微生物的生长繁殖及其控制ppt.pptx

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,#,微生物的生长繁殖及其控制ppt,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第1页,1.1,微生物营养要素,1.1.1,微生物细胞化学组成,微生物细胞,水：,70%-90%,干物质,有机物,蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等,及其降解产物,无机物（盐）,微生物、动物、植物之间存在“营养上统一性”,细胞化学元素组成：,主要元素,：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；,微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。,1,、微生物营养,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第2页,1.1.2,元素在细胞内存在形式：,上述元素主要以水、有机物、无机盐形式存在于细胞中：,有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、,维生素及其降解产物,.,无机物：,1),参加有机物组成，,2),单独存在于细胞质内以无机盐形式存在,.,水：约占细胞总重,70%,90%,，以游离水和结合水两种形式存在,游离水：干重法可测得；,结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透,占水总量,17%28%,。,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第3页,1.1.3,微生物细胞化学组成含量改变,主要成份 细菌 酵母菌 霉菌,水分 7585 7080 8590,（占细胞鲜重%）,蛋白质 5080 3275 1415,占,细 碳水化合物 1228 2763 740,胞,干 脂肪 520 215 440,重,核酸 1020 6 8 1,%,无机盐 230 3.87 612,微生物细胞化学组成,此组成可因菌种种类、菌龄、培养基组成、培养条件、分析方法等而有所不一样,。,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第4页,1.2,营养物质及其生理功效,微生物与动植物营养要素比较,微生物生长所需要六大营养要素：,碳源、氮源、无机盐、生长因子、水、能源,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第5页,1.2.1,碳源（,Carbon source,）,定义：凡可被用来组成细胞物质或代谢产物中碳素起源营养物质。,功效：提供合成细胞物质及代谢物原料,;,并为,整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。,种类,:,无机含碳化合物：如,CO,2,和碳酸盐等。,有机含碳化合物：糖与糖衍生物（多糖：如淀粉、,麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、,醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物,以及各种含氮化合物。,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第6页,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、简单蛋白质等,普通氨基酸、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、石油及其不一样馏份、石蜡油等,无机碳,C(?),CO,CO,2,CO,2,COX,NaHCO,3,NaHCO,3,、,CaCO,3,、等,微生物碳源谱,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第7页,微生物工业发酵中用做碳源原料,传统种类：糖类（单糖，饴糖）,淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等）,麸皮,各种米糠等,代粮发酵：纤维素、石油、,CO,2,、,H,2,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第8页,凡用来组成菌体物质或代谢产物中氮素起源营养源。,种类：无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、,尿素、氨、,N,2,等；,有机氮：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、,氨基酸等）、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、,黄豆饼粉、玉米浆等,功效：,1,）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等原料；,2,）少数细菌能够,铵盐、硝酸盐等,氮源为能源。,1.2.2,氮源,（,Nitrogen source,）,：,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第9页,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、普通氨基酸、简单蛋白质等,尿素、蛋白胨、明胶等,无机氮,NH,NH,3,、铵盐等,(NH4),2,SO,4,等,NO,硝酸盐等,KNO,3,等,N,N,2,空气,微生物氮源谱,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第10页,硝酸盐,NO,3,NH,4,+,试验室常见无机氮源,:,有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。