第四章：微生物生長(zhǎng)
生長(zhǎng)：有機(jī)體的細(xì)胞組分與結(jié)構(gòu)在量方面的增加。
繁殖：?jiǎn)渭?xì)胞-由于細(xì)胞分裂引起個(gè)體數(shù)目的增加。
多細(xì)胞-通過(guò)無(wú)性或有性孢子使個(gè)體數(shù)目增加的過(guò)程。
發(fā)育：適合條件下，生長(zhǎng)與繁殖始終是交替進(jìn)行的，從生長(zhǎng)到繁殖是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程稱為發(fā)育。
1節(jié)：微生物的發(fā)育周期
一、概念
發(fā)育周期、單細(xì)胞微生物、絲狀真菌
二、發(fā)育周期中細(xì)胞學(xué)上變化
1、細(xì)胞壁與質(zhì)膜的延伸
質(zhì)膜合成位點(diǎn)在赤道帶，細(xì)胞壁生長(zhǎng)也定位在赤道區(qū)，并具有種的特異性。
2、DNA的復(fù)制
1）單向復(fù)制 John Cairns：E. Coli作材料，放射自顯影技術(shù)。染色體從起始點(diǎn)開(kāi)始，反時(shí)針旋轉(zhuǎn)一周完成。
2）雙向復(fù)制 Hiroshi Yoshikawa：不只按一個(gè)方向復(fù)制，起點(diǎn)與終點(diǎn)不重合。
3）滾環(huán)模型：不對(duì)稱復(fù)制。一股線狀，一股環(huán)狀復(fù)制。
真核微生物復(fù)制有多個(gè)位點(diǎn)，都是雙向。
3、發(fā)育循環(huán)中基因的表達(dá)
DNA的復(fù)制與細(xì)胞分裂是協(xié)調(diào)的。細(xì)胞分裂總是發(fā)生在DNA復(fù)制后的一定時(shí)間內(nèi)。抑制DNA合成的各種化學(xué)處理或突變也抑制細(xì)胞分裂。細(xì)菌DNA復(fù)制需DNA起始蛋白作用。
E. coli 細(xì)胞分裂總是發(fā)生在DNA復(fù)制完成后大約20分鐘，而DNA復(fù)制需40分鐘，這樣世代時(shí)間應(yīng)是60分鐘，但…...
三、細(xì)胞分化現(xiàn)象
在某些微生物的發(fā)育循環(huán)中，一個(gè)或一群細(xì)胞會(huì)從一種形態(tài)與功能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)與功能，此稱細(xì)胞分化或形態(tài)發(fā)生。
2節(jié)：微生物純培養(yǎng)的生長(zhǎng)
一、純培養(yǎng)的分離方法 表
二、生長(zhǎng)測(cè)定（適用、注意事項(xiàng)）
直接計(jì)數(shù)法（全數(shù)）
間接計(jì)數(shù)法（活菌數(shù)）
測(cè)細(xì)胞物質(zhì)量
三、細(xì)菌純培養(yǎng)群體生長(zhǎng)規(guī)律
將少量純培養(yǎng)接種到一恒定體積的新鮮液體培養(yǎng)基中，適宜條件下培養(yǎng)，定時(shí)取樣測(cè)定細(xì)菌含量，以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù)或生長(zhǎng)速率為縱坐標(biāo)，得繁殖曲線，對(duì)單細(xì)胞而言，又稱生長(zhǎng)曲線。
根據(jù)生長(zhǎng)速率不同，分為幾個(gè)時(shí)期。
（一）延遲期 lag phase(停滯期、調(diào)整期）
表現(xiàn)：不立即繁殖，生長(zhǎng)速率近于0，菌數(shù)幾乎不變，細(xì)胞形態(tài)變大。
特點(diǎn)：分裂遲緩，合成代謝活躍，體積增長(zhǎng)快，對(duì)外界不良環(huán)境敏感。
原因：調(diào)整代謝，合成新的酶系和中間代謝產(chǎn)物以適應(yīng)新環(huán)境。
消除：增加接種量；采用最適菌齡接種；培養(yǎng)基成分（種子、發(fā)酵）
（二）對(duì)數(shù)期 log phase
表現(xiàn)：代謝活性最強(qiáng)，幾何級(jí)數(shù)增加，代時(shí)最短，生長(zhǎng)速率最大。
特點(diǎn)：細(xì)菌數(shù)目增加與原生質(zhì)總量增加，與菌液濁度增加呈正相關(guān)性。
代時(shí)（generation time）：?jiǎn)蝹�(gè)細(xì)胞完成一次分裂所需時(shí)間，亦即增加一代所需時(shí)間。

G=t1-t0/n y=x•2n n=lgy - lgx/lg2
導(dǎo)出 G = t1 - t0 /3.3(lgy - lgx)
影響G因素：菌種、營(yíng)養(yǎng)成分、營(yíng)養(yǎng)物濃度（很低時(shí)影響）、培養(yǎng)溫度。
