微生物学的营养与生长

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食品微生物学 第三章微生物的生理 第二节微生物的生长

食品微生物学 第三章微生物的生理  第二节微生物的生长

微生物的生理
(1)微生物的生长曲线 将少量单细胞微生物纯菌种接 种到新鲜的液体培养基中,在最适条件下培养,在培养过程 中定时测定细胞数量,以细胞数的对数为纵坐标,时间为横 坐标,可以画出一条有规律的曲线,这就是微生物的生长曲 线(growth curve)。生长曲线严格说应称为繁殖曲线,因 为单细胞微生物,如细菌等都以细菌数增加作为生长指标。 这条曲线代表了细菌在新的适宜环境中生长繁殖至衰老死亡 的动态变化。根据细菌生长繁殖速度的不同可将其分为四个 时期(见图3-1)。
微生物的生理
第三章
微生物的生理
3.1 微生物的营养 3.2 微生物的生长 3.3 微生物生长的控制 3.4 微生物的代谢
微生物的生理
3.2 微生物的生长
3.2.1 微生物生长与繁殖
微生物在适宜的条件下,不断从周围环境中吸收营养物 质,并转化为细胞物质的组分和结构。同化作用的速度超过 了异化作用,使个体细胞质量和体积增加,称为生长。单细 胞微生物,如细菌个体细胞增大是有限的,体积增大到一定 程度就会分裂,分裂成两个大小相似的子细胞,子细胞又重 复上述过程,使细胞数目增加,称为繁殖。单细胞微生物的 生长实际是以群体细胞数目的增加为标志的。霉菌和放线菌 等丝状微生物的生长主要表现为菌丝的伸长和分枝,其细胞 数目的增加并不伴随着个体数目的增多而增加。
微生物的生理
(4)比浊法 在细菌培养生长过程中,由于细胞数量的 增加,会引起培养物混浊度的增高,使光线透过量降低。在 一定浓度范围内,悬液中细胞的数量与透光量成反比,与光 密度成正比。比浊管是用不同浓度的BaCl2与稀H2SO4配制成 的10支试管,其中形成的BaSO4有10个梯度,分别代表10个 相对的细菌浓度(预先用相应的细菌测定)。某一未知浓度 的菌液只要在透射光下用肉眼与某一比浊管进行比较,如果 两者透光度相当,即可目测出该菌液的大致浓度。 如果要 作精确测定,则可用分光光度计进行。在可见光的450~ 650nm波段内均可测定。

生物3.10微生物的类群、营养、代谢和生长

生物3.10微生物的类群、营养、代谢和生长

微生物的能量代谢
化能自养生物
01
利用化学反应释放的能量来合成有机物质的微生物,如硝化细
菌。
化能异养生物
02
利用有机物质氧化过程中释放的能量来合成有机物质的微生物,
如大肠杆菌。
光能自养生物
03
利用光能来合成有机物质的微生物,如藻类。
微生物的代谢途径
糖酵解途径
葡萄糖在无氧条件下被分解成丙 酮酸,产生少量能量和还原力的 代谢途径,是厌氧微生物的主要 代谢途径。
三羧酸循环
在有氧条件下,线粒体中的乙酰 CoA完全氧化成二氧化碳和水, 并释放能量的代谢途径。
戊糖磷酸途径
葡萄糖经过一系列反应生成五碳 糖和六碳糖的代谢途径,是需氧 生物的主要糖代谢途径之一。
04 微生物的生长
微生物的生长曲线
延迟期
细胞适应生长环境,不进行分 裂,数量基本不变。
对数生长期
细胞快速分裂,数量呈指数增 长。
氧气
好氧微生物需要氧气进行呼吸,厌氧微生物 则在无氧环境下生长。
微生物的生长繁殖方式
无性繁殖
通过二分裂、出芽等方式进行无性繁殖,繁殖速度快。
有性繁殖
通过配子结合形成合子,再发育成新个体,繁殖速度慢。
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03 微生物的代谢
分解代谢和合成代谢
分解代谢
微生物通过分解有机物质获取能量和营养物质的过程。这些有机物质可以是糖 类、蛋白质、脂肪等。分解代谢过程中,微生物产生能量并合成新的细胞成分。
合成代谢
微生物利用能量和营养物质合成细胞成分的过程。合成代谢过程中,微生物消 耗能量并产生新的细胞成分,如蛋白质、核酸等。
生物3.10微生物的类群、营养、 代谢和生长

微生物学 微生物的营养

微生物学 微生物的营养

最常见的鉴别性培养基是伊红美蓝乳糖
培养基,即EMB培养基。它在饮用水、 牛奶的大肠菌群数等细菌学检查和大肠 杆菌的遗传学研究工作中有着重要的用 途。
二、 培养基配制原则
1.目的明确
根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。
培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为: S 10g MgSO4.7H2O 0.5g NH4)2SO4 0.4g 0.01g H2PO4 4g CaCl2 0.25g H2O 1000ml
0.5g MgSO4.7H2O H2O 1000ml
酵母菌(麦芽汁培养基) 干麦芽粉加四倍水,在50℃--60℃保温糖化3-4小时,用碘液 试验检查至糖化完全为止,调整糖液浓度为10。巴林,煮沸 后,沙布过滤,调PH为6.0。 霉菌(查氏合成培养基) NaNO3 3g K2HPO4 1g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g 1000ml KCl 30g 0.5g H2O

