影響微生物生長(zhǎng)的主要因素 (2)ppt課件

1、微生物學(xué)第三節(jié)第三節(jié) 影響微生物生長(zhǎng)影響微生物生長(zhǎng) 的主要要素的主要要素物理要素：溫度、物理要素：溫度、pHpH和氧氣最主要和氧氣最主要微生物的六大類營(yíng)養(yǎng)要素微生物的六大類營(yíng)養(yǎng)要素碳源、氮源、能源、碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子、無機(jī)鹽、水生長(zhǎng)因子、無機(jī)鹽、水一、溫度一、溫度 溫度是影響微生物細(xì)胞生長(zhǎng)和存活的最重要溫度是影響微生物細(xì)胞生長(zhǎng)和存活的最重要的要素之一。的要素之一。最低生長(zhǎng)溫度最低生長(zhǎng)溫度最適生長(zhǎng)溫度最適生長(zhǎng)溫度最高生長(zhǎng)溫度最高生長(zhǎng)溫度3 3個(gè)個(gè)重重要要目目的的生長(zhǎng)溫度三基點(diǎn)生長(zhǎng)溫度三基點(diǎn)(three cardinal (three cardinal point)point)溫溫 度度

2、生長(zhǎng)速度生長(zhǎng)速度溫度停頓生長(zhǎng)停頓生長(zhǎng)致死致死最低最低最高最高最適最適 微生物作為整體來言，其溫度的三基點(diǎn)是極其寬的，微生物作為整體來言，其溫度的三基點(diǎn)是極其寬的，堪稱堪稱“生物世界之最。生物世界之最。l 嗜冷菌嗜冷菌 其生長(zhǎng)溫度范圍在其生長(zhǎng)溫度范圍在1020，最適，最適生長(zhǎng)溫度為生長(zhǎng)溫度為15或以下，它們常分布在地球兩或以下，它們常分布在地球兩極地域的水域和土壤中。極地域的水域和土壤中。l 嗜冷機(jī)制：酶系在低溫下仍能起催化作嗜冷機(jī)制：酶系在低溫下仍能起催化作用用 l 細(xì)胞膜含較多的不飽和脂肪細(xì)胞膜含較多的不飽和脂肪酸酸 ， l 在低溫下仍具有通透性。在低溫下仍具有通透性。l 嗜溫菌嗜溫菌 絕大

3、多數(shù)微生物屬于這一類。最適生絕大多數(shù)微生物屬于這一類。最適生長(zhǎng)溫度在長(zhǎng)溫度在2045之間，最低生長(zhǎng)溫度之間，最低生長(zhǎng)溫度1020，最高生長(zhǎng)溫度，最高生長(zhǎng)溫度4045。它們又可分為。它們又可分為室溫型室溫型25和體溫型和體溫型37 。 嗜熱菌嗜熱菌 它們適于在它們適于在4550以上以上的溫度中生長(zhǎng)，在自然界中的溫度中生長(zhǎng)，在自然界中的分布僅局限于某些地域，的分布僅局限于某些地域，如溫泉、日照充足的土壤外如溫泉、日照充足的土壤外表、堆肥、發(fā)酵飼料等腐爛表、堆肥、發(fā)酵飼料等腐爛有機(jī)物中，如堆肥在發(fā)酵過有機(jī)物中，如堆肥在發(fā)酵過程中溫度常高達(dá)程中溫度常高達(dá)6070。 嗜熱機(jī)制：嗜熱機(jī)制： 細(xì)胞內(nèi)的酶具強(qiáng)