（三）穩(wěn)定期 stationary phase(最高生長(zhǎng)期、靜止期）
表現(xiàn)：新增殖細(xì)胞數(shù)與老細(xì)胞的死亡數(shù)幾乎相等，活菌數(shù)動(dòng)態(tài)平衡。
特點(diǎn)：生長(zhǎng)速率又趨于0，細(xì)胞總數(shù)最高。
原因：養(yǎng)分減少；有毒代謝物產(chǎn)生。
穩(wěn)定期細(xì)胞內(nèi)開(kāi)始積累貯存物，此階段收獲菌體，也是發(fā)酵過(guò)程積累代謝產(chǎn)物的重要階段。
延長(zhǎng)：補(bǔ)料，調(diào)pH、溫度等。
此時(shí)，菌體總數(shù)量與所消耗的營(yíng)養(yǎng)物之間存在一定關(guān)系，稱為產(chǎn)量常數(shù)（生長(zhǎng)效率）。Y = X - X0 /C 其中X-穩(wěn)定期細(xì)胞干重/ml， X0 -接種時(shí)干重/ml，C-限制性營(yíng)養(yǎng)物濃度。
根據(jù)這一原理，可進(jìn)行生物測(cè)定。
將未知混合物加到只缺乏特定限制性營(yíng)養(yǎng)物的完全培養(yǎng)基中，測(cè)定培養(yǎng)基所能達(dá)到的生長(zhǎng)量，就可以計(jì)算出原混合物中特定限制性營(yíng)養(yǎng)物的濃度。
（四）衰亡期 decline phase
表現(xiàn)：出現(xiàn) “負(fù)生長(zhǎng) ”，有些細(xì)胞開(kāi)始自溶。
對(duì)于絲狀真菌，細(xì)胞數(shù)目不呈幾何級(jí)數(shù)增加，無(wú)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，一般有調(diào)整期，最高生長(zhǎng)期，衰退期。
四、連續(xù)培養(yǎng) continuous cultivation
分批培養(yǎng) batch culture ：將微生物置于一定容積的培養(yǎng)基中，經(jīng)過(guò)培養(yǎng)生長(zhǎng)，最后一次收獲。
若不斷補(bǔ)充新鮮營(yíng)養(yǎng)，并及時(shí)不斷以同樣速度排出培養(yǎng)物，則可延長(zhǎng)對(duì)數(shù)期。
只要培養(yǎng)液的流動(dòng)量能使增殖的新菌數(shù)相當(dāng)于流出的老菌數(shù)，就可保證總菌量不變，此即連續(xù)培養(yǎng)原理。
主要參數(shù)：D（稀釋率）=F（流動(dòng)速率）/V（容積）
連續(xù)培養(yǎng)方法
1、恒濁連續(xù)培養(yǎng) turbidostat
不斷調(diào)節(jié)流速使培養(yǎng)液濁度保持恒定。
裝置
適用：收獲菌體及與菌體相平行的產(chǎn)物。
2、恒化連續(xù)培養(yǎng) chemostat
恒定流速，及時(shí)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)物濃度基本恒定，從而保持恒定生長(zhǎng)速率。又稱恒組成連續(xù)培養(yǎng)。培養(yǎng)基成分中，必須將某種必需的營(yíng)養(yǎng)物控制在較低的濃度，以作為限制性因子，而其它營(yíng)養(yǎng)物過(guò)量。常用的有氨、氨基酸、葡萄糖、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽等。
適用；科研
兩種方法比較：
五、同步生長(zhǎng) synchronous growth
概念：使所有的細(xì)胞都能處于同一生長(zhǎng)階段，同時(shí)分裂的生長(zhǎng)方式。
同步培養(yǎng)法獲得：
（一）機(jī)械法（選擇法）
1、離心沉降分離法
2、過(guò)濾分離法
3、硝酸纖維素薄膜法
（二）調(diào)整生理?xiàng)l件法（誘導(dǎo)法）
1、溫度調(diào)整法：亞適生長(zhǎng)溫度-->最適生長(zhǎng)溫度培養(yǎng)。
2、營(yíng)養(yǎng)條件調(diào)整法：控制濃度或組成，使細(xì)胞只能進(jìn)行一次分裂。
3、用穩(wěn)定期的培養(yǎng)物接種：穩(wěn)定期細(xì)胞處于衰老狀態(tài)，移入新鮮培養(yǎng)基，可得同步生長(zhǎng)。
（三）抑制DNA合成法
DNA合成是細(xì)胞分裂前提。抑制一段時(shí)間再解除抑制。
3節(jié)：環(huán)境條件對(duì)生長(zhǎng)影響
一、溫度
影響兩方面。
最低、最適、最高生長(zhǎng)溫度，致死溫度。
微生物生長(zhǎng)溫度類型：
低溫型（嗜冷微生物）
