微生物课程营养

微生物的微生物的营养和培养基营养和培养基微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基营养营养 微生物获得和利用微生物获得和利用营养物质的营养物质的 过程过程 微生物维持和延续微生物维持和延续其生命形式的一种其生命形式的一种生理过程生理过程 是生命活动的是生命活动的 起点起点和物质和物质 基础基础营养物营养物 具有营养功能的具有营养功能的各种各种 物质物质 包括包括 光光 辐射能辐射能微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基微生物的六类营养要素微生物的六类营养要素微生物的营养类型微生物的营养类型营养物进入细胞的方式营养物进入细胞的方式培养基培养基微生物的六类营养要素微生物的六类营养要素碳源碳源 氮源氮源能源能源生长因子生长因子 无机盐无机盐 水水C H O N S P营养物质的营养物质的生理作用生理作用比较三类生物比较三类生物所需营养要素所需营养要素碳源碳源大量营养物大量营养物 约占细胞干重的约占细胞干重的 50%碳源谱碳源谱 所有微生物所能利用的碳源范围所有微生物所能利用的碳源范围 有机碳有机碳 无机碳无机碳满足微生物生长所需的碳元素的营养源满足微生物生长所需的碳元素的营养源异养异养微生物微生物自养自养微生物微生物碳源碳源最适碳源最适碳源 C.H.O 最广泛最广泛 糖类糖类 其次其次 有机酸有机酸 醇类醇类 脂质脂质糖类糖类 单糖单糖 优于双糖和多糖优于双糖和多糖 己糖己糖 优于戊糖优于戊糖 葡萄糖、果糖葡萄糖、果糖 优于甘露糖、优于甘露糖、半乳糖半乳糖 淀粉淀粉 优于纤维素、几丁质优于纤维素、几丁质（同多糖）（同多糖） 同多糖同多糖 由于杂多糖（琼脂）由于杂多糖（琼脂）碳源碳源针对某一具体针对某一具体微生物而言，微生物而言，碳源差异极大碳源差异极大洋葱假单胞菌洋葱假单胞菌 100多种多种产甲烷菌产甲烷菌 CO2 1C 2C甲烷氧化菌甲烷氧化菌 甲烷、甲酸、甲醇甲烷、甲酸、甲醇某些异养微生某些异养微生物的生长也需物的生长也需少量少量 CO2 生长在动物血液、组织生长在动物血液、组织和肠道中的致病菌和肠道中的致病菌勿将具体培养基勿将具体培养基原料作为一种纯原料作为一种纯粹的营养要素粹的营养要素糖蜜糖蜜 含丰富糖类、氨基酸、有含丰富糖类、氨基酸、有机酸、微生素、无机盐、色素机酸、微生素、无机盐、色素甜薯干、马铃薯、玉米粉、红糖甜薯干、马铃薯、玉米粉、红糖氮源氮源满足微生物生长所需的氮元素的营养源满足微生物生长所需的氮元素的营养源 主要营养物主要营养物 约占细胞干重的约占细胞干重的 12-15% 氮源谱氮源谱 所有微生物所能利用的氮源范围所有微生物所能利用的氮源范围 有机氮有机氮 无机氮无机氮异养异养微生物微生物几乎所有几乎所有微生物微生物N2固氮固氮微生物微生物氮源氮源氮源利用顺序氮源利用顺序 “N.C.H.O” “N.C.H.O.X” N.H N.O N常用有机氮源常用有机氮源 蛋白胨蛋白胨 动植物蛋白经酶消动植物蛋白经酶消化后的产物化后的产物 牛肉膏牛肉膏 酵母膏酵母膏 植物的饼粕粉植物的饼粕粉 蚕蛹粉蚕蛹粉实验室实验室生产生产氮源氮源氨基酸自养微生物氨基酸自养微生物 不需要利用不需要利用 氨氨 基酸作基酸作氮氮 源能把尿素、源能把尿素、 铵盐铵盐、硝酸、硝酸 盐盐 甚至甚至 氮气氮气 