4、抗熱性。細(xì)胞內(nèi)的酶具強(qiáng)抗熱性。 產(chǎn)生的多胺，熱亞胺和高溫精胺物質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)生的多胺，熱亞胺和高溫精胺物質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì) 等組織構(gòu)造具有維護(hù)作用。等組織構(gòu)造具有維護(hù)作用。 核酸也具有熱穩(wěn)定性的維護(hù)構(gòu)造。核酸也具有熱穩(wěn)定性的維護(hù)構(gòu)造。 細(xì)胞膜含有較多的飽和脂肪酸和直鏈脂肪酸，細(xì)胞膜含有較多的飽和脂肪酸和直鏈脂肪酸， 使膜具有穩(wěn)定性。使膜具有穩(wěn)定性。 對(duì)某一詳細(xì)微生物來說，其生長(zhǎng)溫度的寬和窄與它對(duì)某一詳細(xì)微生物來說，其生長(zhǎng)溫度的寬和窄與它們長(zhǎng)期進(jìn)化過程中所處的生存環(huán)境溫度有關(guān)。們長(zhǎng)期進(jìn)化過程中所處的生存環(huán)境溫度有關(guān)。寬溫微生物寬溫微生物窄溫微生窄溫微生物物一些生活在土壤中的芽孢桿菌一些生活在土壤中的芽孢桿

5、菌15156565； 既可在人體大腸中生活，也可在體外環(huán)境中生活既可在人體大腸中生活，也可在體外環(huán)境中生活的的E. coli E. coli 101047.547.5；專性寄生在人體泌尿生殖道中的專性寄生在人體泌尿生殖道中的NeisseriagonorrhoeaeNeisseriagonorrhoeae淋病奈瑟氏球菌淋病奈瑟氏球菌36364040； 最適生長(zhǎng)溫度最適生長(zhǎng)溫度optimum growth optimum growth temperaturetemperature簡(jiǎn)稱最適溫度，是指某菌分裂代簡(jiǎn)稱最適溫度，是指某菌分裂代時(shí)最短或生長(zhǎng)速率最高時(shí)的培育溫度。時(shí)最短或生長(zhǎng)速率最高時(shí)的培育溫

6、度。對(duì)同一微生物來說，最適溫度并非一切生理過程的對(duì)同一微生物來說，最適溫度并非一切生理過程的最適溫度最適溫度普通規(guī)律普通規(guī)律最適溫度最適溫度生長(zhǎng)得率最高時(shí)的培育溫度，生長(zhǎng)得率最高時(shí)的培育溫度， 發(fā)酵速率或累積代謝產(chǎn)物最高時(shí)的培育溫度發(fā)酵速率或累積代謝產(chǎn)物最高時(shí)的培育溫度， 累積某一代謝產(chǎn)物量最高時(shí)的培育溫度。累積某一代謝產(chǎn)物量最高時(shí)的培育溫度。強(qiáng)強(qiáng) 調(diào)調(diào) 指指 出出菌名菌名生長(zhǎng)溫度生長(zhǎng)溫度發(fā)酵溫度發(fā)酵溫度累積產(chǎn)物溫度累積產(chǎn)物溫度Serratia marcescens粘質(zhì)賽氏桿菌粘質(zhì)賽氏桿菌37合成靈桿菌素合成靈桿菌素2025Aspergillus niger黑曲霉黑曲霉37產(chǎn)糖化酶產(chǎn)糖化酶32

7、34Streptococcus thermophilus嗜熱鏈球菌嗜熱鏈球菌3747473737Streptococcus lactis乳酸鏈球菌乳酸鏈球菌344040產(chǎn)細(xì)胞：產(chǎn)細(xì)胞：25253030產(chǎn)乳酸：產(chǎn)乳酸：3030例如，在例如，在Penicillium chrysogenumPenicillium chrysogenum產(chǎn)黃青霉總產(chǎn)黃青霉總共共165165小時(shí)的青霉素發(fā)酵過程中，根據(jù)不同生理代謝小時(shí)的青霉素發(fā)酵過程中，根據(jù)不同生理代謝過程的溫度特點(diǎn)分四段控制其培育溫度。過程的溫度特點(diǎn)分四段控制其培育溫度。0 0小時(shí)小時(shí)55小時(shí)小時(shí)4040小時(shí)小時(shí)125125小時(shí)小時(shí)165165小時(shí)小