从微生物所能利用的氮源种类来看,存
在着一个明显的界限: 一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮 源的,它们能把尿素、铵盐甚至氮气等 简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸, 称为氨基酸自养型生物。 凡需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源 的微生物就是氨基酸异养型生物。
三、水
水是细胞维持正常生命活动所必不可少
3.半合成培养基:由成分已知的物质和 成分未知的天然物质配制而成的培养基, 如PDA培养基。 如:马铃薯蔗糖培养基--真菌
根据培养基物理状态分
A. 液体培养基:配制后不加任何凝固剂。 B. 半固体培养基:在液体培养基上加进一定凝固剂,在 液体培养基中如加0.5%琼脂,可以用来观察细胞运 动的特征,鉴定菌种,测定抗菌素的效价等。 C. 固体培养基:在液体培养基中加入凝固剂(如1.52.0%琼脂)。固体培养基为微生物的生长提供了一 个营养表面,在这个表面生长微生物可形成单个菌 落,用于微生物的分离,鉴定,计数,保管。 D. 脱水培养基:指含有除水分以外的一切成分的商品 培养基,使用时只要加入适量水分并加以灭菌即可, 其成分精确且使用方便。

第五章 微生物生长与培养

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。

食品微生物学 第三章微生物的生理 第四节微生物的代谢

食品微生物学 第三章微生物的生理 第四节微生物的代谢
微生物的生理
第三章
微生物的生理
3.1 微生物的营养 3.2 微生物的生长 3.3 微生物生长的控制 3.4 微生物的代谢
微生物的生理
3.4 微生物的代谢
代谢(metabolism)是微生物细胞与外界环境不断进行 物质交换的过程,即微生物细胞不停地从外界环境中吸收适 当的营养物质,在细胞内合成新的细胞物质并储存能量,这 是微生物生长繁殖的物质基础,同时它又把衰老的细胞和不 能利用的废物排出体外。因而它是细胞内各种生物化学反应 的总和。由于代谢活动的正常进行,保证的微生物的生长繁 殖,如果代谢作用停止,微生物的生命活动也就停止。因此 代谢作用与微生物细胞的生存和发酵产物的形成紧密相关。 微生物的代谢包括微能量代谢和物质代谢两部分。
微生物的生理
第四阶段:2-磷酸甘油酸转变为丙酮酸。这一阶段包括 以下两步反应:
① 2-磷酸甘油酸在烯醇化酶的催化下生成磷酸烯醇式丙 酮酸。
反应中脱去水的同时引起分子内部能量的重新分配,形 成一个高能磷酸键,为下一步反应做了准备。
微生物的生理
② 磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下,转变为 丙酮酸。
GDP+ Pi GTP 琥珀酰CoA 琥珀酸硫激酶 琥珀酸 + CoASH
琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶的催化下,高能硫酯键被水 解生成琥珀酸,并使二磷酸鸟苷(GDP)磷酸化形成三磷酸 鸟苷(GTP)。这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸 化。
微生物的生理
⑥琥珀酸脱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生成延胡索酸
FAD
FADH2
琥珀酸
NAD+
NADH +H+
苹果酸
草酰乙酸
苹果酸脱氢酶
TCA循环的总反应式如下:

《微生物学》微生物的营养

《微生物学》微生物的营养

图6-1 单纯扩散
(二)促进扩散
图6-2 促进扩散
促进扩散(facilitated diffusion) 指溶质必须在细胞膜上的底物特异 载体蛋白的协助下,不消耗能量的 扩散运输方式,多见于真核生物, 原核生物中少见(图6-2)。促进扩 散与单纯扩散同属于被动扩散,是 不耗能的跨膜运输方式,所以也不 能进行逆浓度运输,但扩散效率较 快,其原因则是有特异载体蛋白的 参与。
(2) 合成培养基 合成培养基(synthetic medium),也称为化学限定培养基(chemically defined medium),是营养成分 背景完全清晰的培养基,由高纯化学试剂配制而成。 (3) 半合成培养基 半合成培养基(semisynthetic medium)是由部分天然材料和部分化学试剂配制的培养基,如马铃薯蔗 糖培养基(干净削皮的马铃薯200g,蔗糖20g)。
(二)微生物的营养物质及生理功能
4.无机盐
无机盐(mineral salt)或矿质元素主要可为微生物的生长提供除碳源和氮源外的各种重要 元素,是微生物生命活动不可缺少的物质。
在配制微生物培养基时,对大量元素来说,首选无机盐是K2HPO4和MgSO4,可同时提供 多种需要量大的元素。同时,许多微量元素是重金属,不能过量,否则可能产生毒害作用, 但是在部分生物中,特别是真菌,会对某些重金属元素富集,这在重金属污染处理中具有重 要意义。
氧化还原电位(redox potential)又称氧化还原势,是衡量某氧化还原系统中氧化剂接受电子或还原剂释放电子趋势 的一种指标。 6. 原料易得
从经济角度考虑,在配制培养基时应尽量利用廉价且来源方便的原料。
(三)培养基设计的方法
1. 查阅文献,借鉴经验 设计培养基时,首先应该根据实验目的查阅文献,收集已发表的培养基配方,根据实验要求进行筛 选。 2. 生态模拟 凡有某种微生物大量生长繁殖的环境,一定存在着该微生物所必要的营养及赖以生存的其他条件。 3. 营养需求,科学组合 根据微生物的营养需求,通过不同因素实验考察的优化方法确定最优配方。 4. 试验比较,优化配方 初步设计的适合某种微生物生长的培养基配方,还必须经具体试验和比较后才能最后确定符合实 际要求的培养基。

