第二章-园艺学专业

1、第二章第二章 微生物的营养和代谢微生物的营养和代谢第一节第一节 微生物的营养物质和营养类型微生物的营养物质和营养类型第二节第二节 微生物的能量代谢微生物的能量代谢第三节第三节 微生物的分解代谢微生物的分解代谢第四节第四节 微生物的合成代谢微生物的合成代谢第一节第一节 微生物的营养物质和营养类型微生物的营养物质和营养类型两者关系并比较课本概念：营养物质是微生物生存的物质基两者关系并比较课本概念：营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。营养物质营养物质-那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种那些能够

2、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称为营养物质生理活动所需的物质称为营养物质 (nutrient)(nutrient)。概概 念念营养营养-微生物从外界环境中获取和利用营养物质的过程称为微生物从外界环境中获取和利用营养物质的过程称为营养（营养（nutrition)nutrition)。营养类型营养类型依据微生物生命活动所需的能量来源的不同和依据微生物生命活动所需的能量来源的不同和所利用的营养物质的差别，将微生物分成不同的类别，称作所利用的营养物质的差别，将微生物分成不同的类别，称作微生物的营养类型。微生物的营养类型。一、营养元素及其功能一、营养元素及其功能微生物细胞微生物细

3、胞水：水：70%-90%干物质干物质 无机盐（灰分）无机盐（灰分）有机物有机物 蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物及其降解产物细胞化学元素组成：细胞化学元素组成： 主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等； 微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。微生物的五大营养要素：微生物的五大营养要素： 水水 碳素营养（碳源）碳素营养（碳源） 氮素营养（氮源）氮素营养（氮源） 矿质元素（无机盐）矿质元素（无机盐） 生长因子生长因子水水水

4、是微生物生命活动所必不可少的。水在细胞中的生理功能主要有： （1）微生物吸收营养物质与排泄代谢产物的媒介； （2）维持细胞膨胀压，保持细胞胶体状态； （3）参与细胞内一系列化学反应，如光合作用与呼吸作用； （4）维持蛋白质、核酸等生物大分子天然构象的稳定； （5）水的比热高，又是热的良导体，能有效地吸收代谢过程中产生的热并及时地将其散发出体外，从而有效地控制细胞内温度的变化。碳素营养碳素营养 碳素营养的生理作用：（1）碳素物质通过复杂的化学变化来构成微生物自身的细胞物质和代谢产物；（2）多数碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动的能量； 但是，以co2为唯一或主要碳源的微生物

5、生长所需的能源则不是来自co2。 也称作碳源，在微生物生长过程中为微生物提供碳素的营养物质。从简单的无机含碳化合物如co2和碳酸盐到各种各样的天然有机化合物都可以作为微生物的碳源，但不同的微生物利用含碳物质具有选择性，利用能力也有差异。种类种类碳源物质碳源物质备注备注糖糖葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半纤维素、甲壳素、木质素等维素、半纤维素、甲壳素、木质素等单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯多糖优于杂多糖。纤维素，纯多糖优于杂多糖。有机

6、酸有机酸糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等与糖类比效果较差，有机酸较难进入细胞，与糖类比效果较差，有机酸较难进入细胞，进入细胞后会导致进入细胞后会导致phph下降。当环境中缺乏下降。当环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源利用。利用。醇醇乙醇乙醇在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利用。用。脂脂脂肪、磷脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解为甘油和脂肪酸而加以利用。为甘油和脂肪酸而加

7、以利用。烃烃天然气、石油、石油馏分、石蜡油等天然气、石油、石油馏分、石蜡油等利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用。化后吸收利用。coco2 2coco2 2为自养微生物所利用。为自养微生物所利用。碳酸盐碳酸盐nahconahco3 3、cacocaco3 3、白垩等、白垩等为自养微生物所利用。为自养微生物所利用。其他其他芳香族化合物、氰化物芳香族化合物、氰化物蛋白质、肽、核酸等蛋白质、肽、核酸等利用这些物质的微生物在环境保护方面有利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用。

8、重要作用。当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作为碳源而降解利用。为碳源而降解利用。能被微生物利用的氮源有：蛋白质及其各类降解产物、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、分子态氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物。 氮源的作用：氮源物质能被微生物用来合成细胞中含氮化合物，极少数情况下可作为能源，如某些厌氧微生物在厌氧条件下可利用某些氨基酸作为能源。微生物对氮源的利用具有选择性，如玉米浆相对于豆饼粉，nh4+相对于no3-为速效氮源。铵盐作为氮源时会导致培养基ph值下降，称为生理酸性盐，而以硝酸盐作为氮源时培养基ph值会升高，称为生理碱性盐。氮素营养氮素营养 亦称作氮源，凡能被微

9、生物用来构成细胞物质或代谢产物中氮素成分的营养物质通称为氮源(source of nitrogen)。种类种类氮源物质氮源物质说说 明明蛋白质类蛋白质类蛋白质及其不蛋白质及其不同程度降解产同程度降解产物物( (胨、肽、胨、肽、氨基酸等氨基酸等) )大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细菌能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质降解利菌能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质降解利用，而多数细菌只能利用相对分子质量较小其用，而多数细菌只能利用相对分子质量较小其降解产物降解产物氨及铵盐氨及铵盐nhnh3 3、(nh(nh4 4) )2 2soso4 4等等容易被微生物吸收

