Transcript 课件五

影响微生物生长的理化因素
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1.温度
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各种微生物都有其生长繁殖的最低温度、
最高温度和最适温度，这就是生长温度的
三个基本点
（1）最低生长温度 是指微生物能进行繁
殖的最低温度界限。处于这种温度条件下
的微生物生长速率很低，如果低于此温度
则生长完全停止。
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微生物对低温的耐受力都很强，许多细菌
甚至能在-20～-70℃下生存。此时虽然微生
物的生命活动几乎停止，但其活力仍然存
在，提高温度后，仍可恢复其正常生命活
动。利用这个特点，在微生物学研究工作
中，常采用冷藏法(如冰箱、液氮罐等)保存
菌种。
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（2）最适生长温度 是指某菌生长速率最高
或分裂代时最短时的培养温度。
（3）最高生长温度 是指微生物生长繁殖
的最高温度界限。在此温度下，微生物细
胞易于衰老和死亡。
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高温对微生物的致死作用，现已广泛用于
消毒灭菌（高温灭菌的方法）。
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微生物按其生长温度范围可分为低温型、
中温型和高温型三类：
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①低温型的微生物 又称嗜冷微生物。
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如寒带冻土、海洋、冷泉、冷水河流、湖
泊等，对上述水域中有机质的分解起着重
要作用。冷藏食物的腐败往往是这类微生
物作用的结果。
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②中温型的微生物 又称嗜温微生物。
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绝大多数微生物属于这一类，人和动物的
正常菌群及致病菌大都属于这一类群；导
致食品原料和成品腐败变质的腐生菌多为
室温型微生物，它们在我们生活的环境中
广泛分布。
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③高温型微生物 又称嗜热微生物。
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温泉、堆肥、厩肥、秸杆堆和日照充足的
土壤表层都有高温菌存在，它们参与高温
阶段的有机质分解过。
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2.氧气
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①专性好氧菌
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以分子氧作为最终电子受体，要求必须在
较高浓度分子氧的条件下才能生长，大多
数细菌、放线菌和真菌是专性好氧菌。
②兼性厌氧菌 也称兼性好氧菌。
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在有氧或无氧条件下都能生长，但有氧的
情况下生长得更好；有氧时进行呼吸产能，
无氧时进行发酵或无氧呼吸产能。
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③微好氧菌
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这类微生物只在非常低的氧分压下才能生
长，它们通过呼吸链，以氧为最终电子受
体产能。
④耐氧菌
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它们的生长不需要氧，但可在分子氧存在
的条件下行发酵性厌氧生活，分子氧对它
们无用，但也无害，故可称为耐氧性厌氧
菌。
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⑤专性厌氧菌 分子氧的存在对它们有毒，
即使是短期接触空气，也会抑制其生长甚
至死亡。
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自然界中绝大多数微生物都是好氧菌或兼
性厌氧菌。
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氧化还原电位是度量某氧化还原系统中还
原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一
种指标。
氧化还原电位一般用Eh 值表示，单位是V
或mV 。
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3.氢离子浓度（pH）
绝大多数种类都生长在pH5～9之间。
大多数细菌、藻类和原生动物的最适pH为
6.5～7.5，放线菌一般以微碱性即pH7.5～8.0
最适宜，酵母菌和霉菌适于pH5.0～6.0的酸
性环境。
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各种微生物处于最适 pH 范围时酶活性最高，
如果其他条件适合，微生物的生长速率也
最高。
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微生物生长过程中，由于新陈代谢作用所
引起的物质转化，也能改变环境的pH，这
也是通常遇到的培养微生物过程中培养基
pH不断改变的原因。
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及时调节以维持培养基合适的pH：
（1）根据培养基pH的变化直接加入酸、碱
而进行的直接、快速但不能持久的调节。
（2）根据内在机制所采用的间接、缓效但
能发挥较持久作用的调节。如在配制培养
基时，加入适当缓冲物质磷酸盐、碳酸盐
等，以免培养基的pH发生较大改变。
