《微生物第五章》PPT课件
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微生物学第五章微生物的代谢
细胞膜透性的调节
通过改变细胞膜的通透性，控制代谢底物和产物的进出，从而调 节代谢过程。
微生物代谢的基因调控
01
原核生物的基因调 控
通过操纵子模型实现基因表达的 调控，包括正调控和负调控两种 方式。
02
真核生物的基因调 控
通过转录因子和顺式作用元件的 相互作用，实现基因表达的精确 调控。
03
基因表达的诱导和 阻遏
03 氮的转化代谢
微生物还可以通过氮的转化代谢将一种含氮化合 物转化成另一种含氮化合物，如硝酸盐还原成氨 的过程。
04Βιβλιοθήκη 微生物代谢的调节与控制代谢调节的方式与机制
酶活性的调节
通过改变酶的构象或修饰酶活性中心，从而调节代谢途径中关键 酶的活性。
代谢物浓度的调节
代谢物浓度的变化可以影响酶的活性，从而调节代谢速率。
用、液相色谱-质谱联用等。
核磁共振法
利用核磁共振技术对微生物代 谢产物进行结构和构象分析， 可以获得代谢产物的详细化学
信息。
生物信息学分析
利用生物信息学方法对微生物 代谢组学数据进行处理和分析， 包括代谢途径分析、代谢网络 构建、代谢物鉴定和代谢调控 研究等。
THANKS
感谢观看
微生物代谢产物的生物活性与应用
抗生素
由微生物代谢产生的具有抗菌活 性的化合物，用于治疗细菌感染。
酶
微生物代谢产生的生物催化剂，广 泛应用于食品、医药、化工等领域。
激素
某些微生物代谢产物具有激素活性， 可用于调节动植物生长发育。
微生物代谢在环境保护和能源领域的应用
污水处理
利用微生物代谢降解污水中的有机污染物，净化水质。
02
微生物的能量代谢
能量代谢的基本过程
通过改变细胞膜的通透性，控制代谢底物和产物的进出，从而调 节代谢过程。
微生物代谢的基因调控
01
原核生物的基因调 控
通过操纵子模型实现基因表达的 调控，包括正调控和负调控两种 方式。
02
真核生物的基因调 控
通过转录因子和顺式作用元件的 相互作用，实现基因表达的精确 调控。
03
基因表达的诱导和 阻遏
03 氮的转化代谢
微生物还可以通过氮的转化代谢将一种含氮化合 物转化成另一种含氮化合物，如硝酸盐还原成氨 的过程。
04Βιβλιοθήκη 微生物代谢的调节与控制代谢调节的方式与机制
酶活性的调节
通过改变酶的构象或修饰酶活性中心，从而调节代谢途径中关键 酶的活性。
代谢物浓度的调节
代谢物浓度的变化可以影响酶的活性，从而调节代谢速率。
用、液相色谱-质谱联用等。
核磁共振法
利用核磁共振技术对微生物代 谢产物进行结构和构象分析， 可以获得代谢产物的详细化学
信息。
生物信息学分析
利用生物信息学方法对微生物 代谢组学数据进行处理和分析， 包括代谢途径分析、代谢网络 构建、代谢物鉴定和代谢调控 研究等。
THANKS
感谢观看
微生物代谢产物的生物活性与应用
抗生素
由微生物代谢产生的具有抗菌活 性的化合物，用于治疗细菌感染。
酶
微生物代谢产生的生物催化剂，广 泛应用于食品、医药、化工等领域。
激素
某些微生物代谢产物具有激素活性， 可用于调节动植物生长发育。
微生物代谢在环境保护和能源领域的应用
污水处理
利用微生物代谢降解污水中的有机污染物，净化水质。
02
微生物的能量代谢
能量代谢的基本过程
第五章 工业微生物诱变育种
株时，应选择多种遗传类型的菌株作为出发菌株比较
稳妥，容易在较短时期内达到育种目的。
8. 菌种代谢特点
了解菌种代谢特点有助于选择有效的出发菌株。 有人曾研究过肌苷酸产生菌的代谢特性，发现肌苷 酸的生物合成过程与肌苷、肌苷酸及核苷酸、磷酸 化酶的活性有关，如果从产生肌苷酸野生型的枯草 杆菌中筛选到降解酶活性低而磷酸化酶活性强的作 为诱变出发菌株，一般都能得到良好的诱变效果。
6. 药品和原材料质量
药品规格和原材料来源不同，都会影响菌种的质量。
四、了解菌种有效产物中的 各种组分在代谢 合成过程中与培养条件的关系
由棘孢小单孢菌(Micromonospora echinopora) 产生的庆大霉素，其中C1是有效的组分； C2是无效
的。在发酵过程中加入适量的磷或蛋白胨以及加大 通 风量都有利于C1的合成；反之，C2的比例就上升。
菌悬液由出发菌株的孢子或菌体细胞与生理盐水或 缓冲液制备而成。对菌悬液的制备有如下的要求：
1、供试菌株的孢子或菌体要年轻、健壮。