10、利用容易被微生物吸收利用硝酸盐硝酸盐knokno3 3等等容易被微生物吸收利用容易被微生物吸收利用分子氮分子氮n n2 2固氮微生物可利用，但当环境中有化合态氮源固氮微生物可利用，但当环境中有化合态氮源时，固氮微生物就失去固氮能力时，固氮微生物就失去固氮能力其他其他嘌呤、嘧啶、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、脲、胺、酰胺、氰化物氰化物大肠杆菌不能以嘧啶作为唯一氮源，在氮限量大肠杆菌不能以嘧啶作为唯一氮源，在氮限量的葡萄糖培养基上生长时，可通过诱导作用先的葡萄糖培养基上生长时，可通过诱导作用先合成分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可合成分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程度地被微生物作为氮源加以

11、利用不同程度地被微生物作为氮源加以利用氨基酸的自养与异养型：氨基酸的自养与异养型： 能以铵盐、硝酸盐或尿素等无机氮源为唯一氮源合成自能以铵盐、硝酸盐或尿素等无机氮源为唯一氮源合成自身所需的全部含氮有机物，称作氨基酸自养型微生物。身所需的全部含氮有机物，称作氨基酸自养型微生物。 那些不能以无机氮源合成所需的全部氨基酸而必需从环那些不能以无机氮源合成所需的全部氨基酸而必需从环境中摄取某些必需氨基酸的微生物，称作氨基酸异养型微生物。境中摄取某些必需氨基酸的微生物，称作氨基酸异养型微生物。 能以空气中氮气（能以空气中氮气（n2）为唯一氮源，通过固氮酶将其还）为唯一氮源，通过固氮酶将其还原为氨（原为氨（

12、nh3），再进一步合成细胞所需的全部有机含氮化合），再进一步合成细胞所需的全部有机含氮化合物的微生物称作固氮微生物。物的微生物称作固氮微生物。矿物质营养矿物质营养 亦称作无机盐亦称作无机盐(inorganic salt)是微生物生长必不可少的是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们在机体中的生理功能主要是：一类营养物质，它们在机体中的生理功能主要是： （1）构成细胞的结构成分）构成细胞的结构成分 （2）作为酶的活性中心的组成部分，维持酶的活性；）作为酶的活性中心的组成部分，维持酶的活性； （3）维持生物大分子和细胞结构的稳定性，调节并维持细）维持生物大分子和细胞结构的稳定性，调节并维持细胞的渗

13、透压平衡，控制细胞的氧化还原电位等；胞的渗透压平衡，控制细胞的氧化还原电位等； （4）作为某些微生物生长的能源物质，如铁细菌。）作为某些微生物生长的能源物质，如铁细菌。分作常量元素与微量元素：分作常量元素与微量元素：常量元素：磷、硫、钾、镁、钙、钠等；常量元素：磷、硫、钾、镁、钙、钠等； 微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。元素元素化合物形式化合物形式( (常用常用) )生理功能生理功能磷磷khkh2 2popo4 4，k k2 2hpohpo4 4核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及atpatp等高能分子的等

14、高能分子的成分，作为缓冲系统调节培养基成分，作为缓冲系统调节培养基phph。硫硫(nh(nh4 4) )2 2soso4 4，mgsomgso4 4含硫氨基酸含硫氨基酸( (半胱氨酸、甲硫氨酸等半胱氨酸、甲硫氨酸等) )、维生素的、维生素的成分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位。成分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位。镁镁mgsomgso4 4己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等活性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分。活性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分。钙钙caclcacl2 2，ca(noca(no3 3) )2 2某些酶的辅因子，维持酶某些酶的辅

15、因子，维持酶( (如蛋白酶如蛋白酶) )稳定性，芽稳定性，芽孢和某些孢子形成所需，建立细菌感受态所需。孢和某些孢子形成所需，建立细菌感受态所需。钠钠naclnacl细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶的稳定性。酶的稳定性。钾钾khkh2 2popo4 4，k k2 2hpohpo4 4某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细菌核糖体的稳定因子。菌核糖体的稳定因子。元素元素生理功能生理功能锌锌存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、醛缩酶、存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、醛缩酶、rnarna

16、与与dnadna聚合酶中聚合酶中锰锰存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中钼钼存在于硝酸盐还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶中存在于硝酸盐还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶中硒硒存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中钴钴存在于谷氨酸变位酶中存在于谷氨酸变位酶中铜铜存在于细胞色素氧化酶中存在于细胞色素氧化酶中钨钨存在于甲酸脱氢酶中存在于甲酸脱氢酶中镍镍存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需生长因子生长因子(growth factor)(growth factor)通常指那些微生物生长所必需而且需通常指那些微生物生长所必需而且需

17、要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。长需要的有机化合物。生长因子生长因子生长因子主要包括：维生素生长因子主要包括：维生素(vitamin)、氨基酸与嘌呤与嘧啶三大、氨基酸与嘌呤与嘧啶三大类。其功用：类。其功用： 维生素主要是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢；维生素主要是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢； 有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，因此必须在培有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，因此必须在培养基中补充这些氨基酸或含有这些氨基酸的小肽类物质，微生物养基中补充这些氨基酸或含有这些氨基酸的小肽类物