微生物的营养与培养

微生物的营养与培养

微生物的营养与培养一、微生物的营养微生物的营养是指微生物从环境中吸收营养物质并加以利用的过程。

微生物同其他生物一样都是具有生命的,需要从它的生活环境中吸收所需的各种的营养物质来合成细胞物质和提供机体进行各种生理代谢所需的能量,使机体能进行生长与繁殖。

(一)微生物的营养要素细胞的组成:有蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类和矿物质等。

微生物的基本营养1.碳源凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的物质通称碳源。

碳源通常也是机体生长的能源。

能作为微生物生长的碳源的种类极其广泛,既有简单的无机含碳化合物CO2和碳酸盐等,也有复杂的天然的有机含碳化合物,它们是糖和糖的衍生物、脂类、醇类、有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含碳的化合物。

但是微生物不同,利用这些含碳化合物的能力也不相同。

目前在微生物发酵工业中,常根据不同微生物的需要,利用各种农副产品如玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯以及各种野生植物的淀粉,作为微生物生产廉价的碳源。

2.氮源微生物细胞中大约含氮5%—15%,它是微生物细胞蛋白质和核酸的主要成分。

微生物利用它在细胞内合成氨基酸,并进一步合成蛋白质、核酸等细胞成分。

因此,氮素对微生物的生长发育有着重要的意义。

无机氮源一般不用作能源,只有少数化能自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与能源。

对于许多微生物来说,通常可以利用无机含氮化合物作为氮源,也可以利用有机含氮化合物作为氮源。

许多腐生型细菌、肠道菌、动植物致病菌一般都能利用铵盐或硝酸盐作为氮源。

例如大肠杆菌、产气杆菌、枯草杆菌、铜绿假单胞菌等都可以利用硫酸铵、硝酸铵作为氮源,放线菌可以利用硝酸钾作为氮源,霉菌可以利用硝酸钠作为氮源等。

在实验室和发酵工业中,常用的有机氮源有牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆等。

3.无机盐无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质,也是构成微生物细胞结构物质不可缺少的级成成分。

微生物的营养

微生物的营养
的能量; 3、调节新陈代谢。
一、微生物细胞的化学组成
(一) 细胞化学元素组成:整个生物界大体相同,主要 是C、H、O、N(占干重90-97%),C占约50%, C/N一般是5:1。
主要元素:碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、 铁等;
微量元素:锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、 镍、硼等。
微生物细胞中几种主要元素的含量 (干重的%)
➢ 有些微生物需要从外界吸收现成的氨基酸作为 氮源才能生长,这类微生物叫做氨基酸异养型 生物,也叫营养缺陷型。
3、能源
➢ 定义:能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物 或辐射能。
➢ 种类: (1)化学物质: 有机物——化能异养微生物的能源(同碳源); 无机物——化能自养微生物的能源(不同于碳源),如
类 元素水平 型
化合物水平
培养基原料水平
C·H·O·N·X 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、蛋白胨、花生饼

粉等
机 C·H·O·N 多数氨基酸、简单蛋白 一般氨基酸、明胶等

质等
C·H·O
糖、有机酸、醇、脂类 葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、

糖蜜等
C·H
烃类
天然气、石油及其不同馏 份、石蜡油等
无 C(?)


➢ 实验室常用的氮源
碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、胰酪蛋白、尿素、蛋白胨、 牛肉膏、酵母膏等。
➢ 生产上常用的氮源
硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、 蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆、麸皮等。
➢ 不需要利用氨基酸作为氮源,能利用尿素、铵 盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需 要的一切氨基酸,这种微生物称为氨基酸自养 型生物。
NH4+,NO2-,S,H2S,H2和Fe2+等,这类微生物主要有 硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌,在自然界物质转 换过程中起着重要的作用。

微生物营养方式

微生物营养方式

微生物营养方式微生物营养方式:1、光合作用光合作用是指微生物利用太阳光合成有机物的过程,它能够为微生物提供能量,使微生物生长、繁殖和代谢的过程获得满足。

光合作用是微生物最重要的营养途径,它利用太阳光将水和二氧化碳分解,将受这种分解作用的耗散能量,以及水和二氧化碳转化成糖类和有机酸,分解出的活性原子参与催化一系列体外或体内的氧化还原作用,使微生物受益。

2、摄食作用摄食作用是指微生物吸收利用外界物质满足营养需要的过程。

摄食作用是微生物最重要的营养方式,它的过程可分为外摄入作用和内摄入作用两种,微生物通过外摄入作用能够从外界净化一定数量的物质,这些物质包括各种有机分子和无机离子,在微生物体内与体液中有机分子相结合,成为微生物体内新生物质。

3、丝分裂过程丝分裂是指细菌T-形分裂时,中心染色体在T末端的区域发生的的螺旋分裂过程,它起到了把微生物体内的遗传物质和合成物均衡地分配到两个细胞中的作用,与此同时,它还能够使微生物数量急剧增长,从而帮助微生物更好地满足营养需要。