,生产上常见氮源,有硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。,蛋白氮必须经过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫,迟效氮源,。,无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在有机氮源能够直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做,速效氮源,。,速效氮源，通常有利于机体生长，迟效氮源有利于代谢产物形成。,铵 盐,氨基酸入胞 细胞物质,蛋白胨,豆 饼,蚕蛹粉,分解 入胞 细胞物质,诱导酶,诱导酶,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第11页,1.2.3,无机盐（,inorganic salt,）,定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外各种主要元素（包含大量元素和微量元素）物质，多以无机盐形式共给。,大量元素：,P,、,S,、,K,、,Mg,、,Ca,、,Na,、,Fe,（微生物生长所需浓度在,10,-3,10,-4,mol/L,）,微量元素：,Cu,、,Zn,、,Mn,、,Mo,、,Co,（微生物生长所需浓度在,10,-6,10,-8,mol/L,）,普通微生物生长所需要无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素化合物。,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第12页,无机盐生理功效,无,机,盐,大量,元素,微量,元素,普通功效,特殊功效,酶激活剂（,Cu,2+,、,Mn,2+,、,Zn,2+,等）,特殊分子结组成份（,Co,、,Mo,等）,维持渗透压,生理调整物质酶激活剂,pH,稳定,化能自养菌能源,(S,、,Fe,2+,、,NH,4,+,、,NO,2,-,),无氧呼吸时氢受体,(NO,3,-,、,SO,4,2-,),细胞内普通分子成份,(,如,P,，,S,，,Ca,，,Mg,，,Fe,等,),微生物的生长繁殖及其控制ppt,第13页,生理酸式盐和生理碱式盐,(NH,4,),2,SO,4,2NH,4,+,+SO,4,2-,入胞,pH,K,+,（,Na,+,）,+NO,3,-,入胞,pH,KNO,3,NaNO,3,NH,4,NO,3,NH,4,+,(,先入胞,)+NO,3,-,(,后入胞,),微生物的生长繁殖及其控制ppt,第14页,1.2.4,生长因子（,growth factor,）：,定义,:,是一类对微生物正常生活所不可缺乏而需要量又不大，但微生物本身不能用简单碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要有机营养物质。不一样微生物需求生长因子种类和数量不一样。,缺乏合成生长因子能力微生物称为“,营养缺点型,”微生物。,嘌呤和嘧啶：用于合成核酸,(DNA and RNA),氨基酸：蛋白质合成,维生素：组成酶辅基或辅酶,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第15页,依据微生物对生长因子需要存在差异,，,可分为：,野生型,(wild type),原养型,不需要生长因子而能在基础培养基,上生长菌株,营养缺点型,(auxotroph),因为自发或诱发突变等原因从野生,型菌株产生需要提供特定生长素物,质才能生长菌株,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第16页,1.2.5,水,水是微生物最基础组成份（,70,90,）,水是微生物体内和体外溶剂（吸收营养成份和代谢废物）,水是细胞质组分，直接参加各种代谢活动,调整细胞温度和保持环境温度稳定（比热高，传热快）,2,、微生物营养类型,异养型生物,自养型生物,生长所需要营养物质,生物生长过程中能量起源,光能营养型,化能营养型,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第17页,光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长,光能异养型：以光为能源，但生长需要一定有机营养,化能自养型：以无机物氧化取得能量，生长不依赖有机营养物,化能异养型：以有机物氧化取得能量，生长依赖于有机营养物质,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第18页,以,C0,2,作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其它无机硫化物作为,供氢体,将,CO,2,还原成细胞物质，同时产生元素硫,光能,CO,2,H,2,S CH,2,O+2S+H,2,O,光合色素,光能自养型微生物包含蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），因为含有光合色素，因而能使先能转变成化学能（,ATP,），供机体直接利用。,2.1,光能自养型微生物,2.2,光能异养型微生物,以,CO,2,为主要碳源或唯一碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢体，利用光能将,CO,2,还原成细胞物质，红螺菌属中一些细菌属于此种营养类型。