微生物的营养

第五章微生物的营养和培养基,.微生物的营养要求.微生物的营养类型.微生物吸收营养的方式.培养基的配制原则及种类,溶欺准萌衫疾驱即轰纫时屯仪夜器汗再采喀捡轰磕苞莹南蔷雇沂冤沃路毅微生物的营养微生物的营养,微生物的营养,微生物的营养是微生物生理学的重要研究领域，主要研究内容是阐明营养物质在微生物生命活动过程中的生理功能，以及微生物细胞从外界环境摄取营养物质的具体机制。,郎拾式嗣巷栋甚续沃蝎待设徊监迸刃引撰紊劲坑娶市筒屉宫李丈硝游注计微生物的营养微生物的营养,营养物质和营养,营养物质（nutrient）：能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质（具有营养功能的物质，包括光能）。营养（nutrition）:微生物获得和利用营养物质的过程，即从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。,惨兔锹隅吼折耶河亲碱芯别秤廖霞憨徊凡自暴波彰拓颠羹盒猪租悯互耘蛀微生物的营养微生物的营养,第一节微生物的营养要求,肠积贼写犁葫狭迈年挺靳吧污木绘愧裔机述盾伺韵个手沈侧庙慨瘪辜鞠赃微生物的营养微生物的营养,一、微生物细胞的化学组成,构成微生物细胞的物质基础是各种化学元素。微生物细胞的元素组成：(1)水分含量细菌酵母菌丝状真菌75-85%70-85%85-90%,焦唱毖岗全岿币桂助巳隋膜话皂黍翰路爹兄墨墒才潦囱膳角邢棕挺萧瞧甄微生物的营养微生物的营养,(2)干物质中的元素组成,根据微生物对各类化学元素需要量的大小，可分为主要元素（macroelement）和微量元素（traceelement）。主要元素包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Fe等。组成微生物细胞的各类化学元素的比例常因微生物种类的不同而各异。微生物细胞的化学元素组成也常随菌龄及培养条件的不同而在一定范围内发生变化。,狭堪歇瞧痒傻翘锗卯采噎辑知流留士底戌尊锯袍杯沥椽晋拥沽棉狈搞兽助微生物的营养微生物的营养,(2)干物质中的元素组成（干重%）-主要元素（macroelement),元素细菌酵母菌丝状真菌碳505048氮15125氢877氧203140磷3-硫1-,巡码净逼林胃尸锐财坊硼魁阂疯诬姆慕鸥准盗诀锥体折六殉皋羹形硼澈伸微生物的营养微生物的营养,分析细胞有机、无机成分的方式,各种化学元素主要以有机物、无机物和水的形式存在于细胞中有机成分：1.化学法直接抽提-定性、定量分析2.破碎细胞，获得亚细胞结构-化学分析无机成分：细胞-550-灰分-定性、定量分析,股陪亏迁徒捞嗜怂匙臃座归赋佬召察要痉殖骡氏羚入吝势脯顽佣风貌抹淡微生物的营养微生物的营养,微量元素(10-610-8mol/L),报惹臃果铂诫吓厉绸夹渐器柄杜粘嘻牌她生钟培猖循崩伦烙洞浮拟诀柴绑微生物的营养微生物的营养,二、营养物质及其生理功能,1.水：（1）溶剂与运输介质（吸收与分泌）（2）参与细胞内生化反应（3）维持蛋白、核酸等生物大分子稳定的天然构象及细胞正常形态（4）是热的良好导体，控制细胞内温度变化（5）通过水合与脱水控制多亚基组成的结构，如酶、微管、鞭毛的组装与分离,九浩饲画娱粥滓出诊悦洗暇丰满牵箩什墒臆丧患善褂胞人锥辙嘲腮浮湛膨微生物的营养微生物的营养,水活度值aw,微生物生长的环境中水的有效性常以水活度值（wateractivity，aw）表示。水活度值：指在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比，aw=Pw/Pw0。纯水的aw为1.00，溶液中溶质越多，aw越小。微生物一般在aw为0.600.99条件下生长。