模块三微生物的营养与代谢微生物与免疫07课件

微生物与免疫主讲人徐莉模块三微生物的营养与代谢1微生物的营养目录2微生物的培养3微生物的代谢CONTENTS01微生物的营养营养环境01头脑风暴营养物质的种类微生物的营养类型营养物质进入细胞的方式选用和设计培养基养微生物营养01头脑风暴住（环境卫生—环境因素对细菌的影响）温度、电位、pH、渗透压、光线、毒物提供培养条件养好微生物环境因素01头脑风暴

微生物的化学构成与各成分含量基本反映了微生物生长繁殖所需求的营养物的种类与数量。

因此，它是培养微生物时，设计与配制培养基以及对生长繁殖过程进行调控的重要理论依据之一。

微生物的化学组成与动植物细胞高度相似，反映了自然界生物细胞组成的共性。C、H、O、N、P、S，含量较多K、Mg、Mn、Ca、Fe，含量很少Co、Cu、Zn、Mo、Ni，含量极少（微量元素）02微生物的化学组成微生物细胞中的这些元素主要以水、有机物和无机盐的形式存在。水分约占菌体湿重的70%～90%，含量最高。有机物主要是由糖、蛋白质、核酸、脂、维生素以及它们的降解产物与代谢产物组成。无机物参与有机物组成，或单独存在于细胞原生质内的无机盐等。元素细菌酵母菌霉菌碳C5049.847.9氮N157.55.2氢H86.76.7氧O2031.140.2磷P31.51.2硫S10.30.202微生物的化学组成碳水化合物碳源氮源能源无机盐生长因子蛋白质核酸脂类无机盐水分水分细胞化学组成六大营养元素02微生物的化学组成1、定义：凡可被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳架来源的营养物通称碳源。2、生理功能：提供细胞物质中碳素来源提供生命活动中所需要的能量3、碳源分类无机碳源，如CO2、碳酸盐有机碳源，如葡萄糖、淀粉等（碳源同时又是能源）碳源(carbonsource)03微生物的营养要素自养微生物：无机碳源，如CO2、碳酸盐大多数细菌，所有放线菌和真菌：有机碳源，如葡萄糖异养微生物：淀粉等（碳源同时又是能源）知识拓展03微生物的营养要素03微生物的营养要素细菌最喜欢的碳源是？问糖，尤其是葡萄糖及其多糖答发酵工业常用的碳源？问玉米粉、马铃薯等植物淀粉以及糖蜜答可作为细菌的氮源：有机氮（氨基酸和蛋白质）无机氮（N2、

NH3、铵盐、硝酸盐）等实验室中有机氮源——蛋白胨工业投加的细菌氮源——尿素发酵工业常用的氮源——花生饼粉、鱼粉、玉米浆等氮源03微生物的营养要素细菌的能源种类有化学能、光能能源03微生物的营养要素哪些物质可以产生化学能？问有机碳源特殊的无机物（如S、Fe)答什么样的细菌利用光能？问含有光合色素答大量元素：生长所需浓度为10-3~10-4mol/L的元素如P和S、Fe、Mg的需求量较大微量元素：生长所需浓度为10-6~10-8mol/L的元素如锌、锰、钴、铝、铜、硼、钒、镍等微量元素。无机盐(mineralsalts)03微生物的营养要素无机盐的功能：构成细胞的组成成分；参与每的组成，构成酶的活性；调节和维持微生物的生长；特殊细菌的能源；无机盐(mineralsalts)03微生物的营养要素铁细菌、硫细菌分别以铁和硫为产能物质。种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类作用：嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶维生素，重要辅酶定义：不能自身合成，但不可缺少，必须外界少量供给的特殊营养物生长因子03微生物的营养要素多数细菌不存在生长因子问题。只有少数细菌需要外界提供现成的生长因子，才能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活在这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。水对细菌有哪些作用？细胞物质的组成成分营养物质和代谢差内的溶剂与运输介质生化反应的介质维持细胞与环境温度的稳定维持蛋白质、核酸等大分子物质的稳定维持一定的渗透压，维持细胞的正常态水03微生物的营养要素异养型：生长时需要复杂有机物作为营养物质的机体。自养型：生长时能以简单无机物作为营养物质的机体。化能自养型：X还原型+A氧化型

