工业微生物学基础PPT文件格式下载.ppt

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另一方面，微生物细胞又与反应工程中的反应器十分相象，原料中的养分（即反应物）透过微生物活细胞周围的细胞壁和细胞膜，进入微生物体内，由微生物体内酶系的催化作用，把反应物转化为产物，最后产物被释放出来。

所以从化学工程角度考虑，微生物细胞又可认为是一种极其微小的“反应器”。

微生物个体所特有的小体积、大表面积的特点，给它们带来了一系列有别于其他高等生物的特征：

（1）体积小，表面大微生物的个体都极其微小，一般用微米（即10-6m）或纳米（即10-9m）作单位。

以微生物的典型代表-细菌为例，其最普遍的杆菌的平均长度2微米，1500个杆菌头尾衔接起来仅有一粒芝麻长，细菌的重量更微乎其微，每毫克细菌数比全地球人口总数还多。

任何物体被分割得越细，其比表面积（单位体积所占有的表面积）就越大，大肠杆菌的这一比值可高达30万。

微生物的这种小体积大表面积的特点，特别有利于它们与周围环境进行物质、能量和信息的交换。

实际上，微生物的一系列其他属性都和这一特点密切相关。

（2）种类多、分布广,目前已发现的微生物在10万种以上。

不同种类的微生物具有不同的代谢方式，能分解各式各样的有机物质和无机物质：

凡动植物能利用的营养物质，微生物一概可以利用；

而大量为动植物所不能利用的，甚至是剧毒的物质，微生物照样可以很好的利用。

由于微生物的食谱极广、生长要求不高以及生长繁殖速度特别快等原因，使得它们在自然界中分布极其广泛，上至天空下至深海，到处都有微生物存在，而土壤则是各种微生物的大本营。

一亩肥沃的土壤，在150cm深的表土内就含有300kg以上的真菌和裂殖菌。

固氮菌zotobacteraceae细菌的一科。

菌体杆状、卵圆形或球形，无内生芽孢，革兰氏染色阴性。

严格好氧性，有机营养型，能固定空气中的氮素。

包括固氮菌属、氮单孢菌属、拜耶林克氏菌属和德克斯氏菌属。

（3）生长旺、繁殖快,在生物界中，微生物具有极高的繁殖速度，其中以二均分裂方式繁殖的细菌尤为突出。

例如，大肠杆菌在37下以20min分裂一次计，则一个细胞经48h后可产生2.21043个后代，假如一个细菌重量为10-12克，那么这时的总重量将在2.21025吨，即相当于4000个地球之重。

（4）适应强，易变异,微生物对环境条件尤其是恶劣的极端环境所具有的惊人适应力，堪称生物界之最。

例如，某些细菌可在100以上的温度条件下正常生长；

大多数细菌能耐0-196的任何低温；

一些嗜盐菌甚至能在32%的饱和盐水中正常生活；

许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥条件下保藏几十年、几百年甚至上千年。

此外，耐酸碱、抗辐射、耐缺氧、耐毒物等特性在微生物中也是极为常见的。

由于微生物的个体一般都是单细胞或接近于单细胞，利用物理或化学的人工诱变处理后，容易使它们的遗传性质发生变异，从而改变微生物的代谢途径，产生新菌种，达到为人类服务的目的。

第二节工业生产中常见的微生物,自然界里，微生物的种类繁多，可粗分为：

原核微生物（prokaryoticmicrobe）:

指核质和细胞质之间不存在明显核膜，其染色体由单一核酸组成的一类微生物。

细胞内有明显的核区，但没有核膜、核仁，核区内含有一条DNA构成的细菌染色体。

真核微生物（Eucarvoticmicrobe）:

凡是细胞核具有核膜,能进行有丝分裂,细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器的微小生物,都称为真核微生物.细胞内含有具体的细胞核，细胞核有核仁，核膜和一至数条DNA构成的染色体。

