第十二章微生物的(绿底)课件

第十一章

微生物的应用微生物的应用包括：工业农业医药卫生环境保护等领域的应用

一、微生物与土壤的生物活性

（一）土壤是具有生物活性的复合体在耕作土壤中，一般矿物质的含量占95%、有机质占5%以下。有机物质是植物、微生物其他生物生命活动的产物。它对土壤肥影响重大。土壤肥力——指供给作物生长所需要的水分、养分、空气和热量的能力。

肥力与有机质有关，有机质与土壤中的微生物有关，微生物在土壤中的各种代谢活动，物质转化作用，使土壤具有生物性能，包括土壤保水、保肥、透气、调节温度等。（二）土壤酶微生物土壤酶来源植物根系其他生物胞内酶：在活细胞内。土壤酶分类胞外酶：分泌的或细胞死亡解体释放的。

吸附在土壤有机或无机的胶体上土壤酶存在方式与土壤有机、无机胶体结进入黏土矿物的细小缝隙中土壤酶性质：稳定、难提取

有机肥

氨态氮

硝态氮

矿化有O2，硝化细菌氧化N2脱氮细菌还原

厌O2，反硝化菌还原有机肥矿化产生的氨态氮，在好气状态下被硝化细菌氧化为硝化氮，在厌O2条件下，又被反硝化细菌还原成氨态N，甚至被脱N细菌还原成N2，施用的化学N肥（尿素、铵盐或硝酸盐）都经历相应的微生物转化作用（水稻田经常：水气动态变化，好气和厌气相互转化经常存在）。经研究，施用的化学N肥，有一半或更多N素由于脱N作用而损失了。化学N肥的有效利用率只有1/4左右。

二、微生物肥料（一）根瘤菌剂1、根瘤菌生理特点：好O2，不与豆科植物共性时，不能利用N2。专一性（一种菌与衣藻一定的豆科植物）2、质量标准：（1）2亿/g（2）无霉菌（3）杂菌﹤2%（4）菌肥含水量为35-60%（5）pH6.5-7.53、使用方法1）每亩菌肥100g+水或米汤充分拌匀播种2）随拌、随播、随盖（即盖土，免种子曝晒或吹干）3）加强田间管理：注意温、湿度，酸碱度，通风，有机质养分等

（二）“5406”菌肥

为1953年从陕西泾阳县植苜蓿地的根土中分离出来的一个种。“5”代表西北地区，“4”代表苜蓿根土，“06”是第6号菌株。这个代号表明了菌种的来源。、作用：抗真菌

1）拮抗作用抗细菌：抗植物病菌，所以称抗生菌

2）刺激作用：产生植物激素作用类物质——促进种子发芽、根系发育，增加叶绿素的含量，提高酶活性。2、质量标准：1）无杂菌，粉红色或白色2）菌剂颗粒小而均匀，布满菌丝和孢子3）冰片香味浓，无臭味4）疏松易散，不结块5）活孢子数〉80亿/g6）杂菌〈10%3、施用方法：P206三、微生物发酵在饲料加工中的应用（一）青贮饲料在饲料上附有多种微生物、包括乳酸细菌、酵母菌、丁酸细菌、瘤败细菌、霉菌等。乳酸细菌和酵母菌在无氧下，利用青贮原料渗出的单糖和氨基酸作为养料生长、繁殖、进行乳酸发酵和乙醇发酵。如乳酸发酵，产生的乳酸可抑杂菌，达到保存青贮饲料和多汁饲料的目的，还提高适应性，增加微生物蛋白质和维生素。制作关键是抑制杂菌生长，要求：

1.厌氧——压实、密封2.选料新鲜、干净（杂菌来自泥土、空气、水）3.搭配幼嫩多汁的原料（含糖多），加适量盐（促进可溶性物质渗出）（二）糖化饲料是以秸秆粉为主要原料，也有的加些精料（无机盐或氮源），通过天然发酵或加曲发酵而得到的适口性较高的发酵饲料。

