食品微生物课程总结.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,*,一、树立三个意识,微生物无处不在,和人类关系密切,微生物的多样性,食品微生物学,微生物学基础,微生物与食品行业关系,在食品工业的应用,食品的卫生与安全问题,食品的腐败变质,食源性疾病,微生物生理,微生物遗传,微生物生态,形态、结构和功能,微生物营养,微生物代谢,微生物生长繁殖,微生物污染,课程体系框架,二、微生物的定义及其在分类学上的地位,传统定义,：微生物（microorganism,microbe）是一类肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。它们是一些个体微小构造简单的低等生物。,纳米比亚嗜硫细菌、费氏刺尾鱼菌(肉眼可以直接看到),微生物学的奠基人,细菌学奠基人,1、否定自然发生说,2、预防接种,3、发酵作用是微生物引起的,4、巴氏消毒,1、微生物纯培养技术,2、柯赫法则,3、炭疽病病原菌,4、肺结核病原菌,原核微生物的形态、构造与功能,微生物,非细胞生物,(acellular microorganisms),细胞型生物,原核生物,(prokaryotes),真核微生物,（eukaryotic microorganisms）,一、微生物类群划分,真细菌（eubacteria）域,古生菌（archaea）域,原核生物,真细菌的6种类群：,“三菌”,化能营养,细菌,蓝细菌,放线菌,光能营养,“三体”,人工培养：支原体,专性细胞寄生 衣原体立克次氏体,球状：双球、链球菌、八叠球菌、葡萄球菌,杆状,：单杆、双杆、连杆、球杆、棒杆、分枝杆菌,螺旋状：弧菌、螺旋菌,基本形态,二、细菌个体形态和排列、大小,大小,测量单位：m（微米）,G,+,细菌细胞壁,G,+,细菌的细胞壁,肽聚糖(peptidoglycan)(90%),磷壁酸（teichoic acid）(10%),G,+,细菌细胞壁特有的化学成分,1、细胞壁（cell wall）,三、细菌细胞的构造与功能,是真细菌细胞壁中的特有成分。,单体由三部分组成：,(1)双糖单位：,N乙酰葡萄糖胺（NAG）,和,N乙酰胞壁酸（NAM）,(2)四肽尾,(3)肽 桥,肽聚糖构造,（以,金黄色葡萄球菌作为模式）,G,-,细菌细胞壁,（1）外膜(outer membrane),，又称外壁层,脂多糖、磷脂,和,脂蛋白,等若干种蛋白质组成的膜。,脂多糖（LPS）是革兰氏阴性细菌细胞壁特有的成分,。,三部分组成：,类脂,A,核心多糖,O-,特异侧链（,O-,多糖，,O-,抗原）,（2）肽聚糖,没有特殊的肽桥，只形成较为疏稀、机械强度较差的肽聚糖网套,G+菌和G-细胞壁结构,、细胞壁层比较：G+菌为单层、比较厚；而G-菌细胞壁为2层，但比较薄。,、组成成分比较：G+细胞壁组分简单，只含肽聚糖和磷壁酸;G-组分复杂，外膜有脂多糖、磷脂、脂蛋白，内壁层为肽聚糖。,、肽聚糖：G+含量高，一般有肽桥，交联紧密。G-含量低、无特殊的肽桥，交联疏松。,L型细菌（L-form of bacteria）,细菌在某些环境条件下（实验室或宿主体内）通过自发突变而形成的遗传性稳定的细胞壁缺陷变异型。,几种无细胞壁细胞类型,自发突变,：,L型细菌,实验室或宿主体内形成 基本去尽：原生质体（G,+,）,缺壁细菌,人工去壁,部分去除：球状体（G,-,）,在自然界长期,进化,中形成：支原体,简单染色法,正染色 革兰氏染色法,鉴别染色法,死菌,负染色：荚膜染色法等,细菌染色法,活菌：用美蓝或TTC（氧化三苯基四氮唑）染色,常用的染色方法,鞭毛染色法,芽孢染色法,2、细菌染色,革氏阳性菌,革氏阴性菌,肽聚糖,含量,高,，交联,密,含量,低,，交联疏,松,脂类,一般,无,含量,高,乙醇作用,脱水,作用,脂溶,作用,孔径,缩小,，结构更紧密,孔径,增大,，结构变得疏松,大分子复合物,滞留,大分子复合物,溶出,结果,紫色,红色,细胞壁结构与革兰氏染色的关系,“中体”仅是电镜制片时因脱水操作而引起的一种赝像；间体与,青霉素酶分泌、DNA复制、分配及细胞分裂（横隔壁形成）有关,。,3、内膜系统,中体（p26）,载色体和类囊体,都是光合细菌进行光合作用的场所,羧酶体(carboxysome),自养细菌固定CO,2,场所,4、细胞质,内含物,糖原：,大肠杆菌、芽孢杆菌和蓝细菌等,碳源及能源类 聚-羟丁酸（PHB）：,固氮菌、产碱菌等,硫粒：,紫硫细菌、贝氏硫杆菌等,贮藏物,氮源类 藻青素：,蓝细菌,藻青蛋白：,蓝细菌,磷源（异染粒）：,迂回螺菌、白喉棒杆菌、结核分枝杆菌,PHB,细菌特有的一种类脂性质的,A.碳源和能源类贮藏物；,B.维持胞内中性环境；,C.降低胞内渗透压。