高中生物：第5章 微生物與發(fā)酵工程 課件（1）（舊人教版選修）

《高中生物：第5章 微生物與發(fā)酵工程 課件（1）（舊人教版選修）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中生物：第5章 微生物與發(fā)酵工程 課件（1）（舊人教版選修）（82頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、微生物與發(fā)酵工程本章知識結(jié)構(gòu)及教學(xué)要求本章知識結(jié)構(gòu)及教學(xué)要求 第四節(jié)酶工程簡介（選學(xué)）第三節(jié)發(fā)酵工程簡介第二節(jié)微生物的營養(yǎng)、代謝和生長第一節(jié)微生物的類群酶制劑的生產(chǎn)（A知道）酶制劑的應(yīng)用（A知道）生物工程各分支領(lǐng)域的關(guān)系（A知道）細(xì)菌、放線菌病毒的結(jié)構(gòu)和繁殖（B識記）發(fā)酵工程的概念和 內(nèi)容 （A知道）發(fā)酵工程的應(yīng)用（A知道）營養(yǎng)物質(zhì)來源及功能（D應(yīng)用）培養(yǎng)基的種類和配制原則（D應(yīng)用）代謝產(chǎn)物的種類和主要功能（C理解）微生物代謝調(diào)節(jié)方式以及在生產(chǎn)實踐中如何人工控制微生物代謝（D）發(fā)酵概念和種類（C理解）微生物群體生長規(guī)律及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用（C理解）測定微生物群體生長的方法（B識記）溫度、PH和氧

2、等因素對微生物生長的影響（C理解）微生物的類群 微生物？ 魏泰克的五界說原核生物界:細(xì)菌、放線菌等原生生物界:藻類、原生動物等真菌界:酵母、霉菌植物界動物界病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)：病毒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)真核生物微生物細(xì)菌放線菌藍(lán)藻支原體真菌：霉菌、酵母菌、食用真菌原生生物：藻類、原生動物等細(xì)菌細(xì)菌一、一、形態(tài)形態(tài)球狀球狀桿狀桿狀螺旋狀螺旋狀基本形態(tài)基本形態(tài)1、細(xì)胞壁 如果將桿菌接入濃度為0.2mol/L的蔗糖等滲溶液和盛有玻璃珠的三角瓶中加以搖動，可以使細(xì)胞壁破裂，細(xì)胞內(nèi)含物流出，這樣就可以得到細(xì)胞壁的空殼?？諝こ蓷U狀，而細(xì)胞內(nèi)含物卻是圓的。原生質(zhì)體原生質(zhì)體在人為條件下，用溶菌酶處理或在含青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)

3、而在人為條件下，用溶菌酶處理或在含青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)而抑制新生細(xì)胞壁合成而形成的僅由一層細(xì)胞膜包裹的，圓球形、抑制新生細(xì)胞壁合成而形成的僅由一層細(xì)胞膜包裹的，圓球形、對滲透壓變化敏感的細(xì)胞，一般由革蘭氏陽性細(xì)菌形成。對滲透壓變化敏感的細(xì)胞，一般由革蘭氏陽性細(xì)菌形成。特點：特點：對環(huán)境條件變化敏感，低滲透壓、振蕩、離心甚至對環(huán)境條件變化敏感，低滲透壓、振蕩、離心甚至通氣等都易引起其破裂；通氣等都易引起其破裂；五肽交聯(lián)橋五肽交聯(lián)橋 五個甘氨酸五個甘氨酸聚糖骨架聚糖骨架 G：N-乙酰葡萄胺乙酰葡萄胺 M：N-乙酰胞壁酸乙酰胞壁酸四肽側(cè)鏈四肽側(cè)鏈 L-丙、丙、D-谷、谷、L-賴、賴、D-丙丙主要成分

4、主要成分 肽聚糖肽聚糖 G+ 菌肽聚糖結(jié)構(gòu)菌肽聚糖結(jié)構(gòu):細(xì)細(xì) 胞胞 壁壁2 細(xì)胞膜 證明細(xì)胞膜的存在（質(zhì)壁分離、選擇性染色、原生質(zhì)體破裂或電鏡觀察等方法）細(xì)胞膜的生理功能：細(xì)胞膜的生理功能：選擇性地控制細(xì)胞內(nèi)、外的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運送；選擇性地控制細(xì)胞內(nèi)、外的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運送；合成細(xì)胞壁和糖被的各種組分（肽聚糖、磷壁酸、合成細(xì)胞壁和糖被的各種組分（肽聚糖、磷壁酸、 莢膜多糖等）的重要基地；莢膜多糖等）的重要基地；膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代謝的酶系，膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代謝的酶系， 是細(xì)胞的產(chǎn)能場所；是細(xì)胞的產(chǎn)能場所；含有抗藥性基因、固氮基因、抗生素生成基