淀粉

葡萄糖

曲、根、毛

乳酸（多）

乙醇（少）

经发酵后的饲料适口性好，蛋白质含量高，质地软，消化性好

（三）微生物蛋白饲料主要是scp，它可以正烷烃、气态烃、甲醇、乙醇、农村废料（稻草、麦秆草）为原料，也可由水、空气和碳酸气为原料，制成的scp可为食品或饲料。1、scp优缺点1）优点：a、不受气候影响（大豆受）b、不需阳光c、生长快。各种细胞倍增时间细菌、酵母：20-120分霉菌、绿藻：2-6小时某些植物：1-2w人1/4-1/2年猪4-6w

d、节约占地面积，所以在立体的培养罐中进行，小面积可产生大量的菌体。如500kg的活菌，当供给适当的C、N、K、空气，在发酵槽中连续培养，则24h内，可产2500kg的干菌体，即1250kg蛋白质。e、蛋白质的氨基酸组成齐全，含维生素

2）缺点：a、作为食物，一时难适应b、有些原料（石油）制成的微生物蛋白质的安全的需长期饲养试验。

2、生产scp的微生物生产单细胞、蛋白质的微生物种类繁多，有酵母菌、细菌、霉菌、担子菌等，其中酵母菌最好。1）富含蛋白质，占菌体50%2）富含氨基酸，且含赖氨酸3）含维生素及生长因素4）菌体大，分离收获易四、微生物农药（一）农用抗生素1、特点：1）内吸性好：作用植物后很快被吸收运转、发挥作用。2）稳定、长效：耐热、光、酸、碱等，不易被分解失活，稳定性强，有效期也长。3）低药害、低残毒、对人畜安全。2、应用：常用的有：井冈霉素、春雷霉素、庆丰霉素、灭瘟素等，用于防治水稻、棉花、油料、茶叶、橡胶、果树、蔬菜等20多种病害。（二）微生物杀虫剂包括：细菌、真菌、病毒杀虫剂。1、细菌杀虫剂1）苏云金杆菌其能产生多种毒素晶体毒素（δ内毒素）β外毒素α外毒素γ外毒素杀虫成份：芽孢、晶体毒素等、β外毒素

杀虫机理：经昆虫口侵入，在肠（中肠）溶解，并水解为具有毒性的短肽作用肠上皮细胞，肠穿孔，芽孢、菌体及肠道内含物侵入血腔败血症而死。菌剂类型粉剂可湿性粉剂液剂胶囊剂应用方法:喷雾,喷粉,泼浇(蚕区禁用,对蚕致病)(2)乳壮病芽孢杆菌:杀虫成分:芽孢杀菌机理:芽孢进入昆虫肠道萌发成营养体穿过肠壁入体腔大量繁殖败血症死亡(死亡后的虫体会大量芽孢呈乳白色,故称乳状瘤)(3)球形芽孢杆菌毒效成分---伴孢晶体位于细胞内,不分泌到细胞外,所以只有昆虫吞入细胞后才显示毒性.2.真菌制剂白僵菌、绿僵菌感染途径：皮肤、硝化道、呼吸道杀虫机理：附在虫体上的分生孢子在适宜的条件下萌发长出芽管，穿过体壁，到体腔，形成菌丝，侵入各器官，导致昆虫僵死。3.病毒制剂:能寄生于昆虫的病毒有近两千种,应用较多有核型多角体病毒质型多角体病毒颗粒体病毒杀虫成分:包涵体杀虫机理:由口侵入中肠包涵体溶解释放出病毒粒子产生毒杀作用.不同类型的昆虫病毒杀虫方式不同.

五.沼气发酵

沼气是一种以甲烷为主的混合气体,是微生物在厌氧条件下分解有机物的产物.1发酵细菌群(分解淀粉,Pr,F的细菌)2同型产乙酸细菌群3产氢气,产乙酸细菌群4产甲烷细菌群（二）沼气发酵机理:大致分三个阶段

第一阶段:液化阶段——发酵菌将淀粉,Pr,F等固体物转化成可溶性物质.（一）微生物

第二阶段:产酸阶段——2,3将可溶溶性物质吸入细胞内,在胞内酶作用下,转化成小分子的有机酸,醇等有机物及H2,CO2,NH3,N2等气体,以乙酸比例最大。第三阶段:产甲烷阶段——4将解的有机物转化成甲烷和CO2,,并将CO2,还原成CH4(三)沼气发酵技术六.食用菌栽培(属担子菌亚门和子囊菌亚门)

