微生物代谢和生长
第七章 第二节、微生物代谢与生长
反馈抑制
其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成
2.分支代谢途径中的反馈抑制：
在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在 一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供 应，微生物发展出多种调节方式。主要有： 同功酶的调节， 顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。
五、微生物的代谢调控
• 微生物代谢过程中的自我调节 • 酶活性的调节 • 酶合成的调节
☆微生物自我调节代谢的方式
1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞
如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合 成迟效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶 系统。
2.通过酶的定位控制酶与底物的接触 3.控制代谢物流向:
1、有氧呼吸
概念:是以分子氧作为最终电子(或氢)受体的氧化 过程；是最普遍、最重要的生物氧化方式。 途径：EMP,TCA循环 特点：必须指出，在有氧呼吸作用中，底物的氧化 作用不与氧的还原作用直接偶联，而是底物在氧化 过程中释放的电子先通过电子传递链（由各种电子 传递体，如NAD,FAD,辅酶Q和各种细胞色素组成） 最后才传递到氧。
在工业发酵和科研中通常采取一定的措施缩短延滞期：
①通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短； ②利用对数生长期的细胞作为“种子”；
③尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太 大；
④适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的 影响。
2.对数期
特点：细菌数量呈对数增加；生长速度常数R最大；酶系活跃， 细菌代谢旺盛；群体中的细胞化学组成及形态、生理特征一 致，且细菌的形态、大小、染色性均典型，对外界环境因素 的作用比较敏感。
影响指数期微生物增代时间的因素 菌种；营养成分；营养物的浓度 发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度； 实验室研究细菌生物学性状和做药敏试验选取用对数期细菌 为佳（多数为8~18h培养的培养物）
微生物生长与代谢的调控
微生物生长与代谢的调控微生物是大自然中最广泛分布的一类生物，具有广泛的代谢活动和高度多样的形态特征。
微生物广泛参与自然界中的各种代谢过程，包括有机物的分解，氮、磷、硫、铁等元素的循环，以及其他一系列环境改变和气候变化适应性反应。
微生物的生长和代谢过程受多种因素的调节，包括环境因素（如温度、pH值、营养物质、光照强度等）和内部调控机制（如代谢物浓度、基因表达等）。
本文将从微生物生长与代谢的角度探讨微生物的调控机制和相应的应用前景。
微生物的生长过程是一系列复杂的代谢反应，促进生物体形成和繁殖。
生长与代谢是密切相连的过程，微生物由有机化合物中获取能量和生长物质，产生的终产物在代谢过程中反过来作为新的代谢底物继续参与代谢反应。
因此，微生物代谢的调控关系到生物体生长和代谢水平的正常维持。
微生物代谢的调控受多种因素的影响，包括环境因素和内部调控机制。
环境因素对微生物代谢活动的调控主要包括温度、pH值、营养物质、光照和气氛等。
其中，温度和pH值是微生物生长的两个最基本的因素，不同微生物对于温度和pH值的适应范围差别很大，每种微生物都有其自己的适宜生长、繁殖和代谢反应的温度和pH值范围。
此外，不同微生物对于营养物质的要求和利用方式也有较大差异。
一些微生物可以利用较为简单的有机物质作为营养源，而另一些微生物则需要复杂的营养物质，如氨基酸和核苷酸等。
此外，光照和气氛条件对于光合微生物等特定微生物群体的生长和代谢过程也具有重要影响。
环境因素的不同调节导致微生物代谢过程的多样性和适应性。
另一方面，微生物的内部调控机制也非常重要。
微生物内部代谢和细胞功能的调节主要通过基因表达和代谢产物浓度调节。
例如，在微生物代谢过程中，代谢物的积累会激活新的代谢途径和修饰酶分子，促进更多种类的代谢酶产生，并作用于细胞内其他过程的调控，从而实现代谢网络的功能扩展和更细致的调控。
类似地，基因表达也是微生物代谢过程中非常重要的调控机制。
通过基因启动子和转录调控因子的参与，微生物可以实现对于不同代谢底物的表达选择和控制，促进生长和代谢过程的协调。
微生物生长与代谢调控的基本机制
微生物生长与代谢调控的基本机制微生物是地球上最为广泛分布的生物种类之一，包括细菌、真菌、古菌等等。
