项目三 微生物的生理杨璐璐主要内容主要内容n n一、一、 微生物的营养微生物的营养 n n二、二、 微生物的生长微生物的生长n n三、三、 微生物生长的控制微生物生长的控制一、一、微生物的营养微生物的营养n1、微生物细胞的化学组成、微生物细胞的化学组成n2、微生物的营养物质及其生理功能、微生物的营养物质及其生理功能n3、微生物对营养物质的吸收、微生物对营养物质的吸收n4、微生物的营养类型、微生物的营养类型1、微生物细胞的化学组成、微生物细胞的化学组成n n 微生物从环境中吸取营养物质并加以利微生物从环境中吸取营养物质并加以利用的过程称为用的过程称为微生物的营养微生物的营养营养物质营养物质: :能够满足机体生长、繁殖和完成各种能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质生理活动所需要的物质. . 营养物质是微生物生存的物质基础，而营养营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。化学组成化学组成元素组成元素组成C、H、O、N、P、S、K、Mg、Ca、Fe、Mn、硼硼Cl、Cu、Co、Zn、钼、硒等，其中、钼、硒等，其中C、H、O、N、P、S六种元素占六种元素占菌体干重的菌体干重的97%水水有机物有机物无机盐无机盐化合物组成化合物组成碳源物质碳源物质 氮源物质氮源物质 无机盐无机盐 生长因子生长因子 水水 营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成六大类。们区分成六大类。2、微生物的营养物质及其生理功能、微生物的营养物质及其生理功能能源物质能源物质凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中碳凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中碳素来源的营养物质都称为碳素来源的营养物质都称为碳源源。碳 源 物 质碳源功能碳源功能碳源种类碳源种类碳源功能碳源功能C素构成细胞及代谢产物的骨架 C素是大多数微生物代谢所需的能量来源 碳源种类碳源种类无机无机C源：源：CO2、碳酸盐，只能被自养微生、碳酸盐，只能被自养微生物利用物利用有机有机C源：各种糖类，其次是有机酸、醇源：各种糖类，其次是有机酸、醇类、类、脂类和烃类化合物脂类和烃类化合物对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。功能营养物。目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是糖类目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是糖类物质、麸皮、米糠等。物质、麸皮、米糠等。实验室常用的碳源主要有葡萄糖、蔗糖、甘露醇、有机实验室常用的碳源主要有葡萄糖、蔗糖、甘露醇、有机酸等酸等. 凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中氮凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中氮素来源的营养物质都称为氮源。素来源的营养物质都称为氮源。氮氮 源源氮源功能氮源功能氮源种类氮源种类 为为微微生生物物提提供供合合成成细细胞胞物物质质代代谢谢产产物的原料物的原料氮氮源源一一般般不不做做能能源源，只只有有硝硝化化细细菌菌利利用用铵铵盐盐，亚亚硝硝酸酸盐盐作作氮氮源源,同同时时也也作作能能源。源。氮源功能氮源功能氮源种类氮源种类有机态氮：蛋白质及其降解产物有机态氮：蛋白质及其降解产物实验室常用牛肉膏、蛋白胨、酵母膏做氮源实验室常用牛肉膏、蛋白胨、酵母膏做氮源生产用玉米浆、豆饼、葵花饼、花生饼等。生产用玉米浆、豆饼、葵花饼、花生饼等。分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用能能 源源 物物 质质为微生物的生命活动提供最初能量来源的物质为微生物的生命活动提供最初能量来源的物质称为能源物质称为能源物质分为：化学能和辐射能两类分为：化学能和辐射能两类能源谱能源谱化学物质（化学营养型）化学物质（化学营养型）辐射能（光能营养型）辐射能（光能营养型）无无 机机 盐盐功能功能 构构成成酶酶活活性性基基的的组组成成成成分分，维维持持E活活性性。Mg、Ca、K是多种是多种E的激活剂的激活剂构成微生物细胞的组成成分构成微生物细胞的组成成分调解微生物细胞的渗透压，调解微生物细胞的渗透压，PH值和氧化值和氧化还原电还原电位位作为某些自养微生物的能源和无氧呼吸的氢作为某些自养微生物的能源和无氧呼吸的氢受体。受体。 Zn、Ca、Mn、Co、Mo等等微微量量元元素素，在在微微生生物物培培养养中中有有0.1PPM就就可可以以了了。自自来来水水原原料料中以够用，不需另加。中以够用，不需另加。无机盐种类无机盐种类 构成微生物细胞以构成微生物细胞以C、H、O、N、P、S六种元六种元素为主，约占细胞干重的素为主，约占细胞干重的95以上；以上； Ca、K、Mg、Fe为大量元素，以无机盐阳离为大量元素，以无机盐阳离子形式被吸收，配培养基进要加磷酸盐、硫酸盐。子形式被吸收，配培养基进要加磷酸盐、硫酸盐。微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的微量有不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的微量有机化合物机化合物称为称为生长因子。生长因子。生长因子生长因子根据它们的化学结构和及其生理作用可分为：根据它们的化学结构和及其生理作用可分为：维生素维生素氨基酸氨基酸嘌呤或嘧啶碱基嘌呤或嘧啶碱基 水水水水是是一一切切生生物物生生存存的的基基本本条条件件，微微生生物物的的生生命命活活动动也也离离不不开开水水，微微生生物物细细胞胞含含水水约约占占细细胞胞鲜鲜重重的的7090，水作用是多方面的。，水作用是多方面的。水的功能水的功能是是细细胞胞中中生生化化反反应应的的良良好好介介质质；营营养养物物质质和和代代谢谢产产物物都都必必须须溶溶解解在在水水里里，才才能能被被吸吸收收或或排排出出体（细胞）外。体（细胞）外。水水的的比比热热高高，能能有有效效的的吸吸收收代代谢谢过过程程中中放放出出的的热量，不致使细胞的温度骤然上升。热量，不致使细胞的温度骤然上升。维持细胞的膨压（控制细胞形态）。维持细胞的膨压（控制细胞形态）。3 3、微生物对营养的吸收方式、微生物对营养的吸收方式营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等电负性等微生物所处的环境（温度、微生物所处的环境（温度、PHPH等）；等）；微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。n根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为：n单纯扩散单纯扩散n促进扩散促进扩散n主动运输主动运输n基团转位基团转位单纯扩散单纯扩散原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。自由扩散特点：自由扩散特点： 物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差。物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差。