第四章微生物的生理

1、第四章第四章 微生物营养与代谢微生物营养与代谢第二节第二节 微生物的营养微生物的营养第三节第三节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制第四节第四节 微生物代谢微生物代谢第一节第一节 酶酶第二节第二节 微生物的营养微生物的营养一、一、概念：概念： 微生物营养：微生物营养： 微生物吸收必要的物质以获得能量并合成细胞物质的过程。微生物吸收必要的物质以获得能量并合成细胞物质的过程。 营养物质：营养物质：那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质通常称为微生物的营养物质通常称为微生物的营养物质。 营养物质是微生物生存的物质

2、基础，而营养是生物维持和延续其生命形式营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。的一种生理过程。 微生物代谢：微生物代谢： 微生物体内化学反应的总和。分为异化作用和同化作用。微生物体内化学反应的总和。分为异化作用和同化作用。 异化作用异化作用：物质分解反应：物质分解反应将营养物质和细胞物质分解放出能量的过程。将营养物质和细胞物质分解放出能量的过程。 同化作用同化作用：将营养物质转变为机体组分的过程，吸收能量。：将营养物质转变为机体组分的过程，吸收能量。二、微生物的化学组成二、微生物的化学组成 水水：70%70%90%90% 干物质干物质：10% 10% 3

3、0% 30% 。 有机物：有机物：90% 90% 97% 97% 包括蛋白质、核酸、糖类、包括蛋白质、核酸、糖类、脂类。脂类。 无机物：无机物：3% 3% 10% 10% 包括包括p p、s s、k k、nana等基本元素等基本元素和和cucu、coco、mnmn、zn zn 等微量元素。等微量元素。 微生物的化学组成通常随菌龄、培养条件、环境微生物的化学组成通常随菌龄、培养条件、环境及生理特性改变而改变及生理特性改变而改变。 主要成分主要成分 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 7585 7080 8590（占细胞鲜重的（占细胞鲜重的%） 蛋白质蛋白质 5080 3275 1415

4、占占 细细 碳水化合物碳水化合物 1228 2763 740 胞胞 干干 脂肪脂肪 520 215 440 重重 的的 核酸核酸 1020 6 8 1 % 无机盐无机盐 230 3.87 612不同微生物细胞的化学组成不同微生物细胞的化学组成水水微生物营养物质微生物营养物质碳素化合物碳素化合物氮素化合物氮素化合物矿质元素矿质元素生长因子生长因子 三、营养物质三、营养物质 营养物质按照它们在机体中的营养物质按照它们在机体中的生理作用生理作用不同，可以不同，可以将它们区分成六大类。将它们区分成六大类。六要素六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水 1 1

5、、碳源、碳源 ( (碳素化合物碳素化合物) )：凡可构成微生凡可构成微生物细胞和代谢中碳元素来源的营养物质物细胞和代谢中碳元素来源的营养物质称为碳源。称为碳源。 微生物细胞含碳量微生物细胞含碳量：细胞干重的：细胞干重的50%50%。 微生物细胞中碳的功能微生物细胞中碳的功能： （1 1）构成微生物体有机分子的）构成微生物体有机分子的骨架骨架； （2 2）大多数微生物的）大多数微生物的能源物质能源物质。甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、酒糟、造纸厂亚硫酸液酒糟、造纸厂亚硫酸液co2有机物有机物葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉葡萄糖、果糖、蔗糖、麦

6、芽糖、淀粉有机酸、醇类、脂类有机酸、醇类、脂类微生物可以利用的碳源种类：微生物可以利用的碳源种类：有机碳有机碳无机碳无机碳异养微生物异养微生物自养微生物自养微生物碳源谱碳源谱其中糖是应用最广泛的碳源。其中糖是应用最广泛的碳源。甲烷氧化菌（甲基营养型）甲烷氧化菌（甲基营养型） ：甲烷、甲醇甲烷、甲醇根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？不同的微生物利用碳素的情况：不同的微生物利用碳素的情况：洋葱假单胞菌：洋葱假单胞菌：九十多种碳素化合物九十多种碳素化合物纤维素分解菌（部分）：纤维素分解菌（部分）：只利用纤维素只利用纤维素2 2、氮源（氮素

7、化合物）：、氮源（氮素化合物）：凡是构成微生物细胞物质或代谢凡是构成微生物细胞物质或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。产物中氮素来源的营养物质称为氮源。分子氮分子氮 n2（固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、蓝细菌）（固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、蓝细菌）无机氮无机氮 nh4、no3、no2（多数微生物）（多数微生物）有机氮有机氮 蛋白质、多肽、氨基酸（多数微生物）蛋白质、多肽、氨基酸（多数微生物） 牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母膏、玉米浆、饼粕牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母膏、玉米浆、饼粕微生物可利用的氮素化合物微生物可利用的氮素化合物：氮素化合物的功能氮素化合物的功能：构成细胞物质，

8、少数微生物的能源物质。构成细胞物质，少数微生物的能源物质。3、矿质元素、矿质元素(无机盐无机盐) 为机体提供了必要的金属元素等为机体提供了必要的金属元素等 p、s、fe、mg、k、ca (大量元素大量元素)mn、cu、zn、mo、co （微量元素）（微量元素） 矿质元素主要功能矿质元素主要功能： 1 1）、）、构成细胞组分构成细胞组分。如。如p p、s s、mgmg（核酸、蛋白、酶、辅酶）（核酸、蛋白、酶、辅酶） 2 2）、）、构成酶的组分和维持酶的活性构成酶的组分和维持酶的活性。如（。如（mgmg、k k、 caca）是组分和激活）是组分和激活剂，剂，fefe、p p、co co 、znzn