18、质，微生物才能正常生长；才能正常生长； 嘌呤与嘧啶作为生长因子在微生物机体内的作用主要是作为嘌呤与嘧啶作为生长因子在微生物机体内的作用主要是作为酶的辅酶或辅基，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。酶的辅酶或辅基，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。 化合物化合物代谢中的作用代谢中的作用对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸四氢叶酸的前体，一碳单位转移的辅酶四氢叶酸的前体，一碳单位转移的辅酶生物素生物素催化羧化反应的酶的辅酶催化羧化反应的酶的辅酶辅酶辅酶m m甲烷形成中的辅酶甲烷形成中的辅酶叶酸叶酸四氢叶酸包括在一碳单位转移辅酶中四氢叶酸包括在一碳单位转移辅酶中泛酸泛酸辅酶辅酶a a的前体的前体硫辛酸硫辛酸丙酮酸脱氢

19、酶复合物的辅基丙酮酸脱氢酶复合物的辅基尼克酸尼克酸nadnad、nadpnadp的前体，它们是许多脱氢酶的辅酶的前体，它们是许多脱氢酶的辅酶吡哆素吡哆素(b(b6 6) )参与氨基酸和酮酶的转化参与氨基酸和酮酶的转化核黄素核黄素(b(b2 2) )黄素单磷酸黄素单磷酸(fmn)(fmn)和和fadfad的前体，它们是黄素蛋白的辅基的前体，它们是黄素蛋白的辅基钴胺素钴胺素(b(b1212) )辅酶辅酶b b1212包括在重排反应里包括在重排反应里( (为谷氨酸变位酶为谷氨酸变位酶) )二、微生物的营养类型（四种）二、微生物的营养类型（四种）1.1.光能无机营养型（光能自养型）光能无机营养型（光能

20、自养型） (photolithoautotrophy)2.2.光能有机营养型（光能异养型）光能有机营养型（光能异养型）(photoorganoheterophy)3.3.化能无机营养型（化能自养型）化能无机营养型（化能自养型）(chemolithoautotrophy)4.4.化能有机营养型（化能异养型）化能有机营养型（化能异养型）(chemoorganoheterotrophy) 1.光能无机营养型光能无机营养型 光能无机营养型光能无机营养型 也称光能自养型，这是一类能以也称光能自养型，这是一类能以coco2 2为唯一碳源或主要碳源并利用光能进行生长的的微生物，为唯一碳源或主要碳源并利用光能

21、进行生长的的微生物，它们能以无机物如水、硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化它们能以无机物如水、硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化合物为电子和氢供体，使合物为电子和氢供体，使coco2 2固定还原成细胞物质，并且伴固定还原成细胞物质，并且伴随元素氧（硫）的释放。随元素氧（硫）的释放。藻类、蓝细菌和光合细菌属于这一类营养类型。藻类、蓝细菌和光合细菌属于这一类营养类型。2 22 22 22 2o oo o n n c ch h叶叶绿绿素素光光能能o oh hc co o这与高等植物光合作用是一致的。这与高等植物光合作用是一致的。2 2s so oh ho o c ch h菌菌绿绿素素光光能能s s2 2h

22、hc co o2 22 22 22 2这与藻类、蓝细菌和高等植物是不同的。这与藻类、蓝细菌和高等植物是不同的。光合细菌：光合细菌： 藻类和蓝细菌藻类和蓝细菌：2. 光能有机营养型光能有机营养型光能有机营养型光能有机营养型 或称光能异养型，这类微生物以或称光能异养型，这类微生物以coco2 2或简单有机物作为碳源，或简单有机物作为碳源，以以coco2 2为碳源时需要有为碳源时需要有机物作为供氢体，利用光能将机物作为供氢体，利用光能将coco2 2还原为细胞物质还原为细胞物质。红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表： o oh ho o n n c ch hc

23、 co oc ch h2 2c ch h光光合合色色素素光光能能c co oc ch ho oh h) )2 2( (c ch h2 22 23 33 32 22 23 3光能有机营养型细菌在生长时通常需要光能有机营养型细菌在生长时通常需要外源的外源的生长因子生长因子。 3. 化能无机营养型化能无机营养型 化能无机营养型化能无机营养型 或称化能自养型，这类微生物利或称化能自养型，这类微生物利用无机物氧化过程中放出的化学能作为它们生长所用无机物氧化过程中放出的化学能作为它们生长所需的需的能量能量，以，以coco2 2或碳酸盐或碳酸盐作为的唯一或主要作为的唯一或主要碳源碳源进进行生长，利用行生长，

24、利用电子供体电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使子或亚硝酸盐等使coco2 2还原成细胞物质。还原成细胞物质。 属于这类微生物的属于这类微生物的类群类群有硫化细菌、硝化细菌、有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌等（参见微生物的产能方式）。例氢细菌与铁细菌等（参见微生物的产能方式）。例如氢细菌：如氢细菌：5 56 6. .7 7千千卡卡o oh ho o2 21 1h h2 22 22 24. 化能有机营养型化能有机营养型化能有机营养型化能有机营养型 或称化能异养型，这类微生物生长所或称化能异养型，这类微生物生长所需的需的能量能量来自有机物氧化过程放出的化学能

25、，生长所需来自有机物氧化过程放出的化学能，生长所需要的要的碳源碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等，也素、有机酸等，也即即化能有机营养型微生物里的有机物化能有机营养型微生物里的有机物通常既是它们生长的碳源物质又是能源物质。通常既是它们生长的碳源物质又是能源物质。大多数微生物属于大多数微生物属于化能有机营养型化能有机营养型：绝大多数的：绝大多数的细菌细菌、全部全部真菌真菌、原生动物原生动物以及以及病毒（？）病毒（？）。如果化能有机营养型微生物利用的有机物不具有生命活如果化能有机营养型微生物利用的有机物不具有生命活性，则是性，则是腐生型腐