,5、细菌细胞的特殊结构,糖被或荚膜,（glycoclyx）,鞭毛（flagellum）特殊结构,芽孢（spore）,细菌的“运动器官”,。,鞭毛结构的三部分：,基体、钩形鞘、鞭毛丝,、荚膜（capsule）或糖被,包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的胶状物质。,多个细菌包被于共同的荚膜形成,菌胶团,。,功能,保护作用,（保护菌体免受干旱损伤；防止噬菌体的吸附和裂解；保护致病菌免受宿主白细胞吞噬。）,储藏养料,（营养缺乏时重新使用）,致病作用,（,是某些病原菌的,毒力因子,，如,S,型肺炎链球菌；也是某些病原菌的,粘附因子,，,如唾液链球菌和变异链球菌附着牙齿表面,龋齿）,染色特性,对染料亲和力低,。,经,负染色,（又称背景染色）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。,利用,菌种鉴定：利用糖被物质的血清学反应,制备生物医药制品（肠膜状明串珠菌的糖被）,制备黄原胶：石油开采、印染、食品等工业,污水处理：形成菌胶团的细菌（如生枝动胶菌）是活性污泥中的主要微生物。,食品发粘变质,污染发酵液，阻碍发酵的正常进行,增强致病力,发生龋齿,糖被的不利影响,3、芽孢,概念,某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢（偶译“内生孢子”，endospore）。,芽孢的特点,A.,抗逆性强,（热、干燥、辐射等）,生物界抗逆性最强的生命体。,C.,芽孢是休眠体，不是繁殖体,。,B.,折光性强，不易着色,（芽孢染色法）,。,构造,耐热机制,致密芽孢衣透性差,皮层,含吡啶二羧酸钙（DPA-Ca），,形成耐热凝胶样的物质,细胞质高度失水，具极强的耐热性。,特殊的小分子DNA结合蛋白，对芽孢DNA有稳定作用；,芽孢中的一些酶与另外一些物质结合后增强了抗热性。,消毒灭菌的最重要的指标：如肉类罐头以肉毒梭状芽孢杆菌作为消毒灭菌的重要指标,保藏菌种：沙土管保存细菌芽孢,筛选菌种：（土样+肉汤培养基,，,80，10,15 min）,研究芽孢的意义,分类依据。（芽孢的形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。）,有些产芽孢细菌可伴随产生有用的产物，如抗生素（短杆菌肽、杆菌肽等）,伴孢晶体,少数芽孢杆菌，例如,BT，,在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体内毒素，称为,伴孢晶体,。,四、细菌的繁殖方式,裂殖,芽殖,为主（绝大多数为二等分裂）,五、细菌的群体形态,菌落,：,由,单个或少量同种,微生物细胞在固体培养基表面或内部繁殖出来的，有一定形态和构造、肉眼可见的子细胞集团。,菌苔,：,众多菌落连成一片形成苔。,如斜面接种物,细菌菌落的特点,湿、粘、半透明、易挑起、质地均匀、内外正反颜色一致,菌落的用途,分离纯化,分类鉴定,细胞计数,选种与育种,获得菌落方法：,划线分离法、涂布分离法、倾注分离法,六、放线菌,放线菌是一类,多数呈,菌丝状,生长、以,无性孢子繁殖,、陆生性强、高G+C含量的,革氏阳性原核生物。,放线菌菌落形态示意图,气生菌丝,营养菌丝（基内菌丝）,孢子丝,放线菌的生长与繁殖,无性孢子,菌丝断裂,分生孢子：大多数放线菌,孢囊孢子：游动放线菌属、链孢囊菌属,常见于液体培养中,放线菌菌落形态,产生大量分枝气生菌丝菌种（如链霉菌属）的菌落：,干燥，不透明，质地致密，小而不蔓延，上覆不同颜色的干粉（孢子），正反颜色常不一致，与培养基结合紧密，不易挑起或挑起后不易破碎。,不产大量菌丝体的菌种（如诺卡氏菌属）：,菌落外形与细菌接近，粘着力差，粉质，针挑起易粉碎,游动放线菌,皮疽诺卡氏菌,细黄链霉菌,真核微生物的形态、构造与功能,真核微生物,真菌,单细胞藻类,原生动物,霉菌,酵母菌,覃菌（蘑菇）,丝状真菌,单细胞真菌,大型真菌,一、酵母菌（yeast）,泛指能发酵糖类并以芽殖或裂殖方式进行无性繁殖的一类,单细胞真菌,。这个术语无分类学意义。,个体形态,大多数为球状、卵圆、椭圆、圆柱等单细胞，有的,酵母菌子代细胞连在一起成为链状，称为假丝。,一般比细菌粗10倍左右。,一般用,高倍镜（4010）,观察,大小,酵母菌繁殖方式,芽殖（budding）:最普遍,裂殖(fission)：,裂殖酵母属,无性繁殖,芽裂,节孢子,产无性孢子,掷孢子,厚垣孢子,有性繁殖,：,子囊孢子、担孢子,菌落特征,酵母菌的菌落特征:与细菌菌落类似，但一般较细菌菌落大且厚，表面湿润，粘稠，易被挑起，多为乳白色，少数呈红色。此外，酵母菌的菌落，由于存在酒精发酵，一般还会散发出一股悦人的酒香味。,面包酵母,红酵母,假丝酵母菌粗糙型菌落,丝状酵母菌落,二、霉菌（mould，mold）,霉菌（mold）是一些“丝状真菌”的统称，不是分类学上的名词。