微生物在地球上的作用非常重要，它们可以参与自然界的物质转化和能量转移，促进有机物的分解和循环再利用，维持生态平衡和人类生存的环境条件。
与此同时，微生物还可以被用来制造药品、食品和工业品等等，可以说是人类社会发展的重要支柱之一。
微生物的生长和代谢调控是微生物生命活动的基本机制，下面本文将详细介绍微生物生长和代谢调控的基本原理和机制。
一、微生物生长的基本机制微生物生长是指细胞数量和体积的增加过程，细胞增殖所需要的能量和物质来源于微生物的代谢活动。
微生物生长的速度和方式取决于生境的条件和微生物自身的特性。
微生物的生长一般可以分为四个阶段: 潜伏期、对数增殖期、平稳期和死亡期。
1. 潜伏期潜伏期是指细胞进入新环境后适应阶段的时间，此时微生物数量几乎不变，代谢活动极其缓慢。
在适应期内，微生物通过改变表达基因和代谢途径来适应新环境，从而为下一个阶段的生长做好充分的准备。
2. 对数增殖期对数增殖期是微生物生长速度最快的阶段，也是微生物最为活跃的阶段，此时微生物的代谢活跃度达到极致，细胞的数量呈指数级增长，生长速度随着细胞密度的增大而减缓，最终趋于平稳。
而微生物的生长速度水平与其所需的营养条件密切相关，例如生长的热带地方会比在寒带地区略快，另外pH值也会影响生化代谢过程影响微生物的生长。
3. 平稳期平稳期是指微生物数量在短时间内几乎不变的阶段，此时微生物的代谢活动几乎停止，生长速度趋于相对稳定状态，呈现出合适的营养和环境条件下的微生物最为适宜生长的状态。
与此同时，平稳期是细胞分泌代谢物质和产生酶的最佳时期，因此对生物合成和发酵等工业生产具有重要价值。
4. 死亡期死亡期是指微生物数量逐渐减少直至完全死亡的过程，其变化与微生物自身的特性以及环境条件有关，例如细胞自身死亡、营养缺乏、毒性物质的存在等等。
二、微生物代谢调控的基本机制微生物的代谢是指通过各种生化途径将有机物转化为无机物的过程，其中包括有氧呼吸、厌氧呼吸、胞内呼吸和发酵等过程。
微生物的生长和代谢调控机制
微生物的生长和代谢调控机制微生物是指那些生存于我们周围环境中，不可肉眼观察的微小生物。
较为常见的微生物包括细菌、真菌、病毒等等。
它们在自然生态系统和人类社会中扮演着非常重要的角色，不仅能够为我们提供许多有益的物质，还可以协助我们处理生活中一些难以处理的问题。
因此，微生物的生长和代谢调控机制备受人们的关注。
微生物生长机制从生物化学角度来看，主要就是细胞分裂（复制），即由一个细胞分裂成两个子细胞。
在细胞分裂过程中，细胞会通过代谢反应来合成DNA、RNA、蛋白质等组成成分，并最终形成新的细胞。
其中，代谢反应是微生物生长的关键。
代谢调控机制是细胞能够从进食中提取营养物质，利用这些营养物质完成自身的分裂和增长。
在自然环境中，营养供应并不总是均衡的，所以微生物必须要有一种机制，来调节自身的代谢反应和生长速度，以应对不同的环境条件。
下面我们将分别介绍微生物的生长和代谢调控机制。
微生物的生长机制：生长需要满足细胞内各种重要物质的合成需求；这些物质包括核酸、蛋白质、细胞壁和细胞膜等。
核酸是组成细胞遗传信息的重要物质，而蛋白质则是细胞的基本组成成分；细胞壁和细胞膜则是保护和维持细胞结构的重要结构。
所有这些物质的合成都需要依赖于代谢物（营养物质），如糖类、氨基酸、核酸、脂类等，在特定的环境条件下，细胞就可以使用代谢物进行生长。
微生物的代谢调控机制：在营养物质不足的情况下，细胞的生长速度就会放缓或停止。
因此，微生物要能够感知和适应环境中营养物质的变化，从而调整自身的代谢和生长速率。
在微生物中，有许多专门的酶来协调代谢的反应，这是调节代谢反应的重要机制。
此外，微生物还可能通过对某些代谢物质的抑制和激活来实现代谢调控。
这种调节机制是通过信号通路实现的，微生物可以通过分泌不同的生物活性物质、调控细胞膜通透性和转录因子来调节代谢。
微生物的生长和代谢调控机制是一个复杂的过程，不同的微生物可能会有不同的机制。
但是，无论微生物的机制是什么，它们都需要依赖于环境中的营养物质来进行生长和繁殖。
微生物代谢物与植物生长相互关系与调节
微生物代谢物与植物生长相互关系与调节微生物代谢物是指微生物在生长代谢过程中产生的化合物，这些化合物不仅对微生物自身具有重要作用，同样对植物生长也有着明显的影响。
微生物与植物之间通过代谢物相互调节的关系，是近年来生态学领域的一个热点研究方向。
本文将从以下几个方面分析微生物代谢物和植物生长的关系。
1. 微生物代谢物种类及其作用微生物代谢物种类众多，按照其功能可以分为多种类型：激素、抗生素、生长因子、抑制因子等等。
其中对于植物生长的调节作用最为重要的是激素和生长因子。
植物生长素是微生物产生的一种重要激素，能够促进植物幼芽生长和根系发育。
它们主要由土壤中的放线菌、真菌和嗜热链霉菌等微生物产生。
植物生长素具有高效的促生长作用，能够通过调节细胞分化和伸长，使植物快速生长和发育。
另外，布艮菌素也是一种非常重要的微生物代谢物，它通常是由一些异养菌和一些解氮菌群体产生的。
布艮菌素具有促进种子萌发、提高氮素利用效率和增加光合作用等重要作用，因此对植物生长发育有着明显的促进作用。
