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绝大多数微生物对人和动物是有益的,已广泛应用于农业、食品、医药、酿造、化工、制革、石油等行业,发挥了越来越重要的作用。
例如与我们日常生活密切相关的如酸奶、酒类、抗生素、疫苗等。
2.微生物的危害
微生物中也有一部分能引起人及动、植物发生病害,这些具有致病性的微生物,称为病原微生物。
如人类的许多传染病(感冒、伤寒、痢疾、结核、脊髄灰质炎、病毒性肝炎等),均是由病原微生物引起的。
从药品生产的卫生学而言,微生物对药品的原料、生产环境和成品的污染是造成生产失败、成品不合格的重要因素。
第二章微生物的类群和形态结构
一.细菌
细菌是一类细胞细而短、结构简单、细胞壁坚韧,以二分裂方式无性繁殖的原核微生物,分布广泛。
1.细菌的形态与结构
观察细菌最常用的仪器是光学显微镜,其大小可以用测微尺在显微镜下测量,一般以微米为单位。
细菌按其形态不同,主要分为球菌、杆菌和螺形菌三类。
(1)球菌多数球菌直径在1微米左右,外观呈球形或近似球形。
由于繁殖时分裂平面不同可形成不同的排列方式,分为双球菌、链球菌、葡萄球菌等。
(2)杆菌形态多数呈直杆状,也有的菌体稍弯,多数呈分散存在,也有的呈链状排列,分为棒状杆菌、链状杆菌、球杆菌等。
(3)螺形菌菌体弯曲,呈弧形或螺旋形。
如幽门螺杆菌。
细菌虽小,仍具有一定的细胞结构和功能。
细胞壁、细胞膜、细胞质和核质等各种细菌都有,是细菌的基本结构。
2.细菌的繁殖
二分裂繁殖是细菌最普遍、最主要的繁殖方式。
在分裂前先延长菌体,染色体复制为二,然后垂直于长轴分裂,细胞赤道附近的细胞质膜凹陷生长,直至形成横隔膜,同时形成横隔壁,这样便产生两个子细胞。
细菌生长速度很快,一般约20min分裂一次。
若按此速度计算,细菌群体将庞大到难以想象的程度。
但事实上由于细菌繁殖中营养物质的逐渐消耗,有害代谢产物的逐渐积累,细菌不可能始终保持高速度的无限繁殖。
经过一段时间后,细菌繁殖速度逐渐减慢,死亡菌数增多,活菌增长率随之下降并趋于停滞。
3.细菌的菌落
单个或少数细菌细胞生长繁殖后,会形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见、有一定形态构造的子细胞集团,这就是菌落。
细菌菌落常表现为湿润、粘稠、光滑、较透明、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位颜色一致等。
二.真菌
真菌是一类有细胞壁,无叶绿素,以寄生或腐生方式生存,少数为单细胞,多数为多细胞,能进行无性或有性繁殖的一类真核细胞型微生物。
真菌包括单细胞与多细胞两类。
单细胞真菌呈圆形或卵圆形,称为酵母菌;
多细胞真菌由菌丝和孢子组成,并交织成团,称丝状菌或霉菌。
真菌生长的最适的温度为22~28℃,最适的pH值为4~6。
其繁殖能力强,但生长速度比细菌慢,常需1-4周才形成菌落。
真菌对热的抵抗力不强,一般加热60~70℃1小时即被杀死,但对干燥、日光、紫外线和一些化学消毒剂有抵抗力,但对2.5%碘酒、10%甲醛则较敏感。
1.霉菌
霉菌是丝状真菌的俗称,意即"
发霉的真菌"
,它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体,但又不象蘑菇那样产生大型的子实体。
(1)霉菌的形态、大小和结构
构成霉菌营养体的基本单位是菌丝。
菌丝是一种管状的细丝,把它放在显微镜下观察,很像一根透明胶管,它的直径一般为3-10微米,比细菌的细胞约粗几倍到几十倍。
菌丝可伸长并产生分枝,许多分枝的菌丝相互交织在一起,就叫菌丝体。
(2)霉菌的繁殖
霉菌有着极强的繁殖能力,而且繁殖方式也是多种多样的。
在自然界中,霉菌主要依靠产生形形色色的孢子进行繁殖。
孢子有点像植物的种子,不过数量特别多,特别小。
