微生物营养和生长

1、关于微生物的营养与生长第一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月第一节 微生物的营养 一、微生物细胞的化学组成 二、营养物质及其生理功能 三、微生物的营养类型 四、微生物对营养物质的吸收方式 五、培养基 第二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月 所有生物为了生存都必须不断地从外界环境中吸收所需的各种物质从中获得 原料和能量以便合成新的细胞物质，生物所需的这些物质称之为营养物质。生物吸收利用营养物质的过程一般称为营养。营养物质是生物进行一切生命活动的物质基础，失去这个基础，一切生物都无法生存，微生物也不例外。可见，营养对微生物的重要性。 第三张，PPT共一百五十五页，创作于20

2、22年6月第一节 微生物的营养 营养物质(nutrient)：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质 营养(nutrition)：微生物获得和利用营养物质的过程 营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。第四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月一、微生物细胞的化学组成分析微生物细胞化学组成是了解微生物营养物质的基础。主要成分：C、H、N、O和无机成分。其中主要是水分、蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸和无机盐。水分占90-97，其余占3-10%。 第五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月微生物细胞的化学组成 微生物细胞

3、中各种有机物和元素的含量(干重) 成分细菌 酵母 真菌 碳48（46-52） 48（46-52） 48（45-55 ） 氮12.5（10-14） 7.5（6-8.5） 6（4-7） 蛋白质55（50-60） 40（35-45） 32（25-40 糖类9（6-15） 38（30-45） 49（40-55 脂类7（5-10） 8（5-10） 8（5-10） 核酸23（15-25） 8（5-10） 5（2-8） 灰分6（4-10） 6（4-10） 6（4-10） 磷1.0-2.5 硫、镁0.3-1.0 钾、钙0.1-0.5 钠、铁0.01-0.1 锌、铜、锰0.001-0.01 第六张，PPT共一百

4、五十五页，创作于2022年6月二、营养物质及其生理功能6种营养要素：碳源，氮源，能源，生长因子，无机 盐和水。 营养物质的功能： （1）、供给微生物合成细胞物质的原料； （2）、合成代谢和生命活动所需的能量； （3）、调节新陈代谢。 第七张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（一）、碳源（carbon source）碳源（carbon source）：凡是可以作为微生物细胞结 构或代谢产物中碳架来源的营养物质 （一）碳源的作用 1.碳素化合物是构成机体中有机物分子的骨架 2.碳素化合物是大多数微生物的能源 3.构成微生物代谢产物的分子骨架 （二）微生物的碳源 凡必需利用有机碳源的微生物

5、，为异养微生物凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物 第八张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月第九张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月微生物的碳源谱 类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机碳 CHONX 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等 CHON 多数氨基酸、简单蛋白质 一般氨基酸、明胶等 CHO 糖、有机酸、醇、脂类等 葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等 CH 烃类 天然气、石油及其不同馏份、石蜡油 无机碳 C(?)- -CO CO2 CO2CHX NaHCO3、CaCO3 NaHCO3 、CaCO3 第十张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（二）

6、、氮源（nitrogen source）凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，为氮源。（一）氮源的作用 1.氮源是构成微生物细胞物质或代谢产物中的氮素来源 2.氮素一般不提供能源，只有少数例外（二）微生物能利用的氮源 包括蛋白质及其不同程度的降解产物(胨、肽、氨基酸等)、铵盐、硝酸盐、分子氮、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物等。 第十一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月种类: 无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、尿素、氨、N2等； 有机氮：牛肉膏、蛋白胨、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等。 速效氮源：很快被微生物利用的物质，有利于菌体生长.如硫铵、玉米浆等。用于发酵前期。迟效氮源

7、：微生物利用速度较慢的物质，有利于代谢物质形成。如花生饼粉、黄豆饼粉等。用于发酵后期。 第十二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月微生物的氮源谱 类 型 元素水平 化合物水平 培养基原料水平 有机氮 NCHOX 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等 NCHO 尿素、一般氨基酸、简 单蛋白质等 尿素、蛋白胨、明胶等 无机氮 NH NH3、铵盐 （NH4）2SO4等 NO 硝酸盐等 KNO3等 N N2 气 第十三张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月氨基酸自养型生物和氨基酸异养型生物 第十四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（三）、水 水在细胞中的生

8、理功能主要有： 1、微生物细胞的组成成分；2、是细胞营养物质和代谢产物的溶剂； 3、是细胞中各种生化反应的良好介质； 4、水还能维持微生物细胞的膨压；5、水具有较高的比热，稳定细胞内环境温度。 第十五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（四）、无机盐（inorganic salt）指微生物生长必需的金属元素：由硫酸盐、磷酸盐、氯化物等供给。 无机盐的生理功能： 1、构成微生物细胞的各种组分 2、作为酶的组成部分 3、维持酶的活性 4、调节并维持细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化 还原电位5、有些元素作为某些微生物生长的能源物质等 第十六张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月无机盐

