微生物基礎(chǔ)知識培訓(xùn)

1、微生物基礎(chǔ)知識培訓(xùn) 第一章 微生物概述 第一節(jié) 概念 什么是微生物？ 簡單說就是指個體微小、結(jié)構(gòu)簡單的一群微小生物的 總稱。通常是描述一切不借助顯微鏡用肉眼看不見的微小 生物，包括病毒、細(xì)菌、真菌、原生動物和某些藻類。 第二節(jié) 微生物的種類 具有細(xì)胞結(jié) 構(gòu)的微生物 沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的 微生物：病毒 原核微生物： （由原核細(xì)胞構(gòu)成的） 真核微生物 （由真核細(xì)胞構(gòu)成的） 真菌 顯微藻類 原生動物 細(xì)菌 草履蟲 水綿 放線菌 微 生 物 立克次氏體 藍(lán)細(xì)菌 支原體 衣原體 第三節(jié) 微生物的一般特點(diǎn) 1 微生物的特點(diǎn)（小、快、強(qiáng)、多、廣、易培養(yǎng)）： 1.1 體積小。細(xì)菌的直徑在0.55m之間；霉菌的直徑在

2、310m之 間；酵母菌的細(xì)胞直徑約為細(xì)菌的10倍,其直徑一般為25m,長 度為530m,最長可達(dá)100m；放線菌寬度近于桿狀細(xì)菌，約 0.51微米，長度不定；較大的病毒直徑為nm， 較小的病毒直徑僅為-nm。 1.2 繁殖快。其世代周期短,繁殖速度比植物快500倍,比動物快1000 倍。例如細(xì)菌每隔分鐘即可分裂一次，一天時間內(nèi)即可繁殖 代，如果一個不死，總數(shù)將達(dá)到000余噸。假如再這樣繁殖 天，它們就會形成跟地球同樣重量的物體。當(dāng)然，不會出現(xiàn) 這種情況，因?yàn)橛绊懠?xì)菌繁殖的各種因素隨時都在起作用。 1.3 易變異、適應(yīng)性強(qiáng)。既是缺點(diǎn)又是優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)如微生物變異而對 抗生素等產(chǎn)生抗藥性。優(yōu)點(diǎn)如應(yīng)用于

3、誘變育種。 1.4 代謝旺盛-吸收多、轉(zhuǎn)化快。微生物雖然很小，但代謝旺盛，素有 活的“化工廠”之稱。微生物的代謝強(qiáng)度比高等動物的代謝強(qiáng)度高 幾千倍到幾萬倍。例如一千克酒精酵母一天能分解幾千千克糖類， 使它們變成酒精。容易形成工廠化生產(chǎn)規(guī)模。 1.5 分布廣。上至幾萬米高空，下至幾千米深的海底。熱達(dá) 的溫泉，冷至的極地，都可以找到它們的蹤跡。 1.6 容易培養(yǎng)、食譜雜。微生物對營養(yǎng)要求一般都不高，農(nóng)副產(chǎn)品、 工廠下腳料都可以用來培養(yǎng)微生物。沼氣發(fā)生池就是利用糞便、草 木纖維等生產(chǎn)沼氣的。它們幾乎什么都吃，如蛋白質(zhì)、脂肪、糖類 以及無機(jī)鹽。甚至有些不能被動植物利用的物質(zhì)，如纖維素、石油、 塑料，以

4、至有毒物質(zhì)，微生物也有辦法分解它們。這樣，人們就可 以用微生物來開展綜合利用，化廢為寶。 第三節(jié) 微生物的一般特點(diǎn) 1 微生物在自然界物質(zhì)循環(huán)中充當(dāng)分解者。人類生活在微生物的包 圍之中。其與人類的關(guān)系有利有弊。 1.1 有害活動：疾病、腐敗、霉變。 1.2 共生活動：微生物能為宿主提供營養(yǎng)；宿主為微生物提供棲身 的場所。 1.3 自然界物質(zhì)循環(huán)：微生物分解有機(jī)物、提高土壤的肥力、凈化 污水。 1.4 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上：發(fā)酵產(chǎn)品、酶制劑、菌肥、生物農(nóng)藥、生物制 品、飼料、抗菌素等。 1.5 科研上：微生物是科研的掌上明珠。 第四節(jié) 微生物與人類的關(guān)系 第二章 微生物形態(tài) 第一節(jié) 原核微生物 原核微生

5、物：核比較原始，沒有核膜包圍，不具核仁和典型 的染色體，也沒有固定形態(tài)。主要有細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、 支原體、衣原體和立克次氏體等。 原核細(xì)胞真核細(xì)胞 細(xì)胞核有明顯核區(qū)，無核 膜、核仁 有核膜，核仁 細(xì)胞器無線粒體，能量代 謝和許多物質(zhì)代謝 在質(zhì)膜上進(jìn)行 有線粒體，能量代 謝和許多合成代謝 在線粒體中進(jìn)行 核糖體分布在細(xì)胞質(zhì)中， 沉降系數(shù)為70S 分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上， 沉降系數(shù)為80S 原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的區(qū)別 細(xì)菌Bacteria v定義：細(xì)菌是一類細(xì)胞細(xì)而短（細(xì)胞直徑約0.5m，長度約 0.55m）、結(jié)構(gòu)簡單、細(xì)胞壁堅韌、以二等分裂方式繁殖和水 生性較強(qiáng)的原核微生物。 v生存環(huán)境：溫暖潮濕、

6、富含有機(jī)物的地方，都有大量細(xì)菌活動。 有特殊的臭味或酸敗味，發(fā)粘、發(fā)滑。 v應(yīng)用：工業(yè)上生產(chǎn)各種氨基酸、核苷酸、酶制劑、乙醇、丙酮、 丁醇、有機(jī)酸、抗生素等；農(nóng)業(yè)上用作殺蟲菌劑、細(xì)菌肥料的生 產(chǎn)和在沼氣發(fā)酵、飼料青貯等方面的應(yīng)用；醫(yī)藥上如各種菌苗、 類毒素、代血漿和許多醫(yī)用酶類的生產(chǎn)等；以及細(xì)菌在環(huán)保和國 防上的應(yīng)用等，都是利用有益細(xì)菌活動的例子。 v危害：人、動物、植物的傳染病、食物和工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品腐爛變質(zhì)。 細(xì)菌細(xì)胞的形態(tài)與排列狀態(tài) 菌體呈球形或近似球形, ,以典型的二分裂殖 方式繁殖, ,分裂后產(chǎn)生的新細(xì)胞常保持一定的空 間排列方式. .根據(jù)細(xì)胞分裂的方向及分裂后的各 子細(xì)胞的空間排列狀態(tài)不

