第4章 微生物的生长与产物代谢

④. 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”。
细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、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、自 溶等，发生自溶的菌生长曲线表现为向下跌落的趋势。 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
3、微生物生长的测定
（1）以数量变化测定微生物的生长（计数） • 直接计数法（血球计数板、比浊法） 比浊法：原理是在一定范围内，菌悬液中的细胞浓度 与混浊度成正比，即与光密度成正比，菌数越多，光 密度越大。因此，借助于分光光度计，在一定波长下 测定菌悬液的光密度，就可反应出菌液的浓度。 特点：快速、 简便；
根据微生物的最适生长温度的不同，可将微生 物划为五个类型
生长温度 最低 嗜冷微生物 <0 最适 15 最高 20
微生物类型
兼性嗜冷微生物
嗜温微生物 嗜热微生物 超嗜热或嗜高温微生物
0
15～20 45 65
20～30
20～45 55～65 80～90
35
>45 80 >100
2、水分活度对微生物生长的影响
4、影响微生物生长环境因素
营养物质 水的活性
营养学内容
温度
pH 氧
1、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。
②、丙酮酸的代谢
• 第一阶段生成丙酮酸和DAN(P)H2，DAN(P)H2 需要重新氧化生成DAN(P)+,继而循环， • 好氧：丙酮酸→乙酰辅酶A，经TCA循环或乙 醛酸循环氧化生成CO2和水， DAN(P)H2转移 给末端电子受体O2， • 厌氧：受体氧以外的外源氧化物、不饱和碳氢 键，形成各类发酵
• 总反应方程： • 厌氧条件下： • C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi →2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP+2H2O • 有氧条件下： • C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi→6CO2+6H2O+38ATP
B、HMP途径(磷酸戊糖途径)
• 功能：提供大量的 NADPH2和各种不 同碳原子骨架的磷 酸糖，R-5-P(5-磷 酸核糖)→核苷酸、 E-4-P(4-磷酸赤藓 糖)→芳香族氨基酸、 • EMP和HMP同时存 在，环境变化有所 不同。
影响物质的溶解度，对生长有影响。
微生物生长的三个温度基点
微生物整体来看:生长的温度范围一般在-10 ℃ ~100 ℃
但对于特定的某一种微生物：
只能在一定温度范围内生长，在这个范围内，每种微 生物都有自己的生长温度三基点，即最低、最适、最 高生长温度 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。
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）
原因：适应新环境条件，合成新酶，积累必要中间产物
②.对数期（log phase）
其他名称：指数期 现象：细胞数目以几何级增加，其对数与时间呈直 线关系 特点： 生长速率常数最大，即代时最短 细胞进行平衡生长，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
◆改变酶活、酶促反应的速率及代谢途径： 如：酵母菌在pH4.5-5产乙醇，在 pH6.5以上 产甘油、酸。
◆环境pH值还影响培养基中营养物质的离子 化程度，从而影响营养物质吸收，或有毒物 质的毒性。
不同微生物对pH要求不同
微生物的生长pH值范围极广，从pH<2～>8都有微生物 能生长。但是绝大多数种类都生活在pH5.0～9.0之间。 微生物生长的pH值三基点： 各种微生物都有其生长的最低、最适和最高pH值。 不同的微生物最适生长的pH值不同，根据微生物生 长的最适pH值，将微生物分为： 嗜碱微生物：硝化细菌、尿素分解菌、多数放线菌 耐碱微生物：许多链霉菌 中性微生物：绝大多数细菌，一部分真菌 嗜酸微生物：硫杆菌属 耐酸微生物：乳酸杆菌、醋酸杆菌
• 将一定量的菌液中的菌体通过离心或过滤分离出来, 然后烘干(干燥温度可采用105℃、100℃或80℃)、 称重。一般干重为湿重的10%—20%，而一个细菌细 胞一般重约10-12~10-13g。 • 该法适合菌浓较高的样品。 • 大肠杆菌一个细胞一般重约10-12~10-13g，液体培养 物中细胞浓度达到2×109个/ml时，100ml培养物可 得10~90mg干重的细胞。