26、生型；若是生活在生活细胞内从寄生体内获；若是生活在生活细胞内从寄生体内获得营养物质，则是得营养物质，则是寄生型寄生型。划分划分依据依据营养类型营养类型特点特点碳源碳源自养型自养型( (autotrophs) )以以coco2 2为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源异养型异养型( (heterotrophs) )以有机物为碳源以有机物为碳源能源能源光能营养型光能营养型( (phototrophs) ) 以光为能源以光为能源化能营养型化能营养型( (chemotrophs) )以有机物以有机物或无机物或无机物氧化释放氧化释放的化学能为能源的化学能为能源微生物营养类型划分微生物营养类型划分小结小结营养类

27、型营养类型电子供体电子供体碳源碳源能源能源代表类群代表类群光能无机营养型光能无机营养型h h2 2、h h2 2s s、s s、或或h h2 2o ococo2 2光能光能着色细菌、蓝细菌、藻着色细菌、蓝细菌、藻类类光能有机营养型光能有机营养型有机物有机物coco2 2或或有机物有机物光能光能红螺细菌红螺细菌化能无机营养型化能无机营养型h h2 2、h h2 2s s、fefe2+2+、nhnh3 3、或或nono- -2 2coco2 2化学能化学能( (无机物氧化无机物氧化) )氢细菌、硫杆菌、氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌属亚硝化单胞菌属(nitrosomonas)(nitrosomona

28、s)、硝化、硝化杆菌属杆菌属(nitrobacter)(nitrobacter)、甲烷杆菌属甲烷杆菌属(methanobacterium)(methanobacterium)、醋酸杆菌属醋酸杆菌属(acetobacter)(acetobacter)化能有机营养型化能有机营养型有机物有机物有机物有机物化学能化学能( (有机物氧化有机物氧化) )假单胞菌属、芽孢杆菌假单胞菌属、芽孢杆菌属、乳酸菌属、真菌、属、乳酸菌属、真菌、原生动物原生动物三、微生物摄取营养的方式三、微生物摄取营养的方式营养物的摄取方式：胞吞作用营养物的摄取方式：胞吞作用 渗透吸收渗透吸收 营养物通过渗透方式进入细胞的第一屏障是细

29、胞壁，营养物通过渗透方式进入细胞的第一屏障是细胞壁，细胞壁可允许通过的物质的分子量为细胞壁可允许通过的物质的分子量为800u, （u为原子量单位，为原子量单位，1u1.661010-27-27kgkg）因此，大分子物质进入细胞前需要胞外酶对其进行分解。因此，大分子物质进入细胞前需要胞外酶对其进行分解。营养物进入细胞的方式有：营养物进入细胞的方式有： 简单扩散简单扩散 促进扩散促进扩散 主动运输主动运输 基团转位（移）基团转位（移）营养物质吸收与代谢产物的分泌，营养物质吸收与代谢产物的分泌， 涉及到物质的运输，而关键是细胞膜。涉及到物质的运输，而关键是细胞膜。 简单扩散简单扩散 不耗能不耗能跨膜

30、跨膜 促进扩散促进扩散运输运输 主动运送主动运送 耗能耗能 基团移位基团移位 又称作被动运输又称作被动运输 (passive transport) 营养物依靠细营养物依靠细胞膜内外浓度差，从高浓度到低浓度扩散进行运输。胞膜内外浓度差，从高浓度到低浓度扩散进行运输。 细胞膜是一道屏障，但是细胞膜有通透性。细胞膜是一道屏障，但是细胞膜有通透性。 运输的能量是浓度梯度所形成的势能。运输的能量是浓度梯度所形成的势能。可运输营养物：可运输营养物： 氧、二氧化碳、乙醇、氨基酸等小分子；亲脂性分氧、二氧化碳、乙醇、氨基酸等小分子；亲脂性分子。子。简单扩散简单扩散 (simple diffusion)人工脂双

31、层膜对不同分子的透过作用人工脂双层膜对不同分子的透过作用水的扩散水的扩散渗透渗透细胞对渗透的反应细胞对渗透的反应需要特异性载体蛋白需要特异性载体蛋白 (carrier protein)，有：渗透酶，有：渗透酶 (permease)（大多为诱导酶）、移位酶（大多为诱导酶）、移位酶（traslocase）、）、移位蛋白（移位蛋白（traslocator）。）。原理：每种载体蛋白运输相应的物质。利用膜内、膜外被运输原理：每种载体蛋白运输相应的物质。利用膜内、膜外被运输物质和载体蛋白的亲和力的不同。从高浓度到低浓度。物质和载体蛋白的亲和力的不同。从高浓度到低浓度。运输的能量是浓度梯度所形成的势能。运输

32、的能量是浓度梯度所形成的势能。举例：酿酒酵母对各种糖、氨基酸和维生素的吸收，及大肠杆举例：酿酒酵母对各种糖、氨基酸和维生素的吸收，及大肠杆菌对甘油的吸收。菌对甘油的吸收。促进扩散促进扩散 (facilitated diffusion)短杆菌肽构成的通道短杆菌肽构成的通道 单纯扩散和促进扩散的比较单纯扩散和促进扩散的比较是微生物吸收营养的主要方式是微生物吸收营养的主要方式需要特异性载体蛋白需要特异性载体蛋白需要能量需要能量来改变载体蛋白的构象来改变载体蛋白的构象是是逆浓度梯度逆浓度梯度的运输的运输主动运送主动运送 (active transport)abc运输系统运输系统 abc运输系统（运输系