9、是组分。是组分。 3 3）、）、调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等调节渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位等。 如如p p、fefe、caca、k k 4 4）、）、供给自养微生物能源供给自养微生物能源。如。如fefe、p p、s s。 5 5）、）、影响细胞分裂影响细胞分裂。 fe fe 大肠杆菌在分裂时缺铁，只核物质增长、延大肠杆菌在分裂时缺铁，只核物质增长、延长而不分裂，细胞呈丝状生长。长而不分裂，细胞呈丝状生长。 微量元素之间微量元素之间有协同作用，也有拮抗作用。有协同作用，也有拮抗作用。如如fefe、znzn、mnmn可促进铜的作可促进铜的作用，用，mnmn却抵消却抵消znzn的促进

10、作用。的促进作用。 再如再如coco和和nini与镁的拮抗作用。与镁的拮抗作用。（当镁的浓度（当镁的浓度低而低而nini的浓度的浓度0.2mg/l0.2mg/l时，完全抑制产气杆菌的生长。当镁的浓度为时，完全抑制产气杆菌的生长。当镁的浓度为20mg/l20mg/l时，时，nini的抑制作用极小）的抑制作用极小）生长因子功能：生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶构成酶的辅基或辅酶生长因子分类：生长因子分类：氨基酸氨基酸 核核 苷苷 维生素维生素酶酶简单蛋白简单蛋白结合蛋白结合蛋白=蛋白蛋白 + 辅助因子辅助因子辅酶辅酶(与酶结合松驰与酶结合松驰)辅基辅基(与酶结合牢固与酶结合牢固) 生长因子是指微生

11、物生长因子是指微生物生长必需生长必需的但不能利用普通的碳源的但不能利用普通的碳源 和氮源和氮源合合成成，需要，需要从外界吸收从外界吸收的且的且需要量又很小需要量又很小的有机物质。的有机物质。4、生长因子、生长因子 有关生长因子的注意点：有关生长因子的注意点：（1）不同的微生物，它们生长所需要的生长因子各不相）不同的微生物，它们生长所需要的生长因子各不相同同克氏杆菌克氏杆菌 生物素、对氨基苯甲酸生物素、对氨基苯甲酸肠膜明串珠菌肠膜明串珠菌 十七种氨基酸十七种氨基酸（2）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化化而变化鲁毛霉：厌氧：需维生素鲁毛

12、霉：厌氧：需维生素b与生物素与生物素 好氧：无需生长因子好氧：无需生长因子（3）生长因子未知微生物的培养）生长因子未知微生物的培养加入天然成分：加入天然成分：酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液5、水分、水分 微生物水分含量：微生物水分含量：营养细胞营养细胞90%90%，孢子，孢子40%40%。水分在微生物生长代谢中的功能水分在微生物生长代谢中的功能： a.a. 机体内生理生化反应的基础，维持蛋白质、核酸机体内生理生化反应的基础，维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；等生物大分子稳定的天然构象；b. b. 溶剂与运输介质；溶剂与运输介质；c. c. 细胞内

13、温度的缓冲剂作用，热的良好导体。细胞内温度的缓冲剂作用，热的良好导体。微生物最适水的活度值微生物最适水的活度值 水的活度（水的活度（awaw） ：一定温度和压力条件下，溶液中一定温度和压力条件下，溶液中水的蒸汽压力与同样条件水的蒸汽压力与同样条件(t(t、p)p)下纯水蒸汽压力之比。下纯水蒸汽压力之比。一般细菌一般细菌0.910.91酵母菌酵母菌0.880.88霉菌霉菌0.800.80嗜盐细菌嗜盐细菌0.760.76嗜盐真菌嗜盐真菌0.650.65嗜高渗酵母嗜高渗酵母0.600.60四、微生物的营养类型四、微生物的营养类型微生物微生物营养型营养型自养型自养型异养型异养型能能 源源碳碳 源源co

14、2有机化合物有机化合物光能型光能型化能型化能型光光 能能化学能化学能光能自养型光能自养型化能自养型化能自养型光能异养型光能异养型化能异养型化能异养型生长所需要的营养物质生长所需要的营养物质自养型生物自养型生物异养型生物异养型生物生物生长过程中能量的来源生物生长过程中能量的来源化能营养型化能营养型光能营养型光能营养型营养类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光能无机营养型型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光能有机营养型型有机物有机物有机物有机物光能光能红

15、螺细菌红螺细菌化能无机营养化能无机营养型型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(nitrosomonas) )、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) )化能有机营养化能有机营养型型有机物有机物

16、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 微生物的营养类型微生物的营养类型 1、光能自养型（、光能自养型（光能无机营养型光能无机营养型） 能够利用光能并以能够利用光能并以co2作为作为唯一或主要碳源唯一或主要碳源进行生长的微生物。进行生长的微生物。念珠蓝细菌念珠蓝细菌基本特点：基本特点：b、供氢体：还原性无机物，还原、供氢体：还原性无机物，还原co2a、光合色素（叶绿素、细菌叶绿素）、光合色素（叶绿素、细菌叶绿素）光光叶绿素叶绿素h2oco2 (ch2o)+o2（蓝细菌）（蓝细菌）实

17、例：实例： 红硫细菌红硫细菌，以，以h h2 2s s为电子供体，产生细胞物质，并伴为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。随硫元素的产生。co2+ + 2h2s光合色素光合色素光能光能 ch2o + 2s+ + 2s+ h2o2、光能异养型、光能异养型 (光能有机营养型）光能有机营养型） 利用光能并以有机化合物作为利用光能并以有机化合物作为唯一或主要碳源唯一或主要碳源进行进行生长的一类厌氧微生物，又称有机光合细菌。生长的一类厌氧微生物，又称有机光合细菌。在生长时在生长时大多数需要外源的生长因子。大多数需要外源的生长因子。紫色非硫细菌紫色非硫细菌基本特点：基本特点：b.b.供氢体：有机物

