微生物的营养主要内容微生物的营养物质微生物对营

微生物的营养主要内容微生物的营养物质微生物对营第1页/共51页第四章微生物的营养主要内容

微生物的营养物质

微生物对营养物质的吸收

微生物的营养类型

培养基第2页/共51页第一节

微生物的营养物质微生物细胞的化学组成微生物的五种营养要素

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。营养物质: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.营养:微生物获得和利用营养物质的过程。第3页/共51页

化学组成元素组成化合物组成C、H、O、N、P、S、K、Mg、Ca、Fe、Mn、硼Cl、Cu、Co、Zn、钼、硒等，其中C、H、O、N、P、S六种元素占菌体干重的97%

水有机物

无机盐一、微生物细胞的化学组成第4页/共51页二、微生物的五种营养要素碳源

氮源

无机盐

生长因子

水

营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成五大类。第5页/共51页凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中碳素来源的营养物质都称为碳源。碳源碳源功能碳源种类第6页/共51页碳源功能C素构成细胞及代谢产物的骨架C素是大多数微生物代谢所需的能量来源第7页/共51页碳源种类无机C源：CO2、碳酸盐，只能被自养微生物利用有机C源：各种糖类，其次是有机酸、醇类、脂类和烃类化合物对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是糖类物质、麸皮、米糠等。实验室常用的碳源主要有葡萄糖、蔗糖、甘露醇、有机酸等.第8页/共51页凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中氮素来源的营养物质都称为氮源。氮源氮源功能氮源种类第9页/共51页

为微生物提供合成细胞物质代谢产物的原料，氮源一般不做能源，只有硝化细菌利用铵盐，亚硝酸盐作氮源,同时也作能源。同时也做能源。氮源功能第10页/共51页氮源种类有机态氮：蛋白质及其降解产物

a速性氮源：实验室常用牛肉膏、蛋白胨、酵母膏做氮源

b迟速性氮源：生产用玉米浆、豆饼、葵花饼、花生饼等。

分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用第11页/共51页无机盐无机盐功能

构成酶活性基的组成成分，维持E活性。Mg、Ca、K是多种E的激活剂构成微生物细胞的组成成分调解微生物细胞的渗透压，PH值和氧化还原电位作为某些自养微生物的能源和无氧呼吸的氢受体。第12页/共51页

Zn、Ca、Mn、Co、Mo等微量元素，在微生物培养中有0.1PPM就可以了，自来水原料中以够用，不需另加。无机盐种类

构成微生物细胞以C、H、O、N、P、S六种元素为主，约占细胞干重的95％以上；

Ca、K、Mg、Fe为大量元素，以无机盐阳离子形式被吸收，配培养基进要加磷酸盐、硫酸盐。第13页/共51页

微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的微量有机化合物称为生长因子。生长因子根据它们的化学结构和及其生理作用可分为：维生素氨基酸嘌呤或嘧啶碱基

第14页/共51页水

水是一切生物生存的基本条件，微生物的生命活动也离不开水，微生物细胞含水约占细胞鲜重的70－90％，水作用是多方面的。水的功能

是细胞中生化反应的良好介质；营养物质和代谢产物都必须溶解在水里，才能被吸收或排出体（细胞）外。水的比热高，能有效的吸收代谢过程中放出的热量，不致使细胞的温度骤然上升。维持细胞的膨压（控制细胞形态）。第15页/共51页第二节微生物对营养物质的吸收营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：①营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等②微生物所处的环境（温度、PH等）；③微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为自由扩散促进扩散主动运输基团转移第16页/共51页自由扩散原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。自由扩散特点：

物质进入细胞的动力是细胞内外的浓度差。

这种运输方式不消耗能量没有特异性，被运输物质不与膜上物质发生任何反应，物质不发生化学变化。水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O2、CO2）及某些氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。自由扩散运输物质的种类：第17页/共51页促进扩散也叫协助扩散促进扩散特点

