微生物与发酵工程 通江县实验中学 张学工

微生物的类群 什么是微生物？ 微生物的分类：已知大约10万种 微生物 微生物是指形体微小、结构简单、通常（大型真菌等是可见的）要用光学显微镜或电子显微镜才能看清楚的生物的总称。 微生物的分类：已知大约10万种 没有细胞结构的微生物 病 毒 微生物 原核生物界的生物 有细胞结构的微生物 真菌界的生物 原生生物界的生物

细 菌

细 菌 细 菌 细菌的结构 细菌是单细胞的原核生物。 主要成分为肽聚糖，主要作用是保护细胞和维持细胞形态。 细胞壁 核糖体 细胞膜 淀粉粒 细 菌 细菌是单细胞的原核生物。 细菌的结构 主要成分为肽聚糖，主要作用是保护细胞和维持细胞形态。 细胞壁 核糖体 细胞膜 淀粉粒 细 菌 贮存颗粒 无色透明，内含 细胞质 硫 粒 （其小型环状DNA上含有控制固氮、抗药性、抗生素生成等性状的基因） 质粒 没有核膜、核仁、染色体，由一个大型 环状DNA分子缠绕而成棒状、哑铃状或球状。 拟 核

原核细胞亚显微结构模式图

细菌繁殖方式： 菌 落： 二分裂 是由于细菌繁殖而形成的肉眼可见的、具有一定形态结构的子细胞群。 形成隔膜 细胞增大 母细胞 子细胞 DNA复制 子细胞 菌 落： 是由于细菌繁殖而形成的肉眼可见的、具有一定形态结构的子细胞群。 不同种类的细菌所形成的菌落的大小、形状、颜色、硬度、透明度等方面具有不同的特征。这些特征是菌种鉴定的重要依据。例如： 无鞭毛球菌 菌落较小、较厚、边缘整齐 球 菌 有鞭毛球菌 菌落较大、扁平、边缘呈波状或锯齿状

放 线 菌 放线菌生活环境： 放线菌生活方式： 放线菌的菌丝： 主要分布在土壤、空气和水中 营腐生生活 放 线 菌 放线菌是单细胞原核生物，菌体一般由分枝状的菌丝构成。 放线菌生活环境： 主要分布在土壤、空气和水中 放线菌生活方式： 营腐生生活 放线菌的菌丝： 1、基内菌丝：伸入培养基内，主要功能是吸收营养物质 2、气生菌丝：伸展在空气中，较粗，直线型或弯曲分枝

放 线 菌 分化 气生菌丝 孢子丝 基内菌丝 （吸收营养物质） 放 线 菌 模 式 图

病 毒

头膜 DNA 尾轴 尾鞘 尾丝 基片 一种噬菌体的模式图

病 毒 病毒的生活方式： 构成病毒的化学物质： 病毒的分类： 病毒只能寄生在其他生物的细胞内才能生活。 蛋白质和核酸 按寄主类型分 植物病毒 按寄主类型分 动物病毒 病 毒 噬 菌 体 DNA 病毒 按核酸类型分 RNA 病毒

噬菌体侵染细菌的过程 吸附 侵入 合成 组装 释放

从名称上大致区分各类微生物 一般来说，病毒的名称中都带有“病毒”二字，如烟草花叶病毒、天花病毒等，只有噬菌体除外，只要记住噬菌体是病毒就行了。 细菌的名称中往往在菌字前有其形状，如大肠杆菌，霍乱弧菌，金黄色葡萄球菌等，乳酸菌比较特殊，但这是人们的一般叫法，实际上全称应该是乳酸杆菌。 原生生物的名称中经常带有“虫”字，如草履虫、变形虫、太阳虫等，但要注意昆虫的名称中也带有“虫”字， 要注意区分。 真菌中酵母菌比较特殊，容易和细菌混淆，要把它记住，另外一般说的霉菌是指真菌，如青霉、曲霉、根霉等，其他的大型真菌如蘑菇、猴头等就比较好区分了。

微生物的营养 无论是哪一类型的微生物都必须从外界环境获得其生命活动所需要的物质（无机物或有机物）。 微生物新陈代谢类型 异养厌氧型 自养厌氧型 微生物新陈代谢类型 自养需氧型 异养需氧型 无论是哪一类型的微生物都必须从外界环境获得其生命活动所需要的物质（无机物或有机物）。

