項(xiàng)目三微生物的生理.ppt

項(xiàng)目三 微生物的生理,楊璐璐,主要內(nèi)容,一、 微生物的營(yíng)養(yǎng) 二、 微生物的生長(zhǎng) 三、 微生物生長(zhǎng)的控制,一、 微生物的營(yíng)養(yǎng),1、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成 2、微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能 3、微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收 4、微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型,1、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成,微生物從環(huán)境中吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并加以利用的過(guò)程稱(chēng)為微生物的營(yíng)養(yǎng),營(yíng)養(yǎng)物質(zhì):能夠滿足機(jī)體生長(zhǎng)、繁殖和完成各種生理活動(dòng)所需要的物質(zhì).,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營(yíng)養(yǎng)是微生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過(guò)程。,化學(xué)組成,元素組成,C、H、O、N、P、S、K、Mg 、 Ca 、Fe 、Mn 、 硼 Cl 、Cu 、Co 、Zn 、鉬、硒等，其中C、H、O、N、P、S六種元素占菌體干重的97%,水 有機(jī)物 無(wú)機(jī)鹽,化合物組成,碳源物質(zhì),氮源物質(zhì),無(wú)機(jī)鹽,生長(zhǎng)因子,水,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)按照它們?cè)跈C(jī)體中的生理作用不同，可以將它們區(qū)分成六大類(lèi)。,2、微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能,能源物質(zhì),凡是能提供微生物細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中碳素來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都稱(chēng)為碳 源 。,碳 源 物 質(zhì),碳源功能,碳源種類(lèi),碳源功能,C素構(gòu)成細(xì)胞及代謝產(chǎn)物的骨架,C素是大多數(shù)微生物代謝所需的能量來(lái)源,碳源種類(lèi),無(wú)機(jī)C源：CO2、碳酸鹽，只能被自養(yǎng)微生物利用,有機(jī)C源：各種糖類(lèi)，其次是有機(jī)酸、醇類(lèi)、 脂類(lèi)和烴類(lèi)化合物,對(duì)于為數(shù)眾多的化能異養(yǎng)微生物來(lái)說(shuō)，碳源是兼有能源功能營(yíng)養(yǎng)物。,目前在微生物工業(yè)發(fā)酵中所利用的碳源物質(zhì)主要是糖類(lèi)物質(zhì)、麩皮、米糠等。,實(shí)驗(yàn)室常用的碳源主要有葡萄糖、蔗糖、甘露醇、有機(jī)酸等.,凡是能提供微生物細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中氮素來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都稱(chēng)為氮源。,氮 源,氮源功能,氮源種類(lèi),為微生物提供合成細(xì)胞物質(zhì)代謝產(chǎn)物的原料 氮源一般不做能源，只有硝化細(xì)菌利用銨鹽，亞硝酸鹽作氮源,同時(shí)也作能源。,氮源功能,氮源種類(lèi),有機(jī)態(tài)氮：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物 實(shí)驗(yàn)室常用牛肉膏、蛋白胨、酵母膏做氮源 生產(chǎn)用玉米漿、豆餅、葵花餅、花生餅等。,分子態(tài)氮：固氮微生物以分子氮為唯一氮源,無(wú)機(jī)態(tài)氮：硝酸鹽、銨鹽幾乎所有微生物能利用,能 源 物 質(zhì),為微生物的生命活動(dòng)提供最初能量來(lái)源的物質(zhì)稱(chēng)為能源物質(zhì) 分為：化學(xué)能和輻射能兩類(lèi),能源譜,化學(xué)物質(zhì)（化學(xué)營(yíng)養(yǎng)型）,輻射能（光能營(yíng)養(yǎng)型）,無(wú) 機(jī) 鹽,功能,構(gòu)成酶活性基的組成成分，維持E活性。Mg、Ca、K是多種E的激活劑,構(gòu)成微生物細(xì)胞的組成成分,調(diào)解微生物細(xì)胞的滲透壓， PH值和氧化還原電 位,作為某些自養(yǎng)微生物的能源和無(wú)氧呼吸的氫受體。,Zn、Ca、Mn、Co、Mo等微量元素，在微生物培養(yǎng)中有0.1PPM就可以了。自來(lái)水原料中以夠用，不需另加。