5、因3 細(xì)菌質(zhì)粒4 4核糖體核糖體 不同于真核生物。鏈霉素等抗生素通常作用于核糖體從而抑制蛋白質(zhì)的合成，但對人核糖體不起作用。所以可用鏈霉素治療由細(xì)菌引起的疾病。 a. 主要成分是多糖、多肽或蛋白質(zhì)，尤以多糖居多。主要成分是多糖、多肽或蛋白質(zhì)，尤以多糖居多。 經(jīng)特殊的莢膜染色，特別是負(fù)染色（又稱背景染色）經(jīng)特殊的莢膜染色，特別是負(fù)染色（又稱背景染色） 后可在光學(xué)顯微鏡清楚地觀察到它的存在。后可在光學(xué)顯微鏡清楚地觀察到它的存在。b. 莢膜等并非細(xì)胞生活的必要結(jié)構(gòu)，但它對細(xì)菌在環(huán)境莢膜等并非細(xì)胞生活的必要結(jié)構(gòu)，但它對細(xì)菌在環(huán)境 中的生存有利。中的生存有利。莢膜莢膜 某些細(xì)菌在某些細(xì)菌在其生長發(fā)育后期

6、，其生長發(fā)育后期，在細(xì)胞內(nèi)形成一在細(xì)胞內(nèi)形成一個圓形或橢圓形、個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極厚壁、含水量極低、抗逆性極強低、抗逆性極強的休眠體，稱為的休眠體，稱為芽孢芽孢(內(nèi)生孢子）。內(nèi)生孢子）。芽孢芽孢細(xì)菌芽孢的特點細(xì)菌芽孢的特點整個生物界中抗逆性最強的生命體，是否能消滅芽孢整個生物界中抗逆性最強的生命體，是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標(biāo)。是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標(biāo)。芽孢是細(xì)菌的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉(zhuǎn)變芽孢是細(xì)菌的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉(zhuǎn)變成為營養(yǎng)態(tài)細(xì)胞；產(chǎn)芽孢細(xì)菌的保藏多用其芽孢。成為營養(yǎng)態(tài)細(xì)胞；產(chǎn)芽孢細(xì)菌的保藏多用其芽孢。芽孢的有無、形態(tài)、大

7、小和著生位置是細(xì)菌分類和芽孢的有無、形態(tài)、大小和著生位置是細(xì)菌分類和鑒定中的重要指標(biāo)。鑒定中的重要指標(biāo)。6 細(xì)菌的二分裂放線菌是具有菌絲、以孢子進行繁殖的一類原核微生物。放線菌是具有菌絲、以孢子進行繁殖的一類原核微生物。放線菌放線菌形態(tài)與結(jié)構(gòu)形態(tài)與結(jié)構(gòu)t單細(xì)胞，大多由分枝發(fā)達(dá)的菌絲組成；單細(xì)胞，大多由分枝發(fā)達(dá)的菌絲組成；t菌絲直徑與桿菌類似，約菌絲直徑與桿菌類似，約1m mm；t細(xì)胞壁組成與細(xì)菌類似；細(xì)胞壁組成與細(xì)菌類似；t細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與細(xì)菌基本相同，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與細(xì)菌基本相同， 按形態(tài)和功能可分為營養(yǎng)、氣生和孢子絲三種。按形態(tài)和功能可分為營養(yǎng)、氣生和孢子絲三種。1、營養(yǎng)菌絲、營養(yǎng)菌絲匍匐生長于培