细胞要新培养的，细胞生理活性方面既要同步， 又要处在最旺盛的对数期，这样突变率高，重现性也 好。 霉菌孢子浓度约为：106ml-1，放线菌孢子浓度约 为：106~107ml-1。菌悬液通常采用生理盐水制备。如 果用化学诱变剂处理时，应采用相应的缓冲液配制， 以防处理过程中pH变化而影响诱变效果。
1. 对一般出发菌株的要求
（1）从自然界样品中分离筛选出来的野生菌株，虽 然产量较低，但对诱变因素敏感，变异幅度大，
正突变率高；
（2）在生产中使用的，具有一定生产能力，并且在 生产过程经过自然选育的菌株； （3）采用具有有利性状的菌株，如生长速度快、营 养要求低以及产生孢子早而多的菌株；
第五章 微生物的代谢
（三）半纤维素的分解 半纤维素也是植物细胞壁的重要组成成分，在植
物体内的含量很高，仅次于纤维素，半纤维素是由戊 糖（主要是木糖和阿拉伯糖）和己糖（主要是半乳糖 和甘露糖）缩合而成的聚合物，有些种类植物在组成 半纤维素的亚基中，还有糖醛酸（主要是半乳糖醛酸 和葡萄糖醛酸）。
半纤维素比纤维素容易分解，能够分解它的微生 物种类也比较多，例如细菌中的噬纤维菌，梭菌中的 某些种类，真菌中的曲霉、青霉、木霉等的某些种类。 半纤维素在相应酶的作用下，分解为相应的单糖。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连 接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不 同中间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌 氧时进行乙醇发酵.
ED途径的总反应
•
• •
ATP
• • •
ATP
C6H12O6
ADP
KDPG
2ATP NADH2 NADPH2 2丙酮酸
HMP途径的重要意义
•为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。
•产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提 供还原力，另一方面可通在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可 以调剂戊糖供需关系。
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
醛再氧化成有机酸，最后按脂肪酸β-氧化的方
式分解，为机体生长提供必要的能量与小分子 化合物。
（二）脱氨作用 脱氨基主要有氧化脱氨基（大肠杆菌等参与）、水解
脱氨基（酵母菌等参与）和还原脱氨基（大肠杆菌等参 与）三种方式。 1.氧化脱氨基 CH3CHNH2COOH+1/2O2→CH3COCOOH+NH3 2.水解脱氨基 RCHNH2COOH+H2O→RCH2OH+CO2+NH3 3.还原脱氨基 HOOCCH2CHNH2COOH→HOOCCH=CHCOOH+ NH3
动物微生物第五章
• ２.稳定状态感染
• 有些病毒（流感病毒）在宿主细胞增值过程中， 以出芽方式释放病毒，细胞暂时不出现溶解和死 亡，称为稳定状态感染。 • 以后可引起宿主细胞发生细胞融合或细胞表面出 现新抗原等多种变化。
• ３.包涵体形成
• 某些病毒在细胞内增殖后，在细胞内形成的一种 光学显微镜可以看到的特殊“斑块”。
• 2.内毒素 是存在于革兰氏阴性菌细胞壁最外层的 结构成分(脂多糖)，只有菌细胞死亡、自溶或人 为地破坏菌细胞时，才释放出来。外毒素与内毒 素在毒性、化学组成、耐热性及抗原性等方面不 同。 • 内毒素对组织细胞的选择性不强，不同革兰氏阴 性细菌内毒素的毒性作用大致相同： • （1）发热反应 • （2）对白细胞的作用 • （3）弥漫性血管内凝血 • （4）内毒素血症与内毒素休克
生物，通过适当的侵入门户进入动物机体。病原 微生物是感染发生的首要因素，没有病原微生物，
感染不可能发生；病原微生物必须具有足够的毒
力和数量，才能抵抗机体的防御机制，向组织扩 散；病原微生物还必须经适当途径侵入易感动物 体内，到达特定部位，才有可能在体内生长繁殖 并引起感染。
2．易感动物
对病原微生物具有感受性的动物称为易感动物。 动物种类不同，对各种病原微生物有不同的易感 性。如草食动物对炭疽杆菌非常易感，但禽类在 正常情况下对炭疽杆菌则无感受性。马骡等单蹄 动物，对口蹄疫病毒不易感，而牛、猪等偶蹄动 物则易感性强。动物对病原微生物的易感性，是 属于动物的种属特异性，是动物长期进化的结果。 动物机体由于年龄、性别、营养状况、生理机能 及免疫状况等不同，易感性也有差异。