,光能,2(H,3,C),2,CHOH+CO,2,2CH,3,COCH,3,+CH,2,O+H,2,O,光合色素,光能异养型细菌在生长时大多数采要外源生长因子,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第19页,2.3,化能无机自养型（化能自养型）,生长所需要能量来自无机物氧化过程中放出化学能；,以,CO,2,或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用,H,2,、,H,2,S,、,Fe,2+,、,NH,3,或,NO,2,-,等作为电子供体使,CO,2,还原成细胞物质。,化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光,环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参加地球物质环；,这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着主要作用。,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第20页,经过氧化无机物取得能量，并以,CO,2,为唯一或主要碳源,硝化细菌,:,亚硝化细菌,:2NH,4,+,+3O,2,2NO,2,-,+2H,2,O+4H,+,+132Kcal,硝化细菌,:NO,2,-,+1/2O,2,NO,3,-,+18.1 Kcal,硫化细菌,:,经过氧化还原态无机硫化物（,H,2,S,、,S,、,S,2,O,3,2-,、,SO,3,2-,）取得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属）,H,2,S+1/2 O,2,S+H,2,O+50.1 Kcal,S+1 1/2 O,2,+H,2,O H,2,SO,4,+149.8 Kcal,铁细菌：,氧化,Fe,2+,为,Fe,3+,获取能量并同化,CO,2,2Fe,2+,+1/2O,2,+2H,+,2Fe,3+,+H,2,O+21.2 Kcal,氢细菌,：含有氢化酶，从氢氧化获取能量，同化,CO,2,H,2,+1/2 O,2,H,2,O+56.7 Kcal,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第21页,多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能量和碳源通常来自同一个有机物。,依据化能异养型微生物利用有机物特征，又能够将其分为以下两种类型：,腐生型微生物,：利用无生命活性有机物作为生长碳源。,寄生型微生物,：寄生在生活细胞内，从寄生体内取得生长所需要营养物质。,存在于寄生与腐生之间中间过渡类型微生物，称为兼性腐生型或兼性寄生型。,2.4,化能异养型微生物,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第22页,3.,微生物培养基,定义：,应科研或生产需要，由人工配制、适合于不一样微生物生长繁殖或积累代谢产物用营养基质（混合养料）。,特点：,任何培养基都应具备微生物所需要五大营养要素，且应百分比适当。所以一旦配成必须马上灭菌。,用途：,促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生物菌种；判定微生物种类；微生物细胞计数；菌种保藏；制备微生物制品,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第23页,培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作基础,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,任何培养基一旦配成，必须马上进行灭菌处理；,常规高压蒸汽灭菌：,1.05kg/cm,2,121.315-30,分钟；,0.56kg/cm,2,112.615-30,分钟一些成份进行分别灭菌；,过滤除菌；,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第24页,3.1.1,培养基组分应适合微生物营养特点,即依据不一样微生物营养需要配制不一样培养基。,不一样,营养类型,微生物，其对营养物需求差异很大。如自养型微生物培养基完全能够（或应该）由简单无机物质组成。异养做生物培养基最少需要含有一个有机物质，但有机物种类需适应所培养菌特点。,按微生物主要,类群,来说，它们所需要培养基成份也不一样：,细菌：牛肉膏蛋白胨培养基,LB,(Luria-Bertani),放线菌：高氏一号培养基,真菌：查氏合成培养基,PDA,(Potato-Dextrose-Agar),酵母菌；麦芽汁,当对试验菌营养需求特点不清楚时候，能够采取,生长谱,法进行测定。,3.1,培养基配制标准,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第25页,3.1.2,营养物浓度与百分比应恰当,浓度过高,微生物生长起抑制作用，,浓度过小,不能满足微生物生长需要。,碳氮比（,C/N,）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物形成与积累，故常作为考查培养基组成时一个主要指标；,速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源百分比,各种金属离子间百分比,碳源中碳原子,mol,数,氮源中所含氮原子,mol,数,C/N,比值,=,例：谷氨酸生产中,C/N,4/1,时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；,C/N,3/1,时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第26页,3.1.3,物理化学条件适宜,（,A,）,pH:,各类微生物最适生长,pH,值各不相同：,细 菌：,7.08.0,放线菌：,7.58.5,酵母菌：,3.86.0,霉 菌：,4.05.8,在微生物生长和代谢过程中，因为营养物质利用和代谢产物形成与积累，培养基初始,pH,值会发生改变，为了维持培养基,pH,值相对恒定，通常采取以下两种方式：,内源调整：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性碳酸盐；调整培养基碳氮比。