth Cycle6.2 Measurements of Microbial Growth（見P145）細胞總數活菌計數膜過濾法比濁法直接測定法：Direct Measurements計數法微生物生長的測定：間接測定法：Indirect Measurements重量法生理指標法6.2.1 Direct Measurements of Microbial Growth細菌計數板或血球計數板1.細胞總數, total cell count6.2

11、.1 Direct Measurements菌落形成（colony forming units， CFU）(1). 平板計數法, plate count,2. 活菌計數, viable count6.2.1 Direct Measurements of Microbial Growth(1). 平板計數法, plate count, colony count2. 活菌計數, viable count6.2.1 Direct Measurements of Microbial Growthp619-620飲用水的標準，細菌總數小于100個/ml；大腸桿菌群數每1000 ml 水中小于3個主要適用

12、于只能進行液體培養的微生物，或采用液體鑒別培養基進行直接鑒定并計數的微生物。(2). 液體培養法 (The most probable number method,最大可能數法)2. 活菌計數, viable count6.2.1 Direct Measurements of Microbial Growth3.膜過濾法, Counting bateria by filtration6.2.2 Indirect Measurements of Microbial Growth在一定波長下，分光光度計測定菌懸液的光密度，以光密度(optical density, 即OD)表示菌量。1、比濁法,

13、turbidity6.2.2 Indirect Measurements of Microbial Growth1、比濁法, turbidity6.2.2 Indirect Measurements of Microbial Growth 以干重、濕重直接衡量微生物群體的生物量； 通過樣品中蛋白質、核酸含量的測定間接推算微生物 群體的生物量； 用于單細胞、多細胞以及絲狀體微生物生長的測定 2. 重量法：6.2.2 Indirect Measurements of Microbial Growth微生物的生理指標，如呼吸強度，耗氧量、酶活性、生物熱等與其群體的規模成正相關。樣品中微生物數量多或生

14、長旺盛，這些指標愈明顯，因此可以借助特定的儀器如瓦勃氏呼吸儀、微量量熱計等設備來測定相 應的指標。常用于對微生物的快速鑒定與檢測3. 生理指標法6.3 Synchronous culture and Continuous Culture同步培養(Synchronous culture)：使群體中不同步的細胞轉變成能同時進行生長或的群體細胞。同步培養物是一種理想的材料,常被用來研究在單個細胞上難以研究的生理與遺傳特性。環境條件技術機械方法密度梯過濾分硝酸度離離法心方法素濾膜法1. Synchronous culture6.3 Synchronous culture硝酸素濾膜法過濾分離法密度梯度離

15、心方法(1). 機械方法1. Synchronous culture6.3 Synchronous culture and Continuous Culture環境條件技術（1）T（2） 營養（3） 抑制生長 完全培養基（4）光照（5）熱處理機械方法密度梯度離心方法過濾分離法硝酸素濾膜法1. Synchronous culture6.3 Synchronous culture and Continuous Culture將微生物置于一定容積的培養基中，經過培養生長，最后一次 收獲,分批培養(batch culture),封閉培養(closed culture)培養基一次加入，不予補充，不再更換

16、2. Continuous Culture6.3 Synchronous culture and Continuous Culture連續培養(Continous culture ）：在微生物的整個培養期間，通過一定的方式使微生物能以恒定 的比生長速率生長并能持續生長下去的一種培養方法。培養過程中不斷的補充營養物質和以同樣的速率移出培養物是實現微生物連續培養的實質。2. Continuous Culture6.3 Synchronous culture and Continuous Culture恒化培養Chemostat恒化器連續培養的方法恒濁培養Turbidostat恒濁器2. Conti

17、nuous Culture6.3 Synchronous culture and Continuous Culture優點： 缺點：2個要素： 稀釋率（dilution） 限制性營養物質濃度（ theconcentration of a limiting nutrient）The Chemostat2. Continuous Culture6.4 Environmental effects on Microbial Growth化學因素：培養基組成，CO2分壓物理因素：環境物理條件、培養條件兩大類影響因素：6.4.1 Effect of chemicals1.培養基中的營養物質6.4 Envi

