第五章微生物生長及控制

第五章微生物生長及控制第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一本章講述以下幾個(gè)內(nèi)容微生物的營養(yǎng)物質(zhì)微生物的營養(yǎng)類型微生物代謝微生物人工培養(yǎng)微生物生長及控制第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物的營養(yǎng)物質(zhì)構(gòu)成微生物細(xì)胞的元素大量元素：

C、H、O、N、P、S、K、Na、Mg、Ca等在細(xì)胞中含量大，為大量元素。微量元素：

Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等的含量極少，為微量元素，但在微生物生長、代謝中起重要作用，一般參與酶的組成或使酶活化。通常需要量在10-6-10-8mol/L(培養(yǎng)基中含量)。第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物的營養(yǎng)物質(zhì)微生物細(xì)胞的化學(xué)組成水無機(jī)鹽及無機(jī)離子有機(jī)物小分子有機(jī)物大分子有機(jī)物有機(jī)高分子聚合物復(fù)合高分子聚合物（和無機(jī)離子）第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物的營養(yǎng)物質(zhì)微生物的營養(yǎng)物質(zhì)-----5大類營養(yǎng)物質(zhì)碳源：構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)碳素來源的物質(zhì)，包括有機(jī)碳和無機(jī)碳；氮源：構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)氮素來源的物質(zhì)，包括有機(jī)氮、無機(jī)氮；無機(jī)鹽：夠成細(xì)胞內(nèi)無機(jī)離子的鹽類。生長因子：細(xì)胞不能合成，或合成量不足，但對(duì)細(xì)胞生長起關(guān)鍵作用的小分子量有機(jī)物，常見的三類：氨基酸、嘌呤堿及其衍生物和維生素。除此外，還有其他的一些。水：微生物細(xì)胞對(duì)水的需求，主要與水的活度有關(guān)，不同微生物對(duì)水的活度要求不同。第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物的營養(yǎng)類型1、光能無機(jī)自養(yǎng)型：以光能為能量，以CO2為唯一碳源或主要碳源，以無機(jī)物如水、硫化氫、硫代硫酸鈉或其他無機(jī)化合物為電子供體，使CO2固定成單糖，并釋放分子氧、硫的營養(yǎng)類型。如單細(xì)胞藻類和藍(lán)細(xì)菌；

CO2+H2O[CH2O]n+O2↑（藻類，藍(lán)細(xì)菌）

CO2+H2S[CH2O]n+S↓（光合細(xì)菌）光能葉綠素光能菌綠素第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物的營養(yǎng)類型2、光能有機(jī)自養(yǎng)型：以光能為能源，以CO2為唯一碳源或主要碳源，以簡單有機(jī)物為電子供體，使CO2固定成單糖的營養(yǎng)類型。如紅螺菌屬的一些種類。光能2CH3)2CHOH+CO22CH3C0CH3+[CH20]n+H2O

光合色素

3、化能無機(jī)自養(yǎng)型：以環(huán)境中不同氧化還原態(tài)離子之間發(fā)生轉(zhuǎn)換的電位差（電勢(shì)能）為能源，以以CO2為唯一碳源或主要碳源，以氫氣、硫化氫、二價(jià)鐵離子或亞硝酸鹽等為供氫體，使CO2固定成細(xì)胞物質(zhì)。如氫細(xì)菌、硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌等。第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物的營養(yǎng)類型4、化能有機(jī)異養(yǎng)型：以天然有機(jī)物為碳源和能源，細(xì)胞將天然有機(jī)物運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)在細(xì)胞內(nèi)降解，同時(shí)，釋放出能量細(xì)胞所需。常見大多數(shù)微生物都是化能有機(jī)異養(yǎng)型的生物，如很多細(xì)菌，全部的真菌、原生動(dòng)物。如果利用的有機(jī)物是死亡的有機(jī)殘?bào)w，則是腐生型。如果是從活的細(xì)胞或生物體內(nèi)獲得有機(jī)物作為營養(yǎng)物，則是寄生型。有的類群是先殺死有機(jī)體，再吸取營養(yǎng)；有的類群是只能從活的細(xì)胞內(nèi)吸取營養(yǎng)，為專性寄生。第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物細(xì)胞代謝微生物細(xì)胞代謝：兩個(gè)方面：物質(zhì)代謝和能量代謝。物質(zhì)代謝：營養(yǎng)物質(zhì)分解（分解代謝）、細(xì)胞物質(zhì)合成（合成代謝）、廢物排出；分解代謝有三種情況：第一種情況：需要有最終電子受體，如氧氣、處于氧化態(tài)的無機(jī)離子等，可分三個(gè)階段：首先是細(xì)胞外大分子有機(jī)物水解成小分子有機(jī)物；第二、小分子物質(zhì)被運(yùn)輸進(jìn)細(xì)胞，進(jìn)一步降解成更為簡單的乙酰輔酶A、丙酮酸以及能進(jìn)入三羧酸循環(huán)的某些中間產(chǎn)物，在這個(gè)階段會(huì)產(chǎn)生一些ATP、NADH及FADH2；第三、通過三羧酸循環(huán)將第二階段產(chǎn)物完全降解生成CO2，并產(chǎn)生ATP、NADH及FADH2。

