3.1 微生物营养

3.1.1 微生物的营养要求

3.1.2 微生物的营养类型

3.2 微生物生长繁殖

3.2.1 微生物的生长繁殖

3.2.2 微生物的生长繁殖方式

3.3 微生物生长繁殖的控制

3.3.1 影响微生物生长的因素

3.3.2 控制微生物的化学因素

3.3.3 控制微生物的物理因素

第3章：微生物生长繁殖

3.1 微生物营养

3.1.1 微生物的营养要求

3.1.2 微生物的营养类型

3.2 微生物生长繁殖

3.2.1微生物的生长繁殖

3.2.2 微生物的生长繁殖方式

3.3 微生物生长繁殖的控制

3.3.1影响微生物生长的因素

3.3.2 控制微生物的化学因素

3.3.3 控制微生物的物理因素

第3章：微生物生长繁殖

3.1 微生物营养

微生物细胞

水：70%‐90%

干物质有机物

无机物（盐）

细胞的化学元素组成：

主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等

微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等

成分 细菌 酵母 真菌

碳 48 (46-52) 48 (46-52) 48 (45-55)

氮 12.5 (10-14) 7.5 (6-8.5) 6 (4-7)蛋白质 55 (50-60) 40 (35-45) 32 (25-40)

糖类 9 (6-15) 38 (30-45) 49 (40-55)

脂类 7 (5-10) 8 (5-10) 8 (5-10)

核酸 23 (15-25) 8 (5-10) 5 (2-8)

灰分 6 (4-10)

磷 1.0-2.5

硫、镁 0.3-1.0

钾、钙 0.1-0.5

钠、铁 0.01-0.1

锌、铜、锰 0.001-0.01

微生物细胞中各种有机物和元素含量(%干重)

3.1 微生物营养

根据微生物细胞的化学组成及其各组成部分的生理功能，所需营养物质可分为六大类型：

碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子、水

微生物的营养物质：

3.1.1 微生物的营养要求3.1 微生物营养

碳源

有机碳化物

无机碳化物

C·H·O·N·X 复杂蛋白质),核酸

C·H·O·N 多数氨基酸,简单蛋白质

C·H·O 糖,有机酸,醇,脂C·H 烃

氮源

C·O CO2C·O·X NaHCO3, CaCO3

碳源

3.1.1 微生物的营养要求3.1 微生物营养

碳源谱

无机碳源为主要或唯一碳源有机碳源

异养微生物 自养微生物

最适碳源

糖类优于其它化合物

单糖优于双糖、多糖

己糖优于戊糖

葡萄糖、果糖优于其它己糖

3.1.1 微生物的营养要求3.1 微生物营养

氮源：

氮源

有机氮化物

无机氮化物

N·C·H·O·X 复杂蛋白质(牛肉膏,蛋白胨等),核酸

N·C·H·O 尿素,氨基酸,简单蛋白质

N·H NH3, NH4+

N·O NO3−

N N2

3.1.1 微生物的营养要求3.1 微生物营养

异养型生物

从外界吸收现成的氨基酸作氮源

从尿素、铵盐、硝酸盐、N2合成氨基酸

人、动物、大多异养微生物 植物、部分微生物

廉价氮源转化成优质蛋白，如单细胞蛋白（SCP)等，扩大

人类食物来源，解决人口增长和土地、粮食短缺的矛盾

3.1.1 微生物的营养要求3.1 微生物营养

自养型生物氨基酸

能源谱

化学物质

（化能营养型）

光能

（光能营养型）

有机物：化能异养微生物能源（同碳源）

无机物：化能自养微生物能源（不同于碳源）

光能自养 / 异养微生物的能源

能源:

3.1.1 微生物的营养要求 3.1 微生物营养

无机盐:

3.1.1 微生物的营养要求3.1 微生物营养

生理功能：主要是生物体中各种酶的辅基和辅酶

生长因子：正常代谢必不可少、不能用简单的碳源或氮

源自身合成或合成量不足的有机化合物。如维生素, 氨基

酸，嘌呤/嘧啶碱基, 卟啉, 甾醇等

3.1.1 微生物的营养要求3.1 微生物营养

只有少数微生物(蓝细菌)利用水中的氢作为还原CO2时的还原剂, 大多数微生物不是利用水作为营养物质

水在生物体内的含量

水在细胞中的功能

水

3.1.1 微生物的营养要求3.1 微生物营养

水活度值:

几种微生物生长的最适aw

微生物 aw

一般细菌酵母菌霉菌

嗜盐细菌嗜盐真菌

嗜高渗酵母

0.910.880.800.760.650.60

水

3.1.1 微生物的营养要求3.1 微生物营养

微生物与动植物营养物质的比较

动物（异养）

微生物 绿色植物（自养）异养 自养

碳源 有机碳化物（糖类、脂肪）

有机碳化物（糖、醇、有机酸等）

二氧化碳、碳酸盐等

二氧化碳

氮源 有机氮化物（蛋白质及其降解物）

有机氮化物（蛋白质及其降解物）

无机氮化物、氮

无机氮化物、氮

无机氮化物

能源 与碳源同 与碳源同 氧化无机物或利用光能

利用光能

无机盐 无机盐 无机盐 无机盐 无机盐

生长因子

维生素 有些需要维生素等生长因子

不需要 不需要

水分 水 水 水 水

3.1.1 微生物的营养要求3.1 微生物营养

3.1.2 微生物的营养类型3.1 微生物营养

化能异养型

生长所需能量均来自有机物氧化放出的化学能

生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖

类、纤维素、有机酸等

电子供体也是有机化合物

3.1.2 微生物的营养类型3.1 微生物营养

化能自养型

生长所需要的能量来自无机物氧化放出的化学能

以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利

用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作为电子供体使CO2

还原成细胞物质

3.1.2 微生物的营养类型3.1 微生物营养

光能异养型

不能以CO2为主要或唯一的碳源

以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质

在生长时大多数需要外源的生长因子

3.1.2 微生物的营养类型3.1 微生物营养

光能自养型

• 能以CO2为唯一或主要碳源

• 以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还

原为细胞物质

• 进行光合作用获取生长所需要的能量

3.1.2 微生物的营养类型3.1 微生物营养

化能自养型化能异养型

化能营养型

光能异养型

生物

能源氧化还原反应

光能营养型

碳源 碳源

光能自养型

光

有机化合物 二氧化碳 有机化合物 二氧化碳

不同营养类型之间的界限并非绝对

3.1 微生物营养

3.1.1 微生物的营养要求

3.1.2 微生物的营养类型

3.2 微生物生长繁殖

3.2.1 微生物的生长繁殖

3.2.2 微生物生长繁殖的方式

3.3 微生物生长繁殖的控制

3.3.1影响微生物生长的因素

3.3.2 控制微生物的化学因素

3.3.3 控制微生物的物理因素

第3章：微生物生长繁殖

生长：一个量变过程

繁殖：一个质变过程

高等生物中，

明显分开的

2个过程

微生物学中，生长定义为细胞数目的增加

3.2 微生物生长繁殖

细菌、古菌、真菌等都表现有生长的特征

病毒不具有生长的模式，只是能够在活细胞中增殖

3.2.1 微生物的生长繁殖

（1）细菌的生长与繁殖

3.2.2 微生物的生长繁殖的方式3.2 微生物生长繁殖 2.4 Other bacteria

原体侵染宿主细胞

吞噬作用

转化为网状体网状体复制

转化为原体

原体的释放

衣原体：

蛭弧菌入侵大肠杆菌早期

入侵完成

蛭弧菌：

子细胞释放的数量与被捕食细胞大小有关

蓝细菌：

unicellular 单细胞 colonial  聚球状 filamentous 丝状

3.2 微生物生长繁殖

Hormogonia（链丝段,连锁体）

丝状蓝细菌的生长繁殖：

3.2 微生物生长繁殖

放线菌：

繁殖方式

无性孢子

菌丝断裂

3.2 微生物生长繁殖

链霉菌： （2）真菌的生长与繁殖

霉菌的繁殖方式

无性孢子

有性孢子

菌丝片断

3.2 微生物生长繁殖

（3）病毒的复制

3.2 微生物生长繁殖

3.1 微生物营养

3.1.1 微生物的营养要求

3.1.2 微生物的营养类型

3.2 微生物生长繁殖

3.2.1 微生物的生长繁殖

3.2.2 微生物生长繁殖的方式

3.3 微生物生长繁殖的控制

3.3.1 影响微生物生长的因素

3.3.2 控制微生物的化学因素

3.3.3 控制微生物的物理因素

第3章：微生物生长繁殖

化学因素：培养基组成及浓度，CO2分压

物理因素：环境物理条件、培养条件

两大类影响因素：

温度

pH渗透压、水活度

氧气

3.3.1 影响微生物生长的因素

3.3 微生物生长繁殖的控制

最低生长温度 (minimum) 最适生长温度 (optimum)最高生长温度 (maximum)

（1）温度的影响

温度的三基点

甲壳纲动物

嗜冷生物

嗜温生物

嗜热生物 嗜高温生物

微生物可生长温度范围的广泛性

最低 最适 最高

0℃以下 4℃ 15℃以下

最低 最适 最高

10 ℃以下 39 ℃ 50 ℃以下 最低 最适 最高

42 ℃ 60 ℃ 70 ℃以下

最低 最适 最高

65 ℃ 88 ℃ 100 ℃以下

最低 最适 最高

90 ℃ 106 ℃ 115 ℃以下

一般微生物生长的pH范围

微生物 最低pH 最适pH 最高pH

细菌 3-5 6.5-7.5 8-10

酵母菌 2-3 4.5-5.5 7-8

霉菌 1-3 4.5-5.5 7-8

（2）pH的影响

3.3.1 影响微生物生长的因素3.3 微生物生长繁殖的控制

嗜酸微生物

嗜碱微生物

（2）pH的影响

（3）渗透压的影响

∼15%

3.3.1 影响微生物生长的因素3.3 微生物生长繁殖的控制

相容性溶质(compatible solutes)