33、统（atp-binding cassette transport system） 利用利用atp提供能量的运输过程提供能量的运输过程 不同的转运器可转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质第一个被发现的真核细胞的第一个被发现的真核细胞的abcabc转运器转运器多药抗性蛋白多药抗性蛋白（multidrug resistance protein, mdrmultidrug resistance protein, mdr） 1 antiport, 对向运输过程：对向运输过程：质子从胞外（高浓度）到质子从胞外（高浓度）到胞内（低浓度），同时钠胞内（低浓度），同时钠离子从胞内（低浓度）到离子从胞

34、内（低浓度）到胞外（高浓度）。胞外（高浓度）。 2 symport, 同向运输过程：同向运输过程：钠离子从胞外（高浓度）钠离子从胞外（高浓度）到胞内（低浓度），到胞内（低浓度）， 同时同时营养物质从胞外（高浓度）营养物质从胞外（高浓度）到胞内（低浓度）。到胞内（低浓度）。钠离子同向运输在真核细胞的钠离子同向运输在真核细胞的糖和氨基酸吸收中起重要作用糖和氨基酸吸收中起重要作用nana+ +, k, k+ +-atp-atp酶系统，酶系统，一种重要的离子通道蛋白。作用：富集作用：富集k+ k+ 存在于原生质膜上面存在于原生质膜上面基团移位基团移位 (group translocation)在运输过

35、程中，物质分子发生了化学变化。在运输过程中，物质分子发生了化学变化。每输入一个葡萄糖分子，就要消耗一个每输入一个葡萄糖分子，就要消耗一个atp的能量。的能量。细菌细菌 pts运输。运输。 (pts: phosphotransferase system基团移位基团移位胞吞作用胞吞作用胞吞作用、胞饮作用和胞吐作用胞吞作用、胞饮作用和胞吐作用四、培养基四、培养基 培养基培养基 (medium，culture medium)是一种人工配制的、适合微生物生长繁殖是一种人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的营养基质。或产生代谢产物用的营养基质。蜡状芽孢杆菌琼脂培养基蜡状芽孢杆菌琼脂培养基 配制培

36、养基的原则配制培养基的原则1. 满足微生物的营养需求满足微生物的营养需求 每种培养基中要含有适当的碳源、每种培养基中要含有适当的碳源、氮源、无机盐以及生长因子。当然，氮源、无机盐以及生长因子。当然，还需要水。还需要水。 细菌：细菌： 牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 放线菌：高氏一号培养基放线菌：高氏一号培养基 酵母菌：麦芽汁培养基酵母菌：麦芽汁培养基 霉菌：查氏培养基霉菌：查氏培养基 马铃薯葡萄糖琼脂培养基马铃薯葡萄糖琼脂培养基2. 各种各营养物的浓度及比例合适各种各营养物的浓度及比例合适 各种营养物的浓度和比例要适宜。设计培养基各种营养物的浓度和比例要适宜。设计培养基前，需要分析微生物

37、的细胞成分，由此得到各种营前，需要分析微生物的细胞成分，由此得到各种营养物的比例；设计培养基时，需要用正交试验法试养物的比例；设计培养基时，需要用正交试验法试验各种营养物的比例与浓度。验各种营养物的比例与浓度。 碳氮比（碳氮比（c/n），即培养基中碳元素与氮元素），即培养基中碳元素与氮元素含量之比；也指还原糖与粗蛋白质含量之比。含量之比；也指还原糖与粗蛋白质含量之比。 一般培养基一般培养基c/n为为6/1；真菌培养基的；真菌培养基的c/n为为10/1。3. 物理化学条件适宜物理化学条件适宜 各类微生物都有其生长繁殖的最适各类微生物都有其生长繁殖的最适ph值、氧化还原电位值、氧化还原电位和渗透压

38、，配制培养基时需要调节到相应的值。和渗透压，配制培养基时需要调节到相应的值。 涉及：涉及：ph值，一般：细菌嗜中性微碱，最适值，一般：细菌嗜中性微碱，最适ph7.07.5； 放线菌偏碱，放线菌偏碱，ph7.5及以上；及以上； 酵母菌及霉菌嗜酸，酵母菌及霉菌嗜酸，ph4.66.0。 需要缓冲液成分调节需要缓冲液成分调节ph，例如，磷酸盐、，例如，磷酸盐、 碳酸钙（碳酸钙（caco3）等。）等。 氧化还原电位：利用还原剂调节，如维生素氧化还原电位：利用还原剂调节，如维生素c、 巯基乙醇等巯基乙醇等 渗透压：嗜盐微生物需要高渗环境，一般加入渗透压：嗜盐微生物需要高渗环境，一般加入 2.86.2mol

39、/l nacl来实现。来实现。培养基的类型及应用培养基的类型及应用 按对培养基中按对培养基中营养物的化学成分营养物的化学成分的了解程度来区分：的了解程度来区分： 复合培养基（天然培养基）复合培养基（天然培养基） 利用动植物或微生物的利用动植物或微生物的组织、器官或由其得到的提取物制成的培养基。如牛肉膏蛋组织、器官或由其得到的提取物制成的培养基。如牛肉膏蛋白胨培养基。其化学成分复杂，营养丰富，取材容易，配制白胨培养基。其化学成分复杂，营养丰富，取材容易，配制方便，但是成分不稳定，实验重复结果差。方便，但是成分不稳定，实验重复结果差。 合成培养基（限定培养基）合成培养基（限定培养基） 用化学成分已

