微生物与发酵工程

单 细 胞 原 核 生 物
特 荚膜： 殊 荚膜：粘性 ，保护作用 鞭毛、纤毛： 结 鞭毛、纤毛：运动器官 细菌休眠体， 构 芽孢 ：细菌休眠体，对恶劣的环境 有抵抗力
3.细菌的繁殖及菌落 3.细菌的繁殖及菌落 细菌繁殖方式： （1）细菌繁殖方式： 无性生殖: 无性生殖:二分裂 （2）细菌繁殖过程 DNA复制 复制、 DNA复制、体积增大 细胞膜、 细胞膜、细胞壁向 内生长形成隔膜 子细胞形成
沾取少量稀释 菌液在固体培 养基上画线 养基上画线
、 生物
（惊） 生物 生物 生物 界 噬菌体、流感病毒等） 病毒界 （噬菌体、流感病毒等） 原核生物界（细菌、放线菌等） 原核生物界（细菌、放线菌等） 菌、 菌等） 菌界 （ 菌、 菌等） 原生生物界（ 原生生物界（ 、 、 等） 原 、惑 等） 物界 物界
2.氮源 2.氮源 (1)定义 凡能为微生物提供氮元素的物质。 定义： (1)定义：凡能为微生物提供氮元素的物质。 (2)种类 (2)种类 ： 有机氮:如尿素、氨基酸、核酸、蛋白质、 有机氮:如尿素、氨基酸、核酸、蛋白质、 蛋白胨、牛肉膏（含多种多肽） 蛋白胨、牛肉膏（含多种多肽） 无机氮: 无机氮:如N2、NO3-、NH4+、NH3 (3)作用 合成蛋白质、核酸、 作用： (3)作用：合成蛋白质、核酸、含氮产物 不同的微生物所需氮源 种类一样吗？ 种类一样吗？ 哪些微生物能利用N 哪些微生物能利用N2 ？
三、微生物在自然界中的作用 1.微生物在生态系统中的作用 1.微生物在生态系统中的作用 碳循环：90%的 碳循环：90%的CO2靠微生物分解作用形成 氮循环： 氮循环： 同化作用： 同化作用：利用铵盐等合成含氮有机物 固氮作用： 固氮作用：将N2转化为氨 氨化作用： 氨化作用：将含氮有机物分解成氨 硝化作用： 硝化作用：将氨氧化成硝酸盐 反硝化作用：将硝酸盐还原为CO CO和 反硝化作用：将硝酸盐还原为CO和N2
③兼性厌氧型： 兼性厌氧型：
写出以下各种细菌的新陈代谢类型 蓝细菌（蓝藻）：光合自养需氧型 蓝细菌（蓝藻）： 破伤风杆菌： 破伤风杆菌： 异养厌氧型 圆褐固氮菌： 圆褐固氮菌： 异养需氧型 肺炎双球菌： 异养需氧型 肺炎双球菌： 大肠杆菌： 大肠杆菌： 硝化细菌： 硝化细菌： 乳酸杆菌： 乳酸杆菌： 根瘤菌： 根瘤菌： 异养需氧型 化能自养需氧型 异养厌氧型 异养需氧型
研究表明： 研究表明：微生物的化学组成与动植物高 度相似，反映了自然界生物细胞组成的共性。 度相似，反映了自然界生物细胞组成的共性。
水、无机盐、碳源、氮源、生长因子 无机盐、碳源、氮源、
(一)、微生物需要的营养物质及功能 1.碳源 1.碳源 (1)定义 凡能为微生物提供碳元素的物质。 定义： (1)定义：凡能为微生物提供碳元素的物质。 (2)种类 (2)种类 有机碳:糖类、脂肪酸等有机物； ①有机碳:糖类、脂肪酸等有机物； 花生粉、 花生粉、石油等天然物质 无机碳： ②无机碳：CO2、NaHCO3 (3)作用 合成细胞物质、 作用： (3)作用：合成细胞物质、能源物质 代谢类型不同的微生物 代谢类型不同的微生物 所需碳源种类一样吗？ 所需碳源种类一样吗？
芽孢萌发是生殖过程吗？ 芽孢萌发是生殖过程吗？
细菌结构及功能
