微生物代谢和生长课件

（09上海39）氯苯化合物是重要的有机化工原料，因不易降解，会污染环境。某研究小组依照下列实验方案（图1）筛选出能高效降解氯苯的微生物SP1菌，培养基配方如表1. （1）配制号固体培养基时，除添加号液体培养基成分外，还应添加1%的_。 （2）培养基配制时，灭菌与调PH的先后顺序是_。 （3）从用途上来说，号培养基和号培养基分别属于通用培养基和_培养基。在号培养基中，为SP1菌提供氮源的成分是_。 （4）在营养缺乏或环境恶劣时，SP1的菌体会变成一个圆形的休眠体，这种休眠体被称为 _。,（1）琼脂 （2）先调PH，后灭菌 （3） 选择 硝酸铵 （4）芽孢 （5）将SP1菌接种在含不同浓度氯苯的号培养液中培养，得到生长曲线（如图2）。从图2可知SP1菌在_培养条件下最早停止生长，其原因是_。 （5）20mg/L氯苯 碳源最早耗尽,全部化学反应,异常旺盛,表面积,体积,生长,繁殖,基本相同,核苷酸,维生素,生理功能,生长和繁殖,微生物,抗生素,毒素,色素,初、次级代谢产物的比较,组成酶,诱导酶,遗传物质,遗传物质,诱导物,代谢,物质,能量,适应能力,催化活性,结合,发生变化,改变,脱离,复原,恢复,快速精细,微生物的代谢调节,酶合成的调节 组成酶： 诱导酶：,微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受 遗传物质的控制 在环境中存在某种物质的情况下才能合成的酶,意义：,既保证了代谢的需要，又避免了细胞内物质和能量的浪费，增强了微生物对环境的适应能力,酶活性的调节,示例：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的过程,特点：快速、精细,通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率,谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸,黄色短杆菌合成赖氨酸,酶活性调节和酶合成调节的区别,a.从调节对象看： b.从调节效果看： c.从调节机制看：,酶合成的调节是通过酶量的变化控制代谢速率 而酶活性的调节是对已存在的酶活性进行控制，它不涉及酶量变化,酶活性调节直接而迅速 酶合成调节间接而缓慢,酶合成调节是基因水平调节，它调节控制酶合成 酶活性调节是代谢水平调节，它调节酶活性。,两种调节方式同时存在，密切配合，高效、准确地控制代谢的正常进行,遗传,控制,积累,(09理综)2.右图是某种微生物体内某一物质代谢过程的示意图。下列有关酶活性调节的叙述，错误的是 A.丁物质既是酶催化生成的产物，又是酶的反馈抑制物 B.戊物质通过与酶结合导致酶结构变化而使其活性下降 C.当丁物质和戊物质中任意一种过量时，酶的活性都将受到抑制 D.若此代谢途径的终产物不断排出菌体外，则可消除丙物质对酶的抑制作用 答案：C,已知物质是某微生物生长所必需的，它的合成途径如下图所示：野生型的在含A物质的培养基上就能正常生长。现发现有三种突变体（均只有某一基因发生突变），均不能在只含A物质的培养基上正常生长。现设计一实验方案，区分出三种突变体的突变基因，并预测实验结果。 实验方案： 。 预测结果： 如果 ，说明A基因突变。 如果 ，说明B基因突变。 如果 ，说明C基因突变。,方案：将这三种突变体分别在只含B、只含C的培养基中培养，观察生长情况。 在只含B和只含C的培养基中能正常生长 在只含B的培养基中不能生长，在只含C的培养基中能生长 在只含B和只含C的培养基上都不能生长,【解析】D物质应是此微生物正常生命活动所必需的，从培养基中获得A物质后，在野生型微生物体内通过一定的代谢途径，形成中间产物B、C，最终得到D。而突变型由于基因突变，缺乏中间代谢的某种酶，此中间代谢的某一个环节不能正常进行，使反应不能继续下去，得不到物质D，使野生型不能在此只含A的培养基上生活。根据此思路，设计以下方案。如若只能在含C的培养基上生长，在含A、B的培养基上均不能生长，说明A到C或B到C反应受阻，缺乏B酶（均只有某一基因发生突变），B基因突变；若在含A、B、C三种物质的培养基上不能存活，说明C到D的反应受阻，缺乏C酶，C基因突变 ；若在含A的培养基上不能生长，在含B、C的培养基上均能生长，说明A到B反应受阻，A基因突变。,微生物群体,少量的,恒定容积,定期,细菌群体,调整或适应,快速分裂,动态平衡,最高峰,超过,活菌,典型的生长曲线 （Growth curve）,延滞期,对数期,稳定期,衰亡期,时期的划分：按照生长速率常数（growth race constant）不同,加速期,减速期,其它名称：迟滞期、停滞期、适应期 1.