物质运输动力是细胞外的浓度差。运输过程不消耗能量。有膜载体参加，膜载体（渗透酶）有特异性。运输葡萄糖的载体只运输葡萄糖。这种运输方式多发生在真核微生物，原核生物少见。促进扩散运输物质的种类：

通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。第18页/共51页主动运输特点：被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内要消耗能量，必需有能量参加。有膜载体参加，膜载体发生构型变化被运送物质不发生任何变化。主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。通过这种方式运输方式吸收的营养物质：有糖类（乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等）、氨基酸、核苷、钾离子等。主动运输运输物质的种类：第19页/共51页基团转位

基团转位：是在研究糖的运输时发现的一种主动运输方式。运输过程中需要能量，被运输的物质发生化学变化的运输叫基团移位。许多糖就是靠基团移位进行运输的。这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶系统(PTS)来运输营养物质的。第20页/共51页EⅡ糖糖-P膜外内EⅢEⅢ-PP-HPrHPrPEP丙酮酸EⅠ糖基团移位磷酸转移E系统（PTS）

酶Ⅰ（非特异性）酶Ⅱ

酶Ⅲ

热稳定蛋白HPr（非特异性）

在PTS运输系统中，除EⅡ位于细胞膜上外，其余三种成分都存在于细胞质中。在糖的运输过程中，磷酸烯醇式丙酮酸上的磷酸通过EⅠ、HPr和EⅢ逐渐磷酸化，最后在EⅡ的作用下，EⅢ所携带的磷酸交给糖，生成磷酸糖释放于细胞质中。如大肠杆菌对葡萄糖吸收和金黄色葡萄球菌对乳糖吸收的结果表明，这些糖在运输的过程中发生了磷酸化。第21页/共51页①EⅠ磷酸化：PEP上的磷酸通过高能磷酸键结合到EⅠ的组氨酸上。PEP+EⅠ→EⅠ~P+丙酮酸④磷酸糖生成：磷酸从EⅢ转移到EII，再转移到糖上，最后生成的磷酸糖释放到细胞质中。

糖+EⅢ~P--→糖~P+EⅢ

E

Ⅱ②HPr磷酸化：磷酸从EⅠ转移到HPr的组氨酸上。

EⅠ~P+HPr→HPr~P+EⅠ③EⅢ磷酸化：磷酸从HPr转移到专一性的酶EⅢ上，以共价键与EⅢ的组氨酸或谷氨酸结合，EⅢ的三个亚基同时被磷酸化。HPr~P+EⅢ→EⅢ~P+HPr金黄色葡萄球菌对乳糖吸收过程概括如下：第22页/共51页

基团转移运输物质的种类：基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中,主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以通过这种方式运输。基团转移运输特点：

被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内

需要磷酸酶系统进行催化被运输的物质发生化学变化，被磷酸化需要能量第23页/共51页比较项目单纯扩散 促进扩散主动运输基团移位特异载体蛋白无 有 有 有 运送速度 慢 快 快 快 溶质运送方向由浓至稀由浓至稀 由稀至浓 由稀至浓平衡时内外浓度内外相等 内外相等 内部高 内部高 运送分子 无特异性 特异性 特异性 特异性 能量消耗 不需要 需要 需要 需要 运送前后溶质分子不变 不变 不变 改变 载体饱和效应 无 有 有 有 与溶质类似物无竞争性 有竞争性 有竞争性 有竞争性 运送抑制剂 无 有 有 有 运送对象举例水、O2

糖、SO42-氨基酸、乳糖葡萄糖\嘌呤四种运送营养方式的比较第24页/共51页根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物的营养类型分为：光能无机营养型光能有机营养型化能无机营养型化能有机营养型第三节微生物的营养类型第25页/共51页1．光能无机营养型（光能自养型）特点：能以CO2为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质；能够在完全无机的环境中生长。

例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。CO2+2H2S光能光合色素[CH2O]+2S+H2OCO2+2H2O光能叶绿素[CH2O]+O2