,無(wú)機(jī)鹽種類(lèi),構(gòu)成微生物細(xì)胞以C、H、O、N、P、S六種元素為主，約占細(xì)胞干重的95以上；,Ca、K 、Mg、Fe為大量元素，以無(wú)機(jī)鹽陽(yáng)離子形式被吸收，配培養(yǎng)基進(jìn)要加磷酸鹽、硫酸鹽。,微生物生長(zhǎng)所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的微量有機(jī)化合物 稱(chēng)為生長(zhǎng)因子。,生長(zhǎng)因子,根據(jù)它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)和及其生理作用可分為：,維生素 氨基酸 嘌呤或嘧啶堿基,水,水是一切生物生存的基本條件，微生物的生命活動(dòng)也離不開(kāi)水，微生物細(xì)胞含水約占細(xì)胞鮮重的7090，水作用是多方面的。,水的功能,是細(xì)胞中生化反應(yīng)的良好介質(zhì)；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物都必須溶解在水里，才能被吸收或排出體（細(xì)胞）外。 水的比熱高，能有效的吸收代謝過(guò)程中放出的熱量，不致使細(xì)胞的溫度驟然上升。 維持細(xì)胞的膨壓（控制細(xì)胞形態(tài)）。,3、微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收方式,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能否進(jìn)入細(xì)胞取決于三個(gè)方面的因素：,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)（相對(duì)分子量、質(zhì)量、溶解性、電負(fù)性等,微生物所處的環(huán)境（溫度、PH等）；,微生物細(xì)胞的透過(guò)屏障（原生質(zhì)膜、細(xì)胞壁、莢膜等）。,根據(jù)物質(zhì)運(yùn)輸過(guò)程的特點(diǎn)，可將物質(zhì)的運(yùn)輸方式分為： 單純擴(kuò)散 促進(jìn)擴(kuò)散 主動(dòng)運(yùn)輸 基團(tuán)轉(zhuǎn)位,單純擴(kuò)散,原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)原生質(zhì)膜上的小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散。,自由擴(kuò)散特點(diǎn)： 物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的動(dòng)力是細(xì)胞內(nèi)外的濃度差。 這種運(yùn)輸方式不消耗能量 沒(méi)有特異性，被運(yùn)輸物質(zhì)不與膜上物質(zhì)發(fā)生任何反應(yīng)，物質(zhì)不發(fā)生化學(xué)變化。,水是唯一可以通過(guò)擴(kuò)散自由通過(guò)原生質(zhì)膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些氣體（O2、CO2）及某些氨基酸在一定程度上也可通過(guò)自由擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞。,單純擴(kuò)散運(yùn)輸物質(zhì)的種類(lèi)：,促進(jìn)擴(kuò)散也叫協(xié)助擴(kuò)散,促進(jìn)擴(kuò)散特點(diǎn) 物質(zhì)運(yùn)輸動(dòng)力是細(xì)胞外的濃度差。 運(yùn)輸過(guò)程不消耗能量。 有膜載體參加，膜載體（滲透酶）有特異性。運(yùn)輸葡萄糖的載體只運(yùn)輸葡萄糖。這種運(yùn)輸方式多發(fā)生在真核微生物，原核生物少見(jiàn)。,促進(jìn)擴(kuò)散運(yùn)輸物質(zhì)的種類(lèi)：,通過(guò)促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無(wú)機(jī)鹽等。一般微生物通過(guò)專(zhuān)一的載體蛋白運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，但也有微生物對(duì)同一物質(zhì)的運(yùn)輸由一種以上的載體蛋白來(lái)完成。,主動(dòng)運(yùn)輸,特點(diǎn)：被運(yùn)送的物質(zhì)可逆濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞內(nèi) 要消耗能量，必需有能量參加。 有膜載體參加，膜載體發(fā)生構(gòu)型變化 被運(yùn)送物質(zhì)不發(fā)生任何變化。,主動(dòng)運(yùn)輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運(yùn)輸方式。,通過(guò)這種方式運(yùn)輸方式吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：有糖類(lèi)（乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等）、氨基酸、核苷、鉀離子等。