微生物的营养代谢和生长

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第二节 微生物的营养、代谢和生长,微生物的营养,微生物的化学元素组成：,C、H、O、N、P、S,以及其它元素。,其中,C,、,H、O,、,N,占细胞干重的90%以上。,一、微生物所需的五大类营养要素：,碳源、氮源、生长因子、无机盐、水,1、碳源：凡是能为微生物提供生长繁殖所需碳元素的营养物质。,用于：合成微生物的,细胞物质,和一些,代谢产物,，有的碳源是异养微生物的主要,能源,物质。,例如：,CO,2,、NaHCO,3,、,糖类、脂肪酸、花生饼粉、石油,等,最常用的碳源,无机碳源,有机碳源,自养生物：可以用,异养生物：只能用,碳源需要量最大。,不同微生物对碳源的要求不同。,用于：合成,蛋白质,、,核酸,以及,含氮的代谢产物,。,例如：,N,2,、,氨、铵盐、硝酸盐、尿素、牛肉膏、蛋白胨等,最常用的氮源,2、氮源：凡是能为微生物提供所需氮元素的营养物质。,单质氮源,化合物氮源,可固氮生物：可以用,非固氮生物：只能用,3、生长因子：微生物生长,不可缺少,的,微量有机物,。,主要包括：维生素、氨基酸、碱基等,原因：缺乏合成这些物质所需的酶或合成能力有限,用于：合成,酶和核酸,例如：酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液,生长因子自养型：多数真菌、放线菌和一些细菌,生长因子异养型：乳酸杆菌需要多种维生素、氨基酸和碱基,生长因子过量合成型：可合成大量维生素等，如灰色链霉菌,二、培养基的配制原则,1：,目的要明确。,据所培养微生物的种类、培养目的等选择材料配制培养基,2：,营养要协调。,注意各营养物质的浓度和比例，否则会产生不良后果。,3：,PH,要适宜。,不同微生物的最适,PH,不同。,如：真菌5.06.0，细菌6.57.5 放线菌7.58.5,三、培养基的种类,物理性质,液体培养基,固体培养基,半固体培养基,微生物的分离、记数,观察微生物的运动、鉴定菌种等,工业生产,化学成分,合成培养基,天然培养基,成分明确，用于分类、鉴定,成分不明确，如玉米粉,常用于工业生产,用途,选择培养基,鉴别培养基,加入某种化学物质，抑制不需要的微生物生长，选出需要的微生物,加青霉素，可抑制细菌和放线菌，选出霉菌和酵母菌,加高浓度,NaCl，,可抑制其他菌，选出金黄色葡萄球菌,加无机碳源，可抑制异养菌，选出自养菌,加单质氮，可抑制非固氮菌，选出固氮菌,据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品，用于鉴别不同种类的微生物,加入伊红美蓝，若使菌落呈深紫色，并带有金属光泽，说明存在大肠杆菌,微生物的代谢,微生物细胞内所发生的全部化学反应,与其他生物相比，,微生物代谢异常旺盛,。,因为,微生物的表面积与体积的比很大,，约为同等重量的成年人的30万倍，可以迅速的与外界环境进行物质交换。,例如：大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的2000倍；,乳酸菌每小时产生的乳酸能达到自身重量的成千上万倍。,微生物代谢特点,（据与微生物生长繁殖的关系）,初级代谢产物：,概念：,代谢活动产生的、,自身生长和繁殖,必需,的物质,。,种类,：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。,特点：,a.,时刻产生,b.,必需,初级代谢产物合成受阻，生命活动异常，甚至死亡,c.,不特异,不同微生物细胞中，,初级代谢产物的种类基本相同,一、微生物代谢产物,次级代谢产物：,概念：,一定阶段产生、化学结构十分复杂、,对该微生物无明显生理功能,，,或,并非,是微生物生长和繁殖所,必需,的物质,。,种类：,抗生素、毒素、激素、色素等。,特点：,a.,一定阶段才产生,b.,非必需，甚至有害（积累或排出）,c.,特异性,不同微生物所产生的次级代谢产物不相同,（据与微生物生长繁殖的关系）,一、微生物代谢产物,二、微生物代谢的调节,资料,在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基上培养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，当葡萄糖被消耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。,分解葡萄糖的酶是大肠杆菌细胞内一直存在的酶 组成酶,分解乳糖的酶是在乳糖诱导下合成的酶诱导酶,I、,酶合成的调节,组成酶,：微生物细胞内,一直存在的酶，,合成,只受基因控制,。,诱导酶,：环境中存在,某种物质的诱导,下才能合成的酶，,合成受基因和环境控制。,调节对象：,诱导酶,调节方式：,环境中存在诱导物，且微生物需要此酶,调节结果：,细胞内酶的种类增多,调节意义：,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。,二、微生物代谢的调节,经济,资料,谷氨酸棒状杆菌能够利用葡萄糖，经过复杂的代谢过程形成谷氨酸；但当终产物,谷氨酸的合成过量时，就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而导致合成途径中断。当谷氨酸因消耗而浓度下降时，抑制作用就会被解除，该合成反应又重新启动。,NH4,+,葡萄糖,中间产物,a,酮戊二酸,谷氨酸脱氢酶,谷氨酸,谷氨酸棒状杆菌,抑制,II、,酶活性的调节,微生物通过改变已有酶的催化活性来调节代谢速率。