18、，还原供氢体：有机物，还原coco2 2或或有机物形成细胞物质有机物形成细胞物质a.a.光合色素，光合作用光合色素，光合作用光能异养型微生物在光能异养型微生物在c源利用上的特殊性：源利用上的特殊性： 以有机质作为主要以有机质作为主要c源，源， 能利用能利用co2 ，但它不是唯一碳源。，但它不是唯一碳源。光能光能 细菌叶绿细菌叶绿（红螺菌红螺菌） ch3 co2+2choh ch2o+2ch3coch3+h2o ch3典型实例：典型实例： 3 3、化能自养型、化能自养型( (化能无机营养型）化能无机营养型） 利用无机化合物氧化时（利用无机化合物氧化时（s s、h h2 2s s、h h2 2、n

19、hnh3 3、fe)fe)释放的能量作为能释放的能量作为能源，利用源，利用coco2 2或碳酸盐作为或碳酸盐作为唯一或主要碳源唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。进行生长的一类微生物。产甲烷细菌产甲烷细菌 典型实例：典型实例： 硫化细菌、硝化细菌硫化细菌、硝化细菌(亚硝酸菌和硝酸菌亚硝酸菌和硝酸菌)、产甲烷菌、铁细菌、产甲烷菌、铁细菌 h2s、 no2 h2、 fe2+ 基本特点：基本特点： a. a. 能源：无机物氧化；能源：无机物氧化； b. b. 供氢体：无机物，还原供氢体：无机物，还原coco2 2； c. coc. co2 2为唯一碳源。为唯一碳源。硝化细菌硝化细菌: : 亚硝化细菌

20、亚硝化细菌 2nh2nh4 4+ + +3o+3o2 22no2no2 2- - +2h+2h2 2o + 4ho + 4h+ +132kcal+132kcal 硝化细菌硝化细菌 nono2 2- - +1/2o+1/2o2 2 no no3 3- - +18.1 kcal+18.1 kcal硫化细菌硫化细菌: :通过氧化还原态的无机硫化物（通过氧化还原态的无机硫化物（h h2 2s s、s s、 s s2 2o o3 32-2- 、soso3 32-2-）获得能）获得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属）量（硫杆菌属，硫微螺菌属） h h2 2s + 1/2 os + 1/2 o2 2 s +h s

21、+h2 2o + 50.1 kcalo + 50.1 kcal s + 1 1/2 o s + 1 1/2 o2 2+h+h2 2o ho h2 2soso4 4+149.8 kcal+149.8 kcal铁细菌：铁细菌：氧化氧化fefe2+2+为为fefe3+3+获取能量并同化获取能量并同化coco2 2 2fe 2fe2+2+1/2o+1/2o2 2+2h+2h+ + 2fe 2fe3+3+h+h2 2o+21.2 kcalo+21.2 kcal氢细菌：氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能量，同化具有氢化酶，从氢的氧化获取能量，同化coco2 2 h h2 2+ 1/2 o+ 1/2 o2

22、 2 h h2 2o + 56.7 kcalo + 56.7 kcal硝化细菌硝化细菌 铁细菌铁细菌4、化能异养型、化能异养型（化能有机营养型）（化能有机营养型） 以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量作以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量作为能源而生长的一类微生物。它包括绝大多数的细菌、放线菌及全部为能源而生长的一类微生物。它包括绝大多数的细菌、放线菌及全部的真菌。的真菌。苏云金杆菌苏云金杆菌基本特点：基本特点： a. 能源：有机物氧化能源：有机物氧化 b. 碳源：有机物碳源：有机物所有致病微生物均为化能有机异养型微生物。所有致病微生物均为化能有机异养型微生

23、物。化能异养型微生物的分类：化能异养型微生物的分类：（生活场所、获取养料方式）（生活场所、获取养料方式）兼性寄生兼性寄生/兼性腐生菌：既营寄生又营腐生生活的。兼性腐生菌：既营寄生又营腐生生活的。寄生菌：只能在活寄主体吸收营养物生活的。寄生菌：只能在活寄主体吸收营养物生活的。腐生菌：利用无生命的有机物作为营养物质。腐生菌：利用无生命的有机物作为营养物质。结核杆菌结核杆菌大肠杆菌大肠杆菌 小小 结结 1、微生物营养型划分的依据是什么？、微生物营养型划分的依据是什么？碳源碳源能源能源2、微生物营养划分的相对性、微生物营养划分的相对性 同一微生物在不同培养条件下生长时，它们的营养型可能发生变化同一微生

24、物在不同培养条件下生长时，它们的营养型可能发生变化。微生物微生物 提供的环境条件提供的环境条件 能源利用情况能源利用情况 营养型营养型氢单胞菌氢单胞菌 单纯的无机物环境单纯的无机物环境 利用氢的氧化获得能量，利用氢的氧化获得能量， 自养生活自养生活 将将co2还原成细胞物质还原成细胞物质 提供有机物提供有机物 利用有机物获得能量利用有机物获得能量 异养生活异养生活红螺菌：红螺菌： 光光 照照 利用光能作能源利用光能作能源 光能异养光能异养 暗处理暗处理 利用有机物氧化产能利用有机物氧化产能 化能异养化能异养五、培养基五、培养基: : 是人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营是人工配制的