,主動(dòng)運(yùn)輸運(yùn)輸物質(zhì)的種類(lèi)：,基 團(tuán) 轉(zhuǎn) 位,基團(tuán)轉(zhuǎn)位：是在研究糖的運(yùn)輸時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種主動(dòng)運(yùn)輸方式。 運(yùn)輸過(guò)程中需要能量，被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的運(yùn)輸叫基團(tuán)移位。 許多糖就是靠基團(tuán)移位進(jìn)行運(yùn)輸?shù)摹?這種運(yùn)輸方式是微生物通過(guò)磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)(PTS)來(lái)運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的。,基團(tuán)轉(zhuǎn)移運(yùn)輸物質(zhì)的種類(lèi)： 基團(tuán)轉(zhuǎn)移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)胞中,主要用于糖的運(yùn)輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過(guò)這種方式運(yùn)輸。,基團(tuán)轉(zhuǎn)移運(yùn)輸特點(diǎn)： 被運(yùn)送的物質(zhì)可逆濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞內(nèi) 需要磷酸酶系統(tǒng)進(jìn)行催化 被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，被磷酸化 需要能量,比較項(xiàng)目 單純擴(kuò)散 促進(jìn)擴(kuò)散 主動(dòng)運(yùn)輸 基團(tuán)移位 特異載體蛋白 無(wú) 有 有 有 運(yùn)送速度 慢 快 快 快 溶質(zhì)運(yùn)送方向 由濃至稀 由濃至稀 由稀至濃 由稀至濃 平衡時(shí)內(nèi)外濃度 內(nèi)外相等 內(nèi)外相等 內(nèi)部高 內(nèi)部高 能量消耗 不需要 不需要 需要 需要 運(yùn)送前后溶質(zhì)分子 不變 不變 不變 改變 運(yùn)送對(duì)象舉例 水、O2 糖、SO42- 氨基酸、乳糖 葡萄糖、嘌呤,四種運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)方式的比較,根據(jù)微生物所利用的碳源的不同，可將微生物分為：自養(yǎng)微生物和異養(yǎng)微生物。 根據(jù)微生物所利用的能源的不同，可將微生物分為兩種能量類(lèi)型：光能微生物和化能微生物。 將以上兩種分類(lèi)方法結(jié)合起來(lái)，可以把微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型歸納為：,光能自養(yǎng)型,光能異養(yǎng)型,化能自養(yǎng)型,化能異養(yǎng)型,4、微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型,1）光能自養(yǎng)型,特點(diǎn)：能以CO2為主要唯一或主要碳源；進(jìn)行光合作用獲取生長(zhǎng)所需要的能量；以無(wú)機(jī)物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，使CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；能夠在完全無(wú)機(jī)的環(huán)境中生長(zhǎng)。,例如，藻類(lèi)及藍(lán)細(xì)菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進(jìn)行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細(xì)胞物質(zhì)。,紫硫細(xì)菌和綠硫細(xì)菌含細(xì)菌葉綠素，以H2S、S、Na2S2O3為電子供體進(jìn)行不放氧的光合作用，產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)。并伴隨硫元素的產(chǎn)生。利用H2S的反應(yīng)如下：,產(chǎn)生的元素硫或是積累到細(xì)胞內(nèi)或是分泌到細(xì)胞外。,2）光能異養(yǎng)型,特點(diǎn)：具有光合色素，能利用光能。不能以CO2為主要或唯一的碳源；以有機(jī)物作為碳源和供氫體，利用光能將CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；在生長(zhǎng)時(shí)大多數(shù)需要外源的生長(zhǎng)因子；,例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)積累丙酮。,光能自養(yǎng)型和光能異養(yǎng)型微生物的主要區(qū)別在于供氫體和電子供體來(lái)源不同，光能異養(yǎng)型雖然能利用CO2但必須在有機(jī)物存在的情況下才能生長(zhǎng)。他們都能利用光能生長(zhǎng)。