微生物营养课件

Chapter5-1

微生物的营养5.1.1营养物质5.1.2营养类型5.1.3微生物吸收营养的方式5.1.4培养基

微生物在生长过程中，需要不断从外界环境中吸收物质，并加以利用，以获得能量和合成细胞物质，这个过程称为微生物的营养。

可以被微生物吸收和利用的物质，称为微生物的营养物质。

自然界中许多物质可以被不同微生物利用。

根据其性质和作用可将其营养物质划分为：

碳素养料（碳源）

氮素养料（氮源）

矿质养料

生长因子

水分一、

微生物的营养物质营养物质及其功能微生物细胞中含碳量约占细胞干重的50％无机碳化物：CO2或碳酸盐有机碳化物(各种碳源)：

单糖：葡萄糖双糖：蔗糖寡糖：棉子糖多糖：淀粉、纤维素醇类：乙醇有机酸：甲酸、乙酸脂类：植物油和动物油各种农副产品：饴糖、玉米粉、米糠、马铃薯1.碳素营养物质

有些微生物可以利用石蜡、酚、氰化物及塑料等高度不活跃的碳氢化合物和有毒物质，在环境保护上有重要意义。

例如：霉菌和诺卡氏菌可以降解氰化物；假丝酵母可以降解塑料；假单胞菌可以降解酚类化合物

碳素的功能（1）组成有机分子的碳架（2）为细胞提供能量

细菌，酵母细胞中的含氮量约占干重的7％－13％霉菌细胞中的含氮量约占干重的5％氮源物质主要有：

分子氮：N2（固氮微生物的氮源）无机氮化物：铵盐：NH4＋硝酸盐：NO3－有机氮化物：牛肉膏、蛋白胨、尿素、酪素、玉米浆、豆饼等。氮素的功能：组成有机分子2.氮素营养物质微生物需要的矿质营养包括两类常量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na，分别参与细胞结构、能量转移、物质代谢、调节微生物细胞的渗透压、维持细胞结构稳定性、作为酶的组分并维持酶的活性等。某些元素，如S可作为自养微生物的能源。微量元素：Mn、Fe、Co、Zn、Se、W、Cu等。多是酶的活性组分或酶的激活剂。3.矿质养料

某些微生物不能合成一种或几种微量的小分子有机化合物，必须由外源直接供给才能进行生长繁殖，这类有机物称为生长因子。

包括：维生素、氨基酸和核苷(碱基)

生长因子主要用来构成酶的辅基或辅酶，是某些酶活性所必需的成分。4.生长因子

缺少合成生长因素能力的微生物称为营养缺陷型微生物。缺少合成氨基酸能力的微生物称为氨基酸缺陷型缺少合成维生素能力的微生物称为维生素缺陷型缺少合成碱基能力的微生物称为嘧啶或嘌呤缺陷型营养缺陷型在同一种微生物中会有不同的营养缺陷型，利用营养缺陷型分析各种微生物所需的生长因素。

自然界中的微生物如不缺少合成生长因素的能力，即不需要生长素而能在基础培养基上生长的菌株通常称为野生型或原养型。野生型的菌株可以人工诱变而成为缺陷型菌株。微生物细胞的含水量较高，约占细胞鲜重的70-90%水对微生物有如下功能：

1.细胞的重要组成成分

2.生化反应的介质

3.营养物质和代谢产物的良好溶剂

4.水的比热高，热的传导性好，能有效地吸收代谢过程中放出的热，并将吸收的热散发出去，避免导致细胞内温度陡然升高

5.水维持细胞的膨压5.水分

纯水的aw=1，当水中有溶质时，水的活度变小。一般来说，细菌生长需要的aw值〉霉菌〉盐细菌〉耐旱真菌微生物生长需要的水的活度在0.63—0.99。当环境中的aw值低于微生物生长需要时，微生物的生长受阻，甚至停止生长

水的活度由于水可与溶质或其它分子结合，而不能被微生物利用，所以把微生物可用水用水的活度表示。水的活度是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水的蒸汽压之比，即P溶液P纯水aw=---------二、微生物的营养类型自然界生物的营养类型包括：

异养型：以复杂的有机物作为营养物质。自养型：以简单的无机物作为营养物质。

根据微生物获取碳源、能源、氢或电子供体的方式，把微生物分为光能无机营养型、光能有机营养型、化能无机营养型和化能有机营养型四种营养类型。藻类，蓝细菌（Algae,Cyanobacteria）CO2+H2O