食用菌包括:蘑菇,香菇,草菇,平菇,金针，喉头菇,木耳,银耳,灵芝等。食用菌富含蛋白质,维生素和多糖，pr中氨基酸齐全,多数元素,可食用或药用。

(一)生物学特性.1.子实体形态结构(以伞状菌为例)图:菌盖菌褶菌柄菌托

菌丝(吸收养料---营养体)

子实体(产生孢子—繁殖体)2.菌丝体的结构初级菌丝次级菌丝三级菌丝菌丝

（1）初生菌丝:由担孢子萌发而来.初期多核,很快形成隔膜,把菌丝分隔为单核细胞,又称单核菌丝.（2）次生菌丝:由不同性别的担孢子萌发所产生的两个单核菌丝相互接触壁溶解质融合,但核不融合,是两个单核菌丝结合为一个双核菌丝.

a.两核间伸出小突起,似钩状b.细胞中一个核进入钩,另一个留在菌丝里c.两核同时分裂,形成四个核d.分裂后,钩状突起中心一个核留在钩中,另一个进入细胞前端.原菌丝细胞中的两个核,一个向前移,一个留在后面.图abcdefhf.钩状突起向下弯与菌丝细胞接触壁溶化成桥形,基部产生隔膜.g.突起中的核进入菌丝细胞,在桥下方产生横隔,形成两个子细胞.h.当菌丝顶端向前伸长时,又开始新的锁状联合过程.(3)三级菌丝体：子实体。子实体是有一定排列方式，一定结构和组织分化的双核菌丝体，称子实体。3.子实体及担孢子的形式（1）子实体：双核菌丝发育到一定阶段，菌丝扭结，形成原基，由原基发育成子实体。（2）担孢子的形成子实体成熟时，菌褶上的双核菌丝顶端膨大，核融合，形成一个双倍体核。此核经两次分裂，其中一次为减数分裂，产生4个单倍体子核。此时，细胞膨大成棒壮的担子。担子生出小梗，小梗顶端膨大，四个子核分别进入小梗内。每核发育成一个孢子——担子孢子。（二）制种技术1.菌种分离（1）孢子分离法：利用菌类孢子能自动弹射出获得。（2）组织分离法：利用子实体的幼嫩组织，在适宜条件下使它回复到菌丝生长阶段，以获纯种。（3）基内菌丝分离法：利用基质作为分离材料获纯种。2.菌种生长：根据菌种来源，繁殖代数及生产目的，分（1）母种：从自然界分离得到的纯种（2）原种：母种经扩大培养（3）栽培种：原种再经扩大培养获得大量供生产上使用的。所有的接种都应在无菌条件下进行。（三）栽培技术

第二节微生物在工业中的应用

微生物在工业中的应用非常广泛，包括食品、制药、冶金、石油工业等。主要介绍食品、饮料、有机酸、酶制剂生产中的应用。一、微生物与食品制造

（一）面包制作1、常用菌：啤酒酵母2、发酵过程：有氧呼吸：糖CO2+H2O发酵：由于CO2增加，面团体积增大，O2减少，糖酒精+CO2

在制作中，上两过程同时进行，前者使面团膨松，后者提高面包特有的风味发酵后的面团经造型后，入炉烘烤，面团中的CO2受热膨胀而形成多孔的海绵状组织。

（二）豆腐乳制作大豆洗净、浸泡磨成豆浆凝固豆腐切块腐乳毛坯（长满菌丝）腌坯（加放12%食盐及米酒）配料装坛（2-6月）豆腐乳CaSo4去水分喷雾接种毛霉或根霉进行发酵12-20°C3-7天前发酵：主要是在豆腐坯上培养根霉或毛霉，使其充分生长形成蛋白霉。（毛霉生长温度：15℃，宜较低温季节。）

后发酵：腌坯——主要作用是给豆腐必须的咸味和形成具有鲜味的氨基酸钠盐，使水分析出；利用食盐的防腐能力，防止豆腐乳酸腐败。随后添加配料入坛进行长期的嫌弃发酵直至成熟。（三）泡菜制作：

1.常用菌：乳酸细菌（植物乳酸杆菌，短乳杆菌）2.生产流程：鲜菜洗净，晾干盐水（4－6%煮沸冷却）加入辅料加盖密封（夏天5－7天，冬12－16天；加入陈泡水可缩短时间）