第二和第三階段產(chǎn)生的ATP、NADH及FADH2通過電子傳遞鏈被氧化，可產(chǎn)生大量的ATP。第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第一種請(qǐng)況:有最終電子受體，被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)的小分子有機(jī)營養(yǎng)物被降解成丙酮酸等小分子中間產(chǎn)物，降解中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電子通過電子傳遞鏈傳遞，釋放大量能量，電子最終傳遞給最終電子受體。

呼吸作用：通過呼吸鏈傳遞電子的高效產(chǎn)能方式，如果最終電子受體是分子氧，稱為有氧呼吸，如絕大多數(shù)真菌的呼吸作用；如果最終電子受體是環(huán)境中存在的氧化態(tài)無機(jī)離子，稱為無氧呼吸，如化能無機(jī)營養(yǎng)型微生物的呼吸作用。第二種情況：不需要最終電子受體，沒有呼吸連或呼吸連不起作用，有機(jī)物氧化脫下的電子被交給細(xì)胞內(nèi)處于氧化態(tài)的小分子有機(jī)中間產(chǎn)物，使其被還原，這個(gè)過程也有一定能量產(chǎn)生就，這種產(chǎn)能方式叫發(fā)酵作用。被還原的產(chǎn)物為各種發(fā)酵產(chǎn)物，依據(jù)產(chǎn)物種類叫各種發(fā)酵，如乳酸發(fā)酵，酒精發(fā)酵等。第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一發(fā)酵作用：細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電子不經(jīng)過呼吸鏈傳遞的一種低效率的產(chǎn)能方式。如乳酸菌的產(chǎn)能方式。第三種情況：細(xì)胞內(nèi)同時(shí)具有兩種產(chǎn)能方式，但只在一種環(huán)境下使用一種產(chǎn)能方式，如酵母菌，有氧氣，就進(jìn)行呼吸產(chǎn)能，細(xì)胞大量繁殖。沒有氧氣，就進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)能，細(xì)胞極少繁殖，但產(chǎn)生大量酒精。第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物細(xì)胞代謝能量的產(chǎn)生、存儲(chǔ)和消耗能量的產(chǎn)生：細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)，電子傳遞與否。有電子傳遞鏈——呼吸作用（有氧呼吸和無氧呼吸）；沒有電子傳遞鏈——發(fā)酵作用（發(fā)酵類型）；