紫硫细菌和绿硫细菌含细菌叶绿素，以H2S、S、Na2S2O3为电子供体进行不放氧的光合作用，产生细胞物质。并伴随硫元素的产生。利用H2S的反应如下：产生的元素硫或是积累到细胞内或是分泌到细胞外。第26页/共51页2．光能有机营养型（光能异养型）特点：具有光合色素，能利用光能。不能以CO2为主要或唯一的碳源；以有机物作为碳源和供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O光能自养型和光能异养型微生物的主要区别在于供氢体和电子供体来源不同，光能异养型虽然能利用CO2但必须在有机物存在的情况下才能生长。他们都能利用光能生长。第27页/共51页3．化能无机营养型（化能自养型）特点：生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。这类细菌包括硫细菌、硝化细菌、H细菌、铁细菌等，硫细菌和硝化细菌与生产密切相关。

如FeO硫杆菌可把可将S或硫代硫酸盐氧化成硫酸和将氧化亚铁氧化成高铁的能力，氧化率达95－100％并放出能量

2FeS2+7O2+2HO2→2FeSO4+

2H2SO4

2FeSO4+

2H2SO4+

1/2O2→Fe2（SO4）+HO2

生成的Fe2（SO4）是强氧化剂和溶剂，可溶解矿石。如溶解铜矿（CuS），从中浸出铜元素。

CuS+Fe2（SO4）→

CuSO4+

2FeSO4+

S

溶出的CuSO4液再加入铁屑、废铁等便可将铜置换出来。生成的FeSO4和S还可在这类细菌作用下再次氧化成H2SO4和Fe2（SO4），而循环使用。用这类微生物来开矿冶金称为细菌冶金，是开采贫矿和尾矿的有效办法，用细菌浸出Fe的速度比完全氧化快56－60倍。第28页/共51页4．化能有机营养型（化能异养型）特点：生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；以有机或无机含氮化合物为氮源，合成细胞物质

大多数细菌、真菌、原生动物都是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物；

由于栖息场所和摄取养料不同，可将异养微生物分为腐生型和寄生型两大类。

腐生型：利用无生命的有机物获得营养物质。寄生型：从活的寄生体内获取营养物质，如病毒。中间类型（兼性腐生或兼性寄生）如结核杆地菌、痢疾杆菌就是兼性寄生菌。第29页/共51页

以上四种营养类型划分不是绝对的红螺菌既可利用光能，也可利用（黑暗）氢单胞菌是异养和自养的过渡型（称兼性自养型）自养与异养的区别不再能否利用CO2，而在于是否以CO2式.碳酸盐为唯一的碳源。自养型以无机碳化物为碳源，异养型虽然也可利用CO2，但必须在有机碳存在情况下。微生物的营养类型第30页/共51页第四节培养基

培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水第31页/共51页一、配制培养基的基本原则

（一）目的明确

（二）营养协调（三）理化条件适宜（四）经济节约第32页/共51页（一）目的明确

培养什么微生物为了得到菌种还是代谢产物用于实验室还是发酵生产第33页/共51页（二）营养协调

1

培养丰富

2营养物质的浓度要合适

3营养物质之间的配比要适中碳氮比（C／N比）直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的积累。第34页/共51页

（三）理化条件适宜

1．pH值

细菌放线菌酵母菌霉菌

最适pH范围7～87.5～8.53.8～6.04.0～5.8常用的缓冲物质:磷酸盐碳酸钙

2．渗透压

3.氧化还原电位第35页/共51页（四）经济节约

遵循以粗代精，以野代家，以废代好，以简代繁，以纤代糖，以国产代进口等原则。第36页/共51页培养基的类型及应用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养分成多种类型。按成分不同划分天然培养基合成培养基含用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基化学成分完全了解的物质配制而成的培养基高氏1号培养基、查氏培养基半合成培养基化学成分部分了解,部分为天然的物质配制而成的培养基马铃薯蔗糖培养基、豆芽汁蔗糖培养基第37页/共51页按物理状态不同划分固体培养基液体培养基半固体培养基在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态，琼脂含量一般为1.5%-2.0%固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏琼脂含量一般为0.2%-0.7%观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定