霉菌的孢子具有小、轻、干、多,以及形态色泽各异、休眠期长和抗逆性强等特点,每个个体所产生的孢子数,经常是成千上万的,有时竟达几百亿、几千亿甚至更多。
这些特点有助于霉菌在自然界中随处散播和繁殖。
对人类的实践来说,孢子的这些特点有利于接种、扩大培养、菌种选育、保藏和鉴定等工作,对人类的不利之处则是易于造成污染、霉变和易于传播动植物的霉菌病害。
(3)霉菌的菌落
由于霉菌的菌丝较粗而长,因而霉菌的菌落较大,有的霉菌的菌丝蔓延,没有局限性。
菌落质地一般比较疏松,外观干燥,不透明,呈现或紧或松的蛛网状、绒毛状或棉絮状;
菌落与附着物的连接紧密,不易挑取;
菌落正反面的颜色和边缘与中心的颜色常不一致。
2.酵母菌
酵母菌在自然界中分布很广,尤其喜欢在偏酸性且含糖较多的环境中生长,例如,在水果、蔬菜、花蜜的表面和在果园土壤中最为常见。
(1)酵母菌的形态、大小和结构
酵母菌是单细胞真核微生物。
酵母菌细胞的形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等。
比细菌的单细胞个体要大得多,一般为1-5微米×
5-30微米。
酵母菌具有典型的真核细胞结构,有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等。
(2)酵母菌的繁殖
酵母菌有多种繁殖方式,包括无性繁殖和有性繁殖。
有人把只进行无性繁殖的酵母菌称作"
假酵母"
,而把进行有性繁殖的酵母菌称作"
真酵母"
。
(3)酵母菌的菌落
大多数酵母菌的菌落特征与细菌相似,但比细菌菌落大而厚,菌落表面光滑、湿润、粘稠,容易挑起,菌落质地均匀,正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一,菌落多为乳白色,少数为红色,个别为黑色。
三.病毒
病毒属非细胞型微生物,在自然界分布非常广泛,可在人、动物、植物、真菌和细菌中寄居并引起感染。
病毒是体积最小、结构最简单的微生物,它仅有一种核酸(DNA或RNA)作其遗传物质。
病毒必须在宿主活细胞内寄生,依靠细胞提供的能量、营养物质及生物大分子合成机制,完成病毒的复制过程。
病毒与人类的关系极为密切,人类的传染病约75%是由病毒引起的。
有些病毒传染性强,可引起世界大流行(如流感、艾滋病等)。
1.病毒的大小、形态和结构
病毒体积微小,大多数病毒只有采用电子显微镜将其放大数千、数万倍才能看见。
病毒的形态不一,基本可归纳为三种:
杆状、球状和这两种形态结合的复合型。
病毒没有细胞构造,病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白质,在宿主细胞协助下,通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖。
病毒的结构通常有螺旋对称型、20面体立体对称型和复合对称型。
2.病毒的增殖
病毒只有在宿主的活细胞里才能进行增殖。
病毒的增殖不是二分裂方式,而是以其基因组为模板,藉DNA多聚酶或RNA多聚酶以及其它必要因素,经过复杂的生化合成过程,复制出病毒的基因组。
此时宿主细胞的生化合成受到抑制,病毒基因则经过转录、翻译等过程,产生大量病毒蛋白质,再经过装配,最终释放出子代病毒。
病毒这种以核酸分子为模板进行增殖的方式称为自我复制。
3.理化因素对病毒的影响
(1)物理因素
①温度多数病毒耐冷不耐热。
在干冰温度(-70℃)和液氮温度(-196℃)下,病毒感染性可保持数月甚至数年。
在50~60℃30分钟,100℃几秒钟即可灭活。
②pH多数病毒在pH5~9范围内稳定,强酸或强碱条件下可被灭活。
③射线X射线、γ射线和紫外线都能灭活病毒。
(2)化学因素
主要有化学消毒剂、抗生素及中草药等。
除强酸、强碱消毒剂外,酚类、氧化剂、卤素类、醇类等对病毒均有灭活作用。
例如2003年非典时期,大家都用84、过氧乙酸等来消毒,84的主要成分就是次氯酸钠,就是刚才所说的卤素类消毒剂,而过氧乙酸的就是冰醋酸和过氧化氢按一定比例混合制成的,属于强酸加氧化。