这种运输方式不消耗能量这种运输方式不消耗能量没没有有特特异异性性，被被运运输输物物质质不不与与膜膜上上物物质质发发生生任任何何反反应应，物质不发生化学变化。物质不发生化学变化。水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O2O2、CO2CO2）及某些氨）及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。 单纯扩散运输物质的种类：单纯扩散运输物质的种类：促进扩散也叫协助扩散促进扩散也叫协助扩散促进扩散特点促进扩散特点物质运输动力是细胞外的浓度差。物质运输动力是细胞外的浓度差。运输过程不消耗能量。运输过程不消耗能量。有有膜膜载载体体参参加加，膜膜载载体体（渗渗透透酶酶）有有特特异异性性。运运输输葡葡萄萄糖糖的的载载体体只只运运输输葡葡萄萄糖糖。这这种种运运输输方方式式多多发发生生在在真真核核微微生生物物，原原核核生生物物少见。少见。促进扩散运输物质的种类：促进扩散运输物质的种类： 通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、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。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。白来完成。主动运输主动运输特点：特点：被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内 要消耗能量，必需有能量参加。要消耗能量，必需有能量参加。 有膜载体参加，膜载体发生构型变化有膜载体参加，膜载体发生构型变化 被运送物质不发生任何变化。被运送物质不发生任何变化。主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。质运输方式。通通过过这这种种方方式式运运输输方方式式吸吸收收的的营营养养物物质质：有有糖糖类类（乳乳糖糖、半半乳乳糖糖、阿阿拉拉伯伯糖糖等等）、氨氨基基酸酸、核核苷苷、钾离子等。钾离子等。主动运输运输物质的种类：主动运输运输物质的种类：基基 团团 转转 位位 基基团团转转位位：是是在在研研究究糖糖的的运运输输时时发发现现的的一一种种主主动运输方式。动运输方式。运输过程中需要能量，被运输的物质发生化学运输过程中需要能量，被运输的物质发生化学变化的运输叫基团移位。变化的运输叫基团移位。许多糖就是靠基团移位进行运输的。许多糖就是靠基团移位进行运输的。这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶系统这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶系统(PTS)来运输营养物质的。来运输营养物质的。基团转移运输物质的种类：基团转移运输物质的种类：基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中,主要主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。种方式运输。基团转移运输特点：被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内 需要磷酸酶系统进行催化需要磷酸酶系统进行催化被运输的物质发生化学变化，被磷酸化被运输的物质发生化学变化，被磷酸化需要能量需要能量比较项目比较项目 单纯扩散单纯扩散 促进扩散促进扩散 主动运输主动运输 基团移位基团移位特异载体蛋白特异载体蛋白 无无 有有 有有 有有运送速度运送速度 慢慢 快快 快快 快快溶质运送方向溶质运送方向 由浓至稀由浓至稀 由浓至稀由浓至稀 由稀至浓由稀至浓由稀至浓由稀至浓平衡时内外浓度平衡时内外浓度 内外相等内外相等 内外相等内外相等 内部高内部高内部高内部高 能量消耗能量消耗 不需要不需要 不需要不需要 需要需要需要需要运送前后溶质分子运送前后溶质分子 不变不变 不变不变 不变不变改变改变 运送对象举例运送对象举例 水、水、O O2 2 糖、糖、SOSO4 42- 2- 氨基酸、乳糖氨基酸、乳糖 葡萄糖、嘌呤葡萄糖、嘌呤四种运送营养方式的比较四种运送营养方式的比较根据微生物所利用的碳源的不同根据微生物所利用的碳源的不同，可将微生物分为：可将微生物分为：自养微生物自养微生物和和异养微生物异养微生物。根据微生物所利用的能源的不同根据微生物所利用的能源的不同，可将微生物分为两可将微生物分为两种能量类型：种能量类型：光能微生物光能微生物和和化能微生物化能微生物。将以上两种分类方法结合起来，可以把微生物的将以上两种分类方法结合起来，可以把微生物的营养类型归纳为：营养类型归纳为：光能自养型光能自养型光能异养型光能异养型化能自养型化能自养型化能异养型化能异养型4 4、微生物的营养类型、微生物的营养类型1 1）光能自养型光能自养型特点：特点：能以能以CO2为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如长所需要的能量；以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子等作为供氢体或电子供体，使供体，使CO2还原为细胞物质；能够在完全无机的环境中生长。还原为细胞物质；能够在完全无机的环境中生长。 例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。CO2+ +2H2O光能光能叶绿素叶绿素 CH2O + + O2CO2+ +2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O + 2S+ + 2S+ H2O 紫硫细菌和绿硫细菌含细菌叶绿素，以紫硫细菌和绿硫细菌含细菌叶绿素，以H2S、S、Na2S2O3为电为电子供体进行不放氧的光合作用，产生细胞物质。并伴随硫元素的产子供体进行不放氧的光合作用，产生细胞物质。并伴随硫元素的产生。利用生。利用H2S的反应如下：的反应如下：产生的元素硫或是积累到细胞内或是分泌到细胞外。产生的元素硫或是积累到细胞内或是分泌到细胞外。2 2）光能异养型）光能异养型特点：特点：具有光合色素，能利用光能具有光合色素，能利用光能。不能以不能以COCO2为主要或唯一为主要或唯一的碳源；以有机物作为碳源和供氢体，利用光能将的碳源；以有机物作为碳源和供氢体，利用光能将COCO2还原为细胞还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。还原成细胞物质，同时积累丙酮。CHOH +CHOH +CO2H H3 3C CH H3 3C C2光能光能光合色素光合色素2 CH2 CH3 3C0CHC0CH3 3 + +CH2O + +H2O光能自养型和光能自养型和光能异养型微生物的主要区别在于供氢体和电子光能异养型微生物的主要区别在于供氢体和电子供体来源不同，光能异养型虽然能利用供体来源不同，光能异养型虽然能利用CO2但必须在有机物存但必须在有机物存在的情况下才能生长。他们都能利用光能生长。在的情况下才能生长。他们都能利用光能生长。3 3）化能自养型化能自养型特点：特点：生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；以以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或或NONO2 2- -等作为电子供体使等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。