微生物学-微生物的营养课件

第四章微生物的营养第四章微生物的营养1第一节微生物的营养要求第二节微生物对营养物质的吸收第三节培养基第一节微生物的营养要求2第一节微生物的营养要求微生物细胞的化学组成第一节微生物的营养要求微生物细胞的化学组成3微生物细胞化学组成的测试微生物细胞化学组成的测试4微生物学--微生物的营养课件5FromBrock:BiologyofMicroorganisms细菌生长所需元素细菌细胞 ~50%碳(干重) ~20%氧 ~12%氮 ~8%氢 ~3%磷 ~1%硫 ~1%钾 1%>Na,Mg,Ca,Cl,Fe>0.1%FromBrock:BiologyofMicroor6以葡萄糖为例，细菌生长代谢情况以葡萄糖为例，细菌生长代谢情况7不同培养条件对细菌代谢的影响添加葡萄糖不添加葡萄糖表皮葡萄球菌在含有和不含有葡萄糖的培养基上生长时,所分泌蛋白酶的能力有很大差异.不同培养条件对细菌代谢的影响添加葡萄糖不添加葡萄糖表皮葡萄球8营养要素碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水营养要素9碳源类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机碳C·H·O·N·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等C·H·O·N多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等C·H·O糖、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等C·H烃类天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等无机碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3等碳源类型元素水平化合物水平培养基原料水10碳源类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机碳C·H·O·N·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等C·H·O·N多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等C·H·O糖、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等C·H烃类天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等无机碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3等碳源类型元素水平化合物水平培养基原料水11同一微生物对不同碳源的利用差别—速效碳源和迟效碳源如葡萄糖和半乳糖同时存在于培养基中时，E.coli先利用葡萄糖（速效碳源），再利用半乳糖（迟效碳源）不同微生物的碳源谱差别很大如Pseudomonas属的某些种可利用多达90种的碳源；甲基营养菌（Methylotrophs)仅能利用甲烷、CO、甲醇等一碳化合物作碳源。碳源及其功能同一微生物对不同碳源的利用差别—速效碳源和迟效碳源碳源及其功12氮源为微生物提供氮元素来源的物质。氮源功能1.构成微生物细胞含氮物质，如蛋白质、核酸等；2.形成代谢产物，如谷氨酸等；3.一般不作为能源。氮源为微生物提供氮元素来源的物质。13氮源类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机氮N·C·H·O·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蛋白胨、蚕蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等尿素、明胶等无机氮N·HNH3、铵盐等(NH4)2SO4等N·O硝酸盐等KNO3等NN2空气氮源类型元素水平化合物水平培养基原料水平N·C·H·O·14铵盐氨基酸 入胞 细胞物质蛋白胨分解 入胞 细胞物质豆饼蚕蛹粉诱导酶速效氮源&迟效氮源铵盐分解 入胞 细胞物质豆饼诱导15实例：土霉素发酵生产过程中，添加的玉米浆和花生饼粉。玉米浆：氮源以蛋白质降解产物方式存在，易被利用（速效氮源）；花生饼粉：氮源以大分子蛋白质的方式存在，降解后可利用（迟效氮源）。发酵生产中的作用不同：前者有利于菌体生长，后者有利于代谢产物的形成。保持适当的比例，协调菌体生长期和产物形成期，提高土霉素的产量。速效氮源和迟效氮源实例：土霉素发酵生产过程中，添加的玉米浆和花生饼粉。速效氮源16能源单功能营养物双功能营养物三功能营养物能源单功能营养物17对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。主要包括维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（碱基）及其衍生物，此外还有甾醇、胺类、脂肪酸等

不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。生长因子对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用18生长因子自养型:多数真菌、放线菌和不少细菌，eg.大肠杆菌生长因子异养型：乳酸菌，支原体和原生动物等生长因子过量合成微生物：可作为有关维生素的产生菌种，eg.阿舒假囊酵母维生素B2生长因子自养型:多数真菌、放线菌和不少细菌，eg.大肠杆菌19为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式供给。大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生长所需浓度在10-3~10-4mol/L）微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生长所需浓度在10-6~10-8mol/L）无机盐为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素（包括大量元素20无机盐的生理功能

细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Mg

、Fe等）一般功能

渗透压的维持（Na+等）

生理调节物质酶的激活剂（Mg2+等）大量元素pH的稳定无

化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）机特殊功能盐

无氧呼吸时的氢受体（NO3-、SO42-等）酶的激活剂（Cu2+、Mn2+

、Zn2+等）微量元素特殊分子结构成分（Co、Mo等）无机盐的生理功能21微生物学--微生物的营养课件22水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别：水几种生物的游离水含量人体：~60%海蛰：~96%微生物孢子营养体霉菌孢子：~39%细菌芽孢：皮层：~70%核心：极低细菌：~80%酵母：~75%霉菌：~85%水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水水几种生物的人体23