第三章微生物的营养
一.微生物的营养要求
微生物生长繁殖所需的营养物质主要有水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。
1.水
水是各种生物细胞必需的。
水是良好的溶剂,微生物的新陈代谢过程中的一切生化反应都离不开水的作用。
2.碳源
碳源是合成菌体成分的原料,也是微生物获取能量的主要来源。
整体上看来,微生物可以利用的碳源范围极广,分为有机碳源和无机碳源两大类。
凡必须利用有机碳源的微生物就是异养微生物,凡能利用无机碳源的微生物就是自养微生物。
糖类是最广泛利用的碳源。
3.氮源
氮源主要是供给合成菌体结构的原料,很少作为能源利用。
与碳源相似,微生物作为一个整体来说,能利用的碳源种类十分广泛。
某些微生物(如固氮菌)能利用空气中分子态的氮或利用无机氮化物如铵盐、硝酸盐合成有机氮化物。
4.无机盐类
无机盐主要可为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素。
微生物需要的无机盐类很多,主要有P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe等,其主要功能为构成菌体成分;
调节渗透压;
作为某些酶的成分,并能激活酶的活性等。
5.生长因子
有些微生物虽然供给它适合的碳源氮源和无机盐类,仍不能生长,还要供给一定量的所谓“生长因子”。
其种类很多,主要是B族维生素的化合物等。
生长因子可以从酵母浸出液、血液或血清中获得。
二.微生物的营养类型
根据微生物对碳源的要求不同,可将其分为自养菌和异养菌两大营养类型。
凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的,叫自养菌;
不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌体内有机碳化物的,为异养菌。
根据其生命活动所需能量的来源不同,可分为光能营养菌和化能营养菌。
前者是从光线中获得能量,后者则从化学物质氧化中取得能量。
因此,根据微生物所需的碳源和能源不同,可将微生物分为光能自养菌、光能异养菌、化能自养菌、化能异养菌等四类。
第四章消毒与灭菌
下列术语常用于表示物理或化学方法对微生物的杀灭程度。
消毒:
杀死物体上病原微生物的方法,并不一定能杀死含细菌的芽胞。
消毒所用的试剂称为消毒剂。
灭菌:
杀灭物体上所有微生物的方法。
灭菌比消毒要求高,包括杀灭细菌芽孢在内的全部病原微生物和非病原微生物。
抑菌:
抑制体内或体外细菌的生长繁殖。
常用的抑菌剂为各种抗生素,可抑制细菌的繁殖。
防腐:
防止或抑制体外细菌生长繁殖的方法,细菌一般不死亡。
同一种化学药品在高浓度时为消毒剂,低浓度时常为防腐剂。
消毒与灭菌的方法一般可分为物理学方法和化学方法两大类。
一.物理消毒灭菌法
用于消毒灭菌的物理因素有热力、辐射、过滤等。
1.热力灭菌法
高温对细菌具有明显的致死作用,因此最常用于消毒与灭菌。
多数无芽孢的细菌经55~60℃作用30~60分钟后死亡。
经80℃湿热5~10分钟可杀死所有细菌繁殖体、真菌和酵母菌。
细菌芽孢对高温有很强的抵抗力,例如炭疽芽孢杆菌的芽孢,耐受5~15分钟的煮沸,而肉毒梭菌的芽孢则需煮沸3~5小时才死亡。
热力灭菌法分干热灭菌和湿热灭菌两大类,相同温度下,后者的灭菌效力比前者大。
2.辐射灭菌法
(1)紫外线作用于DNA,使细菌DNA的复制和转录受到干扰,导致细菌变异或死亡。
常用于室内的空气消毒。
(2)电离辐射对各种细菌均有致死作用。
常用于大量一次性医用塑料制品的消毒和食品的消毒。
(3)微波是一种波长为1mm~1m的电磁波,可穿透玻璃、塑料薄膜及陶瓷等物质,但不
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