X氧化型+A还原型+能量光能自养型：光能化学能色素04微生物的营养类型C源：CO2、CO和CO32-绝大多数能“能吃苦也能享福”，优先利用；根据能源不同分为光能自养型细菌和化能自养型细菌。无机营养细菌（自养菌）04微生物的营养类型能否也利用有机物呢？问紫硫细菌04微生物的营养类型绿硫细菌光能自养细菌（无氧有光）无机营养细菌（自养菌）

（H2S类似植物光合作用中的H2O）04微生物的营养类型在较洁净的有光照池塘无氧臭（H2S)区在自然界的作用是什么呢？问

答光能自养细菌（无氧有光）无机营养细菌（自养菌）什么是化能自养菌？自养——碳源CO3－化能——以S、H2S、H2、NH3、Fe物质氧化产能种类——硫化细菌、硫磺细菌、硝化细菌及铁细菌、氢细菌。04微生物的营养类型化能自养细菌（有氧）无机营养细菌（自养菌）有机营养细菌（异养菌）04微生物的营养类型有机营养细菌（异养菌）的碳源？问有机物答自养、异养菌哪种繁殖快？问“吃砖头和吃粮食的区别”答以有机物作为碳源和能源的的细菌。绝大多数的细菌都属于化能异养菌。根据能源的不同分为光能异养与化能异养04微生物的营养类型有机营养细菌（异养菌）化能异养菌

04微生物的营养类型有机营养细菌（异养菌）光能异养细菌（无氧有光）主要指红螺菌（无氧有光时进行上述反应，有氧黑暗时化能异养生存）嗜盐红螺菌大量滋生时的红盐田根据能源的不同分为光能异养与化能异养04微生物的营养类型人工投加光合细菌（PSB,红螺菌）有利于水产养殖，原因？问迅速转化毒物（水族排泄物被细菌分解后的氨、有机酸）；为高蛋白的菌体，作为鱼的饲料，且不消耗氧；优势生长时能抑制水族病原菌的生长答营养类型能源供氢体基本碳源实例光能自养型光能无机物如H2SCO2蓝细菌、藻类、紫硫细菌、绿硫细菌光能异养型光能有机物如异丙醇CO2及简单有机物红螺菌科（即紫色非硫细菌）化能自养型无机物S2-、Fe2+、H2、CH4、CH2O无机物CO2硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、硫黄细菌等化能异养型寄生/腐生有机物淀粉、糖类、纤维素、有机酸有机物有机物绝大多数细菌、全部放线菌、全部真核微生物（藻类除外）04微生物的营养类型方式基本原理能量运输物质微生物的营养吸收方式04微生物的营养类型02微生物的培养定义：人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。水、碳源、氮源、无机盐及生长因子等细菌及其它微生物营养物质的合理配制物培养基（culturemedia）成分：碳源、氮源、能量、无机盐、生长因子、水01选用和设计培养基的原则明确培养何菌？作研究还是生产？1.目的明确pH、渗透压和水活度、氧化还原电势3.理化适宜细菌细胞组成元素：水、糖类、脂类、蛋白质、无机盐等2.营养协调以粗代精、以野代家、以废代好、以简代繁、以氮代朊、以纤代糖、以烃代粮、以国代进4.经济节约01选用和设计培养基的原则成分：粉末状硫10gKH2PO44gMgSO40.5gCaCl20.5g(NH4)2SO40.4gFeSO40.01g水1000mL（自来水即可）化能自养菌培养基以氧化硫杆菌的培养基为例02认识细菌的培养基化能自养菌氧化硫杆菌的培养基其中各组分作用是什么？问粉末状硫10g--能源KH2PO44g--磷源、缓冲物MgSO40.5g--盐(NH4)2SO40.4g--氮源答碳源是什么？问空气中的CO2,也可补加一部分碳酸钠答02认识细菌的培养基化能自养菌培养基异养菌培养基异养细菌的培养基中至少有一种有机物，实验室中通常是葡萄糖以一种大肠杆菌培养基为例：葡萄糖0.5gK2HPO41gMgSO40.2gNaCl5gNH4H2PO40.4g水1000mL02认识细菌的培养基加水2.有机、无机营养物4.维生素及其他生长因子6.分装1.加缓冲化合物3.微量元素5.10%NaOH、HCL调整PH7.高压蒸汽灭菌锅冷却备用03细菌培养基配制根据物理状态可分为固体培养基、半固体培养基和液体培养基1）液体培养基（“汤”）废水也可看作是一种广义的液体培养基2）固体培养基（“团”）人工做法：向液体培养基中加入2％左右的琼脂，加热至100℃溶解，40℃下冷却并凝固。04培养基的分类半流动性介于固体与液体之间3）半固体培养基（“膏”）根据物理状态04培养基的分类可分为固体培养基、半固体培养基和液体培养基产单核细胞李斯特菌在半固体培养基中的生长情况（18~24h）提问：半固体培养基如何制作？问在液体培养基中加入0.5%或更低浓度的琼脂答提问：半固体培养基有什么作用？问用于细菌的动力观察，趋化性研究，厌氧菌的培养，分离和计数，以及洗净的菌种保藏答根据物理状态04培养基的分类琼脂主要成份—半乳聚糖，分子量大，呈网状粘着力强，溶解分散（温度为96℃以上）条状琼脂粉末琼脂石花菜(红藻）→琼脂知识拓展琼脂04培养基的分类A.不能被绝大多数微生物利用、分解液化B.高压灭菌结构不被破坏，且颜色透明不妨碍观察

