农业微生物复习要点 (营养 生长 生态)

第四章微生物的营养营养物质：指能满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质。营养：微生物获得与利用营养物质的过程。第一节　微生物的营养要素一、微生物的化学组成主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等，约占细菌细胞干重的97%二、微生物的营养要素六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水1.碳源：构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质。（1）、种类：糖类及其衍生物（多糖：如淀粉、纤维素、麸皮、米糠等；饴糖；单糖。）脂类、烃、醇、有机酸、芳香族、无机碳（CO2及碳酸盐）等。（2）、功能：①提供合成细胞物质的原料②提供能源2.氮源：凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。氮的功能：（1）合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸等；（2）少数可作为能源物质。3.能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。4.矿质元素：大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等微量元素:锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等5.生长因子：微生物生长所必需、需要量很小、微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物）。功能：①构成某些酶的辅基②核酸的组成成分6.水：水的主要生理功能：微生物体内外物质运输的溶媒。水是原生质胶体的结构组分，并参与细胞内许多生化反应。水具传热快，比热高，热容量大等物理性质，有利于调节细胞温度和保持环境温度稳定。第二节　微生物的营养类型1．光能无机营养型（光能自养型）能以CO2为唯一碳源或主要碳源，进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO211 还原为细胞物质。2．光能有机营养型（光能异养型）以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；3．化能无机营养型（化能自养型）生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源。化能自养型可在完全无机及无光的环境中生长，只存在于微生物中。4．化能有机营养型（化能异养型）生长所需要的碳源能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源第三节　营养物质进入细胞的方式1．自由扩散（单纯扩散）营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。特点：①物质在扩散过程中没有发生任何反应；②不消耗能量；不能逆浓度运输；③运输速率与膜内外物质的浓度差成正比2．协助扩散特点：①不消耗能量②需要载体参与③参与运输的物质本身的分子结构不发生变化④不能逆浓度运输⑤运输速率与膜内外物质的浓度差成正比3．主动运输重要特点是物质运输过程中需要消耗能量和载体，且可以进行逆浓度运输。4．基团移位（转位）基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动运输方式的不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中发生了化学变化。基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。第四节培养基培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。11 培养基几乎是一切研究利用微生物工作的基础。任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水；微生物的培养基一旦配成应立即进行灭菌处理。一、选用和设计培养基的原则和方法1.目的明确2.