霉菌菌体均由分枝或不分枝的菌丝（hypha）构成。许多菌丝交织在一起，称为菌丝体（mycelium）。,概念,菌丝形态(hypha),细胞形态,无隔膜菌丝,有隔膜菌丝,菌丝功能,营养菌丝,气生菌丝,繁殖菌丝,菌落形态,由粗而长的分枝状菌丝组成，菌落,疏松，呈绒毛状、垫状、棉絮状或蜘蛛网状,，比,细菌菌落大,几倍到几十倍，有的没有固定大小，菌落与培养基的,连接紧密,，不易挑取，菌落,正面与反面的颜色、构造，以及边缘等常不一致,。,霉菌繁殖方式,孢囊孢子,分生孢子,卵孢子,接合孢子,子囊孢子,担孢子,无性孢子,有性孢子,霉菌的繁殖,厚垣孢子,节孢子,菌丝断片,菌丝体及各种分化形式,营养菌丝体,分布在营养基质内，吸收营养,气生菌丝体,伸展到空中，有的气生菌丝产生子实体,菌丝体的特化：,有的菌丝在长期适应不同外界环境条件的过程中，特化成不同形态，如,厚垣孢子、假根和匍匐菌丝、吸器、附着胞,、,菌环,和,菌网,、,菌核、子座,等。,几种常见霉菌形态区别,根霉特征,具假根、匍匐枝,曲霉特征,具足细胞、最上层小梗酒瓶状,青霉特征,无顶囊，孢子穗扫帚状,非细胞结构微生物病毒,非细胞生物,至少含核酸和蛋白质二种组分,亚病毒,真病毒,类病毒,拟病毒,朊病毒,只含有不具侵染性的RNA组分,只含蛋白质组分,只含具侵染性的RNA组分,病毒的定义,病毒：是一种结构简单，能够自我复制并具有侵染性的独特非细胞生物体。,一、病毒形态结构及主要类群,核衣壳,非基本构造,病毒的结构,核心（core）：,DNA或RNA,衣壳（capsid）：,蛋白质,包膜(envelope)：脂蛋白或类脂、糖蛋白,刺突(spike)：糖蛋白,基本构造,螺旋对称,衣壳病毒：烟草花叶病毒,3种典型病毒衣壳的结构,二十面体对称,衣壳病毒：腺病毒,复合对称,衣壳病毒：T4噬菌体,胞外阶段,：“毒粒”形式存在。,胞内阶段,：主要以正在复制的核酸形式存在；,病毒存在形式,病毒的大小,个体小（测量单位nm），必需在电镜下观察,病毒的核酸,单链DNA（ss DNA）；,双链DNA（ds DNA）；,单链RNA（ss RNA）；,双链RNA（ds RNA）,4种类型,噬菌体的生长周期,一步生长曲线：定量描述毒性噬菌体生长规律的曲线,二、噬菌体,潜伏期,：是从噬菌体吸附于宿主细胞表面到子代噬菌体释放所需的最短时间。包括：隐蔽（晦）期和胞内积累期。,裂解量,：是每个受侵染的细胞所产生的子代噬菌体的数目。,3个重要参数,裂解期,：是噬菌体从宿主细胞裂解释放时期。,烈性噬菌体的裂解周期,分吸附、侵入、复制、组装、释放五个阶段,如果大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，使细胞壁产生许多小孔，也可引起细胞立即裂解，但并未进行噬菌体的增殖，这种现象称为自外裂解（lysis from without）。,自外裂解（lysis from without）。,烈性噬菌体（virulent phage）：,感染宿主细胞后能在细胞内正常复制并引起宿主细胞迅速裂解的噬菌体。,温和噬菌体（temperate phage）：,定义：,感染宿主细胞后，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内（整合于宿主的基因组上或以质粒形成独立存在），并随宿主基因组的复制而同步复制，没有成熟噬菌体产生，不引起宿主细胞裂解的噬菌体。,这种噬菌体与宿主之间的关系称为,溶源性（lysogeny）。,整合于细菌染色体或以质粒形成存在的温和噬菌体基因组称做,原噬菌体,。,细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称做,溶源性细菌。,温和噬菌体基因整合到宿主的核基因组上，而使宿主获得了除免疫性外的新遗传性状的现象称为,溶原转变。如：,某些不产生毒素的细菌由于溶原化而得到产生毒素的能力,微生物生长与控制,一、微生物生长的概念,在微生物学中提到的“生长”，一般均指,群体生长,，即,单位时间里微,生物数量或生物量（Biomass）的变化,.,微生物生长,二、微生物生长的测定,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,（一）测生长量,比浊法,重量法,体积法,生理指标法,（二）计数法,1、平板菌落计数法,样品充分混匀；,每支移液管及涂布棒只能接触一个稀释度的菌液；,同一稀释度三个以上重复,取平均值；,每个平板上的菌落数目合适，便于准确计数；,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（,cfu,）表示。,注意事项,2、膜过滤培养法,当,样品中菌数很低,时。