9、及其生理功能 元素化合物形式(常用)生理功能磷KH2PO4, K2HPO4 核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及ATP等高能分 子的成分，作为缓冲系统调节培养基pH 硫(NH4)2SO4含硫氨基酸(半胱氨酸、甲硫氨酸等)、维生素的成分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位 镁MgSO4己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等活性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分 钙CaCl2,Ca(NO3) 某些酶的辅因子，维持酶(如蛋白酶)的稳定性，芽孢和某些孢子形成所需 钠NaCl细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶的稳定性 钾KH2PO4,K2HPO4某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细菌核糖体的稳定因子

10、 铁FeSO4细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物质，合成叶绿素、白喉毒素所需。 第十七张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月微量元素与生理功能 元素生理功能 锌存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、醛 缩酶、RNA与DNA聚合酶中 锰存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中 钼存在于硝酸盐还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶中 硒存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中 钴存在于谷氨酸变位酶中 铜存在于细胞色素氧化酶中 钨存在于甲酸脱氢酶中 镍 存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需 第十八张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（五）、生长因子（growth factor）生长因子为一类对微生

11、物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。 广义的生长因子包括：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶碱及其衍生物、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、一些脂肪酸等。狭义的生长因子：一般仅指维生素。生长因子的主要功能：提供微生物细胞重要化学物质、辅因子的组分和参与代谢。需用牛肉膏、酵母膏或配制专门的营养液。 第十九张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月第二十张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月第二十一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（六）、能源（energy source） 能源是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。能源谱有机物：化能异养微生物的

12、能源（同碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）辐射能 ：光能自养和光能异养微生物的能源化学物质第二十二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月三、微生物的营养类型 微 生 物 营 养 类 型 的 分 类分 类 标 准营 养 类 型 1.以能源分光能营养型（phototroph）化能营养型（chemotroph）2.以供氢体分 无机营养型（lithotroph）有机营养型（organotroph）3.以碳源分 自养型（autotroph）异养型（heterotroph） 4.以合成氨基酸能力 分 氨基酸自养型（amino acid autotroph）氨基酸异养型（amino a

13、cid hetetotroph） 5.以生长因子分 原养型（prototroph）(wild type)营养缺陷型（auxotroph）6.以摄食方式分 渗透营养型（osmotroph）吞噬营养型(phagocytosis) 7.以摄取死或活有机物分腐生（saprophytism）寄生（parasitism）第二十三张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（一）、分类原则： 按能量来源分根据微生物生长所需碳源物质的性质分根据生物合成中供氢体的性质分 第二十四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（二）、营养类型： 依据：能源氢供体碳源 1、光能无机营养型（photolithotr

14、oph） 光能自养型（photoautotroph） 2、光能有机营养型（photoorganotroph） 光能异养型（photoheterotroph） 3、化能无机营养型（chemolithotroph） 化能自养型（chemoautotroph） 4、化能有机营养型（chemoorganotroph） 化能异养型（chemoheterotroph） 第二十五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月四、微生物对营养物质的吸收方式 微生物对营养物质的吸收取决于细胞膜的结构和生物功能。细胞膜是一层具有高度选择性的半透膜，控制营养物质及 代谢产物的进出细胞。细胞膜上有丰富的酶，这些酶与物

15、质的吸收和排泄有关。 第二十六张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月四、微生物对营养物质的吸收方式影响营养物质进入细胞的因素：一是营养物质本身的性质。 二是微生物所处的环境。 三是微生物细胞的透过屏障(permeability barrier)。 一般来说，分子越小、脂溶性越高，极性越小，就越容易 通过细胞膜。 第二十七张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月1、单纯扩散(simple diffusion) 以物质的浓度梯度为动力，而不需要代谢能量穿膜运输方式。不需要载体参与。物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关,分子量小、脂溶性、极性小的物质易通过扩散进出细胞。 第二十八

16、张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月1、单纯扩散(simple diffusion)扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式,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、苯、一些气体分子 (O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。 第二十九张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月2、促进扩散(facilitated diffusion) 促进扩散：借助于膜上底物特异性载体蛋白的参与，加快环境中高浓度物质进入细胞，直至膜两侧的溶质浓度相等为止。 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。第三十张，PPT共一百五