基 本 结 构 细胞壁：肽聚糖， 细胞壁：肽聚糖，保护 细胞膜：与真核细胞的结构、 细胞膜：与真核细胞的结构、功能相似 质粒：小型环状DNA 质粒：小型环状 细胞质 细胞器：只有核糖体 细胞器：只有核糖体 贮藏性颗粒:淀粉粒 淀粉粒、 贮藏性颗粒 淀粉粒、硫粒 拟核：无核膜，大型环状DNA 拟核：无核膜，大型环状
几种微生物所需的生长因子 3.生长因子 3.生长因子 (1)定义 定义： (1)定义：某些微生物生长必不可少的微 微生物种类 某些微生物生长必不可少的微 生长因子 需要量 有机物； 量有机物；但自身不能合成或合成能力 5 µg 肠膜乳状杆菌 胱氨酸 有限。 有限。 1.5µg .5µg β-丙氨酸 白喉棒杆菌 (2)种类 种类： (2)种类： 0-4µg 破伤风梭状芽孢杆菌 氨基酸等 碱基、维生素、 碱基、维生素、 尿嘧啶 酵母膏、蛋白胨、 酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液 (3)作用 作用： (3)作用：酶和核酸的组成成分 0.02µg 阿拉伯聚糖乳杆菌 泛酸 粪链球菌
2.细菌的结构 2.细菌的结构
荚膜 细胞构模式图
细 菌 的 基 本 结 构
细菌的特殊结构
鞭毛
纤毛
分解多氯化 联苯的细菌
大肠杆菌
释放芽孢
芽孢
形 成 芽 孢 细菌
芽 孢 萌 发
概念： 概念： 有些细菌在一定的 条件下， 条件下，细胞里面形成 一个椭圆形的休眠体。 一个椭圆形的休眠体。 结构及生理特点： 结构及生理特点： 壁厚，小又轻， 壁厚，小又轻，对 干旱、低温、 干旱、低温、高温等恶 劣的环境有很强的抵抗 力。
列文·虎克（A.van） 列文 虎克（A.van）及他使用的显微镜 虎克
微 生 物 学 的 奠 基 人
巴斯德灭菌法：50℃-60℃，30min 巴斯德灭菌法：50℃-60℃， 发现发酵原理 传染病由微生物引起 将病原体减毒， 将病原体减毒，制成疫苗
—— —— 伟 大 的 巴 斯 德
细菌学奠基人——科赫 细菌学奠基人——科赫 发明了固体琼脂培养基 固体琼脂培养基， 发明了固体琼脂培养基，并成功分 离了多种纯种细菌。 离了多种纯种细菌。因结核杆菌的研究 获得1905年诺贝尔生理学或医学奖 年诺贝尔生理学或医学奖。 获得1905年诺贝尔生理学或医学奖。
）、微生物培养基的配置原则 微生物培养基 （三）、微生物培养基的配置原则 1.有的放矢 1.有的放矢 明确培养目的： （1）明确培养目的：生产或实验 （2）明确培养对象的代谢类型 2.营养要协调 2.营养要协调 （1）营养物质浓度适宜 各种营养物质（ C/N） （2）各种营养物质（如C/N）比例适当 3.酸碱度要适宜 3.酸碱度要适宜 细菌的最适pH 6.5pH为 细菌的最适pH为6.5-7.5 放线菌的最适pH 7.5pH为 放线菌的最适pH为7.5-8.5 4.无菌 无菌: 4.无菌:无杂菌 5.经济节约 5.经济节约
吸附
装配
注入
合成病毒核酸、蛋白质 合成病毒核酸、
微生物的营养、 第二节 微生物的营养、代谢和生长 一、微生物的营养
微生物细胞中几种主要元素的含量（ 干重） 微生物细胞中几种主要元素的含量（%干重）
元素 细菌 酵母菌 霉菌
碳 50 49.8 47.9
氮 氢 氧 磷 硫 15 8 20 3 1 7.5 6.7 31.1 1.5 0.3 5.2 6.7 40.5 1.2 0.2
2.有些微生物使人和动植物患病 2.有些微生物使人和动植物患病