Light

+Chlorophyll

（CH2O）+O2光合细菌（Purpleandgreenbacteria）CO2+2H2S

Light

+bacteriochlorophyll

（CH2O）+H2O+2S又称光能自养型。能以CO2为唯一或主要碳源并利用光能生长。能进行光合作用，包括两类：产氧光合作用：种类：藻类、蓝细菌(2)不产氧光合作用：种类：光合细菌如绿细菌、硫细菌光能无机营养型

Photoautotroph光能有机营养型

Photoheterotroph紫色非硫细菌（Purplenonsulfurbacteria:红螺菌属Rhodospirillum)CO2+2CH3CHOHCH3Light

+bacteriochlorophyll

（CH2O）+H2O+2CH3COCH3

这类微生物具有光合色素，能利用光能，以有机物作供H体还原CO2为细胞有机物，这种类型的微生物往往要求供给外源的生长因素

这种营养型的微生物在污水净化中有重要意义，污水中的有机物可以被作为供H体被降解，使污水降解，同时又可还原CO2为菌体有机物，获得菌体蛋白

化能无机营养型从无机物的氧化获得能量，以CO2为唯一或主要碳源。包括氢细菌、硝化细菌、硫化细菌和铁细菌。氢细菌H2

+1/2O2H2O+56.7Kcal硝化细菌：包括两类亚硝化细菌群2NH4++3O22NO2-+2H2O+4H++能量硝化细菌群NO2-

+1/2O2NO3-+能量获取能量后，硝化细菌将CO2合成为有机碳。

CO2+H++能量-(CH2O)n-+H2O硫化细菌

H2S

+1/2O2H2O+S+50.1KcalS

+3/2O2+

H2OH2SO4+149.8Kcal铁细菌

2Fe2+

+1/2O2+2H+2Fe3+

+

H2O+21.2Kcal

以有机物为碳源和能源，绝大多数细菌、所有真菌、原生动物和病毒均属此营养类型。化能有机营养型中有一类特殊的营养类型，即寄生营养型，如衣原体和病毒

能量：来自有机物的氧化碳源：有机物化能有机营养型四种营养类型的比较三、

微生物吸收营养物质的方式

胞吞噬作用（膜泡运输）：原生动物渗透作用：绝大多数微生物以渗透作用通过细胞膜从外界获得营养。细胞膜是物质进出细胞的主要屏障，养料通过膜进入细胞的过程称为膜运输。有以下四种方式：被动扩散;促进(协助)扩散;主动运输;基团转位被输送的物质靠细胞内外的浓度梯度差为动力，溶质分子从高浓度区域向低浓度区域扩散，直到两边的浓度相等。是小分子物质(H2O、CO2、O2)进出细胞的方式。特点：不需要膜上载体参与不消耗能量。单纯扩散或被动扩散以物质的浓度梯度为动力，由质膜上的载体蛋白与养料可逆结合来协助养料运输的方式。促进扩散特点：a.载体蛋白或称透性酶与养料专性结合。b.速度比被动运输快。c.运输方向由高浓度向低浓度，不消耗能量。主动运输特点：与扩散吸收的区别是可逆浓度梯度运输。需要消耗能量。

质膜上的载体蛋白与养料结合，可以逆浓度梯度运输的一种运输方式。是微生物吸收营养物质的主要方式。钠钾泵钠钾泵作用机制基团转位PEP+sugar(outside)pyruvate+sugar-P(inside)基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。基团转位也称磷酸转移酶系统（PTS）。PTS通常由5种蛋白质组成，包括酶Ⅰ、酶Ⅱ（包括a、b和c三个亚基）和一种低相对分子质量的热稳定蛋白质（HPr）。培养基：按照合适的比例，用人工方法配制而成的适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。配制培养基的原则（1）满足微生物营养需求（2）营养成分浓度及其配比得当（注意营养成分的C：N及渗透压）（3）物理化学条件合适：如控制适当的pH及Eh值四、

培养基培养基的种类按培养基的来源划分（1）天然培养基：由化学成分不完全清楚的天然物质配制而成的培养基，如培养细菌的牛肉膏蛋白胨培养基（2）合成培养基：由化学成分已知的化合物配制而成的培养基，如培养放线菌的高氏一号培养基（3）半合成培养基：由化学成分和化学成分已知的化合物配制而成的培养基，如培养真菌的马铃薯蔗糖培养基

按物理状态划分（1）固体培养基：1.5％－2.0％的琼脂作凝固剂（2）液体培养剂：无凝固