17、十五页，创作于2022年6月3、主动运输(active transport)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。在物质运输过程中需要消耗能量，可以进行逆浓度运输。运输物质所需能量来源： 好氧型微生物与兼性厌氧微生物 直接利用呼吸能； 厌氧型微生物利用化学能(ATP)； 光合微生物利用光能； 嗜盐细菌通过紫膜(purple membrane) 利用光能； 第三十一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月Na +,K +-ATP酶(Na +,K +-ATPase)系统 第三十二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月4、基团转位(group translocation

18、)基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输。脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。 细菌对糖的吸收和积累，需要磷酸转运系统，即转运过程中必须磷酰化，这种物质运转方式称基团移位。该过程中细胞外的 糖类在细胞膜上与胞内的磷酸烯醇丙酮酸盐结合，在胞内酶作用下被磷酸化进入胞内。经过基团移位而磷酸化的糖类，不能再透出菌体。所以，菌体内积聚的糖的浓度远远高于胞外。第三十三张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月四种运送营养物质方式的比较 比较项目单纯扩散促进扩散主动运送基团移位异载体蛋白无有有有运送速度慢快快快溶质运送方向由浓至稀由浓至稀由稀至浓由稀至浓平衡时内外浓度内外相等

19、内外相等内部浓度高的多内部浓度高的多运送分子无特异性特异性特异性特异性能量消耗不需要不需要需要需要运送前后溶质分子不变不变不变改变载体饱和效应无有有有与溶质类似物无竟争性有竟争性有竟争性有竟争性运送抑制剂无有有有运送对象例子H2O、CO2、O2 少数氨基酸、盐类、甘油、乙醇、代谢抑制剂PO43-SO42-；糖（真核微生物）乳糖等糖类、氨基酸、Na+、Ca2+等无机离子 葡萄糖、甘露糖、果糖、脂肪酸、嘌呤和核苷第三十四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月五、培养基（medium） 制培养基的原则培养基的种类 培养基（medium）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

20、。 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 第三十五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（一）、培养基的类型1、按成份不同划分（1）、天然培养基(complex medium)以化学成分不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成。如：麸皮培养基、肉浸汁、牛奶等。优点：取材方便、营养丰富、种类繁多、配制方便； 缺点：确切营养成分不明确、不稳定。 第三十六张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（2）.合成培养基(synthetic medium)是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基(chemically d

21、efined medium) 优点：成分已知、精确、重复性好。 缺点：价格较贵、配制较烦，培养的微生物生 长较慢。 培养细菌:葡萄糖铵盐培养基 培养放线菌:淀粉硝酸盐培养基 培养真菌:蔗糖硝酸盐培养基 第三十七张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（3）.半合成培养基(semi-defined medium)由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基。 如：土豆蔗糖培养基、葡萄糖肉汁培养基等。 缺点：是配制方便，成本低，微生物生长良好。 第三十八张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月2、根据物理状态划分（1）、液体培养基（liquid medium）：是指各营养成分按一

22、定比例配制而成的水溶液或液体状态的培养基。用途广泛，可用于大型生产、科研等。 （2）、固体培养基(solid medium )：是指液体培养基中加入一 定量的凝固剂配制而成的固体状态的培养基。应用：微生物分离、鉴定、计数、保藏、检验、生物测定及产生大量菌体。 （3）、半固体培养基（semi-solid medium）：是指琼脂加入量为 0.20.5而配制的固体状态的培养基。用于细菌动力观察、菌种鉴定、噬菌体效价测定等。 （4）、脱水培养基（dehydrated culture medium）：预制干 燥培养基(pre-fabricated dried culture medium)。 第三十九

23、张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月3、根据培养目的划分（1）、种子培养基(Seed culture medium)：是适合微生物菌体生长的培养基。 （2）、发酵培养基(Fermentation medium) ：发酵产物的培养基。用于生产预定 （3）、繁殖和保藏培养基(Reproducible medium) 第四十张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月4、按用途划分（1）、基础培养基(minimum medium) 在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，也称为基本培养基。 （2）、完全培养基(complete medium) 在一定条件下含有某种微

24、生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基 第四十一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月4、按用途划分（3）、加富培养基和富集培养基(enrichment medium) 在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质 制成的一类营养丰富的培养基。这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液 等。用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，如培养百日咳博德氏菌(Bordetella pertussis)需要含有血液的加富培养基。 （4）、选择培养基(selective medium) 用于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 选择性培养的方法主要有两种：

25、 一是根据根据某些微生物的特殊营养要求；二是根据某些微生物的物理和化学抗性。 第四十二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（4）、选择培养基(selective medium) 用于选择性培养基的若干抑制剂选择对象抑制剂及其用量（ug/ml）抑制对象一般细菌四环素（200）黑曲霉、酵母四环素（100）酱油曲霉、根霉放线菌酮（20）酵母放线菌酮（50）酱油曲霉放线菌酮（100）根霉放线菌酮（200）黑根霉真菌素（Cabicidin）（100）酱油曲霉、酵母G+细菌多粘菌素B（5）G-细菌G-细菌青霉素（1）G+细菌乳酸菌山梨酸（0.2 pH6）芽孢杆菌叠氮化钠（Na3N）（0.005

