外界因素对微生物的作用

第三节　外界因素对微生物的作用

利用物理、化学及生物因素可有效杀灭或防止大部分微生物。

消毒指杀灭物体中的病原微生物的方法。消毒只要求达到消除传染性的目的，而对非病原微生物及其芽胞、孢子并不严格要求全部杀死。如对牛奶进行巴氏消毒的目的在于杀灭其中的结核杆菌、布氏杆菌等病原。

灭菌指杀灭物体上所有的微生物（包括病原微生物和非病原微生物的繁殖体、芽胞和霉菌孢子）的方法，如高压蒸汽灭菌121℃15～20min、热空气灭菌160℃2～h。因此，灭菌比消毒的要求更高。

采取防止或杜绝任何微生物进入动物机体或其他操作目的物的方法，称为无菌法或无菌操作。例如，在生物安全柜内或酒精灯火焰上方进行的微生物学操作，都属于无菌操作。

防止或抑制微生物生长繁殖的方法为抑菌。许多药物在低浓度时只有抑菌作用，浓度增高或延长作用时间，则有杀菌作用。在固体培养基表面进行药物敏感性测定，在药敏纸片周围出现的无菌圈就是抑菌的结果。

一、物理因素对微生物的影响

对微生物影响较大的物理因素包括温度、辐射、干燥、超声波、微波、滤过等。

（一）温度

温度对微生物的生长发育起重要的作用，适宜的温度有利于微生物的生长，过高或过低温度都会影响微生物的生长，甚至死亡。

1.低温：多数细菌耐低温。在低温状态下，这些细菌的代谢减慢，故低温常用作保存菌种。实验室通常用4℃保存琼脂斜面菌种、-20℃及-70℃保存甘油冻存菌种。病毒材料可直接置低温下冷冻保存，无须加保护剂。

冷冻真空干燥（冻干）是保存菌毒种、疫苗、补体、血清等的良好方法，可使微生物及生物制剂数月至数年不失活。其原理是迅速冷冻，不形成冰晶，同时抽真空让固体冰中的水分子升华除去，封闭瓶口保存。例如，中国兽医药品监察所对外提供的细菌菌种就是冻干保存的。

2.高温：高温对微生物具有明显的致死作用，最常用于消毒和灭菌。高温灭菌法分干热灭菌和湿热灭菌两类。在同样的温度下，湿热的杀菌效果比干热好。

（1）干热灭菌法：包括火焰灭菌和热空气灭菌两类。

1）火焰灭菌法：分为灼烧和焚烧两种。灼烧主要用于接种环、试管口等耐烧物品，常在酒精灯火焰上方进行；焚烧常用于死于烈性疫病的动物尸体，如口蹄疫、高致病性禽流感等致死的动物尸体及污染的垫料等需要经动物焚尸炉焚烧，以消除传染性。

2）热空气灭菌法：利用干热灭菌器（如干烤箱）可对玻璃器皿、金属器具等高温下不损坏、不变质的物品进行灭菌。干热灭菌需在160℃维持2h，才能达到杀死所有微生物及其芽胞、孢子的目的。

（2）湿热灭菌法：常用的湿热灭菌包括煮沸灭菌、巴氏消毒、流通蒸汽灭菌和高压蒸汽灭菌四类。

1）煮沸灭菌法：煮沸10～20min可杀死所有细菌的繁殖体，芽胞常需煮沸1～2h才被杀死。水中加入1％碳酸钠，可促进芽胞的杀灭。煮沸法可用于饮水和一般器械（刀剪、注射器等）的消毒。

2）巴氏消毒法：以较低温度杀灭液态食品中的病原菌或特定微生物，而又不致严重损害其营养成分和风味的消毒方法，称为巴氏消毒法。由巴斯德首创，目前主要用于葡萄酒、啤酒、果酒及牛乳等食品的消毒。具体方法可分为三类，第一类为低温维持巴氏消毒法，在63℃～65℃保持30min；第二类为高温瞬时巴氏消毒法，在71℃～72℃保持s；第三类为超高温巴氏消毒法，在132℃保持1～2s。加热消毒后应迅速冷却至10℃以下，进一步促使细菌死亡，也有利于鲜乳等食品马上转入冷藏保存。

