微生物的生理与代谢.pptx

目标要求目标要求掌握掌握微生物生长繁殖的条件、方式、速度，生长曲线，菌落，细菌合成代谢产物及意义；熟悉熟悉细菌在培养基中的生长现象。微生物的营养类型微生物的营养类型根据微生物生长所需要的碳源的性质 可分为:自养型微生物自养型微生物:能以CO2作为生长的主要碳源或唯一碳源。异养型微生物异养型微生物:不能以CO2作为生长的主要碳源或唯一碳源。微生物的营养微生物的营养根据微生物生长所需要能源不同可分为:光能营养型光能营养型:依靠光能生长。化能营养型化能营养型:依靠物质氧化过程中放出的能量进行生长。微生物的营养物质微生物的营养物质碳源（carbon source）氮源（nitrogen source）无机盐（mineral salts）生长因子（growth factor）水（water）一、碳一、碳 源源 凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质通称为碳源。谢产物中碳素来源的营养物质通称为碳源。（一）主要种类：（一）主要种类：CO2CO2、碳酸盐、糖、脂质、醇类、有机酸等。、碳酸盐、糖、脂质、醇类、有机酸等。（二）主要功能（二）主要功能 1.1.用来构成细胞物质的骨架。用来构成细胞物质的骨架。2.2.提供生理活动所需的能量。提供生理活动所需的能量。微生物的碳源谱类类型型元素水平元素水平 化合物水平化合物水平 培养基原料水平培养基原料水平有有机机碳碳C C H H O O N N X X复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等粉等C C H H O O N N多数氨基酸、简单蛋白多数氨基酸、简单蛋白质等质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等C C H H O O糖、有机酸、醇、脂类糖、有机酸、醇、脂类等等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等糖蜜等C C H H烃类烃类天然气、石油及其不同馏天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等份、石蜡油等无无机机碳碳C(?)C(?)C C O OCOCO2 2COCO2 2C C O O X XNaHCONaHCO3 3NaHCONaHCO3 3、CaCOCaCO3 3等等二、氮源二、氮源 凡是能被微生物用来构成菌体物质或代谢凡是能被微生物用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养物质通称为氮源产物中氮素来源的营养物质通称为氮源。（一）主要种类（一）主要种类 分子态氮、氨、铵盐、硝酸盐等无机含氮分子态氮、氨、铵盐、硝酸盐等无机含氮化合物；尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶等有化合物；尿素、氨基酸、嘌呤和嘧啶等有机化合物。实验室常用蛋白胨、牛肉膏、机化合物。实验室常用蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、富氮的胰酪蛋白等。酵母膏、富氮的胰酪蛋白等。（二）主要功能（二）主要功能 用来提供细胞原生质和其他结构物质中的用来提供细胞原生质和其他结构物质中的氮素。氮素。三、无机盐三、无机盐 大量元素：大量元素：P S K Mg Ca Na FeP S K Mg Ca Na Fe等。等。微量元素：微量元素：Co Zn Mo Cu MnCo Zn Mo Cu Mn等。等。这些元素是以无机盐的形式提供的，故称为无机盐或这些元素是以无机盐的形式提供的，故称为无机盐或生理功能生理功能 1.1.提供微生物细胞化学组成中提供微生物细胞化学组成中(除除C C和和N N外外)的重要元素。的重要元素。2.2.参与并稳定微生物细胞的结构。参与并稳定微生物细胞的结构。3.3.与酶的组成和活力有关。与酶的组成和活力有关。4.4.调节和维持微生物生长过程中渗透压、氢离子浓度和调节和维持微生物生长过程中渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位等生长条件。氧化还原电位等生长条件。四、生长因子四、生长因子 微生物生长所不可缺少的微量有机物质称为生长微生物生长所不可缺少的微量有机物质称为生长因子。因子。（一）主要种类（一）主要种类 维生素、氨基酸、嘌呤碱和嘧啶碱、卟啉及其衍维生素、氨基酸、嘌呤碱和嘧啶碱、卟啉及其衍生物、固醇、胺类等。