7、同, ,可將球菌分為以下 幾種: : 單球菌、雙球菌、鏈球菌、四聯(lián)球菌、八疊球 菌、葡萄球菌等。 球菌(coccus)及其排列狀態(tài) 單球菌： 細(xì)胞分裂沿一個平面進(jìn)行， 新個體分散而單獨(dú)存在. . 如尿素微球菌( (Micrococcus ureae) 雙球菌： 細(xì)胞沿一個平面分裂，新個 體成對排列. . 如肺炎雙球菌 ( (Diplococcus pneumoniae) ) 鏈球菌： 細(xì)胞沿一個平面進(jìn)行分裂，新個體不 但可保持成對的樣子，并可連成鏈狀. . 如： 乳鏈球菌 （Streptococcus lactisStreptococcus lactis） 無乳鏈球菌（Streptococcu

8、s Streptococcus agalactiae)agalactiae) 溶血鏈球菌 （ Streptococcus Streptococcus hemolyticus)hemolyticus) 四聯(lián)球菌： 細(xì)胞分裂是沿兩個相垂直的 平面進(jìn)行，分裂后每四個細(xì) 胞特征性地連在一起，呈田 字形. . 如四聯(lián)微球菌 （Micrococcus tetragenusMicrococcus tetragenus） 八疊球菌： 細(xì)胞按三個互相垂直的 平面進(jìn)行分裂后，每八 個球菌特征性地連在一 起成立方體形. . 如藤黃八疊球菌 （Sarcina ureaeSarcina ureae) ) 葡萄球菌： 細(xì)

9、胞無定向分裂，多個 新個體形成一個不規(guī)則 的群體，猶如一串葡萄。 如： 金黃色葡萄球 菌（Staphylococcus Staphylococcus aureus)aureus) 白色葡萄球菌 （Staphylcoccus albus) 桿菌(bacillus)及其排列狀態(tài) 桿菌是細(xì)菌中種類最多的類型, ,因菌種不同, ,菌體細(xì)胞的長 短、粗細(xì)等都有所差異。 桿菌的形態(tài)：短桿狀、長桿狀、棒桿狀、梭狀桿狀、月亮 狀、竹節(jié)狀等；按桿菌細(xì)胞繁殖后的排列方式則有鏈狀、 柵狀、“八”字狀等。 短桿菌 長桿菌 梭狀芽孢桿菌 Scanning electron micrographs illustratin

10、g external features of the rod-shaped bacterium E. coli. 螺旋菌 (spirilla) 螺旋狀的細(xì)菌稱為螺旋菌。 根據(jù)其彎曲情況分為： 弧菌（vibrio)vibrio)：螺旋不滿一圈，菌體呈弧形或逗號形 例：霍亂弧菌、逗號弧菌 螺旋菌( (spirillum)spirillum)：螺旋滿2 26 6環(huán)，螺旋狀 例：干酪螺菌 螺旋體( (spirochaeta)spirochaeta)：旋轉(zhuǎn)周數(shù)在6 6環(huán)以上，菌體柔 軟。 例：梅毒密螺旋體 影響細(xì)菌形態(tài)的 因素 培養(yǎng)時間、 培養(yǎng)溫度、 培養(yǎng)基成分、 濃度、 pH值 細(xì)菌的異常形態(tài) 結(jié)核桿

11、菌的正常形態(tài)結(jié)核桿菌的異常形態(tài) 細(xì)菌特殊形態(tài) 柄細(xì)菌、腎形菌、臂微菌、網(wǎng)格硫細(xì)菌、 貝日阿托氏菌(絲狀)、具有子實(shí)體的粘細(xì) 菌等是特殊形態(tài)的細(xì)菌。 放線菌Actinomyces v個體形態(tài)：放線菌的種類繁多,個體形態(tài)多樣,從桿狀到菌絲狀 都有?？偟恼f來其菌體是由分支狀菌絲組成。其菌絲可分為營養(yǎng) 菌絲、氣生菌絲、孢子菌絲三種。 v菌落特征：放線菌因其菌落周圍具有放射狀菌絲而得名。其菌 落由菌絲體組成,一般呈圓形或近圓形。幼齡菌落主要為營養(yǎng)菌 絲體,氣生菌絲尚未分化成孢子絲,故表面呈光平狀或有皺褶,或 呈緊密絲絨狀。 v應(yīng)用：放線菌是主要的抗生素產(chǎn)生菌，它在生物制藥工業(yè)上有 重要貢獻(xiàn)。某些放線菌可

12、用生產(chǎn)維生素和酶制劑。自然界物質(zhì)循 環(huán)和提高土壤肥力方面都有重要作用。廣泛應(yīng)用于石油脫蠟,烴 類發(fā)酵,污水處理等方面。如鏈霉菌屬有半數(shù)以上能產(chǎn)生抗生素。 諾卡氏菌可用于生產(chǎn)脂肪(烴類發(fā)酵)。 放線菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)（模式圖） 粘性放線菌腦心浸液瓊脂厭氧孵育 （菌落形態(tài)） v藍(lán)細(xì)菌是光能自養(yǎng)型生物。只需空氣、陽光、水分、少量無 機(jī)鹽。含葉綠素a,能行光合作用。 v沒有有性生殖，以裂殖為之，也可芽生殖，極少數(shù)有孢子。 v已知藍(lán)細(xì)菌有20多種具固氮作用。 藍(lán)細(xì)菌Cyanobacteria 幾種原核微生物支原體、衣原體、立克次 氏體 衣原體（Chlamydia psittaci)在寄主細(xì)胞質(zhì)中的形態(tài) 支原體

