第三、四章微生物学(营养与代谢)

1、Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University第三章第三章 微生物的营养微生物的营养本章基本理论知识要点本章基本理论知识要点1了解微生物的细胞化学组成了解微生物的细胞化学组成2掌握微生物的营养要素及其功能掌握微生物的营养要素及其功能3掌握微生物四大营养类型的划分依据及掌握微生物四大营养类型的划分依据及其微生物种类其微生物种类4掌握微生物吸收营养物质四种方式的性掌握微生物吸收营养物质四种方式的性质和特点质和特点Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University概

2、概 述述营养（营养（nutrition）：）：生物体从外部环境中摄取生物体从外部环境中摄取对其生命活动必须的能量和物质，以满足正常生对其生命活动必须的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。营养物（营养物（ nutrient）：）：具有营养功能的物质。具有营养功能的物质。（包括光辐射能）。可以为正常的生命活动提供（包括光辐射能）。可以为正常的生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和必要的生理环结构物质、能量、代谢调节物质和必要的生理环境。境。意义：意义：营养是生命活动的起点；学习微生物营营养是生命活动的起点；学习微生物营养知识，是认识、

3、利用和研究微生物的基础，可养知识，是认识、利用和研究微生物的基础，可以为选用、改造和设计微生物的适宜培养基提供以为选用、改造和设计微生物的适宜培养基提供理论依据。理论依据。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University第一节第一节 微生物细胞的化学组成和营养要素微生物细胞的化学组成和营养要素微生物吸收何种营养物质取决于微生物细胞的微生物吸收何种营养物质取决于微生物细胞的化学组成。化学组成。化学组成：化学组成：微生物细胞与其他生物细胞没有本微生物细胞与其他生物细胞没有本质上的差异。含水分质上的差异。含水分80左右，其余左右，其

4、余20左右左右为干物质（蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类为干物质（蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类和矿物质等）。和矿物质等）。化学元素组成：化学元素组成：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁等，其中钙、镁、铁等，其中碳、氢、氧、氮碳、氢、氧、氮是组成有是组成有机物质的机物质的四大元素四大元素，大约占干物质的，大约占干物质的9097。其余的。其余的310是矿物质元素。是矿物质元素。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University不同种类微生物细胞的化学组成Gansu Agricultural Unive

5、rsityGansu Agricultural University第二节第二节 微生物的微生物的6 6类营养要素类营养要素微生物在微生物在元素水平元素水平和和营养要素水平营养要素水平上，与上，与动物、植物间存在着动物、植物间存在着“营养上的统一性营养上的统一性”。元素水平：需要元素水平：需要20种元素，以种元素，以碳、氢、碳、氢、 氧、氮、磷、硫氧、氮、磷、硫6种为主。种为主。营养要素：营养要素：碳源、氮源、能源、生长因碳源、氮源、能源、生长因 子、无机盐和水子、无机盐和水。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University（

6、一）碳源物质（一）碳源物质碳源（碳源（Carbon source）：凡是可以被微生物利用，）：凡是可以被微生物利用，能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。碳源是微生物碳源是微生物需要量最大的营养物需要量最大的营养物。 碳源谱：可利用的碳源范围。微生物的碳源谱是极碳源谱：可利用的碳源范围。微生物的碳源谱是极为广泛的，根据碳素的来源不同，可将碳源物质分为广泛的，根据碳素的来源不同，可将碳源物质分为为无机碳源物质无机碳源物质和和有机碳源物质有机碳源物质。异养微生物：凡必须利用有机碳的微生物；（大多异养微生物：凡必须利用有机碳的微生物；（大多数）数）自养微生物

7、：凡以无机碳为碳源的微生物。（较少自养微生物：凡以无机碳为碳源的微生物。（较少种类）种类）Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University微生物的碳源谱微生物的碳源谱 类类 型型 元素水平元素水平 化合物水平化合物水平 培养基原料水平培养基原料水平 有有 CHONX 复杂蛋白质复杂蛋白质 、核酸、核酸 牛肉膏、蛋白胨、花生饼牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉粉 机机 CHON 多数氨基酸及简单蛋白质等多数氨基酸及简单蛋白质等 氨基酸、明胶氨基酸、明胶 碳碳 CHO 糖、有机酸、醇、脂类等糖、有机酸、醇、脂类等 葡萄糖、蔗糖、淀粉葡萄糖、

8、蔗糖、淀粉 CH 烃类烃类 石油及其馏分等石油及其馏分等 无无 C ？ 机机 CO CO2 CO2 碳碳 COX NaHCO3、CaCO3等等 NaHCO3、CaCO3等等 Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University应应 用用 糖类是较好的碳源，糖类是较好的碳源，尤其是单糖（葡萄糖、果糖）、双糖尤其是单糖（葡萄糖、果糖）、双糖（蔗糖、麦芽糖、乳糖），绝大多数微生物都能利用。此（蔗糖、麦芽糖、乳糖），绝大多数微生物都能利用。此外，简单的有机酸、氨基酸、醇、醛、酚等含碳化合物也外，简单的有机酸、氨基酸、醇、醛、酚等含碳化合物