等等简单简单 氮氮 源自行合成所源自行合成所需的一切需的一切 氨氨 基酸的微基酸的微生物生物氨基酸异养微生物氨基酸异养微生物 需要需要 从从 外界吸收外界吸收 现现 成成的的 氨氨 基酸作基酸作 氮氮 源的微源的微生物生物如何利用廉价氮源如何利用廉价氮源丰富人类的营养和扩大食物资源丰富人类的营养和扩大食物资源氮源氮源速效氮源速效氮源 微生物利用速度快，微生物利用速度快，吸收能力强的吸收能力强的 氮氮 源源 玉米浆、蛋白胨、铵玉米浆、蛋白胨、铵盐等盐等 蛋白质降解产物蛋白质降解产物（肽、氨基酸）、（肽、氨基酸）、 NH4+迟效氮源迟效氮源 微生物利用速度慢，微生物利用速度慢，吸收能力弱的吸收能力弱的 氮氮 源源 黄豆饼粉、花生饼粉黄豆饼粉、花生饼粉 大分子蛋白质大分子蛋白质利于菌体形成利于菌体形成利于代谢产物利于代谢产物形成形成氮源氮源生理酸性盐生理酸性盐 被微生物利用后被微生物利用后会会 导导 致培致培 养养 基基 pH下降下降 （ NH4)2SO4生理碱性盐生理碱性盐 被微生物利用后被微生物利用后会会 导导 致培致培 养养 基基 pH上升上升 KNO3培养基中培养基中加入缓冲物质加入缓冲物质能源能源能为微生物生命活动提供最初能量来源的能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能营养物或辐射能化学物质化学物质 辐射能辐射能光能异养微生物光能异养微生物光能自养微生物光能自养微生物有机物有机物无机物无机物化能异养微生物化能异养微生物化能自养微生物化能自养微生物扩大了人类对生扩大了人类对生物圈能源的认识物圈能源的认识能源能源 只有一种营养要素功能的营养物只有一种营养要素功能的营养物 日光辐射能日光辐射能 能源能源 CO2 碳源碳源同时具有两种营养要素功能的营养物同时具有两种营养要素功能的营养物葡萄糖葡萄糖 碳源和能源碳源和能源铵盐或硝酸盐铵盐或硝酸盐 能源和氮源能源和氮源同时具有三种营养要素功能的营养物同时具有三种营养要素功能的营养物氨基酸和蛋白质氨基酸和蛋白质 氮源、碳源和能源氮源、碳源和能源生长因子生长因子一一 类调节类调节 微生物正常代微生物正常代 谢谢 所所 必需必需 ，但不能用，但不能用 简简单单 的的 碳碳 源、源、 氮氮 源自行合成的源自行合成的 微量有机物微量有机物维生素、嘌呤、嘧啶维生素、嘌呤、嘧啶、卟啉和甾醇等、卟啉和甾醇等有时包括一些氨基酸有时包括一些氨基酸维生素维生素广义广义 狭义狭义生长因子生长因子不需要从外界吸收任何生长因子即可正常生长不需要从外界吸收任何生长因子即可正常生长繁殖的微生物繁殖的微生物多数真菌，各种放线菌和大肠杆菌等许多细菌多数真菌，各种放线菌和大肠杆菌等许多细菌需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长的微生物长的微生物各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物在代谢活动中，能合成大量分泌某些维生素在代谢活动中，能合成大量分泌某些维生素等生长因子的微生物等生长因子的微生物可作为有关维生素的生产菌可作为有关维生素的生产菌阿舒假囊酵母或棉阿舒囊酵母生产阿舒假囊酵母或棉阿舒囊酵母生产 VB2无机盐无机盐为为 微生物提供除微生物提供除 碳碳 源、源、 氮氮 源源以外的各以外的各 种种 重要元素重要元素大量元素大量元素 微量元素微量元素生长所需浓度在生长所需浓度在 10-310-4mol/L范围内的元素范围内的元素P、 S、 K、Mg、 Na、 Fe生长所需浓度在生长所需浓度在 10-610-8mol/L范围内的元素范围内的元素Cu、 Zn、 Mn、 Mo、Co、 Ni、 Sn、 SeK2HPO4MgSO4首选首选？