25、适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。养物质。培养基的作用：培养基的作用： 为微生物提供理想的人工培为微生物提供理想的人工培养环境，以进行微生物养环境，以进行微生物生命活生命活动规律动规律的研究和微生物的研究和微生物生物制生物制品品的生产。的生产。（一）、配制培养基的基本原则（一）、配制培养基的基本原则1、适合不同微生物的营养特点、适合不同微生物的营养特点 (1)从营养型的角度看从营养型的角度看生理特点不同生理特点不同细菌细菌放线菌放线菌霉菌霉菌营养要求不同营养要求不同牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基高氏一号培养基高氏一号培养基马丁氏培养基或蔡氏培养基马丁氏培养基或蔡氏培养基(2)从

26、类群的角度看从类群的角度看自养微生物自养微生物 合成能力强合成能力强 简单的无机物简单的无机物异养微生物异养微生物 合成能力弱合成能力弱 至少提供一种有机物至少提供一种有机物 2、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度 浓度过高浓度过高微生物的生长起抑制作用，微生物的生长起抑制作用， 浓度过小浓度过小不能满足微生物生长的需要。不能满足微生物生长的需要。 a、碳氮比（碳氮比（c/n）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标；累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标； 不

27、同的微生物，所需营养物不同的微生物，所需营养物c/nc/n不同。不同。 细菌、酵母菌细胞的细菌、酵母菌细胞的c/n=5:1c/n=5:1，而霉菌，而霉菌=10:1 ,=10:1 ,土壤中微生物群体土壤中微生物群体要求要求碳氮比碳氮比25:125:1 （？）（？）同一种微生物在不同同一种微生物在不同c/nc/n培养基培养时，表现不同。培养基培养时，表现不同。 短棒杆菌的谷氨酸发酵短棒杆菌的谷氨酸发酵c/n=4:1c/n=4:1，菌体繁殖；，菌体繁殖； c/n=3:1c/n=3:1，谷氨酸形成，谷氨酸形成 碳氮磷比：碳氮磷比： 水、碳源、氮源、无机盐及生长因子为微生物共同需水、碳源、氮源、无机盐及

28、生长因子为微生物共同需要的物质。由于不同微生物细胞的组成不同，对各营养要的物质。由于不同微生物细胞的组成不同，对各营养元素的比例要求也不同。元素的比例要求也不同。 这里主要是指碳氮比这里主要是指碳氮比 培养基中所含的培养基中所含的c c源中源中c c原子的原子的摩尔数摩尔数/ n/ n源中源中n n原子的摩尔数。原子的摩尔数。c/n比值比值= 碳源中的碳原子的碳源中的碳原子的mol数数氮源中所含的氮原子的氮源中所含的氮原子的mol数数b b、其它营养的比例、其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）（矿质元素、氨基酸） 大量元素大量元素 1010-3-3-10-10-4-4 mol/l mol/l 微

29、量元素微量元素 1010-6-6-10-10-8-8 mol/l mol/l废水处理中废水处理中的的碳氮磷比碳氮磷比：满足活性污泥的营养要求：满足活性污泥的营养要求！ 工业废水工业废水: :如酒精废水缺氮；洗涤废水磷过剩、缺氮。如酒精废水缺氮；洗涤废水磷过剩、缺氮。 缺氮用粪便污水或尿素补充。缺磷用磷酸二氢钾补充。缺氮用粪便污水或尿素补充。缺磷用磷酸二氢钾补充。3、控制控制物理化学条件物理化学条件pho2co2渗透压渗透压微生物生长繁殖微生物生长繁殖培养条件培养条件影响影响影响影响微生物培养体系微生物培养体系 (1) 培养基的培养基的ph值的控制。值的控制。 a.a.根据各类微生物的特根据各类

30、微生物的特点来调节培养基的点来调节培养基的ph值。值。 霉菌、酵母菌适于酸性，霉菌、酵母菌适于酸性， (ph4.5-6.0左右左右) 细菌、放线菌喜中性或偏碱性细菌、放线菌喜中性或偏碱性 (ph7.0-7.5左右左右) b.使用使用ph值缓冲剂值缓冲剂 磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸( (配制培养时加入配制培养时加入) ) 磷酸盐缓冲作用的反应式为：磷酸盐缓冲作用的反应式为： h+(强酸强酸)+hpo 4 = (弱碱弱碱) h2po 4 - (弱酸弱酸) oh-(强碱强碱)+h2po4 -(弱酸弱酸) hpo 4 = (弱碱弱碱)+h2o 碳酸钙碳酸钙（配制培养基

31、时加入）（配制培养基时加入） 酸或碱酸或碱（培养过程中加入）（培养过程中加入） 由微生物与氧气的关系形成了三类微生物：由微生物与氧气的关系形成了三类微生物： 专性好氧性微生物专性好氧性微生物 专性厌氧性微生物专性厌氧性微生物 兼性厌氧的微生物兼性厌氧的微生物实践对策：实践对策： 专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。 专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入还原剂还原剂 （胱氨酸、巯基乙酸钠、（胱氨酸、巯基乙酸钠、na2s和抗坏血酸）和抗坏血酸）(2)(2) o2浓度的

32、调节浓度的调节（3 3）coco2 2的调节的调节 对自养微生物来说，空气中只占容积的对自养微生物来说，空气中只占容积的0.03%0.03%的的coco2 2量意味着什么？量意味着什么？增加增加coco2 2供应的途径：供应的途径：培养基中加入培养基中加入nahconahco3 3（4 4）渗透压和）渗透压和a aw w等渗溶液等渗溶液适宜微生物生长适宜微生物生长高渗溶液高渗溶液细胞发生质壁分离细胞发生质壁分离低渗溶液低渗溶液细胞吸水膨胀，直至破裂细胞吸水膨胀，直至破裂 大多数微生物大多数微生物适合在适合在等渗等渗的环境下生长，而有的菌如的环境下生长，而有的菌如staphylococcus a