3.生化机理：乳酸菌进行同型乳酸发酵和异型乳酸发酵。还有酵母菌的乙醇发酵等。

（四）酱油酿造：

酱油最早起源于我国，它是一种富有营养，独具特色和风味的咸味调味品。虽然历史悠久，但生产水平至尽仍处于手工或半机械化操作阶段。1.参与微生物：霉菌，酵母菌，细菌等2.原料：大豆或豆粕，豆饼为原料，配以小麦或麸批皮等适当含淀粉的物质。3.发酵过程：黄豆﹑面粉（原料）筛选（去砂、杂质）浸泡、去水蒸煮（8kg压力，30～35分钟）排气冷却至35～40℃

加曲种（黑曲霉，一般用曲精，内含孢子）面粉（占20－30﹪，使之吸水，增加糖分）发酵48h左右（32－36℃）酱醅发酵（20天）

酱油后发酵：加盐（9%）

淋油：不断搅拌，抽油生抽过滤杀菌装瓶成品（五）食用醋的生产：

1.常用菌：醋酸细菌（醋化醋杆菌，巴士醋杆菌）2.原理：醋酸菌的好氧呼吸为典型的氧化过程，CH3CH2OH+O2

CH3COOH+H2O+117卡3.生产流程：原料处理（苹果，葡萄，柑桔等能生产酒精的原料）蒸煮、糊化淀粉糖化酒精发酵醋酸发酵(30~38℃)成品陈酿、澄清、灭菌麸曲酒曲酵母菌醋酸菌成熟、加盐、淋醋醋酸菌(六)味精的生产

味精50年代前用粮食生产、成本高、效率低、现用微生物发酵法。1.常用菌：北京棒杆菌、黄短杆菌、节杆菌2.发酵过程：

淀粉原料谷氨酸脱氢酶糖(N源)尿素菌种、30℃α-酮戊二酸NH4+谷氨酸浓缩、酸化、纯化L-谷氨酸(味精)二.微生物与饮料生产

（一）酒类饮料

白酒又叫烧酒和老白干，是世界上只有我国独有的一种蒸馅酒。酵母菌的活动酒精浓度的限制，当酒精浓度为18%（体积百分）时，酵母的活动停止。因此，简单的发酵不能产生18%以上的酒精。为了收到更高酒精含量，即为了生产烈性酒，必须进行蒸馏。酒精的沸点为78.5℃，酒精—水混合的沸点为78.3℃，水的沸点为100℃。所以由蒸馏得到低沸点组分中酒精的含量更高一些。利用高效率的蒸馏塔，可以使酒精浓度高达96%。

在蒸馏酒工业中,酒精的含量常常用美国标准酒精度数表示。标准酒精度为酒精的百分含量的两倍。所以酒精含量为40％的蒸馏酒,被称为80标准酒精度。

液态白酒大曲酒小曲酒麸曲白酒蒸馏酒分(二)啤酒饮料1.常用菌：加土利酵母(啤酒酵母的一个种)

在生产流程中，封闭后要80℃杀菌，主要是将酵母菌杀死，防止酵母菌继续发酵，产CO2上升导致爆炸，变质。一般未杀菌的啤酒放7天，而杀菌的啤酒放3个月。麦芽（已发芽后除根，使之成为麦芽糖）大米2.原料

（三）酸乳饮料酸乳是日前较为流行的一种富有营养，适口性强的饮料，它是由鲜乳经脱脂杀菌后，加入乳酸菌，经发酵而成。1.常用菌：保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、乳链球菌、植物乳杆菌等。