,3）化能自養(yǎng)型,特點(diǎn)：生長(zhǎng)所需要的能量來(lái)自無(wú)機(jī)物氧化過(guò)程中放出的化學(xué)能；以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進(jìn)行生長(zhǎng)時(shí)，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作為電子供體使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。這類(lèi)細(xì)菌包括硫細(xì)菌、硝化細(xì)菌、H細(xì)菌、鐵細(xì)菌等，硫細(xì)菌和硝化細(xì)菌與生產(chǎn)密切相關(guān)。,如FeO硫桿菌可把可將S或硫代硫酸鹽氧化成硫酸和將氧化亞鐵氧化成高鐵的能力，氧化率達(dá)95100并放出能量 2FeS2+7O2 +2HO2 2FeSO4 + 2H2SO4 2FeSO4 + 2H2SO4 + 1/2O2 Fe2（SO4 ） +HO2,生成的Fe2（SO4 ）是強(qiáng)氧化劑和溶劑，可溶解礦石。如溶解銅礦（CuS），從中浸出銅元素。 CuS+ Fe2（SO4 ） Cu SO4 + 2FeSO4 + S,溶出的Cu SO4 液再加入鐵屑、廢鐵等便可將銅置換出來(lái)。生成的FeSO4和S還可在這類(lèi)細(xì)菌作用下再次氧化成H2SO4和Fe2（SO4 ），而循環(huán)使用。,用這類(lèi)微生物來(lái)開(kāi)礦冶金稱(chēng)為細(xì)菌冶金，是開(kāi)采貧礦和尾礦的有效辦法，用細(xì)菌浸出Fe的速度比完全氧化快5660倍。,4）化能異養(yǎng)型,特點(diǎn)：生長(zhǎng)所需要的能量均來(lái)自有機(jī)物氧化過(guò)程中放出的化學(xué)能；生長(zhǎng)所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物，如淀粉、糖類(lèi)、纖維素、有機(jī)酸等。有機(jī)物通常既是碳源也是能源；以有機(jī)或無(wú)機(jī)含氮化合物為氮源，合成細(xì)胞物質(zhì),大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物都是化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；,由于棲息場(chǎng)所和攝取養(yǎng)料不同，可將異養(yǎng)微生物分為腐生型和寄生型兩大類(lèi)。 腐生型：利用無(wú)生命的有機(jī)物獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 寄生型：從活的寄生體內(nèi)獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如病毒。 中間類(lèi)型（兼性腐生或兼性寄生）如結(jié)核桿 地菌、痢疾桿菌就是兼性寄生菌。,以上四種營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型劃分不是絕對(duì)的： 1、紅螺菌既可利用光能，也可利用（黑暗） 2、氫單胞菌是異養(yǎng)和自養(yǎng)的過(guò)渡型（稱(chēng)兼性自養(yǎng)型） 3、自養(yǎng)與異養(yǎng)的區(qū)別不再能否利用CO2，而在于是否以CO2式.碳酸鹽為唯一的碳源。自養(yǎng)型以無(wú)機(jī)碳化物為碳源，異養(yǎng)型雖然也可利用CO2，但必須在有機(jī)碳存在情況下。,大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物都是化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物； 所有致病微生物均為化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物；,二、微生物的生長(zhǎng),1、微生物的生長(zhǎng)規(guī)律 2、影響微生物生長(zhǎng)的理化因素,1、微生物的生長(zhǎng)規(guī)律,生長(zhǎng)：當(dāng)同化作用的速度超過(guò)了異化作用，使個(gè)體細(xì)胞質(zhì)量和體積增加 繁殖：是指生命個(gè)體生長(zhǎng)到一定階段，通過(guò)特定方式產(chǎn)生新的生命個(gè)體，即引起生命個(gè)體數(shù)量增加的生物學(xué)過(guò)程。,個(gè)體生長(zhǎng)：指微生物細(xì)胞個(gè)體吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行新陳代謝，原生質(zhì)與細(xì)胞組分的增加為個(gè)體生長(zhǎng)。 群體生長(zhǎng)：指群體中個(gè)體數(shù)目的增加?？梢杂弥亓?、體積、密度或濃度來(lái)衡量。,單細(xì)胞微生物的生長(zhǎng)實(shí)際上是以群體細(xì)胞數(shù)目的增加為標(biāo)志。 生長(zhǎng)與繁殖的關(guān)系： 個(gè)體生長(zhǎng) 個(gè)體繁殖 群體生長(zhǎng) 群體生長(zhǎng) = 個(gè)體生長(zhǎng) + 個(gè)體繁殖,生長(zhǎng)曲線,將少量單細(xì)胞微生物純菌種接種到新鮮的液體培養(yǎng)基中，在最適條件下培養(yǎng)，培養(yǎng)過(guò)程中定時(shí)測(cè)定細(xì)胞數(shù)量，以細(xì)胞數(shù)目的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，畫(huà)出的一條有規(guī)律的曲線。