33、ureus则能在则能在3mol/l nacl的高渗溶液中生长。能在的高渗溶液中生长。能在高盐环境（高盐环境（2.86.2/l nacl）生长的微生物常被称为）生长的微生物常被称为嗜盐微生物。嗜盐微生物。水的活度水的活度aw 有时也常用有时也常用相对湿度（相对湿度（rh) 的概念（的概念（ w 100= rh ）（5）氧化还原电势）氧化还原电势 是度量某氧化还原系统中还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的是度量某氧化还原系统中还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标。一种指标。各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求： 好氧微生物：好氧微生物：+0.3+0

34、.4v,(+0.3+0.4v,(在在0.1v0.1v以上的环境中均能生长以上的环境中均能生长) )； 厌氧微生物：厌氧微生物：只能在只能在+0.1v+0.1v以下生长；以下生长； 兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1v+0.1v以上呼吸、以上呼吸、+0.1v+0.1v以下发酵。以下发酵。对微生物影响最大的是：对微生物影响最大的是： 分子氧和分子氢的浓度。分子氧和分子氢的浓度。培养基中常用的还原剂：培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。 配制培养基时，应尽量考虑利用价廉并且易于获得的原

35、料配制培养基时，应尽量考虑利用价廉并且易于获得的原料作为培养基的成分，特别是在工业发酵中，培养基用量很大，作为培养基的成分，特别是在工业发酵中，培养基用量很大，更应该考虑到这一点，以便降低产品成本。更应该考虑到这一点，以便降低产品成本。 1.1.以粗代精以粗代精 2.2.以野代家以野代家 3.3.以废代好以废代好 4.4.以简代繁以简代繁 5.5.以氮代朊以氮代朊 6.6.以纤代糖以纤代糖 7.7.以烃代粮以烃代粮 8.8.以国代进以国代进4.4.经济节约经济节约按培养基成分分按培养基成分分按培养基的用途分按培养基的用途分按物理性状分按物理性状分（三）、培养基的类型（三）、培养基的类型培养基类

36、型培养基类型合成培养基合成培养基天然培养基天然培养基基本培养基基本培养基加富培养基加富培养基选择培养基选择培养基鉴别培养基鉴别培养基固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基半固体培养基半固体培养基（二）、培养基的配制（二）、培养基的配制1 1、配制溶液；按配方。、配制溶液；按配方。 加入顺序：加入顺序：1 1缓冲剂缓冲剂 2 2无机化合物无机化合物 3 3微量元素化合物微量元素化合物 4 4维生素及生长素维生素及生长素 根据需要加入螯合剂根据需要加入螯合剂edta (加入浓度加入浓度0.01%)或或nta(氮川三乙酸氮川三乙酸)避免产生金属避免产生金属盐沉淀。盐沉淀。2、调节、调节ph值；值；

37、可用可用10%hcl或或10%naoh进行调节。进行调节。3 3、过滤；、过滤；用滤纸、纱布或棉花趁热将已配好的培养基过滤。用滤纸、纱布或棉花趁热将已配好的培养基过滤。 4 4、分装；、分装；试管或锥形瓶。试管或锥形瓶。5 5、加棉塞、加棉塞 ；分装完毕后，需要用棉塞堵住管口或瓶口。堵棉塞的主要目分装完毕后，需要用棉塞堵住管口或瓶口。堵棉塞的主要目的是过滤空气，避免污染。的是过滤空气，避免污染。6 6、灭菌；、灭菌； 高压蒸气灭菌。高压蒸气灭菌。 一般培养基一般培养基: : 1.05 kg/cm2, 121.3, 15-30 min 含糖培养基含糖培养基: : 0.56 kg/cm2, 112

38、.6 , 15-30 min常见的培养四大类微生物的培养基常见的培养四大类微生物的培养基细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏牛肉膏 3g 3g 蛋白胨蛋白胨 10g nacl10g nacl 5g h 5g h2 2o 1000mlo 1000ml放线菌（高氏放线菌（高氏1 1号）号）淀粉淀粉 20g k20g k2 2hpo4 0.5g naclhpo4 0.5g nacl 0.5g mgso 0.5g mgso4 4.7h2o 0.5g .7h2o 0.5g kno3 1g feso4 0.01g h2o 1000mlkno3 1g feso4 0.01g h2o

39、 1000ml酵母菌酵母菌( (麦芽汁培养基麦芽汁培养基) )干麦芽粉加四倍水，在干麦芽粉加四倍水，在50-6050-60保温糖化保温糖化3-43-4小时，用碘液试验检查至小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为糖化完全为止，调整糖液浓度为1010。巴林，煮沸后，沙布过滤，调。巴林，煮沸后，沙布过滤，调phph为为6.06.0。霉菌（查氏合成培养基）霉菌（查氏合成培养基）nanonano3 3 3g k 3g k2 2hpohpo4 4 1g kcl 1g kcl 0.5g mgso 0.5g mgso4 4.7h.7h2 2o 0.5gfesoo 0.5gfeso4 4 0.01g