中溫型（嗜溫微生物）
高溫型（嗜熱微生物）
二、pH
主要影響：引起膜電荷變化，從而影響營(yíng)養(yǎng)吸收；影響酶活性；改變營(yíng)養(yǎng)物狀態(tài)和有害物毒性。
有最適pH，此時(shí)酶活性最高，其他條件適合，生長(zhǎng)速率最高，但不是生產(chǎn)的最適pH。
微生物細(xì)胞內(nèi)的pH多接近于中性。
pH調(diào)節(jié)措施：
三、氧化還原電位 Eh
Eh與氧分壓有關(guān)，也與pH有關(guān)。
不同種類微生物所要求的Eh不同。
Eh影響酶活性，也影響呼吸作用。
四、輻射
指通過(guò)空氣或外層空間以波動(dòng)方式從一個(gè)地方傳播或傳遞到另一個(gè)地方的能量。
（一）紫外線（非電離輻射）10-380nm
致死主要是細(xì)胞中很多物質(zhì)對(duì)紫外線吸收。殺菌作用隨劑量增加而增加。紫外線穿透力弱，應(yīng)用于空氣消毒、表面消毒、菌種誘變。
（二）電離輻射（X、α、β、γ）
效應(yīng)無(wú)專一性， α、β穿透力較弱，X、 γ較強(qiáng)。
KI對(duì)電離輻射具保護(hù)作用。
五、干燥
水分對(duì)正常生長(zhǎng)必不可少，各種微生物抵抗干燥能力不同。
六、滲透壓
微生物對(duì)滲透壓有一定適應(yīng)能力。高滲溶液—質(zhì)壁分離，低滲溶液—細(xì)胞膨脹破裂。
七、超聲波（20，000Hz以上）
使細(xì)胞破裂，科研中破碎細(xì)胞。
八、表面張力
4.5--6.5x10-4 N/cm，降低影響。
4節(jié)：滅菌與消毒
滅菌 sterilization ：殺死所有微生物。
消毒 disinfection ：殺死一切病原微生物。
防腐 antisepsis：利用理化因素抑制微生物生長(zhǎng)繁殖。
化療 chemotherapy：利用具有選擇毒性化學(xué)藥物或抗生素來(lái)抑制宿主體內(nèi)病原微生物的生長(zhǎng)繁殖，借以達(dá)到治療的一種措施。

一、常用滅菌消毒方法
1、干熱滅菌法
火焰滅菌（灼燒滅菌）、干熱滅菌
2、濕熱滅菌
巴氏消毒、煮沸消毒、高壓蒸汽滅菌、間歇加熱滅菌、實(shí)罐滅菌
3、過(guò)濾除菌
4、放射線滅菌
二、常用的消毒劑
理想的消毒劑：殺菌力強(qiáng)，使用方便；價(jià)廉；對(duì)人、畜無(wú)害；能長(zhǎng)期保存；溶解度大；無(wú)腐蝕性等。
消毒劑種類：氧化劑、重金屬鹽、有機(jī)化合物
相對(duì)藥效：
三、影響滅菌與消毒因素
1、微生物種類
2、培養(yǎng)基
3、消毒劑
4、環(huán)境因素
5節(jié)：化學(xué)療劑對(duì)微生物作用
能直接干擾病原微生物的生長(zhǎng)繁殖并可用于治療感染性疾病的化學(xué)藥物。
化學(xué)療劑能選擇性地作用于病原微生物新陳代謝的某個(gè)環(huán)節(jié)，使其生長(zhǎng)受到抑制或致死。
一、抗代謝物
結(jié)構(gòu)上類似，競(jìng)爭(zhēng)性地與酶結(jié)合，只有當(dāng)正常代謝物量少或不存在時(shí)才起作用。
最常用的是磺胺類藥物。是氨苯磺胺衍生物，其結(jié)構(gòu)與對(duì)氨基苯甲酸（PABA）類似，而PABA是葉酸分子組成。葉酸是輔酶，在氨基酸、維生素合成中起重要作用，許多細(xì)菌需自己合成葉酸，而人和動(dòng)物利用現(xiàn)成葉酸，因此不受磺胺干擾。
還有異煙肼rimifon，是吡哆醇對(duì)抗物。
二、抗生素
作用范圍：抗菌譜
作用位點(diǎn)：
1、抑制細(xì)胞壁合成：青霉素，多氧霉素
2、影響細(xì)胞膜功能：多肽類，多烯類
3、干擾蛋白合成：抑制而非殺死
4、阻礙核酸合成：對(duì)細(xì)胞有毒
三、微生物抗藥性
對(duì)藥物的適應(yīng)性即是抗藥性。
抗藥性主要表現(xiàn)（產(chǎn)生機(jī)制）
1、菌體內(nèi)產(chǎn)生鈍化或分解藥物的酶
2、改變膜的透性而導(dǎo)致抗藥性產(chǎn)生
3、被藥物作用的部位發(fā)生改變
4、形成救護(hù)途徑。
五章：微生物遺傳
遺傳heredity—親代將其特有的生物學(xué)特性傳遞給子代。
遺傳性—子代總保持與親代相同的生物學(xué)特性。
遺傳型genotype—生物體所具有的全套遺傳物質(zhì)總稱。又稱基因型。
表型phenotype—特定環(huán)境中生物體表現(xiàn)出的種種形態(tài)與生理特征。
變異variation— 遺傳型的改變。
適應(yīng)或飾變modification—表型的改變。
基因—指帶有足以決定一個(gè)蛋白質(zhì)全部組成所需信息的最短DNA片段。
菌株&克隆—指一組遺傳型相同的細(xì)胞群。
微生物在遺傳上特點(diǎn)：