4、合成作用合成作用是指微生物利用体内的多种物质进行合成,以满足营养需要的过程,这个过程能够让微生物体内的活性原子参与某些路径,从而完成一定的反应。

合成作用能够使微生物体内的各种物质不断爆发出新的活性,促进微生物的生长和繁殖,从而满足微生物的营养需要。

5、糊精营养方式在糊精营养方式下,微生物体可以直接合成糊精,这种营养类型的微生物不依赖于光合作用而对外界某些物质的依赖性较小。

糊精营养体主要从合成糊精和调节细胞内氧化还原反应和代谢产物活性等方面获取能量,且糊精合成过程能够产生大量的能量,并有利于提高微生物的生长速率和繁殖速率。

6、化学反应式营养化学反应式营养是指微生物参与一系列化学反应获取能量来满足营养需要的过程。

化学反应式营养是微生物能够获得能量的重要途径,当微生物缺少氧或其他必需物质时,它们可以通过这种方式来获取能量,从而更好地满足其营养需要。

微生物的五大营养要素及其生理功能

微生物的五大营养要素及其生理功能

微生物的五大营养要素及其生理功能微生物是一类极为微小的生物体,包括细菌、真菌和病毒等。

它们以各种不同的方式获取营养,以维持其正常的生物学功能。

微生物的五大营养要素是碳、氮、磷、硫和微量元素。

下面将逐个介绍这些营养要素及其生理功能。

1.碳(C):碳是微生物体内最重要的元素之一,它是构成有机物的基础。

微生物利用碳来合成细胞组成部分,如蛋白质、核酸、脂质和多糖。

碳还用于能量代谢过程中的有机物氧化,从而获取生命活动所需的能量。

微生物可以从有机和无机源中获取碳。

典型的有机源包括葡萄糖、果糖和乳糖等,而无机源主要是二氧化碳。

2.氮(N):氮是微生物体内蛋白质和核酸的重要组成元素。

微生物通过氮的转化过程将氨、硝酸盐或有机氮转化为氨基酸,然后合成蛋白质。

微生物还能从一些无机氮化合物中获取能量,如硝酸盐的还原过程能产生反应所需的能量。

3.磷(P):磷在微生物体内存在于DNA、RNA、ATP(三磷酸腺苷)和磷脂等有机物中。

微生物利用磷合成核酸和能量储存分子ATP,在细胞代谢和生长中起着重要作用。

磷还是微生物体内多元酸和磷脂酰胆碱等重要分子的组成元素。

4.硫(S):硫在微生物体内存在于蛋白质和核酸的硫氨基酸(如蛋氨酸和半胱氨酸)中。

硫原子具有特定的化学性质,在蛋白质的折叠和稳定性中起着重要作用。

硫还参与微生物体内的代谢反应,如硫酸盐的还原和硫酸胺基酸的反应。

5.微量元素:微生物还需要一些微量元素来完成其生物学功能。

常见的微量元素包括铁(Fe)、锰(Mn)、镁(Mg)、锌(Zn)、铜(Cu)、钴(Co)和钼(Mo)等。

这些微量元素在微生物体内作为辅酶或酶的一部分,参与细胞的代谢过程。

总体而言,微生物的五大营养要素对其生物学功能起着至关重要的作用。

这些要素不仅是构成微生物体结构的基本组成成分,还是微生物体内许多重要化学反应的催化剂。

通过碳、氮、磷、硫和微量元素的摄取和转化,微生物能够完成其代谢过程、细胞增殖、免疫反应和生物修复等生理功能。

微生物的生长条件

微生物的生长条件

微生物的生长条件细菌生长、微生物繁殖需要营养、水、温度、合适的PH及气体。

营养成分,温度,水活度值,PH值,化学抑制剂和气体都能用来控制细菌生长。

现分述如下:(1)营养成分:细菌象任何一种活的生物一样,在其生命过程中需要食物和水。

营养成分必须溶于水成为溶液后才能转移到细胞内,所以水是必须的。

一般而言,细菌也需要碳,氮,硫和磷源。

有些微生物具有必要的酶系统将这些少数简单物质转化成生命过程中需要的复杂化合物,而其它微生物则需要某些已合成的化合物。

营养需要的特点和营养转移的机理十分重要,而且也是十分有趣的研究课题。

但是除非是微生物学家或生物化学家,否则这些内容则显得较为复杂或枯燥的。

从实际角度出发,既然微生物需要营养来生长繁殖,那么适宜卫生以除去残留食物,特别是接触的表面则更为关键。

另外,由于微生物需要的营养必须通过溶液转移到细胞内,那么食品加工厂的环境在建筑时应考虑避免积水是十分重要的。

细菌具有特有的生长规律: 通过二分体裂解而繁殖,在条件适宜时,每20到30分钟繁殖一代。

现在详细叙述细菌生长的4个周期。

Log期:这是细菌生长的第一期,细菌细胞可能在形态上增大但实际细胞数并未增加。

细菌在这一期主要是调整代谢适应环境。

一般发生于温度出现显著变化或将细菌从一种培养基接种到另一种培养基中。

对数生长期:即对数期。

细胞通过二分体裂解,一个细胞变成两个。

在这期中,只要有必要的水份,且温度和营养适宜时,细菌会快速呈指数生长。

一个细胞生长后变成两个细胞所需的时间为代时间或倍增时间。

静止期:细菌数保持稳定。

由于出现营养短缺和废物增长使细菌生长和死亡的数量保持平衡。

死亡期:由于持续营养物的缺乏和有毒代谢产物的增加,细菌数开始减少。

Log期非常重要,如果食品处理适当,细菌就会处于该期中,不会繁殖。

适宜卫生非常重要,其能限制可利用的营养成分,从而抑制细菌生长。

(2)温度另一个影响细菌生长的核心因素是温度。