3）流通蒸汽灭菌法：利用蒸汽在蒸笼或流通蒸汽灭菌器内进行灭菌。100℃的蒸汽维持min，足以杀死细菌的繁殖体，但不能杀灭芽胞和霉菌孢子，取出物品后放37℃温箱过夜，使芽胞发育成繁殖体，次日再蒸一次，如此连续三次以上即可达到灭菌的目的。本法适用于不耐高温的营养物（如血清培养基）的灭菌。消毒物品的包装不宜过大、过紧，以利于蒸汽穿透。

4）高压蒸汽灭菌法：高压蒸汽灭菌在高压蒸汽灭菌器内进行，是应用最广泛、最有效的灭菌方法。在一个大气压下，蒸汽的温度只能达到100℃，当在一个密闭的金属容器内，继续加热，由于蒸汽不断产生而加压，随压力的增高其沸点温度也升至100℃以上，以此提高灭菌的效果。通常在103.kPa蒸汽压下，在121.3℃温度下维持15～min，即可杀死包括细菌芽胞在内的所有微生物，达到完全灭菌的目的。

（二）辐射

可见光和日光具有一定的杀菌作用。细菌的繁殖体在直射日光的照射下，数分钟到数小时就被杀死，如结核杆菌、布氏杆菌和沙门菌等。芽胞及孢子对日光照射的抵抗力比细菌的繁殖体大得多。

紫外线中波长200～nm部分具有杀菌作用，其中以265～nm段的杀菌力最强。紫外线的穿透力不强，即使是很薄的玻璃也不能透过，只能用于空间和物体表面的消毒，常用于微生物实验室、无菌室、手术室、传染病房、种蛋室等的空气消毒，或用于不能用高温或化学药品消毒物品的表面消毒。杀菌波长的紫外线对人体皮肤、眼睛均有损伤作用，使用时应注意防护。

放射性同位素的射线（即α、β、γ射线）和X射线可在常温下对不耐热的物品灭菌，用于消毒塑料注射器和导管等；亦能用于食品消毒而不破坏其营养成分。X射线的杀菌力不如紫外线，作用也较慢，一般认为X射线的波长愈短杀菌力愈强。α与β射线的电离辐射作用较强，具有抑菌或杀菌作用；γ射线的电离辐射作用弱，仅有抑菌作用。β与γ射线穿透力强。在实际工作中主要是X、γ和β射线，用于消毒、食品保藏和育种等方面。α射线因缺乏穿透力而不实用。

（三）干燥

微生物在干燥的环境中失去大量水分，其新陈代谢便会发生障碍，甚至引起菌体蛋白质变性和由于盐类浓度的增高而逐渐导致死亡。常用干燥法来保存食品、饲料、谷类、药材等。

（四）超声波

细菌和酵母菌在超声波作用下于几十分钟内死亡，大多数噬菌体和病毒对超声波也有一定的敏感性，但小型病毒对超声波不敏感，细菌的芽胞对超声波具有抵抗力。目前主要用于裂解细胞，提取细胞组分，研究其抗原、酶类、细胞壁的化学性质以及从组织内提取病毒等。超声波处理一般应在冰浴上进行。

（五）微波

微波的杀菌作用主要依靠微波的热效应来完成。微波照射多用于食品加工，还可用于非金属器械等的消毒。

（六）滤过

滤过除菌是通过机械阻留作用将液体或空气中的细菌等微生物除去的方法，适用于糖培养液、各种特殊的培养基、血清、毒素、抗毒素、抗生素、维生素、氨基酸等液体的滤过除菌。但滤过除菌常不能除去病毒、支原体以及L型细菌等。