8、養(yǎng)基內(nèi)，吸收營養(yǎng)，也稱基內(nèi)菌絲。一般無隔膜，匍匐生長于培養(yǎng)基內(nèi)，吸收營養(yǎng)，也稱基內(nèi)菌絲。一般無隔膜，直徑直徑0.2-0.8 m mm，長度差別很大，長度差別很大2、氣生菌絲、氣生菌絲營養(yǎng)菌絲發(fā)育到一定階段，伸向空間形成氣生菌絲，疊生于營養(yǎng)營養(yǎng)菌絲發(fā)育到一定階段，伸向空間形成氣生菌絲，疊生于營養(yǎng)菌絲上，可覆蓋整個菌落表面。在光學(xué)顯微鏡下觀察，顏色較深菌絲上，可覆蓋整個菌落表面。在光學(xué)顯微鏡下觀察，顏色較深，直徑較粗（，直徑較粗（1-1.4 m mm），有的產(chǎn)色素。），有的產(chǎn)色素。3、孢子絲、孢子絲氣生菌絲發(fā)育到一定階段，其上可分化出形成孢子的菌絲，即孢氣生菌絲發(fā)育到一定階段，其上可分化出形成孢子

9、的菌絲，即孢子絲，又稱產(chǎn)孢絲或繁殖菌絲。其形狀和排列方式因種而異，常子絲，又稱產(chǎn)孢絲或繁殖菌絲。其形狀和排列方式因種而異，常被作為對放線菌進行分類的依據(jù)。被作為對放線菌進行分類的依據(jù)。分布特點及與人類的關(guān)系分布特點及與人類的關(guān)系放線菌常以孢子或菌絲狀態(tài)極其廣泛地存在于自然界，放線菌常以孢子或菌絲狀態(tài)極其廣泛地存在于自然界，土壤中最多，其代謝產(chǎn)物使土壤具有特殊的泥腥味。土壤中最多，其代謝產(chǎn)物使土壤具有特殊的泥腥味。能產(chǎn)生大量的、種類繁多的抗生素（其中能產(chǎn)生大量的、種類繁多的抗生素（其中90%由由鏈霉鏈霉菌菌產(chǎn)生）產(chǎn)生）少數(shù)寄生型放線菌可引起人、動物少數(shù)寄生型放線菌可引起人、動物（如皮膚、腦、肺和

10、腳如皮膚、腦、肺和腳部感染部感染）的疾病。的疾病。 藍(lán)細(xì)菌藍(lán)細(xì)菌也稱藍(lán)藻或藍(lán)綠藻，是一類含有葉綠素也稱藍(lán)藻或藍(lán)綠藻，是一類含有葉綠素a a、能以水作為、能以水作為供氫體和電子供體、通過光合作用將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能、供氫體和電子供體、通過光合作用將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能、同化同化COCO2 2為有機物質(zhì)的光合細(xì)菌。為有機物質(zhì)的光合細(xì)菌。以前曾歸于藻類，因為它和高等植物一樣具有光和色素以前曾歸于藻類，因為它和高等植物一樣具有光和色素-葉綠素葉綠素a a，能進行產(chǎn)氧型光合作用。，能進行產(chǎn)氧型光合作用。典型病毒粒的構(gòu)造典型病毒粒的構(gòu)造基本成分基本成分核酸核酸位于中心，稱為核心位于中心，稱為核心蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)包圍

11、在核心周圍，形成衣殼包圍在核心周圍，形成衣殼核心和衣殼合稱核衣殼，為病毒的基本結(jié)構(gòu)。有些復(fù)核心和衣殼合稱核衣殼，為病毒的基本結(jié)構(gòu)。有些復(fù)雜的病毒在衣殼的外面包裹著一層由脂類、蛋白質(zhì)和多糖組成雜的病毒在衣殼的外面包裹著一層由脂類、蛋白質(zhì)和多糖組成的囊膜。有的囊膜上還長有刺突。的囊膜。有的囊膜上還長有刺突。8 病毒8 病毒 學(xué)生提出的問題：囊膜的成分為什么與細(xì)胞膜的成分相同？囊膜上的蛋白質(zhì)是否決定病毒抗原特異性？囊膜的作用是什么？刺突的作用？病毒粒子并無個體的生長過程，而只有其兩種基本成分病毒粒子并無個體的生長過程，而只有其兩種基本成分的合成和裝配，即：的合成和裝配，即： 核酸復(fù)制核酸復(fù)制+蛋白質(zhì)