生物、固醇、胺类等。（二）主要功能（二）主要功能 提供微生物细胞重要化学物质（蛋白质、核酸等）提供微生物细胞重要化学物质（蛋白质、核酸等）、辅因子（辅酶和辅基）的组分和参与代谢、辅因子（辅酶和辅基）的组分和参与代谢。五、水五、水 水是微生物营养中不可缺少的一种物质。水是微生物营养中不可缺少的一种物质。（一）主要功能（一）主要功能 1.1.水是微生物细胞的主要化学组成。水是微生物细胞的主要化学组成。2.2.水是营养物质和代谢产物的良好溶剂，营养水是营养物质和代谢产物的良好溶剂，营养物质和代谢产物都是通过溶解和分散在水中而物质和代谢产物都是通过溶解和分散在水中而进出细胞的。进出细胞的。3.3.水是细胞中各种生物化学反应得以进行的介水是细胞中各种生物化学反应得以进行的介质，并参与许多生物化学反应。质，并参与许多生物化学反应。4.4.水的比热高，汽化热高，又是热的良好导体，水的比热高，汽化热高，又是热的良好导体，保证了细胞内的温度不会因代谢过程中释放的保证了细胞内的温度不会因代谢过程中释放的能量骤然上升。能量骤然上升。5.5.水还有利于生物大分子结构的稳定。水还有利于生物大分子结构的稳定。概念概念：应科研或生产的需要，由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质（混合养料）。特点特点：任何培养基都应具备微生物所需要的五大营养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭菌。用途用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品。培养基培养基培养基的种类培养基的种类一、根据微生物的种类二、按培养基的成分三、按培养的用途 四、按培养基的物理状态根据微生物的种类分类 细菌培养基 放线菌培养基 霉菌培养基 酵母培养基按培养基的成分按培养基的成分 合成培养基 天然培养基 半合成培养基按培养的用途按培养的用途 基本培养基 加富培养基 选择培养基 鉴别不同微生物的培养基 保藏菌种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固体培养基固体培养基常用培养基种类常用培养基种类依物理性状不同依物理性状不同微生物的生长繁殖1.1.营养物质营养物质2.2.氢离子浓度氢离子浓度(pHpH)多数多数细菌及防线细菌及防线菌最适菌最适pHpH为为7.27.67.27.63.3.温度温度 多数病原菌最适多数病原菌最适3737（一）生长繁殖的条件4.气体 对氧气的需求（细菌）对氧气的需求（细菌）（1 1）专性需氧菌）专性需氧菌：如结核杆菌如结核杆菌（2 2）专性厌氧菌）专性厌氧菌：如破伤风梭菌如破伤风梭菌（3 3）兼性厌氧菌）兼性厌氧菌：大多数病原菌大多数病原菌（4 4）微需氧菌）微需氧菌：如空肠弯曲如空肠弯曲 COCO2 2对对细细菌菌的的生生长长也也很很重重要要。大大部部分分细细菌菌在新陈代谢过程中产生的在新陈代谢过程中产生的COCO2 2可满足需要。可满足需要。（二）生长繁殖的方式速度v细菌繁殖方式 二分裂繁殖；v繁殖速度 繁殖速度一般2030分钟一代 二分裂繁殖酵母菌的繁殖方式无性繁殖：芽殖、裂殖、无性孢子有性繁殖：有性孢子酵母菌的出芽繁殖酵母菌的出芽繁殖酵母菌的出芽繁殖酵母菌的出芽繁殖酵母的裂殖酵母的裂殖放线菌、丝状真菌的繁殖方式无性繁殖：菌丝断裂、无性孢子有性繁殖：有性孢子病毒的增殖方式自我复制支原体、立克次体、螺旋体的增殖方式二分裂衣原体的增殖方式特殊的原体始体细菌数目的对数培养时间细菌总数活菌数1234 迟缓期12对数生长期23稳定期34衰退期455群体生长繁殖规律群体生长繁殖规律迟缓期特点：迟缓期特点：细胞形态变大或增长；细胞形态变大或增长；细胞内细胞内RNA，尤其是，尤其是rRNA含量增高，合含量增高，合成代谢活跃，核糖体、酶类和成代谢活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加的合成加快，易产生诱导酶。快，易产生诱导酶。对外界不良条件反应敏感。对外界不良条件反应敏感。减少迟缓期时间措施：减少迟缓期时间措施：（1）遗传学方法改变种的遗传特性）遗传学方法改变种的遗传特性（2）用对数生长期的做种子）用对数生长期的做种子（3）接种前后培养基成分不要相差太大）接种前后培养基成分不要相差太大（4）适当扩大接种量）适当扩大接种量细菌代谢活性、酶活性稳定且高；大小细菌代谢活性、酶活性稳定且高；大小一致、形态典型；生活力强；一致、形态典型；生活力强；对数生长期的特点对数生长期的特点应用意义应用意义 保存菌种；生理代谢遗传研究的最佳时期；观保存菌种；生理代谢遗传研究的最佳时期；观察研究细菌形状的最佳时期；工业上延长发察研究细菌形状的最佳时期；工业上延长发酵时间；噬菌体接种的最佳年龄。