,外源调整：按实际需要不停向发酵液流加酸或碱液,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第27页,磷酸缓冲液：,pH,值从,6.07.6,之间,K,2,HPO,4,+HCl KH,2,PO,4,+KCl,KH,2,PO,4,+KOH K,2,HPO,4,+H,2,O,加入,CaCO,3,：,CO,3,2,HCO,3,H,2,CO,3,CO,2,+H,2,O,+H,+,H,+H,+,H,培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第28页,（,B,）渗透压和,a,w,渗透压,等渗溶液适宜微生物生长,高渗溶液细胞发生质壁分离,低渗溶液细胞吸水膨胀，直至破裂,大多数微生物适合在等渗环境下生长，而有菌如,Staphylococcus aureus,则能在,3mol/L NaCl,高渗溶液中生长。能在高盐环境（,2.86.2/L NaCl,）生长微生物常被称为嗜盐微生物（,Halophiles,）。,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第29页,水活度,在天然环境中，微生物可实际利用自由水或游离水含量，,普通用在一定温度和压力条件下,溶液蒸汽压力与一样条,件下纯水蒸汽压力之比表示，即：,w=Pw/P,o,w,式中,Pw,代表溶液蒸汽压力,P,O,w,代表纯水蒸汽压力。,纯水,w,为,1.00,溶液中溶质越多,w,越小。,微生物普通在,w,为,0.60,0.99,条件下生长,w,过低时,微生物生长迟缓期延长,比生长速率和总生长量降低。,微生物不一样，其生长最适,w,不一样。,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第30页,水活度,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第31页,（,C,）,氧化还原电势,(redox poyential),各种微生物对培养基氧化还原电势要求：,好氧微生物：,+0.3+0.4V,(,在,0.1V,以上环境中均能生长,).,厌氧微生物：只能在,+0.1V,以下生长,兼性厌氧微生物：,+0.1V,以上呼吸、,+0.1V,以下发酵,培养基是多,氧化还原偶,复杂电化学系统，测出,E,h,值仅代表其综合结果。,对微生物影响最大是：分子氧和分子氢浓度,培养基中常见还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第32页,氧化还原电位与氧分压和,pH,相关,也受一些微生物代谢产物影响,增加通气量,(,如振荡培养、搅拌,),提升培养基氧分压，或加入,氧化剂，从而增加,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,值。,培养基中加入氧化还原指示剂刃天青可对氧化还原电位进行间接测定,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第33页,氧化还原电位与氧分压和,pH,相关,也受一些微生物代谢产物影响,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第34页,3.1.4,依据培养基应用目标选择原料及其起源,该培养基应用目标，即：,是培养菌体还是积累代谢产物？,是试验室种子培养还是大规模发酵？,代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？,用于,培养菌体种子,培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳氮比低）；,用于大量生产,代谢产物,培养基其氮源普通应比种子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化合物时，有时还应提升培养基氮源含量）；若代谢产物是,次级代谢产物,时要考虑是否加入特殊元素或特定代谢产物；,当所设计是,大规模发酵,用培养基时，应重视培养基中各成份起源和价格，应选择起源广泛、价格低廉 原料，提倡以粗代精，以废代好。,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第35页,3.2.1.,生态模拟,调查所培养菌生态条件，查看“癖好”，对“症”下料,初级天然培养基,.,3.2.2.,查阅文件,查阅、分析文件，调查前人工作资料，借鉴人家经验，方便从中得到启发设计有自己特色培养基配方,.,3.2.2.,精心设计,借助优选法或,正交试验设计,法等方法,.,3.2,、设计培养基方法,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第36页,3.2.4,、试验比 较：不一样培养基配方选择比较,单种成份起源和数量比较,几个成份浓度百分比调配比较,小型试验放大到大型生产条件比较,pH,和温度试验,附,1,：配置培养基时应注意几个问题及处理方法：,1,、沉淀,2,、胶体强度破坏,3,、褐色物质形成,4,、,pH,发生改变,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第37页,高压蒸气灭菌,普通培养基,:,1.05 Kg/cm,2,121.3,15-30 min,含糖培养基,:,0.56 Kg/cm,2,112.6,15-30 min,过滤灭菌,分别灭菌,间歇灭菌应用,附,2,：培养基灭菌,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第38页,附图：过滤灭菌,微生物的生长繁殖及其控制ppt,第39页,