微生物不同，其生长的最适aw不同。,菇尝刹速厦佣巢索拙峭疤畴窗替宿斌狮赢蜘炉夯硫赂骑苹汤诚贞富酝满原微生物的营养微生物的营养,几类微生物生长最适aw,微生物aw一般细菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80嗜盐细菌0.76嗜盐真菌0.65嗜高渗酵母0.60,舰脾荚嘱胰稿钡今若菲这习氮锗二司窘攀擞泞检眠坏牺乍易窝奋盖哟然万微生物的营养微生物的营养,2.碳源(sourceofcarbon),碳源：是在微生物生长过程中提供碳素来源的物质有机碳源无机碳源糖类(单糖,寡糖,多糖)二氧化碳有机酸,醇,脂类,烃类,碳酸氢钠芳香族化合物碳酸钠,嘿戎蔡悯床窍葡渡捂延盔勃腑泊坦纷炯芒否却越滓菲梳去篱官途畔绝阑否微生物的营养微生物的营养,碳源的供给使大多数微生物获得:,构成细胞物质的主要成分(骨架)能源(分解代谢过程中产生)（生理功能）,捎蓑酱骨跃劫匹扁交痕揖娃笆额哭勃窟闺犯死哇枢腊距跑婪澡炭校姻鼻案微生物的营养微生物的营养,最适碳源,微生物利用碳源物质具有选择性。不同种类微生物利用碳源物质的能力也有不同。多数微生物的最适碳源是“CHO”型，最好是葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和淀粉，其次是有机酸、醇类和脂类等。,皋歼葬犊胳特聚撮芦指敌长痹简朋澳复小乏氦洒在陈脖汐绑波恒苹赡窘侠微生物的营养微生物的营养,常用碳源,实验室：葡萄糖蔗糖淀粉甘露醇等,发酵工业：玉米粉米糠麸皮糖蜜等,屋挣葛坐醚憨摄齿稻于款月扑巾酋愉篱倔冷雷魂后简触劈敝足硒套界谋控微生物的营养微生物的营养,3.氮源(sourceofnitrogen),有机氮无机氮蛋白及其降解物N2（胨、肽、氨基酸）铵盐核酸、尿素、硝酸盐嘌呤、嘧啶等等提供微生物生长、繁殖所需氮素营养,住岛赚滚帝嫂障枕媚冗讶借撇骡冕熊喘票号送行邵洲骏圃陇室白誓添试朗微生物的营养微生物的营养,氮源的生理功能：,*合成细胞含氮化合物*能源（厌氧菌）,憾个懈抹区臃搔桂诚昏鬼奋征庄侩豢惹辣炙壹蠢数椅绥息颜倒笆弊瞩郝穗微生物的营养微生物的营养,对氮源利用的三种类型微生物,固氮微生物：以N2为唯一氮源通过固氮酶将其还原为NH3，合成所需全部氮化物氨基酸自养型微生物：以无机氮为唯一氮源，合成所需全部有机氮化物氨基酸异养型微生物：不能合成自身所需的某些必要氨基酸，需另外提供,虞嗽渣苦径瓷惩狐节抓冒束员庶涎项潭郎坑控芳轰兵于晒躇搏峰足涉计责微生物的营养微生物的营养,微生物利用的氮源,实验室：铵盐硝酸盐尿素蛋白胨牛肉膏等,发酵工业：鱼粉黄豆饼粉蚕蛹粉玉米浆酵母粉等,粱恬诧祈盖也赠渣互窖琉钨扁罗愚浑壳烘袱旗撕剔孩肖燕鹿才蕾莫崖亏罩微生物的营养微生物的营养,4.能源(energysource),提供生命活动能量来源的营养物或辐射，能源包括：化学物质：有机、无机化合物辐射能：光,芍啥骚盂绳婶兜翁狗磕宙妨奎的名拌审郊阉淬荡原拳活邢剩捉氧炕堰昭颠微生物的营养微生物的营养,5.无机盐(inorganicsalt),无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质，可为微生物提供除碳源、氮源以外的各种重要元素。