2. 微生物代谢物与植物微生物共生的关系微生物代谢物与植物生长之间有着密切的联系，人们已经证明了微生物代谢物是植物微生物共生的重要因素之一，它可以通过多种途径对植物生长发育产生积极影响。
例如，一些产生生长因子的微生物成为植物的共生菌，它们能够在植物根际中繁殖和生长，为植物提供重要的生长因子，从而促进植物生长。
此外，微生物产生的一些蛋白酶也可以分解病原菌和无益微生物的代谢物，从而减少植物病害率，提高植物产量。
3. 微生物代谢物与植物生长的调控机制微生物代谢物对植物生长发育的影响是多种多样的，但有一个通用的调节机制，即通过植物激素和相关信号途径实现。
植物生命活动是受激素和信号系统控制的，微生物代谢物能够通过信号调节途径影响植物激素水平，从而促进或抑制植物生长发育。
例如，微生物分泌的植物生长素和赤霉素可以通过植物激素调节机制影响植物根系的生长和分化，促进根系的生长，从而增加植物进入营养期所需的土壤吸收能力。
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
微生物生长和代谢的调控机制
微生物生长和代谢的调控机制微生物是一类具有极强适应性的生物，不仅可以生长于各种极端环境中，还可以分解各种复杂有机物质，在生态系统中发挥着重要的作用。
微生物生长和代谢是由多种调控机制共同协同完成的。
本文将从营养调控、信号转导、转录调控、翻译后修饰等方面进行探讨。
一、营养调控微生物的生长和代谢受生长环境的影响很大，营养物质的获取对于微生物生长发育至关重要。
营养物质作为微生物代谢的原料，能够通过特定的营养调节机制调节细胞内的代谢活性，从而影响微生物的生长和代谢。
例如，细胞脱氧核糖核酸(dNTP)含量对于DNA复制和细胞周期的正常进行起着关键性的调节作用。
当细胞内dNTP含量过高或过低时，会导致DNA复制错误和细胞凋亡等异常现象。
二、信号转导信号转导是微生物生长和代谢的重要调控机制。
细胞内的信号分子能够在不同的代谢途径之间传递信息，并且可以调节细胞的基因表达和代谢产物的合成。
例如，环状二核苷酸(cAMP)和磷酸四酮酸(PPGPP)等信号分子能够分别参与细胞的能量代谢和应激响应，并且能够反馈到细胞的转录调控和翻译后修饰过程中，从而影响微生物的代谢和生长。
三、转录调控微生物的代谢和生长受到转录调控的影响很大，转录因子能够调节基因的表达。
微生物利用转录因子与DNA结合的方式能够对基因进行正、负调节，并且能够根据环境的变化快速地调节基因表达。
例如，传统大肠杆菌的转录因子LacI能够通过与lactose结合来诱导lac operon的转录，从而合成乳糖酶等相关酶。
四、翻译后修饰微生物的代谢和生长与翻译后修饰密切相关。
在蛋白质翻译过程中，N-端信号肽可以调节蛋白质的定位和转运，C-端的修饰可以调节酶活性或稳定性。
例如，乳酸杆菌中的多肽链胺酸酶(DppA)能够利用翻译后修饰方式形成互作性肽链，并且可以与微生物的其他表面蛋白相互结合，从而形成生物膜。
综上，微生物生长和代谢的调控机制是由多种调控机制共同协调完成的。
营养调控、信号转导、转录调控和翻译后修饰等机制可以协同作用，从而实现微生物的生长和代谢的调节。
食品微生物学 第三章微生物的生理 第四节微生物的代谢
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：
第30讲、微生物的类群、营养代谢与生长
例5. 以下能正确说明酶活性调节的是( C )
A.只要一种代谢产物积累，酶活性就下降
B.代谢产物将使直接形成此化合物的酶活性下降 C.细胞膜通透性改变，可解除代谢产物对酶活性的抑制 D.控制生产条件是人们对酶活性调节的唯一手段
异养型
自养型
蓝藻 硝化细菌等
• 控制细菌合成抗生素的基因，控制放线菌主要遗 传性状的基因，控制病毒抗原特异性的基因性状 依次位于（ ② ① ④ ）
①核区大型环状DNA上 ③细胞核染色体上
②质粒上 ④衣壳内核酸上
微生物的营养
• 五大类营养要素
–碳源：有机或无机，有些碳源可以作为能源 –氮源：铵盐、硝酸盐是最常用的氮源 –生长因子：维生素、AA、碱基等 –水和无机盐
“连续培养”延长稳定期，提高产量，缩短生产周期 死亡速率>繁殖速率 活菌数目急剧下降
衰亡期
畸形分化以及解体并释放代谢产物
3（重庆）下列有关大肠杆菌的叙述，正 确的是 A大肠杆菌以复制方式进行繁殖，其拟核是 一个环状DNA分子 B在含葡萄糖和乳糖的培养基上，大肠杆菌 首先利用乳糖作碳源 C用大肠杆菌工程菌生产干扰素时．应及时 添加核酸等生长因子 D处于对数期的大肠杆菌．常作为生产用的 菌种和科研的材料
第30讲
微生物的类群、营养、代谢与生长
微生物的类群
病毒界 (噬菌体、艾滋病毒) 原核生物界 真菌界 (细菌、放线菌、蓝藻)
微生物
(酵母菌、霉菌、大型真菌)
原生生物界 (草履虫、变形虫、衣藻) 特点：结构都相当简单,个体多数十分微小.通 常要用光学显微镜或电子显微镜才能看到，有 的甚至没有细胞结构.