,3、液体稀释法The most probable number（最大或然数法）,主要适用于,只能进行液体培养的微生物,，或,采用液体鉴别培养基进行直接鉴定并计数,的微生物。,4、显微镜直接计数法,三、微生物的群体生长规律,（一）、生长曲线,生长曲线,细菌接种到定量的液体培养基中，定时取样测定细胞数量，以,培养时间为横座标，以菌数的对数为纵座标,作图，得到的一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。,一条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,（1）缓慢期：,发酵工业上需,尽量缩短该期,，以降低生产成本；在食品工业上，尽量在此期,进行消毒或灭菌,。,（2）对数生长期,：在生产实践中，是,研究微生物基本代谢的良好材料,。它也常在生产上,用作种子，使微生物发酵的迟缓期缩短,，提高经济效益。发酵工业上尽量,延长该期,，以达到较高的菌体密度。,（3）稳定期,：,菌体,产量达到了,最高值,。,（4）衰亡期,：释放次生代谢产物，菌体开始自溶，应,在衰亡期出现前结束发酵,。,单细胞微生物的生长规律特点及其对工业生产的指导意义,在细菌个体生长里，每个细菌分裂繁殖一代所需的时间为,代时,(Generation time,代时通常以G表示,。,（二）、同步培养,同步培养,使群体中的细胞处于比较一致的，生长发育均处于同一阶段上，即,大多数细胞能同时进行生长或分裂,的培养方法。,机械方法,离心方法,过滤分离法,硝酸纤维素滤膜法,同步培养物获取方法,环境条件控制技术,温度,培养基成份控制,其他（如光照和黑暗交替培养）,（三）、连续培养,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。分,恒浊连续培养,和,恒化连续培养,两种方式。,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。,连续培养,四、微生物生长的控制,消毒(Disinfection)：,杀死或灭活病原微生物（,营养体细胞,）；,灭菌(Sterilization)：,杀死包括芽孢在内的所有微生物；,（一）、控制微生物的化学物质,1、防腐剂和消毒剂,特点：对一切活细胞都有毒性，不能用于人或动物体内的化学治疗。,2、抗代谢物,有些化合物在结构上与生物体所必需的代谢物很相似，以至可以和特定的酶结合，从而阻碍了酶的功能，干扰了代谢的正常进行，这些物质称为抗代谢物(Antimetabolite)。,作用机制,抑制细菌细胞壁合成；,破坏细胞质膜；,作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化；,抑制蛋白质和核酸合成,3、抗生素,4、氧化剂、重金属盐、有机化合物等,专性好氧菌:,好氧菌,微好氧菌：,兼性厌氧菌,耐氧厌氧菌：,厌氧菌,(专性)厌氧菌：,1、氧气,（二）控制微生物的其它化学因素,不同微生物对pH要求不同,微生物生长的pH值三基点：各种微生物都有其生长的最低、最适和最高pH值。,嗜碱微生物,：硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌,耐碱微生物,：许多链霉菌,中性微生物,：绝大多数细菌，一部分真菌,嗜酸微生物,：硫杆菌属,耐酸微生物,：乳酸杆菌、醋酸杆菌,2,、,pH,值,（三）控制微生物的物理因素,温度,辐射作用,过滤,渗透压,干燥,超声波,等,每种微生物都有自己的,生长温度三基点,，即,最低、最适、最高生长温度,微生物生长的三个温度基点,微生物生长温度类型,低温型微生物（嗜冷微生物,5-20,）,中温型微生物（嗜温微生物,20-40,）,高温型微生物（嗜热微生物,45,以上）,当环境温度低于微生物的最适生长温度时，微生物的,生长繁殖停止,，当微生物的原生质结构并未破坏时，不会很快造成死亡并能在较长时间内保持活力，当,温度提高时，可以恢复正常的生命活动,。,低温对微生物的影响,2、辐射,紫外线杀菌或诱变原理：紫外线作用于,DNA，使其产生,胸腺嘧啶二聚体,，引起DNA结构变形，阻碍正常的碱基配对，从而造成,微生物变异或死亡。紫外线会使空气中的分子氧变成,臭氧,，臭氧释放的原子氧有杀菌作用。,1、高温灭菌（消毒）法,（四）微生物控制的方法,紫外线灭菌,用于,超净工作台,和,无菌室房间消毒,，照射时间为2030分钟。