Transcript 课件五
影响微生物生长的理化因素
1.温度
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。
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。
(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。
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)。
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:
①低温型的微生物 又称嗜冷微生物。
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。
②中温型的微生物 又称嗜温微生物。
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。
③高温型微生物 又称嗜热微生物。
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。
2.氧气
①专性好氧菌
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。
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。
③微好氧菌
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
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。
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。
自然界中绝大多数微生物都是好氧菌或兼
性厌氧菌。
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 。
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。
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。
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。
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。
4.水分
(1)湿度
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
(3)渗透压
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。
5.辐射
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。
6.超声波
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。
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。
7.化学药剂
能迅速杀灭病原微生物的药物,称为消毒
剂。
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
三、微生物的代谢
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。
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。
1.微生物的能量代谢
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。
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。
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;
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;
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。
2.微生物的物质代谢
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
(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。
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。
(1)抗生素
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
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。
②外毒素
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
目前医药上应用的各种维生素主要是从微
生物中提取的。
4.色素
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。
(三)微生物的酶系统及生化鉴定试验
1.微生物的酶系统
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。
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。
从酶的化学组成来看,可分为简单蛋白和
结合蛋白两种。
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。
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。
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。
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
(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