13、 （Mycoplasma） “油煎蛋”狀菌落 立克次氏體（Rickettsia） 只能寄生于真核細(xì)胞體內(nèi) （多用雞胚培養(yǎng)） 第二節(jié) 真核微生物 真核微生物:是指細(xì)胞核有核包圍,具有核仁,能進(jìn)行有絲分裂, 細(xì)胞質(zhì)中有線粒體,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器的微生物。包括真菌、原生 動物和藻類(藍(lán)細(xì)菌除外)。 目前，用于研究生產(chǎn)酶制劑的微生物大多數(shù)屬于真菌，如木 霉屬，曲霉屬，毛霉屬，根霉屬，青霉屬，耙霉屬，漆霉屬等。 其中研究最多的是木霉屬，曲霉屬，青霉屬，根霉屬及漆斑霉屬。 從近幾年看，我國選育出的優(yōu)良菌株大多為木霉屬，少數(shù)為曲霉 菌株。其優(yōu)點(diǎn)是菌系豐富，但產(chǎn)酶低。而國外研究的工程菌恰與 我們的相反。工程菌特點(diǎn)

14、是菌系貧乏，但所產(chǎn)酶活力高。 1 木霉屬 木霉屬廣泛分部于自然界，在腐爛的木材、種籽、植物殘體、有機(jī)肥 料、土壤和空氣中都能分離到它。也常寄生于真菌上，對多種大型真菌 （如多孔菌和傘菌）的子實(shí)體的寄生力很強(qiáng)。 木霉在培養(yǎng)時菌落生長迅速，棉絮狀或致密叢束狀產(chǎn)孢叢束區(qū)常排列 成同心輪紋。菌落表面顏色為不同程度的綠色，又些菌株由于產(chǎn)孢子不良 幾乎白色，菌落反而無色或有色，氣味有或無，菌絲透明，有隔，分枝繁 復(fù)。厚垣孢子有或無，間生于菌絲中或頂生于菌絲短側(cè)分枝上，球形、橢 圓形，無色壁光滑。分生孢子梗為菌絲的短側(cè)枝，其上對生或互生分枝， 分枝上又可繼續(xù)分枝，形成孢子梗為菌絲的短側(cè)枝，其上對生或互生分枝

15、， 分枝上又可繼續(xù)分枝，形成二級、三級分枝，終而形成似松柏式的分枝輪 廓，分枝角度銳角或幾乎直角，束生，對生，互生或單生瓶狀小梗。分枝 的末端即為小梗。 但有的菌株主梗的末端為一鞭狀而彎曲不孕菌絲。分生孢子由小便相 繼生出而靠粘液把它們聚成球形或近球形的孢子頭，有時幾個孢子頭匯成 一個大孢子頭。分生孢子頭近球形或橢圓形、圓筒形、側(cè)卵形等，壁光滑 或粗糙，透明或亮黃綠色。 1.1康氏木霉 菌株在馬鈴薯葡萄糖瓊脂上廣鋪，棉絮狀，最初為白色致密平坦菌絲， 而后通常在培養(yǎng)基斜面的末端或邊緣出現(xiàn)淺綠、淺黃綠的產(chǎn)孢子叢束區(qū)，其 余部分保持平坦密致白色基質(zhì)菌絲及少量平鋪的氣生菌絲。本種大多數(shù)菌株 的菌落外觀

16、為淺綠、黃綠或綠色，不呈深綠色或深藍(lán)綠色。菌落的反面無色， 菌絲透明，壁光滑，分枝繁復(fù)，有隔，直徑210微米，透明。厚膜孢子間生 在菌絲中或頂生于短側(cè)枝上。圓形，橢圓形或桶形，壁光滑，直徑可達(dá)12微 米。露分生孢子梗的分枝特征同屬的特征。小梗瓶形或錐形，基部稍為收縮， 中央寬往上部變窄近于直或中部，（5-）8-132.5-3(-3.5)微米。分生孢子 橢圓形，卵形或倒卵形，或長形，351.93.2微米，壁光滑。在顯微鏡 下觀察單個孢子近無色，成堆時綠色。在分生孢子梗的分枝上聚成的分生孢 子頭89微米。 1.2綠色木霉 菌株在馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基上廣鋪，最初為白色致密的基質(zhì)菌絲， 而后出現(xiàn)多少

17、棉絮狀氣生菌絲，并形成密實(shí)產(chǎn)孢叢束區(qū)常排成同心輪紋。深 黃綠色至深藍(lán)綠色的產(chǎn)孢區(qū)，菌落反面無色，老的培養(yǎng)基散發(fā)一股椰子味， 菌絲透明，壁光滑，有隔，分枝繁復(fù)，直徑1.58(-12)微米，透明。厚垣孢 子間生于菌絲中或頂生于短側(cè)枝上，多數(shù)為球形，及少數(shù)為橢圓形，透明， 壁光滑，直徑可達(dá)14微米，通常在基底菌絲中產(chǎn)生。分生孢子梗的特征同屬 的特征。小梗瓶形或錐形，基部稍窄，中部較寬，從中部以上變窄成長頸， 近于直或中部彎曲，812（14）2.53（-4.5）微米，分生孢子大多數(shù)為 球形，直徑2.54.5微米，少數(shù)孢子為短側(cè)卵形，443.54微米，孢壁 聚明顯的小疣狀突起。在顯微鏡下單個孢子淡綠色，

18、在分生孢子梗分枝上聚 成的孢子頭89微米。 2 青屬霉 青霉同樣分布廣泛，其中許多省常見的害菌，很多青霉危害水果，如白 邊青霉危害柑桔，擴(kuò)展青霉危害蘋果。在破壞工業(yè)產(chǎn)品和食品飼料方面，其 危害也不亞于曲面。有些則與動物及人類的疾病有關(guān)，在微生物實(shí)驗(yàn)室中也 是常見的染菌。但另一方面，在工業(yè)上都有很高的經(jīng)濟(jì)價值，例如有些青霉 能產(chǎn)生有機(jī)酸如檸檬酸、延胡羧酸、草酸、葡萄糖酸等。也可用于食品加工 如制造干酪。它們產(chǎn)生的酶類也可供利用。更著名的是產(chǎn)生抗生素，如利用 產(chǎn)黃青霉系選育出來的某些菌系制造青霉素等。青霉有極不相同的代謝活動， 不同的種能有葡萄糖合成極為不同的物質(zhì)，在生產(chǎn)和利用方面有不可忽視的 重