40、 0.01g 蔗糖蔗糖 30g h30g h2 2o 1000mlo 1000ml1、按照培养基成分分：、按照培养基成分分： a. 合成培养基合成培养基 化学成分和浓度完全清楚的物质配制的培养基。化学成分和浓度完全清楚的物质配制的培养基。高氏一号合成培养基高氏一号合成培养基 可溶性淀粉可溶性淀粉 20.0克克kno3 1.0克克k2hpo4 0.5克克mgso47h2o 0.5 克克nacl 0.5克克feso4 7h2o 溶液溶液2滴（滴（10%）蒸馏水蒸馏水 1000毫升毫升b. 天然培养基天然培养基 以动植物组织或微生物浸出液为原料配制的培养基。以动植物组织或微生物浸出液为原料配制的培养

41、基。（牛肉膏蛋白胨）（牛肉膏蛋白胨） 牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 牛肉膏牛肉膏 3.0 克克蛋白胨蛋白胨 10.0 克克食盐食盐 5.0 克克蒸馏水（自来水）蒸馏水（自来水） 1000毫升毫升2、按照培养用途：、按照培养用途： b b、加富培养基：、加富培养基：加富培养基是指在普通培养基里加加富培养基是指在普通培养基里加某些特殊的营养某些特殊的营养物，物，如血、血清、动物（或植物）组织液或其他营养物质（或生长因如血、血清、动物（或植物）组织液或其他营养物质（或生长因子）子）的一类营养丰富的培养基，用以培养某种或某类营养要求苛刻的的一类营养丰富的培养基，用以培养某种或某类营养要求苛刻的

42、异养微生物。异养微生物。a a、基本培养：、基本培养：将多种微生物都需要的营养物质配而成培养基。将多种微生物都需要的营养物质配而成培养基。牛肉牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基d d、鉴别培养基、鉴别培养基 根据微生物的代谢特点，通过指示剂的呈色反应，用以鉴别不同微根据微生物的代谢特点，通过指示剂的呈色反应，用以鉴别不同微生物的培养基。生物的培养基。（伊红（伊红- -甲基蓝培养基）甲基蓝培养基）鉴别大肠杆菌鉴别大肠杆菌( (菌落小菌落小, ,绿色绿色光泽光泽) )和产气肠杆菌和产气肠杆菌( (菌落大菌落大, ,灰棕色灰棕色) )c c、选择培养基、选择培养

43、基 利用微生物对各种利用微生物对各种化学物质敏感程度化学物质敏感程度的差异，在培养基中加入染料、的差异，在培养基中加入染料、胆汁酸盐、抗生素等，用以抑制非目的微生物的生长并使所要分离的胆汁酸盐、抗生素等，用以抑制非目的微生物的生长并使所要分离的微生物生长繁殖的培养基。如缺氮培养基可分离到固氮微生物微生物生长繁殖的培养基。如缺氮培养基可分离到固氮微生物 。g+菌受抑制菌受抑制g-菌菌能发酵乳能发酵乳糖产酸糖产酸不发酵乳糖不产酸，不发酵乳糖不产酸，菌落无色透明菌落无色透明产酸力强，产酸力强，菌落呈紫绿菌落呈紫绿色金属光泽色金属光泽产酸力弱，产酸力弱，菌落棕色菌落棕色enterbacterklebs

44、iellahafniasarrdiaproteussalmonellashigellae.coli试样试样emb在鉴别各种肠道杆菌中的作用：在鉴别各种肠道杆菌中的作用： 某化工厂的污水池中，含有某化工厂的污水池中，含有一种有害的、难于降解的有机一种有害的、难于降解的有机化合物化合物a a，研究人员用化合物，研究人员用化合物a a、磷酸盐、镁盐以及微量元素配磷酸盐、镁盐以及微量元素配制的培养基，成功地筛选到能制的培养基，成功地筛选到能高效降解化合物高效降解化合物a a的细菌（目的的细菌（目的菌）。菌）。 实验的主要步骤如图所实验的主要步骤如图所示。请分析回答问题：示。请分析回答问题：培养基中加入

45、化合物培养基中加入化合物a a的目的是筛选的目的是筛选，这种培养基属于培养基。，这种培养基属于培养基。“目的菌目的菌”生长所需的氮源和碳源是来生长所需的氮源和碳源是来自培养基中的。自培养基中的。实验需要振荡培养，由此推测实验需要振荡培养，由此推测“目的菌目的菌”的代谢类型是的代谢类型是 。培养若干天后，应选择培养瓶中化合培养若干天后，应选择培养瓶中化合物物a a含量的培养液，接入新的培养含量的培养液，接入新的培养液中连续培养，使液中连续培养，使“目的菌目的菌”的数量。的数量。目的菌目的菌选择选择化合物化合物a a异氧需氧异氧需氧降低降低增加增加加入胆汁酸盐（麦康盖培养基）加入胆汁酸盐（麦康盖培

46、养基） g+被抑制，被抑制，g-生长；生长；加入几滴加入几滴10%酚酚 细菌、霉菌被抑制，放线菌可生长；细菌、霉菌被抑制，放线菌可生长；加入青霉素、四环素、链霉素加入青霉素、四环素、链霉素 细菌、放线菌被抑制，酵母菌和霉菌细菌、放线菌被抑制，酵母菌和霉菌可被分离。可被分离。 3、按照培养基的物理性状、按照培养基的物理性状 b b、液体培养基、液体培养基 未加凝固剂呈液态的培养基称为液体培养基。未加凝固剂呈液态的培养基称为液体培养基。 c c、半固体培养基、半固体培养基 在液体培养基中加入少量琼脂。在液体培养基中加入少量琼脂。琼脂含量一般为琼脂含量一般为0.2%-0.7%0.2%-0.7%。 a