营养协调培养基中各营养物质之间的浓度配比直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（C/N）的影响较大。3.理化条件培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。通常培养条件：细菌与放线菌：pH7~7.5酵母菌和霉菌：pH4.5~6范围内生长。4.经济节约二、培养基的类型按成分不同划分：天然培养基合成培养基根据物理状态划分：固体培养基半固体培养基液体培养基根据用途划分：基础培养基加富培养基选择培养基鉴别培养基三、微生物纯培养的获得微生物学中将在实验条件下，从一个细胞或同种细胞群繁殖得到的后代称为纯培养。（一）平板划线分离法（二）稀释倒平板法（三）利用选择性培养基分离法第五章微生物的代谢与生长第一节微生物的能量代谢第二节微生物的生长一、微生物生长的测定（一）测定单细胞微生物的数量——计数法1、直接计数利用血球计数板，在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的数量。2、间接计数（二）丝状菌生长量的测定点种法重量法（三）测定细胞中蛋白质或DNA的含量（四）测定生理指标11 二、微生物的生长（一）细菌的群体生长规律1、细菌群体的指数生长细菌以裂殖方式进行繁殖，所以它们的生长是按指数率进行的，称为指数生长。2、细菌纯培养生长曲线将少量细菌纯培养体接种到一定量的液体培养基中，放在适宜的条件下培养，定时取样测定细菌的数量，以培养时间为横坐标，以细菌数目的对数为纵坐标划出的曲线。根据细菌的生长曲线细菌的群体生长划分为四个阶段（1）滞留适应期(缓慢期、延滞期）菌体初接入新鲜培养液内，菌数并不立即增长，甚至或稍有减少，因需要通过自身生理机能的调节以逐步适应新环境，这段时间称为滞留适应期。（2）对数生长期对数期的细菌活跃，曲线上升，群体中细胞的形态和生理特征比较一致。（3）最高生长量期（平衡期、稳定期）微生物经过对数期的旺盛生长，周围环境发生了一系列变化，细胞的生活力开始下降，某些营养物质开始缺乏，代谢产物的累积，温度升高，酸碱度的变化等限制菌体细胞继续高速度的生长和分裂。这个时期，活菌数保持相对稳定，所以又称稳定期。(4)衰亡期继最高生长期后，环境变得不适于微生物生长，细胞的生活力继续衰退，细胞死亡率逐渐增高，活菌数迅速减少，曲线下降。在衰亡期中菌体细胞形状和大小不一，呈多形态，有时产生畸形细胞，细胞质多液胞，有些革兰氏阳性细菌染色反应为阴性。（二）霉菌的群体生长规律霉菌的生长是以菌丝生长的长度或菌丝增加的重量来衡量。（1）滞留适应期孢子和菌丝在新的培养环境中需要一个适应过程，因而初接种表现出延滞期。（2）迅速生长期菌丝干重迅速增加，菌丝伸长和分枝速率加快。（3）衰退期生长迅速减慢，菌丝干重下降，菌丝细胞质中开始出现较大的空泡和储存物颗粒，老菌丝开始出现自溶。（三）群体生长曲线在生产实践中的应用11 1、呈曲线生长的原因刚接种的菌体需要适应期，此期长短与菌种的质量、接种量、培养基等条件有关系。经过对数期的旺盛生长，培养基中的营养大量消耗、代谢产物积累、培养基pH改变、产生生物热等，菌体生长繁殖减慢，死活细胞数平蘅，达最大值，之后活细胞数下降。培养环境越来越不利于生长，从而引起细胞内分解代谢超过合成代谢，继而导致菌体死亡。2、生长曲线的应用措施：选好菌种和培养基，适宜的接种量，及时补充营养，不断调节培养基环境，及时取出代谢产物等等。如连续培养。连续培养：培养到对数期后期时，以一定速度连续流进新鲜培养基，并搅拌，同时以同样速度流出培养物，使培养物达到动态平衡，可以使其内的微生物可长期保持对数期的平衡生长状态和稳定的生长速率。第二节微生物的生活环境一、影响微生物的理化因素（一）温度：重要因素，甚至直接影响微生物的生存。（二）水分和空气湿度水是生物有机体中的重要组成成分，是一种起着溶剂和运输介质作用的物质，参与机体内水解、缩合、氧化与还原等反应在内的整个化学反应，并在维持蛋白质等大分子物质的稳定的天然状态上起着重要作用。没有水一切生命都不能存在。（三）氢离子浓度（pH）pH主要影响细胞质膜电荷、养料吸收和酶的活性。每种微生物都有最适pH和一定的pH适应范围。（四）、氧气根据氧与微生物生长的关系可将微生物分为好氧、兼性厌氧、专性厌氧和微好氧等几种类型。（五）辐射辐射是以电磁波的方式通过空间传递的一种能量形式。电磁波携带的能量和波长有关，波长愈短，能量愈高。1、可见光是光能微生物的唯一或主要能源。非光合性微生物有时也需要光，如有些蕈菌在子实体和色素形成时需要散射光。2、紫外线（UV）紫外线有较强的杀菌和诱变作用。