,A-適應(yīng)期， B-對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期， C-穩(wěn)定期， D-衰亡期,該生長(zhǎng)曲線只適用于單細(xì)胞微生物，包括細(xì)菌和酵母菌。,適應(yīng)期的特點(diǎn)：,生長(zhǎng)繁殖的速度幾乎等于零 細(xì)胞形態(tài)增大，桿菌的長(zhǎng)度增加。 細(xì)胞內(nèi)的RNA尤其是rRNA含量增高，合成代謝活躍，易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶 對(duì)外界不良環(huán)境條件例如NaCl溶液濃度、溫度和抗生素等化學(xué)藥物敏感。 原因：適應(yīng)新的環(huán)境條件，合成新的酶，積累必要的中間產(chǎn)物。,菌種的菌齡：如果以對(duì)數(shù)期的“種子”接種，則子代培養(yǎng)的適應(yīng)期就短。 接種量：一般來(lái)說(shuō)，接種量大，適應(yīng)期就短，反之則長(zhǎng)。因此在發(fā)酵工業(yè)上，為縮短適應(yīng)期，一般采用1/10的接種量。,影響適應(yīng)期長(zhǎng)短的因素：,培養(yǎng)基成分：接種到營(yíng)養(yǎng)豐富的天然培養(yǎng)基中的微生物要比接種到營(yíng)養(yǎng)單調(diào)的合成培養(yǎng)基中的適應(yīng)期短。新接種的培養(yǎng)基與菌種的原培養(yǎng)基越接近，適應(yīng)期就越短。 發(fā)酵工業(yè)上需盡量縮短該期，以降低生產(chǎn)成本。 在食品工業(yè)上，盡量在此期進(jìn)行消毒或滅菌,生長(zhǎng)繁殖的速度很快，活菌的數(shù)目呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng)，因而細(xì)胞每分裂一次所需的代時(shí)(世代時(shí)間)或原生質(zhì)增加1倍所需的時(shí)間最短。 細(xì)胞進(jìn)行平衡生長(zhǎng)，菌體內(nèi)各種成分最均勻。 酶系活躍，代謝旺盛。 在此時(shí)期內(nèi)，菌細(xì)胞的形態(tài)特征均勻一致，最代表種的特征。 此時(shí)期內(nèi)的微生物的生化特性均勻一致，并且典型。,指數(shù)期的特點(diǎn)：,影響指數(shù)期微生物增代時(shí)間的因素：,菌種：不同菌種的代時(shí)差別極大。 營(yíng)養(yǎng)成分：同一種細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)物豐富的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，其代時(shí)較短，反之則長(zhǎng)。 培養(yǎng)溫度：溫度對(duì)微生物的生長(zhǎng)速率有極其明顯的影響。,營(yíng)養(yǎng)物的濃度：在營(yíng)養(yǎng)物濃度很低的情況下，營(yíng)養(yǎng)物的濃度才能影響生長(zhǎng)速率，隨著營(yíng)養(yǎng)物濃度的增高，生長(zhǎng)速率不受影響，而只影響最終的菌體產(chǎn)量。如果進(jìn)一步提高營(yíng)養(yǎng)物濃度，則生長(zhǎng)速率和菌體產(chǎn)量均不受影響。 發(fā)酵工業(yè)上盡量延長(zhǎng)該期，以達(dá)到較高的菌體密度。 食品工業(yè)上盡量使有害微生物不能進(jìn)入此期,特點(diǎn)： 1. 生長(zhǎng)速率常數(shù)R等于0。 2. 菌體產(chǎn)量達(dá)到了最高值。 3. 合成次生代謝產(chǎn)物。 4. 細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)儲(chǔ)藏物質(zhì)，芽孢桿菌內(nèi)開(kāi)始 產(chǎn)生芽孢。 產(chǎn)生原因： 1. 營(yíng)養(yǎng)物尤其是生長(zhǎng)限制因子的耗盡。 2. 營(yíng)養(yǎng)物的比例失調(diào)，如碳氮比不合適。 3. 有害代謝廢物的積累（酸、醇、毒素等）。 4. 物化條件（pH、氧化還原勢(shì)等）不合適。,穩(wěn)定期,微生物生長(zhǎng)與代謝產(chǎn)物形成的關(guān)系,微生物發(fā)酵形成產(chǎn)物的過(guò)程與微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的過(guò)程并不總是一致的。 一般認(rèn)為： 初級(jí)代謝是給予生物能量和生成中間產(chǎn)物的過(guò)程，初級(jí)代謝產(chǎn)物的形成往往與微生物細(xì)胞的形成過(guò)程同步，微生物生長(zhǎng)的穩(wěn)定期是這些產(chǎn)物的最佳收獲時(shí)機(jī)；,次級(jí)代謝產(chǎn)物與微生物的生存、生長(zhǎng)和繁殖無(wú)關(guān)。次級(jí)代謝產(chǎn)物的形成往往與微生物細(xì)胞的形成過(guò)程不同步。在分批培養(yǎng)中，它們的形成高峰往往在微生物生長(zhǎng)穩(wěn)定期的后期或衰亡期。,衰亡期,特點(diǎn)： 1. 生長(zhǎng)速率常數(shù)R為負(fù)值。 