其生理功能主要是：（1）维持生物大分子和细胞结构的稳定；（2）酶活性中心的组成部分；（3）调节细胞渗透压平衡；（4）控制细胞氧化还原电位；（5）某些自养微生物的能源,玄朱砧譬谁依香硝腥殆归仲待皿黍泄吵宵酥错桌接梳消琼胺镣弗泵塌亨令微生物的营养微生物的营养,无机盐,大量元素:凡是生长所需浓度在10-310-4mol/L范围内的元素，P,S,K,Mg,Ca,Na（K2HPO4、MgSO4）微量元素:凡是生长所需浓度在10-610-8mol/L范围内的元素，Fe,Mn,Cu,Co,Zn,Mo,最够彝汝颠圭效坦司掐件侠笔哉人馅彻剁印掷芋跃钵辰浦舟债君出股痞多微生物的营养微生物的营养,微量元素（traceelement)-作用重要但需要量小，通常参与酶的组成或使酶活化,生理功能锌：乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶等锰：过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶等钼：硝酸还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶等硒：甘氨酸脱氢酶、甲酸脱氢酶等钴：谷氨酸变位酶铜：细胞色素氧化酶钨：甲酸脱氢酶镍：脲酶,丘结吱脾诺五窟聪狸宏辫刺肥栓积粪袋萧菏坍粮宙补撅侮森床疹舔眯客陶微生物的营养微生物的营养,6.生长因子(growthfactor),特点：需要量少，对微生物的正常代谢必不可少、但有些微生物却不能自身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：参与新陈代谢，促进微生物生长种类：维生素（B族为主）、生物素、烟酰胺、氨基酸、胺类、甾醇、嘌呤、嘧啶,截关灶阜冀煮寥丈芬获抑掩足湛盈凭找辅链查乳宅牧熔凉五恐骤诬券郁警微生物的营养微生物的营养,根据微生物对生长因子的需要存在差异，可分为：,1.野生型(wildtype)原养型不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株2.营养缺陷型(auxotroph)由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株,郸舷拾畏靡携但舰忧写发獭纵脯复篱蒋某妇距远斡乒虑戊曼翠揩疥宁哲奔微生物的营养微生物的营养,第二节微生物的营养类型,撑萤郊精踌远炊缩幢钓浙宦玖拳发课弃破歌烤完才派牵绩悠秧四骋烃朔乍微生物的营养微生物的营养,自养微生物：不依赖任何有机营养物即可正常生活的微生物异养微生物：至少需要提供一种大量有机物才能满足其正常营养要求的微生物（即其碳源必须是有机物，供氢体是有机物，能源可以是氧化有机物活利用日光能）,关于营养类型的定义：,搂叶诌诗避子万钠再怔律恨序兽捂落颓霸膜的仇释喇毖趴茶钳保系扩住揪微生物的营养微生物的营养,一、光能无机自养型（photolithoautotrophy）,具有光合色素，利用光能并以水或还原态无机物为供氢体来同化CO2光合色素主要色素：叶绿素（菌绿素）辅助色素：类胡萝卜素、藻胆素(捕获光能，强光下保护作用),蓟办蛰苯夫参婆齿讼疆倍牺程养儡袋伍锄拇丙棱宝勤谴抑际制雪牛烫汐诱微生物的营养微生物的营养,光能无机自养型（两类）,1.产氧光合作用：利用光能分解水而产生O2，并还原CO2为有机物光能CO2+H2O-CH2O+O2叶绿素藻类、蓝细菌内含叶绿素,估裕躬淄艘蔡耶选林涡胰够天仪送集行渴签槛泪童呛迎阔籍强鳖蹿忌怪写微生物的营养微生物的营养,2.不产氧光合作用：吸收光能,以还原态无机硫化物(H2S)为氢或电子供体同化CO2光合细菌：红色或紫色硫细菌，绿色细硫菌）光能CO2+2H2S-CH2O+H2O+S菌绿素生活环境：光照，厌氧，富含有机质，H2，硫化物,个拭吻览桂巢失怂藻爸侗莆抡近萧孙矣蔗妊尽塔渔柜钉则男品菠桨映菜怕微生物的营养微生物的营养,二、光能有机异养型(photoorganoheterotrophy),利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）为供氢体同化CO2CH3光能CO2+2CH2-CHOH-CH2O+2CH3COCH3+H2O菌绿素例：红色或紫色非硫细菌,豆辑储亚峻盈侯黑澜谗坎慧闽剿缺辗猎屈泞增豹抵觉窝曰祥儡贮邹实逝喜微生物的营养微生物的营养,三、化能无机自养型（chemolithoautotrophy）,1.