利用空气过滤器可进行超净工作台、无菌隔离器、无菌操作室、实验动物室以及疫苗、药品、食品等生产中洁净厂房的空气滤过除菌。目前在微生物实验室常用的为滤膜滤器，孔径有0.22um和0.45um两种基本规格。

二、化学因素对微生物的影响

许多化学药物能够抑制或杀死微生物，已广泛用于消毒、防腐及治疗疾病。消毒剂与化学治疗剂不同，它在杀灭病原微生物的同时，对动物体的组织细胞也有损害作用，所以只能外用或用于环境的消毒，其中少数不被吸收的化学消毒剂亦可用于消化道的消毒；而化学治疗剂对于宿主和病原微生物的作用具有选择性，它们能阻碍微生物代谢的某些环节，使其生命活动受到抑制或使其死亡，而对宿主细胞毒副作用较小。因此，主要用于人和动物疾病的预防和治疗。常用消毒剂的种类、性质与用途见表6-1。

表6-1　常用消毒剂的种类、性质与用途

（续表）

三、生物因素对微生物的影响

自然界中能影响微生物生命活动的生物因素很多，在各种微生物之间，或是在微生物与高等动植物之间，经常呈现相互影响的作用，如寄生、共生和拮抗现象等。导致拮抗的物质基础主要是抗生素、细菌素、植物杀菌物质以及噬菌体对细菌等活微生物的裂解作用。

某些微生物在代谢过程中产生的一类能抑制或杀死另一些微生物的物质称为抗生素。它们主要来源于放线菌（如链霉菌），少数来源于霉菌（如青霉菌等）和细菌（如多黏菌），有些亦能用化学方法合成或半合成。到目前为止，已发现500多种，而最常用的只有几十种。抗生素的抗菌作用主要是干扰细菌的代谢过程，达到可抑制其生长繁殖或杀灭的目的。

某些植物中存在杀菌物质，中草药如黄连、黄柏、黄芩、大蒜、金银花、连翘、鱼腥草、穿心莲、马齿苋、板蓝根等都含有杀菌物质，其中有的已制成注射液或其他制剂的药品。

细菌素是某种细菌产生的一种具有杀菌作用的蛋白质，只能作用于与它同种不同菌株的细菌以及与它亲缘关系相近的细菌。大肠杆菌产生的细菌素称为大肠菌素，它除作用于某些型别的大肠杆菌外，还能作用于亲缘关系相近的志贺菌、沙门菌和克雷伯菌等。

噬菌体在宿主体内增殖后可引起宿主菌的裂解，其在疾病治疗及环境消毒方面的作用越来越受到重视。工业发酵用菌种一旦污染噬菌体，将引起发酵失败。

【案例分析】

进行环氧乙烷和干热灭菌前，将枯草杆菌黑色变种芽胞菌片置于小纸袋内，然后包入物品包内，置于适当位置，随其他物品一起灭菌。请解释其原理。

为了保证灭菌的效果，实践中常采用枯草杆菌黑色变种芽胞菌片作为指示。芽胞对热和其他消毒剂的抵抗力比细菌的繁殖体和病毒都强，因此如果指示菌片中枯草杆菌的芽胞被杀死，就可以保证本次灭菌的效果。灭菌完毕，在无菌操作下取出小纸袋中的菌片，投入无菌肉汤管内，于37℃恒温培养箱内连续培养d，逐日观察结果。如果没有细菌生长，说明本次灭菌是有效的。

【复习思考题】

1.试述微生物在土壤、水和空气中的来源以及分布的特点。

2.试述水中细菌学检验的指标及其公共卫生意义。

3.试述正常菌群的概念及其与宿主的关系。

4.试述高温灭菌法的适用范围。

5.试述无菌、无菌法的概念及其在生产实践中的意义。

6.试述滤过除菌的概念及其应用。

7.试述抗菌素、植物杀菌素、细菌素的区别。