47、 a、固体培养基、固体培养基 在液体培养基中加入在液体培养基中加入凝固剂凝固剂使呈固体状态，称为固体培养基。使呈固体状态，称为固体培养基。( (琼琼脂脂1.5-2%)1.5-2%)第三节第三节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制一、影响微生物对营养物质吸收的因素一、影响微生物对营养物质吸收的因素1、第一因素：细胞膜、第一因素：细胞膜 细胞膜细胞膜选择性透膜选择性透膜 细胞荚膜、粘液层以及细胞壁细胞荚膜、粘液层以及细胞壁2、第二因素：微生物细胞生活的环境、第二因素：微生物细胞生活的环境 ph值、温度值、温度3、第三因素：被吸收物质的特性。、第三因素：被吸收物质的特性。 分子量、溶解

48、度分子量、溶解度(影响物质的溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性影响物质的溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性)二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式 是否消耗是否消耗能量能量 是否需要是否需要载体载体 是否发生被吸收物的是否发生被吸收物的化学变化化学变化 。单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转位基团转位根据微生物对物质的吸收过程根据微生物对物质的吸收过程：1 1、单纯扩散（称被动扩散）、单纯扩散（称被动扩散） 被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力，被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力，从浓度高的地区向浓度低的胞内扩散的过程。从浓度高的地

49、区向浓度低的胞内扩散的过程。sssssssssssssssssssssss胞外胞外 胞膜胞膜 胞内胞内sss单纯扩散的特点：单纯扩散的特点：c、运输动力、运输动力a、非特异性的、非特异性的b、吸收过程不发生化学变化、吸收过程不发生化学变化 营养物质单纯扩散能力的影响因素：营养物质单纯扩散能力的影响因素：a、吸收营养物质的分子大小、吸收营养物质的分子大小b、溶解性、溶解性(脂溶性或水溶性脂溶性或水溶性)c、极性大小、极性大小(小小 高）高）d、膜外、膜外phe、温度。、温度。2 2、促进扩散、促进扩散 以细胞内外的浓度梯度为动力，在以细胞内外的浓度梯度为动力，在载体载体物质参与下，物物质参与下，

50、物质从浓度高的胞外向浓度低的胞内扩散。（质从浓度高的胞外向浓度低的胞内扩散。（真核微生物真核微生物） 与单纯扩散的相同点：与单纯扩散的相同点：c.无需代谢能。无需代谢能。a.被动的扩散。被动的扩散。b.无化学变化。无化学变化。促进扩散独有的特点：促进扩散独有的特点： 载体使营养物质的扩散加快，它载体使营养物质的扩散加快，它会影响该营养物质在膜内外建立浓度会影响该营养物质在膜内外建立浓度的动态平衡状态吗？的动态平衡状态吗？ a、载体的专一性、载体的专一性 b、运输速率提高、运输速率提高3 3、主动运输、主动运输 以代谢能为动力，在以代谢能为动力，在载体参与下，将物质载体参与下，将物质从胞外向胞内

51、转运。从胞外向胞内转运。sssssssssssstssssss胞外胞外 胞膜胞膜 胞内胞内t s t s t主动运输同促进扩散的共同点：主动运输同促进扩散的共同点： a、 载体载体b、载体构型的变化。、载体构型的变化。主动运输与促进扩散的不同点：主动运输与促进扩散的不同点：a、动力、动力b、载体构型变化原理、载体构型变化原理4 4、基团转位：、基团转位： 被吸收物质以微生物的代谢能为动力，通过一个复杂的被吸收物质以微生物的代谢能为动力，通过一个复杂的运输系统从胞外转运到胞内，并发生化学变化。运输系统从胞外转运到胞内，并发生化学变化。（厌氧细厌氧细菌和兼性厌氧细菌菌和兼性厌氧细菌）大肠杆菌磷酸转

52、移酶体系与葡萄糖的运输大肠杆菌磷酸转移酶体系与葡萄糖的运输大肠杆菌磷酸转移酶体系与葡萄糖的运输大肠杆菌磷酸转移酶体系与葡萄糖的运输 磷酸化的葡萄糖被限制在细胞内，因为磷酸磷酸化的葡萄糖被限制在细胞内，因为磷酸化的糖含有带负电荷的磷酰基，可防止糖分子化的糖含有带负电荷的磷酰基，可防止糖分子再次通过质膜。再次通过质膜。这是细胞的一种保糖机制。这是细胞的一种保糖机制。在在糖代谢的整个过程中，直至净合成能量之前，糖代谢的整个过程中，直至净合成能量之前，中间代谢物都是磷酸化的。中间代谢物都是磷酸化的。营养物质的吸收方式的区别营养物质的吸收方式的区别项目项目 单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运

53、输基团转位基团转位特异载体蛋特异载体蛋白白无无有有有有有有速度速度慢慢快快快快快快溶质运动方溶质运动方向向有浓至稀有浓至稀有浓至稀有浓至稀由稀至浓由稀至浓由稀至浓由稀至浓平衡时的内平衡时的内外浓度外浓度内外相等内外相等内外相等内外相等内部高的太内部高的太多多内部高的太内部高的太多多运动分子运动分子无特异性无特异性特异性特异性异性异性特异性特异性能量消耗能量消耗不需要不需要不需要不需要需要需要需要需要运输前后溶运输前后溶质分子质分子不变不变不变不变不变不变变变三、几种主要营养物质的吸收三、几种主要营养物质的吸收1 1、糖：、糖： 促进扩散、基团转位、主动运输。促进扩散、基团转位、主动运输。2 2