微生物生活所需的营养物质 碳 源 氮 源 微生物的 营养物质 包括 生 长 因 子 无 机 盐 水

碳 源 碳 源 凡是能为微生物提供生长繁殖所需的碳元素的营养物质，就叫做碳源。 无机碳 CO2、NaHCO3等 有机碳 碳 源 凡是能为微生物提供生长繁殖所需的碳元素的营养物质，就叫做碳源。 碳 源 无机碳 CO2、NaHCO3等 有机碳 糖类、脂肪酸等含碳有机物 碳源的作用： ①、合成微生物细胞物质和一些代谢产物； ②、异氧微生物的主要能源物质。 在培养异氧微生物时，培养基中必须有含碳的有机物作为碳源； 在培养自养微生物时，不需加入有机碳，自养微生物可利用空气中的CO2作为碳源。

氮源主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物。 氮 源 凡是能为微生物提供生长繁殖所需的氮元素的营养物质，就叫做氮源。 分子态氮 固氮微生物氮源 氨 硝化细菌氮源 铵 盐 氮 源 微生物最常用氮源 硝 酸 盐 氮源主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物。 尿 素 牛 肉 膏 蛋 白 胨

生长因子 生长因子主要包括： 维生素、氨基酸和碱基等 生长因子的作用： 生长因子不可缺少的原因是： 作为微生物生长因子的天然物质有： 微生物生长过程中所需要的除碳源、氮源、无机盐和水等条件以外的，生长不可缺少的微量有机物即为生长因子。 生长因子主要包括： 维生素、氨基酸和碱基等 生长因子的作用： 是酶和核酸的组成成分 生长因子不可缺少的原因是： 缺少合成这些物质所需的酶或合成能力有限 作为微生物生长因子的天然物质有： 酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液等。

配制培养基的原则 1、目的明确 2、营养要协调 3、pH要适宜 根据所培养的微生物的种类、培养目的（用于生产还是实验）等，选择原料配制培养基。 2、营养要协调 配制培养基时必须注意各种营养物质的浓度和比例。其中碳源与氮源的比最重要。（例！） 3、pH要适宜 根据不同的微生物适宜生长的pH范围调节培养基的pH。

培养基的种类 培养基的种类 固体培养基 （分离、计数等） 按物理性质分 半固体培养基（观察运动、保种） 液体培养基 （工业生产） 固体培养基 （分离、计数等） 按物理性质分 半固体培养基（观察运动、保种） 培养基的种类 液体培养基 （工业生产） 合成培养基 （化学成分明确，常用于分类、鉴定等） 按化学成分分 天然培养基 （天然物质配制，成分不明确，常用于工业生产） 选择培养基（用于从多种微生物中选出需要的种类） 按 用 途 分 鉴别培养基（用于判定某一微生物的存在）

微 生 物 的 代 谢 什么是微生物代谢 微生物代谢的特点： 微生物代谢是指微生物细胞内所发生的全部化 学反应。 微生物的代谢异常旺盛（因为微生物的表面积与 体积的比很大，有利于与外界环境的物质交换）

微生物的代谢产物 微生物的代谢产物 初级代谢产物 次级代谢产物 无论是哪种代谢产物都是在微生物细胞的调节下，有步骤地产生的。 根据产物与微生物 生长繁殖的关系分 次级代谢产物 无论是哪种代谢产物都是在微生物细胞的调节下，有步骤地产生的。

一、初级代谢产物 特点： 种类： 1、通过微生物代谢活动产生； 2、是微生物自身生长和繁殖所必需的物质； 3、不同种类的微生物的初级代谢产物基本相同； 4、初级代谢产物的合成必须不停地进行。 种类： 如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。

二、次级代谢产物 特点： 种类： 抗生素、毒素、激素、色素 等 1、通过微生物代谢活动产生，但只有微生物生长到一定阶段才能产生； 2、不是微生物自身生长和繁殖所必需的物质，或对该微生物没有明显的生理功能； 3、不同种类的微生物的次级代谢产物各不相同。其可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。 种类： 抗生素、毒素、激素、色素 等

微生物代谢的调节 1、酶合成的调节 微生物代谢的调节方式 2、酶活性的调节

酶合成的调节 组成酶 （一直存在于微生物细胞内，其合成只受微生物细胞内的遗传物质控制） 微生物细胞内酶的分类 诱导酶 （是在微生物细胞内的遗传物质的控制下合成的，但合成时环境中必须存在某种物质） 酶合成的调节的意义： 这种调节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 酶活性的调节是指微生物通过改变已有酶的活性来调节代谢的速率的调节方式。 酶活性发生改变的主要原因： 微生物代谢活动 某代谢产物 酶结构复原恢复活性 酶—代谢产物 某代谢产物 酶结构改变 失去活性

谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径 葡萄糖 中间产物 a-酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酸 谷氨酸脱氢酶 1、被调节的酶是： 2、起调节作用的代谢产物是： 谷氨酸 a-酮戊二酸 抑 制 谷氨酸脱氢酶 谷氨酸脱氢酶 NH4 + 谷氨酸 谷氨酸 谷氨酸