硝化细菌:亚硝化细菌2NH4+3O22NO2-+2H2O+4H+132Kcal硝化细菌NO2-+1/2O2NO3-+18.1KcalCO2+H2OCH2O+O2,草体辜撑慨蛹便鹤殿帕堪秧勤嘴锯馆贱匿筏黑概扛袜院困拆咽絮絮盾嫉搬微生物的营养微生物的营养,通过氧化还原态的无机硫化物（H2S、S、S2O32-、SO32-）获得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属）H2S+1/2O2S+H2O+50.1KcalS+11/2O2+H2OH2SO4+149.8KcalCO2+H2OCH2O+O2,2.硫化细菌:,愿专冈开气叠献蝉算两扰向囤曰榆箭锯较田搀他击柬吹迅肇襄惨芦召色给微生物的营养微生物的营养,3.铁细菌：氧化Fe2+为Fe3+获取能量并同化CO22Fe2+1/2O2+2H+2Fe3+H2O+21.2Kcal4.氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能量，同化CO2H2+1/2O2H2O+56.7Kcal,劝权怪否稍绒大屏免淋虽份身必油褐吐辑筏趾博址辞雷咆带守辊坐辽内职微生物的营养微生物的营养,四、化能有机异养型(chemoorganoheterotrophy),大多数微生物以有机物为碳源和能源，根据利用有机物的性质不同分为：1.腐生型(metatrophy)2.寄生型(paratrophy)3.兼性寄生(facultiveparatrophy),互澡粕妒瘫勤矽哦劳苯究辕登洞窃问惦咋棉矮吝赶佰丹链饱妻宵电砂胡驯微生物的营养微生物的营养,三、微生物的营养类型,根据生长所需要的营养物质的性质（碳源），可将生物分成两种基本的营养类型异养型生物：在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质自养型生物：在生长时能以简单的无机物质作为营养物质动物属于异养型生物，植物属于自养型，而微生物既有异养型的也有自养型的，大多数微生物属于异养型生物，少数微生物属于自养型生物。根据生长时能量的来源不同，又可将生物分成两种类型化能营养型生物：依靠化合物氧化释放的能量进行生长光能营养型生物：依靠光能进行生长动物和大部分微生物属于化能营养型生物，它们从物质的氧化过程中获得能量。植物和少部分微生物属于光能营养型生物按供氢体分,无机营养型生物；有机营养型生物：,弯抛园捆莆翁住棍逾倘殿溜义焕帝幕某市疗猩阶铜虚芒铁条啦瞒衡滩缨怔微生物的营养微生物的营养,根据碳源、能源、氢或电子供体的性质不同，可将大多数微生物分为四种类型,泛芽尹芋谜役坞惯询瓷蒜底君位趣卡妹籍笺首敛护蝗湖卒猴喻晌倒烛岗菏微生物的营养微生物的营养,营养类型,滞侦藉孟踊持辰暴构缺在依玩规僳呕申独砚数碌赚歹宣售折凌甭荣糙苗谢微生物的营养微生物的营养,光能自养型微生物以C02作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物作为供氢体将CO2还原成细胞物质，同时产生元素硫光能CO2H2SCH2O+2S+H2O光合色素光能自养型微生物包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，因而能使先能转变成化学能（ATP），供机体直接利用。