26、pH7）曲霉真菌素（20）酵母肠道细菌胆汁酸（1.55mg/ml）G+细菌微球菌山梨酸（0.2 ）芽孢杆菌第四十三张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月用于选择性培养基的若干抑制剂 （续）放线菌放线菌酮（50）霉菌制霉菌素（50）霉菌丙酸钠（4mg/ml）霉菌酵母菌丙酸钠（0.2）曲霉、根霉、杆菌丙酸钠（0.1-0.15青霉、微球菌、醋酸菌CuSO45H2O(0.05%,pH3.8乳酸菌、乳链球菌四环素（50）细菌氯霉素（20）细菌链霉素（20-100）细菌青霉素（50）细菌金霉素（100）细菌真菌素（200）细菌霉 菌氯霉素（100）细菌青霉素（20）细菌链霉素（40）细菌青霉素（1

27、00）细菌氯霉素（50）放线菌酮（10）细菌、酵母第四十四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（5）、鉴别培养基(differential medium)指含有某种代谢产物指示剂的培养基，可使不同微生物 经培养后出现显著差别。如：伊红美兰培养基；糖发酵培养基等。用于快速鉴别微生物。 第四十五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月一些鉴别培养基 第四十六张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（二）、培养基配制的原则和方法 1、根据微生物的营养要求配制； 培养不同的微生物必须采用不同的培养条件；培养目的不同，原料的选择和配比不同； 第四十七张，PPT共一百五十五页，创作于

28、2022年6月实验室的常用培养基：细 菌：牛肉膏蛋白胨培养基 （或简称普通肉汤培养基）； 放线菌：高氏1号合成培养基培养；酵母菌：麦芽汁培养基；霉 菌：查氏合成培养基； 第四十八张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（二）、培养基配制的原则和方法 2、注意营养成分的比例； 营养物质的浓度适宜； 营养物质之间的配比适宜； 大多数化能异养菌培养基中各营养物质间的比例： H2OC+能源N源 P、SK、Mg生长因子 培养基中各营养物质之间的浓度配比直接影响微生物的生长繁殖和(或)代谢产物的形成和积累，其中碳氮比(C/N)的影响较大。C/N比：是指微生物培养基中所含的碳源中碳原子的摩尔数与氮源中

29、氮原子的摩尔数之比。 第四十九张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月不同微生物要求不同的C/N比 为获得微生物细胞或制备“种子”培养基，C/N比低； 为积累大量生产代谢产物的发酵培养基，C/N比高；所要代谢产物中含碳量较高，则C/N比高；所要代谢产物 中含氮量较高，则C/N比低。 第五十张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（二）、培养基配制的原则和方法适宜pH； 水活度；氧化还原电位； 3、物理化学条件第五十一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月3、物理化学条件适宜1）pH 培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型 微生物的生长繁殖或产生代谢产物。 通常培

30、养条件： 细 菌： pH7.08.0 放线菌： pH7.58.5 酵母菌： pH3.86.0 霉 菌： pH4.05.8 第五十二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月常用pH缓冲剂: K2HP04和KH2P04组成的混合物、CaCO3 KH2P04 H+ K2HP04+K+ KH2P04+ KOH K2HP04 + H20 CO32- HCO3- H2CO3- CO2 + H20 +H+-H+H+-H+第五十三张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月3、物理化学条件适宜2）水活度 在一定的温度和压力条件下,溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比，即：w=Pw/Pow 式中P

31、w代表溶液蒸汽压力,POw代表纯水蒸汽压力。微生物一般在w为0.600.99的条件下生长,w过低时,微生物生长的迟缓期延长,比生长速率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适w不同。 第五十四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月3、物理化学条件适宜 2）水活度 第五十五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月3、物理化学条件适宜3）氧化还原电位氧化还原电位又称氧化还原电势（redox potential），是度量 某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是V（伏）或mV（毫伏）。好氧性微生物：+0.1伏以上时可正常生长,以+0.3+0.4伏为宜；厌

32、氧性微生物：低于+0.1伏条件下生长；兼性厌氧微生物：+0.1伏以上时进行好氧呼吸, +0.1伏以下时进行发酵。 第五十六张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月3、物理化学条件适宜3）氧化还原电位 增加通气量(如振荡培养、搅拌)提高培养基的氧分压，或加入氧化剂，从而增加Eh值；在培养基中加入抗坏血酸（0.1%）、硫化氢(0.025%)、半胱氨酸(0.05%)、谷胱甘肽、二硫苏糖醇、庖肉等还原性物质可降低Eh值。 第五十七张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月4、根据培养目的初生代谢产物：一般指通过主要代谢途径产生的结构较简单、产量较高、价值较低的降解产物。次生代谢产物：一般是指