二、有害微生物的控制11 控制有害微生物的方法有物理方法和化学方法。按照控制微生物的程度，分为灭菌、消毒和抑菌。灭菌：杀死物体表面和内部所有微生物，灭菌后的物体不再有可存活的微生物。消毒：杀死致病菌营养体的方法。一般不能杀死芽孢。抑菌：用物理或化学方法抑制微生物的生长和繁殖，但微生物本身未被杀死，移去抑制因子后仍可以恢复生长的生物学现象。（一）控制微生物的物理方法1、机械方法（1）机械清洗用肥皂、洗涤剂等清洗，去除微生物。（2）过滤经过过滤的液体或气体中便不再含有微生物。2、高温灭菌加热引起蛋白质变性，酶失活，从而杀死微生物。高温灭菌分为湿热灭菌、干热灭菌。（1）干热灭菌①直接燃烧②热空气灭菌（干热灭菌）在烘箱中进行，160℃，2h，温度不超180℃。玻璃器皿、金属用具等耐热物品可用此法灭菌。（2）湿热灭菌①煮沸短时间不易杀死细菌的芽孢。②间歇灭菌可用于培养基和工业食品生产中的灭菌。100℃处理30分，28—37℃培养24h，反复3d，可以使芽孢萌发，营养体对热敏感。③加压蒸汽灭菌最有效、最常用，121.5℃。3、干燥降低物质的含水量直至干燥，就可以抑制微生物生长，防止食品、衣物等物质的腐败与霉变。4、高渗作用增加渗透压是一种通过限制微生物可利用水而控制其生长的方法。高渗环境中，水从细胞中流出，使细胞脱水。在食品保藏中常用。5、辐射灭菌紫外线(UV)灭菌原理：（1）直接作用核酸吸收，使DNA分子中相邻的嘧啶形成嘧啶二聚体，抑制DNA复制与转录等功能，杀死微生物。11 （2）间接作用紫外线辐射可以引起环境发生变化，从而影响微生物生长，辐射空气可产生臭氧。紫外线的穿透能力很弱，多用作空气、器皿表面灭菌及微生物育种的诱变剂。无菌室杀菌开紫外灯30分钟。（二）控制微生物的化学药剂1、抑菌剂，能抑制微生物生长，但不能杀死它们。2、杀菌剂，能杀死细胞．但不能使细胞裂解，由于它们是紧紧地结合到细胞的作用靶上，即使在浓度降低时也不能游离出来，因此生长不能恢复。3、溶菌剂，能通过诱导细胞裂解的方式杀死细胞，能抑制细胞壁合成或损伤细胞质膜的抗生素就属于溶菌剂。常用的化学药剂：1、有机化学药剂（1）酚类：能损伤微生物的细胞质膜，钝化酶和使蛋白质变性。（2）醇类：溶解膜中的类脂而破坏膜结构并使蛋白质变性，但对芽孢、病毒的效果较差。（3）醛类：与蛋白质氨基酸中的多种基团共价结合而使其变性。（4）酸类：有机酸能抑制微生物的酶和代谢活性。如苯甲酸及其钠盐常用于食品和饮料中。2、无机化学药剂（1）卤化物：以碘和氯最常用。碘可能通过与细胞中酶和蛋白质中酪氨酸的结合而发挥作用。碘酒在医疗上广泛用做皮肤、伤口和粘膜的表面消毒。（2）重金属及其化合物：蛋白质变性或酶失去活性。汞—升汞(氯化汞）常以0.1%的浓度做表面灭菌。（3）氧化剂：通过对细胞成分的氧化作用杀菌。高锰酸钾和过氧化氢常用作卫生和实验室消毒，臭氧（O3）也是强氧化剂。第六章微生物的生态生物圈：地球上有生命活动的范围。生态系统：在一定的空间内生物的成分和非生物的成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。生态学：研究生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。11 微生物生态学：研究微生物与其周围生物和非生物环境之间相互关系的科学。第一节自然界中的微生物一、土壤中的微生物（1）土壤中有丰富的有机质；（2）土壤中有多种矿质元素；（3）土壤酸碱度适宜大多数微生物生活；（4）土壤有保水性；（5）土壤孔隙中有空气；（6）土壤中温度较恒定；（7）表层土壤可保护内部微生物免受日光伤害。所以土壤中是微生物生活的好场所二、水体中的微生物1、江河水1）数量和种类与接触的土壤关系密切；2）多吸附在悬浮于水中的有机物上及水底；3）靠近城市或城市下游水中的微生物多，含有对健康不利的细菌，不宜作为饮用水源；4）水体自身存在自我净化作用。2、海水1）嗜盐2）低温生长3）大多数海洋细菌具有运动能力。4）耐高压5）明显的垂直分层分布三、空气中的微生物（一）、空气中的微生物及其分布1、微生物种类：空气不是微生物生长繁殖的场所，多为真菌和放线菌的孢子、细菌的芽孢。2、存在方式：自由悬浮于大气中、附着于尘土粒上；3、来源：风吹土壤，人类的生产、生活，动物的活动4、数量：取决于尘埃数量；5、停留时间：与尘埃大小、空气流速、湿度、光照等因素有关。11 6、分布：人口密集处、医院、畜场等处上空的微生物多，森林、海洋上空微生物少。（二）空气中微生物的测定测定方法：常用培养皿沉降法。