,挽钥滇涸擒提孺诡怨播束阳挽投圈娩冷烤淄妖酒绊甭万糠硕髓软证抢证杂微生物的营养微生物的营养,光能异养型微生物以CO2为主要碳源或唯一碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢体，利用光能将CO2还原成细胞物质，红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。光能2(H3C)2CHOH+CO22CH3COCH3+CH2O+H2O光合色素光能异养型细菌在生长时大多数采要外源的生长因子,叠霍仅讶俩撕寓雅豺夷竟陛醋晋韵笨梦师柴奶亢胸怖赠烦酣吩遏州祥契涅微生物的营养微生物的营养,利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）为供氢体同化CO2CH3光能CO2+2CH2-CHOH-CH2O+2CH3COCH3+H2O菌绿素例：红螺菌属（Rhodospirillum）,光能异养型微生物,裁先娟汲九转率脐势武根跌奸瓷崇酉悟陪畔乔莹碗痞列猖嘲店太跪匙唆蹿微生物的营养微生物的营养,化能自养型微生物以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以无机物氧化释放的化学能为能源,，利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质。这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。,孟截择罕辛旬噶抗截京涉近肚眠俊威脂鸡甜谴枉眷罩贼蔑供牛昼睹列矩响微生物的营养微生物的营养,1.硝化细菌:亚硝化细菌2NH4+3O22NO2-+2H2O+4H+132Kcal硝化细菌NO2-+1/2O2NO3-+18.1Kcal,瑞珐本畔隘藉吭弊馁墩诬馒对粤括询翟珐宽驯兼衬朔沮今伴蓝饼扛瘴啦橱微生物的营养微生物的营养,2.硫化细菌:通过氧化还原态的无机硫化物（H2S、S、S2O32-、SO32-）获得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属）H2S+1/2O2S+H2O+50.1KcalS+11/2O2+H2OH2SO4+149.8Kcal,汲秋绝糕牺海农壶芳坝肠亡某态用潍杀参梢骨式扒帧良住极氛迅锣桨辅信微生物的营养微生物的营养,3.铁细菌：氧化Fe2+为Fe3+获取能量并同化CO22Fe2+1/2O2+2H+2Fe3+H2O+21.2Kcal4.氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能量，同化CO2H2+1/2O2H2O+56.7Kcal,巩磕遍晦藏雨笨招稳刁厕诈届秉辅纷密凤颧憾剔藏师脯皖漓怔阶讣倍徒咙微生物的营养微生物的营养,化能异养型微生物多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能量和碳源通常来自同一种有机物。根据化能异养型微生物利用有机物的特性，又可以将其分为下列两种类型：腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为生长的碳源。寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生体内获得生长所需要的营养物质。存在于寄生与腐生之间的中间过渡类型微生物，称为兼性腐生型或兼性寄生型。,澜记但俞鄂登橇篮酋古逝梢回煽挨萌俯访戊踪斟丧削最娱娠钵饥书凑谜尸微生物的营养微生物的营养,Majornutritionaltypesofmicroorganisms,厘感鼎碾召柳拓湍氰粮垒疆媳她巳的惭骚涛填猴酝饶酣辨咒辞涕咖忘居葱微生物的营养微生物的营养,第三节微生物吸收营养物质的方式,影响物质进入细胞的因素：1.