9、也能被许多微生物利用。能被许多微生物利用。 在制作培养基时常加入葡萄糖、蔗糖作为碳源。淀粉、果在制作培养基时常加入葡萄糖、蔗糖作为碳源。淀粉、果胶、纤维素等，这些有机物质在细胞内分解代谢提供小分胶、纤维素等，这些有机物质在细胞内分解代谢提供小分子碳架外，还产生能量供合成代谢需要的能量，所以部分子碳架外，还产生能量供合成代谢需要的能量，所以部分碳源物质碳源物质既是碳源物质，同时又是能源物质既是碳源物质，同时又是能源物质。 在微生物发酵工业中，常根据不同微生物的需要，利用各在微生物发酵工业中，常根据不同微生物的需要，利用各种农副产品如玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯以及各种农副产品如玉米粉、米糠、

10、麦麸、马铃薯、甘薯以及各种野生植物的淀粉，作为微生物生产种野生植物的淀粉，作为微生物生产廉价的碳源廉价的碳源。这类碳。这类碳源往往包含了几种营养要素。源往往包含了几种营养要素。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University（二）氮源物质（二）氮源物质 氮源（氮源（Nitrogen source）：凡是可以被微生物利用，能满足微生物生长）：凡是可以被微生物利用，能满足微生物生长繁殖所需氮元素的营养物。繁殖所需氮元素的营养物。是微生物需要主要的营养物。是微生物需要主要的营养物。 氮素对微生物的生长发育有着重要的意义，微生物利用它

11、在细胞内合成氮素对微生物的生长发育有着重要的意义，微生物利用它在细胞内合成氨基酸和碱基，进而合成蛋白质、核酸等细胞成分，以及含氮的代谢产氨基酸和碱基，进而合成蛋白质、核酸等细胞成分，以及含氮的代谢产物。物。 微生物营养上要求的氮素物质可以分为三个类型：微生物营养上要求的氮素物质可以分为三个类型： 1分子态氮：分子态氮： 只有少数具有固氮能力的微生物（如自生固氮菌、根瘤只有少数具有固氮能力的微生物（如自生固氮菌、根瘤菌）能利用。菌）能利用。2无机氮化合物无机氮化合物：如铵态氮（：如铵态氮（NH4+）、硝态氮（）、硝态氮（NO3-）和简单的有机）和简单的有机氮化物（如尿素），绝大多数微生物可以利用

12、。氮化物（如尿素），绝大多数微生物可以利用。3有机氮化合物有机氮化合物：大多数寄生性微生物和一部分腐生性微生物需以有机：大多数寄生性微生物和一部分腐生性微生物需以有机氮化合物（蛋白质、氨基酸）为必需的氮素营养。氮化合物（蛋白质、氨基酸）为必需的氮素营养。 在实验室和发酵工业生产中，我们常常以铵盐、硝酸盐、牛肉膏、蛋白在实验室和发酵工业生产中，我们常常以铵盐、硝酸盐、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、血粉、蚕蛹粉、豆饼粉、花生饼粉作为微生物的氮胨、酵母膏、鱼粉、血粉、蚕蛹粉、豆饼粉、花生饼粉作为微生物的氮源。源。 无机的氮源物质一般不提供能量，只有极少数的化能自养型细菌，如硝无机的氮源物质一般不提供

13、能量，只有极少数的化能自养型细菌，如硝化细菌可利用铵态氮和硝态氮在提供氮源的同时，通过氧化产生代谢能。化细菌可利用铵态氮和硝态氮在提供氮源的同时，通过氧化产生代谢能。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University（三）能源（Energy source） 能源：凡能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物质或辐射能。 微生物的能源谱： 1.化学物质：有机物（化能异养型微生物的 能源，同碳源） 无机物（化能自养型微生物的 能源，不同于碳源） 2.辐射能：光能自养和光能异养微生物的能源。Gansu Agricultural Un

14、iversityGansu Agricultural University（四）无机盐（四）无机盐（Mineral salts）功能功能：微生物细胞中的矿物元素约占干重的：微生物细胞中的矿物元素约占干重的310左右，它是微生物细胞左右，它是微生物细胞结构物质结构物质不可缺少的组成成分和微生物生长不可缺少不可缺少的组成成分和微生物生长不可缺少的营养物质。许多无机矿物质元素构成的营养物质。许多无机矿物质元素构成酶的酶的活性基团或酶的激活剂活性基团或酶的激活剂；并具有调节细胞的；并具有调节细胞的渗透压，调节酸碱度和氧化还原电位以及能渗透压，调节酸碱度和氧化还原电位以及能量的转移等作用。量的转移等作用

15、。无机矿质元素分为无机矿质元素分为大量元素大量元素和和微量元素微量元素。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University1.大量矿质元素大量矿质元素：浓度在：浓度在10-310-4mol/L，磷、硫、磷、硫、钾、钠、钙、镁、铁钾、钠、钙、镁、铁等。磷、硫的需要量很大，等。磷、硫的需要量很大，磷是微生物细胞中许多含磷细胞成分，如核酸、磷是微生物细胞中许多含磷细胞成分，如核酸、核蛋白、磷脂、三磷酸腺苷（核蛋白、磷脂、三磷酸腺苷（ATP）、辅酶的重）、辅酶的重要元素。硫是细胞中含硫氨基酸及生物素、硫胺要元素。硫是细胞中含硫氨基酸及生

