第三节---影响微生物生长的主要因素.ppt

,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,*,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,*,微生物学,第三节 影响微生物生长 的主要因素,物理因素：,温度、,pH,和,氧气,（最主要）,微生物的六大类营养要素,碳源、氮源、能源、,生长因子、无机盐、水,一、温度,温度是影响微生物细胞生长和存活的最重要的因素之一。,最低生长温度,最适生长温度,最高生长温度,3个重要指标,生长温度三基点,(three cardinal point),温 度,生长速度,温度,停止生长,致死,最低,最高,最适,微生物按其最适生长温度,范围可分为：,嗜冷菌,嗜温菌,嗜热菌,最适生长温度,：,即某微生物分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。不同微生物的最适生长温度是不一样的。,微生物作为整体来言，其温度的三基点是极其宽的，堪称“生物世界之最”。,对某一具体微生物来说，其生长温度的,宽,和,窄,与它们长期进化过程中所处的生存环境温度有关。,宽温微生物,窄温微生物,一些生活在土壤中的芽孢杆菌（1565）；既可在人体大肠中生活，也可在体外环境中生活的,E.coli,（1047.5）；,专性寄生在人体泌尿生殖道中的,Neisseriagonorrhoeae,（,淋病奈瑟氏球菌）（3640）；,最适生长温度,（,optimum growth temperature,）,简称,最适温度,，是指某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度。,对同一微生物来说，,最适温度并非一切生理过程的,最适温度,一般规律,最适温度生长得率最高时的培养温度，,发酵速率或累积代谢产物最高时的培养温度，,累积某一代谢产物量最高时的培养温度。,强 调 指 出,例如，在,Penicillium chrysogenum,（,产黄青霉）总共,165,小时的,青霉素发酵,过程中，根据不同生理代谢过程的温度特点,分四段,控制其培养温度。,0,小时,5,小时,40,小时,125,小时,165,小时,结果，青霉素产量提高了14.7,。,30 25 20 25,这一规律对指导发酵生产有着重要的意义。,二、氧气,氧对微生物的生命活动有着极其重要的影响。,好氧微生物,（,好氧菌,，,aerobes,）,厌氧微生物,（,厌氧菌,，,anaerobes,）,细分为5类,微生物与氧的关系,根据微生物与氧的关系可细分为5类,专性好氧菌,：,需氧，正常大气压下呼吸产能,以呼吸为主，兼营发酵产能,好氧菌,兼性厌氧菌,以呼吸为主，兼营厌氧呼吸产能,微好氧菌,：,需要微量氧下生活,耐氧菌,：,不需氧，只以发酵产能，氧无毒害,厌氧菌,(专性)厌氧菌,：,氧有害或致死，以发酵或无氧呼吸产能,必须在较高浓度分子氧（0.2巴）的条件下才能,生长，它们有完整的,呼吸链,，以,分子氧,作为最终氢受体，含有,超氧化物歧化酶,（,superoxide dismutase,，,SOD,）,和,过氧化氢酶,（,catalase,）。,1.专性好氧菌,（,obligate or strict strictaerobe）,绝大多数,真菌,和许多,细菌,、,放线菌,都是专性好氧菌，,例如，,Acetobacter,（,醋杆菌属）、,Azotobacter,（,固氮菌属）、,Pseudomonas aeruginosa,（,铜绿假单胞菌，又称绿脓杆菌）、,Coeynebacterium diphtheriae,（,白喉棒杆菌）等。,2.,兼性厌氧菌,（,facultative anaerobes,）,是以在有氧条件下的生长为主也可兼在厌氧条件下生长的微生物，有时也称,“兼性好氧菌”,（,facultative aerobes,）,。,它们能在有氧时靠,呼吸,产能；无氧时借,发酵,或,无氧呼吸,产能，细胞含,SOD,和过氧化氢酶。,许多,酵母菌,和不少,细菌,都是兼性厌氧菌。,例如，,Saccharomy cescerevisiae,（,酿酒酵母）、,Bacillus licheniformis,（,地衣芽孢杆菌）、,肠杆菌科的各种细菌包括,Ecoli,、,Enterobacteraerogenes,（,产气肠杆菌，旧称产气气杆菌或产气杆菌）、,Proteusvulgaris,（,普通变形杆菌）等。,3.,微好氧菌,（,microaerophilic bacteria,）,只能在,较低的氧分压,（0.010.03巴，正常大气中的氧分压为0.2巴）下才能正常生长的微生物,。,也是通过,呼吸链,并以,氧,为最终氢受体而产能。,例如，,Vibrio cholerae,（,霍乱弧菌）、,Hydrogenomonas,（,氢单胞菌属）、,Zymomonas,（,发酵单胞菌属）,和,Campylobacter,（,弯曲菌属）等。,4.,耐氧菌,（,aerotolerant anaerobes,）,即,耐氧性厌氧菌,的简称。,是一类可在分子氧存在下进行发酵性厌氧生活的厌氧菌。它们的生长不需要任何氧，但分子氧对它也无毒害。它们,不具有呼吸链,，仅依靠,专性发酵,和,底物水平磷酸化,而获得能量。耐氧机制是细胞内存在,SOD,和,过氧化物酶,，但,缺乏过氧化氢酶,。