8、時(shí)結(jié)果，青霉素產(chǎn)量提高了結(jié)果，青霉素產(chǎn)量提高了14.714.7。 30 25 20 25 30 25 20 25這一規(guī)律對(duì)指點(diǎn)發(fā)酵消費(fèi)有著重要的意義。這一規(guī)律對(duì)指點(diǎn)發(fā)酵消費(fèi)有著重要的意義。二、氧氣二、氧氣氧對(duì)微生物的生命活動(dòng)有著極其重要的影響。氧對(duì)微生物的生命活動(dòng)有著極其重要的影響。好氧微生物好氧菌，好氧微生物好氧菌，aerobesaerobes厭氧微生物厭氧菌，厭氧微生物厭氧菌，anaerobesanaerobes細(xì)細(xì)分分為為5 5類類微微生生物物與與氧氧的的關(guān)關(guān)系系根據(jù)微生物與氧的關(guān)系可細(xì)分為根據(jù)微生物與氧的關(guān)系可細(xì)分為5 5類類 專性好氧菌：需氧，正常大氣壓下呼專性好氧菌：需氧，正常大氣

9、壓下呼吸產(chǎn)能吸產(chǎn)能 以呼吸為以呼吸為主，兼營(yíng)發(fā)酵產(chǎn)能主，兼營(yíng)發(fā)酵產(chǎn)能 好氧菌好氧菌 兼性厭氧菌兼性厭氧菌 以呼吸為主，兼營(yíng)厭氧呼吸產(chǎn)能以呼吸為主，兼營(yíng)厭氧呼吸產(chǎn)能 微好氧菌：需求微量氧下生活微好氧菌：需求微量氧下生活 耐氧菌：不需氧，只以發(fā)酵產(chǎn)能，氧無耐氧菌：不需氧，只以發(fā)酵產(chǎn)能，氧無毒害毒害 厭氧菌厭氧菌 ( (專性專性) )厭氧菌：氧有害或致死，以發(fā)酵厭氧菌：氧有害或致死，以發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能或無氧呼吸產(chǎn)能 必需在較高濃度分子氧必需在較高濃度分子氧0.20.2巴的條件下才干巴的條件下才干生長(zhǎng)，它們有完好的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，生長(zhǎng)，它們有完好的呼吸鏈，以分子氧作為最終氫受體，含有

10、超氧化物歧化酶含有超氧化物歧化酶superoxide dismutase superoxide dismutase ，SODSOD和過氧化氫酶和過氧化氫酶catalasecatalase。1. 1. 專性好氧菌專性好氧菌obligate or strict strictaerobeobligate or strict strictaerobe絕大多數(shù)真菌和許多細(xì)菌、放線菌都是專性好氧菌，絕大多數(shù)真菌和許多細(xì)菌、放線菌都是專性好氧菌，例如，例如，AcetobacterAcetobacter醋桿菌屬、醋桿菌屬、 Azotobacter Azotobacter固氮菌屬、固氮菌屬、 Pseudomon

11、as aeruginosa Pseudomonas aeruginosa銅綠假單胞菌銅綠假單胞菌，又稱綠膿桿菌、，又稱綠膿桿菌、 Coeynebacterium diphtheriae Coeynebacterium diphtheriae白喉棒桿白喉棒桿菌等。菌等。2. 2. 兼性厭氧菌兼性厭氧菌facultative anaerobesfacultative anaerobes 是以在有氧條件下的生長(zhǎng)為主也可兼在厭氧是以在有氧條件下的生長(zhǎng)為主也可兼在厭氧條件下生長(zhǎng)的微生物，有時(shí)也稱條件下生長(zhǎng)的微生物，有時(shí)也稱“兼性好氧菌兼性好氧菌 facultative aerobesfacultativ

12、e aerobes。它們能在有氧時(shí)靠呼。它們能在有氧時(shí)靠呼吸產(chǎn)能；無氧時(shí)借發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能，細(xì)胞含吸產(chǎn)能；無氧時(shí)借發(fā)酵或無氧呼吸產(chǎn)能，細(xì)胞含SODSOD和過氧化氫酶。和過氧化氫酶。許多酵母菌和不少細(xì)菌都是兼性厭氧菌。許多酵母菌和不少細(xì)菌都是兼性厭氧菌。例如，例如，Saccharomy cescerevisiaeSaccharomy cescerevisiae釀酒酵母、釀酒酵母、 Bacillus licheniformis Bacillus licheniformis地衣芽孢桿地衣芽孢桿菌、菌、 腸桿菌科的各種細(xì)菌包括腸桿菌科的各種細(xì)菌包括E Ecolicoli、 Enterobactera