16、物素、硫胺素等辅酶的重要组成成分。钾、钠、镁是细胞中素等辅酶的重要组成成分。钾、钠、镁是细胞中某些酶的活性基团，并具有调节和控制细胞质的某些酶的活性基团，并具有调节和控制细胞质的胶体状态、细胞质膜的通透性和细胞代谢活动的胶体状态、细胞质膜的通透性和细胞代谢活动的功能。功能。 2.微量矿质元素：微量矿质元素：钼、锌、锰、钴、铜、硼、碘、钼、锌、锰、钴、铜、硼、碘、镍、溴、钒等，一般在培养基中含有镍、溴、钒等，一般在培养基中含有10-610-8mol/L就可以满足需要。酶激活剂或特殊分子结就可以满足需要。酶激活剂或特殊分子结构成分。构成分。Gansu Agricultural University

17、Gansu Agricultural University(五五) 生长因子生长因子(Growth factor)生长因子：生长因子：是微生物维持正常生命活动所不可缺是微生物维持正常生命活动所不可缺少的、但不能利用简单碳源和氮源自行合成的微少的、但不能利用简单碳源和氮源自行合成的微量特殊有机物。量特殊有机物。这些物质在微生物自身不能合成，必须在培养基这些物质在微生物自身不能合成，必须在培养基中加入。缺少这些生长因子就会影响各种酶的活中加入。缺少这些生长因子就会影响各种酶的活性，新陈代谢就不能正常进行。性，新陈代谢就不能正常进行。生长因子包括：生长因子包括：维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等维生素、氨

18、基酸、嘌呤、嘧啶等特殊有机营养物。特殊有机营养物。而狭义的生长因子仅指维生素。而狭义的生长因子仅指维生素。这些微量营养物质被微生物吸收后，一般不被分这些微量营养物质被微生物吸收后，一般不被分解，并不作为结构性物质和能源，而是直接参与解，并不作为结构性物质和能源，而是直接参与或调节代谢反应。或调节代谢反应。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University 微生物类型微生物类型1.1. 生长因子自养型微生物：生长因子自养型微生物：不需要从外界吸不需要从外界吸收任何生长因子；收任何生长因子；( (自养型细菌和大多数自养型细菌和大多数

19、腐生细菌、霉菌腐生细菌、霉菌) )2.2. 生长因子异养型微生物：生长因子异养型微生物：需要从外界吸收需要从外界吸收多种生长因子；多种生长因子；动物病原菌、乳酸菌动物病原菌、乳酸菌等等; ;3.3. 生长因子过量合成微生物：生长因子过量合成微生物：能合成并大量能合成并大量分泌生长因子；（阿舒假囊酵母）分泌生长因子；（阿舒假囊酵母）Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University（六）水（六）水 分分 水分是微生物细胞的主要组成成分，大约占鲜重的水分是微生物细胞的主要组成成分，大约占鲜重的70709090。不同种类、不同时期发育

20、微生物细胞含水量不同；。不同种类、不同时期发育微生物细胞含水量不同； 微生物所含水分以微生物所含水分以游离水游离水和和结合水结合水两种状态存在，两者的两种状态存在，两者的生理作用不同。生理作用不同。 结合态水结合态水约束于原生质的胶体系统之中，成为细胞物质的约束于原生质的胶体系统之中，成为细胞物质的组成成份，是微生物细胞生活的必要条件。不具有一般水组成成份，是微生物细胞生活的必要条件。不具有一般水的特性，不能流动，不易蒸发，不冻结，不能作为溶剂，的特性，不能流动，不易蒸发，不冻结，不能作为溶剂，也不能渗透。也不能渗透。 游离水游离水具有一般水的特性，是细胞吸收营养物质和排出代具有一般水的特性，

21、是细胞吸收营养物质和排出代谢产物的谢产物的溶剂溶剂及生化反应的及生化反应的介质介质；一定量的水分又是维持；一定量的水分又是维持细胞细胞渗透压渗透压的必要条件。由于水的比热高又是热的良导体，的必要条件。由于水的比热高又是热的良导体，能有效地能有效地调节调节细胞内的细胞内的温度温度。微生物如果缺乏水分，则会。微生物如果缺乏水分，则会影响代谢作用的进行。影响代谢作用的进行。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University第三节第三节 微生物对营养物质的吸收微生物对营养物质的吸收微生物对营养物质的吸收是借助微生物对营养物质的吸收是借助

22、生物膜的半渗生物膜的半渗透性及其结构特点透性及其结构特点来吸收营养物质的。来吸收营养物质的。不同的方式：不同的方式： （1 1）小分子营养物质，如水、单糖、简单醇、）小分子营养物质，如水、单糖、简单醇、有机酸等，直接吸收；有机酸等，直接吸收； （2 2）大分子营养物质，如蛋白质、多糖、脂肪）大分子营养物质，如蛋白质、多糖、脂肪等，微生物则分泌出相应的胞外酶（这类在细等，微生物则分泌出相应的胞外酶（这类在细胞内产生，分泌到细胞外发挥作用）将大分子胞内产生，分泌到细胞外发挥作用）将大分子降解成小分子后，再吸收利用。降解成小分子后，再吸收利用。各种物质对细胞质膜的透性不一样，营养物质各种物质对细胞质