非细胞生物没有完整的细胞结构，仅含有一种类型的核酸（DNA或RNA）不能进行独立的代谢作用，如病毒（virus）噬菌体（phage）是侵染细菌的微生物病毒,人类在100多年前从植物的花粉细胞中，发现了一些丝状和粒状的东西.直到1879年德国生物学家弗莱明（Fleming1843一1905）把细胞核中的丝状和粒状的东西，用染料染红并观察它，发现这些东西平时散漫地分布在细胞核中，当细胞分裂时，散漫的染色物体便浓缩，形成一定数目和一定形状的条状物，到分裂完成时，条状物又疏松为散漫状，后来科学家就把这种染色的条状物称为染色体染色体（chromosome）由DNA、蛋白质以及少量的RNA构成的线状或短棒状的物质，是遗传物质的载体。

它是由细胞分裂间期的染色质高度螺旋化的产物。

染色体是遗传信息的主要携带者，存在于细胞核内。

1883年美国学者提出了遗传基因在染色体上的学说.1928年摩尔根证实了染色体是遗传基因的载体，从而获得了生理医学诺贝尔奖。

1956年美籍华裔遗传学家JoeHinTjio（庄有兴）等人明确了人类每个细胞有46条染色体，46条染色体按其大小、形态配成23对，第一对到第二十二对叫做常染色体，为男女共有，第二十三对是一对性染色体。

女性性染色体是两条X染色体，而男性是X染色体和Y染色体各一条。

一、细菌（germs）,细菌是自然界中分布最广、数量最多，与人类关系最密切的一类微生物。

细菌为单细胞生物，分裂繁殖，体积很小，直径约0.5m，长度约0.5-5m，具有杆状、球状、螺旋状等基本形态（见图2-1）。

1982年，澳大利亚学者巴里马歇尔和罗宾沃伦发现了幽门螺杆菌（Helicobacterpylori,Hp），并证明该细菌感染胃部会导致胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡。

这一研究成果打破了当时流行的医学教条，并最终于20多年后帮助两位科学家赢取了2005年诺贝尔医学奖。

大量研究表明，超过90%的十二指肠溃疡和80%左右的胃溃疡，都是由幽门螺杆菌感染所导致的。

大肠杆菌，是Escherich在1885年发现的，在相当长的一段时间内，一直被当作正常肠道菌群的组成部分，认为是非致病菌。

直到20世纪中叶，才认识到一些特殊血清型的大肠杆菌对人和动物有病原性，尤其对婴儿和幼畜（禽），常引起严重腹泻和败血症某些血清型的大肠杆菌可引起不同症状的腹泻，根据不同的生物学特性将致病性大肠杆菌分为5类：

致病性大肠杆菌（EPEC）、肠产毒性大肠杆菌（ETEC）、肠侵袭性大肠杆菌（EIEC）、肠出血性大肠杆菌（EIIEC）、肠黏附性大肠杆菌（EAEC）。

细菌的细胞在原核生物中具有代表性，它主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、类核及内含物等构成。

有些细胞还有荚膜或鞭毛；

有的细胞可形成芽孢。

图2-2是细菌细胞的结构模式图。

细胞壁（cellwall）是细菌细胞的外壁，,质地坚韧而略有弹性、具有固定菌体外形和保护细胞内在物质的作用。

细胞膜（cellmembrane）:

又称质膜.细胞表面的一层薄膜.有时称为细胞外膜或原生质膜.主要结构成份一般是蛋白质占60%-80%,类脂占20%-40%,碳水化合物约占5%（分布在类脂和蛋白质之间）.它的功能是能选择性地控制与外界的交换作用摄进细菌需要的营养物质并排出多余的代谢产物，细胞膜还有让胞外酶向菌体外透过的功能。

细胞体内的酶系也主要集中在细胞膜的内侧.,细胞质（cytoplasm）是细菌细胞的基础物质，是一种无色透明的胶状物，主要成分是核糖体、蛋白质、核酸、脂类及少量糖类和无机盐类。