1918年大流感肆虐欧洲， 1918年大流感肆虐欧洲， 感染真菌的农作物 年大流感肆虐欧洲 夺去了4000万人的生命。 生长不良， 4000万人的生命 夺去了4000万人的生命。 生长不良，甚至死 警察工作时都戴上了口罩。 警察工作时都戴上了口罩。亡，从而导致农业
生产大量欠收
3.多数微生物对人类有益 3.多数微生物对人类有益 多数抗生素由放 线菌产生。 线菌产生。如头 孢拉定、链霉素、 孢拉定、链霉素、 红霉素和卡那霉 素等。 素等。
细 菌 青霉菌
放线菌
第一节 微生物的类群
一、细菌
常为透明态， 常为透明态，需染 色后显微镜观察
1.细菌的大小和形态 1.细菌的大小和形态
并非所用的微生物 都需要生长因子 干酪乳杆菌 都需要生长因子 生物素
叶酸
200µg 1µg
(二)、微生物的营养类型 营养类型 碳源 能源 实例 衣藻、蓝藻 衣藻、 光能自养型 无机物 光能 化能自养型 无机物 无机物 硝化细菌等 化能异养型 有机物 有机物 多数细菌 全部真核微生 物 光能异养型 有机物 光能
微 生 物 四 类
（三）微生物的特征
1.种类多， 1.种类多，分布广 种类多 2.体积小， 2.体积小，面积大 体积小 3.吸收多， 3.吸收多，转化快 吸收多 4.生长旺， 4.生长旺，繁殖快 生长旺 5.变异频， 5.变异频，适应强 变异频
大肠杆菌在合适的生 长条件下，细胞分裂1 长条件下，细胞分裂1 次仅需12.5 20min。 12.5次仅需12.5-20min。 若按20min 20min分裂一次计 若按20min分裂一次计 算，原初的一个大肠 杆菌一昼夜可以产生 多少个后代？ 多少个后代？ =4.7223665× 272=4.7223665×1021个 总重量可达 4722 吨
（二） 霉菌
青 霉
1.霉菌结构特点 1.霉菌结构特点
孢子 气生 菌丝 营养 菌丝
青霉结构示意图
2.与放线菌结构比较 2.与放线菌结构比较
相同点： 相同点：菌丝构成 不同点： 不同点： 放线菌 单细胞 霉菌 单细胞 或多细胞 原核生物 真核生物
四、病毒 1.大小 20大小： 1.大小：20-300nm 2.形态 形态： 2.形态：
微生物与发酵
主讲人 北京二十二中学 吕舜杰
总目录
绪论 第一节 微生物的类群 微生物的营养、 第二节 微生物的营养、 代谢和生长 第三节 发酵工程
绪
论
一、微生物学的历史 二、微生物的概念 三、微生物在自然界中的作 用以及与人类的关系
一、微生物学的历史
微生物学的开山祖师——列文 微生物学的开山祖师——列文·虎克
（四）培养基的类型 1.依物理性质 1.依物理性质 （1）液态培养基 常用于工业化生产 生产。 常用于工业化生产。 （2）半固态 加入少量凝固剂。 加入少量凝固剂。主要用于观察微生 物的运动和菌种鉴定 运动和菌种鉴定等 物的运动和菌种鉴定等。 （3）固态培养基 加入大量凝固剂，如琼脂。 加入大量凝固剂，如琼脂。主要用于 微生物的分离 计数。 分离、 微生物的分离、计数。
3.酵母菌的代谢类型
(1)同化作用方面 异养型（ (1)同化作用方面——异养型（腐生） 同化作用方面 异养型 腐生） (2)异化作用方面 (2)异化作用方面——兼性厌氧型 异化作用方面 兼性厌氧型 ①氧气充足时：有氧呼吸，彻底分解 氧气充足时：有氧呼吸， 有机物，产生水和二氧化碳 有机物， ②氧气不足时：无氧呼吸，不彻底分 氧气不足时：无氧呼吸， 解有机物，产生水、 解有机物，产生水、酒精和二 氧化碳