2. 細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生變化，出現(xiàn)不規(guī)則的衰退形。 3. 釋放次生代謝產(chǎn)物，芽孢等。 4. 菌體開(kāi)始自溶。 產(chǎn)生原因： 生長(zhǎng)條件的進(jìn)一步惡化，使細(xì)胞內(nèi)的分解代謝大大超過(guò)合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體的死亡。,（二）影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素,1.溫度 2.氧氣 3.pH 4.水分 5.輻射 6.超聲波 7.化學(xué)藥劑,每種微生物都有自己的生長(zhǎng)溫度三基點(diǎn)： 最低生長(zhǎng)溫度、最適生長(zhǎng)溫度和最高生長(zhǎng)溫度 在生長(zhǎng)溫度三基點(diǎn)內(nèi)，微生物都能生長(zhǎng)，但生長(zhǎng)速率不一樣。微生物只有處于最適生長(zhǎng)溫度時(shí)，生長(zhǎng)速度才最快，代時(shí)最短。,1）溫度,幾種微生物的生長(zhǎng)溫度三基點(diǎn)（）,最低生長(zhǎng)溫度：生長(zhǎng)繁殖的最低界限 最適生長(zhǎng)溫度：生長(zhǎng)速率最高 最高生長(zhǎng)溫度：生長(zhǎng)繁殖的最高界限,根據(jù)微生物最適生長(zhǎng)溫度的不同，可將它們分為低溫型微生物、中溫型微生物、高溫型微生物這三個(gè)類(lèi)型。,低溫型微生物,最適生長(zhǎng)溫度在5-20,主要分布在地球的兩極、冷泉、深海、冷凍場(chǎng)所及冷藏食品中。 例： 假單孢菌中的某些嗜冷菌在低溫下生長(zhǎng)，常引起冷藏食品的腐敗。,中溫型微生物,室溫型主要為腐生或植物寄生，在植物或土壤中；最適生長(zhǎng)溫度為2040。大多數(shù)微生物屬此類(lèi)；與食品工業(yè)的關(guān)系最密切。,高溫型微生物,最適生長(zhǎng)溫度為50-60,主要分布在溫泉、堆肥和土壤中。給罐頭工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)帶來(lái)一定的難度。,根據(jù)不同微生物對(duì)氧的要求，可將它們分為：,2、氧氣,3、pH,微生物的生長(zhǎng)pH值范圍極廣。但是絕大多數(shù)種類(lèi)都生活在pH5-9之間。 各類(lèi)微生物生長(zhǎng)的最適pH值： 細(xì)菌為7.07.6 放線菌為7.58.5 霉菌為4.05.8 酵母菌為 3.86.0,根據(jù)微生物生長(zhǎng)的最適pH值，將微生物分為： 嗜堿微生物：硝化細(xì)菌、尿素分解菌、多數(shù)放線菌。 耐堿微生物：許多鏈霉菌。 中性微生物：絕大多數(shù)細(xì)菌，一部分真菌。 嗜酸微生物：硫桿菌屬。 耐酸微生物：乳酸桿菌、醋酸桿菌。,（1）濕度 （2）水活度 （3）滲透壓,4. 水分,（1）濕度,濕度：指環(huán)境空氣中含水量的多少。 放線菌和霉菌的氣生菌絲則曝露于空氣中，空氣濕度較大則有利于生長(zhǎng)。 細(xì)菌在空氣中的生存和傳播也以濕度較大為合適。 反之，環(huán)境干燥可使細(xì)胞失水而造成代謝停止乃至死亡。,（2）水活度,水活度：在相同的溫度、壓力下，體系中溶液的水的蒸汽壓與純水的蒸汽壓之比,即：A=p/p0 微生物生長(zhǎng)的水活度范圍： A=0.63-0.99 各種微生物生長(zhǎng)的最低水活度值,根據(jù)水分活度不同分為三類(lèi)： A0.85 水分較大食品（冷藏保存） A=0.60-0.85 中等水分食品 A0.60 低水分食品,（3）滲透壓,微生物在正常生長(zhǎng)情況下： 細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)濃度細(xì)胞外溶質(zhì)濃度 高滲狀態(tài)：細(xì)胞會(huì)脫水，發(fā)生質(zhì)壁分離，甚至 死亡 低滲狀態(tài)：細(xì)胞會(huì)膨脹，甚至脹破,鹽腌糖漬的辦法保存食品,5.輻射,輻射根據(jù)波長(zhǎng)而分為各種射線和電波。 紫外線：具有直接殺菌作用。（空氣、水、物體表面） -射線：一種滅菌措施。（不耐熱食品，如快食面料包）,6.超聲波,超聲波是超過(guò)人能聽(tīng)到的最高頻（20000 赫茲)的聲波，強(qiáng)烈的超聲波可使被處理的微生物細(xì)胞破碎。,7.化學(xué)藥劑,消毒劑：能迅速殺滅病原微生物的藥物。 防腐劑：能抑制或阻止微生物生長(zhǎng)繁殖的藥物。 可分為：有機(jī)化學(xué)藥物、無(wú)機(jī)化學(xué)藥物、染色劑等。,（1）有機(jī)化學(xué)藥物,常用的有酚、醇、醛、酸類(lèi)及表面活性劑,酚 類(lèi),苯酚，又名石炭酸 能使細(xì)胞蛋白質(zhì)凝固變性，破壞細(xì)胞膜導(dǎo)致微生物死亡。 2-5的苯酚溶液是一種常用的消毒劑，用于器械及噴霧消毒。 來(lái)蘇兒 石炭酸與皂液和煤油混合液。常用于物體表面、地面和皮膚等消毒。,醇 類(lèi),能通過(guò)溶解細(xì)胞膜中的類(lèi)脂破壞膜結(jié)構(gòu)，并可使蛋白質(zhì)脫水、變性。 最常用的是乙醇，70-75是乙醇消毒的最佳濃度。（主要用于物體的表面和皮膚的消毒）,醛 類(lèi),能與蛋白質(zhì)中氨基酸的多種基團(tuán)共價(jià)結(jié)合而使其變性，達(dá)到殺菌的目的。 