第20课时 微生物的代谢和生长
第20课时微生物的代谢和生长对应训练1.下列关于初级代谢产物和次级代谢产物的比较中，正确的是（）A.初级代谢产物只是在微生物生长初期产生，次级代谢产物是在微生物生长到一定的阶段才产生B.初级代谢产物和次级代谢产物两者都自始至终产生C.初级代谢产物始终产生，次级代谢产物只是在微生物生长到一定的阶段才产生D.初级代谢产物和次级代谢产物两者都是微生物生长和繁殖所必需的答案 C2.下列产物中，一般情况下不因微生物种类不同而有明显差异的是（）①氨基酸②核苷酸③多糖④激素⑤维生素 ⑥抗生素⑦色素A.①②③④B.④⑤⑥⑦C.①②③⑤D.①②⑥⑦答案 C解析微生物的初级代谢产物种类无特异性。
特别要注意维生素是初级代谢产物而不是次级代谢产物。
3.在适宜条件下，将大肠杆菌接种在含有葡萄糖和乳糖的培养液中培养，并随时测定培养液中葡萄糖、乳糖的浓度以及菌体数量和诱导酶的合成量，将所得结果绘成图。
图中能表示菌体细胞中诱导酶合成量的曲线为（）答案 D4.下列关于微生物代谢调节的说法中，错误的是（）A.与酶合成的调节相比，酶活性的调节是一种快速、精细的调节方式B.组成酶的合成只受遗传物质的控制C.只要一种代谢产物积累过量，酶的活性就下降D.酶合成的调节和酶活性的调节是同时存在的答案C解析微生物代谢的调节包括酶合成的调节和酶活性的调节，它们在细胞中同时存在。
组成酶与诱导酶不同，只受遗传物质控制，无所谓诱导物的影响。
酶合成的调节既能保证代谢的需要，又能避免细胞内物质和能量的浪费，增强适应性；而酶活性的调节是一种快速、精细的调节方式。
从黄色短杆菌合成赖氨酸的途径及代谢调节过程，我们知道只有苏氨酸、赖氨酸共同积累过量才会抑制天冬氨酸激酶的活性，而赖氨酸单独过量不会出现抑制的代谢特点。
5.酵母菌培养过程中的生长曲线如图所示：a、b、c、d分别表示不同的生长时期，其中适合作为生产用菌种的时期是（）A.aB.bC.cD.d答案 B解析微生物的生长曲线可分为四个时期：调整期—菌体不分裂，代谢活跃，体积增长较快，大量合成所需物质；对数期—快速分裂，代谢旺盛，菌体形态和生理稳定，常用作生产用菌种和科研材料；稳定期—活体达到最高数值，积累代谢产物；衰亡期—细胞出现畸形，部分细胞开始解体释放代谢产物。
微生物生长与代谢模型的建立及应用
微生物生长与代谢模型的建立及应用一、微生物生长模型的建立微生物是一类非常微小的生物，它们对不同的环境条件非常敏感，例如温度、pH值、营养物质等等。
微生物生长模型的建立可以帮助人们更好地了解微生物的生长规律和代谢规律，从而开发出更有效的微生物资源，如微生物产物的制造等。
1.1 普述微生物生长规律与需求因素微生物的生长规律一般遵循指数生长规律，即每隔一定时间，细菌数量将成倍增长。
而细菌的存活与繁殖都需要有一定的生长因素，这些生长因素包括温度、pH值、营养物质和氧气等要素。
如果这些生长因素不利于微生物的生长，那么微生物的数量就会受到限制。
1.2 常见的微生物生长模型微生物生长模型有多种，常见的有单一微生物生长模型、细胞质模型、分子交互模型等。
其中单一微生物生长模型可以描绘细菌在适宜的环境中的生长速度与数量，细胞质模型则涉及到细胞内容物的生长和分裂等；而分子交互模型则更为细致地解释了分子之间相互作用的原理和习性。
1.3 微生物生长模型的建立方法微生物生长模型的建立需要以实验数据为基础，根据实验数据分析微生物的生长速度与数量变化规律，并通过适当的统计方法，建立一个贴近实际情况的模型，来描述微生物在不同环境条件下的生长状况。
常见的建立方法包括参数拟合法、模型识别法、参数估计法等。
二、微生物代谢模型的建立微生物代谢模型的建立可以描述微生物在不同环境条件下的代谢规律，进而推断微生物的功能和应用。
例如，通过微生物代谢模型，可以预测某种微生物产生的化合物种类和产量，为微生物资源开发和利用提供参考。
2.1 微生物代谢规律与影响因素代谢是细胞在生长和分裂过程中的主要功能之一，同时还与细胞对环境条件的适应度密切相关。
因此，微生物的代谢规律和代谢调节对其生长和生存非常重要。
例如，代谢种类、代谢过程中产生的化学物质种类和数量、代谢能力等等都会受到环境条件的影响。
2.2 常见的微生物代谢模型微生物代谢模型有多种，常见的有酸化模型、酱油糖稠化模型、铵离子调控模型等。
微生物生长与代谢稳定性的研究
微生物生长与代谢稳定性的研究微生物是一类小而强大的生物体，因其迅速增殖和多样性而引人注目。
微生物在生态系统中扮演着很重要的角色，它们可以降解有害的化学物质，产生有益的化合物，还可以被用作生产食品和药品的原材料。
微生物的生长和代谢过程对其在生态系统和工业应用中的可持续性和效率起着决定性的作用。
因此，研究微生物生长和代谢稳定性是一项非常重要的工作。
微生物的生长可被描述为一系列互相作用的生化反应。
微生物对不同的环境条件，如温度、氧气含量、营养物质和pH值等有不同的生长需求。
当环境变化超出了微生物的适宜范围，它们会在生长和代谢方面面临挑战。
微生物的代谢可被定义为在细胞内进行的化学反应，以维持生命活动，并合成所需的物质。
代谢反应可以产生能量和有机物质，或消耗能量和有机物质。
这些反应的平衡和稳定性对微生物的健康和生长至关重要。
在微生物的生长和代谢稳定性方面，研究者进行了广泛的研究，以确定微生物如何应对环境挑战并维持其生长和代谢稳定性。
