微生物的营养与生长.ppt
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1、第第 三三 章章微微 生生 物物 的的 营营 养养 与与 生生 长长5/13/20241.主要内容:微生物所需营养物质及其生理作用微生物的营养类型及特点微生物对营养物质的吸收方式、特点微生物生长的概念及其测定微生物的生长曲线及在食品工业中应用环境因子对微生物生长繁殖的影响微生物的培养基、培养方法与设备5/13/20242.第第 一一 节节微生物的营养5/13/20243.一、微生物细胞的化学成分 水:70-90%干物质:有机元素:C(50%)、H、O(30%)、N(10-13%)有机物:蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素及其降解产物 无机元素:常量元素:P、K、Ca、Mg、Fe、l 痕量元素:Cu
2、、Zn、B、Mol无机物:参与有机物组成 l 单 独 存 在 于 细 胞 质 内 以 无 机 盐 的 形 式存在。5/13/20244.二、微生物所需营养物质及其生理作用二、微生物所需营养物质及其生理作用 营养物质:为生物自身合成、产生能量 以及在代谢中起调节作用的物质。营养:机体吸收、利用营养物质的过程。根据营养成分,营养物质分为六种类型:C源、N源、能源、生长因素、无机盐、水分。5/13/20245.1、碳源:构成细胞物质及代谢产物中碳素来源的物质。作用:构成碳架来源与能源,约占细胞干物质的50%。种类:有机含碳化合物:糖、醇类、有机酸类。碳氢化合物:CH4、石油及其产物无机含碳化合物:C
3、O2、碳酸盐类、CN5/13/20246.2、氮源:、氮源:作用:构成细胞物质及代谢产物中氮素来源的物质。主要用于组成菌体的含氮物质,少数可作为能量(硝化细菌)。种类:N2NH3固氮菌。有机氮源:蛋白质(迟效氮源)、氨基酸无机氮源:NO3、NH4等。(速效氮源)5/13/20247.氨基酸自养型微生物:利用非AA类的简单氮源(尿素、NH4+、NO3-)自行合成所需要的一切AA。氨基酸异养型微生物:须从外界吸收现成的AA作为氮源的微生物。不论哪种状态的氮化物,都要首先转化成NH3再与有机酸结合转化成氨基酸。5/13/20248.3、矿素种类:大量元素:P、S、K、Mg、Ca、Fe.95%微量元素
4、:Zn、Mo、功能:1、构成细胞的各种成分如:Mg:叶绿素的辅因子;Ca:蛋白酶、淀粉酶的辅因子;构成芽孢。2、调节细胞的渗透压、pH、氧化还原电位3、能源:Fe、S等作为自养微生物的能源。5/13/20249.4、生长因子;微生物生长必不可少的微量有机物。如维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶。、维生素:多为酶的组分如硫胺素(B1)、核黄素(B2,FMN的前体);烟酸(NAD的前体);吡哆醇(B6,转氨酶辅基)泛酸、生物素。、氨基酸:微生物合成氨基酸的能力随种类而不同。如大肠杆菌可合成全部;鼠伤寒沙门氏菌Tyr;肠膜明串珠菌合成氨基酸的能力弱,需补充19种氨基酸。、碱基:核酸和辅酶的成分。5/13/2
5、02410.5、水:占细胞鲜重的7090%功能:构成细胞组分生化反应的介质溶剂热导体维持细胞渗透压水分:自由水:能够被利用的水束缚水:与溶质结合构成细胞结构的水,不能被利用进行生命活动。5/13/202411.水分活度水分活度:在相同温度和压力下溶质的蒸汽压与纯水的饱和蒸汽压之比:aw=P溶质/P0微生物需要的aw值为0.630.99。细菌、酵母菌霉菌盐细菌耐旱真菌5/13/202412.三、微生物的营养类型及特点划分依据:碳源、供氢体、能源根据碳源和供氢体的不同可分为有机营养型无机营养型;根据能源的不同可分为化能营养型光能营养型。5/13/202413.1、光能无机营养型能源:光。具光合色素
6、;叶绿素(蓝细菌)或菌绿素(光合细菌),光合磷酸化产生ATP。供氢体:还原性无机化合物碳源:CO2。例1:蓝细菌:H2O+CO2(CH2O)+O2供氢体碳源产氧型光合作用5/13/202414.例2:绿硫细菌、紫硫细菌:H2S+CO2(CH2O)+H2O+SNaS2O3+CO2+H2O(CH2O)+Na2SO4+H2SO4碳源供氢体细胞内或外积累硫,非产氧型光合作用VanNiel通式:CO2+H2ACH2O+H2O+A5/13/202415.2、光能有机营养型、光能有机营养型能源:光碳源:二氧化碳或简单有机化合物供氢体:有机化合物例:红螺菌:CO2+异丙醇CH2O+丙酮+H2O可利用净化有机废
7、水,生产SCP。5/13/202416.3、化能无机营养型、化能无机营养型氢细菌、铁细菌、硫化细菌、硝化细菌等能源:还原态无机物氧化:NH3、NO2、H2、H2S、S、S2O3-、Fe2+等。碳源:CO2、CO32+供氢体:无机化合物例1:氧化亚铁硫杆菌:Fe2+Fe3+e+E5/13/202417.例2:可用于细菌冶金:浸贫、尾矿,回收重金属如Cu原理:S+O2+FeSO4H2SO4+E氧化硫硫杆菌H2SO4+O2+FeSO4Fe2(SO4)3+H2O氧化铁硫杆菌CuS(辉铜矿)+Fe2(SO4)3CuSO4+FeSO4+SCuSO4+Fe(废铁)Cu+FeSO4例3:氢细菌:H2+1/2O