④磷脂酶 ⑤卵磷脂酶 ⑥激酶
⑦凝固酶 ⑧脱氧核糖核酸酶
4 干扰或逃避宿主的防御机制 病原菌黏附于细胞或组织表面后，必须克 服机体局部的防御机制，特别是要干扰或 逃避局部的吞噬作用及体液免疫作用，才 能建立感染。 具有抵抗吞噬及体液中杀菌物质作用的表 面结构---荚膜、微荚膜、葡萄球菌A蛋白 等。
第五章 微生物的生长及其影响因素
）、适应期的特点 （一）、适应期的特点： 生长繁殖的速度几乎等于零 细胞形态增大，杆菌的长度增加。 细胞形态增大，杆菌的长度增加。 细胞内的RNA尤其是 尤其是rRNA含量增高，原生质 含量增高， 细胞内的 尤其是 含量增高 呈嗜碱性。 呈嗜碱性。 合成代谢活跃，核糖体、酶类和 合成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加 的合成加 快，易产生诱导酶 对外界不良环境条件例如NaCl溶液浓度、温 对外界不良环境条件例如 溶液浓度、 溶液浓度 度和抗生素等化学药物敏感。 度和抗生素等化学药物敏感。 原因：适应新的环境条件，合成新的酶， 原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累 必要的中间产物。 必要的中间产物。
食品微生物
பைடு நூலகம்
）、稳定期的特点 （三）、稳定期的特点
生长速率常数R等于0 生长速率常数R等于0。 菌体产量达到了最高值。 菌体产量达到了最高值。 合成次生代谢产物。 合成次生代谢产物。 细胞内出现储藏物质， 细胞内出现储藏物质，芽孢杆菌内开始 产生芽 孢。
食品微生物
产生原因： 产生原因： 营养物尤其是生长限制因子的耗尽。 1. 营养物尤其是生长限制因子的耗尽。 营养物的比例失调，如碳氮比不合适。 2. 营养物的比例失调，如碳氮比不合适。 有害代谢废物的积累（ 3. 有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素 等）。 物化条件（pH、氧化还原势等） 4. 物化条件（pH、氧化还原势等）不合 适。
第五章 微生物的生产及其影响因素
第一节 微生物生长 第二节 微生物的生长规律 第三节 环境对微生物生长的影响
食品微生物
第一节 微生物生长 微生物生长的概念 微生物生长量的测定
食品微生物
一、微生物生长的概念
生长是指微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢， 生长是指微生物细胞吸收营养物质，进行新陈代谢，当 是指微生物细胞吸收营养物质 同化作用大于异化作用时， 同化作用大于异化作用时，生命个体的重量和体积不断 增大的过程。 增大的过程。 繁殖是指生命个体生长到一定阶段， 繁殖是指生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生 是指生命个体生长到一定阶段 新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。 新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。 个体生长是指微生物细胞个体吸收营养物质， 个体生长是指微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈 是指微生物细胞个体吸收营养物质 代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。 代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。 群体生长是指群体中个体数目的增加。可以用重量、 群体生长是指群体中个体数目的增加。可以用重量、体 是指群体中个体数目的增加 密度或浓度来衡量。 积、密度或浓度来衡量。 生长→ 繁殖→ 个体 生长→个体 繁殖→ 群体 生长 群体 生长 = 个体 生长 + 个体 繁殖 食品微生物
第五章 微生物生长与培养
同一种微生物的菌体生长和生产性状的表现对营 养物质的要求也会表现出不同。
1.选择和配制培养基的原则和方法
（1）营养物质组成合理，浓度适当，满足菌体 生长需要； （2）在一定条件下，各原料之间不发生化学反 应，理化性质相对稳定； （3）粘度适中，具有适当渗透压； （4）生产中选用的原材料尽量因地制宜，以降 低成本； （5）理化性质适宜，pH、氧化还原电动势也要 满足一定的要求。
样。
在微生物培养和发酵研究中，也需要研究微生物