23、膜的透性不一样，营养物质主要以以下几种方式透过细胞膜。主要以以下几种方式透过细胞膜。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University一、单纯扩散（一、单纯扩散（simple diffusion） 这是通过细胞膜进行内外物质交换最简单的一种这是通过细胞膜进行内外物质交换最简单的一种方式。营养物质通过方式。营养物质通过分子的随机运动分子的随机运动透过微生物透过微生物细胞膜上的小孔进出细胞。其特点是细胞膜上的小孔进出细胞。其特点是物质由高浓度区向低浓度区扩散（物质由高浓度区向低浓度区扩散（顺浓度梯度顺浓度梯度）；）；这是一种单纯的物

24、理扩散作用，这是一种单纯的物理扩散作用，不需要能量不需要能量；一旦细胞膜两侧的浓度梯度消失，细胞内外的物质交换一旦细胞膜两侧的浓度梯度消失，细胞内外的物质交换达到动态平衡；达到动态平衡；单纯扩散是单纯扩散是非特异性的非特异性的。没有运载蛋白质（渗透酶）参。没有运载蛋白质（渗透酶）参与，也不与膜上的分子发生反应，扩散的物质本身也不与，也不与膜上的分子发生反应，扩散的物质本身也不发生改变；发生改变；单纯扩散的物质主要是一些小分子物质，如一些气体单纯扩散的物质主要是一些小分子物质，如一些气体（O O2 2、COCO2 2）、水、某些无机离子及一些水溶性小分子）、水、某些无机离子及一些水溶性小分子（甘

25、油、乙醇等）。（甘油、乙醇等）。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University二、促进扩散（二、促进扩散（facilitated diffusionfacilitated diffusion）l 在细胞膜上还存在多种具有运载营养物质功能的特异性蛋在细胞膜上还存在多种具有运载营养物质功能的特异性蛋白质，称为渗透酶。它们大多是诱导酶，当外界存在所需白质，称为渗透酶。它们大多是诱导酶，当外界存在所需的营养物质时，能诱导细胞产生相应的渗透酶，每一种渗的营养物质时，能诱导细胞产生相应的渗透酶，每一种渗透酶能帮助一类营养物质的运输。透酶

26、能帮助一类营养物质的运输。其特点如下：其特点如下：依靠渗透酶与底物的亲和力的改变，达到携带营养物质的作用依靠渗透酶与底物的亲和力的改变，达到携带营养物质的作用（有载体有载体）；）；物质由高浓度区向低浓度区扩散（物质由高浓度区向低浓度区扩散（顺浓度梯度顺浓度梯度）；）；这是一种单纯的物理扩散作用，这是一种单纯的物理扩散作用，不需要能量不需要能量；一旦细胞膜两侧的浓度梯度消失，细胞内外的物质交换达到动态一旦细胞膜两侧的浓度梯度消失，细胞内外的物质交换达到动态平衡；平衡；l 葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、亮氨酸、精氨酸、酪氨酸、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、亮氨酸、精氨酸、酪氨酸、磷酸、磷酸、CaCa2+2

27、+、NaNa+ +、K K+ +等的载体蛋白。等的载体蛋白。l 促进扩散是促进扩散是真核生物真核生物的普遍运输机制，如酵母菌运输糖类的普遍运输机制，如酵母菌运输糖类就是通过这种方式，在原核生物中却少见，在厌氧微生物就是通过这种方式，在原核生物中却少见，在厌氧微生物中，促进扩散的过程常参与某些化合物的吸收和发酵产物中，促进扩散的过程常参与某些化合物的吸收和发酵产物的排出。的排出。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University三、主动运输（三、主动运输（active transport）主动运输的特点营养物质的吸收不受浓度梯度的

28、影主动运输的特点营养物质的吸收不受浓度梯度的影响，并且多数情况是由低浓度向高浓度进行，是逆响，并且多数情况是由低浓度向高浓度进行，是逆浓度梯度地被浓度梯度地被“抽抽”进细胞内的。进细胞内的。不仅不仅需要渗透酶需要渗透酶携带，渗透酶与底物有高度的特异性，携带，渗透酶与底物有高度的特异性，其与底物的亲和力随渗透酶的构型而改变；其与底物的亲和力随渗透酶的构型而改变；渗透酶构型的改变，渗透酶构型的改变，需要能量需要能量，能量由，能量由ATPATP提供，由于对提供，由于对其营养物质具有高度亲和力，并且特异性地与之结合，其营养物质具有高度亲和力，并且特异性地与之结合，形成渗透酶形成渗透酶- -运载物质复合

29、体。复合体旋转运载物质复合体。复合体旋转180180从膜外从膜外方转移到细胞膜内表面，消耗代谢能量方转移到细胞膜内表面，消耗代谢能量ATPATP，使渗透酶构，使渗透酶构型发生变化，亲和力减弱，于是被结合的物质则被释放型发生变化，亲和力减弱，于是被结合的物质则被释放到细胞质中去。构型变化的渗透酶，再获得能量恢复原到细胞质中去。构型变化的渗透酶，再获得能量恢复原状，亲和力增强，结合位置朝向膜外，又可重复进行这状，亲和力增强，结合位置朝向膜外，又可重复进行这种主动运输。种主动运输。是微生物物质运输的是微生物物质运输的主要方式主要方式。Gansu Agricultural UniversityGans

