微生物学.（第二版）.ppt

五、绪 论 （二）微生物学的蓬勃发展阶段 这讲的是微生物的代谢能力 微生物具有较大的表面积/体积比，能够与周围环境迅速地交换营养物质和代谢产物。 生物界的普遍规律：某生物个体越小，其单位体重消耗的食物越多； 3克地鼠每天消耗与体重等重的粮食； 1克闪绿蜂鸟每天消耗两倍于体重的粮食； 大肠杆菌每小时消耗2000倍于体重的糖； 从单位重量来看，微生物的代谢强度比高等动物的代谢强度大几千倍到几百万倍。 ◆这一特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质条件， 2 吸收多，转化快 微生物的小体积大面积系统吸收营养物的速度极快，从而保证了细胞快速转化作用的原料供应。 发酵乳糖的细菌在1小时内分解的乳糖可达其自身重量的1,000~10,000倍； Candida utilis (产朊假丝酵母) 合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用肉牛强10万倍； 一些微生物的呼吸速率比高等动植物组织也强得多 微生物的这一特性为它们的高速生长繁殖和产生大量代谢产物提供了充分的物质条件，从而使微生物能够更好地发挥“活的化工厂”的作用。人类对微生物的利用，主要体现在利用它们的生化转化能力。 表1－2 一些微生物和动植物组织的比呼吸速率 生 物 材料 名 称 温 度(℃) －QO2*Azotobacter (固氮菌属) 28 2,000Acetobacter (醋杆菌属) 30 1,800Pseudomonas (假单胞菌属) 30 1,200面包酵母 28 110肾和肝组织 37 10~20根和叶组织 20 0.5~4* －QO2 为每小时内每毫克微生物干重所消耗的O2的微升数。 3 生长旺盛，繁殖快 微生物能快速吸收同化营养物，其生长速度也相当快。Escherichia coli (大肠杆菌)在最适的生长条件下，每12.5~20分钟细胞就能分裂一次。 按每20分钟分裂一次计算，每昼夜分裂72次，则一个细胞经过一昼夜培养，其后代数为272＝4.722×1021 个(重约4722吨)，培养48小时为2.2×1043个 (约等于4,000个地球的重量)。然而在实际生产、生活和实验中，微生物不可能长时间维持这种高速生长，一般情况下细菌的指数生长速度只能维持数小时，所以在液体培养基中，细菌细胞的浓度一般仅能达到108~109个/ml。 利用微生物的这一特性就可以: 实现发酵工业的短周期、高效率生产。例如生产鲜酵母时，几乎12小时就可以收获一次，每年可以收获数百次。任何其它农作物都不可能达到这样的“复种指数”。这一特点对缓和人类所面临的粮食危机也有重大意义。例如一头500kg重的食用牛，每昼夜从食物中浓缩的蛋白质只有0.5kg，而同样重量的酵母菌，只要以粗糖液和氨水为主要养料，在24小时内即可合成50,000kg优质蛋白质。 使它成为生物学基本理论的研究材料。使用微生物作为研究材料可以大大缩短科研周期，节省研究经费，提高工作效率。另一方面， 同时那些危害人、畜和植物的病原微生物或是物品发生霉腐的霉腐微生物会给人类的生产和生活带来严重的危害，需要认真对待。 微生物具有极高的生长速度和繁殖速度 例如： 大肠埃希氏菌（Escherichia coli） 在合适的培养条件下，每分裂一次的时间是12.5—20分钟。如果按20分钟分裂一次，即繁殖一代，则24小时可繁殖72代。 理论上：一个菌体24小时可繁殖272个菌体，即4722×1021个后代，总重量可达4722吨。 实际上：细菌以几何级数速度生长只能维持数小时。 ◆微生物在长期进化过程中产生了许多灵活的代谢调控机制，并有很多种类的诱导酶，具有极强的适应性 高温 250℃或300℃某些硫细菌可以生长； 低温 0到-196℃（液氮）大多数细菌能存活； 强酸 5%—10%的硫酸，氧化硫硫杆菌可生