C.多数微生物在琼脂培养基表面生长并形成独立菌落提问：针对C特性有何好处？易于纯化分离

提问：针对A特性有什么好处？

不作为额外碳源，干扰试验，保持固体特性问问04培养基的分类知识拓展琼脂特性1）合成培养基合成——纯化学试剂优点：稳定、选择性缺点：很多细菌营养需求较为复杂，配方获取较难根据成分分析可分为天然培养基、合成培养基、半合成培养基04培养基的分类3）半合成培养基半——不纯用天然原料加入一定的化学试剂配制而成的培养基优缺点介于前两者之间，因而使用最广。2）天然培养基天然——纯生物制品(细胞提取物)优点

：营养丰富、配制容易缺点：质量不稳定、选择性差04培养基的分类根据成分分析可分为天然培养基、合成培养基、半合成培养基天然培养基如常用的细菌肉汤培养基中有牛肉膏3g蛋白胨5g蛋白胨——动植物蛋白（大豆或动物骨粉等）经初步酶解形成的短肽（主要作氮源）类似物如酵母膏、麦芽汁、土壤浸出液、牛奶、玉米粉牛肉膏——瘦牛肉经过加热浓缩抽提的膏状物（主要作碳源）酵母膏知识拓展天然培养基成分04培养基的分类1）基础培养基——普适含有细菌生长繁殖所需的基本营养物质,可供大多数细菌生长根据培养基用途可分为基础培养基、选择培养基、鉴别培养基、富集培养基04培养基的分类以LB培养基为例：胰蛋白胨(Tryptone)10g/L酵母提取物(Yeastextract)5g/L氯化钠(NaCl)10g/L2）选择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。根据某微生物的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物生长，利于所需微生物的生长。用于菌种筛选