13、erogenes Enterobacteraerogenes產(chǎn)氣腸桿菌，產(chǎn)氣腸桿菌，舊稱產(chǎn)氣氣桿菌或產(chǎn)氣桿菌、舊稱產(chǎn)氣氣桿菌或產(chǎn)氣桿菌、 Proteusvulgaris Proteusvulgaris普通變形桿菌等。普通變形桿菌等。3. 3. 微好氧菌微好氧菌microaerophilic microaerophilic bacteriabacteria 只能在較低的氧分壓只能在較低的氧分壓0.010.010.030.03巴，正常大氣中的巴，正常大氣中的氧分壓為氧分壓為0.20.2巴下才干正常生長(zhǎng)的微生物。也是經(jīng)過呼巴下才干正常生長(zhǎng)的微生物。也是經(jīng)過呼吸鏈并以氧為最終氫受體而產(chǎn)能。吸鏈并以氧為

14、最終氫受體而產(chǎn)能。例如，例如，Vibrio choleraeVibrio cholerae霍亂弧菌、霍亂弧菌、 Hydrogenomonas Hydrogenomonas氫單胞菌屬氫單胞菌屬、 Zymomonas Zymomonas發(fā)酵單胞菌屬發(fā)酵單胞菌屬 和和CampylobacterCampylobacter彎曲菌屬?gòu)澢鷮俚?。等?. 4. 耐氧菌耐氧菌aerotolerant anaerobesaerotolerant anaerobes 即耐氧性厭氧菌的簡(jiǎn)稱。即耐氧性厭氧菌的簡(jiǎn)稱。 是一類可在分子氧存在下進(jìn)展發(fā)酵性厭氧生活的是一類可在分子氧存在下進(jìn)展發(fā)酵性厭氧生活的厭氧菌。它們的生長(zhǎng)

15、不需求任何氧，但分子氧對(duì)它也厭氧菌。它們的生長(zhǎng)不需求任何氧，但分子氧對(duì)它也無毒害。它們不具有呼吸鏈，僅依托專性發(fā)酵和底物無毒害。它們不具有呼吸鏈，僅依托專性發(fā)酵和底物程度磷酸化而獲得能量。耐氧機(jī)制是細(xì)胞內(nèi)存在程度磷酸化而獲得能量。耐氧機(jī)制是細(xì)胞內(nèi)存在SODSOD和過氧化物酶，但缺乏過氧化氫酶。和過氧化物酶，但缺乏過氧化氫酶。普通的乳酸菌多數(shù)是耐氧菌，普通的乳酸菌多數(shù)是耐氧菌，例如，例如，Streptococcus lactisStreptococcus lactis乳鏈球菌、乳鏈球菌、 S Sfaecalisfaecalis糞鏈球菌、糞鏈球菌、 Lactobacillus lactis Lac

16、tobacillus lactis乳酸乳桿菌、乳酸乳桿菌、 Leuconostoc mesenteroides Leuconostoc mesenteroides腸膜明串珠腸膜明串珠菌等；菌等；非乳酸菌類耐氧菌，非乳酸菌類耐氧菌，例如，例如，Butyribacterium rettgeriButyribacterium rettgeri雷氏丁酸桿菌等雷氏丁酸桿菌等。5. 5. 厭氧菌厭氧菌anaerobesanaerobes嚴(yán)厲厭氧菌專性厭氧菌，嚴(yán)厲厭氧菌專性厭氧菌，strict or obligate strict or obligate anaerobesanaerobes普通厭氧菌普通厭