酶活性的调节是一种快速、精细的调节方式。 微生物代谢的两种调节方式是同时存在的，二者密切配合、协调作用。通过对代谢的调节，微生物细胞内一般不会积累大量的代谢产物。

微生物代谢的人工控制 人工控制微生物代谢的措施： 1、改变微生物的遗传特性： 如通过诱变育种的方式获得需要的微生物新品种 2、控制生产条件： 如适时解除代谢产物对代谢过程中酶的抑制作用

黄色短杆菌合成赖氨酸的途径 天冬氨酸 抑 制 天冬氨酸激酶 天冬氨酸激酶 中间产物Ⅰ 1、被调节的酶是： 天冬氨酸激酶 中间产物Ⅱ 高丝氨酸脱氢酶 2、起调节作用的代谢产物是： 苏氨酸和赖氨酸 高丝氨酸 甲硫氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 赖氨酸 赖氨酸 赖氨酸

发 酵 发 酵 狭义的发酵是指微生物的无氧呼吸。 广义的发酵是指人们通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程。 发酵的分类： 发 酵 狭义的发酵是指微生物的无氧呼吸。 广义的发酵是指人们通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程。 发酵的分类： 固体发酵 根据 培养基 物理状态分 液体发酵 发 酵 抗生素发酵 根 据 所 生 成 的 产物分 维生素发酵 氨基酸发酵 厌氧发酵 根据发酵过程需氧情况分 需氧发酵

微生物的生长 微生物生长常用的研究对象： 某一微生物群体 测定微生物群体生长的方法： 微生物生长曲线： 1、测细菌的数目 2、测细菌的重量（湿重或干重） 微生物生长曲线： 1、横坐标为时间； 2、纵坐标为微生物（细菌）数目的对数； 3、曲线代表随时间变化微生物（细菌）数目的对数的变化规律。

细菌的生长曲线 细菌数目的对数 3 2 4 1 时 间 1、调整期 2、对数期 3、稳定期 4、衰退期

调 整 期 调整期 生长时期 形成原因 菌体特征 生产应用与控制 特点 代谢活跃，体积增长较快 通过菌种、接种量、培养基等缩短调整期 调 整 期 生长时期 形成原因 菌体特征 生产应用与控制 特点 代谢活跃，体积增长较快 通过菌种、接种量、培养基等缩短调整期 调整期 微生物对新环境的适应 不立即 繁殖

对 数 期 调整期 生长时期 形成原因 菌体特征 生产应用与控制 特点 繁殖速度快，以等比数列形式增加 个体形态和生理特性稳定 对 数 期 生长时期 形成原因 菌体特征 生产应用与控制 特点 繁殖速度快，以等比数列形式增加 个体形态和生理特性稳定 获取菌种、作为科研材料 调整期 生存条件适宜

稳 定 期 稳定期 生长时期 形成原因 菌体特征 生产应用与控制 特点 开始出现芽孢 生存条件恶化（Ph变化，代谢产物积累，营养物质消耗） 稳 定 期 生长时期 形成原因 菌体特征 生产应用与控制 特点 繁殖速度与死亡速度相等，活菌数量最大，代谢产物积累最多 生存条件恶化（Ph变化，代谢产物积累，营养物质消耗） 稳定期 通过添加培养基、放出老培养基和控制其他生产条件延长稳定期 开始出现芽孢

衰 退 期 生长时期 形成原因 菌体特征 生产应用与控制 特点 调整期 生存条件极度恶化 出现多种形态畸变 死亡大大增加

影响微生物生长的环境因素 环 境因 素 影响的原 因 最适条件 不适宜因素的结果 温度 pH 氧气 影响的原 因 最适条件 不适宜因素的结果 生长速率急剧下降（蛋白质和核酸等发生不可逆破坏） 影响蛋白质和核酸的结构 温度 25~37℃ 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。 影响酶活性和膜的稳定性 多数细菌：6.5~7.5 pH 真 菌：6.0~7.0 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 影响微生物的呼吸或生命 氧气

根据对氧气的需求状况对微生物进行分类 需氧型微生物 微生物 厌氧型微生物 兼性厌氧型微生物 只能生活在有氧的环境条件下 不需氧（如链球菌），进行无氧呼吸。 微生物 厌氧型微生物 有氧时，无氧呼吸反而受到抑制（如乳酸菌、甲烷杆菌等）。 兼性厌氧型微生物 有氧条件下进行有氧呼吸；无氧条件下进行无氧呼吸（如酵母菌）。