能量的存貯:ATP形成：氧化磷酸化；底物水平磷酸化；光合磷酸化；能量的消耗：熱能散失；用于合成代謝；用于細(xì)胞內(nèi)、外物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)；用于細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物人工培養(yǎng)微生物純培養(yǎng)：通過一定的技術(shù)手段，得到的某種微生物的純后代。有些可通過人工配制營養(yǎng)物進(jìn)行純培養(yǎng)，這是人工直接純培養(yǎng)。有些專性寄生或絕對(duì)共生微生物不能在人工配置的營養(yǎng)物上生長，如菌根真菌，可通過人工種植植物（如三葉草、玉米）來實(shí)現(xiàn)純培養(yǎng)，這是一種間接純培養(yǎng)方法。所及，純培養(yǎng)既是過程，也是結(jié)果。菌種：人工培養(yǎng)的用于科研和生產(chǎn)的微生物繁殖材料，細(xì)菌和酵母菌是細(xì)胞，放線菌和霉菌是菌絲及產(chǎn)生的孢子的混合物；大型真菌是菌絲。菌株：理論上是單細(xì)胞繁殖起來的純后代。品種：在食用菌栽培中經(jīng)過人工篩選和選育的具有生產(chǎn)價(jià)值的優(yōu)良菌株。第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物的人工培養(yǎng)微生物人工直接純培養(yǎng)包括四步：1）培養(yǎng)基配制；2）培養(yǎng)基滅菌；3)微生物分離純化；4)轉(zhuǎn)管培養(yǎng)。培養(yǎng)基及培養(yǎng)基制作：培養(yǎng)基定義：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)。培養(yǎng)基的配方。培養(yǎng)基斜面、培養(yǎng)基平板。培養(yǎng)基類型：培養(yǎng)基配制原則和配置過程：配置原則：配置過程：第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物的人工培養(yǎng)消毒和滅菌技術(shù)：消毒：醫(yī)學(xué)上是指用物理或化學(xué)方法殺滅病原微生物，在微生物學(xué)上。消毒是指用物理或化學(xué)方法減少環(huán)境中的微生物數(shù)量。物理方法常用的如巴氏消毒、紫外線消毒（安裝紫外燈）或流動(dòng)性物質(zhì)如空氣過濾、液體過濾?；瘜W(xué)方法就是各使用各種消毒劑。滅菌或除菌：采用物理方法殺死或?yàn)V除所有的微生物細(xì)胞。物理方法如干熱滅菌、濕熱滅菌(常壓蒸汽滅菌、高壓蒸汽滅菌、超高溫瞬時(shí)滅菌）、灼燒滅菌、間歇滅菌、輻射滅菌、流動(dòng)性物質(zhì)的過濾除菌等。第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物培養(yǎng)技術(shù)純培養(yǎng)方法稀釋平板法（常用）平板劃線分離純化（常用，單細(xì)胞或真菌孢子分離）組織分離法（常用，農(nóng)業(yè)上主要用于病原真菌的分離霉菌常用孟加拉紅培養(yǎng)基、蘑菇組織分離，常用，馬馬鈴薯培養(yǎng)基等）孢子分離法（較常用，用于產(chǎn)生孢子的腐生或寄生真菌分離，霉菌常用孟加拉紅培養(yǎng)基，蘑菇常用馬鈴薯培養(yǎng)基）微生物的培養(yǎng)：固體平板培養(yǎng)、天然固體基質(zhì)培養(yǎng)以及液體培養(yǎng)等。第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物的平板培養(yǎng)培養(yǎng)第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一不同微生物的平板培養(yǎng)菌落第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物人工培養(yǎng)微生物菌種保藏技術(shù)：目的:微生物菌種是重要的生物資源，菌種保藏的目的是在一定的條件下使菌種不死亡、不污染雜菌、緩變異。菌種保藏技術(shù)是重要的微生物學(xué)技術(shù)。對(duì)于基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)都極其關(guān)鍵。保藏思路：創(chuàng)造一個(gè)微生物細(xì)胞的不活躍環(huán)境。保藏方法：低溫保藏：斜面冰箱冷藏（所有的微生物純培養(yǎng)物）；-20度低溫保藏（單細(xì)胞微生物）；-70度超低溫冰箱保藏（單細(xì)胞微生物）；液氮保藏（所有的微生物純培養(yǎng)物）。干燥保藏：滅菌干燥的沙土管保藏；冷凍真空干燥保藏；這兩種保藏方法針對(duì)細(xì)胞或孢子；自然基質(zhì)保藏：結(jié)合低溫條件，采用某種微生物自然生長的基質(zhì)，滅菌后，將微生物接種，培養(yǎng)好后放低溫環(huán)境保藏。第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物生長及控制影響微生物生長的因素：營養(yǎng)因素：五大營養(yǎng)物質(zhì)濃度及比例。環(huán)境因素：生物的環(huán)境指生物體外的空間。包括生物環(huán)境和非生物環(huán)境。生物環(huán)境指的是生物間相互關(guān)系；非生物環(huán)境指影響生物生長發(fā)育的環(huán)境條件，主要包括：光、熱（溫度）、水(水份含量及濕度）、氣（O2/CO2比例或氧分壓)、酸堿度、環(huán)境化學(xué)因子、射線等。第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物生長及控制影響微生物生長的環(huán)境因素：溫度：溫度對(duì)微生物生長對(duì)微生物的影響，主要表現(xiàn)在影響細(xì)胞及周圍營養(yǎng)物的化學(xué)特性，如原生質(zhì)發(fā)生變化、酶催化能力發(fā)生變化，體外營養(yǎng)物的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化等。溫度對(duì)微生物細(xì)胞的影響主要涉及兩個(gè)方面：溫度三基點(diǎn)：能生長的最低溫度；生長最適溫度；能生長的最高溫度。依據(jù)不同微生物最適生長溫度不同，可將微生物分成5種溫度類型：即