17、氧菌特點(diǎn)：特點(diǎn)： 分子氧對(duì)它們有毒，即使短期接觸也會(huì)抑分子氧對(duì)它們有毒，即使短期接觸也會(huì)抑制甚至致死；制甚至致死； 在空氣或含在空氣或含1010CO2CO2的空氣中，它們?cè)诠痰目諝庵校鼈冊(cè)诠腆w或半固體培育基的外表上不能生長(zhǎng)，只需體或半固體培育基的外表上不能生長(zhǎng)，只需在其深層的無氧或低氧化復(fù)原勢(shì)的環(huán)境下才在其深層的無氧或低氧化復(fù)原勢(shì)的環(huán)境下才干生長(zhǎng)；干生長(zhǎng)； 生命活動(dòng)所需能量是經(jīng)過發(fā)酵、無氧呼吸生命活動(dòng)所需能量是經(jīng)過發(fā)酵、無氧呼吸、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵等提供；、循環(huán)光合磷酸化或甲烷發(fā)酵等提供； 細(xì)胞內(nèi)缺乏細(xì)胞內(nèi)缺乏SODSOD和細(xì)胞色素氧化酶，大多和細(xì)胞色素氧化酶，大多數(shù)還缺乏過氧化氫酶。

18、數(shù)還缺乏過氧化氫酶。常見的厭氧菌：常見的厭氧菌：ClostridiumClostridium梭菌屬、梭菌屬、BacteroidesBacteroides擬桿菌屬、擬桿菌屬、FusobacteriumFusobacterium梭桿菌屬、梭桿菌屬、BifidobacteriumBifidobacterium雙歧桿菌屬、雙歧桿菌屬、以及各種光合細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌以及各種光合細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌methanogensmethanogens等。等。極端厭氧菌極端厭氧菌27氧與細(xì)菌生長(zhǎng)的關(guān)系氧與細(xì)菌生長(zhǎng)的關(guān)系 1971 1971年在年在McCordMcCord和和FridovichFridovich提出關(guān)于專性厭氧

19、提出關(guān)于專性厭氧生活的超氧化物歧化酶生活的超氧化物歧化酶SODSOD學(xué)說。學(xué)說。關(guān)于厭氧菌的氧毒害機(jī)制關(guān)于厭氧菌的氧毒害機(jī)制無無無活力無活力無活力無活力嚴(yán)厲厭氧菌嚴(yán)厲厭氧菌無無無活力無活力有活力有活力耐氧性厭氧菌耐氧性厭氧菌有有有活力有活力有活力有活力好氧菌好氧菌細(xì)胞色素系統(tǒng)細(xì)胞色素系統(tǒng)過氧化氫酶過氧化氫酶超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶SOD菌類型菌類型 經(jīng)過廣泛調(diào)查不同微生物中經(jīng)過廣泛調(diào)查不同微生物中SODSOD和過氧化氫酶的和過氧化氫酶的分布情況后得出：分布情況后得出：SODSOD的功能：的功能：維護(hù)好氧菌免受超氧化物陰離子自在基維護(hù)好氧菌免受超氧化物陰離子自在基的毒害，從而提出了缺乏的毒害

20、，從而提出了缺乏SODSOD的微生物的微生物必然只能進(jìn)展專性厭氧生活的學(xué)說。必然只能進(jìn)展專性厭氧生活的學(xué)說。O2. -超氧陰離子自在基超氧陰離子自在基 普遍存在普遍存在H2O+1/2O2 過氧化氫酶過氧化氫酶好氧菌好氧菌2H2O過氧化物酶過氧化物酶耐氧菌耐氧菌NADH2NADO2. +2H+ H2O2+O2 -SOD好氧菌及耐氧菌好氧菌及耐氧菌按按SODSOD分子中所含金屬輔基的不同，可把它分為分子中所含金屬輔基的不同，可把它分為3 3類：類：真核生物的線粒體中真核生物的線粒體中MnMn原核生物原核生物FeFe幾乎一切的真核生物的細(xì)胞質(zhì)中幾乎一切的真核生物的細(xì)胞質(zhì)中CuCu、ZnZn存在的范圍