微生物对水的需要程度常用环境（或基质）中的水活度值

w表示。所谓

w

就是水的有效浓度。定义：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压（材料上部蒸气相中水浓度）与纯水的蒸汽压（即纯水上部蒸气相中水浓度）之比，即：

w=/o

表示溶液的蒸汽压；o表示纯水的蒸汽压微生物对水的需要程度常用环境（或基质）中的水活度值24几类微生物生长最适

w微生物

w一般细菌0.91

酵母0.88

霉菌0.80

嗜盐细菌0.70

嗜盐真菌0.65

嗜高渗酵母0.60几类微生物生长最适w微生物25微生物的营养类型微生物的营养类型26光能无机自养型：光能有机异养型：化能无机自养型：化能有机异养型：

微生物的营养类型以光为能源，电子供体为还原性无机物，以CO2为唯一碳源以光为能源，电子供体为有机物，以有机物为碳源以无机物的氧化获得能量，电子供体为无机物，以CO2为唯一或主要碳源以有机物的氧化获得能量，电子供体为有机物，以有机物为碳源光能无机自养型：微生物的营养类型以光为能源，电子供体为还27能源：光能碳源：CO2还原CO2的电子供体：还原态的无机化合物（H2O、H2S等）如蓝细菌、紫硫细菌、藻类，都含有光合色素。CO2+H2S

[CH2O]+2S+H2O一、光能自养型光能

光合色素能源：光能一、光能自养型光能28能源：光碳源：CO2，简单有机碳化合物（甲酸、乙酸、丁酸、甲醇、乳酸等）电子供体：有机物（异丙醇）红螺菌科二、光能异养型2(CH3)2CHOH+CO2------2CH3COCH3+[CH2O]+H2O光能源：光二、光能异养型2(CH3)2CHOH+CO2----29能源：无机化合物氧化释放的能量碳源：以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源通常生长在特殊生境中。电子供体：无机物，eg.氢气，硫化氢，Fe2＋如硫细菌、硝化细菌、铁细菌、氢细菌等硫细菌：H2S＋2O2

SO42-＋2H+

S0＋H2O＋3/2O2

SO42-＋2H+三、化能自养型能源：无机化合物氧化释放的能量三、化能自养型30碳源、能源、氢供体均为有机碳化合物。大多数微生物均属此型。根据营养物质来源分为腐生、寄生。四、化能异养型碳源、能源、氢供体均为有机碳化合物。四、化能异养型31影响营养物质进入细胞的因素营养物质本身的性质微生物所处的环境微生物细胞的透过屏障第二节微生物对营养物质的吸收影响营养物质进入细胞的因素第二节微生物对营养物质的吸收32单纯扩散：顺着浓度梯度，不需载体，不需能量促进扩散:顺着浓度梯度，需载体，不需能量主动运输:逆着浓度梯度，需载体，需能量膜泡运输胞吞胞饮运输方式单纯扩散：顺着浓度梯度，不需载体，不需能量运输方式33扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散；在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化；单纯扩散扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含34物质运输的速率较慢：速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同；不需要载体参与；扩散是一个不需要代谢能的运输方式：因此，物质不能进行逆浓度运输。可运送的养料有限：限于水、溶于水的气体，及分子量小，脂溶性、极性小的营养物质。物质运输的速率较慢：速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细35

细胞膜外

细胞膜细胞膜内

单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜36在促进扩散过程中营养物质本身在分子结构上也不会发生变化；不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输；运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定；需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输；被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性；养料浓度过高时,与载体蛋白出现饱和效应促进扩散在促进扩散过程中营养物质本身在分子结构上也不会发生变化；促37促进扩散模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变促进扩散模式图细胞膜细胞膜外细胞膜内恢复原构象移位再循环结合38微生物学--微生物的营养课件39物质在主动运输的过程中需要消耗代谢能；可以进行逆浓度运输的运输方式；需要载体蛋白参与；对被运输的物质有高度的立体专一性。主动运输特点物质在主动运输的过程中需要消耗代谢能；主动运输特点40初级主动运输：质子次级主动运输：丙氨酸，某些阴离子ATP结合性盒式转运蛋白系统：糖类，氨基酸等Na＋－K＋泵基团转位：葡萄糖，乳糖铁载体运输主动运输初级主动运输：质子主动运输41BACKBACK42BACKBACK43Na+-K+ATPPUMPBACKNa+-K+ATPPUMPBACK44

运送机制:是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统.

运送步骤:（1）热稳载体蛋白(HPr)的激活细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团把HPr激活。酶1PEP+HPr丙酮酸+P-HPrHPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。运送机制:是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式丙酮酸-己45（2）糖被磷酸化后运入膜内膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通过酶2的作用将糖-磷酸释放到细胞内。酶2P-HPr+糖糖-P+HPr

酶2是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶2。（2）糖被磷酸化后运入膜内46微生物学--微生物的营养课件47变形虫吞入固体营养物质1、胞吞作用变形虫1、胞吞作用48细胞吞入液体2、胞饮作用细胞吞入液体2、胞饮作用49培养基的定义配制培养基的原则根据培养目的需要注意各营养物质的浓度与配比控制培养基的条件（pH、氧化还原电位、渗透压、水活度）力求节省灭菌处理

第三节培养基培养基的定义第三节