,一般的,乳酸菌,多数是耐氧菌，,例如，,Streptococcus lactis,（,乳链球菌）、,Sfaecalis,（,粪链球菌）、,Lactobacillus lactis,（,乳酸乳杆菌）、,Leuconostoc mesenteroides,（,肠膜明串珠菌）等；,非乳酸菌类耐氧菌，,例如，,Butyribacterium rettgeri,（,雷氏丁酸杆菌）等。,5.,厌氧菌,（,anaerobes,）,严格厌氧菌,（,专性厌氧菌,，,strict or obligate anaerobes,）,一般厌氧菌,特点：,分子氧对它们有毒，即使短期接触也会抑制甚至致死；,在空气或含10,CO,2,的空气中，它们在固体或半固体培养基的表面上不能生长，只有在其深层的无氧或低氧化还原势的环境下才能生长；,生命活动所需能量是通过,发酵,、,无氧呼吸,、,循环光合磷酸化,或,甲烷发酵,等提供；,细胞内缺乏,SOD,和,细胞色素氧化酶,，大多数还缺乏,过氧化氢酶,。,常见的厌氧菌：,Clostridium,（,梭菌属）、,Bacteroides,（,拟杆菌属）、,Fusobacterium,（,梭杆菌属）、,Bifidobacterium,（,双歧杆菌属）、,以及各种光合细菌和产甲烷菌（,methanogens,）,等。,极端厌氧菌,27,氧与细菌生长的关系,1971年在,McCord,和,Fridovich,提出关于专性厌氧生活的,超氧化物歧化酶（,SOD）,学说,。,关于厌氧菌的氧毒害机制,无,无活力,无活力,严格厌氧菌,无,无活力,有活力,耐氧性厌氧菌,有,有活力,有活力,好氧菌,细胞色素系统,过氧化氢酶,超氧化物歧化酶,（SOD）,菌类型,经过广泛调查不同微生物中,SOD,和过氧化氢酶的分布状况后得出：,SOD,的功能：,保护好氧菌免受,超氧化物阴离子自由基,的毒害，从而提出了,缺乏,SOD,的微生物,必然只能进行,专性厌氧生活,的学说。,O,2,.,-,超氧阴离子自由基 普遍存在,H,2,O+,1/2,O,2,过氧化氢酶,（好氧菌）,2,H,2,O,过氧化物酶,（耐氧菌）,NADH,2,NAD,O,2,.,+2H,+,H,2,O,2,+O,2,-,SOD,（好氧菌及耐氧菌）,按,SOD,分子中所含金属辅基的不同，可把它分为3类：,真核生物的线粒体中,Mn,原核生物,Fe,几乎所有的真核生物的细胞质中,Cu、Zn,存在的范围,SOD分子中所含,金属辅基,类型,三、pH,pH,值表示某水溶液中氢离子浓度的负对数值。,纯水呈中性，其氢离子浓度为10,-7,mol/L，,定其,pH,值为7。,最低生长,pH,最适生长,pH,最高生长,pH,最适生长,pH,值偏于碱性范围内的微生物,嗜碱微生物,（,basophile,）,耐碱微生物,（,basotolerant microorganism,）,例如,硝化细菌、尿素分解菌、根瘤菌和放线菌等,如若干链霉菌等,嗜碱性的,能耐较碱的条件,最适生长,pH,值偏于酸性范围内的微生物,嗜酸微生物,（,acidophile,）,耐酸微生物,（,acidotolerant microorganism,）,如,Thiobacillus,（,硫杆菌属）等,如乳酸杆菌、醋酸杆菌、许多肠杆菌和假单胞菌等,一般地说，多数真菌是嗜酸的（,pH5），,而多数放线菌则是嗜碱的（,pH8）。,嗜酸性的,能耐较酸的条件,对发酵生产中,pH,的控制最为重要。,许多抗生素的生产菌也有同样的情况。,不同种类微生物,不同的最适生长,pH,值,同一种微生物在不同的生长阶段,和不同的生理、生化过程,可免除了,DNA、ATP、,菌绿素和叶绿素等重要成分被酸破坏，,或,RNA、,磷脂类等被碱破坏的可能性。,外环境,pH,相当稳定，一般都,接近中性,pH,变化很大,微生物细胞,内环境,胞内酶,最适,pH,一般,接近中性,周质空间中的酶,胞外酶,最适,pH,接近环境的,pH,pH,对细胞,的影响,直接影响,间接影响,pH,影响培养基中营养物质的离子化程,度,微生物对营养物质的吸收、,环境中有害物质对微生物的毒性、,代谢反应中各种酶的活性等,影响,微生物的生命活动过程中也会,能动地,改变外界环境的,pH，,培养基的原始,pH,在培养微生物过程中会时时发生改变。如,糖类,pH,有机物 脂肪,pH,培养基内 蛋白质,pH,中性成分,(,NH,4,),2,SO,4,pH,无机盐,NaNO,3,-pH,发酵、氧化,水解,脱羧,NH,4,选择吸收,NO,3,-,选择吸收,在一般培养过程中往往,以变酸占优势,，因此，随着培养时间的延长，一般培养基会变得较酸。,pH,变化与培养基的组分尤其是,碳氮比,有极大的关系，,碳氮比高,的培养基经培养后,pH,值常会明显,下降,例如培养各种,真菌,的培养,基,碳氮比低,的培养基经培养后,pH,值则常会明显,上升,例如培养一般,细菌,的培养,基,在微生物培养过程中，一项重要措施,如何及时调节合适的,pH,。,根据表面现象而进行直接、快速但不能持久的调节。,根据内在机制所采用的间接、缓效但能发挥较持久作用的调节。,调节措施,治标,治本,过酸时：,加NaOH、Na,2,CO,3,等碱液中和,治标,过碱时：,加H,2,SO,4,、HCl等酸液中和,pH,调节,加适当氮源：加尿素、NaNO,3、,过酸时,NH,4,OH 或蛋白质等,治本,提高通气量,加适当碳源：加糖、乳酸、醋酸、,柠檬酸或油脂,过碱时,降低通气量,