19、要性。 此屬的營養(yǎng)菌絲體無色，淡色或鮮明的顏色，具橫隔，或?yàn)槁穹突虿?分埋伏型部分氣生型，其實(shí)菌絲密氈狀，松絮狀或部分結(jié)成菌絲索?？稍行?分枝（分生孢子梗）有埋伏型或氣生型菌絲生出，少垂直于菌絲（除個別種 外，不像曲霉那樣生有足細(xì)胞），單獨(dú)直立或作某種程度的集合乃至密集為 一定的菌絲束，具橫隔，光滑或粗糙。其先端生油掃帚狀的分枝輪，稱為帚 狀枝（圖3）。帚狀枝是由單輪或兩次到多次分枝系統(tǒng)構(gòu)成，對稱或不對稱， 最后一級分支即產(chǎn)生孢子的細(xì)胞稱為小梗。著生小梗的細(xì)胞叫?；?，支持根 基的細(xì)胞稱為副枝，小梗用斷離法產(chǎn)生分生孢子，形成不分枝的鏈，分生孢 子球形、橢圓形或短錐形，光滑或粗糙，大部分生長時呈

20、藍(lán)綠色，有時無色 或呈別種淡色，但決不呈烏黑色。少數(shù)種產(chǎn)生閉囊殼，或結(jié)構(gòu)疏松柔軟，較 快地形成子囊和子囊孢子，或質(zhì)地堅硬如菌核狀有中央向外緩慢地成熟。還 有少數(shù)菌種產(chǎn)生菌核。 青霉帚狀枝的形成和復(fù)雜程度是分類的首要基礎(chǔ)，依次青霉一屬自然地 分為四個組：單輪青霉組、對稱二輪青霉組、不對稱青霉組，多輪青霉組。 3 曲霉屬 曲霉屬類似青霉屬，有廣泛的分布。其缺點(diǎn)是在濕熱的條件下常 能引起皮革，布匹及氣化工業(yè)產(chǎn)品嚴(yán)重的霉劣化，許多種能引起食物 和飼料霉壞變質(zhì)，有的甚至產(chǎn)生毒素。在實(shí)驗(yàn)室中引起污染，造成工 作中的麻煩。還有一些能使人及動物致病成為曲霉病害。但由于它們 強(qiáng)大的酶活性故又可利用于許多工業(yè)生產(chǎn)

21、。如利用黃曲霉群的一些菌 系的蛋白質(zhì)分解能力作醬，利用黑曲霉的糖化能力制酒等?，F(xiàn)在發(fā)酵 工業(yè)生產(chǎn)中利用曲霉生產(chǎn)檸檬酸，葡萄糖酸及其他有機(jī)酸類和化學(xué)藥 品。酶制劑的生產(chǎn)也是極為重要的一項(xiàng)。通過菌種的選育誘變，得到 了不少的優(yōu)良菌系。在我國各地大搞發(fā)酵飼料的群眾運(yùn)動中，多以此 屬的某些種如黑曲霉等進(jìn)行發(fā)酵。 此屬菌的營養(yǎng)菌絲體內(nèi)具橫隔的分枝菌絲構(gòu)成，無色或有明亮的 顏色，有少數(shù)類型可在局部緩慢地呈現(xiàn)褐色或其他顏色，一部分埋伏 型，一部分氣生型?？稍行苑壑胺稚咦庸Ｊ菑奶鼗说暮癖诙?大的菌絲細(xì)胞（足細(xì)胞生出），并略垂直于足細(xì)胞的長軸，分生孢子 梗大部分橫隔，光滑，粗糙或有痣點(diǎn)常在頸部膨大形成棍

22、棒形、橢圓 形、半球形或球形的可孕性的頂囊，頂囊表面產(chǎn)生小梗，小?；蚱叫?簇生頂囊頂部，或自頂囊全部表面放射狀生產(chǎn)。小梗單層或雙層。雙 層時，下面一層稱為?；ɑ蚍Q出生小梗）。無論?；蛐」６际怯?頂囊表面同時產(chǎn)生。分生孢子自小梗頂端相繼形成（不是出芽方式）。 具有各種形狀，顏色和紋飾，最后成為不分枝的鏈（圖4）。由頂囊， 小梗以及分生孢子鏈構(gòu)成分生孢子頭。分生孢子頭具各種不同顏色和 形狀。如球形、放射形、棍棒形或直柱形等。 此屬菌的菌落顏色多樣，而且比較穩(wěn)定，是分類的主要特征 之一。其他依據(jù)是分生孢子頭和頂囊的形態(tài)，大小、分生孢子 梗的長度和表面特征；小梗的著生方式和大??；分生孢子和子 囊孢

23、子的形狀、顏色、大小和飾紋等。鑒定時應(yīng)以察氏瓊脂培 養(yǎng)基作為標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)溫度一般為2830攝氏度；時間為1014 天，少數(shù)產(chǎn)生閉囊殼菌種需要23周或更長一些時間。 3.1黑曲霉 黑曲霉屬黑曲霉群，菌落生長稍局限，1014天直徑可達(dá) 2.53厘米，菌絲初為白色，常常出現(xiàn)鮮黃區(qū)域，厚絨狀，黑 色，反面無色或中央部分略帶褐色。分生孢子頭幼時球形，漸 變?yōu)榉派湫位蛄殉蓭讉€放射的柱狀物，一般700800微米， 褐黑色。分生孢子梗自基質(zhì)生出，長短不一，一般為13毫米， 直徑1520微米，臂厚光滑。楔囊球形一般直徑為4575微 米，小梗雙層自頂囊全面著生，褐色，梗基一般20303 3.5微米。分生孢子球形，直