33、通过复杂合成途径产生的那些结构 复杂、产量低、价值高的合成产物。快速利用的碳源在菌体生长时期消耗，缓慢利用的碳源用来供产物合成时期利用。 第五十八张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月5、原料来源的选择制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培养基成份, 特别是在发酵工业中,以降低生产成本。 以粗代精以废代好以烃代粮以无机氮代蛋白以野代家以简代繁以纤代糖第五十九张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（二）、培养基配制的原则和方法6、灭菌处理 7、精心设计 试验比较进行生态模拟，研究某种微生物的培养条件； 文献查阅，设计特定微生物的培养基配方； 试验比较，确定特定微生物的最佳

34、培养条件； 第六十张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月第二节 微生物的生长 一、微生物的生长二、微生物的纯培养三、微生物生长的测定四、生长曲线五、连续培养 第六十一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月一、微生物的生长 生长：生物个体物质有规律地、不可逆增加，导致个体体积扩大的生物学过程。 繁殖： 生物个体生长到一定阶段，通过特定方式产生新的生命个体，即引起生命个体数量增加的生物学过程。 生长是一个逐步发生的量变过程，繁殖是一个产生新的生命个体的质变过程。个体生长 个体繁殖 群体生长 群体生长 = 个体生长 + 个体繁殖 第六十二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月

35、一、微生物的生长细菌的生长的标志：以群体数目的增加作为生长标志。因为很难将生长与繁殖分开。放线菌和霉菌：是以菌丝的伸长和分枝表现为生长的。对于微生物的应用，不论是在食品和其他方面的应用，主要是利用它的菌体，及其产生的代谢产物和酶类，而这与微生物的生长是密切相关的。所以了解和掌握微生物的生长特性是很有必要的。 第六十三张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月二、微生物的纯培养目的是从混杂状态中纯化分离细菌，是研究利用微生物的基础，通常采用以下方法：1、稀释平板法；2、划线法；3、单细胞分离法；4、选择培养基分离法。 第六十四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月二、微生物的纯培养微

36、生物培养技术的发展的特点： 1、少量培养 大规模培养 2、浅盘培养 厚层固体或深层（液体）培养 3、以固体培养为 以液体培养为 4、静止式液体培养 通气搅拌式液体培养 5、分批培养 连续培养 多级连续培养 6、游离的微生物细胞培养 利用固定化细胞培养 7、单一微生物培养 混合微生物培养 8、野生菌种 变异菌株、“工程菌” 第六十五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月微生物培养法（一）、固体培养 （二）、液体培养 （三）、连续培养 （四）、补料分批培养 （五）、混菌培养 第六十六张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（一）、固体培养(Solid-state culture)1、

37、实验室常见的固体培养 （1）好氧菌培养 试管斜 (test-tube slant) 培养皿平板 克氏扁瓶(kolle flask) 茄子瓶斜 第六十七张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（2）厌氧菌培养 厌氧装置 + 特殊培养基 六大营养素 + 还原剂 氧化还原势指示剂， 如刃天青(resazuin) 第六十八张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月厌氧菌培养的装置：（a）Hungate滚管技术 1950年美国微生物学家R.E.Hungate设计（b）厌氧培养皿 第六十九张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月厌氧菌培养的装置：（c）厌氧罐 （d）厌氧手套箱 第七十张，P

38、PT共一百五十五页，创作于2022年6月2、生产中常见的固体培养 （1）、好氧菌的曲法培养 曲盘、转鼓、通风曲槽等 （2）、厌氧菌的堆积培养法 第七十一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（二）、液体培养(Liquid-state culture)液体培养提高溶氧速率的措施： 1、浅层培养(Shallow liquid culture)2、摇床:振荡培养(Shaking flask culture) 3、深层培养(Submerged culture) 4、机械搅拌 5、提高罐压 第七十二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月1、实验室常见的液体培养（1）试管液体培养 （2）浅

39、层液体培养 （3） 摇瓶培养（4）台式发酵罐 第七十三张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月2、生产中常见的液体培养（1）浅盘培养 （2）发酵罐深层培养 第七十四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月三、微生物生长的测定 微生物生长： 单位时间里微生物数量或生物量（Biomass）的增加。 微生物生长的测定个体计数 群体重量测定 群体生理指标测定 第七十五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（一）、单细胞的微生物（1）、培养平板计数法：广泛用于各种样品的检测方法。 1）涂布法（菌长在表面） 2）倾注法（菌长在表面和基内）优点：常用、较准确、可对不同种微生物做活菌计数。