18、ronmental effects on Microbial Growth6.4.1 Effect of chemicals2.可用性（carbon dioxide availability）：所有的微生物生長都需要CO2不同微生物的最適生長對CO2的需要量是不一樣的。大氣中0.03%的CO2含量可以滿足所有的異養生物和自養微生物CO2最小需求量，自養微生物的最適生長必須要提供碳酸鹽或者添加了CO2的 空氣。6.4 Environmental effects on Microbial Growth（p151）1. Three cardinal temperature最低生長溫度最適生長溫度最高

19、生長溫度6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth（p157）6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth2. Temperature classes of organisms6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth微生物生長的溫度范

20、圍微生物類型生長溫度( )最低最適最高嗜冷微生物(Psychrophiles)0以下1520兼性嗜冷微生物(Psychrotrophs)020-4040嗜溫微生物(Mesophiles)15-2020-4545以上嗜熱微生物(Thermophiles)4555-6580嗜高溫微生物(Hyperthermophiles)6580-90100以上6.4.2 Effect of Temperature on GrowthPsychrophilic and Psychrotolerant MicroorganismsHyperthermophilies and Thermophiles Microor

21、ganismsHot spring (70-74)Boiling spring (92-93)(99-100)6.4 Environmental effects on Microbial Growth3. Molecular adaptations to Psychrophily 嗜冷微生物產生的酶在寒冷溫度下功能更好，在溫和溫度條 件下就會失活 嗜冷微生物細胞膜的功能在低進行主動不受到抑制，低能夠6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth4. Molecular adap

22、tations to Thermophily 嗜熱微生物和嗜高溫微生物的酶具有較好的耐熱性，且在高 能起到最佳的作用。 嗜熱微生物細胞膜中存在大量飽和脂肪酸，比不飽和脂肪酸可以形成更好的疏水鍵，保護高膜的穩定性。 DNA結合蛋白，與真核生物的組蛋白密切相關，能與DNA鏈緊密結合并且具有進行轉錄的解鏈功能。6.4.2 Effect of Temperature on Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth一般微生物生長的pH范圍最低pH、最適pH、最高pH絕大多數微生物細胞內環境pH接近中性，少數嗜酸、嗜堿微生物細胞內環境pH偏離中

23、性。Acidophiles: pH 3 最適Acid-tolerant: pH 4-9 最適，最低可以強酸Alkaliphiles: pH 9最適， 10還可生長alkali-tolerant: pH 7最適，10還可生長或生存微生物最低pH最適pH最高pH細菌3-56.5-7.58-10酵母菌2-34.5-5.57-8霉菌1-34.5-5.57-86.4.3 Microbial Growth at Low or High pH6.4 Environmental effects on Microbial Growth有機物糖類脂肪蛋白質有機酸變酸胺類(NH4)2SO4 NaNO3無機物H2SO

24、4 NaOH變堿微生物在其生長過程中，會改變外界環境的pH，起始pH不 同于培養過程的pH6.4.3 Microbial Growth at Low or High pH6.4 Environmental effects on Microbial GrowthHalophile: NaCl 1%-15% Mild halophile,輕度嗜鹽: NaCl 1%-6%；Moderate halophile,中度嗜鹽NaCl 6%-15%6.4.4 Osmotic Effects on Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial G

25、rowth6.4.4 Osmotic Effects on Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth相溶性溶質(compatible solution)6.4.4 Osmotic Effects on Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growthn6.4.4 Osmotic Effects on Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth根據O2對微生物生長

26、的影響，將M分為五大種類：好氧厭氧兼性 微好氧耐氧 TABLE 6.4 6.4.5 Oxygen and Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial GrowthO2對一切生物都會產生害作用的代謝產物（毒性氧）6.4.5 Oxygen and Microbial Growth6.4 Environmental effects on Microbial Growth6.4.5 Oxygen and Microbial Growth6.5 Microbial Growth Control（p695）抑制(Inhibition)：防腐