培养的最佳氮源
生理酸性盐:
微生物代谢后形成酸性物质的某些无
机氮源 如(NH4)2SO4
生理碱性盐: 微生物代谢后产生碱性物质的某些无 机氮源 如 KNO3 生理酸性盐和生理碱性盐具有稳定调节发酵过程中 PH的积极作用。
表 氮源对恶臭假单胞菌 NA-1 菌株生长和酶形成的影响 氮源 硫酸铵 氯化铵 蛋白胨 酵母粉 尿素 谷氨酸 肉汁 硝酸钠 生物量(mg/mL) 1.45 1.33 3.88 4.07 2.53 5.07 3.74 2.62 烟酸羟基化酶活性(unit/mL) 0.002 0.000 0.301 0.288 0.111 0.045 0.371 0.114
②液体好氧培养方法
a. 摇瓶震荡培养箱
b. 台式磁力搅拌不锈钢发酵罐
c. 工业通用型搅拌发酵罐
2.厌氧培养方法
微生物厌氧培养箱
（二）微生物纯培养与混合培养
含有一种以上微生物的培养称作混合培养。自 然环境如土壤和水中，通常栖息着的是许多不同微 生物混杂在一起的群体。 微生物学中将在实验条件下从一个单细胞繁殖得 到的后代称为纯培养。 研究微生物生长通常采用微生物纯培养。
成分中，可以满足微生物生长的需要，一般不需要 额外添加。
1.选择和配制培养基的原则和方法
（1）营养物质组成合理，浓度适当，满足菌体 生长需要； （2）在一定条件下，各原料之间不发生化学反 应，理化性质相对稳定； （3）粘度适中，具有适当渗透压； （4）生产中选用的原材料尽量因地制宜，以降 低成本； （5）理化性质适宜，pH、氧化还原电动势也要 满足一定的要求。
样。
在微生物培养和发酵研究中，也需要研究微生物
培养的最佳氮源
生理酸性盐:
微生物代谢后形成酸性物质的某些无
机氮源 如(NH4)2SO4
生理碱性盐: 微生物代谢后产生碱性物质的某些无 机氮源 如 KNO3 生理酸性盐和生理碱性盐具有稳定调节发酵过程中 PH的积极作用。
表 氮源对恶臭假单胞菌 NA-1 菌株生长和酶形成的影响 氮源 硫酸铵 氯化铵 蛋白胨 酵母粉 尿素 谷氨酸 肉汁 硝酸钠 生物量(mg/mL) 1.45 1.33 3.88 4.07 2.53 5.07 3.74 2.62 烟酸羟基化酶活性(unit/mL) 0.002 0.000 0.301 0.288 0.111 0.045 0.371 0.114
②液体好氧培养方法
a. 摇瓶震荡培养箱
b. 台式磁力搅拌不锈钢发酵罐
c. 工业通用型搅拌发酵罐
2.厌氧培养方法
微生物厌氧培养箱
（二）微生物纯培养与混合培养
含有一种以上微生物的培养称作混合培养。自 然环境如土壤和水中，通常栖息着的是许多不同微 生物混杂在一起的群体。 微生物学中将在实验条件下从一个单细胞繁殖得 到的后代称为纯培养。 研究微生物生长通常采用微生物纯培养。
成分中，可以满足微生物生长的需要，一般不需要 额外添加。
第五章微生物的代谢与发酵
3）进行细菌酒精发酵
●酒精发酵途径:
酵母菌:葡萄糖→1,6-二磷酸果糖→3-磷酸甘油
醛、磷酸二羟丙酮→ →丙酮酸→乙醛
→2乙醇
细菌：葡萄糖→ 6-磷酸葡糖酸→KDPG →丙酮酸(3-磷
酸甘油醛→丙酮酸)→乙醛→2乙醇
●细菌酒精发酵
代谢速率高、转化率高、副产物少、发 酵温度较高；但pH较高、较易染菌、耐乙 醇能力较低。
Chap 5 微生物的新陈代谢
主要内容：
●微生物独特的能量代谢
●微生物独特的合成途径
●发酵与代谢调节
§1.微生物能量代谢
一、化能异养微生物的生物氧化和产能
●生物氧化的主要途径和类型 途径：脱氢、递氢和受氢 类型(受氢体不同）：
----(好氧）呼吸
----无氧呼吸 ----发酵
（一）底物脱氢的生物学意义
1）TCA循环中4C化合物的补偿 2）乙酸为唯一C源微生物 的重要代谢途径
3）高效的琥珀酸形成途径
§3 微生物独特合成途径
一.自养微生物的CO2固定
●Calvin 循环 ●厌氧乙酰—COA途径 ●逆向TCA循环 ●羟基丙酸途径
●Calvin 循环（略）
1) 6CO2通过Calvin
---对卫生、环保、农业（肥力）的影响与利用
●反硝化作用： 微生物在厌氧呼吸中把硝酸盐或亚硝酸 还原为气态氮(氮气)的过程。
（注意：不同于硝酸盐异化还原）
●硝酸盐同化还原 硝酸盐为微生物吸收还原为氨态氮的过程。
Dentrification
The formation of gaseous nitrogen or gaseous nitrogen oxides from nitrate or nitrite by microorganisms.