40、知的化学用化学成分已知的化学物质配制的培养基。如高氏一号培养基、查氏培养基。其化物质配制的培养基。如高氏一号培养基、查氏培养基。其化学成分明确，实验重复好，适合于生理生化研究。但是，配学成分明确，实验重复好，适合于生理生化研究。但是，配制复杂，费用高，微生物在其上生长较慢。制复杂，费用高，微生物在其上生长较慢。 半合成培养基半合成培养基由部分天然材料和部分纯化学药品制由部分天然材料和部分纯化学药品制成的培养基。例如马铃薯葡萄糖琼脂培养基（成的培养基。例如马铃薯葡萄糖琼脂培养基（pda培养基）。培养基）。 按培养基的按培养基的物理状态物理状态分为：分为： 液体培养基（液体培养基（liquid m

41、edium） 培养基中未培养基中未加加 凝固剂。凝固剂。用途：大量培养微生物、研究生理代谢等。用途：大量培养微生物、研究生理代谢等。 固体培养基（固体培养基（solid medium） 一般加有足量凝一般加有足量凝 固剂；凝固剂琼脂含量在固剂；凝固剂琼脂含量在1.52.5。用途：由于固体培养基能提供表面，形成单菌落，因用途：由于固体培养基能提供表面，形成单菌落，因此可用于：菌种分离、鉴定、保藏等。此可用于：菌种分离、鉴定、保藏等。 半固体培养基（半固体培养基（semi-solid medium） 凝固剂凝固剂 含量不足，一般琼脂含量约为含量不足，一般琼脂含量约为0.50.7%。用途：观察细菌的

42、运动、测定噬菌体效价等。用途：观察细菌的运动、测定噬菌体效价等。凝固剂的特点：凝固剂的特点： 不被微生物分解利用；不被微生物分解利用； 生长温度范围内保持固体状态；生长温度范围内保持固体状态； 凝固点温度对微生物无害；凝固点温度对微生物无害； 不因灭菌而破坏；不因灭菌而破坏； 透明度好、配制方便、价格低。透明度好、配制方便、价格低。凝固剂：凝固剂： 琼脂，常用，熔点琼脂，常用，熔点95以上，凝固点以上，凝固点4545； 明胶，熔点、凝固点均约明胶，熔点、凝固点均约22，用于细菌的鉴，用于细菌的鉴 定试验；定试验； 硅胶，用于无机营养型微生物（化能自养微生物）硅胶，用于无机营养型微生物（化能自养

43、微生物） 培养，固氮菌、土壤微生物的研究试验。培养，固氮菌、土壤微生物的研究试验。按培养基的按培养基的用途或功能用途或功能分为：分为： 选择培养基（选择培养基（selected medium） 根据某种微生根据某种微生物生长的特殊要求或对某些化学物理因素的抗性而设计的物生长的特殊要求或对某些化学物理因素的抗性而设计的培养基。可以让一类微生物在其中正常生长而其它微生物培养基。可以让一类微生物在其中正常生长而其它微生物生长缓慢甚至不能生长的培养基。生长缓慢甚至不能生长的培养基。用途：将混合菌中所需的目的微生物分离出来。用途：将混合菌中所需的目的微生物分离出来。例如：马丁氏培养基例如：马丁氏培养基

44、葡萄糖葡萄糖 10g 蛋白胨蛋白胨 5g k2hpo4 1g mgso47h2o 0.5g 琼脂琼脂 20g h2o 1000ml 另外加有抑制细菌生长的另外加有抑制细菌生长的 孟加拉红（孟加拉红（1/3万），链霉素万），链霉素（30单位单位/每毫升）或金霉素（每毫升）或金霉素（2单位单位/毫升）。毫升）。 富集培养基（富集培养基（enriched medium）一种常用的选一种常用的选择培养基，培养基中有选择性营养物，达到富集某种微生择培养基，培养基中有选择性营养物，达到富集某种微生物的目的。物的目的。 鉴别培养基（鉴别培养基（differential medium） 培养基中加培养基中加入

45、了化学指示剂或加入了能与微生物的代谢产物发生显色入了化学指示剂或加入了能与微生物的代谢产物发生显色反应的化学试剂，在培养前后发生显色反应，以区别微生反应的化学试剂，在培养前后发生显色反应，以区别微生物，用于微生物的鉴定。物，用于微生物的鉴定。 例如：大肠杆菌鉴定培养基：伊红美蓝培养基。例如：大肠杆菌鉴定培养基：伊红美蓝培养基。 加富培养基加富培养基普通培养基中添加了特殊的营养物，普通培养基中添加了特殊的营养物，如血清、组织浸出液等，以适应特殊的、营养需求苛刻的如血清、组织浸出液等，以适应特殊的、营养需求苛刻的微生物的营养需求的培养基。微生物的营养需求的培养基。培养基培养基3：牛肉膏牛肉膏 3g

46、 蛋白胨蛋白胨 10g nacl 5g h2o 1000mlph ?培养基培养基1：葡萄糖葡萄糖 5g nh4h2po4 1g nacl 5g mgso47h2o 0.2gk2hpo4 1g h2o 1000mlph ?培养基培养基2：s 10g mgso47h2o 0.5g (nh4)2so4 0.4g feso4 0.01g kh2po4 4g cacl2 0.25g h2o 1000mlph ?是什么培养基，即名称？是什么培养基，即名称？ph值是多少？值是多少？有何用途？有何用途？第二节第二节 微生物的能量代谢微生物的能量代谢代谢（代谢（metabolism）：）： 发生在活细胞中的各种