• C6H12O6+NAD++ADP+Pi +6NADP+→2CH3COCOOH+2NADH2++ NADPH2+ATP
• 有氧条件下：
• C6H12O6+6O2+37ADP+37Pi→6CO2+6H2O+37ATP
D、PK途径
• 在没有EMP、HMP、ED途经的细菌通过PK 途经分解葡萄糖。 • ①磷酸戊糖酮解途径(PPK)，HMP变异途径， 葡萄糖到5-磷酸木酮糖一样→乙酰磷酸(乙 醇)+3-磷酸甘油醛→丙酮酸(乳酸) • 异型乳酸发酵 • ②磷酸己糖酮解途径(PHK)，EMP变异途径， 葡萄糖到6-磷酸果糖一样→乙酰磷酸+4-磷酸 赤藓糖→再和F-6-P → →5-磷酸核糖→ →乙 酰磷酸+3-磷酸甘油醛 • 异型乳酸发酵
• A、三羧酸循环 • B、乙醛酸循环
A、三羧酸循环
• TCA循环： • 产生大量能量36( 38 )ATP。 • 物质代谢枢纽：糖、蛋白质、脂类代谢 中桥梁作用； • 合成代谢中间产物：氨基酸、脂肪酸、 细胞色素； • 提供各种有机酸。
B、乙醛酸循环(DCA)
乙酰CoA+乙醛酸+2NAD+→苹果酸+2NADH2
将单细胞细菌接种到恒定容积的液体培养基中， 不补充营养物或移去培养物，细菌以二分裂方式繁 殖，以时间为横坐标，细菌数目的对数值为纵坐标， 可画出一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律 的曲线，称为生长曲线（growth curve）
①迟缓期（lag phase）
其它名称：延滞期、停滞期、调整期、适应期 现象：活菌数没增加，曲线平行于横轴。 特点： 生长速率常数= 0 细胞形态变大或增长 细胞内RNA特别是rRNA含量增高，原生质嗜碱性增强 合成代谢活跃（核糖体、酶类、ATP合成加快），易产生 诱导酶
E、葡萄糖直接氧化途径
• 上述四种都是葡萄糖磷酸化以后再降解，有一 些微生物酵母、假单胞菌属、醋杆菌属，没有 己糖激酶，有葡萄糖氧化酶，直接将葡萄糖氧 化成葡萄糖酸、再磷酸化生成6-磷酸葡萄糖酸
• 经6-PG脱氢酶转化成KDPG，按照ED途经降解。 • 经6-PG脱氢酶转化成5-磷酸核酮糖，进入HMP降解。
• 含氮量法 蛋白质是细胞的主要物质，含量稳定，而氮是蛋 白质的主要成分，通过测含氮量就可推知微生物的 浓度。 一般细菌含氮量为干重的12.5%，酵母菌为7.5%， 霉菌为6.0%，根据一定体积培养液中的含氮量再乘 以6.25，就可测得粗蛋白的含量。 • DNA法 每个细菌的DNA含量相对稳定，平均为8.4×105ng，提取样品的总DNA，求的DNA含量，计算细菌 的含量。 • 其它生理指标 氧消耗量、代谢产物生成量、营养物质消耗量等
2 2
葡 萄
糖
分 解 代 谢
及
发
酵
途 径
A、EMP途径
• 该途径主要提供三碳中间 代谢产物：GAP(三磷酸甘 油醛)，PY(丙酮酸)是EMP、 HMP、ED途径三条代谢途 径交叉枢纽。 • PEP(磷酸烯醇式丙酮酸) 在糖补偿途径CO2回补中 起作用，PGA(磷酸甘油酸) 在嘌呤类物质生物合成中 起作用，DHAP(磷酸二羟 丙酮)接收氢生成3磷酸甘 油→甘油→磷脂。
一些微生物生长的pH值范围
微生物种类 最低pH 最适pH 最高pH
大肠杆菌 枯草芽孢杆菌 金黄色葡萄球菌 黑曲霉 一般放线菌 一般酵母菌
4.3 4.5 4.2 1.5 5.0 3.0
6.0—8.0 6.0—7.5 7.0— 5.0—6.0 7.0—8.0 5.0—6.0
9.5 8.5 9.3 9.0 10.0 8.0
(2)厌氧发酵机制
第四章
微生物的生长与产物代谢
第一节 第二节
微生物的生长 微生物的生物合成
第三节 微生物生物合成的代谢机制
第一节
• • • • • 1. ① ② ③ ④
微生物的生长
微生物的生长繁殖 细菌 二等分裂 放线菌 无性 孢子繁殖 霉菌 无性和有性孢子繁殖 酵母 芽殖
• 2.微生物的生长曲线（单细胞生物，细菌）
• 微生物的生命活动离不开水分，水是机体的 重要组成成分，溶剂和运输介质，参与机体 内水解、缩合、氧化与还原反应，维持蛋白 质等大分子物质的稳定的天然状态。 • 渗透压的改变影响生命活动
3.氧气对微生物生长的影响 超氧化物歧化酶（SOD）和
过氧化氢酶 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： 通过呼吸链以 氧为电子受体 产能，只能在 低氧分压下生 长，弯曲菌属、 霍乱弧菌
兼性厌氧菌
耐氧厌氧菌：乳酸菌 厌氧菌
(专性)厌氧菌：