40、 缺点：时间长、人为误差大，有机械损伤。 1、以数量变化对微生物生长情况进行测定第七十六张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月一个菌落可能是多个细胞一起形成，所以在科研中一般用菌落形成单位（colony forming units， CFU）来表示，而不是直接表示为细胞数。 第七十七张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（2）、膜过滤培养法当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用 水等样品通过膜过滤器，然后将将膜转到相应的培养基上进行培养，对形成的菌落进行统计。 第七十八张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（3）、液体法将待测样品做系列稀释，培养后，根据没

41、生长的最低稀释度 和出现生长的最高稀释度，应用“或然率”理论，计算出样品单位体积中细胞的近似值。最高稀释度称为临界级数，从35次重复的临界级数求最大概率数(MPN)，就可得到较可靠的结果 。 第七十九张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（4）、显微镜直接计数法1）常规方法：取定容稀释的单细胞微生物(细菌)悬液 放置在计数板上，在显微镜下计数一定体积中的平均细胞数，换算出供试样品的细胞数。 缺点： 不能区分死菌与活菌；不适于对运动细菌的计数； 需要相对高的细菌浓度； 个体小的细菌在显微镜下难以观察第八十张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（4）、显微镜直接计数法2）其它方法：

42、 比例计数： 将已知颗粒浓度的样品与待测细胞细胞浓度的样品混匀后在显微镜下根据二者之间的比例直接推算待测微生物细胞浓度。 过滤计数： 当样品中菌数很低时，可以将一定体积的湖水、海水或饮用水等样品通过膜过滤器。然后将滤膜干燥、染色，并经处理使膜透明，再在显 微镜下计算膜上(或一定体积中)的细菌数； 活菌计数：采用特定的染色技术也可分别对活菌和死菌进行分别计数 第八十一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月2、以生物量为指标测定微生物的生长（1）、比浊法 根据在一定的浓度范围内，菌悬液的微生物细胞浓度与液体的 光密度成正比，与透光度成反比。菌数越多，透光量越低。可使用光电比色计测定，通过测

43、定菌悬液的光密度或透光率反映细胞的浓度。菌悬液浓度必须在107个/毫升以上。 第八十二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月2、以生物量为指标测定微生物的生长（2）、重量法 以干重、湿重直接衡量微生物群体的生物量； 通过样品中蛋白质、核酸含量的测定间接推算微生物群体的生物量； 第八十三张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月2、以生物量为指标测定微生物的生长（3）、生理指标法 微生物的生理指标，如呼吸强度，耗氧量、酶活性、生物热等与其群体的规模成正相关。 常用于对微生物的快速鉴定与检测 第八十四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（二）、多细胞微生物生长的测定以菌丝生长

44、的长度或菌丝增加的重量作为生长指标。最简单的方法是将霉菌接种在培养皿内固体培养基中央，在一定时间内测定菌落的直径或面积。对生长速度快的霉菌，可每24h测量一次。可求出菌丝的平均生长速度。 第八十五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月四、生长曲线(Growth Curve)是指细菌等单细胞微生物，以细胞增长数的对数值为纵坐标，以培养时间为横坐标作图时，可以绘出一个曲线，此曲线称为生长曲线。第八十六张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月单细胞微生物的典型生长曲线第八十七张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月单细胞微生物的典型生长曲线根据微生物生长速率常数（每小时的分裂代数

45、）的不同，一典型的生长曲线至少可以分为： 迟缓期，对数期，稳定期和衰亡期等四个生长时期 第八十八张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月1. 迟缓期(Lag phase)：将少量菌种接入新鲜培养基后，在开始一段时间内菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零。也称延迟期、适应期。迟缓期的特点： 细胞形态变大或增长，例如巨大芽孢杆菌，在迟缓期末，细胞的平均长度比刚接种时长6倍。一般来说处于迟缓期的细菌细胞体积最大。 细胞内RNA，尤其是rRNA含量增高，合成代谢活跃， 核糖体、酶类和ATP的合成加快，易产生诱导酶。对外界不良条件反应敏感。 第八十九张，PPT共一百五十五页，创作于2022

46、年6月1、迟缓期(Lag phase)：迟缓期出现的原因：调整代谢在生产实践中缩短迟缓期的常用手段：(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。第九十张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月2、对数生长期(Log phase)：又称指数生长期(Exponential phase)，在生长曲线中，紧接着迟 缓期的一段细胞数以几何级数增长的时期。 对数生长期特点：平衡生长；酶系活跃、代谢旺盛；生长速率常数R最大、代时最短。 是研究微生物基本代谢的良好材料。它也常在生产上用作种