不加任何凝固剂大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究第38页/共51页特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等按用途不同划分基础培养基鉴别培养基含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基选择培养基在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基微生物产生某种代谢产物，与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征变化用于鉴别不同类型微生物的培养基牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基加富培养基在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长第39页/共51页三、培养基的制备步骤：原料（天然原料或药品）称量混合溶解（加热沸腾）过滤分装容器调整PH备用定容消毒或灭菌保温实验第40页/共51页小结微生物的营养物质微生物细胞的化学组成微生物的六种营养要素

微生物对营养物质的吸收自由扩散促进扩散主动运输基团转移微生物的营养类型光能无机营养型光能有机营养型化能无机营养型化能有机营养型

培养基选用和设计培养基的原则和方法培养基的类型及应用第41页/共51页本章拓展思考题1、根据本章所学理论知识，利用葡萄糖作为唯一碳源和能源的微生物应属于哪一类营养类型？利用元素硫作为能源的微生物属于哪一类营养类型？若后一种微生物利用CO2作为唯一碳源生长，又属于哪一类营养类型？2、你如何根据本章学到的知识去选用及配制不同的培养基从自然界中分离、纯化不同类群或具有不同特性的微生物菌株？第42页/共51页再见第43页/共51页

Zn、Ca、Mn、Co、Mo等微量元素，在微生物培养中有0.1PPM就可以了，自来水原料中以够用，不需另加。无机盐种类

构成微生物细胞以C、H、O、N、P、S六种元素为主，约占细胞干重的95％以上；

Ca、K、Mg、Fe为大量元素，以无机盐阳离子形式被吸收，配培养基进要加磷酸盐、硫酸盐。第44页/共51页第二节微生物对营养物质的吸收营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素：①营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等②微生物所处的环境（温度、PH等）；③微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为自由扩散促进扩散主动运输基团转移第45页/共51页EⅡ糖糖-P膜外内EⅢEⅢ-PP-HPrHPrPEP丙酮酸EⅠ糖基团移位磷酸转移E系统（PTS）

酶Ⅰ（非特异性）酶Ⅱ

酶Ⅲ

热稳定蛋白HPr（非特异性）

在PTS运输系统中，除EⅡ位于细胞膜上外，其余三种成分都存在于细胞质中。在糖的运输过程中，磷酸烯醇式丙酮酸上的磷酸通过EⅠ、HPr和EⅢ逐渐磷酸化，最后在EⅡ的作用下，EⅢ所携带的磷酸交给糖，生成磷酸糖释放于细胞质中。如大肠杆菌对葡萄糖吸收和金黄色葡萄球菌对乳糖吸收的结果表明，这些糖在运输的过程中发生了磷酸化。第46页/共51页比较项目单纯扩散 促进扩散主动运输基团移位特异载体蛋白无 有 有 有 运送速度 慢 快 快 快 溶质运送方向由浓至稀由浓至稀 由稀至浓 由稀至浓平衡时内外浓度内外相等 内外相等 内部高 内部高 运送分子 无特异性 特异性 特异性 特异性 能量消耗 不需要 需要 需要 需要 运送前后溶质分子不变 不变 不变 改变 载体饱和效应 无 有 有 有 与溶质类似物无竞争性 有竞争性 有竞争性 有竞争性 运送抑制剂 无 有 有 有 运送对象举例水、O2

糖、SO42-氨基酸、乳糖葡萄糖\嘌呤四种运送营养方式的比较第47页/共51页2．光能有机营养型（光能异养型）特点：具有光合色素，能利用光能。不能以CO2为主要或唯一的碳源；以有机物作为碳源和供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