《微生物学 》第五章 原核生物
第一节 细菌的分类与鉴定
二、细菌分类鉴定的依据和方法
（一）经典方法（依据细菌形态、细胞结构、生理生化特性）
1、细胞的形状、大小、结构和染色反应
（1）形状：
细菌的基本形状
二、细菌的分类鉴定的依据和方法
最多
杆菌
其次 球菌
螺旋菌
最少
自然界中哪种最多？
第一节 细菌的分类与鉴定
二、细菌分类鉴定的依据和方法
表型特征：形态学、生理生化学、 生态学等，推断微生物的系统发育。
微生物系统学： 按亲缘关系和进 化规律分类
表型特征结合分子水平上的基因型特 征（如16S rRNA)，探讨微生物进化地 位、系统发育关系并进行分类鉴定。
第一节
细菌分类和鉴定
微生物分类学的三个任务：分类、鉴定及命名 分类 （classification） 是根据微生物的相似性和亲缘关系，将微生物归入不同 的分类类群。 鉴定（identification） 通过系统测定，确定菌株在类群中的所属关系。
ATCC ＝American Type Culture Collection美国模式菌种保藏 中心
当文章中前面已出现过某学名时，后面的可将其属名缩写成 1~3个字母。 如：Escherichia coli 可缩写成 E. coli Staphylococcus aureus可缩写成 S. aureus
细菌（Bacteria）
微生物的类群
单细胞藻类、 原生动物等
古生菌在进化谱系上与真细菌及真核生物相互并列， 且与后者关系更近，而其细胞构造却与真细菌较为接 近，同属于原核生物。
第一节
细菌分类和鉴定
一门按微生物的亲缘关系把它们安排成条 理清楚的各种分类单元或分类群的科学。
第五章微生物的营养
氨基酸 蛋白质 核 酸 尿 素 硝酸盐 铵 盐 NH3 N2
有机氮
氮源
无机氮
作用：合成细胞中的含氮物质；提供生理活动所需的能量。
在缺糖条件下，某些厌氧细菌能以氨基酸为能源物质：三功能营 养物 = 氮源 + 碳源 + 能源
按对氮源的要求不同，微生物可分为：
固氮微生物
利用空气中的N2合成自身所需的氨基酸及蛋白质 代表：根瘤菌、固氮蓝菌、固氮菌
渗透压与等渗培养液
渗透压：恰好能阻止渗透发生的施加于溶液液面上方的额外 压强称为渗透压。与溶液中不能通过半透膜的微粒数目和 温度有关。 指溶液中溶质 微粒对水的吸 引力
半透膜只允许 溶剂通过而不 允许溶质通过。 细胞膜
渗透压与等渗培养液
等渗：胞内外溶质的渗透压相近。 高渗：胞外溶质的渗透压 >胞内。 低渗：胞外溶质的渗透压<胞内。
（2）根据物理状态分类 1）液体培养基 定义：不加凝固剂的的液态培养基。 用途：大规模工业生产及在实验室用于不需要挑选 单克隆的大规模养菌。水处理中的废水即可以看作 液体培养基。
2）半固体培养基 定义：液体培养基中加入0.2-0.7%的凝固剂形成的 培养基。 用途：常用于观察细菌的运动、厌氧菌的分离和菌 种鉴定等。
化能自养型 无机物 （化能无机营养型）
无机物
无机碳
化能异养型 有机物 （化能有机营养型）
有机物
有机碳
绝大多数细菌和全部 真核微生物
以供氢体分：
无机营养型：以无机物为氢供体。 有机营养型：以有机物为供氢体。 以生长因子的需求分： 原养型或野生型：不需要从外界吸收任何生长因子。 营养缺陷型：需要从外界吸收一种或几种生长因子。 以取食方式分： 渗透营养型：通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸收营 养物质。
有机氮
氮源
无机氮
作用：合成细胞中的含氮物质；提供生理活动所需的能量。
在缺糖条件下，某些厌氧细菌能以氨基酸为能源物质：三功能营 养物 = 氮源 + 碳源 + 能源
按对氮源的要求不同，微生物可分为：
固氮微生物
利用空气中的N2合成自身所需的氨基酸及蛋白质 代表：根瘤菌、固氮蓝菌、固氮菌
渗透压与等渗培养液
渗透压：恰好能阻止渗透发生的施加于溶液液面上方的额外 压强称为渗透压。与溶液中不能通过半透膜的微粒数目和 温度有关。 指溶液中溶质 微粒对水的吸 引力
半透膜只允许 溶剂通过而不 允许溶质通过。 细胞膜
渗透压与等渗培养液
等渗：胞内外溶质的渗透压相近。 高渗：胞外溶质的渗透压 >胞内。 低渗：胞外溶质的渗透压<胞内。
（2）根据物理状态分类 1）液体培养基 定义：不加凝固剂的的液态培养基。 用途：大规模工业生产及在实验室用于不需要挑选 单克隆的大规模养菌。水处理中的废水即可以看作 液体培养基。
2）半固体培养基 定义：液体培养基中加入0.2-0.7%的凝固剂形成的 培养基。 用途：常用于观察细菌的运动、厌氧菌的分离和菌 种鉴定等。
化能自养型 无机物 （化能无机营养型）
无机物
无机碳
化能异养型 有机物 （化能有机营养型）
有机物
有机碳
绝大多数细菌和全部 真核微生物
以供氢体分：