（三）酸乳饮料2.生产流程：鲜乳脱脂、杀菌（80℃.30分）乳酸菌（2种以上）42-46℃.12-48h

酸乳（乳液变成均匀糊状液体）酸度1％+-，再加入食糖，柠檬酸，果汁及香料等配制成各种风味不同的产品，成品含乳酸菌量106个/ml以上。

第三节微生物在医学方面的应用

一、生物制品

凡是人工免疫中用于预防、治疗和诊断传染病的抗原和抗体制品均称生物制品。分预苗、类毒素、免疫血清三类。

（一）疫苗刺激机体产生抗体或致敏淋巴细胞，产生特异性免疫，习惯将细菌制品称为菌苗。将病毒、立克次氏体、螺旋体制品称疫苗。1.死菌（疫）苗：将人工培养的微生物用理化方法杀死，使其失去毒力，而保留其抗原性。特点：（1）不能在体内繁殖，维持抗原刺激时间短，免疫力不高。（2）接种量大，少量多次注射。（3）副作用大。（发热、局部肿瘤等）（4）保存期长。（5）例：百日咳、伤寒、副伤寒、霍乱、乙脑

2.活（菌）疫苗：失去毒力或减弱毒力但仍保存其抗原性的病原体突变株制成。特点：

（1）可在体内繁殖，免疫力高，维持时间长。（2）用量小，一次接种。（3）副作用小。（4）难保存，易失效。（5）例：卡介苗、牛痘疫苗、脊髓灰质炎疫苗、麻疹疫苗。

3.自身疫苗：从患者病灶中分离出来的病原菌制成的死菌苗，作多次皮下注射后，可治疗反复发作并久经抗生素治疗失效的慢性细菌性感染疾病

如：葡萄球菌引起的慢性化脓性感染。

4.亚单位疫苗：将病原微生物有效成分提取出来制成疫苗（其他成分不要），可提高免疫效果，又可减少副作用。称为亚单位疫苗。如：乙型肝炎的表面抗原亚单位疫苗。5.化学疫苗：用化学方法提取微生物体内有效的免疫成分制成的疫苗。其成分比亚单位疫苗更简单。6.合成疫苗：用人工合成的肽抗原与适当载体和佐剂配合而成的疫苗。如白喉毒素14肽。7.基因工程疫苗：通过DNA重组技术所获得的新型疫苗。又称为DNA重组疫苗。如DNA重组乙型肝炎疫苗等。

（二）类毒素：用0.3-0.4%的甲醛处理外毒素，可使外毒素脱毒，但仍保持其毒性，这些经脱毒处理过的外毒素成为类毒素。可刺激机体产生抗体（抗毒素），如白喉、破伤风抗毒素等。维持时间长，可用与预防。

（三）免疫血清：含有特异性抗体的血清称为免疫血清。使机体立即获得免疫力以达到治疗或紧急治疗的目的。但维持时间长。1.抗毒素：是马的免疫血清制品。可中和外毒素。（如白喉、破伤风）

2.抗菌血清:是以菌体注射于动物体后得到的免疫血清。曾用于治疗脑膜炎、肺炎等，但效果差，现极少用。

3.胎盘球蛋白及血清球蛋白

胎盘中提取的丙种球蛋白血清中提取的丙种球蛋白预防麻疹、传染性肝炎等二、抗生素微生物产生的在很低浓度时就能抑制其他微生物生长的次生代谢物。主要由细菌和少数霉菌产生。三、葡萄糖酐又称葡聚糖。由肠系膜状明串珠菌和葡聚糖明串珠菌在含蔗糖的培养基中发酵生成的多糖。

葡萄糖（α-1，6糖苷键联结成为）果糖粗右旋糖酐（分子量大）右旋糖酐（低分子）蔗糖

第四节微生物在环境保护中的作用

一、微生物对环境的污染作用1.直接：主要由细、立、病等随粪便、痰液、飞沫等排泄物进入环境后，造成空气、土壤、水源的污染，可导致传染病的流行。如伤风、痢疾、肝炎、结核等。（工业的废水、生活的污水、农业污水等。）、

2.次生污染汞化合物经微生物的作用转化为甲醛汞，可引起N、S破坏，损伤机体。

二、微生物对环境的净化作用

（一）微生物的自然净化作用（水体）在水体的自净作用中，微生物起决定性的作用，如将甲醛汞分解为金属和甲烷，使毒性下降或无毒。

如江河接纳大量污染物后，水中有机物增加，水体变浑浊。随着流途的延长，其中一些较重的颗粒物会下沉，从污水来的菌部分死掉（环境不适），水体的微生物将水中的有机物转变为无机物，使流途水有机物渐渐变干净，并恢复原有的自然状态——称水体的自净作用。（二）微生物与污水治理1.污水污染程度的指标（1）BOD（生物需氧量）——指水中有污染物在好氧条件下，微生物作用下进行氧化分解时所消耗的溶解氧量。