微生物能在很宽的温度范围内生长,从华氏14度到华氏194度。

微生物的营养教程

微生物的营养教程

营养缺陷型菌株是指该菌株发生了某种生 长因子合成能力的基因突变,由于不能合 成该生长因子,因而不能在基本培养基上 生长 。
(二)微生物的营养类型——典型类型
营养类型 光能无机自养型 能源 光能 电子供体 H2、H2S S、H2O 有机物 碳源 CO2 举例 蓝藻、藻类 紫(绿)硫细菌 红螺细菌(如紫色 无硫细菌
谷氨酸棒状杆菌合 成谷氨酸的途径
葡萄糖
黄色短杆菌合成赖氨 酸的途径
天冬氨酸
天冬氨酸激酶
抑制
中间产物Ⅰ 中间产物
中间产物Ⅱ
高丝氨酸 脱氢酶
α-酮戊二酸 抑制 谷氨酸脱氢酶 NH4+
谷氨酸
高丝氨酸 甲硫 氨酸 苏氨酸
+
赖氨酸
(五)、微生物的群体生长曲线
• 细菌的群体生长
1. 2. 3. 4.
迟缓期(调整期) 对数生长期 稳定生长期 衰亡期
29.微生物产生的具有温室效应的气体有 哪些? (2分) A.C02 B.H2. C.CH4 D.N20 【目前大气中主要的温室气体有六种: CO2、CH4、N2O、HFCs、PFCs、SF6。 ACD
衰亡期:死亡率大于出生率,细胞出现多种形态, 甚至畸形,有些细胞开始解体,释放出代谢产物。 连续培养
影响微生物生长的环境因素:温度、氧、PH
光能营养型微生物是指能够以日光作为能源的微 生物。 对
在筛选抗青霉菌株时,须在培养基中加入青霉素, 其作用是 A筛选 B诱变 D以上答案都不对
Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ筛选又诱变
•微生物的营养
(一)微生物的营养要求 1. 碳源:有机碳源(双功能营养物)和无机碳源 能源物质,构成菌体和代谢产物 2. 氮源【无机氮源:铵盐和硝酸盐是常利用的氮源, 有机氮源:酵母膏、蛋白胨、牛肉膏】: 构成菌体和代谢产物,硝化细菌的能源物质 3. 无机盐类【Pb 、 Mg 、 S 、 P 、 Fe、Co、Zn 等】:维持酶活力,调节渗透压、pH值等 4. 水:溶解营养物质和代谢产物 5. 特殊生长因子:微生物生长不可缺少的微量有机物 【生物素、维生素、氨基酸、碱基等】: 构成酶和核酸的组成部分,促进生命活动 6. 能源

微生物的营养与生长

微生物的营养与生长

第二节 微生物的生长
主要内容: 微生物的个体生长 微生物群体生长 环境因素对微生物生长的影响及其原理
一、微生物生长的概念及其测定 1 、生长
单细胞生物有机体细胞组分和结构在量的方面的增加。
繁殖
单细胞生物细胞数目的增多;多细胞生物通过形成有性、无性孢子使个体数目增多.
发育
从生长到繁殖,是生物的构造和机能从简单到复杂、从量变到质变的发展过程,这一过 程称为发育。
工业应用:获取大量菌体或代谢产物。可以通过补 料或调节pH值延长此时期。
4、衰亡期(declined phase) 生长出现负增长,即新生细胞数<死亡的细胞数,
现象:形态多样,如菌体畸形等;有的微生物 出现自溶;有的微生物开始产生或放出对 人类有用的抗生素等次生代谢物。
原因:生活环境越来越不利。 研究的意义:预测达到的菌数,了解不同时期
1、延迟期(lag phase): 特点: 数目几乎不增加,或稍有减少,但细胞体积增长较快,代谢活跃,细胞内物质增加, 对外界抗性下降。 原因:调整代谢以适应新的环境条件,合成诱导酶,积累必要的中间产物等 影响延迟期长短的因素: 菌种:繁殖速度较快的菌种的延迟期一般较短; 接种物菌龄:用对数生长期的菌种接种时,其延迟期较短,甚至检查不到延迟期; 接种量:一般来说,接种量增大可缩短甚至消除延迟期 培养基成分:在营养成分丰富的天然培养基上生长的延迟期比在合成培养基上生 长时间短;接种后培养基成分有较大变化时,会使延迟期加长,所以发酵工业上尽量使 发酵培养基的成分与种子培养基接近。 缩短延迟期的措施: 增加接种量 采用最适菌龄 加入某些成分 选育繁殖快的菌种
二、微生物的生长曲线及在食品工业中应用 微生物群体生长 细菌纯培养群体生长规律
将少量单细胞纯培养接种到恒定容积的液体培养基中培养,定时取样计数,以培养时 间为横坐标,细菌数的对数为纵坐标所绘制出的曲线,叫群体生长曲线。 实际上是繁殖曲线。从群体研究上反映个体的状况。

微生物学 第五章 微生物的营养

微生物学 第五章 微生物的营养

第十一授课单元一、教学目的:此章为要求学生掌握的重点内容之一,使学生了解六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式、微生物的营养类型、营养物质进入细胞的四种主要方式、选用设计培养基的原则、培养基的种类。

本教学单元的教学目的是使学生了解微生物的六类生长要素及其功能, 掌握微生物营养类型特点.通过本章节的学习,了解微生物的营养与微生物发酵工业的关系。

二、教学内容: (第五章微生物的营养第一节微生物的化学组成及营养要求第二节微生物的营养类型)1.微生物细胞的化学组成和营养要求:重点介绍碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式。