54、、肽与氨基酸：、肽与氨基酸： 主动运输（主要方式）、促进扩散（次要方式）主动运输（主要方式）、促进扩散（次要方式）3 3、离子：、离子： 主动运输主动运输微生物代谢微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。：微生物细胞所进行的化学反应的总和。微生物合成代谢微生物合成代谢：小分子合成复杂大分子的过程。：小分子合成复杂大分子的过程。微生物分解代谢微生物分解代谢：细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程。：细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程。微生物的代谢微生物的代谢物质代谢物质代谢能量代谢能量代谢产能代谢产能代谢耗能代谢耗能代谢分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢第四节第四节 微生物的代谢微生

55、物的代谢一、微生物的产能代谢一、微生物的产能代谢（一）微生物产能代谢与呼吸作用的关系（一）微生物产能代谢与呼吸作用的关系 微生物呼吸作用微生物呼吸作用是是生物体内的物质经过一系列连续的氧化还原反应分解并生物体内的物质经过一系列连续的氧化还原反应分解并释放能量的过程释放能量的过程。 微生物呼吸作用的微生物呼吸作用的本质是氧化与还原的统一过程本质是氧化与还原的统一过程，在这一过程中有能量的，在这一过程中有能量的产生和转移。产生和转移。 有三种类型有三种类型：发酵：发酵 、好氧呼吸、无氧呼吸，、好氧呼吸、无氧呼吸，所谓的产能代谢就是通过三所谓的产能代谢就是通过三种呼吸来实现的。种呼吸来实现的。ah2

56、a辅酶辅酶辅酶辅酶h2受氢体受氢体受氢体受氢体h2脱氢酶脱氢酶氧化酶氧化酶生物氧化基本过程生物氧化基本过程（二）（二）atpatp的产生方式的产生方式 基质（底物）水平磷酸化：基质（底物）水平磷酸化：厌氧微生物厌氧微生物 或或 兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物 在在基质氧化过程中，产生基质氧化过程中，产生 一种含高自由能的中间体，如一种含高自由能的中间体，如 发酵产生发酵产生 1 1，33二磷酸甘油酸。这一中间体将高能键交给二磷酸甘油酸。这一中间体将高能键交给 adpadp，生成，生成 atpatp。 氧化磷酸化：氧化磷酸化：好氧微生物在呼吸时，通过电子传递体系产生好氧微生物在呼吸时，通过电子传递

57、体系产生 atpatp的过程。的过程。 光和磷酸化：光和磷酸化：光引起叶绿素、菌紫素或菌绿素逐出电子，通过电光引起叶绿素、菌紫素或菌绿素逐出电子，通过电子传递产生子传递产生atpatp的过程。的过程。 非环式（产氧光合生物）：叶绿素非环式（产氧光合生物）：叶绿素 -叶绿素叶绿素 环式环式 （不产氧光合细菌（不产氧光合细菌 ）：叶绿素）：叶绿素 -nadp-nadp h h2 2s s，琥珀酸，琥珀酸 -叶绿素叶绿素 生物能量的生物能量的 转移中心是转移中心是 -atp-atp 高能键化合物的共性：高能键化合物的共性： 高能键的形成和断开可逆，沟通了微生物两个代谢类型高能键的形成和断开可逆，沟通

58、了微生物两个代谢类型光能光能光能营养型微生物光能营养型微生物化能营养型微生物化能营养型微生物化学能化学能耗能代谢耗能代谢合成代谢合成代谢 和和 分解代谢分解代谢atpadp（三）微生物的主要产能方式（三）微生物的主要产能方式发发 酵酵好氧呼吸好氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸产能方式（呼吸类型）产能方式（呼吸类型）共同点：共同点：氧化还原反应氧化还原反应区别点：区别点：电子最终受体电子最终受体 氧化基质氧化基质1 1、发酵（代谢发酵）、发酵（代谢发酵）有机物有机物 氧化的基质氧化的基质 最终受氢体最终受氢体 产物产物有机物有机物氧化氧化有机物有机物发酵的特点：发酵的特点：工业发酵工业发酵：利用微生物进行

59、大规模生产的过程，均称发酵。：利用微生物进行大规模生产的过程，均称发酵。 微生物或细胞在微生物或细胞在不需要氧不需要氧的条件下的条件下转化物质的形态转化物质的形态并将底物中的化学能并将底物中的化学能转移转移产生产生atpatp的一种方式。的一种方式。 不存在外在的电子受体，底物进行不存在外在的电子受体，底物进行部分氧化部分氧化，用，用氧化产物氧化产物作为作为最终电子最终电子受体。受体。这个过程，能量有少量释放，多数仍保留在产物中。这个过程，能量有少量释放，多数仍保留在产物中。 以葡萄糖为例，讲解发酵。葡萄糖被分解的过程称为糖酵解过程以葡萄糖为例，讲解发酵。葡萄糖被分解的过程称为糖酵解过程，也叫

60、，也叫empemp过程。过程。糖酵解是微生物所共有的代谢途径。糖酵解是微生物所共有的代谢途径。* *糖酵解包括糖酵解包括1010步酶催化反应步酶催化反应 stepstep 1 1、己糖激酶催化葡萄糖磷酸化形成葡萄糖、己糖激酶催化葡萄糖磷酸化形成葡萄糖-6-6-磷酸，磷酸，消耗一分子消耗一分子atp。糖酵解分为两大步骤：糖酵解分为两大步骤：1.1.预备反应，不发生氧化还原反应。产物是预备反应，不发生氧化还原反应。产物是3 3磷酸甘油醛。磷酸甘油醛。2.2.氧化还原反应，产生氧化还原反应，产生atpatp，产物为丙酮酸，进一步发酵可产生乙醇和，产物为丙酮酸，进一步发酵可产生乙醇和coco2 2。