无机营养型：以无机物为氢供体。 有机营养型：以有机物为供氢体。 以生长因子的需求分： 原养型或野生型：不需要从外界吸收任何生长因子。 营养缺陷型：需要从外界吸收一种或几种生长因子。 以取食方式分： 渗透营养型：通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸收营 养物质。
第五章 微生物的生长繁殖与生存
指数期的重要参数
（1）繁殖代数（n） ）繁殖代数（ ）
指数生长可以用下式表示： 指数生长可以用下式表示：
x2 = x1 × 2
n
x2
lg x2 = lg x1 + nlg 2 n = ( lg x2 - lg x1 ) / lg 2
X1:起始时细胞数目 起始时细胞数目 X2:指数生长某个时刻 指数生长某个时刻 的细胞数目。 的细胞数目。 N:世代数 世代数
停滞期 指数期 静止期 衰亡期
细菌的生长曲线（ curve） 细菌的生长曲线（growth curve） 1.停滞期（Lag phase） 1.停滞期（ phase） 停滞期
现象： 现象：培养体系内细胞 数目几乎保持不变。 数目几乎保持不变。 原因： 原因：细胞需要合成分 裂所需的酶、 裂所需的酶、ATP和其 和其 他成分， 他成分，为细胞分裂作 准备 。 影响因素： 影响因素： 菌种的生理活性 培养基的组分 接种量
时间
恒浊器与恒化器的比较
装置 控制对 象 培养基 培养基 流速 生长速 率 产物 应用范 围
恒浊器
菌体密 度（内 控制） 控制）
无限制 生长因 子
不恒定
恒浊器 最高速 率
恒化器
培养基 流 速 （外控 制）
有限制 生长因 子
恒定
恒化器 低于最 高速率
大量菌 体或与 菌体相 平行的 代谢产 物 不同生 长速率 的菌体
细菌出流量
限制性营养因子
概念： 概念：凡是处于较
细胞数或菌体量
低浓度范围内， 低浓度范围内，可 影响生长速率和菌 体产量的营养物就 称限制性生长因子。 称限制性生长因子。 作用方式： 作用方式：影响微 生物的生长速率和 总生长量。 总生长量。
食品微生物学 第五章微生物在食品工业中的应用 第四节微生物与单细胞蛋白
微生物在食品工业中的应用
5.4.3 生产SCP对菌种的要求
SCP的生产工艺依据原料和菌种的特性的不同而异。以 淀粉质为原料生产SCP，需先将淀粉质原料水解成酵母菌能 直接利用的葡萄和麦芽糖，如产朊假丝酵母在这种底物上进 行液体深层发酵，蛋白产量高，而且菌体生长繁殖速度较快。 目前以淀粉质为原料生产SCP的最佳方法是酵母菌混合培养 法，即采用对淀粉分解活力高的酵母（或霉菌）与快速生长 的酵母混合培养。而糖蜜、单糖只需选用一种SCP生产菌即 可进行直接发酵。如尖孢镰刀霉菌、绿色木霉等可直接利用 废糖蜜原料进行液体深层发酵生产SCP。
微生物在食品工业中的应用
5.4.2 生产SCP的微生物
在工业生产中，作为蛋白质资源的微生物菌体，特别的 酵母菌和细菌，它们都能利用糖类原料生产菌体蛋白，究竟 采用酵母菌和细菌哪种更好呢？这在很大程度上取决于生产 SCP的原料。在20世纪60年代末和70年代初期，开发了多种 由烷烃类物质产生的SCP工艺，能够利用烷烃的微生物主要 有细菌和放线菌，如产碱杆菌、假单孢菌、节杆菌、短杆菌 等，其次为酵母菌属。
微生物在食品工业中的应用
纤维质原料发酵前需经合适的预处理，冷却后即可进行 酶解。参与酶解的纤维素酶系有羧甲基纤维素酶、纤维素二 糖酶和葡萄糖苷酶。三种酶的协同作用，将纤维素水解成葡 萄糖单体，为生产SCP酵母菌提供可发酵性的糖。
随着世界人口的不断增长，粮食和饲料不足的情况日益 严重。面对这一严峻的现实，开发利用单细胞蛋白已成为许 多国家增产粮食的新途径。
微生物在食品工业中的应用
5.4.1单细胞蛋白的作用
5.4.1.1 作为食用蛋白质
单细胞蛋白所含的营养物质极为丰富。其中，蛋白质含 量高达40%～80%，比大豆高10%～20%，比肉、鱼、奶酪高 20%以上，远远超过了一般动植物食品，而且氨基酸的组成 较为齐全，含有人体必需的8种氨基酸，尤其是谷物中含量 较少的赖氨酸。一般成年人每天食用10～15g干酵母，就能 满足对氨基酸的需要量。单细胞蛋白中还含有多种维生素、 碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类。
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第 五 章
微 生
概
物
的述
遗
传
8、饰变(modification) 指不涉 及遗传物质结构改变，只发生在 转录、转译水平上的表型变化。
特点：每一个体都发生同样的变 化;性状变化的幅度小；因遗传 物质不变故饰变是不遗传的。
例子：粘质沙雷氏菌(Serratia mar cescens)在 25℃下培养时会产生 深红色的灵杆菌素，在37℃时不 产生色素。
第 五 章
微 生
概
物
的述
遗
传