47、分解代谢（发生在活细胞中的各种分解代谢（catabolism）和）和合成代谢（合成代谢（anabolism）的总和。）的总和。 新陈代谢新陈代谢 = 分解代谢分解代谢 + 合成代谢合成代谢代谢的概念代谢的概念分解代谢：分解代谢： 指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（简单分子、腺苷三磷酸（atp）形式的能量和还原力的作）形式的能量和还原力的作用。亦称异化作用用。亦称异化作用合成代谢：合成代谢： 指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、atp形形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子

48、的过程。亦称同式的能量和还原力一起合成复杂的大分子的过程。亦称同化作用化作用复杂分子复杂分子（有机物）（有机物）分解代谢分解代谢简单小分子简单小分子atpatphh合成代谢合成代谢按物质转化方式分：按物质转化方式分： 分解代谢：分解代谢：指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。这个过程中产生能量。 合成代谢：合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的过程。在这个过程中要消耗能量。子的过程。在这个过程中要消耗能量。物质代谢和能量代谢：物质代谢和能量代谢：物质代谢：物质在体内转化的过程。

49、物质代谢：物质在体内转化的过程。 能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转 化。化。一、细胞中的氧化反应与能量的产生一、细胞中的氧化反应与能量的产生微生物的能量有光能和化学能，光能转化为化学能被微生物的能量有光能和化学能，光能转化为化学能被 细胞利用。细胞利用。细胞内的能量转化总是涉及氧化还原反应：细胞内的能量转化总是涉及氧化还原反应： 氧化：失去电子，或者失去氢，得到氧，属脱氢作用，氧化：失去电子，或者失去氢，得到氧，属脱氢作用， 有电子供体和氢供体；有电子供体和氢供体； 还原：得到电子，得到氢，失去氧，有电子受体和氢还原：得到电子，得到氢，失

50、去氧，有电子受体和氢 受体。受体。 电子递体，氢递体：在电子和氢的最初供体和最终受体电子递体，氢递体：在电子和氢的最初供体和最终受体 之间，代谢中传递电子和氢。之间，代谢中传递电子和氢。 氧化反应和还原反应总是偶联发生。氧化反应和还原反应总是偶联发生。氧化还原电位（还原势）：表示物质接受电子而被还原的趋势，氧化还原电位（还原势）：表示物质接受电子而被还原的趋势， 以以h2为参比对象，可用于必较物质被还原的难易程度。为参比对象，可用于必较物质被还原的难易程度。 符号是符号是e0 ，单位是单位是v（伏），（伏），mv（毫伏）。（毫伏）。2h+2e- h2e0 = 421 mv1/2o2+2 h2+

51、 2e- h2oe0 =+ 816 mv氧化还原系统成员（呼吸链组分）具有其还原势氧化还原系统成员（呼吸链组分）具有其还原势e0 值值 （见（见p45 表表2-4）二、高能化合物和二、高能化合物和atp的合成的合成细胞中的高能化合物细胞中的高能化合物高能键高能键一般认为能释放能量在一般认为能释放能量在20.9kj/mol以上能量的以上能量的 化学键是高能键。化学键是高能键。高能化合物高能化合物 在水解过程中释放大量自由能的有机分子。在水解过程中释放大量自由能的有机分子。 自由能的符号自由能的符号g ，其中，其中 表示标准状态，表示标准状态， 即即ph7，25的状态；的状态；“”代表负值，说明体

52、代表负值，说明体 系中有自由能释放，反应可以进行；系中有自由能释放，反应可以进行；“+”+”表示体表示体 系是需能反应，需要吸收能量才能进行。系是需能反应，需要吸收能量才能进行。细胞中的细胞中的高能化合物高能化合物： （见（见p46 表表2-5） atp （其中两个磷酸键为高能键）（其中两个磷酸键为高能键） 乙酰磷酸乙酰磷酸 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 肌酸磷酸肌酸磷酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸细胞合成细胞合成atpatp（产能代谢）的途径（产能代谢）的途径底物水平磷酸化底物水平磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化光合磷酸化光合磷酸化-底物分子中的能量直接以高能键形式

53、转移给底物分子中的能量直接以高能键形式转移给adpadp生成生成atpatp，这个过程称为底物水平磷酸化，这一磷酸化过程在胞浆和这个过程称为底物水平磷酸化，这一磷酸化过程在胞浆和线粒体中进行，包括有：线粒体中进行，包括有： 1.底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 氧化和磷酸化是两个不同的概念。氧化是底物脱氢或失电氧化和磷酸化是两个不同的概念。氧化是底物脱氢或失电子的过程，而磷酸化是指子的过程，而磷酸化是指adp与与pi合成合成atp的过程。在原核细的过程。在原核细胞或真核细胞的线粒体中氧化与磷酸化这两个过程是紧密地偶胞或真核细胞的线粒