温度和微生物的生长和代谢稳定性密切相关。
对于大多数微生物来说，它们的最佳生长温度是在25-40°C之间。
当环境温度变化时，微生物的酶活性和代谢速率也会随之变化。
温度变化可能会导致代谢偏离正常，从而影响微生物的生长和细胞分裂。
在微生物的生长和代谢稳定性方面，微生物菌株的选择也很重要。
不同的微生物菌株在应对环境变化方面也会有很大的变化。
在选择微生物菌株时，要注意它们的生长速度、适应性和生长周期等因素。
选择适合环境的微生物菌株可以提高微生物的生长和代谢稳定性，同时减少环境影响。
在微生物代谢过程的稳定性方面，营养物质是非常关键的因素。
微生物需要碳源、氮源、磷源、维生素和微量元素等物质来生长和代谢。
如果这些物质数量不足或缺乏，微生物代谢过程的稳定性会受到影响，从而影响微生物的生长和代谢。
维持微生物生长和代谢的稳定性还需要管理微生物生长环境中的其他因素，例如对微生物的氧气和pH值的控制。
微生物的生长与代谢途径
微生物的生长与代谢途径微生物是指无法看见肉眼的微小生命体，它们可以分为细菌、真菌、病毒、藻类、原生动物等多种类型。
微生物虽小，但是在自然界中发挥着不可或缺的作用，它们不仅可以进行生物分解和有害物质降解，还能够对人类的健康和生存环境起到积极的影响。
微生物实现这些功能主要依靠其独特的生长与代谢途径。
一、微生物的基本生长方式微生物主要通过三种方式进行生长，即单倍体有丝分裂、双倍体无丝分裂和单倍体无丝分裂。
其中单倍体无丝分裂是最常见的一种方式，它适用于大部分细菌和真菌的生长和繁殖。
在这种方式下，微生物的DNA会反复复制，逐渐形成两份完全相同的染色体，然后物质逐渐分散，紧接着细胞膜合拢并且分裂成两个新的细胞体，两个新的细胞体完全相同，等待下一次分裂。
二、微生物的代谢途径微生物的代谢途径通常被分为呼吸代谢和发酵代谢两种方式，后者通常适用于无氧环境下的微生物。
下面将详细介绍微生物的两种代谢途径。
1. 呼吸代谢微生物进行呼吸代谢时，需要在细胞内部通过氧化还原反应转化化学能，并将其贮存进入细胞内ATP。
ATP是细胞生存的主要能量来源，也是许多代谢过程的动力源。
微生物呼吸代谢的过程大致可分为三个阶段：第一阶段是膜电荷生成阶段，微生物利用外源性电子将能量转移入细胞膜中，并降低膜内电位。
这个阶段通常通过细胞内酶和呼吸细胞色素系来实现。
第二阶段是电子转移阶段，在这个阶段中，内部的酶酶与色素通常会依次传递电子，进一步减少氧化废物和尝试将电流引入细胞内。
最后是膜上色素酶机制，它使用膜上色素来催化最终的能量合成，将能量储存在ATP分子中。
此时，在膜内和膜外会形成巨大的质子梯度，同时这个梯度还能够驱动一些其他的代谢反应来进行形态、种群动态上的微调。
2. 发酵代谢发酵代谢是微生物在无氧环境下的另外一种代谢途径，这种代谢方式缺乏氧气作为电子受体，于是微生物将代谢产物再次还原为低能量形态，以产生ATP的能力为动力，同时也产生发酵过程中特殊的代谢产物。
微生物的营养代谢和生长专家讲座
微生物的营养代谢和生长专家讲座
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微生物营养
小结
（1）微生物需要五大类营养要素物质是: 碳源、
氮
源、生长因子、水、无机盐。
（2）微生物培养基配制标准: 目标要明确、营养
要协调、pH要适宜
（3）培养基种类:
按物理性质分: 液体培养基
半固体培养基
按化学成份分: 天然培养基
合成培养基
按用途分: 选择培养基（青霉素）
CO2+ 2H2S
光能 光合色素
[ CH2O] + 2S+ H2O
微生物的营养代谢和生长专家讲座
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2.氮源
氮源：能为微生物提供所需氮元素营养物质
种类：无机氮源 N2、NH3.铵盐、硝酸盐、尿素
有机氮源 牛肉膏、蛋白胨
惯用氮源：铵盐、硝酸盐氮源
(1) 氨基酸自养型生物---------绿色植物、很多微生物 (尿素、铵盐、硝酸盐和氮气)
培养基种类
固体培养基 （分离、计数等）
按物理性质分
培
养
基
按化学成份分
种
类
按 用 途分
微生物的营养代谢和生长专家讲座
半固体培养基（观察运动、保种）
液体培养基 （工业生产）
合成培养基 （化学成份明确, 惯用于分类、判定等）
天然培养基 （天然物质配制, 成 份不明确, 惯用于工业生产）
选择培养基（用于从各种微生 物中选出需要种类） 判别培养基（用于判定某一微 生物存在）
分离杂交瘤细胞
第12页
关注教材科学试验方法，怎样将某种细菌
从杂菌中分离出来？
德国著名细菌学家科赫用琼脂（成份是多聚半 乳糖硫酸酯，极难被微生物分解，无营养价值， 粘着力强）做凝固剂固体培养基，科赫将微生物 样品稀释后，用针尖沾取少许稀释菌液在固体培 养基上画线，因为微生物在固体培养基上生长部 位固定，很快培养基表面就长出各种菌落，相同 特征菌落来自同一个种，挑选某一个菌落微生物， 经过不停稀释、培养就得到了纯种。科赫分离了 结核杆菌而获诺贝尔生理学奖。
微生物的生长和代谢过程
微生物的生长和代谢过程微生物是地球上最古老的生命体系之一，也是最微小的生命体之一。
微生物的数量多达几十亿个，遍布整个地球，生存于各种各样的环境中，包括陆地、海洋、空气、水和土壤。