,4、辐射,3、过滤除菌法,冷藏法,冷冻法,2、低温抑菌,5,、干燥和改变渗透压,6,、添加化学物质,7,、微波与超声波,8,、超高压,微生物的营养,微生物的六（五）大营养要素,碳源（,carbon source,）,氮源（,nitrogen source,）,生长因子（,growth factor,）,无机盐（,mineral salts,）,水（,water,）,能源,（,energy source,）,无机C源,：CO,2,、碳酸盐，只能被自养微生物利用,有机C源,：各种糖类，其次是有机酸、醇类、脂类和烃类化合物,碳源种类,C,素构成细胞及代谢产物的,骨架,C,素是大多数微生物代谢所需的,能量来源,碳源功能,分子态氮,：固氮微生物以分子氮为唯一氮源,无机态氮,：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用,有机态氮,：蛋白质及其降解产物,a速性氮源：实验室常用,牛肉膏、蛋白质、酵母膏,做氮源,b迟速性氮源：生产用,玉米浆、豆饼、花生饼,等。,氮源种类,为微生物提供合成细胞物质代谢产物的原料，氮源,一般不做能源,，只有,硝化细菌,利用铵盐，亚硝酸盐作氮源,同时也作能源。同时也做能源。,氮源功能,微生物生长不可缺少的,但不能用简单的碳、氮源自行合成的一类微量有机物质叫生长因素。,维生素、碱基、氨基酸,生长因素（growth factor）,营养缺陷型,某些菌株发生突变(自然突变或人工诱变)后，失去合成某种(或某些)对该菌株生长必不可少的物质(通常是生长因子如氨基酸、维生素)的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为,营养缺陷型,(auxotroph)，相应的野生型菌株称为,原养型,(prototroph)。,营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗传学方面的研究。,微生物的营养类型,不同营养类型之间的界限并非绝对,半合成培养基,合成培养基,天然培养基,固体培养基；半固体培养基；液体培养基,琼脂加量问题,基本培养基,仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基，成为基本培养基基本培养基。,完全培养基,在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基,鉴别培养基,用于鉴别不同类型微生物的培养基.特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。,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根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中,加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长,，有利于所需微生物的生长。,伊红,和,美蓝,二种苯胺染料可抑制,G,+,细菌,和部分难培养的,G,-,细菌,。,在低酸度时，这二种染料结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。,试样中的多种肠道菌会在EMB培养基上产生相互易区分的特征菌落，因而易于辨。例如,大肠杆菌,强烈,分解乳糖,而,产生大量的混合酸,，菌体呈酸性，菌落被染成,深紫色,，从菌落表面的反射光中还可看到,绿色金属闪光。,EMB培养基,加富培养基或富集培养基(enrichment medium),根据培养菌种的生理特性加入有利于该种微生物生长繁殖所需的营养物质，该种微生物则会旺盛生长。主要用于分离筛选和菌种保存。,营养物质进入细胞方式,简单扩散(simple diffusion),促进扩散(facilitated diffusion),主动运输(active transport),基团转位（group translocation）,四种运送方式比较,运输过程中需要能量，被运输的物质发生化学变化的运输叫基团移位。,许多糖就是靠基团移位进行运输的。,这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶系统来运输营养物质的。,基团移位(group translocation),磷酸转移E系统（PTS）,热稳定蛋白HPr,酶（非特异性）,酶:,酶a(非特异性)，酶b(特异性)，酶c(特异性).,有一个复杂的运输系统来完成物质的运输,Mg2+酶,PEPHPr磷酸-HPr+丙酮酸,Mg2+酶,磷酸-HPr糖 糖-磷酸脂HPr,(在细胞质中进行),（在细胞膜上进行）,热稳性蛋白的激活,糖经磷酸化进入细胞,基团转移机制,微生物的代谢,(1)EMP途径,微生物底物脱氢的四条途径,（2）HMP途径(单磷酸已糖途径),（3）ED途径：微生物特有,(4)TCA循环,ED途径的特点,ED途径的特征反应是,2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸(KDPG),裂解为,丙酮酸,和,3-磷酸甘油酸,。