并通过实例介绍如何根据碳源、氮源的不同筛选工业微生物菌种。

2.微生物的营养类型:介绍根据碳源和能源划分的四种营养类型,即光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型。

三、教学重点、难点及其处理重点:1. 使学生了解碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式;主要通过平时常见的培养基为例加以说明。

2. 根据碳源、能源的不同,将微生物分为四种基本营养类型:就微生物而言, 地球上几乎没有不被微生物所利用的一种物质, 但就其一类微生物来说, 它们所需要的营养物质则是有一定范围的. 根据微生物对碳源、能源的不同, 可分为自养微生物和异养微生物两类.自养微生物靠无机营养而活, 利用二氧化碳(或碳酸盐)作为唯一或主要的碳源, 还原二氧化碳为有机物(细胞物质), 所需要的能量来自光或无机物的氧化.异养微生物不能在完全无机物的环境下生长, 主要碳源来自有机物, 但可以固定二氧化碳, 它的合成反应所需要的能量来自有机物的氧化. 例如:光能自养型:以光为能源,以CO2或碳酸盐为唯一或主要碳源光能异养型:以光为能源,但生长需要一定的有机营养物化能自养型:以无机物的氧化获得能量,以CO2或碳酸盐为唯一或主要碳源化能异养型:以有机物的氧化获得能量,生长依赖于有机营养物质难点:根据碳源、能源的不同,将微生物分为四种基本营养类型。

微生物生长的营养物质及其生理功能

微生物生长的营养物质及其生理功能
第四章 微生物的营养


【知识目标】
1.了解微生物细胞的化学组成、掌握微生物生长的五大营养物质及其 生理功能。 2.理解微生物对营养物质吸收的三种方式,对比三种方式的相同与不 同之处。 3.熟悉微生物的营养类型及其划分的依据。 4.掌握培养基的配制原则及配制方法。




【技能目标】

由于各种微生物的生存环境不同,从环境中摄取营养物质的方式也不相 同。 根据微生物对于主要营养素碳源和能源的摄取方式不同而划分的微生物 类型就叫做微生物的营养类型。 根据微生物对碳源的要求是无机碳化合物还是有机化合物可以把微生物 分为自养型微生物和异养型微生物两大类。 根据微生物生命活动中能量的来源不同,将微生物分为化能型微生物和 光能型微生物。



表 4-5 微生物的营养类型 电子供氢体 H2、H2S、S、H2O 有机物 H2、H2S、Fe2+、 NH4、或 NO2 有机物
营养类型 光能自养型 光能异养型 化能自养型 化能异养型
主要(或惟一)碳源 CO2 有机物 CO2 有机物
能源 光能 光能 无机物 有机物
代表菌 蓝细菌、红硫细菌 红螺菌 硝化细菌、铁细菌 大肠杆菌

通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有
氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。
三、主动运输

主动运输是指膜外低浓度物质通过细胞膜上特异性载体蛋白构型变化 进入膜内,同时消耗能量,且被运输的物质在运输前后并不发生任何 化学变化的一种物质运送方式。 主动运输在物质运输过程中需要消耗能量,而且可以进行逆浓度运输。 也需要特异性载体蛋白的参与。

四、化能异养型

化能异养型也称化能有机营养型,是一类利用有机化合物(如淀粉、糖 类、纤维素、有机酸等)既作为碳源又作为能源的微生物。 目前在已知的微生物中大多数属于这种营养类型。 根据化能异养型微生物利用有机物的特性,又可以将其分为下列两种类 型: 腐生型微生物:利用无生命活性的有机物作为生长的碳源。 寄生型微生物:寄生在生活的细胞内,从寄生体内获得生长所需要的营 养物质。 腐生型和寄生型之间还存在中间类型:兼性腐生型或兼性寄生型。 如:人和动物肠道内普遍存在的大肠杆菌。
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微生物的新陈代谢相关概念:微生物同其它生物一样,不断地进行新陈代谢。

