农业微生物学1ppt课件

3.微生物学的发展简介微生物学的发展简史史前期———1676年之前（约8000年）朦胧阶段初创期———1676—1861（约200年）形态描述阶段（列文虎克）奠基期———1861—1897（约40年）生理水平研究阶段（巴斯德、科赫）发展期———1897—1953（约50年）生化水平研究阶段成熟期———1953—至今分子生物学水平阶段第二节微生物的合成代谢生物固氮是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原为氨的过程,生物界中只有原核生物才具有固氮能力具有固氮作用的微生物近五十个属，包括细菌、放线菌和蓝细菌根据固氮微生物与高等植物以及其它生物的关系，可以把它们分为三大类：自生固氮体系，共生固氮体系和联合固氮体系微生物能够在常温常压条件下固氨，关键是靠固氮酶的催化作用第二节微生物的合成代谢共生固氮体系根瘤菌（Rhizobium）与豆科植物共生；弗兰克氏菌（Frankia）与非豆科树木共生；蓝细菌（cyanobacteria）与某些植物共生；蓝细菌与某些真菌共生第二节微生物的合成代谢自生固氮体系好氧自生固氮M固氮单胞菌属（Azotobacter固氮菌属，Azotomonas固氮单胞菌属，etc）厌氧自生固氮M（Clostridium梭菌属）兼性厌氧自生固氮M（Bacillus，Klebsiella，etc）大多数光合M（蓝细菌，光合细菌）第二节微生物的合成代谢联合固氮体系不生成共生固氮特殊结构；有较强的寄主专一性雀稗固氮菌（Azotobacterpaspali）与雀稗根系形成联合第二节微生物的合成代谢固氮机制N2+8e-+8H++nATP（固氮酶Mg2+）2NH3+H2+nADP+nPi固氮反应的必要条件ATP，e-、H+及其载体，固氮酶，N2，Mg2+，厌氧环境固氮酶包括2种组分组分I（P1）:真正的固氮酶，又称钼铁蛋白（MoFe），由4个亚基组成。组分II（P2）:实际上是一种固氮酶还原酶，又称铁蛋白Fe），由2个亚基组成微生物的生长细胞生长的标志：外观上是细胞由小长大包括：染色体（或DNA）的复制、核糖体的生物合成、线粒体的生物合成、细胞壁的生物合成等微生物的生长IndividualGrowthandSynchronousGrowthofMicroorganismsSynchronousGrowth同步生长使培养基中细菌同时分裂，处于相同的生长阶段（处于分裂步调一致的生长状态）叫同步生长。环境条件诱导法机械筛选法其它方法环境条件控制法温度调节法培养基成分控制控制限制因子的量或添加某些抑制剂（氯霉素抑制菌体蛋白合成）其它方法用交替见光和黑暗处理光合细菌缺点：打乱细胞原有的正常代谢。第一节微生物生长及测定细菌的群体及生长曲线细菌的生长曲线细菌生长曲线的测定分批培养（单批培养，密闭培养）曲线的测定：液体将少量细菌接种到一恒定容积的新鲜液体培养基中，在适宜条件下培养，定时取样测定细胞密度，以活细胞数的对数对培养时间所作出的曲线称为生长曲线。微生物的典型生长曲线：延滞期、指数期、稳定期、衰亡期微生物的非典型生长曲线：延滞期、快速生长期、生长衰退期第一节微生物生长及测定细菌的生长曲线延滞期(适应期)在延滞期,细菌的增殖率与死亡率相等，均为零；菌数几乎不增加，曲线平稳指数期,又称对数期(logarithmicphase)细胞增长以指数式进行的快速生长繁殖期称为指数期，也称对数期Lagphase调整期、适应期、停滞期细胞生理特点：分裂迟缓、菌体大、DNA含量高代谢活跃出现的原因：为了调整代谢（需要合成多种酶，辅酶和某些中间代谢产物）影响因素：菌种的遗传性、菌龄、接种量、及移种前后所处的环境条件等。•缩短意义：可以缩短生产周期，提高设备利用率缩短措施：增加接种量调整营养成分采用对数期的种子接种选用繁殖快的菌种延滞期延滞期特点：生长速率等于零细胞合成新的成分微生物细胞特点：补充消耗的材料适应新的培养基或别的培养条件细胞形态变大或变长对外界不良环境敏感。