24、徑大多45微米，褐色色素積于 內(nèi)壁和外壁間成為短棍狀或塊狀而顯現(xiàn)粗糙。有的菌系產(chǎn)生菌 核，球形，白色。直徑約1毫米。 第三章 微生物代謝 第一節(jié) 微生物的營養(yǎng) 元素 細(xì)菌 酵母菌 霉菌 碳 50 49.8 47.9 氮 15 12.4 5.2 氫 8 6.7 6.7 氧 20 31.1 40.2 磷 3 硫 1 微生物細(xì)胞的組成元素 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成 主要成分 細(xì)菌 酵母菌 霉菌 水分 7585 7080 8590 （占細(xì)胞鮮重的%） 蛋白質(zhì) 5080 3275 1415 占 細(xì) 碳水化合物 1228 2763 740 胞 干 脂肪 520 215 440 重 的 核酸 1020 6 8

25、1 % 無機(jī)鹽 230 3.87 612 第一節(jié) 微生物的營養(yǎng) 第二節(jié) 培養(yǎng)基 v根據(jù)微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的需要，經(jīng)過人工配置的適 合微生物生長、繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)就 稱為培養(yǎng)基。 v培養(yǎng)基的主要用途為：促使微生物的生長與繁殖， 用于微生物純種的分離、鑒定和制造微生物制品等。 1 培養(yǎng)基的分類 考慮這些成分。當(dāng)然有些培養(yǎng)基不含生長素。就培養(yǎng)基的使用方 法而言，有液體和固體之分。所謂固體培養(yǎng)基，在一般情況下，是指 將瓊脂或明膠加入液體培養(yǎng)基內(nèi)而制成的固體培養(yǎng)其，而不是指動植 物組織切塊。 人工培養(yǎng)微生物時需用的物質(zhì)稱為培養(yǎng)基。它也可以說是微生物的 食物，培養(yǎng)基按其組成的成分，可分為三類：

26、（1）自然培養(yǎng)基：它的組成成分還不十分清楚。它是直接利用天然物 質(zhì)。例如：動植物的組織或器官（馬鈴薯、胡蘿卜、水果、肉類、蛋 等）的切塊或浸提液。 （2）半合成培養(yǎng)基：其中一部分成分是已知的，另一部分則是天然 材料。如馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基就是一例。 （3）合成培養(yǎng)基：其中的成分都是已知的，例如察氏培養(yǎng)基等等。 無論那種類型培養(yǎng)基，其成分如何復(fù)雜，概括起來，大都包括碳源、 氮源、無機(jī)鹽類、生長素和水等。所以制備培養(yǎng)基時，應(yīng)關(guān)于培養(yǎng)基 的制備法，除各種天然培養(yǎng)基的配制略有不同外。合成培養(yǎng)基都是按 照預(yù)定的組成及其量配合成液體，并根據(jù)要求調(diào)到一定PH。如果需要 制成固體，一般加1.52.0%瓊脂即可。

27、配妥后，根據(jù)需要和量，分 裝入試管或三角瓶，塞好棉塞，進(jìn)行滅菌，冷卻后即可使用。 2 常用培養(yǎng)微生物培養(yǎng)基： 2.1 麥芽汁： 它是釀造啤酒前，未經(jīng)發(fā)酵，未加酒花的新鮮麥芽汁可向啤酒廠購 買。如果不具備條件，可取大麥芽粉1公斤，加水3升，保溫60攝氏度， 使其自行糖化。直到液體中無淀粉為止（檢查法是取糖化液0.5毫升， 加碘液2滴，如無藍(lán)紫色出現(xiàn)，即糖化完善）。過濾，加23個雞蛋 清（有助于麥芽汁的澄清）。攪拌均勻，煮沸，再過濾，則得麥芽汁， 加水沖洗至1015波林（一種測糖化液濃度的比重計），備用。如制 成固體培養(yǎng)基則加2%的瓊脂。 2.2 玉米粉瓊脂 取與米粉約60克，加水1升，攪拌均勻，

28、文火煮沸1小時，用紗布過 濾，加瓊脂1517克，加熱使其溶化，然后加水使其體積仍為1升。 2.3 馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA） 取去皮馬鈴薯200克，切成小塊，加水1升，煮沸10分鐘，紗布過濾， 加20克瓊脂，20克葡萄糖，再加熱使其溶化，最后體積為1升。 2.4 察氏培養(yǎng)基 NaNO3 3克，K2HPO4 1克，KCL 0.5克，MgSO47H2O 0.5克， FeSO4 0.01克，蔗糖 20克，瓊脂 20克。 第三節(jié) 滅菌與消毒 滅菌就是將微生物殺死。大家都知道，在空氣，水中，用具上到處都有微生 物的存在。因而，當(dāng)培養(yǎng)一種真菌時，培養(yǎng)基、器皿或用具必須經(jīng)過滅菌后 才能使用，否則會使培養(yǎng)物污

29、染雜菌。滅菌的方法很多，現(xiàn)將最常用的方法 介紹如下： 1 干熱滅菌 一般玻璃用具，如培養(yǎng)皿，試管等用報紙包好后，放入烘箱中，使溫度逐漸 升至150160，保持2小時后，關(guān)閉電源，使緩慢冷卻（降溫太快時玻璃 易碎）即滅菌完畢。 2 濕熱滅菌 濕熱滅菌就是利用蒸汽殺菌。它不需要像干熱滅菌時那樣高的溫度，因?yàn)榧?熱滅菌是使微生物的蛋白質(zhì)凝固，而蛋白質(zhì)凝固時與含水量，溫度等有關(guān)。 含水量大時使其凝固所需要的溫度低。反之，含水量小使凝固時所需的溫度 高。所以濕熱滅菌一般都比干熱滅菌效果好。濕熱滅菌又分為常壓和高壓兩 種。 （1）常壓法：常壓是用蒸汽鍋（普遍鍋）蒸，溫度不超過100。在沒有高壓 滅菌易破壞