,原因：,代谢过程中产生的物质与酶结合，使酶的结构产生变化；,但变化是可逆的，当代谢产物与酶脱离时，酶结构便会复原。,二、微生物代谢的调节,高效,II、,酶活性的调节,高效,调节对象：,所有酶（组成酶和诱导酶）,调节机制：,酶与代谢产物的可逆性结合,调节结果：,酶的活性发生改变,调节特点：,快速、精确；,调节意义：,避免代谢产物积累过多,二、微生物代谢的调节,酶合成的调节,酶活性调节,调节对象,调节效果,调节机制,酶合成调节与酶活性调节的比较,酶合成的调节,酶活性调节,调节对象,诱导酶,所有酶,调节效果,间接而缓慢,直接而迅速,调节机制,是基因水平调节，调节控制酶合成,代谢水平调节，调节酶活性,酶合成与酶活性的调节方式是同时存在，密切配合，协调起作用的。微生物细胞内一般不会积累大量的代谢产物。,若要积累代谢产物，可对微生物代谢调节进行人工控制。,人工,控制代谢,的措施：,（1）改变微生物的遗传特性,（2）控制生产过程中的各种条件,人工控制代谢的目的：,最大限度积累对人类有用的代谢产物,三、微生物代谢的人工控制,（1）赖氨酸和苏氨酸都积累过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；,（2）赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。,诱变育种 不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种。,NH4,+,葡萄糖,中间产物,a,酮戊二酸,谷氨酸脱氢酶,谷氨酸,抑制,谷氨酸棒状杆菌,增大细胞膜的通透性，使谷氨酸迅速释放到细胞外，从而解除对谷氨酸脱氢酶的抑制。,微生物的生长,研究生长的对象是什么？,微生物的生长有何特点？,细菌种类,培养基,培养温度,（,）,代时（分）,大肠杆菌,牛奶,37,12.5,蜡样芽孢杆菌,肉汤,30,18,枯草芽孢杆菌,肉汤,25,26-32,乳酸链球菌,牛奶,37,26,金黄色葡萄球菌,肉汤,37,27-30,圆褐固氮菌,葡萄糖,25,240,漂游假单胞杆菌,合成培养基,27,9.8,微生物繁殖一代所用时间,微生物的生长,（1）生长不明显 （2）持续时间短,（3）生长和繁殖交替进行，难以划清界限,一、研究方法,研究微生物生长的对象-群体,微生物,群体,生长的规律,将少量的某种细菌接种到,恒定容积,的,液体,培养基,定期取样,测定培养基中细菌,群体,的生长情况,适宜条件下培养,细菌数目的测定,？,植物,动物,方法,测细菌的细胞数目,测细菌的重量（干重或湿重）,血球板计数法（白细胞，红细胞）,涂片计数法（红细胞）,取一定体积的培养基，离心分离，反复洗涤，称菌体的湿重，或烘干后称干重,二、细菌的生长曲线,时间,0,min,40,min,80,min,120,min,160,min,200,min,240,min,280,min,320,min,360,min,数目,50,200,800,3200,12800,51200,204800,204800,102400,51200,时间,0,min,40,min,80,min,120,min,160,min,200,min,240,min,280,min,320,min,360,min,数目的对数,1.8,2.2,2.6,3.1,3.4,3.8,4.2,4.2,4.1,3.8,细菌的生长曲线,调整期,对数期,稳定期,衰亡期,调整期,增长速度：,形 态：,生 理：,原 因：,调整期长短：,一般不立即进行细胞分裂,体积增长较快,代谢旺盛，大量合成,初级代谢产物,，如细胞需要的酶类、,ATP,和其他成分,调整或适应新环境，合成诱导酶,菌体种类,培养条件,（与原培养基同，调整期短）,对数期,增长速度：,形 态：,生 理：,应 用：,快速分裂，等比数列,N,t,N,0,2,t,形态和生理特性稳定,代谢旺盛,常作为生产用的,菌种,和,科研材料,稳定期,增长速度：,原因：,数量：,生理：,形态：,新增加的细胞与死亡细胞达到,动态平衡,菌体数目达到最高(种内斗争最剧烈),细胞内大量积累代谢产物,(次级代谢产物),某些产芽孢的细菌,开始形成芽孢,营养物质消耗，有害代谢产物积累，,pH,的变化,衰亡期,数量：,形态：,代谢：,开始释放次级代谢产物,细菌死亡率超过繁殖率，活菌数目急剧下降,细胞形态多样，甚至畸形，细胞开始解体,微生物的连续培养装置,连续培养缩短了培养周期，提高了设备利用率，便于自动化管理。,三、影响微生物生长的环境因素,温度,绝大多数微生物的最适生长温度为2537度。,在此范围内随温度上升生长速率加快，,超过范围后，微生物的生长速率急剧下降（蛋白质、核酸被破坏）。,PH,每种微生物的最适,pH,不同。,多数细菌为6.57.5，真菌为5.06.0，放线菌为7.58.5。,超过范围后，影响酶活性、细胞膜的稳定性等，从而影响微生物对营养物质的吸收。,氧,好氧型微生物：多种细菌、多数真菌等；,厌氧型微生物：乳酸菌、某些链球菌等,甲烷杆菌（严格厌氧）,兼性厌氧微生物：酵母菌,乳糖代谢基因表达调控图解：,（有葡萄糖时，不能合成分解乳糖的酶）,lacZ,lac,Y,lac,A,调节基因,启动子,操纵基因,结构基因,RNA,聚合酶,阻抑物与,操纵基因,结合，结,构基因转,录受阻,信使,RNA,转录,翻译,阻抑物,乳糖代谢基因表达调控图解：,（没有葡萄糖时，合成分解乳糖的酶）,lac,Z,lac,Y,lac,A,调节基因,启动子,操纵基因,结构基因,RNA,聚合酶,信使,RNA,转录,翻译,阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变，因而不能与操纵基因结合，使得结构基因进行转录。,阻抑物,乳糖,转录,半乳糖苷酶,酶,酶,