,其特征酶是,KDPG,醛缩酶。,ED途径两分子丙酮酸来历不同，一分子是由,KDPG直接裂解,而成，另一分子是由,3-磷酸甘油酸经EMP途径转化,而来。,ED途径只产生,一分子ATP,呼吸（respiration）,又称好氧呼吸，是一种最普遍又最重要的生物氧化或产能方式，其特点是底物常规方式脱氢后，脱下的氢,经完整的呼吸链又称电子传递链传递，最终被外源分子氧接受，产生了水并释放出ATP形式的能量,。,无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是NO,3-,、NO,2-,、SO,4,2-,、S,2,O,3,2-,、CO,2,等,无机物,，或,延胡索酸,（fumarate）等有机物。,无氧呼吸的类型,无氧呼吸,硝酸盐呼吸：在无氧条件下，一些微生物以硝酸盐作为最终电子受体还原成亚硝酸、NO、NO,2,直至N,2,的生物学过程，也称为异化性硝酸盐还原作用（Dissimilative），又叫,反硝化作用,。,硝酸盐呼吸,在无氧等外源氢受体的条件下，底物脱氢后所产生的还原力H未经呼吸链传递而,直接交某一内源性中间代谢物接受,，以实现底物水平磷酸化产能的一类生物氧化反应。,发酵,丙酮酸,CO,2,乙醛,NADH,NAD+,乙醇,磷酸二羟基丙酮,NADH,NAD+,磷酸甘油,甘油,酵母的酒精和甘油发酵（工业控制）,酵母一型发酵,酵母二型发酵,亚硫酸氢钠,（磺化羟基乙醛）,酸性条件下,存在亚硫酸氢钠时,酵母三型发酵,弱碱性条件下,磷酸二羟基丙酮,NADH,NAD+,磷酸甘油,甘油,乙酸,NADH2,NAD+,乙醇,乙醛,乙醛,巴斯德效应,在有氧条件下，酵母菌行有氧呼吸，发酵作用受到抑制的现象。,同型乳酸发酵,(德氏乳杆菌、乳酸杆菌、保加利亚乳杆菌等),葡萄糖,丙酮酸,NADH+H,+,NAD,+,乳酸,异型乳酸发酵,凡葡萄糖经发酵后除了主要产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和CO2等多种产物的发酵叫,异型乳酸发酵,。,肠膜明串珠菌、乳脂明串珠菌、短乳杆菌、两歧双歧杆菌等,混合酸发酵,大肠杆菌,、志贺氏菌、沙门氏菌属中的一些细菌能利用葡萄糖进行混合酸发酵。,甲基红试验原理,丁二醇发酵,产气肠杆菌,、欧文氏菌属中的一些细菌分解葡萄糖产生大量的1,3-丁二醇,VP试验原理,大肠杆菌：,产气肠杆菌：,甲基红试验阴性,V.P.试验阳性,甲基红试验阳性,V.P.试验阴性,通过ED途径的发酵,细菌的酒精发酵,Zymomonas mobilis,(运动发酵单胞菌),特点：,电子传递途径属循环方式,产能与产还原力分别进行,还原力来自H2S等无机物,不产生氧,光合细菌主要产能方式,环式光合磷酸化,非环式光合磷酸化,特点：,电子传递途径为非循环式,有氧条件下进行,有PS,和PS,2,个光合系统,同时产生还原力、ATP和O,2,还原力中的H来自H,2,O的光解,蓝细菌、藻类主要产能方式,肽聚糖的合成,肽聚糖合成过程的两个载体：UDP，类脂载体,1.在细胞质中的合成,a.由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸,b.由N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸,2.在细胞膜中的合成：肽聚糖单体,3.在细胞膜外的合成,(1)转糖基化作用,(2)转肽作用,微生物遗传变异和育种,证明遗传物质是DNA（RNA）的三个经典实验,经典转化实验,噬菌体感染实验,病毒重建实验,质粒,质粒（plasmid）：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。,质粒的特点,非必需，体积小，多拷贝，自我复制，可转移，可重组，不亲和。,质粒的主要类型,致育因子（Fertility factor，F因子）,抗性因子（Resistance factor，R因子）,产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）,毒性质粒（virulence plasmid）,代谢质粒（Metabolic plasmid）,隐秘质粒（cryptic plasmid）,致育因子(Fertility factor，F因子),又称F质粒，其大小约100kb，一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。,基因突变,基因突变：简称突变，是指细胞内（或病毒粒子内）遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化。