功能功能？水水 少少 数数 自自 养养 微生物利用水中的微生物利用水中的 氢还氢还 原原 CO2 是地球整是地球整 个个 生命系生命系 统统 存在和存在和 发发 展的必要展的必要 优优 良的溶良的溶 剂剂 保保 证证 生化反生化反 应应 的的 进进 行行 维维 持各持各 种种 各各 种种 生物大分子生物大分子 结结 构构 的的 稳稳 定定 参与参与 生化反生化反 应应 优优 良物理性良物理性 质质 高比高比 热热 姓姓 高汽化高汽化 热热 高沸点高沸点 固固 态时态时 密度比液密度比液 态时态时 高高水水水活度水活度表示微生物生表示微生物生 长环长环 境中水的有效性境中水的有效性一定的温度和压力下，溶液的蒸汽压一定的温度和压力下，溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水的蒸汽压力之比力与同样条件下纯水的蒸汽压力之比w=PW/P0W0.60-0.99营养物质的生理作用营养物质的生理作用种类种类 碳源碳源 氮源氮源 无机无机盐盐生长生长因子因子水水生理作用生理作用 提供碳素提供碳素构成有机分构成有机分子骨架，也子骨架，也提供氢元素提供氢元素和氧元素和氧元素 能源（能源（CO2不能提不能提供能源）供能源） 提供氮素提供氮素合成含氮物合成含氮物质质 一般不作一般不作能源（少数能源（少数自养菌可以自养菌可以） 酶活性中酶活性中心组分心组分 稳定生物稳定生物大分子及细大分子及细胞结构胞结构 调节渗透调节渗透压压 控制氧化控制氧化还原点位还原点位 某些微生某些微生物的能源物物的能源物质质 维生素、维生素、嘌呤和嘧啶嘌呤和嘧啶作为酶的辅作为酶的辅基或辅酶基或辅酶 提供某些提供某些微生物不能微生物不能合成的氨基合成的氨基酸酸 嘌呤和嘧嘌呤和嘧啶用合成核啶用合成核苷、核苷酸苷、核苷酸及核酸及核酸 溶剂货运溶剂货运输介质输介质 参与生化参与生化反应反应 维持生物维持生物大分子结构大分子结构 热导体热导体 维持细胞维持细胞形态形态 控制多亚控制多亚基结构的装基结构的装配与解离配与解离三类生物所需营养要素的比较三类生物所需营养要素的比较动物动物 植物植物微生物微生物异养异养 自养自养碳源碳源 糖类、脂肪糖类、脂肪 CO2 糖、醇、有机糖、醇、有机酸酸CO2、 碳酸盐碳酸盐氮源氮源蛋白质蛋白质 无机氮化物无机氮化物蛋白质及其降蛋白质及其降解产物、有机解产物、有机氮化物、无机氮化物、无机氮化物、氮氮化物、氮无机氮化物、无机氮化物、氮氮无机盐无机盐 无机盐无机盐 无机盐无机盐 无机盐无机盐 无机盐无机盐生长因子生长因子 维生素维生素 不需外源加入不需外源加入（自身合成）（自身合成）维生素、氨基维生素、氨基酸、嘌呤、嘧酸、嘌呤、嘧啶啶不需外源加入不需外源加入（自身合成）（自身合成）水水 水水 水水 水水 水水能源能源 同碳源同碳源 日光日光 同碳源同碳源 无机物或阳光无机物或阳光微生物的营养类型微生物的营养类型分类标准分类标准 