酵时间；噬菌体接种的最佳年龄。稳定期的特点稳定期的特点 生长率为生长率为0，菌数最多并维持稳定，积累代，菌数最多并维持稳定，积累代谢产物最多。谢产物最多。应用意义应用意义生产上延长稳定期的方法：生产上延长稳定期的方法：补充营养物质（补料）或取走代谢产物；补充营养物质（补料）或取走代谢产物；调节调节pH、调节温度；、调节温度；对好氧菌增加通气、搅拌或振荡对好氧菌增加通气、搅拌或振荡发酵生产产物形成的重要时期发酵生产产物形成的重要时期衰亡期特点衰亡期特点细菌代谢活性降低；细菌衰老并出现自溶；产生或释放出一些产物，如氨基酸、转化酶、外肽酶或抗生素等。菌体细胞也呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊；细菌在培养基中的生长现象v液体培养基中生长现象 混浊：大多数细菌 沉淀：链状生长的细菌 菌膜：专性需氧菌，如结核杆菌、枯草杆菌 混浊混浊沉淀沉淀菌膜菌膜液体培养基中液体培养基中沉沉淀淀生生长长混混浊浊生生长长菌菌膜膜生生长长固体培养基中生长情况 分离培养：菌落（colony）：单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细菌集团。固体培养基中固体培养基中菌落（菌落（R R型）型）菌落（菌落（S S型）型）菌苔菌苔各各种种细细菌菌的的菌菌落落v半固体培养基中生长情况 v有鞭毛细菌：扩散生长，周围浑浊v无鞭毛细菌：沿穿刺线生长，周围透明第三节第三节 微生物的代谢微生物的代谢（一）细菌的分解性代谢产物及意义（一）细菌的分解性代谢产物及意义糖代谢产物和蛋白质代谢产物糖代谢产物和蛋白质代谢产物 意义：利用生物化学方法（生化反应）来鉴意义：利用生物化学方法（生化反应）来鉴别不同细菌别不同细菌 常用方法常用方法：糖发酵试验、糖发酵试验、VPVP试验、甲基红试试验、甲基红试验、枸橼酸盐利用试验、吲哚试验、验、枸橼酸盐利用试验、吲哚试验、H H2 2S S产生试产生试验验 利用分解代谢的产物和能量，合成新的物质利用分解代谢的产物和能量，合成新的物质合成合成产物产物热原质热原质毒素和侵袭性酶毒素和侵袭性酶色素色素 抗生素抗生素 细菌素细菌素 维生素维生素（二）细菌合成代谢产物及其应用（二）细菌合成代谢产物及其应用某某些些革革兰兰氏氏阴阴性性菌菌及及少少数数革革兰兰氏氏阳阳性性菌菌产产生生的的一一类类多多糖糖物物质质，注注入入人人体体或或动动物物体体内内可可引引起起发发热热反反应应。革革兰兰氏氏阴阴性性菌菌产产生生的的热热原原质质为为脂脂多多糖糖。耐耐热热，用用高高压压灭灭菌菌法法不不能能破破坏坏，可可经经2503025030分分钟钟或或18041804小小时时高高温温处处理理，液液体体中中的的热热原原质质可用离子交换剂或过滤方法除去。可用离子交换剂或过滤方法除去。热原质热原质对组织细胞有毒害作用如透对组织细胞有毒害作用如透明质明酸酶、血浆凝固酶等。明质明酸酶、血浆凝固酶等。侵袭侵袭性酶性酶内毒素内毒素内毒素内毒素 G G菌的脂多糖菌的脂多糖菌的脂多糖菌的脂多糖外毒素外毒素外毒素外毒素 G G菌和少数菌和少数菌和少数菌和少数G G菌产菌产菌产菌产生的蛋白质生的蛋白质生的蛋白质生的蛋白质毒素毒素如葡萄球菌产生的如葡萄球菌产生的金黄色色素、绿脓金黄色色素、绿脓杆菌产生的绿脓素，杆菌产生的绿脓素，可用于鉴别细菌。可用于鉴别细菌。色色素素柠檬色柠檬色白色白色维生素维生素具抑菌或杀菌具抑菌或杀菌作用，但抑菌作用，但抑菌谱窄，主要用谱窄，主要用于细菌分型于细菌分型 和和流行病的调查。流行病的调查。杀杀 菌菌 或或 抑抑菌菌 作作 用用，用用 于于 治治 疗疗感感 染染 性性 疾疾病病如如 维维 生生 素素 B B6 6、B B1212、K K2 2等等，可可用用于于治治疗疗维维生生素素缺缺乏乏所致的疾病所致的疾病抗生素抗生素细菌素细菌素达标检测微生物生长繁殖所需五大营养要素是微生物生长繁殖所需五大营养要素是 、和、和 等。等。细菌代谢产物与致病性无关的是细菌代谢产物与致病性无关的是()()A A外毒素外毒素 B B内毒素内毒素 C C侵袭性酶侵袭性酶 D D热原质热原质 E E细菌素细菌素细菌的生长繁殖方式是细菌的生长繁殖方式是()()A A二分裂方式二分裂方式 B B胞子出芽方式胞子出芽方式 C C自自我复制方式我复制方式 D D有丝分裂方式有丝分裂方式 E E增殖方增殖方式式