47、子，使微生物发酵的迟缓期缩短，提高经济效益。 第九十一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月对数生长期(Log phase)的重要参数： 第九十二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月影响微生物增代时间（代时）的因素 1）菌种，不同的微生物及微生物的不同菌株代时不同；2）营养成分，在营养丰富的培养基中生长代时短； 3）营养物浓度，在一定范围内，生长速率与营养物浓度呈正比；4）温度，在一定范围，生长速率与培养温度呈正相关。 凡是处于较低浓度范围内，可影响生长速率的营养物成 分，就称为生长限制因子。第九十三张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月3、稳定期(Stationar

48、y phase)：由于营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，导致生长速率降低直至零。 稳定生长期又称 定期或最高生长期，此时培养液中活细菌 数最高并维持稳定。 第九十四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月4. 衰亡期(Decline或Death phase)：营养物质耗尽和有毒代谢产物的大量积累，细菌死亡速率超过新生速率，整个群体呈现出负增长。细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶，产生或释放出一些产物，如抗生素等。 在实际工作中多采用分光光度计测定OD值的方法绘制细菌的生长曲线。第九十五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月微生物中单细胞生长曲线，

49、反映了一种微生物在某种生活环境中（试管、摇瓶、发酵罐）的生长、繁殖和死亡的规律。研究生长曲线既可为研究营养和环境条件提供理论依据，又可用来调控微生物的生长发育。霉菌的生长也有延迟期、稳定期和衰亡期。由于它们不是单细胞微生物，所以它们的繁殖不按几何级数增加，故而没有对数生长阶段。 第九十六张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月五、连续培养(Continous culture ）在微生物的整个培养期间，通过一定的方式使微生物能以恒定 的比生长速率生长并能持续生长下去的一种培养方法。 培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物是实现微生物连续培养的基本原则。 分批培养：在培养微生物

50、时。将微生物置于一定容积的定量培养基中培养，称为定量培养。 第九十七张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月连续培养法在工业生产上称为连续发酵。我国在丙酮、丁醇、酒精的生产以及柠檬酸的发酵上已采取了连续发酵法，缩短了发酵周期，效果良好。连续发酵的最大优点是取消了分批发酵中各批之间的间断时间，缩短发酵周期，提高设备利用率。再者，连续发酵便于工业生产，自动化控制，产物均一，产量高。但是在工业化生产中连续发酵容易发生杂菌污染及菌种退化等问题。 第九十八张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月五、连续培养(Continous culture ）恒浊连续培养不断调节流速而使细菌培养液浊度保持

51、恒定恒化连续培养控制连续培养的方法 保持恒定的流速,使营养物质浓度保持恒定第九十九张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月(一）恒化连续培养 概念：以恒定流速使营养物质浓度恒定而保持细菌生长速率恒定的方法。微生物始终在低于其最高生长速率下进行生长繁殖。 原理：化器中动态平衡的稳定性，是以某种生长限制因子（如 碳、氮源；生长因子；无机盐等）的浓度来控制菌的生长速度。 特点：维持营养成分的低浓度，控制微生物生长速率。 第一百张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（二）恒浊连续培养概念：在恒浊器内，调节培养基流速，使细菌培养液浊度保持 恒定的连续培养方法。原理：维持菌浓度不变；特点：基

52、质过量，菌以最高速率生长；但工艺复杂，烦琐。在恒浊连续培养中装有浊度计，借光电池检测培养室中的浊度 (即菌液浓度)，并根据光电效应产生的电信号的强弱变化，自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培养室的流速。 第一百零一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月连续培养的优点1、缩短发酵周期，提高设备的利用率； 2、便于自控。降低动力消耗及劳动强度； 3、产品均一。 连续培养的缺点： 易杂菌污染；菌种易退化 第一百零二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月恒化培养和恒浊培养的比较 第一百零三张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（三）、同步培养运用同步培养技术，控制微生物生长，使

53、之处于同一生长阶段并同时分裂。 同步培养法：能获得处于同一生长阶段的群体细胞的培养 方法。 同步培养（物）：用同步培养法所得到的培养物。 第一百零四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（三）、同步培养获得同步生长的方法： 环境条件控制技术机械方法温度 培养基成份控制 其他（如光照和黑暗交替培养） 离心方法 过滤分离法 硝酸纤维素滤膜法 同步培养物常被用来研究在单个细胞上难以研究的生理与遗传特性和作为工业发酵的种子，它是一种理想的材料。 第一百零五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（三）、同步培养硝酸纤维素滤膜法是最经典的获得同步生长的方法 由于细胞的个体差异，同步生长往往