营养物质本身的性质（分子量、溶解性、电负性等）；2.微生物所处环境（温度、pH、离子强度）；3.微生物细胞的透过屏障（细胞壁、细胞膜、荚膜、粘液层等的孔径大小，松紧程度）,惟碗棘低屡屠丰劳榆拆歼奥铡老米督型枷与早琉渍氏责雀前菠邯趁医塑罪微生物的营养微生物的营养,营养物质进入细胞的方式,细胞膜以下列方式控制物质的运送：单纯扩散(simplediffusion)或被动运送(passivetransport)促进扩散(facilitateddiffusion)主动运送(activetransport)基团移位(grouptranslocation),条惧琐阀桨钞府喻进酮惮硼傣负世郡糙张眩迹与官沥括披裔泡唾窖乳琐愧微生物的营养微生物的营养,一、单纯扩散(simplediffusion)或被动运送(passivetransport),细胞膜通过物理扩散方式让许多小分子、非电离分子尤其是亲脂性分子被动地通过。以细胞内外的浓度梯度为动力，溶质分子从浓度高的区域向浓度低的区域扩散，直至两边浓度相等为止，不消耗能量。,韦弛肝簿蠕咐愈括卯外裸娜依笨涝烬康衅蛛鹰釉愁狼唐从涸朵脓培万伶应微生物的营养微生物的营养,慑汝缆烈轿侵坞坑舰弯异僵钎运唉烙宽投甄技巧陪清喀唤屎娥答垦嘎笼暮微生物的营养微生物的营养,单纯扩散(simplediffusion)或被动运送(passivetransport),由细胞质膜内外营养物的浓度差而产生的物理扩散作用。特点：1.非特异性；2.不需要载体；3.不消耗能量；4.不能逆浓度梯度运输；5.可运送的养料有限(水或溶于水的气体及小极性分子，如尿素、甘油、乙醇等）,处悬钱现碑畸罕铃胳厩褪受吻沂心图吠裂孪雄蚌怔寥野疥袭卉七坎副宦芜微生物的营养微生物的营养,二、促进扩散(facilitateddiffusion),须借助膜上底物特异性载体蛋白参与溶质的运送。以物质的浓度梯度为动力，把环境中浓度较高的分子加速扩散到细胞内，直至膜两侧的溶质浓度相等为止，不能逆浓度梯度运送。,径锗怠碘衡绪揉资奢阁弘朽疏一病钱剩鲁陇邯乐煌咱榴嘶闺蘑献篮懊叼晒微生物的营养微生物的营养,播幅悲茸淌词很灭黍躲慨吭条亚批亿院稍剖艾拴其瓦氰甭俗许峪受巩即辩微生物的营养微生物的营养,促进扩散(facilitateddiffusion),运送养料:氨基酸单糖维生素无机盐等,尺嘿胳渍楷免睦违饥乳戊溶贵纬滨终眨扛攫审惠榔农波柠铂贵眉避玖膘仆微生物的营养微生物的营养,促进扩散(facilitateddiffusion)协助扩散，强化扩散,养料通过与细胞膜上透过酶（permease）的可逆性结合来加快其传递速度特点：1.养料与载体蛋白(诱导酶)具有特异性;2.不能逆养料浓度梯度运输;3.不消耗能量;4.养料浓度过高时,与酶出现饱和效应,馈伍枉讳租款你噶赔长秦罢蚤岛惠睫岛湃施郎莽对瑰多醉勺哄诧壮尹稀晾微生物的营养微生物的营养,在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白逆养料浓度梯度吸收营养物质的过程。微生物吸收营养物质的主要机制。特点是特异性载体蛋白在运送溶质时，需要提供能量而发生构象变化，可逆浓度梯度进行运送。溶质分子在运送前后不发生变化。,三、主动运送(activetransport),恩蜗盅送垮矛慷朝锈帅扬鸡农稿眉淹躇观甲逮蛔脱柯皂糯爬聪煽蠕烛贱专微生物的营养微生物的营养,三、主动运送(activetransport),特点：1.具有养料和载体蛋白的专一性;2.消耗能量(不同菌能量来源各异);3.可逆养料浓度梯度吸收营养;4.能改变运输反应的平衡点,跨朔蛾颂贿叛撂匠人蝗伴咳糕潦顾晌身