21、存在的范圍SODSOD分子中所含分子中所含金屬輔基金屬輔基類型類型三、三、pHpHpHpH值表示某水溶液中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值。值表示某水溶液中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值。純水呈中性，其氫離子濃度為純水呈中性，其氫離子濃度為10-7mol/L10-7mol/L，定其，定其pHpH值為值為7 7。最低生長(zhǎng)最低生長(zhǎng)pHpH最適生長(zhǎng)最適生長(zhǎng)pHpH最高生長(zhǎng)最高生長(zhǎng)pHpH最適生長(zhǎng)最適生長(zhǎng)pHpH值偏于堿性范圍內(nèi)的微生物值偏于堿性范圍內(nèi)的微生物嗜堿微生物嗜堿微生物basophilebasophile耐堿微生物耐堿微生物basotolerant microorganismbasotolerant microo

22、rganism例如例如, ,硝化細(xì)菌、尿素分解菌、根瘤菌和放線菌等硝化細(xì)菌、尿素分解菌、根瘤菌和放線菌等如假設(shè)干鏈霉菌等如假設(shè)干鏈霉菌等嗜堿性的嗜堿性的能耐較堿的條件能耐較堿的條件最適生長(zhǎng)最適生長(zhǎng)pHpH值偏于酸性范圍內(nèi)的微生物值偏于酸性范圍內(nèi)的微生物嗜酸微生物嗜酸微生物acidophileacidophile耐酸微生物耐酸微生物acidotolerant microorganismacidotolerant microorganism如如ThiobacillusThiobacillus硫桿菌屬等硫桿菌屬等如乳酸桿菌、醋酸桿菌、許多腸桿菌和假單胞菌等如乳酸桿菌、醋酸桿菌、許多腸桿菌和假單胞菌等

23、普通地說，多數(shù)真菌是嗜酸的普通地說，多數(shù)真菌是嗜酸的pH5pH5，而多數(shù)放線菌那么是嗜堿的而多數(shù)放線菌那么是嗜堿的pH8pH8。嗜酸性的嗜酸性的能耐較酸的條件能耐較酸的條件對(duì)發(fā)酵消費(fèi)中對(duì)發(fā)酵消費(fèi)中pHpH的控制最為重要。的控制最為重要。許多抗生素的消費(fèi)菌也有同樣的情況。許多抗生素的消費(fèi)菌也有同樣的情況。 不同種類微生物不同種類微生物 不同的最適生長(zhǎng)不同的最適生長(zhǎng)pHpH值值同一種微生物在不同的生長(zhǎng)階段同一種微生物在不同的生長(zhǎng)階段和不同的生理、生化過程和不同的生理、生化過程可免除了可免除了DNADNA、ATPATP、菌綠素和葉綠素等重要成分被酸破壞，、菌綠素和葉綠素等重要成分被酸破壞，或或RNA

24、RNA、磷脂類等被堿破壞的能夠性。、磷脂類等被堿破壞的能夠性。外環(huán)境外環(huán)境pHpH相當(dāng)穩(wěn)定，普通都接近中性相當(dāng)穩(wěn)定，普通都接近中性pHpH變化很大變化很大微微生生物物細(xì)細(xì)胞胞內(nèi)環(huán)境內(nèi)環(huán)境胞內(nèi)酶胞內(nèi)酶最適最適pHpH普通接近中性普通接近中性周質(zhì)空間中的酶周質(zhì)空間中的酶胞外酶胞外酶最適最適pHpH接近環(huán)境的接近環(huán)境的pHpHpHpH對(duì)細(xì)胞對(duì)細(xì)胞的影響的影響直接影響直接影響間接影響間接影響pHpH影響培育基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的離子化程度影響培育基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的離子化程度微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、環(huán)境中有害物質(zhì)對(duì)微生物的毒性、環(huán)境中有害物質(zhì)對(duì)微生物的毒性、代謝反響中各種酶的活性等代謝反響中各種酶的活性等影響影響 微生物的生命活動(dòng)過程中也會(huì)能動(dòng)地改動(dòng)外界環(huán)微生物的生命活動(dòng)過程中也會(huì)能動(dòng)地改動(dòng)外界環(huán)境的境的pHpH，培育基的原始培育基的原始pHpH在培育微生物過程中會(huì)在培育微生