四、生物体内外的微生物1、动物体内外的微生物人体的正常菌群在长期进化过程中，微生物群的内部及其与宿主之间互相依存、互相制约，形成一个能进行物质、能量等交流的动态平衡的微生态系统，常称之为正常菌群。2、植物——根际微生物和附生微生物根际微生物：生活在植物根系周围土壤中的微生物。附生微生物：生活在植物地上部分表面的微生物。第二节微生物与生物环境之间的关系一、互生两种可以独立生活的生物生活在一起时，可以形成松散的联合，对一方有利，或互为有利，生物间的这种关系叫互生。（一）微生物间的互生关系固氮菌和纤维素分解菌，固氮菌可利用纤维素分解菌产生的有机酸作为碳源和能源而大量繁殖并固氮；纤维素分解菌也因此可避免因自身代谢产物积累而中毒，同时可利用固氮菌提供的氮素营养物，生长、分解纤维素能力更强.。（二）微生物与高等植物之间的互生关系根与根际微生物，植物根的分泌物、脱落物为微生物提供了营养物质，植物发达的根系改善了土壤结构、水分和通气条件，有利于微生物的生长。而微生物的活动产生的代谢产物等也有利于植物生长（生长素、抗菌物）、转化土壤营养，固氮菌增加氮素供应等。二、共生两种生物一起生活，彼此依赖，相互为对方创造有利的生存条件，生理上结成统一的共生体。特点：在生理上相互分工，互换代谢活动的产物；在组织上形成了新的结构，一旦彼此分离，各自就不能很好地生活。（一）微生物间的共生典型的例子是地衣。地衣组成：真菌（子囊菌，担子菌）、单细胞藻类（绿藻，蓝藻）地衣的代谢：地衣中的真菌和藻类已形成特殊形态的整体，在生理上相互依存，真菌营异养生活，藻类制造养料，真菌提供水分、无机盐供藻类光合作用。11 （二）微生物与植物间的共生体1、根瘤：豆科植物与根瘤菌共生、非豆科植物与放线菌共生。根瘤菌固定大气中的氮为植物提供氮素养料，豆科植物的分泌物能刺激根瘤菌的生长，同时还为根瘤菌保护和稳定的生长和固氮条件。2、菌根：有些真菌能够在一些植物的根上发育，菌丝体着生于根的表面或侵入根内，形成两种生物的共生体—菌根。（外生菌根、内生菌根）。能够与植物共生形成菌根的真菌，称为菌根菌。外生菌根菌以担子菌为最多。三、寄生一种生物侵入另一种生物体内吸取自己所需要的营养物质进行生长繁殖，在一定的条件下对后者造成损害或死亡的现象。类型：专性寄生（寄生物离开寄主不能生活）兼性寄生（寄生物可离开寄主营腐生生活）（一）微生物间的寄生关系噬菌体寄生在细菌细胞内。（二）微生物对植物的寄生微生物对植物的寄生是植物发生病害的重要原因，能引起植物病害的微生物称为植物病原微生物。四、拮抗一种微生物的生命活动中产生某些代谢产物或改变环境条件，能抑制其它微生物的生长繁殖，或毒害杀死其它微生物的现象。类型：1、非特异拮抗如乳酸菌产乳酸，能抑制腐败菌的生长（酸菜泡菜）。这种抑制作用没有特定专一性，对不耐酸的菌都有抑制作用。2、特异拮抗一种微生物在生命活动中，能产生某种或某类特殊代谢产物，具有选择性地抑制或杀死其它种微生物。前种菌称为抗生菌，后者称为敏感菌，拮抗性物质称抗生素。第三节微生物与自然界物质循环一、微生物在生态系统中的地位1、微生物是有机物的主要分解者2、微生物是物质循环中的重要成员3、微生物是生态系统中的初级生产者4、是物质和能量的贮存者5、微生物在地球生物演化中的作用二、微生物在自然界物质循环中的作用11 （一）微生物与碳素循环1、自然界中的碳素循环CO２的固定:绿色植物和微生物通过光合作用固定自然界中的CO２，合成有机碳化物。CO２的再生（生物）:动物、植物和微生物进行呼吸作用获得能量，同时放出CO２。动物、植物和微生物尸体等有机碳化物被微生物分解时，产生大量CO２。2、微生物在碳素循环中的作用微生物既参与固定CO２的光合作用，又参与再生CO２的分解作用。（1）光合作用：藻类，蓝细菌和光合细菌，通过光合作用，将大气中和水体中的ＣＯ２合成为有机碳化物。特别是在大多数水生环境中，主要的光合生物是微生物。（2）分解作用：自然界有机碳化物的分解，主要是微生物的作用。陆地和水域的有氧条件中，通过好氧微生物分解被彻底氧化为CO２；在无氧条件中，通过厌氧微生物发酵被不完全氧化成有机酸、甲烷、氢和CO２。（二）微生物与氮素循环氮素是生物体合成及蛋白质的主要成份，是构成生物体的必需元素。氮素循环包括：1、生物固氮作用分子态氮被还原成氨和其他氮化物的过程称为固氮作用。2、氨化作用微生物分解有机氮化物产生氨的过程称为氨化作用。3、硝化作用微生物将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。4、反硝化作用微生物还原硝酸盐，释放出分子态氮和ＮＯ的过程称为反硝化作用。微生物参与氮素循环的各个过程，并起主要作用。11