30、的培養(yǎng)基情況下多采用此法。但此法比較麻煩，通常必須進(jìn)行三 次，每次一小時，因?yàn)榈谝淮握艉?，其中營養(yǎng)細(xì)胞被殺死，而其芽孢還保持 著活力，所以蒸后，將培養(yǎng)基放入溫箱中24小時，待其芽孢萌發(fā)后，再蒸第 二次。同樣再經(jīng)24小時蒸第三次，這樣才能滅菌完善，故又稱它為間歇滅菌 法。 （2）高壓法：此法乃是利用高壓蒸汽殺菌鍋進(jìn)行滅菌。當(dāng)用蒸汽滅菌時，如鍋 內(nèi)增加壓力，則溫度亦隨之增高。例如壓力0.56公斤/cm2=8磅/小時2，溫度 為112.6;通常濕熱滅菌，于120，20分鐘達(dá)到目的。115，30分鐘就可 以了。使用高壓滅菌特別要注意兩點(diǎn)：（1）增壓前必須把鍋內(nèi)的冷空氣排盡， 否則壓力雖然升高，而其溫度

31、達(dá)不到要求。（2）滅菌完畢后，應(yīng)是鍋內(nèi)壓力 徐徐下降，不然，容器中液體會噴出，在無烘箱時其他器皿也可用濕熱滅菌 法，滅菌前應(yīng)該用紙包好。 3 火焰滅菌法： 對于接種針后其他金屬用具的滅菌，可直接在酒精燈火焰上燒至紅熱。此外， 在接種過程中，試管或三角瓶口也朦朧要用此通過火焰而達(dá)到滅菌的目的。 4 藥物滅菌法： 所用的藥品種類甚多，只列常用的幾種： 4.1 70%酒精：用于冷卻燒紅后的接種針，操作前手或器皿的表面殺菌，載 波片的浸泡等。 4.2 新潔爾滅：市售一般為5%溶液，用時稀釋到萬分之一至千分之一，用于 工作環(huán)境和器皿表面的滅菌。 4.3 0.1%升汞液：用于材料表面的滅菌，用具或廢棄的培

32、養(yǎng)物實(shí)驗(yàn)后的處理。 4.4 福爾馬林（40%甲醛溶液）：用于容器的重蒸滅菌，加熱或加高錳酸鉀， 使放出甲醛氣味。注意將容器密閉并維持24小時。 4.5 紫外線滅菌：用于接種室等熔點(diǎn)滅菌。 第四節(jié) 微生物的營養(yǎng)與生長 我國微生物生產(chǎn)酶制劑的主要原料為碳源、氮源，此外還有無機(jī)鹽， 生長因素和促進(jìn)劑等。 1碳源和氮源 1.1碳源 碳是構(gòu)成菌體成分的主要元素，使細(xì)胞內(nèi)貯藏物質(zhì)的升成各種代謝 產(chǎn)物（包括酶類）的骨架，也是微生物生長中的主要能量來源。當(dāng)前 酶制劑生產(chǎn)用的菌種大都是只有去利用有機(jī)碳的異樣型微生物。因此， 有機(jī)碳源是主要的碳原料，其來源是農(nóng)副產(chǎn)品的淀粉質(zhì)一類原料。在 這類原料中常用的馬鈴薯、玉

33、米、麩皮、米糠、草粉、玉米秸稈等等。 1.2氮源 微生物細(xì)胞的原生質(zhì)是由蛋白質(zhì)、脂類、核酸和水組成。酶本身是 蛋白質(zhì)，而氮素則是組成蛋白質(zhì)和核酸的主要元素。因此在酶制劑工 業(yè)中，氮源是不可缺少的主要原料，當(dāng)前酶制劑生產(chǎn)中常用的有機(jī)氮 大多為農(nóng)產(chǎn)籽實(shí)提油后的副產(chǎn)品。如豆餅、花生餅、菜籽餅、棉籽餅 等。豆餅是酶制劑工業(yè)常用的有機(jī)氮源。無機(jī)氮源常用的有硫酸銨、 氯化銨、尿素、硝酸銨和磷酸二氫銨等。 2無機(jī)鹽 微生物在生長繁殖和代謝過程中，都需要無機(jī)鹽。無機(jī)鹽提 供多種金屬離子和非金屬元素，其主要為： 2.1磷 磷是培養(yǎng)基中特重要的元素，因?yàn)榱资菢?gòu)成核酸、磷脂的成分 并參與腺三磷（ATP）和鳥三磷（G

34、TP）在內(nèi)的所有轉(zhuǎn)移反應(yīng)， 同時也是許多酶活性基成分。因?yàn)橛袡C(jī)發(fā)酵原料中所含磷量， 往往不能滿足產(chǎn)酶微生物的生長和產(chǎn)酶的需要。因此，酶制劑 生產(chǎn)中常常須添加磷酸鹽（常用的有磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、 磷酸氫二鈉、磷酸氫二銨等）或磷酸。 2.2硫 硫是菌體蛋白中含硫氨基酸如胱氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸等 的組成部分。在微生物生命活動中不可缺少的含硫有機(jī)物，如 某些輔酶和硫辛酸等成分中也含有硫。酶制劑發(fā)酵通常用硫酸 鎂作為硫源。 2.3鉀 鉀以離子狀態(tài)存在于菌體中，其作用是控制細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)的 膠體狀態(tài)和細(xì)胞膜的透性作用，微生物細(xì)胞能直接吸收培養(yǎng)基 中的鉀離子。酶制劑生產(chǎn)中常用的鉀以磷酸鹽或硝酸鹽類來補(bǔ)

35、償不足的鉀源。 2.4鎂 鎂以離子狀態(tài)存在于菌體中，且對多種酶的活性有促進(jìn)和保護(hù) 作用，通常用硫酸鎂補(bǔ)充不足的鎂。 2.5鈣 鈣并不參加細(xì)胞物質(zhì)的組成，而是以離子狀態(tài)起到控制細(xì)胞透 性和調(diào)節(jié)酸度等作用，同時對酶還有一定的保護(hù)作用，酶制劑 生產(chǎn)中通常以氯化鈣為原料提供鈣粒子。 2.6鈉 鈉離子控制細(xì)胞和培養(yǎng)基之間，從而促進(jìn)酶產(chǎn)量的增加。 2.7微量元素 微生物的生長繁殖還需要微量的鐵、錳、鋅、銅、鈷、鉬等 元素。這些元素有的是某些酶的基團(tuán)成分，有的是酶的激活劑， 有的還是輔酶的必需成分。微量金屬元素的種類和濃度也常常 影響酶的產(chǎn)量。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于對該類元素的需要量極 微，而且天然原料中常已