插入序列是一类分子量很小的遗传 成分，大小一般为750-1500bp,其 编码容量只有1-2种多肽，可以调 节自身的转座，一般没有表型标 记。
转座因子（transposon,TN）是能够 插入染色体或质粒不同位点的一 般DNA序列，一般大小为几kb。在 原核、真核微生物中都有。
一、与之相关的几个概念
1、遗传(heredity) 生物的上一 代将自己的遗传因子传递给下 一代的行为或功能，具有极其 稳定的特性。
第 五 章
微 生
概
物
的述
遗
传
2、基因（gene）是一切具有自主复制能力的遗传功能单位，核酸链上具有一定 核酸数量和排列顺序，贮存遗传信息的核酸片段，能控制特定生化反应的最 小遗传单元。eg.某种蛋白的合成是由一段特定的DNA碱基序列决定的，这就 构成一个基因。各个基因在细胞中不是单独存在的，而是有序地排列在一些 遗传成分上，如染色体和质粒。
第 五 章
微基 生因 物突 的变 遗及 传修
复
突变株筛选
1、根据突变株类型分离 鉴定和分离突变株时，
根据突变株基因的特殊性质 ，一般分成三类：
第 五 章
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复
1）有毒化合物抗性突变株 • 如对抗生素或对噬菌体侵染的抗性。这些突变株能通过在有毒药剂
或噬菌体存在下生长来选择。只有抗性突变株才生长。
局限性转导
原噬菌体
gal
bio
gal bio
gal bio
gal
bio
bio
第 五 章
微 生
F质粒与接合
• 质粒的类型
1、致育因子(fertility factor, F因子) 又称F质粒，一种与大肠杆菌的类似有性生殖现象（接合作用）有关的 质粒。
携带F质粒的菌株称为F+菌株（相当于雄性），F质粒的菌株称为F-菌株( 相当于雌性)。
第 五 章
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复
2）营养缺陷型突变株
• 突变株不能合成生长所必需的 基本化合物如一个氨基酸或维 生素。这些突变株不能直接分 离，但能通过影印培养法(replic a plating)筛选。
第 五 章
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复
3）不能利用特殊底物如乳 糖和麦芽糖生长的突变株 ，可以通过影印培养法鉴 别。
第五章
6、表微型生(p物he的no遗typ传e)
某一生物体所具有的一切外
概 表特征及内在特性的总和，是
遗传型在合适环境条件下的具
述 体体现。是一种现实性。
遗传型＋环境条件代谢 表型 发育
第 五 章
微 生
概
物
的述
遗
传
7、 变异（Variation） 是生物体 在某种外因或内因作用下引起 的遗传物质结构改变，亦即遗 传型的改变。特点：几率极低( 一般为10-5~10-6)；性状变化幅度 大；变化后的新性状是稳定的 、可遗传的。
转化作用
单链DNA进入细 胞
与受体DN A的同源部
份配对
供体DNA与受体 DNA形成共价键， 交换下一小段单
链受体DNA
第
五 章
基
微因
生的
物 的 遗 传
转 移 和 重
组
2、感受态 (compentence)
• 细胞吸收DNA进行转化的能力取决于细胞所处的特殊生理状态，即细菌 细胞的感受态。
• 感受态与细胞表面存在DNA的受体有关。其它细菌，如大肠杆菌，在冷 的条件下通过化学方法处理，可以诱导建立感受态。
第 五 章
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复
• 多位点突变可以是碱基序列的 缺失、插入、倒位、置换(包括 易位)和重复以及在基因组中发 生重组或转座的结果。
第 五 章
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复
2、点突变
• 点突变中由一个嘌呤变为另一个嘌 呤(A↔G)或一个嘧啶变为另一个嘧 啶(C↔T)称为转换(transition)，嘌 呤变为嘧啶和嘧啶变为嘌呤称为颠 换(transversions)。遗传型上一个碱 基的改变在表型上的效应取决于突 变的性质和在基因组点突变发生的 位置，有四种点突变类型：
概
物
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遗
传
3、染色体外的遗传成分
① 质粒：原核微生物的染色体外的遗传成分是质粒；
②真核微生物的主要是在线粒体、叶绿体等细胞器上（细胞器基因组）。
③转座因子：具有在染色体上不同部位间移动能力的遗传成分，原核和真 核细胞都有，在遗传变异中起重要作用。现已知有三类可转移的因子： 插入序列、转座子和某些病毒
第 五 章
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复
1.自发突变:
自发突变是指由内因引起的变异，如DNA复 制和修复中的错误。在自然条件下发生的 。是常规选种的依据。
2.诱发突变
人为施加诱因：物理的（如紫外线和其它射线）和化学（许多化学诱变剂 是作用于DNA本身及其复制的过程）的因素，而发生的突变。是诱变育种 的依据。
第 五 章
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复
9、野生型：从自然界分离获得的菌株。 10、突变型（或突变体）：野生型菌株发生了基因突变，且变化了的碱 基在复制后稳定地存在于子代中，则成为突变型。 11、营养缺陷型：需要某种生长因子（如氨基酸或维生素）的突变体。 12、原养型：恢复到原来的表现后称为原养型。
三、微生物的育种
第 五 章
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复
基因突变的机制
1、基因突变(gene mutation)
一个基因内部结构或DNA序列的任何改变，改变一对或少数几对碱基 的缺失、插入或置换，而导致的遗传变化称为基因突变。
第 五 章
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复
• DNA序列范围的改变从单个碱基 改变通常称为点突变(point muta tions)，到基因组大范围的重排 ，有时称为多位点突变，其中包 括DNA链上短的一段序列或长的 一段序列改变，从而影响许多基 因。
F质粒整合到宿主细胞染色体上的菌株称为高频重组菌株, 简称Hfr)
物
的
遗
传
第
五 章
• 由于F因子能以游离状态(F+)和
以与染色体相结合的状态(Hfr
微
)存在于细胞中，所以又称之
生
普遍性转导噬菌体包括许多温和噬菌体和某些烈性噬菌体。
第
五 章
基
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生的
物 的 遗 传
转 移 和 重
组
在受体菌中的可能存在状况：
➢ 若携带的是细菌染色体DNA，可能与受体细胞内染色体通过遗传重组，整合 到受体菌染色体上；
➢ 若携带的是质粒DNA，可能会在受体细胞中自我复制而稳定保留下来；
➢ 若携带含转座子的DNA片段，可能整合到受体细胞染色体或质粒上。
第 五 章
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此外，DNA或RNA病毒也可以看成是 一类染色体外遗传成分，它们不 但控制自身的复制，而且在微生
物细胞之间进行转移。
第 五 章
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一、基因突变
（一）基因突变的机制 （二）自发突变和诱变 （三）突变株筛选技术
二、微生物的基因重组与杂交
（一）原核生物的基因重组方式 （二）真核微生物的基因重组方式 （三）原生质体融合 （四）基因转座
第
五 章
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物 的 遗 传
转 移 和 重
组
原核生物的基因重组方式
一、转 化 二、转 导
三、F质粒与接合
第
五 章
基
微因
生的
物 的 遗 传
转 移on）
1、转化
转化是从周围培养基吸收游离的DNA片段，整合到自己染色体基因组的 结果。许多细菌如芽孢杆菌属、链球菌属、奈瑟氏球菌属和嗜血菌属(嗜 血杆菌属Haemophilus)能够自然发生转化作用。
第 五 章
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复
2、影印培养法
• 用于筛选大量特殊突变菌落的一个方法。细菌铺制成平板，在所含营养 成分的培养基上亲本和突变株均能生长，采用一个稀释度使单个菌落能 在平板上看到；培养后，用一个无菌的丝绒布包裹的圆柱章的圆垫转移 上述菌落至可以检出突变株的培养基平板上。
第 五 章
第 五
章 第一节 概 述
微
生 第二节 微生物的变异
物 的
与遗传重组
遗
传
第 五 章
微 生
概
物
的述
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第一节 概 述
一、与之相关的几个概念 二、微生物遗传的特点
第 五 章
微 生
概
物
的述
遗
传
• 遗传(heredity或inhertiance)和变 异(Variation)是生物体最本质的 属性之一。
第
五 章
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物 的 遗 传
转 移 和 重
组
转 导 (Transduction)
利用噬菌体为媒介，将供体菌的部份转移到受体菌内的现象。绝大多数细 菌均有噬菌体，转导作用较普遍。 可分为普遍性转导 和局限性转导。