,从自然界分离的菌株称野生型，突变后的菌株称突变型（株）。,（1）碱基置换：,一对碱基被另一对碱基所置换,转换：从一种嘌呤变到另一嘌呤 或从一种嘧啶到另一嘧啶，可称为转换；,颠换：从嘌呤到嘧啶（A-C或G-T等）或从嘧啶到嘌呤（C-G，T-A等），则称它为颠换。,（2）移码突变,：DNA分子中一对或少数几对核苷酸增加或缺失而造成的基因突变。,（3）染色体畸变,:某些因素使DNA发生大的损伤，使染色体产生畸变，结构上出现缺失、重复、倒位和易位的现象，数目上有所增减。,自发突变机制,（1）多因素低剂量的诱变效应；,（2）互变异构效应,基因突变机制,四种碱基第六位上的酮基或氨基的瞬间变构，会引起碱基的错配,。,T和G可以酮式或稀醇式出现，C和A可以氨基式或亚氨基式出现。平衡是倾向于酮式或氨基式的，因此，DNA双链中以AT和GC碱基配对为主。,互变异构效应,诱变剂：,能够提高生物体突变频率的物质。常用的诱变剂包括,物理、化学和生物,的三大类。,物理诱变剂：,紫外线,、快中子、X射线、射线、射线、激光,光复活作用,：把经UV照射后的M立即暴露于可见光下时，死亡率明显降低的现象。,（1）,碱基类似物,：2-氨基嘌呤、5-溴尿嘧啶、8-氮鸟嘌呤,原理：在,结构上和目标物类似，可以被用于DNA合成，但配对时和原有碱基表现出差异,。,如5-溴尿嘧啶（5-BU）是胸腺嘧啶（T）的类似物，BU（酮式）A，BU（稀醇式）G,化学诱变剂,（2）,与碱基反应的物质,：,烷化剂,（如亚硝基胍强致癌物）,原理：,诱变剂中含有一个或多个活性烷基，使碱基烷化。,如鸟嘌呤烷基化后，稀醇式为主要存在形式。GC G*T AT,脱氨基诱变剂,（如亚硝酸）,原理：,使碱基脱氨基,。如A脱氨基 H（次黄嘌呤）只能和C配对，ATHCGC,原理：,插入DNA双螺旋相邻的碱基对之间,，,引起DNA分子插入或缺失一个或几个碱基,，造成遗传密码转录和翻译的错误。,（3）,移码诱变剂,：丫啶类物质、丫啶氮芥衍生物,微生物基因重组,基因重组,（遗传重组）：指两个基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新新的稳定基因组的过程。,原核生物基因重组：,转化、转导、接合,和,原生质体融合,真核生物基因重组：,有性杂交.准性杂交,.原,生质体融合,受体菌直接吸收供体菌的DNA片段而获得后者部分遗传性状的现象。,转化因子,：起转化作用的供体细胞DNA片段。,转化子,：通过转化作用形成的杂种后代。,转化（transformation）,感受态,：指受体细胞最易接收外源DNA片段并能实现转化的一种生理状态。,转导（transductlo）,通过,噬菌体,为媒介，将供体菌细胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换和整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。,通过,完全缺陷噬菌体,对供体,任何DNA片段,的“误包”而使受体菌遗传性状发生相应改变的现象。分,完全普遍转导,和,流产普遍转导,两种,普遍转导,流产转导,外源DNA在受体内既不交换、整合和复制，也不迅速消失，仅表现稳定的转录、翻译和表达。,少量酶,特点：在选择培养基平板上形成微小菌落,由于供体菌的片段不能重组到受体的染色体上，它本身不具有独立复制的能力，随着细胞的分裂，供体片段只能沿着单个细胞传递下去，因为供体片段所编码的酶有限，每一个没有得到供体DNA片段的子细胞不能合成新酶，但仍含有母细胞残留的酶，只能完成少数几次细胞分裂，所以形成的是微小的菌落。,流产转导形成微小菌落的原因,概念：部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体中，并获得表达的转导现象。,局限性转导,高频转导：对双重溶源菌诱导,就会产生含50左右高频转导裂解物,用此转导受体菌,获得50转导子。,低频转导：通过一般溶源菌释放的噬菌体所进行的转导,相同点,：均以噬菌体为媒介，导致遗传物质的转移。,不同点,：,普通性转导局限性转导,能够转导的基因：供体菌的任何基因噬菌体基因两端基因。,噬菌体的位置：不整合到寄主的染色体整合到寄主染色体的特定位置上,转导噬菌体的获得：烈性噬菌裂解细胞 诱导溶源性细菌裂解。,转导噬菌体类型：完全缺陷噬菌体，缺陷噬菌体。,普通性转导和局限性转导比较,接合,概念：供体菌（“雄性”）通过性菌毛与受体菌（“雌性”）直接接触，把F质粒传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象。,通过接合而获得新遗传性状的受体细胞称为接合子。