嗜熱微生物、高溫型微生物、中溫型微生物、低溫型微生物、嗜冷微生物。第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物生長及控制不同生理階段對(duì)溫度要求不同：某些微生物，在不同的生理時(shí)期對(duì)溫度的要求也可能是不同的，如真菌，菌絲生長的最適溫度不同，孢子萌發(fā)的最適溫度不同，產(chǎn)生子實(shí)體的最適溫度不同等。溫度應(yīng)用：適溫培養(yǎng)；低溫保藏菌種；高溫殺（滅）菌。水分：水含量（水活度）；空氣濕度（針對(duì)菇類栽培）。應(yīng)用：適宜水含量用于培養(yǎng)；高糖、高鹽環(huán)境用于保藏食品；干燥環(huán)境用于保藏菌種；適宜空氣濕度用于菇類栽培。氧及氧分壓：不同微生物生長對(duì)氧及氧分壓的要求不同，依據(jù)這個(gè)不同可把微生物分為好養(yǎng)性微生物、兼性好氧型微生物、耐氧性微生物和厭氧性微生物。第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物生長及控制氫離子濃度（pH）：不同微生物的生長pH范圍；微生物培養(yǎng)過程中pH調(diào)節(jié)措施。輻射；利用紫外線或射線的強(qiáng)電離或強(qiáng)氧化作用，使染色體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致細(xì)胞死亡或變異。常用紫外線消毒或誘變育種；放射性同位素誘變育種或輻射滅菌?；瘜W(xué)藥物：用于消毒或殺菌、抑菌、誘變育種。第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物生長及控制微生物生長測定：微生物由于個(gè)體微小，所以不以微生物個(gè)體變化來表示其生長，只能以群體變化來反應(yīng)某種微生物的生長特點(diǎn)及影響其生長的因素。微生物生長測定指標(biāo)：生物量變化：單細(xì)胞微生物細(xì)胞數(shù)量變化；（細(xì)胞數(shù)量或液體培養(yǎng)的光密度值（分光光度計(jì)的OD值）微生物重量（干重、濕重）變化。蛋白質(zhì)總量變化；DNA總量變化；第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物生長及控制生理指標(biāo)變化：呼吸熱CO2產(chǎn)生速度；某個(gè)主要營養(yǎng)物如糖的消耗速度酸堿度變化某個(gè)主要產(chǎn)物的生成速度第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一微生物生長及控制微生物生長規(guī)律：某種微生物在特定條件下，表現(xiàn)出特定的生長特點(diǎn)，不同微生物的生長特點(diǎn)不同，當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化的時(shí)候，將會(huì)發(fā)生變化。生長曲線：如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以生物量或生理指標(biāo)為縱坐標(biāo)，將多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的對(duì)應(yīng)生物量