现象：活菌数没增加，曲线平行于横轴。 2.特点：生长速率= 0 细胞形态变大或增长 细胞内RNA特别是rRNA含量增高 合成代谢活跃（核糖体、酶类、ATP合成加快），易产生诱导酶 对外界不良条件敏感，（如氯化钠浓度、温度、抗生素等化学药物） 3.原因：适应新的环境条件，合成新的酶，积累必要的中间产物,.调整期,菌种 ： 繁殖速度较快(世代时间短)的菌种的调整期一般较短； 接种物菌龄 ： 用对数生长期的菌种接种时，其调整期较短，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调整期（发酵工业上一般采用1/10的接种量）； 营养：培养基成分 在营养成分丰富的天然培养基上生长的调整期比在合成培养基上生长时短； 接种后培养基成分有较大变化时，会使调整期加长，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。,影响调整期长短的因素：,认识调整期的特点及形成原因对实践的指导意义：,在工业上需设法尽量缩短调整期；采取的缩短lag phase 的措施有： 增加接种量； （群体优势-适应性增强） 采用对数生长期的健壮菌种； 调整培养基的成分，在种子基中加入发酵培养基的某些成分。 选用繁殖快的菌种,.对数期（logarithmic phase）,其他名称：指数期 现象：细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。 特点： 生长速率最大，即代时最短 菌体大小、形态、生理特征等比较一致 代谢最旺盛 细胞对理化因素较敏感 影响因素： 菌种 代谢产物 营养物浓度 氧气,延长措施：定时定量加入营养物质，同时排出代谢产物，或使用连续培养。 应用意义： 由于此时期的菌种比较健壮，增殖噬菌体的最适菌龄；生产上用作接种的最佳菌龄； 发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度 食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期 是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察等的良好材料。,.稳定期,又称：静止期或最高生长期 特点：新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，微生物的生长速率处于动态平衡，培养物中的活细胞数目达到最高值。 细胞分裂速度下降，开始积累内含物，产芽孢的细菌开始产芽孢。 此时期的微生物开始合成次级代谢产物，对于发酵生产来说，一般在稳定期的后期产物积累达到高峰，是最佳的收获时期。若目标是菌体，则在稳定期初期就要及时收获菌体。 产生原因： 营养物浓度的降低 有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等） 物化条件（pH、氧化还原势等）的改变; 溶解氧供应不足,应用意义： 发酵生产形成的重要时期（抗生素、氨基酸等），生产上应尽量延长此期，提高产量，措施如下： 补充营养物质（补料） 调pH 调整温度,. 衰亡期（decline phase）,特点： 细胞死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞数，群体中的活菌数目急剧下降，出现“负生长”。 出现多形态、畸形或衰退形，芽孢开始释放。 因菌体本身产生的酶及代谢产物的作用，使菌体死亡。 衰亡期比其他各时期时间长，它的长短也与菌种和环境条件有关。 产生原因：生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡,代谢活跃，V增大，合成分裂所需ATP、酶等,长短与菌种、培养条件有关,快速分裂，呈等比数列递增,特点：代谢旺盛，形态和生理特性稳定,应用：作菌种缩短生产周期,数目最多达K值， 种内斗争最剧烈,大量积累代谢产物，尤其是次级代谢产物，出现芽孢,“连续培养”延长稳定期，提高产量，缩短生产周期,死亡速率繁殖速率 活菌数目急剧下降,畸形分化以及解体并释放代谢产物,当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长时，细菌首先利用葡萄糖，葡萄糖用完以后才开始利用乳糖。从生长曲线看，细菌生长经过一个上升期以后，出现一个停顿期，此时曲线呈现平坦、然后又出现第二个上升期。这就是说，细菌在利用乳糖之前，先要有一个“适应过程”。