,F因子的四种细胞形式,a）F-菌株，不含F因子，没有性菌毛，但可以通过 接合作用接收F因子而变成雄性菌株（F+）；,b）F+菌株，F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。,c）Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。,d）F菌株，Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F因子。细胞表面同样有性菌毛。,1）F,+,F,-,杂交,杂交的结果：给体细胞和受体细胞均成为F,+,细胞,故HfrF,-,杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F,-,。,2）Hfr F,-,杂交,3）FF,-,杂交,给体的部分染色体基因随F一起转入受体细胞，形成F细胞,细胞基因的这种转移过程又常称为,性导，F因子转导,三种杂交方式及结果,真核微生物的基因重组,能产生单倍体有性孢子的微生物：能进行,有性杂交,通过减分裂中的染色体交换和随机分配而导致基因重组。,不产生有性孢子的微生物：可通过,准性生殖,而进行基因重组。它是一种较为低级的有性生殖过程。,准性杂交,：,不同遗传型微生物体细胞的核融合而导致的一种低频率基因重组现象,1.,菌丝联结,2.,形成异核细胞,3.,核融合,（核配）,4.,体细胞交换和单元化,准性杂交分为 4个过程,从自然界中选种步骤,样品采集增殖培养 分离纯化性能测定,增殖培养的原因和方法,分离纯化的方法：,筛选初筛（起定性的作用）复筛（起定量的作用）,平板划线分离法,稀释涂布分离法,单孢直接挑取法,诱变筛选方法:,诱变淘汰野生型检出鉴定营养缺陷型,诱变,淘汰野生型:抗生素法、菌丝过滤法,检出缺陷型：,同一平板夹层培养、限量补充,不同平板逐个检出、影印接种,鉴定营养缺陷型：生长谱法,营养缺陷型突变株的诱变筛选,微生物生态,2、不同类型的土壤、同一类型土壤的不同深度或不同水平位置，微生物种类和数量变化很大，,微生物主要分布在营养条件良好、氧气含量比较丰富的,浅土层,。,1、土壤微生物种类多、数量多、代谢潜力巨大，是主要的微生物源，是,微生物的大本营,。,土壤中的微生物分布特点,细菌（,10,8,）放线菌（,10,7,，孢子）霉菌（,10,6,，孢子）,酵母菌（,10,5,）藻类（,10,4,）原生动物（,10,3,）,3、每克耕作层土壤,各类微生物含菌量十倍递减,清水型水生微生物,微生物数量少,以化能自养型和光能自养型微生物为主。,水中,的“,土著,”,菌群。,数量多。,多为腐生细菌。,多为外来菌，一般难以长期生存。,腐败型水生微生物,水体中的微生物,水体自身存在自我净化作用：,海水微生物特点,1）嗜盐,2）低温,4）耐高压,3）大多革兰氏阴性、运动能力；,水体的富营养化的微生变化过程及后果,水体大量的有机物或无机物（磷酸盐和无机氮化合物）,藻类,等过量生长，产生大量的有机物,异养微生物,氧化这些有机物，耗尽水中的氧，使,厌氧菌,开始大量生长和代谢,分解含,硫化合物,，产生H,2,S，从而导致水有难闻的气味，,鱼和好氧微生物大量死亡,，水体出现大量沉淀物和异常颜色,空气中的微生物,无原生的微生物区系,来源于土壤、水体及人类的生产、生活活动；,空气中微生物检测方法：（1）固体法：平皿落菌法、撞击法（2）液体法阻留法,人体的正常微生物区系,正常人体的皮肤、黏膜及肠道等部位，存在大量的、种类稳定的微生物，称为人体,正常菌群,。,环境条件改变或着生部位改变：,正常菌群,致病菌,人体的正常微生物菌群一旦进入非正常聚居部位，或生态结构发生改变而引起人类疾病的微生物。,条件致病菌,悉生生物,悉生生物,：人为地接种上某种或某些已知纯种微生物的无菌动物（或植物）。,1.互生：,2.共生：,3.寄生：,4.拮抗：,5.捕食：,微生物与生物环境之间的关系,1、微生物对污染物的降解与转化,2、环境污染介质的微生物处理,污水处理、固体废弃物处理、气态污染物处理、污染环境的的生物修复,3、环境污染的微生物监测,通过,指示菌的数量,来判定水质污染程度和食品安全性;通过,Ames实验,检测环境中污染物质的致突变作用,微生物与环境保护,食品制造中的主要微生物及其应用,主要了解参于一些发酵食品中起作用的微生物种类。,食品的微生物污染,内源性污染：凡是作为,食品原料的动植物体,在生活过程中，由于本身带有的微生物而造成的食品污染称为内源性污染，也称第一次污染。,微生物污染食品的及途径,外源性污染：食品在生产、加工、运输、贮藏、销售、食用过程中,通过水、空气、人、动物、机械设备及用具,而使食品发生的微生物污染。,食品中细菌数量,食品中的细菌数量，通常是以每克或每毫升食品中或每平方厘米食品表面积上所含有的细菌个数来表示,。,Cfu,（菌落形成单位，