1、微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，營(yíng)養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系。
2、很多常見(jiàn)微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長(zhǎng)繁殖。
3、對(duì)環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強(qiáng)。大多是無(wú)性生殖，變異易保留。
1節(jié)：遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)
一、證明經(jīng)典實(shí)驗(yàn)
（一）轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)
1928，Griffith首次發(fā)現(xiàn)Streptococcus pneumoniae的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。
1944，Avery等在離體條件下重復(fù)這一實(shí)驗(yàn)，并對(duì)轉(zhuǎn)化本質(zhì)進(jìn)行了研究。
終于證明了DNA是遺傳物質(zhì)。
Griffith轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：
Avery轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)
（二）噬菌體T2的感染實(shí)驗(yàn)
1952，Hershey & Chase 用E. coli, phage T2做材料，利用同位素示蹤法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
蛋白質(zhì)只含S不含P，DNA只含P不含S，分別用35S、32P標(biāo)記E. coli, 用T2感染，得到35ST2、32PT2。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程（插入）
（三）病毒拆開(kāi)與重建實(shí)驗(yàn)
1956，F(xiàn)raenkel & Conrat 用TMV（煙草花葉病毒）和HRV（霍氏車前病毒）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明遺傳信息在RNA中。
（插入）
二、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中存在方式
（一）細(xì)胞水平
（二）核水平（plasmid）
（三）染色體水平
（四）核酸水平
（五）基因水平（遺傳功能單位）
（六）密碼子水平（遺傳信息單位）
（七）核苷酸水平（最低突變或交換單位）
染色體外遺傳物質(zhì)—質(zhì)粒
染色體外，獨(dú)立存在的，能自主復(fù)制的遺傳物質(zhì)。
雙股環(huán)狀DNA，可游離存在，也可整合到宿主DNA上。
吖啶類染料、高溫、某些離子作用可消除質(zhì)粒。
附加體episome：質(zhì)粒插入到染色體上和染色體一起復(fù)制。
質(zhì)粒種類
1、F因子（致育因子）：大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)，含質(zhì)粒為F+（♂）；無(wú)質(zhì)粒為F-（♀）；質(zhì)粒DNA整合到染色體上為Hfr.
2、R因子（耐藥性）：痢疾桿菌，多價(jià)耐藥性，耐藥信息攜帶在質(zhì)粒上。
3、Col因子（大腸桿菌素產(chǎn)生因子）
4、青霉素酶質(zhì)粒
5、Ti質(zhì)粒（誘癌質(zhì)粒）：植物根癌，植物基因工程重要載體。
6、降解質(zhì)粒：Pseudomonas
隱蔽質(zhì)粒、表達(dá)質(zhì)粒、分泌質(zhì)粒等。 ←
2節(jié)：基因突變
突變mutation—遺傳物質(zhì)核酸中的核苷酸順序突然發(fā)生了可遺傳的變化。
包括基因突變（點(diǎn)突變）—由于DNA鏈上的一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基發(fā)生改變而引起。
染色體畸變—DNA的大段變化現(xiàn)象，表現(xiàn)為插入、缺失、重復(fù)、易位、倒位。
由于重組或附加體等外源遺傳物質(zhì)的整合而引起的DNA改變，不屬突變范圍。

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