营养类型营养类型以能源分以能源分光能营养型光能营养型化能营养型化能营养型以氢供体分以氢供体分以碳源分以碳源分以生长因子分以生长因子分以合成氨基酸能力分以合成氨基酸能力分以取食方式分以取食方式分以取得死或活有机物分以取得死或活有机物分无机营养型无机营养型有机营养型有机营养型 自养型自养型异养型异养型原养型原养型营养缺陷型营养缺陷型氨基酸自养型氨基酸自养型氨基酸异养型氨基酸异养型 渗透营养型渗透营养型吞噬营养型吞噬营养型 寄生寄生腐生腐生微生物的营养类型微生物的营养类型光能无机光能无机营养型营养型蓝细菌、紫硫细菌蓝细菌、紫硫细菌绿硫细菌、藻类绿硫细菌、藻类红螺菌科红螺菌科紫色非硫细菌紫色非硫细菌硝化细菌、硫化细菌硝化细菌、硫化细菌铁细菌、氢细菌铁细菌、氢细菌硫磺细菌硫磺细菌多数原核微生物多数原核微生物全部真菌全部真菌原生动物原生动物光能有机光能有机营养型营养型化能无机化能无机营养型营养型化能有机化能有机营养型营养型能源能源氢供体氢供体基本碳源基本碳源微生物的营养类型微生物的营养类型 可变性可变性厌氧、光照厌氧、光照 光能营养型光能营养型耗氧、黑暗耗氧、黑暗 化能营养型化能营养型有机物不存在有机物不存在有机物存在有机物存在自养型自养型异养型异养型紫色非紫色非硫细菌硫细菌盐沼盐沼盐杆菌盐杆菌有氧、黑暗或弱光有氧、黑暗或弱光 化能营养型化能营养型（呼吸作用产能）（呼吸作用产能）低（厌）氧和强光低（厌）氧和强光 光能营养型光能营养型（紫膜光合作用产能（紫膜光合作用产能）营养物进入细胞的方式营养物进入细胞的方式营养物质本身营养物质本身营养物质进入细胞的影响因素营养物质进入细胞的影响因素微生物所处环境微生物所处环境 微生物细胞透过屏障微生物细胞透过屏障相对分子质量相对分子质量溶解性溶解性电负性电负性极性极性温度、温度、 pH离子强度离子强度运输系统形成诱导物运输系统形成诱导物代谢过程抑制剂代谢过程抑制剂解偶联剂解偶联剂被运输物质结构类似物被运输物质结构类似物细胞膜细胞膜细胞壁细胞壁荚膜荚膜粘液层粘液层营养物进入细胞的方式营养物进入细胞的方式跨膜运输跨膜运输极性小分子极性小分子水、小离子水、小离子小的水溶性分子小的水溶性分子非极性小分子非极性小分子脂质脂质不带电微粒不带电微粒大分子大分子可通可通 过过细细 胞膜上的孔胞膜上的孔 可通可通 过过膜脂膜脂 层层 在特殊在特殊 载载 体体 帮帮助下助下 进进 入入 细细 胞胞营养物进入细胞的方式营养物进入细胞的方式跨膜运输跨膜运输被动运输被动运输 主动运输主动运输物质顺浓度梯度（高物质顺浓度梯度（高 低低）不消耗能量不消耗能量消耗能量消耗能量物质可以逆浓度梯度物质可以逆浓度梯度简单扩散简单扩散易化扩散易化扩散渗透作用渗透作用细胞内吞细胞内吞细胞外吐细胞外吐真核真核细胞细胞简单扩散简单扩散是分子是分子 动动 能和微粒无能和微粒无 规则规则 运运 动动 的的 结结 果果扩散作用扩散作用影响因素影响因素微粒大小微粒大小膜的性质膜的性质物质到细胞的运动距离物质到细胞的运动距离通过磷脂双分子层通过磷脂双分子层影响因素影响因素物质在脂中的溶解度物质在脂中的溶解度温度温度扩散物质最高和最低浓度差扩散物质最高和最低浓度差非极性物质非极性物质通过溶解在膜磷脂的非极通过溶解在膜磷脂的非极性脂肪酸尾部区域穿过膜性脂肪酸尾部区域穿过膜通过孔扩散通过孔扩散影响因素影响因素若细胞太大若细胞太大细胞中扩散太慢细胞中扩散太慢细胞将难以维持生命细胞将难以维持生命孔的大小孔的大小扩散微粒带电性扩散微粒带电性孔表面带典性孔表面带典