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4.水分
（1）湿度
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湿润的物体表面易长微生物，这是由于湿
润的物体表面常有一层薄薄的水膜，微生
物细胞实际上就生长在这一水膜中。
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酿造工业中，制曲的曲房要接近饱和湿度，
促使霉菌菌丝旺盛生长；长江流域梅雨季
节，由于空气湿度大（相对湿度在 70 ％以
上）和温度较高，物品容易发霉变质。
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细菌在空气中的生存和传播也以湿度较大
为合适。反之，环境干燥，可使细胞失水
而造成代谢停止乃至死亡。人们广泛应用
的干燥方法来保存谷物、纺织品、食品等
正是利用了这个原理达到防霉防腐的效果。
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干燥时温度升高，微生物容易死亡，而在
低温下干燥时，微生物的抵抗力则较强，
所以，真空冷冻干燥技术可用于保藏菌种。
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（2）水活度（aw）：表示游离水的含量。
aw是指在一定温度和压力条件下，溶液中
的蒸汽压(P)与纯水蒸汽压(P0)之比，用下式
表示：aw =p/po
各种环境中aw值在0至1之间。纯水的aw值
=1，溶质越多，aw值越小；
Aw值反映微生物对水的依赖程度，微生物
所需要的aw值通常在0.66~0.99之间。
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通过控制产品的水分活度来限制微生物生
长是一种低耗、高效、安全的防霉的新思
路。例如食品根据其水分活度不同分为三
类：
①aw值在0.85以上的属于水份较大的食品，
如大部分生肉、鲜鱼、水果、蔬菜、牛奶、
火腿、面包等，在保藏时需要采用冷藏或
其它措施来控制病原微生物的生长，否则
很容易腐败。
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②aw值0.60-0.85的属于中等水分食品，如糖
蜜 、重盐渍鱼、面粉、果酱、果脯、酱油等，
这些食品不需要冷藏控制病原菌，但由于可
发生主要由酵母菌和霉菌引起的腐败，因此
产品要有一个限定货架期。
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③对aw值在0.6以下的低水分食品，如挂面、
饼干等，则无需冷藏，仍有较长的货架期。
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（3）渗透压
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高渗环境则会使细胞脱水，造成生理干燥，
原生质收缩引起质壁分离现象，因而能抑
制大多数微生物的生长。人们常常利用渗
透压原理，通过加入高浓度食盐或蔗糖以
人工造成高渗环境来保存食品，如腌渍咸
菜、咸肉及果脯蜜饯等，糖的浓度通常在
50%～70%，盐的浓度为5%～15%，由于盐
的分子量小，并能电离，在百分浓度相等
的情况下，盐的保存效果优于糖。
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5.辐射
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由于红外线产生热量，通过提高环境中的
温度和引起水分蒸发而致干燥作用，间接
地影响微生物的生长。短光波的紫外线则
具有直接杀菌作用。而波长更短的X-射线、
γ-射线、β-射线和α-射线等由于能量大，往
往可引起微生物细胞内的水与其他物质的
电离，使微生物细胞受损死亡，故被作为
一种灭菌措施。
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6.超声波
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超声波的高频振动与细胞振动不协凋而造
成细胞周围环境的局部真空，引起细胞周
围压力的极大变化从而使细胞破裂死亡。
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几乎所有的微生物细胞都可被超声波破坏，
只是敏感程度有所不同。
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7.化学药剂
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能迅速杀灭病原微生物的药物，称为消毒
剂。
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能抑制或阻止微生物生长繁殖的药物，称
为防腐剂。
有机化学药物
无机化学药物
染色剂
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三、微生物的代谢
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微生物在自然界中一方面不断地从外界环
境中吸收营养物质,在体内经过一系列的变
化,转变为细胞本身有用的物质；另一方面
又不断地向体外排出废物, 以维持细胞的正
常生长和繁殖,这就是微生物的新陈代谢。
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包括同化作用和异化作用两个方面，同化
作用又称为合成代谢，异化作用又称为分
解代谢。
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1.微生物的能量代谢
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所有生物进行生命活动都需要能量，自然
界中的能量以多种形式存在，但生物只能
利用光能或化学能，在细胞内将来自光能
或化能能量转化成ATP这种细胞内的通用能
源。
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生物氧化即在酶的作用下生物细胞内所发