30、u Agricultural University四、基团转位四、基团转位（group translocation） 除具有主动运输的特点外，主要是被转运除具有主动运输的特点外，主要是被转运的物质在运送前后分子结构的发生变化。的物质在运送前后分子结构的发生变化。 这种运输过程的这种运输过程的磷酸转移酶系统磷酸转移酶系统包括酶包括酶、酶酶和热稳定载体蛋白（和热稳定载体蛋白（HPrHPr）。酶）。酶是是非特异性的，它们对许多糖都一样起作用。非特异性的，它们对许多糖都一样起作用。酶酶是膜上的结构酶，并能诱导产生，它是膜上的结构酶，并能诱导产生，它对某一种糖具有特异性，只能运载某一种对某一种糖具有特异

31、性，只能运载某一种糖类，酶糖类，酶同时起着渗透酶和磷酸转移酶同时起着渗透酶和磷酸转移酶的作用。的作用。HPrHPr是热稳定的可溶性蛋白质，是热稳定的可溶性蛋白质，它能够象高能磷酸载体一样起作用。它能够象高能磷酸载体一样起作用。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University该酶系统催化的反应分两步该酶系统催化的反应分两步 HPrHPr 被磷酸烯醇丙酮酸被磷酸烯醇丙酮酸 (PEP) (PEP) 磷酸化（激活）：磷酸化（激活）： 酶酶 PEP + Hpr PEP + Hpr - - 磷酸磷酸HPrHPr+ +丙酮酸丙酮酸 糖经磷酸

32、化而运入细胞膜内：糖经磷酸化而运入细胞膜内： 磷酸磷酸HPrHPr 将它的磷酰基传递给葡萄糖，同时将生成的将它的磷酰基传递给葡萄糖，同时将生成的6-6-磷酸葡萄糖释放到细胞质内。这步复合反应由酶磷酸葡萄糖释放到细胞质内。这步复合反应由酶催化。催化。 酶酶 磷酸磷酸HprHpr + + 葡萄糖葡萄糖- 6- 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 + HPr+ HPr Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural Universityl 基团转位可转运糖、糖的衍生物，如葡萄基团转位可转运糖、糖的衍生物，如葡萄糖、甘露糖、果糖、糖、甘露糖、果糖、N-N-乙酰葡萄

33、糖胺和乙酰葡萄糖胺和-半乳糖苷以及嘌呤、嘧啶、碱基、乙酸半乳糖苷以及嘌呤、嘧啶、碱基、乙酸（但不能输送氨基酸）等。（但不能输送氨基酸）等。l 这个运输系统主要存在于兼性厌氧菌的这个运输系统主要存在于兼性厌氧菌的和厌氧菌中。但某些好氧菌，如枯草杆菌和厌氧菌中。但某些好氧菌，如枯草杆菌和巨大芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌( (B. megatheriumB. megatherium) )也利用也利用磷酸转移酶系统将葡萄糖传送到细胞内。磷酸转移酶系统将葡萄糖传送到细胞内。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University第三节第三节 微生物的

34、营养类型微生物的营养类型 微生物在长期进化过程中，由于生态微生物在长期进化过程中，由于生态环境的影响，逐渐分化成各种营养类环境的影响，逐渐分化成各种营养类型。根据微生物要求型。根据微生物要求碳源碳源的性质和的性质和能能量量来源不同，将微生物分为：来源不同，将微生物分为： 光能自养型、光能异养型、化能自养光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型型和化能异养型四种营养类型四种营养类型。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University一、光能自养型微生物一、光能自养型微生物 定义：定义：利用光能为能源，以二氧化碳（利用光能为能

35、源，以二氧化碳（COCO2 2）或可溶性的碳酸盐（或可溶性的碳酸盐（COCO3 32-2-）作为唯一的碳）作为唯一的碳源或主要碳源。以无机化合物（水、硫化源或主要碳源。以无机化合物（水、硫化氢、硫代硫酸钠等）为氢供体，还原氢、硫代硫酸钠等）为氢供体，还原COCO2 2，生成有机物质。生成有机物质。 微生物类群：微生物类群：主要是一些蓝细菌、紫硫细主要是一些蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌等少数微生物，它们由于含菌、绿硫细菌等少数微生物，它们由于含光合色素，能使光能转变为化学能光合色素，能使光能转变为化学能ATPATP，供，供细胞直接利用。细胞直接利用。 Gansu Agricultural Univ

36、ersityGansu Agricultural University 光光 蓝细菌蓝细菌 CO2+2H2O - CH2O+H2O+O2 叶绿素叶绿素 光光 绿硫细菌绿硫细菌 CO2+2H2S - CH2O+H2O+2S 菌绿素菌绿素 比较以上两反应，可写成以下通式：比较以上两反应，可写成以下通式： 光光 CO2+2H2A - CH2O+H2O+2A 光合色素光合色素Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University二、化能自养微生物二、化能自养微生物n 能源能源来自来自无机物无机物氧化所产生的化学能，利用这种氧化所产生的化学能

37、，利用这种能量去还原能量去还原COCO2 2或者可溶性碳酸盐合成有机物质。或者可溶性碳酸盐合成有机物质。n 如亚硝酸细菌、硝酸细菌、铁细菌、硫细菌、氢如亚硝酸细菌、硝酸细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌就可以分别利用氧化细菌就可以分别利用氧化NHNH4 4+ +、NONO2 2- -、FeFe+、H H2 2S S和和H H2 2产生的化学能来还原产生的化学能来还原COCO2 2，形成碳水化合物。，形成碳水化合物。n 亚硝酸细菌亚硝酸细菌2NH2NH3 3+3O+3O2 2+2H+2H2 2O - 2HNOO - 2HNO2 2+4H+4H+ +4OH+4OH- - + +能量能量 COCO2 2+