27、(Antisepsis)：(Disinfection)：滅菌(Sterilization)：（有害）微生物的生長速率或消滅不需要的微生物， 在實際應用中具有重要的意義。6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)1. Antimicrobial agents,抗微生物劑:殺死微生物：cidal agentsbacteriocidal, fungicidal, viricidal agents抑制微生物：static agentsbacteriostatic, fungistatic, virist

28、atic agents6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)1. Antimicrobial agents,抗微生物劑:Antiseptics (防腐劑)：Disinfectants (Germicides (殺菌劑) Sterilants (滅菌劑)劑)殺死非生命物體上的微生物的化學物質“冷滅菌” Cold sterilization6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)1. Antim

29、icrobial agents,抗微生物劑:常用抗微生物劑： (p706, TABLE 20.3) Antiseptics (防腐劑)： 醇類： 酚化合物（苯酚及其衍生物）： 鹵素： 氧化劑：Disinfectants (劑)、Sterilants (滅菌劑)：常用無菌室滅菌: 環氧乙烷（氣體） 戊二醛 2%溶液 臭氧6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)1. Antimicrobial agents,抗微生物劑:劑石炭酸在臨最早使用的石炭酸系數(phenol coefficient，P.C

30、.) ：指在一定時間內被試藥劑能殺死全部供試菌的最高稀釋度和達到同效的石炭酸 的最高稀釋度的比率。一般規定處理時間為10分鐘，供試菌為Salmonella typhi（傷寒沙門氏菌）。如：甲，1：300，10分鐘殺死供試菌；石炭酸，1：100，10分鐘殺死供試菌， 則P.C.= 300/100 = 3各種抗微生物化學制劑殺菌能力的比較標準：6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)1. Antimicrobial agents,抗微生物劑:液體培養法化學物質的抗微生物能力的測定平板培養法對殺菌或

31、抑菌作用無法區分抑菌圈（zones of inhibition）試驗最低抑制濃度（minimum inhibitory concentration, MIC）實驗6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)最低抑制濃度（minimum inhibitory concentration, MIC）實驗 (p705)6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial contr抑菌圈（zones of inhibition）試驗(p705)

32、6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)2. Antimicrobial agents used in vivoChemotherapeutic agents 化學治療劑：體內組織中使用，疾病發生的試劑Synthetic agentsChemotherapeutic agentsAntibiotics6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)2. Chemotherapeutic agents:

33、化學治療劑抗菌譜( antimicrobial spectrum) (p711);霉素磺胺頭孢菌素放線(菌)酮異煙肼6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)2. Chemotherapeutic agents:(1) Synthetic agents藥劑：對-氨基苯磺酰胺對-氨基苯甲酸磺胺類磺胺類被微生物吸收后取代對氨基苯甲酸，干擾葉酸的，抑制了轉甲基反應，導致代謝的紊亂，從而抑制生長。Growth factor analogs 又稱為似物, 競爭抑制.tabolite (抗代謝物) : 酶的

34、底物類不葉酸，從中獲得Growth factor analogs: Sulfa drugs (p709)6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)2. Chemotherapeutic agents:(2) Antibiotics (p712)抑制CW破壞CM抑制基本代謝抑制蛋白質和核酸的（對人的副作用大）6.5 Microbial Growth Control6s6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (

35、p703)6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control2. Chemotherapeutic agents:(3) Antimicrobial drug(p719)抗藥性: 即微生物獲得抵抗的能力，對不敏感 細胞質膜透性改變作用靶位點改變了修飾抗生素的酶 抗性菌株發生遺傳變異，代謝途徑改變6.5 Microbial Growth Control6.5.1 Chemical antimicrobial control (p703)2. Chemotherapeutic agents:(3) Antimicrobial drug(p719)抗微生物使用以來，病原微生物出現抗藥性情