细胞质是细菌的内在环境，具有生命活动的各种特性，含有各种酶系，使细菌细胞与其周围环境不断地进行新陈代谢作用。

细胞核（nucleus）的主要成分是脱氧核糖核酸DNA,是负载细菌遗传信息的物质基础。

细菌是一种比较原始的生物，它的细胞核没有核膜，无固定的形状，称原核或类核。

类核是与高等生物细胞核功能相似的核物质，又称染色体或细菌染色体，一般位于细胞的中央部分，呈球状、卵圆状、亚铃状或带状。

质粒（plasmid），存在于一些细菌的细胞质中。

它是存在于细胞染色体外或附加于染色体上的遗传物质，这些遗传物质往往与细胞主要代谢无关。

质粒一般由闭合环状双螺旋DNA分子构成。

核糖体（Ribosome），是由核糖核酸和蛋白质组成的微粒，称为核糖核蛋白体，简称核糖体。

分布在细胞质中，是微生物合成酶或蛋白质的“车间”，是细菌发育、增殖、遗传所不可缺少的重要细胞器。

芽孢（spore）是某些细菌在其生长发育后期，在细胞内部形成的一种圆形或椭圆形的抵抗不良环境的休眠体。

一旦获得适宜的环境，芽孢就会萌发成为营养细胞（一般的菌体细胞）。

菌落（colony）.将单个微生物细胞或一小堆同种细胞接种在固体培养基的表面时，细胞就会迅速进行生长繁殖，形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团。

如果将某一纯种的大量细胞密集的接种到固体培养基表面，长成的各菌落相互联接成一片，这就是菌苔（lawn）。

细菌的菌落的特征：

湿润、较透明、易挑取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等,沙门氏菌显色培养基,二、放线菌（Actinomycete）,是因在培养基的表面上的菌落呈放射状而得名。

放线菌的菌丝有基内菌丝和气生菌丝两种：

匍伏生长于培养基表面或深入培养基里面摄取养料的称基内（或营养）菌丝；

基内菌丝发育到一定阶段后向空间长出的菌丝体，称为气生菌丝；

气生菌丝发育到一定阶段后其上面形成孢子丝，孢子丝是气生菌丝的一部分，其形状有直、波曲、螺旋、轮生之分。

放线菌的孢子落入适宜的培养基中就可以繁殖出新的菌体。

放线菌虽然有发育良好的菌丝体，,但无横隔，是单细胞，菌丝和孢子内不具有完整的核，由一团脱氧核糖核酸（DNA）的小纤维构成，没有核膜、核仁、线粒体等，因此，放线菌属于原核微生物。

放射菌广泛存在于泥土中，通常每克土壤中含有104-106个放线菌土壤的土腥味便是这类微生物散发的。

大多数放线菌是腐生菌，对自然界的物质循环起着一定的作用；

少数为寄生菌，能引起人和动植物的病害；

有的放线菌与植物共生，可固定大气中的氮。

放线菌最大的经济价值是,产生能抑制其他微生物生长的抗生素，可用于治疗人和动植物的疾病。

据统计从自然界发现和分离了5500种以自上的抗生素，其中大约2/3由放线菌产生，用于临床和工农林业生产上的约百种，如链霉素、四环素、庆大霉素、土霉素、金霉素、春雷霉素、争光霉素、灭瘟素等。

此外放线菌在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有所应用。

放线菌的菌落特征：

干燥、不透明、表面呈紧密的丝绒状，上有一层色彩鲜艳的干粉；

菌落和培养基的连接紧密，难以挑取；

菌落的正反面颜色常常不一致；

菌落边缘培养基的平面有变形现象等。

三、酵母菌（yeast）,酵母菌是单细胞真核微生物，酵母菌的形态多种多样，其菌体细胞以卵形为主，其次有球形、椭圆形、柠檬形、腊肠形及荷藕形等,酵母菌的菌落,酵母菌的繁殖方式分,无性繁殖，最普遍方式是芽殖，即酵母细胞长到一定程度后能反复出芽繁殖后代。

有性繁殖，用裂殖方式繁殖酵母菌在自然界分布很广，主要生长在偏酸性的含糖环境中，在水果、蔬菜、蜜饯的表面和在果园土壤中最为常见,酵母菌的菌落特征与细菌的相仿，,但较不透明，且颜色比较单调，多呈乳白色或矿烛色，少数为红色，个别为黑色。

酵母菌菌落一般会散发出悦人的酒香味。

酵母在发酵生产中有着特别重要的地位。

四、霉菌（molds）,霉菌亦称丝状真菌，是真菌的主要代表，意即发霉的真菌，它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体，但又不象蘑菇那样产生大型的子实体。

在潮湿温暖的地方，很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状的菌落，那就是霉菌。

如根霉、毛霉、曲霉、青霉等