54、体中氧化与磷酸化这两个过程是紧密地偶联在一起的，即氧化释放的能量用于联在一起的，即氧化释放的能量用于atp合成，这个过程就是合成，这个过程就是氧化磷酸化，氧化是磷酸化的基础，而磷酸化是氧化的结果。氧化磷酸化，氧化是磷酸化的基础，而磷酸化是氧化的结果。2.氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation) p/o p/o值：表示电子传递磷酸化的效率，即每消耗值：表示电子传递磷酸化的效率，即每消耗1 1个氧原子个氧原子所形成所形成atpatp数。数。 atp复合酶的形态（a） 电镜照片；（b）根据电镜照片绘制的模式图和各部分的大小。氧化磷酸化的化学渗透学说 呼吸链与氧化磷酸

55、化偶联示意呼吸链与氧化磷酸化偶联示意 3. 光合磷酸化光合磷酸化（1 1）光合色素）光合色素 细菌的光合色素：细菌的光合色素： 叶绿素叶绿素 菌绿素菌绿素 辅助色素辅助色素 等等 （2 2）光合单位）光合单位 光合系统光合系统i i 光合系统光合系统iiii（3 3）光合作用）光合作用 1 1）环式光合磷酸化）环式光合磷酸化 2 2）非环式光合磷酸化）非环式光合磷酸化 3 3）古细菌光合磷酸化）古细菌光合磷酸化1 1）环式光合磷酸化）环式光合磷酸化2 2）非环式光合磷酸化（植物）非环式光合磷酸化（植物）2 2）非环式光合磷酸化（蓝细菌）非环式光合磷酸化（蓝细菌）2 2）非环式光合磷酸化（细菌）

56、非环式光合磷酸化（细菌）3 3）古细菌光合磷酸化）古细菌光合磷酸化 嗜盐菌特有的无叶绿素或菌绿素参与的独特光合作嗜盐菌特有的无叶绿素或菌绿素参与的独特光合作用；用； 嗜盐菌的细胞膜制备物可分离出红色和紫色两个组嗜盐菌的细胞膜制备物可分离出红色和紫色两个组分；分； 红膜红膜：在有氧条件下可进行氧化磷酸化产能；：在有氧条件下可进行氧化磷酸化产能； 主要成分为类胡萝卜素、细胞色素和黄素蛋白等；主要成分为类胡萝卜素、细胞色素和黄素蛋白等； 紫膜紫膜：在缺氧条件下，能利用光能的介导获得能量；：在缺氧条件下，能利用光能的介导获得能量； 主要成分为细菌视紫红质和类脂；主要成分为细菌视紫红质和类脂； 细菌视紫

57、红质的功能与叶绿素相似，能吸收光能，并细菌视紫红质的功能与叶绿素相似，能吸收光能，并在光量子的驱动下起着质子泵的作用；在光量子的驱动下起着质子泵的作用；三、微生物细胞中能量的释放和利用三、微生物细胞中能量的释放和利用发酵发酵发酵的概念发酵的概念 在生物氧化中，发酵（在生物氧化中，发酵（fermentation）是指在生物氧化中）是指在生物氧化中发酵是指无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原力不经过呼吸发酵是指无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原力不经过呼吸链传递而直接交给一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能链传递而直接交给一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。反应。 在发酵工业上，发酵是指任

58、何利用厌氧或好氧微生物来生在发酵工业上，发酵是指任何利用厌氧或好氧微生物来生产有用代谢产物的一类生产方式。产有用代谢产物的一类生产方式。 产能产能 1mol（摩尔）葡萄糖酒精发酵释放能量（摩尔）葡萄糖酒精发酵释放能量225.72kj（54 kcal）。）。（每克分子（每克分子atp的末端磷酸水解的的末端磷酸水解的g0为为-31.8kj（-7.6千卡）千卡） ）发酵的途径发酵的途径 葡萄糖在厌氧条件下分解葡萄糖的产能途径主要葡萄糖在厌氧条件下分解葡萄糖的产能途径主要有有emp、hmp、ed和和pk途径。途径。发酵的种类发酵的种类 依据发酵产物之不同有：乙醇发酵、乳酸发酵、丙酸发依据发酵产物之不同

59、有：乙醇发酵、乳酸发酵、丙酸发酵、丁酸发酵、混合酸发酵、丁二醇发酵、及乙酸发酵等。酵、丁酸发酵、混合酸发酵、丁二醇发酵、及乙酸发酵等。有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸的概念有氧呼吸的概念 微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子微生物在降解底物的过程中，将释放出的电子交给交给nad(p)+、fad或或fmn等电子载体，再经电子传递系统等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体传给外源电子受体o2，从而生成水并释放出能量，从而生成水并释放出能量atp的过程。的过程。 葡萄糖经有氧呼吸彻底氧化后产生的能量，部分以葡萄糖经有氧呼吸彻底氧化后产生的能量，部分以atp的形式贮存起来，部分以热的形式释放。在糖酵

60、解中，每个的形式贮存起来，部分以热的形式释放。在糖酵解中，每个己糖可产生己糖可产生2个个atp和和2个个nadh。因而糖酵解时每分子己糖。因而糖酵解时每分子己糖可产生可产生6个个atp。在三羧酸循环中，每分子己糖或。在三羧酸循环中，每分子己糖或2分子丙酮分子丙酮酸产生酸产生2分子分子atp和和8个个nadh。这些线粒体内的。这些线粒体内的nadh经氧经氧化后，每个化后，每个nadh可产生可产生3个个atp，合计，合计24个个atp。另外。另外2个个uqh2（全醌）经氧化磷酸化后产生（全醌）经氧化磷酸化后产生4个个atp。由此可见，三。由此可见，三羧酸循环可产生羧酸循环可产生30个个atp。这。