12、合成蛋白質(zhì)合成核蛋白（病毒粒子）核蛋白（病毒粒子）一般可分五個階段，即一般可分五個階段，即1) 吸附吸附2) 侵入侵入3) 增殖（復(fù)制與生物合成）增殖（復(fù)制與生物合成）4) 成熟（裝配）成熟（裝配）5) 裂解（釋放）裂解（釋放）病毒繁殖艾艾滋滋病病毒毒侵侵染染1 病毒病毒特點特點 無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，專性活細(xì)胞內(nèi)寄生；無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，專性活細(xì)胞內(nèi)寄生；v 沒有酶或酶系統(tǒng)極不完全，不能進行代謝活動；沒有酶或酶系統(tǒng)極不完全，不能進行代謝活動；v 個體極小，能通過細(xì)菌濾器；個體極小，能通過細(xì)菌濾器；v 對抗生素不敏感，對干擾素敏感。對抗生素不敏感，對干擾素敏感。小結(jié)2 細(xì)菌、放線菌和病毒的比較表細(xì)菌、放線菌和病

13、毒的比較表 碳源碳源、氮源、生長因子、無機鹽和水、氮源、生長因子、無機鹽和水 能源能源1.碳源碳源微生物生長過程中能為微生物提供碳素來源的物質(zhì)微生物生長過程中能為微生物提供碳素來源的物質(zhì)碳源譜碳源譜有機碳無機碳異養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物微生物營養(yǎng)目前在微生物工業(yè)發(fā)酵中所利用的碳源物質(zhì)主目前在微生物工業(yè)發(fā)酵中所利用的碳源物質(zhì)主要是單糖、淀粉、麩皮、米糠等。要是單糖、淀粉、麩皮、米糠等。對于為數(shù)眾多的化能異養(yǎng)微生物來說，碳源對于為數(shù)眾多的化能異養(yǎng)微生物來說，碳源是兼有能源功能營養(yǎng)物。是兼有能源功能營養(yǎng)物。 微生物利用的碳源物質(zhì)主要有糖類、有機酸、微生物利用的碳源物質(zhì)主要有糖類、有機酸、醇、脂類、烴、醇、

14、脂類、烴、CO2及碳酸鹽等。及碳酸鹽等。凡是能被用來構(gòu)成菌體物質(zhì)中或代謝產(chǎn)物凡是能被用來構(gòu)成菌體物質(zhì)中或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源。中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源。1.氮源氮源氮源譜氮源譜有機氮無機氮NH3銨鹽硝酸鹽N2蛋白質(zhì)核酸氨基酸尿素氮源(1)微生物的氮源譜也很廣,大大廣于動物或植物的(2) 氨基酸自養(yǎng)型生物-綠色植物、很多微生物 (尿素、銨鹽、硝酸鹽和氮氣) 氨基酸異養(yǎng)型生物-動物、大量異養(yǎng)微生物(3) “NCHO”類營養(yǎng)物常是異養(yǎng)微生物的能源、碳源兼氮源 3 生長因子事實：問題：如何證明某種物質(zhì)是某種微生物的生長因子?微生物種類生長因子需要量腸膜乳狀桿菌胱氨酸5 g白喉棒桿菌

15、-丙氨酸1.5g破傷風(fēng)梭狀芽孢桿菌尿嘧啶0-4g阿拉伯聚糖乳桿菌泛酸0.02g糞鏈球菌葉酸200g干酪乳桿菌生物素1g 幾種微生物所需的生長因子生長因子小結(jié)生長因子小結(jié)對微生物正常代謝必不可少有機物需要量一般很少生長因子種類：維生素、堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4C6的分枝或直鏈脂肪酸，氨基酸 總結(jié)：微生物的營養(yǎng)類型分類標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)類型以能源分光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型以碳源分自養(yǎng)型異養(yǎng)型以合成氨基酸能力分氨基酸自養(yǎng)型氨基酸異養(yǎng)型營養(yǎng)類型能源氫的供體基本碳源微生物舉例光能自養(yǎng)型光無機物二氧化碳藍(lán)細(xì)菌，綠硫細(xì)菌，藻類光能異養(yǎng)型光有機物二氧化碳及簡單有機物紫色無硫細(xì)菌化能自養(yǎng)型無機物*無機物二氧化碳

16、硝化細(xì)菌，氫細(xì)菌、鐵細(xì)菌化能異養(yǎng)型有機物有機物有機物絕大多數(shù)細(xì)菌和全部真核微生物光能自養(yǎng)型光能自養(yǎng)型以無機物如以無機物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子等作為供氫體或電子供體，使供體，使CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；還原為細(xì)胞物質(zhì)；例如，藻類及藍(lán)細(xì)菌等和植物一樣，以水為電子供體例如，藻類及藍(lán)細(xì)菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細(xì)胞物質(zhì)。（供氫體），進行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細(xì)胞物質(zhì)。而紅硫細(xì)菌，以而紅硫細(xì)菌，以H2S為電子供體，產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)，并為電子供體，產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)，并伴隨硫元素的產(chǎn)生。伴隨硫元素的產(chǎn)生。CO2+ + 2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O +