这类细菌这类细菌包括硫细菌、硝化细菌、包括硫细菌、硝化细菌、H细菌、铁细菌等，硫细菌和硝化细菌与细菌、铁细菌等，硫细菌和硝化细菌与生产密切相关。生产密切相关。 如如FeO硫杆菌可把可将硫杆菌可把可将S或硫代硫酸盐氧化成硫酸和将氧化亚铁氧化成高铁的或硫代硫酸盐氧化成硫酸和将氧化亚铁氧化成高铁的能力，氧化率达能力，氧化率达95100并放出能量并放出能量2FeS2+7O2+2HO22FeSO4+2H2SO42FeSO4+2H2SO4+1/2O2Fe2（SO4）+HO2生成的生成的Fe2（SO4）是强氧化剂和溶剂，可溶解矿石。如溶解铜矿（）是强氧化剂和溶剂，可溶解矿石。如溶解铜矿（CuS），），从中浸出铜元素。从中浸出铜元素。CuS+Fe2（SO4）CuSO4+2FeSO4+S溶出的溶出的CuSO4液再加入铁屑、废铁等便可将铜置换出来。生成的液再加入铁屑、废铁等便可将铜置换出来。生成的FeSO4和和S还还可在这类细菌作用下再次氧化成可在这类细菌作用下再次氧化成H2SO4和和Fe2（SO4），而循环使用。），而循环使用。用这类微生物来开矿冶金称为细菌冶金，是开采贫矿和尾矿的有效用这类微生物来开矿冶金称为细菌冶金，是开采贫矿和尾矿的有效办法，用细菌浸出办法，用细菌浸出Fe的速度比完全氧化快的速度比完全氧化快5660倍。倍。4 4）化能异养型化能异养型特点：特点：生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；以有机或无以有机或无机含氮化合物为氮源，合成细胞物质机含氮化合物为氮源，合成细胞物质 大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物； 由于栖息场所和摄取养料不同，可将异养微生物分为腐生型和寄由于栖息场所和摄取养料不同，可将异养微生物分为腐生型和寄生型两大类。生型两大类。 腐生型：利用无生命的有机物获得营养物质。腐生型：利用无生命的有机物获得营养物质。 寄生型：从活的寄生体内获取营养物质，如病毒。寄生型：从活的寄生体内获取营养物质，如病毒。 中间类型（兼性腐生或兼性寄生）如结核杆中间类型（兼性腐生或兼性寄生）如结核杆 地菌、痢疾杆菌地菌、痢疾杆菌就是兼性寄生菌。就是兼性寄生菌。 以上四种营养类型划分不是绝对的：以上四种营养类型划分不是绝对的：1、红螺菌既可利用光能，也可利用（黑暗）、红螺菌既可利用光能，也可利用（黑暗）2、氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性、氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养型）自养型）3、自自养养与与异异养养的的区区别别不不再再能能否否利利用用CO2，而而在在于于是是否否以以CO2式式.碳碳酸酸盐盐为为唯唯一一的的碳碳源源。自自养养型型以以无无机机碳碳化化物物为为碳碳源源，异异养养型型虽虽然然也也可可利利用用CO2，但必须在有机碳存在情况下。，但必须在有机碳存在情况下。 大多数细菌、真菌、原生动物都是化大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物能有机异养型微生物； 所有致病微生物均为化能有机异养型所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；微生物；二、微生物的生长二、微生物的生长n n1、微生物的生长规律、微生物的生长规律n n2、影响微生物生长的理化因素、影响微生物生长的理化因素1、微生物的生长规律、微生物的生长规律n n生长：生长：当同化作用的速度超过了异化作用，当同化作用的速度超过了异化作用，使使个体细胞质量和体积增加个体细胞质量和体积增加n n繁殖：繁殖：是指生命个体生长到一定阶段，通是指生命个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生过特定方式产生新的生命个体，即引起生命命个体数量增加个体数量增加的生物学过程。的生物学过程。n n个体生长个体生长：指微生物细胞个体吸收营养物：指微生物细胞个体吸收营养物质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的质，进行新陈代谢，原生质与细胞组分的增加为个体生长。增加为个体生长。n n群体生长群体生长：指群体中个体数目的增加。可：指群体中个体数目的增加。可以用重量、体积、密度或浓度来衡量。以用重量、体积、密度或浓度来衡量。n n单细胞微生物的生长实际上是以单细胞微生物的生长实际上是以群体细胞群体细胞数目的增加数目的增加为标志。为标志。n n生长与繁殖的关系：生长与繁殖的关系：n n个体生长个体生长 个体繁殖个体繁殖 群体生长群体生长n n群体生长群体生长 = = 个体生长个体生长 + + 个体繁殖个体繁殖生长曲线生长曲线n n将少量单细胞微生物纯菌种接种到新鲜的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，培养液体培养基中，在最适条件下培养，培养过程中定时测定细胞数量，过程中定时测定细胞数量，以细胞数目的以细胞数目的对数为纵坐标，时间为横坐标对数为纵坐标，时间为横坐标，画出的一，画出的一条有规律的曲线。条有规律的曲线。A-适应期适应期，B-对数增长期对数增长期，C-稳定期稳定期，D-衰亡期衰亡期该生长曲线只适用于单细胞微生物，包括细菌和酵母菌。该生长曲线只适用于单细胞微生物，包括细菌和酵母菌。适应期的特点适应期的特点：n n生长繁殖的速度几乎等于零生长繁殖的速度几乎等于零生长繁殖的速度几乎等于零生长繁殖的速度几乎等于零n n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。细胞形态增大，杆菌的长度增加。细胞形态增大，杆菌的长度增加。n n细胞内的细胞内的细胞内的细胞内的RNARNA尤其是尤其是尤其是尤其是rRNArRNA含量增高，合成代含量增高，合成代含量增高，合成代含量增高，合成代谢活跃，易产生诱导酶谢活跃，易产生诱导酶谢活跃，易产生诱导酶谢活跃，易产生诱导酶n n对外界不良环境条件例如对外界不良环境条件例如对外界不良环境条件例如对外界不良环境条件例如NaClNaCl溶液浓度、温溶液浓度、温溶液浓度、温溶液浓度、温度和抗生素等化学药物敏感。度和抗生素等化学药物敏感。度和抗生素等化学药物敏感。度和抗生素等化学药物敏感。 n n原因：原因：原因：原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累适应新的环境条件，合成新的酶，积累适应新的环境条件，合成新的酶，积累适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物。必要的中间产物。必要的中间产物。必要的中间产物。n n菌种的菌龄：菌种的菌龄：如果以对数期的如果以对数期的“种子种子”接接种，则子代培养的适应期就短。种，则子代培养的适应期就短。n n接种量：接种量：一般来说，接种量大，适应期就一般来说，接种量大，适应期就短，反之则长。因此在发酵工业上，为缩短，反之则长。因此在发酵工业上，为缩短适应期，一般采用短适应期，一般采用1/10的接种量。的接种量。影响适应期长短的因素：影响适应期长短的因素：n n培养基成分：培养基成分：接种到营养丰富的天然培养接种到营养丰富的天然培养基中的微生物要比接种到营养单调的合成基中的微生物要比接种到营养单调的合成培养基中的适应期短。新接种的培养基与培养基中的适应期短。新接种的培养基与菌种的原培养基越接近，适应期就越短。菌种的原培养基越接近，适应期就越短。n n发酵工业上需尽量缩短该期，以降低生产发酵工业上需尽量缩短该期，以降低生产成本。成本。