通过代谢,微生物与外部环境进行物质和能量的交换,从环境中获得各种物质以合成细胞物质,提供生命活动所需的能量以及在新陈代谢中起调节作用。

这些物质称为营养物质,而微生物摄取和利用营养物质的过程称为营养。

微生物的营养类型相关概念:光能自养型的代表是高等植物、藻类、少量细菌。

光能异养型的代表是红螺菌科的细菌。

化能自养型的代表是氢细菌、硫细菌、铁细菌、硝化细菌。

化能异养型包括了几乎全部真菌、大多数细菌和放线菌。

特别地,绝大多数工业微生物都属于化能异养型。

化能异养型微生物又可分为寄生和腐生两种类型。

寄生是指一种生物寄居于另一种生物体内或体表,从而摄取宿主细胞的营养以维持生命的现象;腐生是指通过分解已死的生物或其它有机物,以维持自身正常生活的生活方式。

在寄生和腐生之间存在中间类型:兼性寄生、兼性腐生。

当微生物兼有两种营养类型时,光能先于化能,自养先于异养,并加以“专性”或“兼性”来描述营养的可变性。

例如:氢单胞菌是“兼性化能自养型”,红螺菌是“兼性光能异养型”。

微生物的营养物质分成六大营养要素:水、碳源、氮源、无机盐、生长因子、能源被动扩散的概念:营养物质顺浓度梯度,以扩散方式进入细胞的过程称为被动扩散。

被动扩散主要包括简单扩散和促进扩散。

两者的显著差异在于前者不借助载体,后者需要借助载体。

水、某些气体(如N2 、CO 2 、O2 )、脂溶性物质(甘油、乙醇、苯)及少数氨基酸和盐可能采取简单扩散的方式通过细胞膜。

促进扩散主要在真核生物细胞中用于运输糖分,在原核生物中较少见。

主动运输的概念:营养物质逆自身浓度梯度由稀处向浓处移动,并在细胞内富集的过程称为主动运输。

主动运输分为简单主动运输和基团移位。

简单主动运输主要用于氨基酸、乳糖等糖类以及Na+、Ca2+等无机离子的运输。

若被运输的底物分子在膜内受到了共价修饰,以被修饰的形式进入细胞质的输送机制称为基团移位或基团转移。

这种运输是通过磷酸基团发生移位,即从磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)转移到被输送的基质分子上而实现的。

在运输过程中,消耗了磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸键。

基团移位主要用于许多单、双糖及糖的衍生物、核苷和核苷酸的运输。

主动运输中涉及到的几种载体概念:如果载体蛋白只是单纯地将某溶质从膜的一侧运输到另一侧,那么,它所形成的运输体系称为单一通道,该载体蛋白称为单向载体蛋白。

两个不同的分子或离子被同一载体蛋白以同样方向同时或相继运输的系统称为同向通道,该蛋白称为同向载体蛋白。

两个不同的分子或离子被同一载体蛋白以相反方向同时或相继运输的系统称为逆向通道,相应的蛋白称为逆向载体蛋白。

通过同向通道和逆向通道进行的物质运输统称为协同运输。

离子载体是一类可溶于脂双分子层的疏水性小分子,它可以增大脂双分子层对离子的透性,大多数离子载体由微生物合成,有的就是抗生素。

离子载体有两种模式:动态载体和静态载体。

洁霉素是链霉菌产生的一种抗生素,它是一种动态载体。

生长、繁殖、发育的相关概念:若同化作用大于异化作用,那么,细胞原生质不断增加,细胞的重量和体积不断增大,这就是生长。

对于单细胞微生物,细胞分裂的结果就是个体数量增加,这就是繁殖。

对于多细胞微生物而言,细胞数量的增加并不一定伴随着个体数目的增加,因此只能称为生长。

生物从生长到繁殖是一个量变到质变的发展过程,被称为发育。

生长是繁殖的基础,繁殖是生长的结果。

微生物生长的测定指标:由于测量方法的局限,所以,我们常以细胞数目的增加(即繁殖)来作为单细胞微生物生长的指标,这时所指的生长实际上是群体的生长。

对于单细胞微生物,既可取细胞数,也可选取细胞重量作为生长的指标;而对于多细胞(尤其是丝状真菌),常以菌丝生长的长度或菌丝的重量作为生长指标。

微生物生长的测定方法:直接法:显微计数法比色法或比浊法干重测定法菌丝长度测定法平皿菌落计数法液体稀释法粒子计数器法(又称电阻法)间接法:根据细胞组分含量进行估算从培养基成分的消耗量进行估算从细胞代谢产物来估算从发酵液的黏度来估量从发酵的放热量来估算从发酵液的酸碱度来估量微生物的分批培养相关概念:微生物在化学成分一定的培养基中进行培养称为分批培养或间歇培养。

细菌在分批培养的过程中,定时取样测定单位体积中的细胞数,以单位体积中的细胞数的对数为纵坐标,以培养时间为横坐标,就可得到细菌的繁殖曲线。

细菌是单细胞微生物,细菌的繁殖也就是群体的生长,所以,细菌的繁殖曲线又称细菌的生长曲线。

根据细菌生长曲线的变化规律,可把分批培养的全过程分为四个阶段:延迟期、对数生长期、稳定期、衰亡期。

丝状真菌的生长过程大致分为三个阶段:生长停滞期、迅速生长期、衰亡期。

连续培养中的菌体生长的重要特征:如果不断补充新鲜的培养基,同时排出含细胞及其代谢产物的发酵液,就有可能消除营养物质的不足及代谢产物的抑制作用,在理论上可以长期维持细胞处于对数生长期生长,细胞浓度、比生长速率和培养环境(如营养物和产物的浓度)将不随时间的变化而变化,这就是连续培养,又称开放培养中的菌体生长的重要特征。

同步分裂培养相关概念:同步分裂培养是通过一定手段,使培养物中所有的细胞处于同一生长阶段,使群体与个体的行为保持一致。

这种培养方式主要用于实验室中进行微生物细胞的生理生化研究。

使细胞分裂同步的手段主要有两种:诱导法和选择法。

最多只能同步分裂4~5代,有的仅能维持1代。

微生物的初级代谢产物与次级代谢产物:微生物的初级代谢是给予生物能量和生成中间产物的过程。

初级代谢生成的中间产物称为初级代谢产物,如:氨基酸、核苷酸、乙醇等,它们对微生物的生存是必需的,各种微生物形成的初级代谢产物种类也比较相似,这些产物的形成往往与微生物细胞的形成过程同步。

在微生物分批培养过程中,微生物生长的稳定期是这些产物的最佳收获时期。

另有一些代谢产物对微生物的生存、生长或繁殖并不是必需的,称为次级代谢产物,这些代谢产物的形成过程往往与微生物细胞生长过程不同步,在分批培养中,它们形成的高峰期往往在微生物生长的稳定期后期或衰亡期。