17、 2S+ + 2S+ H2O光能異養(yǎng)型光能異養(yǎng)型以有機物作為供氫體，利用光能將以有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細(xì)還原為細(xì)胞物質(zhì)；胞物質(zhì)；例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌能利用異丙醇作為供氫體，例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌能利用異丙醇作為供氫體，將將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時積累丙酮。還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時積累丙酮。CHOH +CHOH + CO2H H3 3C CH H3 3C C2光能光能光合色素光合色素2 2 CHCH3 3C0CHC0CH3 3 + + CH2O + + H2O培養(yǎng)基的配制原則一、目的明確 二、營養(yǎng)協(xié)調(diào)三、物理化學(xué)條件適宜目的明確 何菌？ 何目的？ 例如：發(fā)酵產(chǎn)物 生產(chǎn)次

18、級代謝產(chǎn)物B12加Co1 營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適：營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適： 過低，不能滿足正常生長；過低，不能滿足正常生長； 過高，可能對微生物生長起抑制作用。過高，可能對微生物生長起抑制作用。2 營養(yǎng)物質(zhì)間比例。營養(yǎng)物質(zhì)間比例。C/N營養(yǎng)協(xié)調(diào)C/N培養(yǎng)基中所含的C源中C原子的摩爾數(shù)/ N源中N原子的摩爾數(shù)例如：谷氨酸發(fā)酵 C/N=4：1 菌體大量繁殖，產(chǎn)生的谷氨酸少 C/N=3：1 菌體繁殖抑制，產(chǎn)生的谷氨酸多三、物理化學(xué)條件適宜PH 微生物種類 最適PH(一般) 放線菌 7.58.5 細(xì)菌 6.57.5 霉菌 4.05.8 酵母菌 3.86.0 為了維持培養(yǎng)基為了維持培養(yǎng)基pH的相對恒定，通常在培養(yǎng)基

19、中的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入加入pH緩沖劑，或在進行工業(yè)發(fā)酵時補加酸、堿。緩沖劑，或在進行工業(yè)發(fā)酵時補加酸、堿。培養(yǎng)基的種類據(jù)物理性質(zhì)分：液體培養(yǎng)基 半固體培養(yǎng)基（+凝固劑瓊脂） 固體培養(yǎng)基（+凝固劑瓊脂）據(jù)用途的不同：選擇培養(yǎng)基 鑒別培養(yǎng)基教法：自學(xué)表格歸納瓊脂主要成分：多聚半乳糖的硫酸酯特性：極難分解，無營養(yǎng)價值（起支撐作用） 透明度好；粘著力強，耐加壓三種培養(yǎng)基的比較種種 類類是否含凝固劑是否含凝固劑用途用途固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基 半固體培養(yǎng)半固體培養(yǎng)基基 液體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基 用途分種種 類類原理原理用途用途實例實例選擇培選擇培養(yǎng)基養(yǎng)基 鑒定培鑒定培養(yǎng)基養(yǎng)基 分離 微生物的特殊營養(yǎng)要

20、求或?qū)ζ淠郴瘜W(xué)、物理因素抗性 某種指示劑與某某種指示劑與某一菌的無色代謝一菌的無色代謝產(chǎn)物發(fā)生顯色反產(chǎn)物發(fā)生顯色反應(yīng)應(yīng) 鑒別鑒別選擇培養(yǎng)基參考資料 加入青霉素的培養(yǎng)基 分離酵母菌、霉菌等真菌（抑制細(xì)菌、放線菌） 加入高濃度食鹽的培養(yǎng)基 分離金黃色葡萄球菌（抑制多種細(xì)菌） 不加氮源的無氮培養(yǎng)基 分離固氮菌 不加含碳有機物的無碳培養(yǎng)基 分離自養(yǎng)型微生物 加入氨基喋呤、次黃嘌呤和胸腺嘧啶核苷的培養(yǎng)基 分離雜交瘤細(xì)胞鑒別培養(yǎng)基伊紅美藍(lán)乳糖培養(yǎng)基（伊紅美藍(lán)乳糖培養(yǎng)基（EMB）機理）機理染料抑制G+。在低酸度時，結(jié)合形成沉淀，起著產(chǎn)酸指示劑的作用。 用途：多種腸道菌鑒別微生物的代謝資料1.若干微生物和動物