n n在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌菌n n生长繁殖的速度很快，活菌的数目呈对数增生长繁殖的速度很快，活菌的数目呈对数增生长繁殖的速度很快，活菌的数目呈对数增生长繁殖的速度很快，活菌的数目呈对数增长，因而细胞每分裂一次所需的代时长，因而细胞每分裂一次所需的代时长，因而细胞每分裂一次所需的代时长，因而细胞每分裂一次所需的代时( (世代时世代时世代时世代时间间间间) )或原生质增加或原生质增加或原生质增加或原生质增加1 1倍所需的时间最短。倍所需的时间最短。倍所需的时间最短。倍所需的时间最短。n n细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最均匀。细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最均匀。细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最均匀。细胞进行平衡生长，菌体内各种成分最均匀。n n酶系活跃，代谢旺盛。酶系活跃，代谢旺盛。酶系活跃，代谢旺盛。酶系活跃，代谢旺盛。n n在此时期内，菌细胞的形态特征均匀一致，在此时期内，菌细胞的形态特征均匀一致，在此时期内，菌细胞的形态特征均匀一致，在此时期内，菌细胞的形态特征均匀一致，最代表种的特征。最代表种的特征。最代表种的特征。最代表种的特征。n n此时期内的微生物的生化特性均匀一致，并此时期内的微生物的生化特性均匀一致，并此时期内的微生物的生化特性均匀一致，并此时期内的微生物的生化特性均匀一致，并且典型。且典型。且典型。且典型。指数期的特点：指数期的特点：影响指数期微生物增代时间的因素：影响指数期微生物增代时间的因素：n n菌种：菌种：不同菌种的代时差别极大。不同菌种的代时差别极大。 营养成分：营养成分：同一种细菌在营养物丰富的培养同一种细菌在营养物丰富的培养基中生长，其代时较短，反之则长。基中生长，其代时较短，反之则长。 培养温度：培养温度：温度对微生物的生长速率有极其温度对微生物的生长速率有极其明显的影响。明显的影响。 营养物的浓度：营养物的浓度：在营养物浓度很低的情况在营养物浓度很低的情况下，营养物的浓度才能影响生长速率，随下，营养物的浓度才能影响生长速率，随着营养物浓度的增高，生长速率不受影响，着营养物浓度的增高，生长速率不受影响，而只影响最终的菌体产量。如果进一步提而只影响最终的菌体产量。如果进一步提高营养物浓度，则生长速率和菌体产量均高营养物浓度，则生长速率和菌体产量均不受影响。不受影响。 发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度。菌体密度。 食品工业上尽量使有害微生物食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期不能进入此期n n特点：特点：特点：特点：1. 1. 生长速率常数生长速率常数生长速率常数生长速率常数R R等于等于等于等于0 0。2. 2. 菌体产量达到了最高值菌体产量达到了最高值菌体产量达到了最高值菌体产量达到了最高值。3. 3. 合成次生代谢产物合成次生代谢产物合成次生代谢产物合成次生代谢产物。4. 4. 细胞内出现储藏物质，芽孢杆菌内开始细胞内出现储藏物质，芽孢杆菌内开始细胞内出现储藏物质，芽孢杆菌内开始细胞内出现储藏物质，芽孢杆菌内开始 产产产产生芽孢。生芽孢。生芽孢。生芽孢。n n产生原因：产生原因：产生原因：产生原因：1. 1. 营养物尤其是生长限制因子的耗尽。营养物尤其是生长限制因子的耗尽。营养物尤其是生长限制因子的耗尽。营养物尤其是生长限制因子的耗尽。2. 2. 营养物的比例失调，如碳氮比不合适。营养物的比例失调，如碳氮比不合适。营养物的比例失调，如碳氮比不合适。营养物的比例失调，如碳氮比不合适。3. 3. 有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）。有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）。有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）。有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）。4. 4. 物化条件（物化条件（物化条件（物化条件（pHpH、氧化还原势等）不合适。、氧化还原势等）不合适。、氧化还原势等）不合适。、氧化还原势等）不合适。稳定期稳定期微生物生长与代谢产物形成的关系微生物生长与代谢产物形成的关系 微生物发酵形成产物的过程与微生物细胞生微生物发酵形成产物的过程与微生物细胞生微生物发酵形成产物的过程与微生物细胞生微生物发酵形成产物的过程与微生物细胞生长的过程并不总是一致的。长的过程并不总是一致的。长的过程并不总是一致的。长的过程并不总是一致的。一般认为：一般认为：一般认为：一般认为：初级代谢初级代谢初级代谢初级代谢是给予生物能量和生成中间产物是给予生物能量和生成中间产物是给予生物能量和生成中间产物是给予生物能量和生成中间产物的过程，的过程，的过程，的过程，初级代谢产物初级代谢产物初级代谢产物初级代谢产物的形成往往与微生物的形成往往与微生物的形成往往与微生物的形成往往与微生物细胞的形成过程同步，微生物生长的细胞的形成过程同步，微生物生长的细胞的形成过程同步，微生物生长的细胞的形成过程同步，微生物生长的稳定期稳定期稳定期稳定期是这些产物的最佳收获时机是这些产物的最佳收获时机是这些产物的最佳收获时机是这些产物的最佳收获时机； 次级代谢产物次级代谢产物与微生物的生存、生长和繁与微生物的生存、生长和繁殖无关。殖无关。次级代谢产物次级代谢产物的形成往往与微生的形成往往与微生物细胞的形成过程不同步。在分批培养中，物细胞的形成过程不同步。在分批培养中，它们的它们的形成高峰形成高峰往往往往在在微生物微生物生长稳定期生长稳定期的后期或衰亡期的后期或衰亡期。衰亡期衰亡期n n特点：特点：1. 1. 生长速率常数生长速率常数生长速率常数生长速率常数R R为负值。为负值。为负值。为负值。2. 2. 细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退形。形。形。形。3. 3. 释放次生代谢产物，芽孢等。释放次生代谢产物，芽孢等。释放次生代谢产物，芽孢等。释放次生代谢产物，芽孢等。4. 4. 菌体开始自溶。菌体开始自溶。菌体开始自溶。菌体开始自溶。n n产生原因：产生原因：生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡。亡。亡。亡。（二）影响微生物生长的环境因素（二）影响微生物生长的环境因素1.1.温度温度2.2.氧气氧气3.pH3.pH4.4.水分水分5.5.辐射辐射6.6.超声波超声波7.7.化学药剂化学药剂n n每种微生物都有自己的生长温度三基点：每种微生物都有自己的生长温度三基点：每种微生物都有自己的生长温度三基点：每种微生物都有自己的生长温度三基点：n n最低生长温度最低生长温度最低生长温度最低生长温度、最适生长温度最适生长温度最适生长温度最适生长温度和和和和最高生长温度最高生长温度最高生长温度最高生长温度n n在在在在生生生生长长长长温温温温度度度度三三三三基基基基点点点点内内内内，微微微微生生生生物物物物都都都都能能能能生生生生长长长长，但但但但生生生生长长长长速速速速率率率率不不不不一一一一样样样样。微微微微生生生生物物物物只只只只有有有有处处处处于于于于最最最最适适适适生生生生长长长长温温温温度度度度时时时时，生长速度才最快，代时最短。