54、只能维持2-3个世代，随后又逐渐转变为随机生长。 第一百零六张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月第三节 环境条件对微生物的影响 一、温度二、湿度三、渗透压四、氧化还原电位五、辐射六、超声波与微波七、氢离子浓度八、化学物质九、食品抗菌物质和防御机构第一百零七张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月外界环境对微生物的作用有三种情况：（1）、外界环境条件适宜时，微生物生长旺盛，代谢作用加速；（2）、外界环境条件不太适宜时，微生物生长缓慢，代谢作用受到一定程度的抑制；（3）、外界环境不适宜的情况达到微生物难以忍受的程度，这时，微生物生命活动受到严重的影响，可能发生变异或死亡。人们控制和

55、调节微生物所处的环境条件的目的是要促进某些有益微生物的生长，发挥它们的有益作用；抑制和杀死那些不利于人类的微生物，并清除它们的有害作用，如防止食品的腐败变质等。环境因素包括：物理条件、化学条件和生物条件 第一百零八张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月一、温度温度是影响生物机体的最重要的因素之一。温度的变化影响着微生物的细胞中生化反应速度。热力致死时间（Thermal Death Time TDT）：是指在特定的条件和特定的温度下，杀死一定数量微生物所需要的时间。D值（Decimal reduction time）在一定温度下加热，活菌数减少一个对数周期（即90的活菌被杀死）时，所需要

56、的时间（min）。Z值：如果在加热至死曲线中，时间降低一个对数周期（即缩短90的加热时间）所需要升高的温度（）。F值：在一定的基质中，其温度为121.1 ，加热杀死一定数量微生物所需要的时间（min）。第一百零九张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月温度对微生物生长的影响 第一百一十张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月根据微生物生长的适宜温度分为三大类 微生物类型 生长温度 范围 最适生长 温度 分布区域 嗜冷微生物 （Psychrophile）-1030 1020 地球两极 、 海洋 、 冷泉 、 冷藏食品 嗜温微生物 （Mesophile） 1045 2540 腐生环境

57、、 寄生环境 嗜热微生物 (Thermophile) 2580 5055 温泉 、 堆肥、土壤 第一百一十一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月不同温距中微生物活动的主要类群 第一百一十二张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（二）、湿热灭菌（moist heat sterilization）1、煮沸灭菌：煮沸温度接近100，保持15-30min，可杀死微生物的营养体，若要杀死芽孢，则需要2-3h，此法适用于可以浸泡在水中的物品，如食品、器材、衣物等。2、间歇灭菌（vfractional sterillization或tyndallization）：用蒸汽加热灭菌温度不超过1

58、00，每日一次，每次加热30min，连续三次。第一百一十三张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（二）、湿热灭菌（moist heat sterilization）3、巴氏消毒（pasteurization）：有些食品或物品在高温下会受到不同程度的损害，不宜用过高的温度灭菌，可采用较低的温度进行灭菌，条件是62-63，30min；或72，15s。适用于杀死食品中的病原菌。4、高压蒸汽灭菌（normal autoclaving）：1kg/cm2，121.5 ，15-30min。5、超高温瞬时杀菌法（Ultra high temperature short time，UHT）：灭菌温度13

59、2-150，3-5s，可杀死微生物的营养细胞和耐热性强的芽孢细菌，但污染严重的鲜乳在142以上杀菌效果才好。 第一百一十四张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（一）、干热灭菌（diy heat sterilization）主要用于玻璃器皿和金属器械的灭菌。1、火焰灭菌：直接利用火焰燃烧杀灭微生物。该方法灭菌迅速、彻底。2、加热空气灭菌：将空气加热达140-160oC，保持1-2h。 第一百一十五张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月二、湿度干燥能引起微生物细胞内蛋白质变性和盐浓度增高，这是抑制微生物生长或促进其死亡的主要原因。 第一百一十六张，PPT共一百五十五页，创作于20

60、22年6月二、湿度1.微生物对Aw的要求 （1）每种微生物有特征性的最适和最低Aw（2）霉菌生长的最低Aw 酵母 4.5pH 4.5pH 4.55.34.53.7第一百三十张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月3、食品pH在食品加工中的重要性 第一百三十一张，PPT共一百五十五页，创作于2022年6月（三）pH值与食品腐败变质1、腐败菌和常见致病菌生长的适宜pH值 微生物pH范围最适pH细菌4.5 9.07.0酵母2.4 9.24.0 5.8霉菌1.5 11.03.0 6.0不同类群微生物对不同pH的适应能力 pH 4.5 霉菌、酵母 细菌、霉菌、酵母 第一百三十二张，PPT共一百五十