21、、植物組織的呼吸速率生物材料消耗O2ul/mg生物干重/hazotobacter固氮菌2000Acetobacter醋桿菌1800面包酵母110腎和肝組織10-20根和葉組織0.5-4代謝特點資料2 發(fā)酵乳糖的細(xì)菌在1小時內(nèi)可分解其自重100010000倍的乳糖。 產(chǎn)朊假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強100倍，比食用牛強10萬倍 結(jié)論：代謝旺盛 探究其原因? 體積小，面積大。（有利于吸收、排泄和信息的交換）初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物的不同教法：自學(xué) 表格 交流微生物代謝的調(diào)節(jié)（重點）微生物細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)主要是通過控制微生物細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)主要是通過控制酶的作用來實現(xiàn)的酶的作用來實現(xiàn)的 調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)類

22、類型型酶合成調(diào)節(jié)酶合成調(diào)節(jié) 酶活性調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié) 通過酶分子結(jié)構(gòu)的改變來調(diào)節(jié)通過酶分子結(jié)構(gòu)的改變來調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié)，可逆性變構(gòu)調(diào)節(jié)，可逆性 。 通過調(diào)節(jié)酶的合成進而調(diào)節(jié)代通過調(diào)節(jié)酶的合成進而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機制謝速率的調(diào)節(jié)機制 ，是在遺，是在遺傳學(xué)水平上發(fā)生的傳學(xué)水平上發(fā)生的 酶合成的調(diào)節(jié)和酶活性的調(diào)節(jié)的比較酶合成的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)對象誘導(dǎo)酶的合成酶的活性調(diào)節(jié)機制對基因基因表達(dá)的調(diào)控反饋性調(diào)節(jié)(代謝調(diào)節(jié))特點間接、緩慢快速、精細(xì)意義避免物質(zhì)和能量的浪費，增強適應(yīng)避免代謝產(chǎn)物的積累合成條件 基因和誘導(dǎo)物 只基因控制調(diào)節(jié)教法建議 實例1谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的調(diào)節(jié) 實例2大腸桿菌合成半乳糖苷酶

23、的調(diào)節(jié)微生物代謝調(diào)節(jié)的兩種主要方式總結(jié)比較表 問題：半糖苷酶為什么在葡萄糖和乳糖同時存在時不能合成？ 酶合成調(diào)節(jié)有兩種形式： 誘導(dǎo)和阻遏。 葡萄糖的存在阻遏了分解乳糖酶系的合成，稱為葡萄糖效應(yīng)-阻遏。微生物代謝的人工控制微生物代謝的人工控制（重難點）（重難點）措施：改變微生物的遺傳特性：例如誘變處理措施：改變微生物的遺傳特性：例如誘變處理 控制發(fā)酵條件：例如改變細(xì)胞膜的透性控制發(fā)酵條件：例如改變細(xì)胞膜的透性 控制細(xì)胞膜的滲透性控制細(xì)胞膜的滲透性-加入亞適量生物素加入亞適量生物素（培養(yǎng)條件控制）（培養(yǎng)條件控制） 在谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，生物素的濃度對谷氨酸的累在谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，生物素的濃度對谷氨酸

24、的累積量有明顯的影響，只有把生物素的濃度控制在亞適量積量有明顯的影響，只有把生物素的濃度控制在亞適量的情況下，才能分泌大量的谷氨酸。的情況下，才能分泌大量的谷氨酸。 因此控制生物素的含量可以改變細(xì)胞膜的成分，因此控制生物素的含量可以改變細(xì)胞膜的成分，進而改變膜的透性、谷氨酸的分泌和反饋調(diào)節(jié)。進而改變膜的透性、谷氨酸的分泌和反饋調(diào)節(jié)。 高絲氨酸高絲氨酸缺陷缺陷型菌株不能合成高絲氨酸酶，型菌株不能合成高絲氨酸酶，故不能合成高絲氨酸，也不能合成蘇氨酸和甲硫故不能合成高絲氨酸，也不能合成蘇氨酸和甲硫氨酸，在補給氨酸，在補給適量的高絲氨酸適量的高絲氨酸就可產(chǎn)生大量的賴就可產(chǎn)生大量的賴氨酸。氨酸。示圖：協(xié)