微生物的生长和代谢过程是微生物学的重要内容。
一、微生物的生长微生物的生长是生态系统中必不可少的一个环节。
微生物的生长有四个阶段：潜伏期、指数期、平稳期和衰退期。
1.潜伏期潜伏期是微生物在生长前的一段时间，此时微生物的代谢活动非常缓慢。
微生物通常需要消耗原料来制造细胞结构和细胞组分，以支持其后续的繁殖和生长。
2.指数期在指数期，微生物以指数级增长。
随着生长，微生物吞食周围环境中的营养物质，使细胞体积增大，并逐渐分裂成两个相同大小的细胞。
这个过程通常持续几个小时到几天不等。
3.平稳期在平稳期，微生物的数量已经达到最大值，即细胞数量与营养物质的消耗率达到平衡。
此时，微生物代谢活动维持平衡，同时分裂和死亡的速度也在平衡状态。
4.衰退期在衰退期，微生物数量开始下降，这可能是由于缺乏营养物质、pH值或温度变化等因素引起的。
二、微生物的代谢微生物代谢过程是微生物生长和繁殖的基础。
微生物代谢过程可以分为两种类型：有氧代谢和厌氧代谢。
1.有氧代谢在有氧代谢中，微生物使用氧气来促进其代谢过程。
这种代谢方式在微生物学中被称为呼吸作用。
有氧代谢包括三个主要过程：糖酵解、Krebs循环和氧化磷酸化。
微生物使用糖作为能量来源，将其转化为ATP（三磷酸腺苷）。
2.厌氧代谢在厌氧代谢中，微生物不使用氧气，而是使用其他氧化剂来促进其代谢过程。
这种代谢方式分为六种类型：乳酸发酵、酒精发酵、丙酮酸发酵、醋酸发酵、硫酸还原和甲烷生成。
厌氧代谢产生的ATP产量比有氧代谢少，但可以在没有氧气的条件下生存。
三、微生物在工业中的应用微生物在食品、药品、造纸、纺织、塑料、清洁剂等众多领域中发挥着重要作用。
微生物的应用可以提高生产效率、改善产品质量和带来环境效益。
1.生物制药微生物制药是一种生产生物制品的过程，包括各种药品，如抗生素、疫苗和酶等。
微生物的代谢和生长
微生物细胞周期的调控对生长至关重要。细胞周期的各个 阶段受到严格控制，以确保细胞分裂和生长的顺利进行。
环境因素对代谢和生长的影响
环境因素如温度、pH值、氧气浓度等对微生物的代谢和生长 具有重要影响。微生物通过适应环境变化来维持正常的代谢和 生长。
代谢和生长的研究意义
工业发酵
通过研究微生物的代谢和生长机制，可以优化工业发酵过程，提高发酵产物的产量和质 量。
某些微生物通过配子结合或转导进行 有性繁殖，产生具有新遗传特性的子 代。
PART 03
微生物的代谢和生长的关 系
REPORTING
WENKU DESIGN
代谢与生长的相互影响
代谢为生长提供能量和物质
微生物通过分解食物分子，将其中蕴含的能量和物质转化为自身所 需的能量和细胞结构，从而支持生长。
生长促进代谢活动
微生物的代谢和生长
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REPORTING
• 微生物的代谢 • 微生物的生长 • 微生物的代谢和生长的关系 • 微生物的应用 • 总结与展望
目录
PART 01
微生物的代谢
REPORTING
WENKU DESIGN
微生物的能量代谢
呼吸作用
01
微生物通过呼吸作用获取能量，将有机物氧化成水和二氧化碳，
随着微生物的生长，细胞内酶的合成和活性增加，从而促进代谢活 动的进行。
生长速率受限于代谢能力
微生物的生长速率受到其代谢能力的限制，即细胞生长所需的能量 和物质供应是否充足。
代谢和生长的调控机制
酶的合成与活性调节
微生物通过调节酶的合成和活性来控制代谢和生长。例如，当 营养物质充足时，合成代谢酶的基因表达增强，酶活性增加， 促进代谢和生长。
微生物的生长和代谢调节
微生物的生长和代谢调节微生物是一类非常强大的生物体，它们可能看起来渺小，但是它们具有非常高的生存能力。
它们在土壤、水中、植物和动物体内等各种环境下都能生存。
微生物的生长和代谢调节是微生物学中非常重要的一部分，下文将从这两个方面展开探讨。
微生物的生长调控微生物的生长是一个复杂的生物学过程。
微生物的生长速度取决于很多因素，比如环境因素和营养素的供应。
一个完善的生长调节系统能够控制微生物的生长速度，从而使微生物的数量处于一个适当的状态。
微生物的生长调节系统有助于维护微生物群落的平衡，从而减少了细菌群体中的竞争，使其能够更好地适应其生存环境。
生物的生长速率的变化受到很多调节因素的影响。
其中，最重要的是细胞周期。
细胞周期可以解释细胞是如何分裂和增殖的。
它可以分为两个阶段: 增长期和分裂期。
在增长期，微生物的体积和细胞数量都在增加，此时细胞主要合成核酸和蛋白质。
在分裂期，微生物的细胞分裂成两个子细胞，此时需要合成细胞壁和质膜等细胞结构。
细胞周期的正常进行需要有一个良好的调节系统，以便微生物能够在适当的时间快速地分裂。
除了细胞周期，温度、pH值、氧气含量等环境因素也对微生物的生长速度有影响。
其中，温度是影响微生物最重要的环境因素之一。
温度的升高可以促进微生物的生长，但是如果温度太高，微生物的生长就会受到限制。
微生物对不同环境因素的响应方式也不同，这需要一个良好的调节系统来保持微生物的稳定生长状态。
微生物的代谢调节微生物的代谢调节是微生物学中的另一个重要领域。
代谢是维持生命的基本活动，包括能量的获取、物质的合成以及废物的处理等。
在微生物中，代谢系统非常复杂，包括各种酶、代谢途径和调节蛋白质等。
