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曾经有一名的河南籍的SAIS患者在北京的医院救治,因其恐慌其极度的传染性,而逃离医院,政府四处张贴,寻找此人的下落。
SAIS的起因目前认为是由于人们吃食野生动物所引起的。
后来国家动员全国进行全国性的卫生运动。
另外以前的从未见过的新的疾病(如军团病、埃博拉病毒、霍乱O139新型菌、大肠杆菌O157新菌以及疯牛病等。
微生物学是:
研究在一定的条件之下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律极其应用的一门学科。
随着微生物学的不断发展,已经形成了基础的微生物学和应用的微生物学。
微生物的生长:
微生物的营养是微生物生理学的重要领域,主要研究内容是阐明营养物质在微生物生命活动过程中的生理功能,以及微生物细胞从外界环境汲取营养物质的具体的机制。
为了生存,微生物必须从环境中汲取营养物质,通过新陈代谢完成自身新的细胞物质或代谢物,并从中获取生命活动的必须的能量,同时将新陈代谢产生的废物排除体内。
那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质称为营养物质,而微生物获得和利用营养物质的过程称为营养。
营养物质是微生物生存的物质基础,而营养物质是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。
微生物的营养要求
一、微生物细胞的化学组成
1.化学的元素:
构成微生物细胞壁的物质基础是各种化学元素。
根据微生物对各种元素需要量的大小,可将他们分为主要元素和微量的元素,主要的元素包括:
碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等,碳、氢、氧、氮、磷、硫、这六种元素占细菌细胞干重的97%,微量的元素包括锌、锰、钠、氯、钼、钴、铜、钨、镍、硼等。
各种化学元素主要以无机物、有机物和水的形式存在于细胞中。
有机物主要是蛋白质、糖、脂、核酸、维生素以及他们的降解产物和一些代谢等物质。
其中水是细胞维持正常生命活动所必不可缺少的,一般占细胞重量的70~90%。
细胞湿重与干重之差为细胞含水量,常以百分比表示。
微生物需要的五种营养物质:
分别是碳源、氮源、无机盐、生长因子和水五大类。
碳源:
糖类、脂类、、蛋白质
氮源:
蛋白质及其不同程度的降解产物(胨、肽、氨基酸等)氨盐、硝酸盐、分子氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰氨、氰化物。
营养物质进入细胞
营养物质能否顺利的进入细胞的体内是维持细胞生长的关键:
主要的营养因素有3个:
1.营养物质本身的性质。
相对的分子质量、溶解性、电负性、极性等都影响营养物质进入细胞的难易程度。
2.微生物所处的环境。
温度通过影响营养物质的溶解度、细胞膜的流动性及运输系统的活动性来影响微生物的吸收能力。
3.微生物细胞的透过屏障。
营养物质的运输:
扩散、促进扩散、主动运输与膜泡运输。
真菌的生长与繁殖
一、丝状真菌的生长繁殖
丝状真菌的生长与繁殖的能力很强。
1.断裂繁殖
2.无性孢子繁殖
3.有性孢子繁殖
环境对生长的影响及生长的测定
生长是微生物同环境相互作用的结果。
微生物在培养的过程中,环境的变化会对微生物的生长产生很大的影响。
这种的影响通过培养一定时期的生长量变化反映出来,因此生长量的测定成为衡量环境的一个重要的内容。
一、影响微生物生长的主要因素有营养物质、水的活性、温度、PH和氧等。
影响微生物生长的主要因素有营养物质、水的活性、温度、PH和氧。
1.营养物质