（3）渗透压的影响

3.3.1 影响微生物生长的因素3.3 微生物生长繁殖的控制

（4）氧气的影响

3.3.1 影响微生物生长的因素3.3 微生物生长繁殖的控制

好氧 厌氧 微好氧兼性 耐氧

有氧带

无氧带

O2对一切生物都会产生有毒害作用的代谢产物（毒性氧）

（4）氧气的影响

3.3 微生物生长繁殖的控制

对毒性氧起作用的酶

过氧化氢酶

过氧化物酶

超氧化物岐化酶 SOD

超氧化物还原酶

（4）氧气的影响 3.3.2 控制微生物的化学因素

3.3 微生物生长繁殖的控制

抗微生物剂

外用抗微生物剂

用于体内的抗微生物剂

能够杀死或抑制微生物生长的化学物质

常用外用化学抗微生物剂：

灭菌：杀灭或消除所有的生物及其病毒

消毒：消除非生命物体或生命体表面的病原微生物

（不一定消除所有微生物）

防腐：抑制微生物的生长繁殖

3.3.2 控制微生物的化学因素

3.3 微生物生长繁殖的控制

作用浓度、作用时间、作用方式的不同, 可作为灭菌剂

和消毒剂

70-75%乙醇

5%苯酚，来苏儿（2%甲酚皂）

常用外用化学抗微生物剂：

碘：

碘酊（即碘酒）

碘伏

常用外用化学抗微生物剂：

氯气、漂白粉等含氯化合物

H2O2

O3

常用外用化学抗微生物剂：

3.3 微生物生长繁殖的控制

汞，红汞，汞溴红

常用外用化学抗微生物剂：

3.3 微生物生长繁殖的控制

注红药水西瓜？2006年（膨大剂、催熟剂 ）

甲醛

常用外用化学抗微生物剂：

环氧乙烷

常用外用化学抗微生物剂：

化学治疗剂：体内使用控制疾病感染发生的抗微生物剂

化学治疗剂

人工合成药剂

天然产物：抗生素

用于体内的抗微生物剂

选择性毒性

3.3.2 控制微生物的化学因素

3.3 微生物生长繁殖的控制

化学治疗剂抗菌谱

托普霉素磺胺药物

头孢菌素

异烟肼

放线(菌)酮

3.3.2 控制微生物的化学因素3.3 微生物生长繁殖的控制

合成药剂

磺胺类药物：对‐氨基苯磺酰胺

Sulfa drugs 磺胺药

抗生素的作用靶点

天然产物：抗生素：临床使用的抗生素大部

分来源于细菌、真菌的代谢产物

3.3 微生物生长繁殖的控制

抗药性: 即微生物获得抵抗化学治疗剂的能力，对药物不敏感

微生物抗药性产生原因：

细胞质膜透性改变,使药物不进入细胞或进入细胞后被细胞

主动排出

药物作用靶位点改变

合成了修饰抗生素的酶，使抗生素变成非活性形式

抗性菌株发生遗传变异，使抗生素所抑制的代谢途径改变

抗生素药物抗性

3.3 微生物生长繁殖的控制

β‐内酰胺酶

例：青霉素抗性

3.3 微生物生长繁殖的控制

抗生素的使用量和抗性菌株百分比

Relationship between antibiotic use and the percentage of antibiotic‐resistant bacteria isolated from diarrheal (腹泻) patients  

微生物抗药性对策

确诊疾病使用的药物必须完成治疗周期，疗程结束

后立即停止药物使用

避免或尽快停止不确诊情况下的药物治疗

尽量少用新型药物，防止新的抗药性出现获得

对现有药物进行改造

筛选新的更有效的药物新药研发主要途径

3.3.2 控制微生物的化学因素

3.3 微生物生长繁殖的控制

3.3.3 控制微生物的物理因素

3.3 微生物生长繁殖的控制

杀灭或抑制微生物的

物理因素

温度

辐射作用

过滤

渗透压

干燥

灭菌

除菌

抑制

高压蒸汽灭菌

高温干热灭菌

高温灭菌

3.3 微生物生长繁殖的控制

巴氏瞬时消毒法

牛奶超高温瞬时消毒法

Bulk pasteurization (巴氏批量消毒法

Pasteurization (巴氏消毒法) :不等于灭菌，是减

少热敏感食品中微生物含量的过程

3.3 微生物生长繁殖的控制

煮沸消毒：煮沸15-20分钟，适用于毛巾等棉布类、某些儿童玩具、

间歇灭菌： 100℃，30分

28-37℃,24hr

100℃，30分

28-37℃,24h

100℃，30分

3.3 微生物生长繁殖的控制

过滤除菌

辐射灭菌：

微波

紫外线

X射线、γ射线

3.3 微生物生长繁殖的控制

辐射灭菌：

消毒和灭菌：

食品

药品

卫生用品

医疗器械

成本及危险性

3.3 微生物生长繁殖的控制