,下列能正确表示病毒在寄主内的繁殖曲线的是,以一定速度,同样速度,营养物质,有害代谢产物,培养周期,设备利用率,生长曲线的实践意义：,生产上常用对数期的细菌作为菌种，以缩短生产周期。 用连续培养法来有效延长稳定期、提高代谢产物的产量。,这种方法已广泛应用于酒精、丙酮、丁醇等的生产中，优点：可缩短培养周期，提高了设备的利用率，并且便于自动化管理。,Chemostat used for continuous cultures. Rate of growth can be controlled either by controlling the rate at which new medium enters the growth chamber or by limiting a required growth factor in the medium.,Continuous culture of microorganisms,Chemostat,连续培养是通过认识稳定期到来的原因，并采取相应的有效措施而实施的。一方面以一定速度连续流进新鲜培养基，并立即搅拌均匀；另一方面，以同样的流速不断流出培养基，这样，培养基就达到动态平衡，其中的微生物可长期保持在指数期的平衡生长状态和稳定的生长速率上。连续培养应用于生产实践上，就是连续发酵。有许多优点高效，它简化了装料、灭菌、出料、清洗发酵罐等许多单元操作，减少了非生产时间和提高了设备利用率。缩短调整期，使培养周期缩短。,在细菌的连续培养过程中，要以一定速度不断添加新的培养基，同时以同样速度放出老的培养基。右下图表示培养基的稀释率（培养基的更新速率）与培养容器中营养物质浓度、细菌代时（细菌数目增加一倍所需的时间）、细菌密谋的关系。下列相关叙述不正确的是,A在稀释率很低的情况下，稀释率的增加会导致细菌密度增加,B稀释率从a到b的变化过程中，细菌生长速度不断提高 C稀释率超过b点后，营养物质浓度过高导致细菌死亡率增大，细菌密度降低 D为持续高效地获得发酵产品，应将稀释率控制在b点附近,2537,蛋白质,核酸,6.57.5,5.06.0,酶,细胞膜,右图表示利用谷氨酸 棒状杆菌生产谷氨酸 的某个阶段。下列有 关叙述不正确的是 A该生长曲线是微生物在连续培养条件下获得的 B曲线中的代谢产物最可能属于初级代谢产物 C谷氨酸棒状杆菌产生的谷氨酸属于初级代谢产物 D曲线表明该产物的生成速率与菌体数量密切相关,如图表示某细菌生长过程中，在x点将该细菌移入与先前营养条件不同的环境后，细胞数、RNA、DNA和蛋白质的相对数量变化情况。下列说法正确的是 A、在图中所示X点前，细菌 生长处于生长的调整期 B、XY之间对应时间段， 细菌大量合成次级代谢产物 C、若C曲线表示DNA的数量 变化情况，则细胞数对应 图中A曲线 D、若C曲线表示DNA的数量 变化情况，则蛋白质对应图中B曲线,影响微生物生长的环境因素,环 境因 素,pH,温度,氧气,影响的原 因,最适条件,不适宜因素的结果,影响蛋白质和核酸的结构,影响酶活性和膜的稳定性,影响微生物的呼吸或生命,2537,多数细菌：6.57.5,真 菌：6.07.0,生长速率急剧下降（蛋白质和核酸等发生不可逆破坏）,影响酶的活性和细胞膜的通透性，从而影响微生物对营养的吸收等。,不同类型的微生物对氧气的需求状况不同，因此，环境中氧气的有无以及含量的多少所造成的影响也不同,温度对微生物生长的影响,温度是影响微生物生长的最重要因素之一。 温度对微生物的影响具体表现在： 影响酶活性。温度变化影响酶促反应速率，最终影响细胞合成。 影响细胞膜的流动性。温度高，流动性大，有利于物质的运输，温度低，流动性降低，不利于物质运输，因此，温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌。 影响物质的溶解度。对生长有影响。,最低生长温度: 指微生物能进行繁殖的最低温度界限。 最适生长温度： 指使微生物迅速生长的温度 。 最高生长温度： 指微生物生长繁殖的最高温度界限。,微生物 处于最适生长温度时，生长速度最快，代时最短。 超过最低生长温度时，微生物不生长，温度过低，甚至会死亡。 超过最高生长温度时，微生物不生长，温度过高，甚至会死亡。,根据微生物的最适生长温度分类,嗜冷微生物 嗜温微生物 嗜热微生物 超嗜热或嗜高温微生物,嗜冷微生物嗜冷机制：,主要分布在地球的两极、冷泉、深海、冷冻场所及冷藏食品中。 （1）系在低温下仍能起催化作用 （2）细胞膜含较多的不饱合脂肪酸在低温下仍具有通透性。,嗜热微生物嗜热机制,酶以及核糖体有较强的抗热性 核酸具有较高的热稳定性（核酸中G+C含量高，可提供形成 氢键，增加热稳定性 ）。 