营养物质的不足导致微生物的生长所需要的能量、碳、氮源、无机盐等成分不足,此时机体一方面降低或停止细胞物质的合成,避免能量的消耗,或者通过诱导合成特定的运输系统,充分的吸收环境中微量的营养物质以维持肌体的生存,另一方面机体对胞内某些非必要的成分或失效成分进行降解以重新利用,这些非必要成分是指胞内贮存的物质、无意义的蛋白质与酶、mRNA等。
例如:
在氮、碳源缺乏时,机体内蛋白质降解速率比正常的条件下的细胞增加了7倍,同时减少tRAN的合成和降低DNA复制的速率,导致生长的停止。
2.水的活性
水是机体中重要的组成成分,,他是一种起者溶剂和运输介质作用的物质,参与机体内水解、缩合、氧化与还原反应的在内的整个化学反应,并在维持蛋白质等大分子的稳定的天然状态上起着重要的作用。
微生物生长的过程当中,对培养基的Aw有一定的要求,每种微生物的生长都有最合适的aw,高于或低于所要求的Aw值,都会影响培养基的渗透压的变化而影响微生物的生长速率,微生物不同,生长所需要的最合适Aw值也不同。
3.温度
根据微生物生长的最适合温度不同,可以将微生物分为嗜冷、兼性嗜冷、嗜温和超嗜热等五种不同类型。
他们都有自己的最低、最适和最高生长温度范围。
温度的变化都会对每种生物类型微生物的代谢过程产生影响,通过改变他们生长的速率,以适应温度变化而生存。
温度对微生物的生长影响的具体表现在:
1影响酶的活性,微生物的生长过程中所发生的一系列化学反应绝大多数是在特定酶催化下完成的,每种酶都有最适的酶促反应温度,温度变化影响酶促反应速率,最终影响细胞物质的合成2.影响细胞质膜的流动性,温度高流动性大,有利于物质的运输,温度低流动性降低,不利于物质的运输,因此温度的变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌;
3影响物质的溶解度,物质只有溶于水才能被机体吸收或分泌,除气体以外,温度上升物质的溶解度增加,温度降低物质的溶解度降低,最终影响微生物的生长。
4.pH
微生物的生长过程中机体内发生的绝大多数的反应是酶促反应,而酶促反应需要一个最适合pH范围,而在此范围内只要条件适合,酶促反应速率最高,微生物的生长速率最大,因此微生物的生长也有一个最适合的pH范围。
此外微生物的生长就被抑制,微生物不同生长的最适、最低与最高的pH范围也不同,
微生物最低pH最适pH最高pH
霉菌1~34.5~5.57~8
pH通过影响细胞质膜的透性、膜结构的稳定性和物质的溶解性或电离性来影响营养物质的吸收,从而影响微生物的生长速率。
质子是一种唯一不带电子的阳离子,他在溶液里能迅速的与水结合成水合氢离子。
在偏碱性的条件下,OH-占优势,水合氢离子和OH-对营养物质的溶解度和离解状态,细胞表面电荷平衡和细胞的胶体性质等方面均会产生重大的影响;
在酸性的条件下,H+可以与营养物质结合,并能从可交换的结合物或细胞表面置换出某些阳离子,从而影响细胞结构的稳定;
同时由于pH值较低,CO2溶解度降低,某些金属离子如:
Mn2+、Ca2+、Mo2+等溶解度增加,导致他们在溶液中的浓度增加,从而对机体产生不利的作用。
5.氧
根据氧气与微生物生长的关系可以将微生物分为好氧、微好氧、氧的忍耐型、兼性厌氧和专性厌氧物种类型。
微生物与氧的关系
微生物类型最适生长的O2体积分数
好氧等于或大于20%
微好氧2%~10%
氧的忍耐2%以下
兼性厌氧有氧或无氧
专性厌氧不需要氧、有氧时死亡
氧对于好氧微生物的生长虽然可以通过好氧呼吸产生更多的能量,但另一方面,氧对于一切的生物都会使其产生有毒害作用的代谢产物,如超氧基化合物与H2O2,这两种代谢的产物互相作用还会产生毒性很强的自由基OH.
O2+e-O2-
H2O2+O2-o2+OH-+OH.