04培养基的分类根据培养基用途可分为基础培养基、选择培养基、鉴别培养基、富集培养基举例：以纤维素为唯一碳源——分离能分解纤维素的微生物10%酚——抑制细菌和霉菌，分离放线菌加入结晶紫——抑制革兰氏阳性菌，分离革兰氏阴性菌①投毒法（“正－考试”）毒——选择性的抑制剂待选细菌有抗性②投其所好法（“邪—挖墙角”）加入待选细菌专门需要的某种碳源或氮源特殊的温度、氧气、pH、盐度等环境条件主要用于筛选极端环境微生物。如嗜盐、嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱等的细菌，同时也被用于选择性培养好氧或厌氧细菌。04培养基的分类知识拓展选择培养基的两种制备思路3）鉴别培养基鉴别——明查分别（细菌种类）提供培养环境外还同时具有类似于“验钞机”的作用鉴别培养基是在培养基中加入某种试剂或化学药品，使培养后会发生某种变化，从而区别不同类型的微生物。方法：鉴：加入指示剂（“紫光灯”）别：不同菌落制造不同的代谢物（“有无荧光粉”），显色不一样04培养基的分类根据培养基用途可分为基础培养基、选择培养基、鉴别培养基、富集培养基水处理中常用的远藤氏培养基就是典型大肠菌群内不同种属细菌的鉴别培养基。都能生长，但对乳糖的分解能力不同知识拓展鉴别培养基—举例04培养基的分类大肠埃希氏菌—强——菌落紫红色带金属光泽枸橼酸盐杆菌—次之——菌落呈紫红或深红色产气杆菌—第三——菌落呈淡红色副大肠杆菌—不能分解乳糖——菌落无色透明伊红美蓝培养基（EMB）检测饮用水或乳制品中的大肠杆菌。伊红为酸性染料，美蓝为碱性染料04培养基的分类大肠杆菌——形成紫黑色菌落，并带有绿色金属光泽产气杆菌——形成呈棕色的大菌落沙门氏菌等——无色或琥珀色半透明菌落金葡菌——不生长知识拓展鉴别培养基—举例4）富集培养基（加富）加富——营养特别丰富针对细菌数量少，或对营养要求苛刻培养不易的细菌方法：植物提取液、动物组织提取液、土壤浸出液、血和血清等。举例：一种枯草芽孢杆菌富集培养基：木薯渣、酵母膏、磷酸二氢钾、7水硫酸镁、蒸馏水。思考：如何区分富集培养基和选择培养基？04培养基的分类根据培养基用途可分为基础培养基、选择培养基、鉴别培养基、富集培养基1）种子培养基：目的：保证发酵生产获得大量优质种子而设计的培养基。特点：营养较丰富，氮源比例较高。

有时为使菌种能迅速适应后面的发酵条件，还有意识地加入发酵培养基的基质。

2）发酵培养基：目的：生产预定发酵产物，一般以碳为主要元素，碳源含量往往高于种子培养基。特点：大规模生产时，原料应价廉易得，还应有利于下游的分离提取。根据培养目的来分04培养基的分类03微生物的代谢01新陈代谢新陈代谢异化作用同化作用是指微生物不停地从外界环境吸收的营养物质，在细胞内合成新的细胞物质和储藏物质，并储存能量。它是微生物生长发育的基础。是指衰老的细胞物质和从外界吸收的营养物质，进行分解变成前单物质，并且产生一些中间产物作为合成细胞物质的基础原料，最终将不能利用的废物排出体外，一部分能量以热量的形式散发。合成代谢分解代谢01新陈代谢按代谢对象分化学能（ATP）光能(热能)物质代谢能量代谢01新陈代谢按代谢产物作用分使营养物质转换成细胞结构物质、维持微生物正常生命活动的生理活性物质或能量的代谢。初级代谢的产物叫初级代谢产物指某些微生物进行的非细胞结构物质和维持微生物正常生命活动的非必需物质的代谢。初级代谢次级代谢产能代谢就成了新陈代谢中的核心问题。产能代谢的中心任务是:生物体如何把外界环境中多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源—ATP（腺苷三磷酸）。01新陈代谢能量代谢日光无机物有机物最初能源厌氧呼吸发酵需氧呼吸细菌生物氧化的类型通用能源ATP

01新陈代谢能量代谢专性厌氧菌兼性厌氧菌专性需氧菌根据对氧气需求程度，将细菌分为无氧或氧气浓度极低有氧或无氧氧气充分举例结核分枝杆菌、霍乱弧菌破伤风梭菌大肠杆菌、葡萄球菌糖类的分解产物：不分解、分解产酸、分解产酸产气蛋白质的分解产物：吲哚、硫化氢、尿素酶脂类的分解产物：甘油和脂肪酸（鉴定意义不大）糖发酵试验、VP试验、甲基红试验、枸橼酸盐利用试验吲哚试验、硫化氢试验01新陈代谢代谢产物1）分解代谢产物——鉴定细菌的依据2）合成代谢产物01新陈代谢代谢产物脂肪酸氨基酸糖类初级代谢产物色素抗生素毒素次级代谢产物内毒素（Endotoxin）即革兰氏阴性菌细胞壁的脂多糖，其毒性成分为类脂A。菌体死亡崩解后释放出来。外毒素（Exotoxin）是由革兰氏阳性菌及少数革兰氏