生长速度才最快，代时最短。生长速度才最快，代时最短。生长速度才最快，代时最短。1）温度）温度最低温度最低温度最低温度最低温度最适温度最适温度最适温度最适温度最高温度最高温度最高温度最高温度嗜热液化芽孢杆菌嗜热液化芽孢杆菌嗜热液化芽孢杆菌嗜热液化芽孢杆菌373760607070嗜热纤维芽孢杆菌嗜热纤维芽孢杆菌嗜热纤维芽孢杆菌嗜热纤维芽孢杆菌505060606868丙酮丁醇梭菌丙酮丁醇梭菌丙酮丁醇梭菌丙酮丁醇梭菌202037374747植物乳杆菌植物乳杆菌植物乳杆菌植物乳杆菌101030304040干酪乳杆菌干酪乳杆菌干酪乳杆菌干酪乳杆菌101030304040大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌101037374747乳脂链球菌乳脂链球菌乳脂链球菌乳脂链球菌101030303737嗜热链球菌嗜热链球菌嗜热链球菌嗜热链球菌2020405040505353枯草杆菌枯草杆菌枯草杆菌枯草杆菌1515303730375555黑曲霉黑曲霉黑曲霉黑曲霉7 7303930394747啤酒酵母啤酒酵母啤酒酵母啤酒酵母101028284040几种微生物的生长温度三基点（几种微生物的生长温度三基点（）n n 最低生长温度：生长繁殖的最低界限最低生长温度：生长繁殖的最低界限n n 最适生长温度：生长速率最高最适生长温度：生长速率最高n n 最高生长温度：生长繁殖的最高界限最高生长温度：生长繁殖的最高界限根据微生物最适生长温度的不同，可将它们分根据微生物最适生长温度的不同，可将它们分根据微生物最适生长温度的不同，可将它们分根据微生物最适生长温度的不同，可将它们分为低温型微生物、中温型微生物、高温型微生物这为低温型微生物、中温型微生物、高温型微生物这为低温型微生物、中温型微生物、高温型微生物这为低温型微生物、中温型微生物、高温型微生物这三个类型。三个类型。三个类型。三个类型。低温型微生物低温型微生物 最适生长温度在最适生长温度在5 5- -20,20,主要分布在地球主要分布在地球的两极、冷泉、深海、冷冻场所及冷藏食品的两极、冷泉、深海、冷冻场所及冷藏食品中。中。例：例： 假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，假单孢菌中的某些嗜冷菌在低温下生长，常引起冷藏食品的腐败。常引起冷藏食品的腐败。中温型微生物中温型微生物 室温型主要为腐生或植物寄生，在植物室温型主要为腐生或植物寄生，在植物或土壤中；最适生长温度为或土壤中；最适生长温度为20402040。大多大多数微生物属此类；与食品工业的关系最密切。数微生物属此类；与食品工业的关系最密切。高温型微生物高温型微生物 最适生长温度为最适生长温度为5050- -60,60,主要分布在主要分布在温泉、堆肥和土壤中。给罐头工业、发酵工温泉、堆肥和土壤中。给罐头工业、发酵工业带来一定的难度。业带来一定的难度。n n根据不同微生物对氧的要求，可将它根据不同微生物对氧的要求，可将它们分为：们分为：n n2、氧气、氧气好氧菌好氧菌专性好氧菌专性好氧菌：只能有氧呼吸只能有氧呼吸兼性厌氧菌兼性厌氧菌：以有氧呼吸为主以有氧呼吸为主，兼无氧呼吸，兼无氧呼吸微好氧菌微好氧菌：适合生活在含氧量较低的地方，：适合生活在含氧量较低的地方， 有氧呼吸有氧呼吸厌氧菌厌氧菌专性厌氧菌专性厌氧菌：只能无氧呼吸，：只能无氧呼吸，氧剧毒氧剧毒耐氧菌耐氧菌：只能无氧呼吸，：只能无氧呼吸，氧无毒氧无毒 3、pHl l微生物的生长微生物的生长微生物的生长微生物的生长pHpHpHpH值范围极广。但是绝大多数种值范围极广。但是绝大多数种值范围极广。但是绝大多数种值范围极广。但是绝大多数种类都生活在类都生活在类都生活在类都生活在pH5-9pH5-9pH5-9pH5-9之间。之间。之间。之间。l l各类微生物生长的最适各类微生物生长的最适各类微生物生长的最适各类微生物生长的最适pHpH值：值：值：值：l l细菌细菌细菌细菌为为为为7.07.07.67.6l l放线菌放线菌放线菌放线菌为为为为7.57.58.58.5l l霉菌霉菌霉菌霉菌为为为为4.04.05.85.8l l酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌为为为为 3.83.86.06.0l l根据微生物生长的最适根据微生物生长的最适pH值，将微生物分值，将微生物分为：为：嗜碱微生物：嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌。多数放线菌。耐碱微生物：耐碱微生物：许多链霉菌。许多链霉菌。中性微生物：中性微生物：绝大多数细菌，一部分真绝大多数细菌，一部分真菌。菌。嗜酸微生物：嗜酸微生物：硫杆菌属。硫杆菌属。耐酸微生物：耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌。乳酸杆菌、醋酸杆菌。（1 1）湿度）湿度（2 2）水活度水活度（3 3）渗透压渗透压4. 4. 水分水分（1 1）湿度）湿度湿度湿度：指：指环境空气中含水量的多少环境空气中含水量的多少。放线菌和霉菌的气生菌丝则曝露于空气中，空放线菌和霉菌的气生菌丝则曝露于空气中，空气湿度较大则有利于生长气湿度较大则有利于生长。细菌细菌在空气中的生存和传播也以湿度较大为合在空气中的生存和传播也以湿度较大为合适适。反之反之，环境环境干燥干燥可可使使细胞失水细胞失水而而造成代谢停止造成代谢停止乃至死亡乃至死亡。（2 2）水活度水活度水活度水活度：在相同的温度、压力下，体系中溶液：在相同的温度、压力下，体系中溶液的水的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比的水的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比, ,即：即：A A=p/pp/p0 0微生物生长的水活度范围：微生物生长的水活度范围： A A=0.63-0.99=0.63-0.99 各种微生物生长的最低水活度值各种微生物生长的最低水活度值 微生物微生物最低最低 A 值值 微生物微生物最低最低 A 值值一般细菌一般细菌一般酵母菌一般酵母菌一般霉菌一般霉菌 0.90 0.88 0.80 嗜盐细菌嗜盐细菌干生性霉菌干生性霉菌耐渗透压酵母耐渗透压酵母 0.75 0.65 0.63n n根据水分活度不同分为三类：根据水分活度不同分为三类：n nA A0.85 0.85 水分较大食品（冷藏保存）水分较大食品（冷藏保存）n nA A=0.60-0.85 =0.60-0.85 中等水分食品中等水分食品n nA A0.60 细胞细胞外外溶质浓度溶质浓度高渗状态：高渗状态：细胞会脱水，发生质壁分离，甚至细胞会脱水，发生质壁分离，甚至 死亡死亡低渗状态：低渗状态：细胞会膨胀，甚至胀破细胞会膨胀，甚至胀破盐腌糖渍的办法保存食品盐腌糖渍的办法保存食品5.5.辐射辐射 辐射根据波长而分为辐射根据波长而分为各种射线各种射线和和电波电波。 紫外线紫外线：具有直接杀菌作用。具有直接杀菌作用。（空气、水、物体表面）（空气、水、物体表面）（空气、水、物体表面）（空气、水、物体表面） -射线：射线：一种灭菌措施。一种灭菌措施。（不耐热食品，如快食面料包）（不耐热食品，如快食面料包）（不耐热食品，如快食面料包）（不耐热食品，如快食面料包）6.6.超声波超声波 超声波是超过人能听到的最高频（超声波是超过人能听到的最高频（20000 20000 赫兹赫兹) )的声波，强烈的超声波可使被处理的微的声波，强烈的超声波可使被处理的微生物细胞破碎。生物细胞破碎。7.7.化学药剂化学药剂消毒剂消毒剂：能：能迅速杀灭迅速杀灭病原微生物的药物。病原微生物的药物。