作用：间接表示污水中有机物的含量。目前多采用BOD5，即20℃时5天的生化需要量。（1L水中减少的溶解氧量，清洁水的生化需要量一般<1mg/L）（2）COD（化学需要量）——用强氧化剂使被测有机物氧化时所消耗的氧气量表示被测样品中有机物的含量。

所以常把CODcr测定代表废水中全部有机物含量。常用的氧化剂重铬酸钾：强、氧化率80-100%高锰酸钾：弱、只60%左右（3）悬浮固体（SS）——指水中不能通过滤器的固体物。包括：a挥发性悬浮固体：600℃不能分解、挥发的物质。如有机物、少量的碳酸盐、硝酸盐、氨盐。b烧灼留下的灰分c还有溶解氧（DO）,总有机碳（TOC）,总需氧量(TOD)、氯化物、氨氮、硬度、pH等指标。

2.污水处理的基本目标1）降低有机物及悬浮固体的含量2）尽可能地出去N、P等营养物质3）尽可能减少产生的污泥量，并使污泥便于利用

3.污水生物处理的原理利用微生物分解污水中的污染物质获得营养的能量。4.污水生物处理的类型

1）活性污泥法（曝气法）此法是污水处理的主要方法。在有氧气条件下，污水中的好氧微生物的作用下，一部分被同化为菌体物质，一部分彻底被分解成CO2、NH3、无机磷等无机物质，从而达到污水净化的目的。

活性污泥——由污水中繁殖的大量微生物凝集而成的绒絮状泥粒，具很强的吸附和分解有机物的能力。内含很多细菌、酵母菌、原生动物、藻类、放线菌等，其中细菌（动胶菌层、假单胞菌层、无色杆菌层）占优势。也是分解水肿有机物的主体。原生动物则是细菌、藻类的吞食者。

污水

再生池剩余污泥回流污泥曝气池

一次沉淀池

二次沉淀池出水污水管首先流入沉淀池,将悬浮固体沉下。继续进入暴光池与活性污泥混合，有机物进行氧化分解（CO2，NH3，无机磷等）暴光池内的混合液再流入二次沉淀池，进行固，液分离流出，沉下的污泥部分回流再生，部分排出，此法去污能力极高，包括悬浮固体，病原体，V等。

（2）生物膜法生物膜——污水与表面积很大的介质接触，微生物在表面形成一层膜状物。

生物膜约1~3mm。含大量微生物，污水与其接触的过程中，通过生物膜的氧化作用使污水及以净化。（3）氧化塘法：一种大面积敞开式的池塘内，利用藻类共生系统来分解水中的污染物质，使其净化。（4）厌氧处理法（沼气发酵法）：

在严格的无氧条件下，利用厌氧性微生物把有机物质分解成CH4，H2，H2S，CO，CO2，NH3的过程，其中CH4占60~70％，CO2％约30~35％。

关键是密封，通过发酵不仅除去有机污物，且沼气可煮饭，发电，照明。处理过的污水又是很好的肥料。

三、微生物对固体污染物的降解和转化。

（一）无机污染物的微生物转化

金属矿床的开采，金属材料的加工，金属制品的使用，每年有大量的金属污染物排入环境，被雨水浸淋，流入江河。水中的金属离子已达到使有的鱼类绝迹不可食用的程度。以Hg,砷，铅，镉，镉铬对生物的毒性最大。

微生物不能降解重金属，只能使它们发生形态间的相互转化及分散，富集等作用，使其毒性改变。1.汞元素汞有机汞无机汞化合物三种形式都具毒性

一般无机汞对人毒性最小，烷基汞毒性最大，如甲基汞的毒性比无机汞高50~100倍。（1）毒性加强作用.a元素Hg,离子Hg甲烷Hg(CH3Hg)毒性很强。甲烷细菌

b、甲基Hg，二甲基Hg在水中易溶，细胞易吸收，进入人体，动物后，不易降解和排出。在生物圈内通过食物链富集。（2）抗Hg作用将甲基Hg等有机物Hg和离子Hg还原元素Hg，毒性降低。例：E.Coli使离子汞（HgCl2