微生物的代谢系统需要能量的供应，调节途径也是非常重要的。
细胞可以利用ATP等能量分子来完成各种生化反应。
而这些反应的速率需要进行调节，以使能量的利用最大化。
微生物代谢调节可以在多个层面上进行，例如在转录和翻译水平上。
一些调节蛋白和信号通路可以影响细胞合成蛋白和代谢路径。
微生物培养技术生长代谢培养法
生长温度的三基点
生 长
最适
速
度
最低 停止生长
最高 致死 温度
微生物按其最适生长 温度范围可分为：
嗜冷菌
嗜温菌
嗜热菌
（二） pH
作为一个整体来说，微生物生长的pH范围(＞2～10＜) 极 广，有少数种类还可超出这一范围。但绝大多数微生物 的生长pH都在5～9之间。
厌氧菌
4.耐氧菌: 不需氧，只以发酵产能，氧无毒害 5.(专性)厌氧菌: 氧有害或致死，
以发酵或无氧呼吸产能
氧 与 微 生 物 生 长 的 关 系
三、微生物的生长规律
1. 微生物的个体生长和同步生长
研究微生物个体生长，常用以下两种方法： 1. 用电子显微镜观察微生物细胞的超薄切片； 2. 分析处于同步生长的某一群体在各阶段的生物化学特 性变化，来间接了解单个细胞的相应变化规律。
不同微生物的生长pH存在最低、最适与最高三个数值。
不同微生物有其最适生长pH，另外，同一微生物在其不 同生长阶段和不同生理、生化过程，也有不同的最适pH 要求。
各类微生物能够生长的pH值较宽，但细胞内部pH值却接 近中性。
pH调节
治标 治本
过酸时：加NaOH、Na2CO3等碱液中和
过碱时：加H2SO4、HCl等酸液中和
• 延滞期的存在会使发酵周期延长,降低设备利 用率,增加生产成本，因此，采取措施缩短延 滞期，在发酵工业中具有重要的意义。
• 缩短延滞期的方法 1.菌种 2.采用最适菌龄(指数期)的菌种接种； 3.加大接种量； 4.用营养丰富的天然培养基等。
（2）指数期 (exponential phase)
• 指数期的特点
微生物代谢物对植物生长的影响
微生物代谢物对植物生长的影响微生物是地球上存在时间最久的生物之一，对生物圈的生态平衡和物质循环有着至关重要的作用。
从过去几十年的研究来看，微生物代谢物对植物生长有着很大的影响。
这篇文章将探讨微生物代谢物如何影响植物的生长，并探讨在农业和园艺生产中新兴的细菌代谢物肥料的应用前景。
微生物代谢物对快速生长的绿色植物的生长有着直接的影响，比如说细菌代谢物可以促进植物生长，提高产量和营养价值。
这种影响体现在两个层面：一是微生物代谢物可以调节植物的生长周期，延长生长期，并使植物就算在较差的环境下也能快速迅速的生长；二是微生物代谢物可以促进植物根系和叶片的生长速度，增加了植物的吸收和转化能力，从而促进植物代谢的增强，增加了植物的产量和营养价值。
同时，微生物代谢物对植物的生长周期和生长过程也有着很大的影响。
在微生物代谢物的作用下，植物的早期生长速度更快，形成了更多的新叶、新枝和新花。
同时，因为细菌代谢物对植物代谢的调节作用，植物的肌酸、抗氧化物质、酶等生物活性物质也得到了提升，这使得植物肌肉的弹性和质量得到了提升，从而提高了植物的耐力和抵御力。
在农业和园艺生产中，新兴的微生物代谢物肥料被广泛应用。
这种肥料由细菌代谢物发酵而来，可以增强植物的养分吸收和养分利用效率，从而提高产量和品质。
该种肥料对农业生产的贡献是显著的，能够帮助农民在增加产量、减少农药化肥使用量的同时提高农产品营养和品质，降低农业生产时间和成本，促进农业稳定可持续发展。
除了农业生产，在园艺生产中，新兴的肥料在种植中同样得到了广泛应用，比如说对于种植多肉植物，细菌代谢物肥料可以使其生长密度更高、更紧凑。
因为植物多肉化和密集化可以更好地消耗土壤中的水分和肥料，同时也能增加植物的强度和稳定性，从而更容易通过条件复杂和变化多样的环境考验。
总之，微生物代谢物对于植物的生长有着重要的影响。
通过调节植物的生长周期、促进根系和叶片的生长，微生物代谢物可以促进植物代谢的增强，增加植物的产量、提高植物的营养价值，从而增强植物的生长能力。
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微生物群体 少量的
细菌群体
恒定容积 定期
微生物代谢和生长
动态平衡
调整或 适应 快速分裂
最高峰 超过
微生物代谢和生长
活菌
调整期 对数期 稳定期 衰亡期
微生物代谢和生长
延对 滞数 期期
稳定期
典型的生长曲线 （Growth curve）
衰亡期
时期的划分：按照生长速率常数（growth race constant）不同
➢酶合成调节是基因水平调节，它调节控制酶合成 ➢酶活性调节是代谢水平调节，它调节酶活性。
微生物代谢和生长
调节 方式
调节对象
调节 结果
酶合成 的调节
诱导酶
酶的种 类和数
量
酶活性 组成酶和 已有酶 调节 诱导酶 的活性
调节机制
基因＋诱 导物
代谢产物 与酶可逆
性结合
调节 调节 特点 意义
保证代
谢经济
快速
而高效 地进行
精细
微生物代谢和生长
控制
遗传 积累
微生物代谢和生长
(09理综Ⅰ)2.右图是某种微生物体内某一物质代谢 过程的示意图。下列有关酶活性调节的叙述，错误 的是 A.丁物质既是酶③催化生成的产物，又是酶③的反 馈抑制物 B.戊物质通过与酶④结合导致酶④结构变化而使其 活性下降 C.当丁物质和戊物质中任意一种过量时，酶①的活 性都将受到抑制 D.若此代谢途径的终产物不断排出菌体外，则可消 除丙物质对酶①的抑制作用 答案：C