38、4H+4H+ + - -能量能量- CH- CH2 2O+HO+H2 2O On 这类型的微生物完全可以生活在这类型的微生物完全可以生活在无机的环境无机的环境中，中，分别氧化各自合适的还原态的无机物，从而获得分别氧化各自合适的还原态的无机物，从而获得同化同化COCO2 2所需的能量。所需的能量。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University 三、三、 光能异养型微生物光能异养型微生物 以光能为能源，利用有机物作为供氢体，还原以光能为能源，利用有机物作为供氢体，还原COCO2 2，合成细胞的有机物质。合成细胞的有机物质。 例如

39、例如深红螺菌深红螺菌（Rhodospirillum rubrumRhodospirillum rubrum）利用）利用异丙异丙醇醇作为供氢体，进行作为供氢体，进行光合光合作用并积累作用并积累丙酮丙酮，这类微生，这类微生物生长时大多需要外源性的生长因素。物生长时大多需要外源性的生长因素。 光光 2 （CH3）2CHOH + CO2 - 2CH3COCH3+CH2O+H2O 光合色素光合色素 此菌在此菌在光和厌氧光和厌氧条件下进行上述反应。但在黑暗和好条件下进行上述反应。但在黑暗和好氧条件下又可利用有机物氧化产生的化学能推动代谢氧条件下又可利用有机物氧化产生的化学能推动代谢作用。作用。Gansu

40、Agricultural UniversityGansu Agricultural University四、化能异养型微生物四、化能异养型微生物 能源和碳源都来自于有机物，能源来自有机物的氧化能源和碳源都来自于有机物，能源来自有机物的氧化分解，通过氧化磷酸化产生分解，通过氧化磷酸化产生ATP ATP ，碳源直接取自于有，碳源直接取自于有机碳化合物。机碳化合物。 包括绝大多数细菌，全部放线菌、真菌和原生动物。包括绝大多数细菌，全部放线菌、真菌和原生动物。 根据根据生态习性生态习性不同可将这种不同可将这种营养类型营养类型分为以下分为以下2 2种：种：1 1腐生型：从无生命的有机物获得营养物质。腐生

41、型：从无生命的有机物获得营养物质。 引起食品腐败变质的某些霉菌和细菌就属这一类引起食品腐败变质的某些霉菌和细菌就属这一类型。如引起腐败的梭状芽孢杆菌、毛霉、根霉、曲霉型。如引起腐败的梭状芽孢杆菌、毛霉、根霉、曲霉等。等。2 2寄生型：必须寄生在活的有机体内，从寄主体内寄生型：必须寄生在活的有机体内，从寄主体内获得营养物质才能生活获得营养物质才能生活。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University第四节第四节 培养基（培养基（mediummedium）培养基培养基: :是指经人工配制而成的适合微是指经人工配制而成的适合微生物生

42、长繁殖和积累代谢产物所需要的生物生长繁殖和积累代谢产物所需要的营养基质。营养基质。配制培养基的要求配制培养基的要求: : 营养需求营养需求 碳氮比例（碳氮比例（C/NC/N） 酸碱度（酸碱度（pHpH） 渗透压渗透压 氧化还原电位氧化还原电位Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University一、选用和设计培养基的基本原则一、选用和设计培养基的基本原则（一）（一）4 4个原则个原则: :n 目的明确目的明确n 营养协调营养协调 微生物细胞组成元素和成分分析是设计的重要参考。微生物细胞组成元素和成分分析是设计的重要参考。 （1 1）

43、要素：）要素： 水水 碳源碳源+ +能源能源 氮源氮源 P P、S S K K、Mg Mg 生长因子生长因子 含量：含量： 1010-1-1 10 10-2 -2 10 10-3 -3 10 10-4-4 10 10-5 -5 10 10-6-6 （2 2） C/NC/N：培养基中所含碳源的碳原子摩尔数与氮源的氮原子摩尔数之比。：培养基中所含碳源的碳原子摩尔数与氮源的氮原子摩尔数之比。n 理化适宜理化适宜 除营养成分外，培养基的理化条件也直接影响微生物的生长和正除营养成分外，培养基的理化条件也直接影响微生物的生长和正常代谢，其中主要有：常代谢，其中主要有：1 1pH pH (1)(1)微生物一

44、般都有它们适宜的生长微生物一般都有它们适宜的生长pH pH 范围，细菌的最适范围，细菌的最适pH pH 一般一般在在pH 7pH 78 8范围，放线菌要求范围，放线菌要求pH 7.5pH 7.58.58.5范围，酵母菌要求范围，酵母菌要求pH pH 3.83.86.0, 6.0, 霉菌的适宜霉菌的适宜pH pH 为为4.04.05.85.8。 (2)(2)在配制培养基时，要加入一定的缓冲物质，通过培养基中的这在配制培养基时，要加入一定的缓冲物质，通过培养基中的这些成分发挥调节作用，常用的缓冲物质主要有些成分发挥调节作用，常用的缓冲物质主要有磷酸盐类和碳酸钙。磷酸盐类和碳酸钙。Gansu Agr