8、2H2O+56.2kcal例4:铁细菌:2Fe+1/4O2+2H+2Fe+1/2H2O+10.6kcalpH=01kcalpH=75/13/202418.4、化能异养型:、化能异养型:碳源、能源、供氢体均为有机物必须以适宜的有机物为养料,大多数微生物为此类。分腐生、寄生、专性寄生、兼性寄生四种。上述四大类型划分不是绝对的,有许多中间类型:红螺菌:光能异养:有光,无氧时。化能异养:无光,无氧时。5/13/202419.生物型动物微生物植物异养自养营养类型化能异养型化能异养型光能异养型化能自养型光能自养型光能自养型碳源糖、脂、糖、醇、有机酸、蛋白质及降解产物有机碳化物CO2二 氧 化 碳、碳酸盐等
9、二氧化碳、碳酸盐等氮源蛋白质及其降解产物蛋白质及降解物、有机无机氮化物无机氮化物无机氮化物能源与碳源同有机碳源或光能氧化无机物或利用光能光能生长因子维生素部分需要不需要不需要无机元素无机盐无机盐无机盐无机盐微生物和动物、植物营养物质的比较5/13/202420.5/13/202421.四、微生物对营养物质的吸收方式、特点四、微生物对营养物质的吸收方式、特点1、简单扩散简单扩散(simplediffusion),一种物理扩散。动力:细胞膜两侧的浓度差。能量:不需。载体:不需。例:CO2、气体、水、小分子脂溶性、水溶性物质。大肠杆菌对Na+的吸收。5/13/202422.2、促进扩散(、促进扩散(
10、facilitateddiffusion)特点:不耗能,浓度差为动力,顺浓度梯度。有特异性,需载体参与。例:真核微生物运送糖。分别有葡萄糖载体、亮氨酸载体、异亮氨酸载体。5/13/202423.3、主动运输(主动运输(activetransport)特点:需能,可逆浓度梯度运送物质需要载体运送前后底物无化学变化例:大肠杆菌运送乳糖、半乳糖、阿拉伯糖、氨基酸、K+(使膜内K+=300膜外K+5/13/202424.4、基团转位(grouptranslocation)特点:需能、逆浓度梯度,需载体,被运输底物运送前后发生化学变化。例:磷酸转移酶系统(PTS)对营养的吸收。1、系统组成:E1,E3:
11、非特异性,细胞质内E2:诱导酶,特异性。如E2GluHpr(heatstableprotein)2、过程:PEP+HprP-Hpr+丙酮酸(胞内,E1)糖+E2糖-E2(膜上)P-Hpr+糖-E2糖-P+Hpr+E2(膜内侧,糖-P进入质)磷酸化后,细胞膜对底物不再渗透,防止流出胞外。5/13/202425.5/13/202426.第第 二二 节节微微 生生 物物 的的 生生 长长5/13/202427.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5/13/202428.一、微生物生长的概念及其测定一、微生物生长的概念及其测定 1、生长生长 单细胞生物有机体细胞组
12、分和结构在量的方面的增加。繁殖繁殖 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。个体生长个体繁殖群体生长群体生长=个体生长+个体繁殖 5/13/202429.2、微生物计数法:、微生物计数法:、直接计数计数器计数:血球计数板 细菌计数板 比例计数:菌液+血液(血液细胞数恒定,男400万500万/mL,女350400万/mL。电子自动计数器:比浊法:浓度与吸光度成正比。细胞干重:菌丝过滤 测体积 5/13/202430.二、微生物生长的测定群体生长 直接计数:血球计数板
13、法5/13/202431.、间接计数:平皿菌落计数5/13/202432.、测定物质含量 测定含氮量:蛋白质=N%6.25 测定含碳量:生理指标:磷、DNA、RNA、ATP和 N乙酰胞壁酸等的含量,以及产酸、产气、产CO2(用标记葡萄糖作基质)、耗氧、粘度和产热等指标,均可用于生长量的测定。5/13/202433.3、微生物个体生长的测定:、微生物个体生长的测定:、电子显微镜观察、同步生长:培养基中的所有细菌处于细胞分裂的相同阶段。获取方法:、诱导法:控制温度、营养、或加抑制剂使细胞同时开始生长。、选择法:滤膜过滤,密度梯度离心,硝酸纤维素培养,等。意义;使群体中所有细胞尽可能处于同样的细胞生
14、长和分裂周期中。从群体研究水平研究个体细胞的变化。5/13/202434.二二、微微生生物物的的生生长长曲曲线线及及在在食食品品工工业业中中应应用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。5/13/202435.细菌纯培养群体生长规律1、延迟期(lag phase)2、对数生长期(log phase,expotential phase)3、稳定期(stationary phase)4、衰亡期(declined pha
15、se)5/13/202436.1、延迟期延迟期(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。
16、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5/13/202437.2、对数生长期(、对数生长期(log phase,expotential phase):):细菌特点:数以几何级数增加,A:增长速率常数R值最大,代时短;B:细胞进行平衡生长,菌体内各种成分最为均衡;C;酶系活跃,代谢旺盛。代时:(generation time,G)单个细胞完成一次分裂 所需时间。设n=分裂的代数;t0时细胞数x;t1时细胞数y.则 G=(t1t0)/n Y=2nX G=(T1T0)/3.3(lgy-lgx)5/13/202438.意义:是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察的
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