36、存在。因此，酶制劑生產(chǎn)中除特殊需 要外，一般無需另加入。 3. 生長因素和產(chǎn)酶促進(jìn)劑 3.1 生長因素 微生物還需要微量的維生素一類物質(zhì)，才能正常地進(jìn)行繁殖。這類物質(zhì)統(tǒng)稱 為生長因素（或生長素）。酶制劑工業(yè)生產(chǎn)時所需要的生長因素，大多是由天 然原料中提取。例如，玉米漿、麥芽汁、豆芽汁等，其中生長因素的含量都很 豐富，豆餅、玉米、麩皮、米糠中也含有多種維生素。目前，發(fā)酵工業(yè)中，廣 泛采用玉米漿作為提供生長素的原料。其主要組成為玉米中的可溶性蛋白質(zhì)及 其降解物（如肽類和多種氨基酸等）。此外，尚含有乳酸，植酸鹽和可溶性糖 類。 3.2 產(chǎn)酶促進(jìn)劑 如果添加某種少量的物質(zhì)，就能顯著增加酶的產(chǎn)量時，對這

37、類物質(zhì)統(tǒng)稱為產(chǎn) 酶促進(jìn)劑。這類產(chǎn)酶促進(jìn)劑大致都屬于酶的誘導(dǎo)物或表面活性劑。誘導(dǎo)劑能增 加細(xì)胞的產(chǎn)酶速度，提高產(chǎn)酶量。近來研究指出，產(chǎn)酶的誘導(dǎo)物不僅是酶的作 用底物或底物類似物，而且能被微生物轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)物的前體物質(zhì)有時也能起到 誘導(dǎo)作用。但是，某些能夠增加酶產(chǎn)量的誘導(dǎo)物有時卻又能阻遏酶的形成，則 又能降低分解代謝產(chǎn)物的阻遏作用，如果緩慢地而又微量地連續(xù)加入某些誘導(dǎo) 物時，則又能降低分解代謝產(chǎn)物的阻遏作用而促進(jìn)酶產(chǎn)量的增加。纖維素誘導(dǎo) 纖維素酶，實(shí)際上起作用的誘導(dǎo)物不是纖維素本身，而使其分解產(chǎn)物纖維二糖。 可供產(chǎn)酶的促進(jìn)劑（包括誘導(dǎo)劑和表面活性劑）很多常見例如吐溫80，洗凈 劑LS（脂肪酰胺磺酸鈉

38、），聚乙烯醇、糖脂、金屬螯合劑（乙二胺四乙酸 （EDTA）等，對促進(jìn)酶活力的效果各不相同，需要經(jīng)過試驗(yàn)，確有經(jīng)濟(jì)技 術(shù)效果時才能選用于生產(chǎn)。 4微生物的生長繁殖規(guī)律 工業(yè)生產(chǎn)用微生物，都是利用其群體，因此，著重討論微生物群體的生長現(xiàn) 象。 當(dāng)單細(xì)胞微生物（細(xì)菌、酵母菌等）在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)時，各個細(xì)胞個體因 布郎運(yùn)動或鞭毛運(yùn)動和培養(yǎng)基受到通氣攪拌等原因，均勻地分布在液體中，每 個細(xì)胞的環(huán)境十分相同。因而細(xì)胞的形態(tài)和生理特性都比較一致。細(xì)胞處在不 停地運(yùn)動中，與周圍環(huán)境物質(zhì)的交換十分充分，細(xì)胞的生長繁殖也較快，這一 現(xiàn)象，單細(xì)胞微生物尤其是細(xì)胞和酵母菌是典型的。酶制劑發(fā)酵常用到的微生 物除細(xì)菌、

39、酵母菌外尚有放線菌和霉菌等。放線菌和霉菌，雖然菌體呈絲狀， 但在液體培養(yǎng)基中因通氣攪拌等原因，菌絲體常呈絮狀存在，故也相當(dāng)均勻地 分布于培養(yǎng)基中，其生長繁殖情況，類似于細(xì)菌單細(xì)胞微生物。因此，通常就 是利用對細(xì)菌群體的研究情況來闡明所有微生物群體的一般生長繁殖規(guī)律，并 以此指導(dǎo)菌種培養(yǎng)的生產(chǎn)技術(shù)。 根據(jù)細(xì)菌分批培養(yǎng)過程中，定期取樣測定培養(yǎng)基中死活細(xì)胞的增長情況，如以 細(xì)胞增長數(shù)目的對數(shù)值或增長速度作縱坐標(biāo)，培養(yǎng)時間為橫坐標(biāo)，得到的即通 稱的生長曲線。 在生產(chǎn)實(shí)踐中，當(dāng)用分批法進(jìn)行菌種擴(kuò)大培養(yǎng)時，隨著培養(yǎng)時間不同，其生長 繁殖過程可觀察到有如下四個不同階段： 一、生長遲緩期（延滯期） 當(dāng)少量靜息

40、細(xì)胞剛接入具有豐富營養(yǎng)的新鮮培養(yǎng)基后，開始一段時期，每個休 止細(xì)胞的重量，立即以對數(shù)速度增加，細(xì)胞中核糖核酸的量隨細(xì)胞重量增加而 增加，直至達(dá)到一個穩(wěn)定的水平。在這一時期內(nèi)，細(xì)胞重量雖增加但數(shù)量并不 增加或很少增加，不過細(xì)胞的生理活動（如呼吸強(qiáng)度等）則明顯增加，此后進(jìn) 入開始分裂階段。從菌種接入后至細(xì)胞開始分裂這一時期稱為生長遲緩期。如 果原來是生長旺盛期的細(xì)胞，當(dāng)接入與原有培養(yǎng)環(huán)境相似的新培養(yǎng)基中時，生 長遲緩期就可以大大縮短。 二、生長加速期（對數(shù)期） 細(xì)胞經(jīng)過生長遲緩期，適應(yīng)了新的環(huán)境，生理狀態(tài)也較為活躍，細(xì) 胞都開始迅速繁殖。由于細(xì)菌以分裂方繁殖，一般每隔20分鐘左右即 繁殖一代。因此