• 【解析】D物质应是此微生物正常生命活动所必需的， 从培养基中获得A物质后，在野生型微生物体内通过 一定的代谢途径，形成中间产物B、C，最终得到D。 而突变型由于基因突变，缺乏中间代谢的某种酶， 此中间代谢的某一个环节不能正常进行，使反应不 能继续下去，得不到物质D，使野生型不能在此只含 A的培养基上生活。根据此思路，设计以下方案。如 若只能在含C的培养基上生长，在含A、B的培养基上 均不能生长，说明A到C或B到C反应受阻，缺乏B酶 （均只有某一基因发生突变），B基因突变；若在含 A、B、C三种物质的培养基上不能存活，说明C到D的 反应受阻，缺乏C酶，C基因突变 ；若在含A的培养 基上不能生长，在含B、C的培养基上均能生长，说 明A到B反应受阻，A基因突变。
（0939）氯苯化合物是重要的有机化工原料，因不易 降解，会污染环境。某研究小组依照下列实验方案 （图1）筛选出能高效降解氯苯的微生物SP1菌，培养 基配方如表1. （1）配制Ⅱ号固体培养基时，除添加Ⅱ号液体培养基 成分外，还应添加1%的____________。 （2）培养基配制时，灭菌与调PH的先后顺序是 ____________。 （3）从用途上来说，Ⅰ号培养基和Ⅱ号培养基分别属 于培养基和____________培养基。在Ⅱ号培养基中， 为SP1菌提供氮源的成分是____________。 （4）在营养缺乏或环境恶劣时，SP1的菌体会变成一 个圆形的休眠体，这种休眠体被称为 ____________。
微生物代谢和生长
• 已知物质是某微生物生长所必需的，它的合成途径如下图 所示：野生型的在含A物质的培养基上就能正常生长。现发 现有三种突变体（均只有某一基因发生突变），均不能在 只含A物质的培养基上正常生长。现设计一实验方案，区分 出三种突变体的突变基因，并预测实验结果。
• 实验方案：
。
• 预测结果：
微生物代谢和生长
微生物代谢和生长
异常旺盛 表面积
全部化学反应 体积
生长 核苷酸
繁殖
基本相同 维生素
生长和繁殖
生理功能
微生物 抗生素 毒素微生物代谢和生长 色素
初、次级代谢产物的比较
微生物代谢和生长
产物 名称
初级代 谢产物
次级代 谢产物
产生 时间
一直 产生
一定 阶段
作用
种的 特异性
必需 无
非 必需
有
分布
细胞 内
细胞 内、 外
举例
氨基酸、核苷 酸、多糖、脂 类、维生素等
激素、色素、 毒素、抗生素
微生物代谢和生长
遗传物质 诱导物
组成酶
诱导酶 遗传物质
代谢 物质
能量 适应能力
微生物代谢和生长
催化活性
改变 恢复
结合 脱离 快速精细
微生物代谢和生长
发生 变化
复原
微生物的代谢调节
①酶合成的调节 组成酶：微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受
酶活性调节和酶合成调节的区别
• a.从调节对象看：
➢酶合成的调节是通过酶量的变化控制代谢速率
➢而酶活性的调节是对已存在的酶活性进行控制，它不涉及 酶量变化
• b.从调节效果看： 两种调节方式同时存在，
➢酶活性调节直接而迅速 ➢酶合成调节间接而缓慢
密切配合，高效、准确地
• c.从调节说明A基因突变。
• ⑵如果
，说明B基因突变。
• ⑶如果
，说明C基因突变。
方案：将这三种突变体分别在只含B、只含C 的培养基中培养，观察生长情况。 ⑴在只含B和只含C的培养基中能正常生长 ⑵在只含B的培养基中不能生长，在只含C的 培养基中能生长 ⑶在只含B和只含C的培养基上都不能生微长生物代谢和生长
遗传物质的控制 诱导酶：在环境中存在某种物质的情况下才能合成的酶
意义： 既保证了代谢的需要，又避免了细胞内物质和 能量的浪费，增强了微生物对环境的适应能力
②酶活性的调节
通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率 特点：快速、精细 示例：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的过程
微生物代谢和生长
黄色短杆菌合成赖氨酸 谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸微生物代谢和生长
加速期
微生物代谢和生长
减速期
①.调整期
其它名称：迟滞期、停滞期、适应期 1.现象：活菌数没增加，曲线平行于横轴。 2.特点：生长速率= 0
➢细胞形态变大或增长 ➢细胞内RNA特别是rRNA含量增高 ➢合成代谢活跃（核糖体、酶类、ATP合成加快），易产生 诱导酶 ➢对外界不良条件敏感，（如氯化钠浓度、温度、抗生素等 化学药物） 3.原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产 物
微生物代谢和生长
• （1）琼脂 • （2）先调PH，后灭菌 • （3） 选择 硝酸铵 • （4）芽孢 • （5）将SP1菌接种在含不同浓度氯苯的Ⅲ
号培养液中培养，得到生长曲线（如图2）。 从图2可知SP1菌在____________培养条件 下最早停止生长，其原因是____________。 • （5）20mg/L氯苯 碳源最早耗尽