45、icultural UniversityGansu Agricultural University理化适宜理化适宜-2-2 2 2渗透压和水活度：渗透压和水活度： （1 1）渗透压：由溶质的分子或离子的质点数决定。）渗透压：由溶质的分子或离子的质点数决定。 （2 2）水活度：即）水活度：即AwAw（water activitywater activity），微生物可实际），微生物可实际利用的自由水或游离水的含量，是指在同温同压下，某利用的自由水或游离水的含量，是指在同温同压下，某溶液的蒸汽压与纯水蒸汽压之比。即该溶液的百分相对溶液的蒸汽压与纯水蒸汽压之比。即该溶液的百分相对湿度（湿度（ERHE

46、RH）。）。 a aw w = P/P= P/P0 0=ERH/100=ERH/100 微生物生长的微生物生长的awaw范围范围 细细 菌：菌： 0.90 0.90 0.98 0.98 酵母菌酵母菌: 0.87 : 0.87 0.91 0.91 霉霉 菌菌: : 0.650.65Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural Universityn 经济节约经济节约: : 以粗代精以粗代精: : 以野代家以野代家: : 以简代繁以简代繁: : 以氮代朊以氮代朊: : 以纤代糖以纤代糖: : 以烃代粮以烃代粮: : 以国代进以国代进: : 二、配制

47、方法二、配制方法(4种种): （1 1） 生态模拟生态模拟 （2 2） 参阅文献参阅文献 （3 3） 精心设计精心设计 （4 4） 试验比较试验比较Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University三、培养基的类型三、培养基的类型（一）根据成分划分一）根据成分划分 1 1天然培养基天然培养基(complex medium; undefined medium)(complex medium; undefined medium) 是利是利用一些天然的动植物组织器官和抽提物，如牛肉膏、蛋白胨、麸用一些天然的动植物组织器官和抽提物，如牛

48、肉膏、蛋白胨、麸皮、马铃薯、玉米浆等制成。它们的优点是取材广泛，营养全面皮、马铃薯、玉米浆等制成。它们的优点是取材广泛，营养全面而丰富，制备方便，价格低廉，适宜于大规模培养微生物之用。而丰富，制备方便，价格低廉，适宜于大规模培养微生物之用。缺点是成分复杂，每批成分不稳定。实验室常用的牛肉膏蛋白胨缺点是成分复杂，每批成分不稳定。实验室常用的牛肉膏蛋白胨培养基便是这种类型。培养基便是这种类型。 2 2合成培养基合成培养基(defined medium; synthetic medium)(defined medium; synthetic medium) 是利是利用已知成分和数量的化学物质配制而成

49、。此类培养基成分精确，用已知成分和数量的化学物质配制而成。此类培养基成分精确，重复性强，一般用于实验室进行营养代谢、分类鉴定和选育菌种重复性强，一般用于实验室进行营养代谢、分类鉴定和选育菌种等工作。缺点是配制较复杂，微生物在此类培养基上生长缓慢，等工作。缺点是配制较复杂，微生物在此类培养基上生长缓慢，加上价格较贵，不宜用于大规模生产。如实验室常用的高氏加上价格较贵，不宜用于大规模生产。如实验室常用的高氏1 1号培号培养基，察氏培养基。养基，察氏培养基。 3 3半合成培养基半合成培养基(semi-defined medium)(semi-defined medium) 用一部分天然物用一部分天然

50、物质作为碳氮源及生长辅助物质，又适当补充少量无机盐类，这样质作为碳氮源及生长辅助物质，又适当补充少量无机盐类，这样配制的培养基叫半合成培养基。如实验室常用的马铃薯蔗糖培养配制的培养基叫半合成培养基。如实验室常用的马铃薯蔗糖培养基。半合成培养基应用最广，能使绝大多数微生物良好地生长。基。半合成培养基应用最广，能使绝大多数微生物良好地生长。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University（二）（二） 根据物理状态划分根据物理状态划分-1-1 1 1液体培养基液体培养基(liquid medium)(liquid medium) 把

51、各种营养物质溶解于水把各种营养物质溶解于水中，混合制中，混合制 成水溶液，调节适宜的成水溶液，调节适宜的pHpH，成为液体状态的培，成为液体状态的培养基质。该培养基有利于微生物的生长和积累代谢产物，养基质。该培养基有利于微生物的生长和积累代谢产物，常用于常用于大规模工业化生产大规模工业化生产和观察微生物生长特征和研究生和观察微生物生长特征和研究生理生化特性。理生化特性。 2 2固体培养基固体培养基(solid medium)(solid medium) ： 外观呈固态的培养基。外观呈固态的培养基。 （1 1）天然固体培养基：）天然固体培养基：采用天然固体营养物质，如马铃薯采用天然固体营养物质，

52、如马铃薯块、麸皮等作为培养微生物的营养基质。块、麸皮等作为培养微生物的营养基质。 （2 2）固化培养基：）固化培养基：在液体培养基中加入一定量的凝固剂，在液体培养基中加入一定量的凝固剂，如琼脂（如琼脂（1.5%1.5%2.0%2.0%）、明胶等煮沸冷却后，使凝成固体）、明胶等煮沸冷却后，使凝成固体状态，常用来观察、鉴定和分离纯化微生物。状态，常用来观察、鉴定和分离纯化微生物。 （3 3）非可逆固化培养基：）非可逆固化培养基：无机硅胶，血清培养基等。无机硅胶，血清培养基等。 （4 4） 滤膜：滤膜：一种坚韧且带有微孔的醋酸纤维薄膜。一种坚韧且带有微孔的醋酸纤维薄膜。Gansu Agricultu