细胞膜中饱和脂肪酸含量高，较高温度下能维持正常的液晶状态。,(09上海生物)9.存在于盐湖和热泉中的两类细菌都具有的特征是 A. 在极端环境下进行遗传物质的复制 B. 对利福平敏感 C. 在极端环境下都不进行分裂生殖 D. 都没有细胞壁 答案：A,菌 名 生长温度 发酵温度 累积产物温度 （ ） （ ） （ ） Streptococcus thermophilus 37 47 37 S.lactis 34 40 产细胞：2530 产乳酸：30 Streptomyces griseus 37 28 _ Corenybacterium pekinense 32 3335 _ Clostridium acetobutylicum 37 33 _ Penicilium chrysogenum 30 25 20 以青霉素的生产为例：培养165小时采用分段控制温度的方法，其青霉素产量比始终在30 培养提高了14.7%。 分段控制方式：05小时，30 ；540小时，25 ；40125小时，20 ；125165小时，25 。,不同生理生化过程的最适温度,微生物不同生理活动要求不同温度，所以最适生长温度 发酵速度快、积累代谢产物多。,高温与低温对微生物的影响,1、高温对微生物的影响 高温下蛋白质不可逆变性，膜受热出现小孔，破坏细胞结构（溶菌）。用于灭菌。 2、低温对微生物的影响 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，用于保存食物和菌种。 造成死亡的原因： 冻结时细胞水分变成冰晶，冰晶对细胞膜产生机械损伤，膜内物质外漏。 冻结过程造成细胞脱水,灭菌（sterilization) 是指利用某种杀死物体中包括芽孢在内的所有微生物的一种措施.分干燥灭菌与湿热灭菌。 消毒（disinfection) 是利用某种方法杀死或灭活物质或物质中所有病原微生物的一种措施。分为巴斯德消毒和煮沸消毒法。消毒效果取决于消毒时的温度和消毒时间。 防腐（antisepsis) 是在某些化学物质或物理因子作用下，能防止或抑制微生物生长的一种措施，它能防止食品腐败或防止其它物质霉变。,同一种微生物在其不同的生长阶段和不同的生理生化过程中，对pH值的要求也不同。 举例：Aspergillus niger在pH22.5范围时有利于合成柠檬酸，当在pH2.56.5范围内时以菌体生长为主，而在pH7.0时，则以合成草酸为主。 微生物 生长最适pH 合成抗生素最适pH 灰色链霉菌 6.36.9 6.77.3 红霉素链霉菌 6.67.0 6.87.3 产黄青霉 6.57.2 6.26.8 金霉素链霉菌 6.16.6 5.96.3 龟裂链霉菌 6.06.6 5.86.1 灰黄青霉 6.47.0 6.26.5,（2）生长的最适pH值与发酵的最适pH值,溶解氧,微生物对氧的需要和耐受力在不同的类群中变化很大，根据微生物与氧的关系,可把它们分为几种类群: 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：,（3）氧 好氧型微生物 厌氧型微生物 严格厌氧 兼性厌氧微生物,多种细菌和大多数真菌,某些链球菌等,某些产甲烷杆菌,酵母菌,专性好氧菌,好氧菌,兼性好氧菌 兼性好氧菌也称兼性厌氧菌,耐氧菌：,只能在较低的氧分压下才能正常生长。如幽门螺杆菌,厌氧菌,微好氧氧菌,专性厌氧菌：分子氧会对它们有毒，即使 短期内接触空气，也会抑制 其生长，甚至死亡。,在有氧或无氧环境中均能生长繁殖的微生物。在有氧(O2)或缺氧条件下,可通过不同的氧化方式获得能量。如酵母菌在有氧环境中进行有氧呼吸在无氧情况下进行无氧呼吸放出酒精和二氧化碳,生长不需氧，但分子氧对其无毒 害，不能进行有氧呼吸依靠无氧呼吸产能。一般乳酸菌多数是耐氧菌，如乳链球菌、乳酸乳杆菌、肠膜明串珠菌和粪链球菌等，乳酸菌以外的耐氧菌如雷氏丁酸杆菌。,乳酸菌不是一个分类学上的名称，是指在代谢过程中能产生乳酸的细菌的总称。其中能进行乳酸发酵的大部分是细菌，有些为球菌、有些为杆菌 . 乳酸菌属耐气性厌氧微生物，它们的产能不需氧，但在有无氧的条件下都能进行典型的乳酸发酵。,31.（06天津理综）(14分) (1)下图为某种细菌的生 长曲线及A、B两种代谢产 物积累曲线。请据图回答 问题： A产物合成始于细菌生 长曲线的 期，属于 代谢产物。 B产物的积累量在细菌生长曲线的 期最大。,对数,次级,稳定,(09重庆理综)3.下列有关大肠杆菌的叙述，正确的是 A.大肠杆菌以复制方式进行繁殖，其拟核是一个环状DNA分子 B.在含葡萄糖和乳糖的培养基上，大肠杆菌首先利用乳糖作碳源 C.用大肠杆菌工程菌生产干扰素时