商用福爾馬林 含 37%-40%的甲醛水溶液。工廠和實(shí)驗(yàn)室常采用甲醛熏蒸法進(jìn)行空間消毒。（甲醛有強(qiáng)烈的刺激性氣味，可以在熏蒸后，用氨水中和吸收。）,酸 類(lèi),有機(jī)酸能抑制微生物(尤其是霉菌)的酶和代謝活性。 山梨酸和苯甲酸常用作食品和飲料的防腐劑，抑制霉菌等微生物的生長(zhǎng)。,表面活性劑,具有降低表面張力效應(yīng)的物質(zhì)稱(chēng)為表面活性劑。可改變細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和透性，使細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)逸出膜外，并能使蛋白變性。 新潔爾滅 0.25的新潔爾滅溶液，常用于物體表面和皮膚的消毒。,（2）無(wú)機(jī)化合物,常用的有鹵化物、重金屬、氧化劑和無(wú)機(jī)酸和堿等。,鹵 化 物,按殺菌力高低排列的順序： F Cl Br I （以碘和氯最常用） 碘酒 通過(guò)與細(xì)胞中酶和蛋白質(zhì)中的酪氨酸結(jié)合而發(fā)揮作用。 氯氣 氯化物（漂白粉）,重金屬及其化合物,大多數(shù)重金屬鹽類(lèi)對(duì)微生物有毒害作用，這是由于重金屬容易和微生物的蛋白質(zhì)結(jié)合，而使蛋白質(zhì)發(fā)生變性或沉淀的緣故。 紅汞（紅藥水） 醫(yī)院常用2水溶液。 硝酸銀 常在醫(yī)學(xué)上用于皮膚和眼睛等部位的消毒。 硫酸銅,氧 化 劑,能放出游離氧或使其他化合物放出氧，通過(guò)對(duì)細(xì)胞成分的氧化作用而殺菌。 高錳酸鉀 0.1%用于皮膚、水果、飲具的消毒 2%-5%能殺死芽孢 過(guò)氧化氫 3%用于傷口消毒,無(wú)機(jī)酸和堿,能引起微生物細(xì)胞物質(zhì)的水解或凝固，因而也有很強(qiáng)的殺菌作用。 生產(chǎn)上常用石灰水、氫氧化鈉、碳酸鈉等作為環(huán)境、工具、器械等的消毒劑。,（3）染色劑,染料特別是堿性染料，其陽(yáng)離子基團(tuán)能與細(xì)胞蛋白質(zhì)氨基酸上的羧基或核酸上的磷酸基結(jié)合，因而阻斷了正常的細(xì)胞代謝過(guò)程，在低濃度下可抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。 結(jié)晶紫、亞甲藍(lán)、吖啶黃、孔雀綠等都有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的作用，都可用作消毒劑。,（4）化學(xué)治療劑,這是一類(lèi)能選擇性地殺死或抑制人或動(dòng)物體內(nèi)病原微生物，可用于臨床治療感染性疾病的的特殊化學(xué)藥品。 與消毒劑的差別： 消毒劑對(duì)于宿主和微生物具有同等的毒性； 化學(xué)治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，但對(duì)人體細(xì)胞毒性較小。,抗代謝藥物,指其化學(xué)結(jié)構(gòu)與細(xì)胞內(nèi)必要代謝物的結(jié)構(gòu)很相似，可干擾正常代謝活動(dòng)的一類(lèi)化學(xué)物質(zhì)。 如磺胺類(lèi)、5-氟代尿嘧啶、氨基葉酸、異煙肼等,磺胺類(lèi)藥物是最常用的抗代謝物。,磺胺類(lèi)藥物,臨床應(yīng)用已有幾十年的歷史，具有較廣的抗菌譜，而且療效確切、性質(zhì)穩(wěn)定、使用簡(jiǎn)便、價(jià)格便宜，又便于長(zhǎng)期保存，故目前仍是僅次于抗生素的一大類(lèi)藥物。 能抑制革蘭氏陽(yáng)性菌及一些陰性菌，主要作用機(jī)理是抑制細(xì)菌的繁殖。,抗 生 素,抗生素是由微生物或其它生物產(chǎn)生的一類(lèi)次級(jí)代謝產(chǎn)物，具有抑制或殺滅其他微生物生命活動(dòng)的活力。 如青霉素、頭孢霉素等,三、微生物的代謝,（一）微生物代謝概述 （二）微生物特有的代謝產(chǎn)物 （三）微生物的酶系統(tǒng)及生化鑒定試驗(yàn),（一）微生物代謝概述,代謝 “新陳代謝”的簡(jiǎn)稱(chēng)，細(xì)胞中新舊物質(zhì)的更替。 微生物的新陳代謝 微生物一方面不斷地從外界環(huán)境中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞本身有用的物質(zhì)（同化）；另一方面又不斷地向體外排出廢物（異化）, 這就是。,1.微生物的能量代謝,指生物體與外界環(huán)境之間能量的交換和生物體內(nèi)能量的轉(zhuǎn)變過(guò)程。,最初能源,有機(jī)物,日光,還原態(tài)無(wú)機(jī)物,通用能量ATP,2.微生物的物質(zhì)代謝,指生物體與外界環(huán)境之間物質(zhì)的交換和生物體內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。 微生物的物質(zhì)代謝包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子物質(zhì)的分解和合成過(guò)程。