影响延滞期长短的因素与实践意义接种龄对数期“种子”，延滞期较短；延滞期或衰亡期“种子”,延滞期较长接种量接种量大，延滞期较短；接种量小，延滞期较长；培养基成分培养基成分丰富的，延滞期较短；培养基成分与种子培养基一致,延滞期较短把细菌接种到新鲜的培养基中培养时，并不立即进行分裂繁殖，细菌增殖数为０，这时需要合成多种酶，辅酶和某些中间代谢产物，要经过一个调整和适应过程。Microbiology延滞期出现原因LogPhase(指数期）细胞数呈几何级数增加细胞的生理特点：细胞生长速率R最大，均衡生长：个体形态、化学组成和生理特性等均一致，代时（G，世代时间，增代时间）或倍增时间：最短酶系活跃，代谢旺盛出现原因：细胞完成生理调整，基质营养和环境适宜代谢生理等研究材料，增殖酵母菌的最适材料，作为发酵的种子可缩短延迟期。影响指数期代时长短的因素菌种营养成分营养物浓度培养温度第一节微生物生长及测定细菌的生长曲线稳定生长期（stationaryphase）新增细胞与逐步衰老死亡细胞在数量上趋于相对平衡状态，这就是群体生长的稳定期稳定期细胞数变化：活细胞数保持动态平衡（正生长和负生长相等），总细胞数开始时仍呈上升趋势。菌体产量与营养物质的消耗间呈有规律的比例关系（生长产量常数Y，或称生长得率）：Y=x-x0C0-C还有更精确的计算方法。出现原因：营养尤其生长限制因子的消耗，营养物比例失调，有害代谢产物积累，pH值EH值等理化条件不适细胞生理特点：分裂速度降低活细胞数达到最大值开始积累储藏物质积累发酵产物（次生代谢物，对数期-菌体生长期，稳定期-代谢产物合成期）芽孢细菌产生芽孢*实践意义：生产收获时期（菌体及相平行的代谢产物）；细胞物质生物测定；促进连续培养原理提出和工艺技术创建稳定期Deathphase衰亡期细胞数变化：活细胞数逐渐下降细胞生理特点：细胞内颗粒更加明显,出现液泡细胞出现异常形态细胞死亡伴随自溶产生原因：遗传，培养条件和环境不适宜细菌生长曲线的用途：研究上生产上第一节微生物生长的测定细菌的生长曲线微生物的生长曲线，反映一种微生物在一定的生活环境中(如试管、摇瓶、发酵罐)生长繁殖和死亡的规律。它既可作为营养物和环境因素对生长繁殖影响的理论研究指标，也可用为调控微生物生长代谢的依据，以指导微生物生产实践。第二节环境条件对微生物生长的影响（*）环境因子对微生物的影响可以分为三类•适宜环境：微生物能正常地进行生命活动•不适宜环境：微生物的正常生命活动受到抑制或被迫暂时改变原有的一些特征。•恶劣环境：微生物死亡或发生遗传变易。第二节环境条件对微生物生长的影响温度温度通过影响膜的液晶结构、酶和蛋白质的合成及活性、RNA的结构、转录等影响微生物的生命活动。物质溶解度温度三基点最适生长温度微生物的生长温度范围Ø最低温度：微生物能生长的温度低限Ø最适温度：微生物生长繁殖速度最快的温度Ø最高温度：微生物能生长的温度高限致死温度ACBvT℃不同生物的温度上限一般有以下规律：原核生物高于真核生物；原核生物中古生菌高于真细菌；非光能营养细菌高于光能营养细菌；单细胞生物高于多细胞生物。第二节环境条件对微生物生长的影响氧浓度Obligateorstrictaerobes专性好氧菌Facultativeanaerobes兼性厌氧菌Microaerophilicbacteria微好氧菌Aerotolerantanaerobes耐氧菌Anaerobes厌氧菌专性好氧微生物：strictaerobes分子氧作为最终电子受体，氧参与合成固醇及不饱和脂肪酸；细胞含有超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。