25、同抑制現(xiàn)象 及結(jié)果控制目的？原理？方法？微生物的生長細(xì)菌數(shù)目的對數(shù)細(xì)菌數(shù)目的對數(shù)時間時間1234 群體生長的實質(zhì)是包含著個體細(xì)胞生長群體生長的實質(zhì)是包含著個體細(xì)胞生長與繁殖交替進行的過程與繁殖交替進行的過程在保持整個培養(yǎng)液體積不變條件在保持整個培養(yǎng)液體積不變條件下，以時間為橫坐標(biāo)，以菌數(shù)為下，以時間為橫坐標(biāo)，以菌數(shù)為縱坐標(biāo)，根據(jù)不同培養(yǎng)時間時細(xì)縱坐標(biāo)，根據(jù)不同培養(yǎng)時間時細(xì)菌數(shù)量的變化，可以作出一條反菌數(shù)量的變化，可以作出一條反映細(xì)菌在整個培養(yǎng)期間菌數(shù)變化映細(xì)菌在整個培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。規(guī)律的曲線。生長曲線生長曲線調(diào)整期（調(diào)整期（延遲期延遲期、適應(yīng)期適應(yīng)期）特點特點：菌數(shù)不立即增加，或增

26、加很少，生長速度菌數(shù)不立即增加，或增加很少，生長速度接近于零。代謝活躍接近于零。代謝活躍通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使之縮短；通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使之縮短；利用對數(shù)生長期的細(xì)胞作為利用對數(shù)生長期的細(xì)胞作為“種子種子”；盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；適當(dāng)擴大接種量等方式縮短，克服不良的影響。適當(dāng)擴大接種量等方式縮短，克服不良的影響。在工業(yè)發(fā)酵和科研中通常采取一定的措施縮短延滯期：在工業(yè)發(fā)酵和科研中通常采取一定的措施縮短延滯期：對數(shù)期對數(shù)期 細(xì)菌個體形態(tài)、化學(xué)組成和生理特性等均較一致，細(xì)菌個體形態(tài)、化學(xué)組成和生理特性等均較一

27、致，代謝旺盛、生長迅速、代時穩(wěn)定，代謝旺盛、生長迅速、代時穩(wěn)定，是研究微生物基本代謝的良好材料。是研究微生物基本代謝的良好材料。在生產(chǎn)上用作種子在生產(chǎn)上用作種子以最大的速率生長和分裂，細(xì)菌數(shù)量呈對數(shù)增加，以最大的速率生長和分裂，細(xì)菌數(shù)量呈對數(shù)增加，穩(wěn)定期穩(wěn)定期 營養(yǎng)物質(zhì)消耗，代謝產(chǎn)物積累和營養(yǎng)物質(zhì)消耗，代謝產(chǎn)物積累和pH等環(huán)境變化，等環(huán)境變化，逐步不適宜于細(xì)菌生長，逐步不適宜于細(xì)菌生長，原因：原因：采取措施：采取措施：補充營養(yǎng)物質(zhì)或取走代謝產(chǎn)物或改善培養(yǎng)條補充營養(yǎng)物質(zhì)或取走代謝產(chǎn)物或改善培養(yǎng)條件，如對好氧菌進行通氣、攪拌或振蕩等件，如對好氧菌進行通氣、攪拌或振蕩等 生長速率降零生長速率降零代謝

28、產(chǎn)物大量積累的產(chǎn)物如外毒素、內(nèi)毒素、抗生代謝產(chǎn)物大量積累的產(chǎn)物如外毒素、內(nèi)毒素、抗生素、以及芽胞等素、以及芽胞等衰亡期衰亡期 細(xì)菌代謝活性降低，細(xì)菌衰老并出現(xiàn)細(xì)菌代謝活性降低，細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶自溶，產(chǎn)生或釋放，產(chǎn)生或釋放出一些產(chǎn)物。細(xì)胞呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時產(chǎn)生畸形，細(xì)胞出一些產(chǎn)物。細(xì)胞呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時產(chǎn)生畸形，細(xì)胞大小懸殊。大小懸殊。該時期死亡的細(xì)菌以對數(shù)方式增加該時期死亡的細(xì)菌以對數(shù)方式增加 現(xiàn)象：現(xiàn)象：【教法建議】給出某種細(xì)菌的生長曲線 得到此曲線需要的條件？ 如何測定？如何測定？（請參考教師教學(xué)用書） 分析各期的特點和成因，分析其的實踐意義。 參考問題如下： （1）調(diào)整期的特點是什么？