,（二） 微生物特有的代謝產(chǎn)物,抗生素 毒素 維生素 色素,初級(jí)代謝產(chǎn)物 微生物通過(guò)代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的、自身生長(zhǎng)、繁殖所必需的物質(zhì) 次級(jí)代謝產(chǎn)物 微生物生長(zhǎng)到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、對(duì)該生物無(wú)明顯的生理功能，或并非是微生物生長(zhǎng)和繁殖所必需的物質(zhì),抗 生 素,天然抗生素是微生物產(chǎn)生的對(duì)其他種類(lèi)微生物或細(xì)胞具有抑制或致死作用的物質(zhì)，是微生物產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物。 這類(lèi)物質(zhì)在產(chǎn)生菌與其它種生物的生存競(jìng)爭(zhēng)中起著重要作用。,毒 素,微生物產(chǎn)生的對(duì)人和動(dòng)植物細(xì)胞有毒殺作用的次級(jí)代謝產(chǎn)物稱(chēng)為毒素。 內(nèi)毒素 外毒素,內(nèi) 毒 素,內(nèi)毒素是革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁成分，細(xì)菌在生活狀態(tài)時(shí)不釋放出來(lái)，只有當(dāng)細(xì)菌死亡自溶或粘附在其它細(xì)胞時(shí)，才表現(xiàn)其毒性。 主要成分：脂多糖 少量?jī)?nèi)毒素可引起機(jī)體發(fā)熱反應(yīng)；大量?jī)?nèi)毒素進(jìn)入血液，可使血管透性改變，局部出血，顆粒性白細(xì)胞增多或減少和體重下降，嚴(yán)重時(shí)能導(dǎo)致內(nèi)毒素性休克。,外 毒 素,外毒素是病原菌在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的分泌到菌體外的毒素。 主要成分：蛋白質(zhì) 各種細(xì)菌產(chǎn)生的外毒素可引起特殊的臨床癥狀。 如肉毒桿菌外毒素，毒性強(qiáng)，比氰化鉀強(qiáng)10000倍。破傷風(fēng)外毒素引起所屬肌肉的痙攣強(qiáng)直；霍亂桿菌腸毒素引起嚴(yán)重的嘔吐和腹瀉；志賀氏菌屬痢疾桿菌外毒素可引起腹瀉等。,細(xì)菌外毒素與內(nèi)毒素的區(qū)別,維 生 素,有些微生物在特定條件下可合成遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)本身正常需要的大量的維生素，因此可作為維生素的生產(chǎn)菌種。 醫(yī)藥上應(yīng)用的各種維生素主要是從微生物中提取的。,色 素,許多微生物在代謝中能合成不同顏色的色素，或積累在胞內(nèi)，或分泌于胞外。 脂溶性色素 水溶性色素,（三）微生物的酶系統(tǒng)及生化鑒定試驗(yàn),1.微生物的酶系統(tǒng) 新陳代謝要通過(guò)大量的生化反應(yīng)才能夠?qū)崿F(xiàn)，而所有這些代謝反應(yīng)都必須在酶的催化下進(jìn)行。,2. 微生物的生化鑒定試驗(yàn),不同種類(lèi)的微生物具有不同的酶系統(tǒng)，故可利用一些生化反應(yīng)來(lái)測(cè)定這些代謝產(chǎn)物，作為區(qū)別和鑒定微生物的重要依據(jù)之一，這就是微生物的生化鑒定試驗(yàn)。 （1）微生物對(duì)碳源利用試驗(yàn) （2）微生物對(duì)氮源利用試驗(yàn) （3）IMViC試驗(yàn),（1）微生物對(duì)碳源利用試驗(yàn),主要測(cè)定微生物對(duì)各種單糖、雙糖、多糖以及醇類(lèi)、有機(jī)酸等的利用能力。 糖發(fā)酵試驗(yàn) VP試驗(yàn) 甲基紅試驗(yàn) 枸櫞酸鹽利用試驗(yàn),糖發(fā)酵試驗(yàn),大腸桿菌能分解葡萄糖有乳糖，產(chǎn)生甲酸等產(chǎn)物，并有甲酸解氫酶，可將其分解為CO2和H2，故生化反應(yīng)結(jié)果為產(chǎn)酸產(chǎn)氣，以“”表示。 傷寒桿菌分解葡萄糖產(chǎn)酸，但無(wú)解氫酶。故生化結(jié)果為產(chǎn)酸不產(chǎn)氣，以“+”表示。傷寒桿菌及一般致病菌大都不能分解乳糖，以“-”表示。,培養(yǎng)基中含有溴甲酚紫，產(chǎn)酸可使其顏色從紫色變?yōu)辄S色。 底部放有倒管，倒管收集到氣體則證明產(chǎn)氣。,VP試驗(yàn),大腸桿菌與產(chǎn)氣桿菌均分解葡萄糖，為區(qū)分兩菌可采用VP試驗(yàn)及甲基紅試驗(yàn)。 產(chǎn)氣桿菌能使丙酮酸脫羧、氧化（在堿性溶液中）生成二乙酰，后者可與含胍基的化合物反應(yīng)，生成紅色化合物，稱(chēng)VP陽(yáng)性。大腸桿菌分解葡萄糖產(chǎn)生丙酮酸，VP陰性。,變紅為VP陽(yáng)性，不變紅為VP陰性。,陰性,陽(yáng)性,甲基紅試驗(yàn),產(chǎn)氣桿菌培養(yǎng)液pH5.4，甲基紅指示劑呈桔黃色，為甲基紅試驗(yàn)陰性。大腸桿菌分解葡萄糖產(chǎn)生丙酮酸，培養(yǎng)液呈酸性pH5.4，甲基紅呈紅色，稱(chēng)甲基紅試驗(yàn)陽(yáng)性。,枸櫞酸鹽利用試驗(yàn),產(chǎn)氣桿菌可分解枸櫞酸鹽生成碳酸鹽，同時(shí)分解培養(yǎng)基的銨鹽生成氨，使培養(yǎng)基變?yōu)閴A性，使指示劑溴麝香草酚藍(lán)由淡綠轉(zhuǎn)為深藍(lán)，此為枸櫞酸鹽利用試驗(yàn)陽(yáng)性