第15讲 微生物与发酵-【拾遗补缺】备战2024年高考生物一轮复习知识清单速记与精练（江苏专用）

第15讲 微生物与发酵 一、微生物 1．病毒 病毒（Biological virus）是一种个体微小，结构简单，只含一种核酸（DNA或RNA），必须在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型生物（图15-1）。 病毒是一种非细胞生命形态，它由一个核酸长链和蛋白质外壳构成，病毒没有自己的代谢机构，没有酶系统。因此病毒离开了宿主细胞，就成了没有任何生命活动、也不能独立自我繁殖的化学物质。它的复制、转录、和转译的能力都是在宿主细胞中进行，当它进入宿主细胞后，它就可以利用细胞中的物质和能量完成生命活动，按照它自己的核酸所包含的遗传信息产生和它一样的新一代病毒。 依据不同标准，病毒分为多种类型。根据宿主细胞可分为动物病毒、植物病毒和噬菌体（细菌病毒）等；根据所含核酸种类可分为DNA病毒、RNA病毒。 2．细菌 细菌一般都具有细胞壁、细胞质膜和拟核等结构，部分细菌还有特殊的结构，如鞭毛、糖被和芽孢。 肽聚糖是细菌细胞壁的特有成分，不同种类细菌细胞壁有中肽聚糖的含量不同。青霉素能抑制肽聚糖的生物合成，不同种类的细菌对青霉素的敏感程度不同。 3．放线菌 放线菌是一类主要呈菌丝状生长、以孢子繁殖的原核生物，广泛分布在含水量较低、有机物丰富且微碱性的土壤中。绝大多数放线菌属于有益菌，大多数天然抗生素是由放线菌产生的，如链霉素、卡那霉素等。 4.酵母菌 酵母菌一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌，比细菌大，属于真核微生物。通常认为酵母菌具有五个特点：①一般以单细胞非菌丝状态存在；②多数出芽繁殖，少数裂殖，也有以子囊孢子进行有性生殖的；③能发酵糖类；④细胞壁从外向内依次为甘露聚糖、蛋白质、葡聚糖，还含少量类脂和几丁质；⑤常生活在含糖量较高、酸度较大的水生环境中。酵母菌作为第一种“家养微生物”，是传统发酵技术和现代发酵工程中的“常客”。 二、发酵工程及其菌种 1.发酵工程的特点 发酵工程一般具有以下特点：①原料来源广，价格低，通常以淀粉等碳水化合物为主；②菌种种类多，易变异；③反应条件温和，如常温、常压、弱酸、弱碱；④代谢途径、产品多样化；⑤生产周期短，设备利用率高，生产成本低；⑥发酵过程需防止杂菌污染。 2．发酵工程菌种的选育 菌种是发酵工业的核心，优良菌种是提高发酵产物质量和产量的首要前提。工业菌种的收集和筛选途径有：①从菌种保藏机构获取有关菌株；②从自然界采集样品，如从土壤样品中分离筛选出目标菌株。发酵工程一般采用诱变、杂交、原生质体融合、基因工程等方式改良菌种。 三、灭菌的方法 1．干热灭菌 常用的方法有干热空气灭菌和火焰灼烧灭菌。 （1）干热空气灭菌 利用干热空气进行灭菌，优点是灭菌后物品是干燥的。缺点是由于空气不是优良的传热物质，热穿透力较差，必须通过长时间高温作用，才能达到灭菌的目的。此法适用于耐高温玻璃、金属制品、陶瓷、耐高温粉末状化学药品、湿热气体无法穿透的油脂等的灭菌，不适用于橡胶、塑料及大部分药品的灭菌。 （1）火焰灼烧灭菌 灼烧是一种简单、彻底的干热灭菌方法，利用火焰的高温使微生物在短时间内化为灰烬。其应用范围仅限于耐热性强的物品。 2．湿热灭菌 湿热灭菌主要通过热蒸汽或沸水使蛋白质变性，从而杀灭微生物。常用的方法有常压间歇灭菌法、高压蒸汽灭菌法、巴氏消毒法、煮沸消毒法等。 (1)常压间歇灭菌法 常压间歇灭菌法适用于碳水化合物、凝胶和染料等高温下易发生变化的物质，以及不能直接放在水中煮沸的物品。 (2)高压蒸汽灭菌法 高压蒸汽灭菌法适用于体积大且耐热的培养基以及玻璃器皿、工作服等物品的灭菌。对砂土和石蜡油等面积大、含菌多、传热差的物品进行灭菌时，应适当延长灭菌时间。 (3)巴氏消毒法 高温会破坏牛奶、酱油、啤酒等的营养成分，对此类液态食品、调料等一般采用62~65℃处理30min或80~90℃处理30s~1 min的灭菌方法。用这种消毒法，在消毒的同时还能保持食物的营养和风味。 (4)煮沸消毒法 将待消毒物品置于水中，100℃煮沸数分钟，从而杀死全部营养体和部分芽孢。此法一般适用于注射器等器具和饮用水的消毒。 4．射线灭菌 (1)紫外线灭菌 紫外线能诱导形成胸腺嘧啶二聚体，从而抑制DNA复制，破坏核酸；经紫外线照射后，空气中的氧可以转化为臭氧，起到杀菌的作用。 (2)红外线灭菌 红外线是一种电磁波，它以辐射的方式向外传播，照射到待杀菌的物品上，传热直接由表面渗透到内部，热效应好，且容易被生物体如各种病菌吸收。病菌吸收的热能超过它的承受极限，会被“热”死。照射强度越大，残留的活菌数越少。红外线灭菌速度快、穿透力强，不仅适用于食品的灭菌，还适用于医疗器械等的快速灭菌。 三、杂菌污染 杂菌与生产菌竞争培养基中的营养物质，会造成原料损失和产量下降；杂菌及其代谢产物影响产品提纯，会降低产品获得率和质量；杂菌的代谢产物会引起发酵