自由基是一种很强的氧化剂,他与生物大分子的互相作用,可导致产生生物分子自由基,从而对机体产生损伤或突变作用,直至死亡。
氧之所以对专性厌氧微生物以外的其他四种类型微生物不产生致死作用,是因为他们具有超氧歧化酶可以催化O2.分解成H2O2,然后在H2O2酶作用下生成水。
2O2-.+2H+SODH2O2+O2
H2O2酶2H2O+O2
H2O2的毒性比O2-.弱,他可以使细胞内的其他代谢产物氧化而降低其毒性,目前所知H2O2酶不存于氧忍型和专性厌氧两类微生物。
微生物的生长繁殖的控制
在适宜的条件下,对生长期的微生物能以最大的比生长速率进行生长繁殖,产生大量的新个体。
每个E.coli细胞的重量虽然大约只有10-12g即百万分之一个百万分之一克,但是如果一个E.coli在肉汤培养基和在适宜的条件之下,培养48小时,产生的新个体的重量可以超过地球重量的4000倍。
实际上生长是微生物与环境相互作用的结果。
在自然界电离辐射、太阳、温度、湿度、营养物质消耗和代谢产物的累积等环境影响下,E.coli不可能以最大的生长比率无限制的生长下去,另外的菌体作用,本身的裂解而死亡,使细菌的数量不会无限制的增加。
因此,如何控制微生物的生长速率或消灭不必要的微生物,在实际的应用中具有重要的意义。
术语:
抑制、死亡、防腐、消毒、灭菌、化疗
一、控制微生物的化学物质
1.抗微生物剂
抗氧化剂是一类能够杀死微生物或抑制微生物的化学物质,合成或天然产物。
根据他们抗微生物的特性可分为:
1、)抑制剂,他们能抑制微生物的生长,但不能杀死他们
2、)杀菌剂,他们能杀死细胞,但不能使细胞裂解,由于他们是紧紧地结合到细胞的作用靶上,即使在浓度降低时也不能游离出来,因此生长不能恢复;
3、)溶菌剂,他们能通过诱导细胞裂解的方式杀死细胞。
抗微生物剂又称杀菌剂通常又分为:
消毒剂、和防腐剂
二、抗代谢物
三、抗生素:
是某些生物合成或半合成的一类次级代谢产物或衍生物,他们是能抑制其他微生物生长或杀死他们的化合物,他们主要是通过抑制细菌细胞壁合成,破坏细胞质膜作用于呼吸链以及干扰氧化磷酸化、抑制蛋白质和核酸的合成等方式来抑制微生物的生长或杀死他们。
控制微生物的物理因素
控制微生物的物理因素主要有:
温度,辐射、过滤、渗透压、干燥和超声波对微生物是抑制或杀灭作用。
1.高温灭菌
温度超过微生物的生长的最高温度或低于生长的最底温度微生物都会对微生物产生杀灭作用或抑制作用。
高压蒸汽灭菌的温度越高,微生物死亡越快。
衡量灭菌效果的指标之一是十倍致死时间,即在一定的温度下,微生物数量十倍减少所需的时间。
温度越高,十倍致死时间愈短。
另一种是:
热致死时间,即在一定的温度下,杀死所有某一种浓度微生物所需的时间。
煮沸消毒:
将消毒的物品用具在水中煮沸15min或更长时间,以杀死细菌或其他微生物的营养体和少部分的芽孢或孢子。
如果在水中适当加1%碳酸钠或2%~5%的石炭酸则杀菌效果更好。
还可使用间隙灭菌法灭菌,即流通蒸汽反复灭菌几次。
可以保证培养基的营养成分最大的保持。
对一些玻璃的器皿、金属用具等耐热物品还可以用干热灭菌法进行灭菌,但干热的灭菌时间比湿热灭菌温度高和时间长,如:
171度需要1小时,160度需要2小时,121度需要16小时等。
高压蒸汽灭菌适用于耐热材料的灭菌,对于牛奶及其热敏物质不适应,因为高热破坏了食品的营养与风味。
现在。
牛奶或其他液态食品一般都采用超高灭菌,即135~150度,灭菌2~6秒,即可达到杀菌和保质,缩短了时间,又提高了经济效益。
2.辐射作用
是利用电磁辐射产生的电磁波杀死大多数物质上的微生物的一种有效的方法。
用于灭菌的电磁波有微波、紫外线X射线和伽吗射线等。
3.过滤的作用
过滤除菌有三种类型。
一种:
两层的滤板,二种:
膜滤器,三种:
核孔过滤。
4.高渗作用(154)
食盐(浓度通常为10~15%)腌制的鱼、肉、食品就是通过加盐使新鲜鱼肉脱水,降低他们的活性,使微生物不能正常的生长。
新鲜的果脯就是加糖(浓度一般为50%~70%,降水果的aw数值,起到防腐的效果。
5.干燥
水是微生物细胞的重要成分,占细胞的90%以上,他参与细胞内的各种生理活动,因此说没有水就没有生命。
降低物质的含水量直至干燥,就可以抑制微生物的生长,防止食品、衣物的腐败、霉变。
因此干燥是保存各种物质的重要手段之一。
6.超声波
超声波处理微生物悬液时由于超声波探头的高频的率的振动,引起探头周围水溶液的高频率振动,当探头和水溶液两者的高频率振动不同步时能在溶液内产生空当即空穴,空穴内处于真空状态,只要悬液中的细菌接近或进入空穴区,由于细胞的内外的差别,导致细胞裂解,达到灭菌的目的,超声波的作用称为空穴作用。
另外是由于震动的过程当中,机械能变成热能,导致溶液的温度升高,使细胞产生热变性以抑制或杀死细菌。
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