防腐剂防腐剂：能：能抑制或阻止抑制或阻止微生物微生物生长繁殖生长繁殖的药的药物。物。可分为：有机化学药物、无机化学药物、染可分为：有机化学药物、无机化学药物、染色剂等。色剂等。（1 1）有机化学药物有机化学药物 常用常用的有的有酚、醇、醛、酸酚、醇、醛、酸类及表面活性剂类及表面活性剂酚酚 类类苯酚苯酚，又又名名石炭酸石炭酸 能能使细胞使细胞蛋白质凝固变性蛋白质凝固变性，破坏细胞膜破坏细胞膜导致微生物死亡。导致微生物死亡。 2 2-5-5的苯酚溶液是一种常用的消毒剂，的苯酚溶液是一种常用的消毒剂，用于器械及喷雾消毒用于器械及喷雾消毒。来苏儿来苏儿 石炭酸与石炭酸与皂液和煤油皂液和煤油混合液混合液。常用常用于物于物体表面、地面和皮肤等消毒体表面、地面和皮肤等消毒。醇醇 类类 能能通过通过溶解细胞膜溶解细胞膜中的类脂破坏膜结构，中的类脂破坏膜结构，并可使并可使蛋白质脱水、蛋白质脱水、变性变性。 最最常用的是常用的是乙醇乙醇，7070-75-75是乙醇消毒是乙醇消毒的最佳的最佳浓度。浓度。（主要主要用于物体的表面和皮肤的用于物体的表面和皮肤的消毒消毒）醛醛 类类 能能与与蛋白质蛋白质中氨基酸的多种中氨基酸的多种基团共基团共价结合价结合而使其而使其变性变性，达到杀菌的目的，达到杀菌的目的。 商用商用福尔马林福尔马林 含含 3737%-40%-40% %的甲醛的甲醛水溶液水溶液。工厂工厂和实验室和实验室常采用甲醛常采用甲醛熏蒸熏蒸法法进行进行空间空间消毒消毒。（。（甲醛甲醛有强有强烈的刺激性气味，可以在熏蒸后，用氨水烈的刺激性气味，可以在熏蒸后，用氨水中和中和吸收吸收。）酸酸 类类 有机酸能有机酸能抑制抑制微生物微生物( (尤其是霉菌尤其是霉菌) )的的酶和酶和代谢活性。代谢活性。 山梨酸山梨酸和和苯甲酸苯甲酸常用作食品和饮料的防腐常用作食品和饮料的防腐剂，剂，抑制霉菌抑制霉菌等微生物的生长。等微生物的生长。表面活性剂表面活性剂 具有具有降低表面张力降低表面张力效应的物质称为表面效应的物质称为表面活性剂。可活性剂。可改变细胞膜的稳定性和透性改变细胞膜的稳定性和透性，使，使细胞内的物质逸出膜外，并能使细胞内的物质逸出膜外，并能使蛋白变性蛋白变性。新新洁尔灭洁尔灭 0.25 0.25的新洁尔灭溶液，常用于物体表的新洁尔灭溶液，常用于物体表面和皮肤的消毒。面和皮肤的消毒。（2 2）无机化合物）无机化合物 常用常用的有的有卤化物卤化物、重金属重金属、氧化剂氧化剂和和无无机酸机酸和和碱碱等。等。卤卤 化化 物物按杀菌力高低排列的按杀菌力高低排列的顺序顺序：F Cl Br I F Cl Br I （以以碘碘和和氯氯最最常用常用）碘酒碘酒 通过通过与细胞中酶和蛋白质中的酪氨酸结与细胞中酶和蛋白质中的酪氨酸结合而发挥作用。合而发挥作用。氯气氯气 氯化物氯化物（漂白粉漂白粉）重金属及其化合物重金属及其化合物 大多数大多数重金属盐类对微生物有毒害作用，重金属盐类对微生物有毒害作用，这是由于重金属容易和微生物的蛋白质结合，这是由于重金属容易和微生物的蛋白质结合，而而使蛋白质发生变性或沉淀使蛋白质发生变性或沉淀的缘故。的缘故。红汞红汞（红药水红药水） 医院医院常用常用2 2水溶液。水溶液。硝酸银硝酸银 常常在医学上用于皮肤和眼睛等部位的消毒。在医学上用于皮肤和眼睛等部位的消毒。硫酸铜硫酸铜氧氧 化化 剂剂 能能放出游离氧放出游离氧或使其他化合物放出氧，通或使其他化合物放出氧，通过过对细胞成分的氧化作用对细胞成分的氧化作用而而杀菌杀菌。高锰酸钾高锰酸钾 0.1%0.1%用于皮肤、水果、饮具的消毒用于皮肤、水果、饮具的消毒 2%-5% 2%-5%能杀死芽孢能杀死芽孢过氧化氢过氧化氢 3%3%用于伤口消毒用于伤口消毒无机酸和碱无机酸和碱 能能引起引起微生物微生物细胞物质的水解或凝固细胞物质的水解或凝固，因而也有很强的杀菌作用。因而也有很强的杀菌作用。生产上常用石灰水、氢氧化钠、碳酸钠等作生产上常用石灰水、氢氧化钠、碳酸钠等作为环境、工具、器械等的消毒剂。为环境、工具、器械等的消毒剂。（3 3）染色剂）染色剂 染料染料特别是特别是碱性染料碱性染料，其阳离子基团能，其阳离子基团能与细胞蛋白质氨基酸上的羧基或核酸上的磷与细胞蛋白质氨基酸上的羧基或核酸上的磷酸基结合，因而酸基结合，因而阻断了正常的细胞代谢过程阻断了正常的细胞代谢过程，在在低浓度低浓度下可抑制细菌生长。下可抑制细菌生长。 结晶紫结晶紫、亚甲蓝亚甲蓝、吖啶黄、孔雀绿等都有、吖啶黄、孔雀绿等都有抑制细菌生长的作用，都可用作消毒剂。抑制细菌生长的作用，都可用作消毒剂。（4 4）化学治疗剂）化学治疗剂 这是一类能这是一类能选择性地杀死或抑制选择性地杀死或抑制人或动物体内人或动物体内病原微生物病原微生物，可用于临床治疗感染性疾病的的，可用于临床治疗感染性疾病的的特殊化学药品。特殊化学药品。与与与与消毒剂的消毒剂的消毒剂的消毒剂的差别：差别：差别：差别：消毒剂消毒剂消毒剂消毒剂对于宿主和微生物具有同等的毒性对于宿主和微生物具有同等的毒性对于宿主和微生物具有同等的毒性对于宿主和微生物具有同等的毒性；化学治疗化学治疗化学治疗化学治疗剂能剂能剂能剂能选择性选择性选择性选择性地地地地作用于病原微生物作用于病原微生物作用于病原微生物作用于病原微生物新陈代谢的某个环节，新陈代谢的某个环节，新陈代谢的某个环节，新陈代谢的某个环节，使其生长受到使其生长受到使其生长受到使其生长受到抑制或致死抑制或致死抑制或致死抑制或致死，但，但，但，但对人体细胞毒性较小对人体细胞毒性较小对人体细胞毒性较小对人体细胞毒性较小。抗代谢药物抗代谢药物 n n指指其化学结构与细胞内必要代谢物的结构其化学结构与细胞内必要代谢物的结构很相似，可干扰正常代谢活动的一类化学很相似，可干扰正常代谢活动的一类化学物质。物质。n n如如磺胺类磺胺类、5-5-氟氟代尿嘧啶、氨基叶酸、异代尿嘧啶、氨基叶酸、异烟肼等烟肼等, ,磺胺类药物是最常用的抗代谢物。磺胺类药物是最常用的抗代谢物。磺胺类药物磺胺类药物n n临床应用已有几十年的历史，具有较广的抗菌谱，而且疗效确切、性质稳定、使用简便、价格便宜，又便于长期保存，故目前仍是仅次于抗生素的一大类药物。n n能抑制革兰氏阳性菌及一些阴性菌，主要作用机理是抑制细菌的繁殖。抗抗 生生 素素 n n抗生素是由抗生素是由微生物或其它生物产生的一类微生物或其它生物产生的一类次级代谢产物次级代谢产物，具有抑制或杀灭其他微生，具有抑制或杀灭其他微生物生命活动的活力。物生命活动的活力。n n如青霉素、头孢霉素等如青霉素、头孢霉素等三、微生物的代谢三、微生物的代谢n n（一）微生物代谢概述（一）微生物代谢概述n n（二）微生物特有的代谢产物（二）微生物特有的代谢产物n n（三）微生物的酶系统及生化鉴定试验（三）微生物的酶系统及生化鉴定试验（一）微生物代谢（一）微生物代谢概述概述n代谢代谢n “新陈代谢新陈代谢”的简称，细胞中新旧物的简称，细胞中新旧物质的更替。质的更替。n微生物的新陈代谢微生物的新陈代谢n微生物一方面不断地从外界环境中微生物一方面不断地从外界环境中吸收营吸收营养物质养物质，转变为细胞本身有用的物质转变为细胞本身有用的物质（同同化化）；另一方面又不断地向体外；另一方面又不断地向体外排出废物排出废物（异化异化）, , 这就是。这就是。1.1.微生物的能量代谢微生物的能量代谢n n 指指生物体与外界环境之间生物体与外界环境之间能量的交换能量的交换和和生物体内能量的转变生物体内能量的转变过程。过程。最初最初能源能源有机物有机物日光日光还原态无机物还原态无机物通用能通用能量量ATPATP2.2.微生物的物质微生物的物质代谢代谢n n 指指生物体与外界环境之间生物体与外界环境之间物质的交换物质的交换和和生物体内物质的转变生物体内物质的转变过程过程。