生的一系列氧化还原反应。绝大多数化能
营养型微生物代谢所需的能量是通过生物
氧化获得的。
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ATP:腺嘌呤核苷三磷酸 ，又叫三磷酸腺苷，
是一种不稳定的高能化合物，由1分子腺嘌
呤，1分子核糖和3分子磷酸组成；
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生成ATP的途径主要有两条：一条是植物体
内含有叶绿体的细胞，在光合作用的光反
应阶段生成ATP；另一条是所有活细胞都能
通过细胞呼吸生成ATP；
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ATP主要通过ADP（二磷酸腺苷）的磷酸化
生成， 通过高能磷酸键释放能量， ATP是
生命活动能量的直接来源，但本身在体内
含量并不高。 人体预存的ATP能量只能维
持15秒,跑完一百公尺后就全部用完， 不足
的继续通过呼吸作用等合成ATP。
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2.微生物的物质代谢
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微生物的物质代谢包括碳水化合物、蛋白
质、脂肪等大分子物质的分解和合成过程。
(1)碳水化合物的分解
(2)蛋白质及氨基酸的分解
(3)脂肪的分解
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（二） 微生物特有的代谢产物
分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。
初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所
产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，
如氨基酸、核苷酸、多糖、脂质、维生素
等。
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次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段
才产生的化学结构十分复杂、对该生物无
明显生理功能，或并非是微生物生长和繁
殖所必需的物质，如抗生素、毒素、激素、
色素等。
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（1）抗生素
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目前抗生素被广泛应用在防治人类、动物
的疾病与植物的病虫害上。
（2）毒素
①内毒素
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内毒素是革兰氏阴性菌的细胞壁成分，细
菌在生活状态时不释放出来，只有当细菌
死亡自溶或粘附在其它细胞时，才表现其
毒性。
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②外毒素
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外毒素是病原菌在代谢过程中产生的分泌
到菌体外的物质，外毒素的毒性很强。
3.维生素
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目前医药上应用的各种维生素主要是从微
生物中提取的。
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4.色素
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①脂溶性色素：菌落本身呈色而颜色不渗
入到培养基中。
②水溶性色素：菌落本身有色或不呈色,但
使培养基呈色，即色素可以在琼脂中扩散。
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（三）微生物的酶系统及生化鉴定试验
1.微生物的酶系统
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新陈代谢要通过大量的生化反应才能够实
现,而所有这些代谢反应都必须在酶的催化
下进行。
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酶是由生物细胞合成的，以蛋白质为主要
成分的生化反应催化剂。
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从酶的化学组成来看，可分为简单蛋白和
结合蛋白两种。
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根据酶在微生物细胞中的活动部位，可分
为胞外酶和胞内酶两种。在细胞内产生并
在细胞内催化各种生化反应的是胞内酶。
由细胞内产生并分泌到细胞外发挥催化作
用的酶是胞外酶，它们对大分子营养物质
的降解起了重要作用。
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按环境中营养成分与酶的产生之间的关系，
可分为固有酶与诱导酶。固有酶也称组成
酶，它是微生物的固有成分。多数酶属于
此类。诱导酶在环境中有诱导物（通常是
酶的底物）存在的情况下，由诱导物诱导
而生成的酶。
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酶的强有力的催化功能和高度的专一性是
新陈代谢能够高速度、有条不紊地进行的
基本保证。
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2. 微生物的生化鉴定试验
生化鉴定试验中，常用的是鉴定微生物对
不同碳源、氮源的利用能力。
（1）微生物对碳源利用试验：主要测定微
生物对单糖、双糖、多糖、醇类和有机酸
的利用能力。
①糖发酵试验
②VP试验
③甲基红试验
④枸橼酸盐利用试验
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（2）微生物对氮源利用试验：主要测定微
生物对蛋白质、蛋白胨、氨基酸、含氮无
机盐、N2等的利用能力。
①吲哚试验
②硫化氢试验
③脲酶试验