•对氧化还原电位的要求Eh＞+0.1v可生长，最适在+0.3—0.4v如:霉菌、大部分放线菌及部分细菌兼性须氧微生物：facultativeaerobesEh＞+0.1v通过好氧呼吸获取能量Eh＜+0.1v通过发酵或无氧呼吸获取能量细胞含有SOD和过氧化氢酶如：许多酵母和细菌酿酒酵母、大肠杆菌、产气杆菌等微好氧菌：microaerophilicbacteria只能在较低的氧分压（0.01—0.03巴）下才能正常生长；也通过有氧呼吸获取能量。如：霍乱弧菌、氢单胞菌属等耐氧微生物：aerotolerantanaerobe一类可在分子氧存在条件下进行厌氧生活的厌氧菌。仅依靠发酵获得能量细胞内有SOD和过氧化物酶，但无过氧化氢酶。如：乳链球菌、乳酸乳杆菌、膜明串珠菌厌氧微生物：anaerobe只能在无氧或低Eh值时,才能生长。分子氧可抑制生长或导致死亡。通过发酵或无氧呼吸等获取能量。细胞内缺乏SOD细胞色素氧化酶、过氧化氢酶*等如：梭状芽孢杆菌属、双歧杆菌属、丁酸弧菌属等第二节环境条件对微生物生长的影响氢离子浓度(pH)嗜酸菌嗜中性菌嗜碱性菌根据控制作用的效果分类灭菌（sterilization）:凡是能够杀死或消除材料或物体上全部微生物的方法——杀菌、溶菌；消毒（disinfection）:能够杀死、消除或降低材料或物体上的病原微生物，使之不致引起疾病的方法；防腐（antisepsis）:能够防止或抑制微生物生长，但不能杀死微生物群体的方法——低温、缺氧、干燥、高渗、高酸度、高醇度、加防腐剂。化疗（chemotherapy）：利用具有高度选择毒力（selectivetoxicity）即对病原菌具高度毒力而对其宿主基本无毒的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该宿主传染病的一种措施——磺胺类、抗生素、生物药剂等。根据控制作用原理、方式和方法分类物理控制方法化学控制方法影响灭菌作用效果的因素（时间）作用时间长短起始微生物总数微生物的抗性作用方式TheuseofphysicalmethodsincontrolHeat高温杀菌机理：高温使蛋白质、核酸等重要生物大分子发生变性、破坏，以及破坏细胞膜上的类脂成分，导致微生物死亡。DryheatsterilizationMoistheatsterilization高温灭菌或消毒的方法1、干热灭菌法干热灭菌：150℃～170℃下处理1-2小时。适用于玻璃器皿、金属用具等耐热物品的灭菌。优点：可保持物品的干燥火焰灭菌（灼烧灭菌）：常用于金属性接种工具、污染物品及实验材料等废弃物的处理。2、湿热灭菌（消毒）湿热灭菌是在含水状态下进行消毒灭菌。煮沸消毒、高压蒸汽灭菌、间歇加热灭菌、巴氏消毒、实罐灭菌在相同温度下，湿热灭菌的效力比干热灭菌好。为什么？热蒸汽对细胞成分的破坏作用更强热蒸汽比热空气穿透力强蒸汽潜热大，当气体转变为液体时可放出大量热量，故可迅速提高灭菌物体的温度。潜热是指当1g100℃的水蒸汽变成1g100℃水时，释放出2255.2J的热量（1）常压法巴氏消毒法是一种专用于牛奶、啤酒、果酒等不宜进行高温灭菌的液态风味食品或调料的低温消毒方法（60~85℃，30min~15s）。低温维持法——63℃，30min高温瞬时法——72（85）℃，15s；常用煮沸消毒法：饮用水的消毒（100℃处理15min以上）间隙灭菌法：适用于不耐热培养基的灭菌（诱导芽孢萌发，杀死营养体，连续3次）（2）加压法常规加压蒸汽灭菌法：121.3℃，压力为1kg/cm2或15磅/英寸2，维持15~30min115℃，压力为0.7kg/cm2或10磅/英寸2，维持10~20min（过高温度容易被破坏）使用于一切微生物学实验，医疗机构或发酵工厂中对培养基等多种器材、物料的灭菌。连续加压蒸汽灭菌法（连消法）：发酵工业和食品加工生产中使用，让培养基在管道的流动过程中快速升温、维持和冷却，然后流进发酵罐（热交换）。135~140℃下维持5~15秒热死时间——最短时间（温度恒定）热死温度——最低温度（时间恒定，10min）高压蒸汽灭菌的原理高压蒸汽灭菌器是利用加压的饱