n n 微生物的物质代谢包括碳水化合物、微生物的物质代谢包括碳水化合物、蛋白质、脂肪等大分子物质的分解和合成蛋白质、脂肪等大分子物质的分解和合成过程。过程。（二）（二） 微生物特有的代谢产物微生物特有的代谢产物n n抗生素抗生素n n毒素毒素n n维生素维生素n n色素色素n n初级代谢产物初级代谢产物n n微生物微生物通过代谢活动通过代谢活动所所产生产生的、的、自身生长、自身生长、繁殖所必需繁殖所必需的物质的物质n n次级代谢产物次级代谢产物n n微生物微生物生长到一定阶段才产生生长到一定阶段才产生的化学结构十的化学结构十分复杂、对该生物分复杂、对该生物无明显的生理功能无明显的生理功能，或，或并并非是微生物生长和繁殖所必需非是微生物生长和繁殖所必需的物质的物质抗抗 生生 素素n n 天然天然抗生素是抗生素是微生物产生微生物产生的对的对其他种其他种类微生物或细胞类微生物或细胞具有抑制或致死具有抑制或致死作用作用的物的物质质，是微生物产生的是微生物产生的次级代谢产物次级代谢产物。n n 这这类物质在产生菌与其它种生物的生类物质在产生菌与其它种生物的生存竞争中起着重要作用。存竞争中起着重要作用。毒毒 素素n n微生物产生的对人和动植物细胞微生物产生的对人和动植物细胞有毒杀作有毒杀作用的次级代谢产物用的次级代谢产物称为毒素称为毒素。n n内毒素内毒素n n外毒素外毒素内内 毒毒 素素n n内毒素是革兰氏阴性菌的内毒素是革兰氏阴性菌的细胞壁成分细胞壁成分，细，细菌在生活状态时不释放出来，只有菌在生活状态时不释放出来，只有当细菌当细菌死亡自溶或粘附在其它细胞时死亡自溶或粘附在其它细胞时，才表现其才表现其毒性毒性。n n主要主要成分：脂多糖成分：脂多糖n n少量内毒素可引起机体发热反应；大量内毒素进入血液，少量内毒素可引起机体发热反应；大量内毒素进入血液，少量内毒素可引起机体发热反应；大量内毒素进入血液，少量内毒素可引起机体发热反应；大量内毒素进入血液，可使血管透性改变，局部出血，颗粒性白细胞增多或减少可使血管透性改变，局部出血，颗粒性白细胞增多或减少可使血管透性改变，局部出血，颗粒性白细胞增多或减少可使血管透性改变，局部出血，颗粒性白细胞增多或减少和体重下降，严重时能导致内毒素性休克。和体重下降，严重时能导致内毒素性休克。和体重下降，严重时能导致内毒素性休克。和体重下降，严重时能导致内毒素性休克。外外 毒毒 素素n n外毒素是病原菌在代谢过程中产生的外毒素是病原菌在代谢过程中产生的分泌分泌到菌体外到菌体外的的毒素毒素。n n主要成分：蛋白质主要成分：蛋白质n n各种细菌产生的外毒素可引起特殊的临床症状各种细菌产生的外毒素可引起特殊的临床症状各种细菌产生的外毒素可引起特殊的临床症状各种细菌产生的外毒素可引起特殊的临床症状。n n如如如如肉毒杆菌外毒素，毒性强，比氰化钾强肉毒杆菌外毒素，毒性强，比氰化钾强肉毒杆菌外毒素，毒性强，比氰化钾强肉毒杆菌外毒素，毒性强，比氰化钾强10000100001000010000倍。倍。倍。倍。破伤破伤破伤破伤风风风风外毒素引起所属肌肉的痉挛强直；霍乱杆菌肠毒素引起外毒素引起所属肌肉的痉挛强直；霍乱杆菌肠毒素引起外毒素引起所属肌肉的痉挛强直；霍乱杆菌肠毒素引起外毒素引起所属肌肉的痉挛强直；霍乱杆菌肠毒素引起严重的呕吐和腹泻；志贺氏菌属痢疾杆菌外毒素可引起腹严重的呕吐和腹泻；志贺氏菌属痢疾杆菌外毒素可引起腹严重的呕吐和腹泻；志贺氏菌属痢疾杆菌外毒素可引起腹严重的呕吐和腹泻；志贺氏菌属痢疾杆菌外毒素可引起腹泻等。泻等。泻等。泻等。细菌外毒素与内毒素的区别细菌外毒素与内毒素的区别区别要点外毒素内毒素产生菌多数革兰氏阳性菌，少数革兰氏阴性菌多数革兰氏阴性菌，少数为革兰氏阳性（如苏云金芽孢杆菌）存在部位多数活菌分泌出，少数菌裂解后释出。细胞壁组分，菌裂解后释出化学成份蛋白质脂多糖毒性作用强，对组织细胞有选择性毒害效应，引起特殊临床表现较弱，各种类的毒性效应相似，引起发热、白细胞增多、微循环障碍、休克等免疫抗原性强，刺激宿主产生抗毒素。较弱，甲醛液处理后不形成类毒素。稳定性60半小时被破坏。1602-4小时被破坏处理方式特定抗生素治疗为主。消炎药物、抗氧化剂治疗为主。维维 生生 素素n n有有些微生物在特定条件下可合成远远超过些微生物在特定条件下可合成远远超过本身正常需要的大量的维生素，因此可作本身正常需要的大量的维生素，因此可作为维生素的生产菌种。为维生素的生产菌种。n n医药医药上应用的各种维生素主要是从微生物上应用的各种维生素主要是从微生物中提取的。中提取的。色色 素素n n许多微生物在代谢中能合成不同颜色的色许多微生物在代谢中能合成不同颜色的色素，或积累在胞内，或分泌于胞外素，或积累在胞内，或分泌于胞外。n n脂溶性色素脂溶性色素n n水溶性色素水溶性色素（三）微生物的酶系统及生化鉴定试验（三）微生物的酶系统及生化鉴定试验1.1.微生物的酶系统微生物的酶系统n n 新陈代谢新陈代谢要通过大量的生化反应才能要通过大量的生化反应才能够实现够实现，而所有这些代谢反应都必须在而所有这些代谢反应都必须在酶酶的催化下进行。的催化下进行。2. 2. 微生物的生化鉴定试验微生物的生化鉴定试验n n不同不同种类的微生物具有不同的酶系统种类的微生物具有不同的酶系统，故可，故可利用一些生化反应来测定这些代谢产物，作利用一些生化反应来测定这些代谢产物，作为区别和鉴定微生物的重要依据之一，这就为区别和鉴定微生物的重要依据之一，这就是微生物的生化鉴定试验是微生物的生化鉴定试验。n n（1 1）微生物对碳源利用）微生物对碳源利用试验试验n n（2 2）微生物对氮源利用）微生物对氮源利用试验试验n n（3 3）IMViCIMViC试验试验（1 1）微生物对碳源利用试验）微生物对碳源利用试验n n主要主要测定微生物对各种测定微生物对各种单糖、双糖、多糖单糖、双糖、多糖以及醇类、有机酸以及醇类、有机酸等的利用能力。等的利用能力。n n糖发酵试验糖发酵试验n nVPVP试验试验n n甲基红试验甲基红试验n n枸橼酸盐利用试验枸橼酸盐利用试验糖发酵糖发酵试验试验n n大肠杆菌大肠杆菌能能分解分解葡萄糖有葡萄糖有乳糖乳糖，产生甲酸产生甲酸等等产物，并有甲酸解氢酶，可将其分解为产物，并有甲酸解氢酶，可将其分解为COCO2 2和和H H2 2，故生化反应结果为，故生化反应结果为产酸产气产酸产气，以，以“”表示表示。n n伤寒杆菌伤寒杆菌分解葡萄糖产酸分解葡萄糖产酸，但无解氢酶但无解氢酶。故。故生化结果为生化结果为产酸不产气产酸不产气，以，以“+ +”表示。伤表示。伤寒杆菌及一般致病菌大都不能分解乳糖，以寒杆菌及一般致病菌大都不能分解乳糖，以“- -”表示。表示。n n培养基中含有溴甲培养基中含有溴甲酚紫，酚紫，产酸产酸可使其可使其颜色颜色从紫色变为黄从紫色变为黄色色。n n底部放有倒管，倒底部放有倒管，倒管管收集到气体则证收集到气体则证明产气明产气。VPVP试验试验n n大肠杆菌大肠杆菌与产气杆菌均分解葡萄糖与产气杆菌均分解葡萄糖，为区，为区分两菌可采用分两菌可采用VPVP试验及甲基红试验。试验及甲基红试验。n n产气杆菌能产气杆菌能使丙酮酸脱羧使丙酮酸脱羧、氧化氧化（在碱性溶（在碱性溶液中）液中）生成二乙酰生成二乙酰，后者可，后者可与含胍基的化合与含胍基的化合物反应物反应，生成红色化合物生成红色化合物，称，称VPVP阳性阳性。大肠。大肠杆菌杆菌分解葡萄糖产生丙酮酸分解葡萄糖产生丙酮酸，VPVP阴性阴性。 n n变变红红为为VPVP阳性阳性，不变不变红红为为VPVP阴性。阴性。阴性阴性阳性阳性甲基红试验甲基红试验产产气气杆菌培养液杆菌培养液pHpH5.45.4，甲基红指示剂呈桔甲基红指示剂呈桔黄色黄色，为甲基红试验，为甲基红试验阴性阴性。大肠杆菌大肠杆菌分解葡分解葡萄糖产生丙酮酸，培养液呈酸性萄糖产生丙酮酸，培养液呈酸性pHpH5.45.4，甲甲基红基红呈红色呈红色，称甲基红试验，称甲基红试验阳性阳性。 