29、如何縮短？ （2）對數(shù)期有何特點？處于此期的微生物有何實際應(yīng)用？ （3）穩(wěn)定期有何特點？為什么在對數(shù)期后，如果不創(chuàng)造特殊條件，就必然進入穩(wěn)定期？ 在工業(yè)發(fā)酵過程，需要延長穩(wěn)定期，以提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。如何解決？連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng) 連續(xù)培養(yǎng)的基本原則：微生物培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)的基本原則：微生物培養(yǎng)過程中不斷的補充營養(yǎng)物質(zhì)和以同過程中不斷的補充營養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物樣的速率移出培養(yǎng)物優(yōu)點：優(yōu)點：縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率；縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率； 便于自動控制；便于自動控制； 降低動力消耗及體力勞動強度；降低動力消耗及體力勞動強度； 產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定；缺點：雜菌污染和菌種退

30、化缺點：雜菌污染和菌種退化環(huán)境因素對微生物的影響環(huán)境因素對微生物的影響 影響因素：影響因素：氧 溫 度 PH 值(一一) 溫溫 度度微生物微生物生長生長的最適溫度不同，可以將微生物分為的最適溫度不同，可以將微生物分為嗜嗜冷、兼性嗜冷、嗜溫、嗜熱和超嗜熱冷、兼性嗜冷、嗜溫、嗜熱和超嗜熱等五種不同的等五種不同的類型。類型。最適生長溫度：某菌分裂代時最短或生長速最適生長溫度：某菌分裂代時最短或生長速率最高時的培養(yǎng)溫度率最高時的培養(yǎng)溫度(二二) PH微生物微生物最低最低PH最適最適PH最高最高PH細(xì)菌細(xì)菌3-56.5-7.58-10酵母菌酵母菌2-34.5-5.57-8霉菌霉菌1-34.5-5.57-

31、8(三三) 氧氧根據(jù)氧與微生物生長的關(guān)系可將微生物分為根據(jù)氧與微生物生長的關(guān)系可將微生物分為好氧好氧微好氧微好氧耐氧型耐氧型兼性厭氧兼性厭氧專性厭氧專性厭氧微生物類型微生物類型最適生長的最適生長的O2體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)好氧好氧微好氧微好氧氧的忍耐型氧的忍耐型兼性厭氧兼性厭氧專性厭氧專性厭氧等于或大于等于或大于202一一lO2以下以下有氧或無氧有氧或無氧不需要氧、有氧時死亡不需要氧、有氧時死亡能源工業(yè)酒精：利用酵母發(fā)酵生產(chǎn)酒精技術(shù)已相當(dāng)成熟。氫：而某些海洋光合細(xì)菌（如假單細(xì)胞）能利用玉米甚至制糖廠、造紙廠的廢液直接發(fā)酵放氫，這方面研究一旦突破其效益是不可估量的。環(huán)保：如利用酵母發(fā)酵亞硫酸紙漿廢液即

32、是一個很好的例子。利用微生物發(fā)酵是污染控制研究中最活躍領(lǐng)域。發(fā)酵工程簡介選取菌種制備培養(yǎng)液（滅菌）發(fā)酵罐（滅菌）控制發(fā)酵條件生產(chǎn)氨基酸加工提取產(chǎn)品 發(fā)酵條件的控制（人工代謝調(diào)節(jié)的一種措施）因 素代 謝 途 徑氧乳酸或琥珀酸 谷氨酸NH 4 +-酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酰胺pH谷氨酰胺或乙酰谷氨酰胺 谷氨酸磷酸鹽纈氨酸 谷氨酸教法建議：復(fù)習(xí)課？問題總結(jié)課？谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑選用什么樣的培養(yǎng)基？為什么？培養(yǎng)基成分的作用？ 發(fā)酵的主體設(shè)備1 通風(fēng)和攪拌？ 2 最適生長溫度為3032 。但發(fā)酵后期，溫度提高到3437 。 3 控制發(fā)酵液的pH的原因？（變；變的原因？變的后果？） 氮源和碳源的利用率，發(fā)酵周期和谷氨酸的合成量 營養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的積累 有利于產(chǎn)酸發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程圖謝謝指正！