53、ral UniversityGansu Agricultural University（二）（二） 根据物理状态划分根据物理状态划分-2-23. 3. 半固体培养基半固体培养基(semi-solid medium)(semi-solid medium) 加入加入少量凝固剂（少量凝固剂（0.50.50.80.8的琼脂）则成半固的琼脂）则成半固体状态的培养基。常用来观察体状态的培养基。常用来观察细菌的运动细菌的运动，鉴，鉴定菌种定菌种噬菌体的效价噬菌体的效价测定和测定和厌氧菌培养、分离厌氧菌培养、分离等等4. 4. 脱水培养基脱水培养基(dehydrated culture media)(dehy

54、drated culture media) 只含有除水分以外的一切成分的商品培养基。只含有除水分以外的一切成分的商品培养基。用时只需加入水分并加以灭菌即可。用时只需加入水分并加以灭菌即可。 特点：特点： 成分准确，使用方便的现代化培养基。成分准确，使用方便的现代化培养基。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University（三）根据用途划分（三）根据用途划分1.1.选择培养基选择培养基(selected medium)(selected medium)2.2.鉴别性培养基鉴别性培养基(differencial(differenci

55、al medium) medium)Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University1.1.选择培养基选择培养基(selected medium)-1(selected medium)-1定义定义: :一类根据某微生物的特殊一类根据某微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基，因素的抗性而设计的培养基，具有使混合菌样中的劣势菌变具有使混合菌样中的劣势菌变成优势菌的功能。成优势菌的功能。策略：策略：（1 1）“投其所好投其所好” （2 2）“取其所抗取其所抗” ” 用途：用途：菌种筛

56、选菌种筛选简史：简史：1919世纪，由荷兰和俄国世纪，由荷兰和俄国科学家发明；但早在中国科学家发明；但早在中国1212世世纪的宋代，已掌握高纯度红曲纪的宋代，已掌握高纯度红曲培养技术（利用明矾和酸米抑培养技术（利用明矾和酸米抑制杂菌的高温培养法）。泡菜制杂菌的高温培养法）。泡菜制作。制作。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University选择培养基的种类选择培养基的种类(1)(1)加富性选择培养加富性选择培养(enriched selected (enriched selected medium)medium)：根据培养菌种的生

57、理特性加根据培养菌种的生理特性加入有利于该种微生物生长繁殖所需要的入有利于该种微生物生长繁殖所需要的营养物质（嗜好），达到增殖或富集目营养物质（嗜好），达到增殖或富集目的。的。n 用于菌种保存或分离筛选。用于菌种保存或分离筛选。n 举例：举例：如加入如加入血、血清血、血清等以培养营养等以培养营养要求比较苛刻的病原微生物。要求比较苛刻的病原微生物。 培养、分离纤维素分解菌，可在基础培养、分离纤维素分解菌，可在基础培养基中加入培养基中加入纤维素纤维素。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University常用的加富营养物质常用的加富营养

58、物质 本质：特殊碳源、氮源或生长因子。本质：特殊碳源、氮源或生长因子。 甘露醇（自生固氮菌）甘露醇（自生固氮菌） 纤维素（纤维素分解菌）；纤维素（纤维素分解菌）； 石蜡油（石油分解微生物）；石蜡油（石油分解微生物）； 糖液（酵母菌）；糖液（酵母菌）； 酪蛋白（蛋白分解微生物）；酪蛋白（蛋白分解微生物）； 维生素（营养缺陷型菌株）。维生素（营养缺陷型菌株）。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University（2 2）抑制性选择培养基（）抑制性选择培养基（inhibited inhibited selected mediumsele

59、cted medium）采用采用“取其所抗取其所抗”原理原理 ，利用目标微生物对某种利用目标微生物对某种抑菌物具有特殊抗性而抑菌物具有特殊抗性而设计的。设计的。在培养基中加入对某类在培养基中加入对某类微生物有抑制作用微生物有抑制作用( (敏敏感感) )，而对所需培养菌种，而对所需培养菌种无影响的物质无影响的物质( (有抗性有抗性) )。如在分离霉菌时常在培如在分离霉菌时常在培养基中加入抗生素。养基中加入抗生素。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University选择性抑菌剂及条件 染料：结晶紫、番红、孟加拉红等（抑制细菌） ； 抗

60、生素：土霉素、链霉素等（抑制细菌） 脱氧胆酸钠（胆盐），叠氮化钠； 理化条件：温度、氧（如抗氧化剂）、pH、渗透压等。Gansu Agricultural UniversityGansu Agricultural University选择性培养基的举例选择性培养基的举例-1-1（1 1）酵母富集培养基：）酵母富集培养基： 葡萄糖葡萄糖 5%5%，尿素，尿素 0.1%0.1%，（NHNH4 4）2 2SOSO4 4 0.1% 0.1%， KHKH2 2POPO4 4 0.25%, Na 0.25%, Na2 2HPOHPO4 4 0.05% 0.05% ，MgSOMgSO4 47H7H2 2O