枸橼酸盐利用试验枸橼酸盐利用试验产产气气杆菌杆菌可可分解分解枸橼酸盐生成碳酸盐枸橼酸盐生成碳酸盐，同时，同时分解培养基的铵盐生成氨分解培养基的铵盐生成氨，使，使培养基变为培养基变为碱碱性性，使，使指示剂溴麝香草酚指示剂溴麝香草酚蓝蓝由由淡绿转为深蓝淡绿转为深蓝，此为枸橼酸盐利用试验此为枸橼酸盐利用试验阳性阳性。（2 2）微生物对氮源利用试验）微生物对氮源利用试验n n主要测定微生物对蛋白质、蛋白胨、氨基主要测定微生物对蛋白质、蛋白胨、氨基酸、含氮无机盐、酸、含氮无机盐、N N2 2等的利用能力。等的利用能力。n n吲哚试验吲哚试验n n硫化氢试验硫化氢试验n n脲酶试验脲酶试验 吲哚试验吲哚试验含有含有色氨酸酶的细菌（如大肠杆菌、变形杆色氨酸酶的细菌（如大肠杆菌、变形杆菌等）可菌等）可分解色氨酸生成吲哚分解色氨酸生成吲哚，若，若加入二甲加入二甲基氨基苯甲醛，与吲哚结合基氨基苯甲醛，与吲哚结合，形成，形成玫瑰吲哚玫瑰吲哚，呈红色呈红色，称吲哚试验，称吲哚试验阳性阳性。硫化氢试验硫化氢试验变形变形杆菌、乙型副伤寒杆菌等能杆菌、乙型副伤寒杆菌等能分解含硫氨分解含硫氨基酸基酸如胱氨酸、甲硫氨酸等，如胱氨酸、甲硫氨酸等，生成硫化氢生成硫化氢。在有醋酸铅或硫酸亚铁存在时，则在有醋酸铅或硫酸亚铁存在时，则生成黑色生成黑色硫化铅或硫化亚铁硫化铅或硫化亚铁，可借以鉴别细菌。，可借以鉴别细菌。 脲酶试验脲酶试验 变形变形杆菌杆菌具有尿素酶具有尿素酶，可，可分解尿素产生氨分解尿素产生氨，培养基呈培养基呈碱性碱性，使使酚红呈酚红呈红色红色，由此区别于，由此区别于沙门氏菌。沙门氏菌。 IMViCIMViC试验试验吲哚吲哚（I I）、甲基红（）、甲基红（M M）、）、VPVP（V V）、枸橼酸）、枸橼酸盐利用（盐利用（C C）四种试验，常用于鉴定肠道杆菌，）四种试验，常用于鉴定肠道杆菌，合称之为合称之为IMViCIMViC试验。试验。n n大肠杆菌呈大肠杆菌呈大肠杆菌呈大肠杆菌呈“+-+-+-+-”，产气杆菌为，产气杆菌为，产气杆菌为，产气杆菌为“-+-+-+-+”。培培养养基基的的配配置置 培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。生代谢产物的营养基质。任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水1）配制培养基的基本原则）配制培养基的基本原则 （一）目的明确（一）目的明确 （二二）营养协调营养协调 （三）理化条件适宜（三）理化条件适宜 （四）经济节约（四）经济节约（一）（一）目的明确目的明确 培养什么微生物培养什么微生物 为了得到菌种还是代谢产物为了得到菌种还是代谢产物 用于实验室还是发酵生产用于实验室还是发酵生产（二）营养协调（二）营养协调 1 1 培养丰富培养丰富 2 2 营养物质的浓度要合适营养物质的浓度要合适 3 3 营养物质之间的配比要适中营养物质之间的配比要适中 碳氮比（碳氮比（C CN N比）直接影响微生物的生比）直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的积累。长繁殖和代谢产物的积累。 （三）理化条件适宜（三）理化条件适宜1pH值值细菌细菌放线菌放线菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌最适最适pH范围范围787.58.53.86.04.05.8常用的缓冲物质常用的缓冲物质:磷酸盐、碳酸钙磷酸盐、碳酸钙2渗透压渗透压3.氧化还原电位氧化还原电位（四）经济节约（四）经济节约 遵循以粗代精，遵循以粗代精，以野代家，以废以野代家，以废代好，以简代繁，代好，以简代繁，以纤代糖，以国以纤代糖，以国产代进口等原则。产代进口等原则。培养基的类型及应用培养基的类型及应用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养分成多种类型。途可将培养分成多种类型。按按成成分分不不同同划划分分天然培养基天然培养基合成培养基合成培养基含用化学成分还不清楚或化学成含用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物分不恒定的天然有机物牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基养基化学成分完全了解的物质配制而化学成分完全了解的物质配制而成的培养基成的培养基高氏高氏1 1号培养基、查氏培养号培养基、查氏培养基基半合成培养基半合成培养基化学成分部分了解化学成分部分了解, ,部分为天然的物部分为天然的物质配制而成的培养基质配制而成的培养基马铃薯蔗糖培养基、豆马铃薯蔗糖培养基、豆芽汁蔗糖培养基芽汁蔗糖培养基按按物物理理状状态态不不同同划划分分固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基半固体培养基半固体培养基在液体培养基中加入一定量凝固在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为量一般为1.5%-2.0%1.5%-2.0%固体培养基常用来进行微生物的分固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏离、鉴定、活菌计数及菌种保藏琼脂含量一般为琼脂含量一般为0.2%-0.7%观察微生物的运动特征、分类鉴观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定定及噬菌体效价滴定不加任何不加任何凝固剂凝固剂大规模工业生产及在实验室进行大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的微生物的基础理论和应用方面的研究研究特殊营养物质包括血液、血清、酵特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等母浸膏、动植物组织液等按按用用途途不不同同划划分分基础培养基基础培养基鉴别培养基鉴别培养基含有一般微生物生长繁殖所含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基需的基本营养物质的培养基用来将某种或某类微生物从混杂的用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基微生物群体中分离出来的培养基选择培养基选择培养基在基础培养基中加入某些特殊营养在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基物质制成的一类营养丰富的培养基微生物产生某种代谢产物，与培养微生物产生某种代谢产物，与培养基中的特殊化学物质发生特定的化基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征变化学反应，产生明显的特征变化用于鉴别不同类型微生物的培养基用于鉴别不同类型微生物的培养基牛肉膏蛋白胨培养基是最常牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基用的基础培养基增殖培养基增殖培养基在培养基中加入相应的特殊营养物质在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长生长，有利于所需微生物的生长3）、培养基的制备步骤：原料（天然原料或药品）称量原料（天然原料或药品）称量混合溶解（加热沸腾）混合溶解（加热沸腾）过滤过滤分装容器分装容器调整调整PH备用备用定容定容消毒或灭菌消毒或灭菌保温实验保温实验