41、，細(xì)胞數(shù)月呈幾何級增加，故又稱對數(shù)生長期。在這 一時期中，不但細(xì)胞數(shù)目以恒定的繁殖速度增加，而且每單位細(xì)胞重 量的核糖核酸和單個細(xì)胞物質(zhì)保持相對穩(wěn)定，這對生產(chǎn)中確定種子培 養(yǎng)時間即種齡，有著十分重要的作用。 三、生長平衡期（穩(wěn)定期） 細(xì)胞經(jīng)過生長加速期的大量繁殖，一方面由于培養(yǎng)基物質(zhì)逐漸趨耗 盡；另一方面代謝產(chǎn)物的逐漸增多，致使細(xì)胞繁殖的速度逐漸降低， 心生的細(xì)胞數(shù)與死亡的細(xì)胞數(shù)大致相等。此時，培養(yǎng)基中的活細(xì)胞數(shù) 處于相對平衡狀態(tài)，故稱相對平衡期。在這一段時期中，每個細(xì)胞的 核糖核酸含量和單位細(xì)胞的數(shù)量也開始逐漸下降。 四、生長衰亡期（下降期） 細(xì)菌經(jīng)過大量繁殖在生長平衡期后，由于培養(yǎng)基營養(yǎng)成

42、分耗盡，代 謝產(chǎn)物大量積累，這時能連續(xù)繁殖的細(xì)胞越來越少，一直到無。而死 后的細(xì)胞則越來越多。培養(yǎng)基中的細(xì)胞數(shù)量不變，但活的細(xì)胞數(shù)量逐 漸下降，故稱此時期為生長衰亡期。通常見到細(xì)胞的衰線型，芽胞或 孢子以及自溶等現(xiàn)象出現(xiàn)多在此時期。 細(xì)菌生長曲線 第五節(jié) 菌種的退化、復(fù)壯、保藏 1 常見的菌種退化現(xiàn)象 在微生物發(fā)酵生產(chǎn)中，人們經(jīng)常談到菌種退化現(xiàn)象。但是，究竟什 么叫菌種退化，退化的實(shí)質(zhì)是什么？往往缺乏明確的認(rèn)識。尤其是酶 制劑的工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)，歷史較短，有關(guān)酶制劑生產(chǎn)菌種的退化問題還 缺少系統(tǒng)了解。不過，凡微生物的退化現(xiàn)象應(yīng)有共同性。 生產(chǎn)菌株本來都在自然環(huán)境下生長，所以在人工培養(yǎng)條件下，任何

43、微生物菌株通過一系列的轉(zhuǎn)接傳代都可能發(fā)生“退化”，廣義的說退 化意味著隨時間的推移菌種的一個或多個特性逐步減退或消失，最終 導(dǎo)致營養(yǎng)細(xì)胞的死亡。 一般把菌株的生活力、產(chǎn)孢子能力的衰退和特殊產(chǎn)物產(chǎn)量的下降統(tǒng) 稱為退化。實(shí)際上兩者既相互有關(guān)又相互區(qū)別，而且產(chǎn)生這些現(xiàn)象的 原因并不相同。 以產(chǎn)生青霉素的Penicillium chrysogenum一系列菌株為例，經(jīng)過連 續(xù)分離高產(chǎn)菌株以后，青霉素產(chǎn)量不斷增加，但生長速度和形成孢子 的能力連續(xù)下降。這種所謂的“超產(chǎn)菌株”很可能從原來的、正常的 主流代謝逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣纱罅靠咕氐闹范鴮?dǎo)致細(xì)胞活力的減弱。 除了經(jīng)過一系列的分離高產(chǎn)菌株過程而引起的“退化

44、”外，反復(fù) 轉(zhuǎn)接還遲早會出現(xiàn)純系的衰老，最終導(dǎo)致營養(yǎng)體死亡。這種現(xiàn)象和抗 菌素產(chǎn)量之間的關(guān)系未經(jīng)仔細(xì)研究。但是營養(yǎng)體的大量死亡最終影響 到產(chǎn)量。實(shí)驗(yàn)證明：通過分離，首先從青霉素產(chǎn)量高，形成孢子能力 弱的菌株中得到產(chǎn)孢子能力正常而生產(chǎn)性能下降的菌株。經(jīng)過反復(fù)分 離，最后得到了形成孢子能力強(qiáng)、產(chǎn)量高的菌株。這一事例說明：退 化菌株中某些有用的培養(yǎng)特性可以恢復(fù)而不影響抗菌素產(chǎn)量。 在抗菌素生產(chǎn)還發(fā)現(xiàn)有：由于不純的異核菌絲體分裂，致使產(chǎn)量 降低的情況。分析結(jié)果表明，群體中生長快，產(chǎn)量低的部分是生長弱、 產(chǎn)量高菌株中的一個亞株。在液體培養(yǎng)基中上述二者的生長情況作了 比較。結(jié)果，前者的細(xì)胞干重是后者的兩倍

45、。就是說，前者有較高的 利用碳水化合物能力。兩個菌株混合培養(yǎng)時，抗菌素的最終產(chǎn)量很低。 經(jīng)過分離純化有效地克服了產(chǎn)量下降的現(xiàn)象。 在酶制劑發(fā)酵生產(chǎn)中，污染雜菌常可導(dǎo)致產(chǎn)量這種現(xiàn)象常被誤認(rèn) 為是菌種退化。因?yàn)?，污染情況比較復(fù)雜，一是出現(xiàn)污染的時期不同。 如果，斜面種子污染同一菌種的不同菌株，常常給人以菌種退化的印 象。這種假象和真正的菌種退化不同，只要經(jīng)過認(rèn)真的純化就可以克 服。 2 有關(guān)退化的實(shí)質(zhì) 菌株的遺傳性狀是穩(wěn)定的，但是有可能發(fā)生突變。因此，可以在基 因型改變的情況下引起菌種退化。例如，在核苷酸和氨基酸發(fā)酵生產(chǎn) 中常采用的營養(yǎng)缺陷性。有關(guān)的這一營養(yǎng)缺陷基因發(fā)生回復(fù)突變就可 致產(chǎn)量下降，在轉(zhuǎn)接傳代過程中回復(fù)體數(shù)在數(shù)量上逐