初级代谢产物的关键中间体多半是次级代谢产物的前体。

不同微生物形成的次级代谢产物的种类相差较大。

工业上发酵的概念:让所需的微生物大量繁殖,并进而产生大量的目标代谢产物的过程称为微生物发酵,这尤其是指工业上大规模的微生物培养。

“培养”和“发酵”两个概念是经常通用的。

固体培养的相关概念:固体培养就是利用固体培养基进行微生物的繁殖。

微生物贴附在营养基质表面生长,所以又称为表面培养。

一些丝状真菌也可进行生产规模的固体发酵。

在生产实践中,好氧真菌的固体培养方法都是将接种后的固体基质薄薄地摊铺在容器的表面,这样,既可使菌体获得充足的氧气,又可以将生长过程中产生的热量及时释放,这就是传统的曲法培养的基本原理。

进行固体培养的设备有较浅的曲盘、转鼓和通风曲槽等。

液体培养的相关概念:液体培养就是将微生物接种到液体培养基中进行培养。

由于大多数发酵微生物是好氧性的,而且微生物只能利用溶解氧,所以,如何保证在培养液中有较高的溶解氧浓度至关重要。

在实验室中进行好氧菌液体培养的方法主要有四类:⑴试管液体培养⑵浅层液体培养⑶摇瓶培养⑷台式发酵罐在生产实践中,液体培养有静置培养和通气培养两种类型。

静置培养适于厌氧菌发酵,如酒精、丙酮/丁醇、乳酸等发酵。

通气发酵适于好氧菌发酵,如抗生素、氨基酸、核苷酸等发酵。

具体的培养方法有:⑴浅盘培养⑵发酵罐深层培养大型发酵罐的发酵一般需分几级进行,使发酵的种子逐级扩大,以提高发酵罐的利用率和节约能源。

罐的级数一般是根据菌体繁殖速度以及发酵罐的容积而确定。

连续培养的相关概念:在对数生长期的培养容器中不断添加新鲜的培养基,同时不断放出代谢物,使微生物所需的营养及时得到补充,有害的代谢产物又能够及时排除,菌体的生长不受影响地始终处于对数生长期,这就是连续培养。

连续培养的控制方式主要有两类:恒化培养和恒浊培养。

恒化培养:保持培养液的流速不变,使培养罐内的营养物质浓度基本恒定,并使微生物始终在低于其最高生长速度的条件下进行繁殖,这种连续培养方式称为恒化培养。

所涉及的培养和控制装置称为恒化器。

恒浊培养:根据体系中微生物的生长密度,不断调整流加培养液的流速,以取得菌体密度和生长速度恒定的微生物细胞的培养方式称为恒浊培养。

所涉及的培养和控制装置称为恒浊器。

连续培养也可分级进行,以获取菌体与菌体生长同步产生的代谢产物为目标时,只要用单级连续培养器就可以满足研究或生产的需要。

若要获取与菌体生长不同步的次级代谢产物,就应该根据菌体和产物的产生规律,设计与其相适应的多级连续培养装置,第一级发酵罐以培养菌体为主,后几级发酵罐则以大量生产代谢产物为主。

连续培养的缺点:⑴连续培养是数百、数千小时的连续操作,它较易受杂菌的污染⑵连续培养的收率和产物浓度相对批式培养要低,这将不利于下游的提取操作⑶连续培养的营养物质利用率较低,这会增加生产成本⑷连续培养必须与整个行业的其它工序连贯进行,它对设备的要求较高,需要复杂的检测和控制系统⑸连续培养更易受菌种退化的影响,因为退化菌往往比生产菌更具有生长优势,少数退化菌经过长时间的培养,会逐渐占据优势,从而造成减产。

补料分批培养的概念:补料分批培养是根据菌体生长和初始培养基的特点,在分批培养的某些阶段适当补加培养基,使菌体或其它代谢产物的生产时间延长。

广义上讲,微生物培养过程中补充酸或碱以调节发酵液pH值的过程也属于补料分批培养。

细胞固定化的概念:细胞固定化主要是通过包埋法、微胶囊化、吸附法等手段,将微生物细胞限制在载体的内部或表面。

菌种保藏的相关概念:菌种保藏的目的是保证菌种经过较长时间后仍然保持生活能力,不受杂菌污染,形态特征和生理性状应尽可能不发生变异,以便长期使用。

菌种保藏的原理:选用优良的纯种,最好是休眠体(分生孢子、芽孢),创造一个使微生物代谢不活泼,生长繁殖受抑制,难以突变的环境条件。

其环境要素是干燥、低温、缺氧、缺营养以及添加保护剂。

常用的菌种保藏方法:定期移植保藏法液体石蜡保藏法沙管保藏法、土壤保藏法麸皮保藏法蒸馏水保藏法冷冻干燥保藏法液氮超低温保藏法甘油保藏法菌种退化的相关概念:菌种退化是发生在细胞群体中一个由量变到质变的逐渐演化过程。

首先,在细胞群体中出现个别发生负变的菌株,这时如不及时发现并采取有效的措施,而一味地移种传代,则群体中这种负变个体的比例逐渐增大,最后占据了优势,使整个群体发生严重的退化。

菌种退化的原因:⑴基因突变⑵分离现象菌种退化的防治:⑴从菌种选育时考虑:在育种过程中,应尽可能使用孢子或单核菌株,避免对多核细胞进行处理,采用较高剂量使单链突变的同时,另一条单链丧失了模板作用,可以减少出现分离回复现象。

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