微生物学教学课件-第6章-微生物的营养

第6章

微生物的营养主要内容一、

微生物的营养需求二、培养基三、营养物质运输一、

微生物的营养需求一、

微生物的营养需求（一）微生物细胞的化学组成1．化学元素组成2．化学物质组成（二）微生物的营养物质及生理功能1．碳源2．氮源3．能源4．无机盐5．生长因子6．水（三）微生物的营养类型1．光能无机自养型2.光能有机异养型3.化能无机自养型4．化能有机异养型其他营养型（一）微生物细胞的化学组成1．化学元素组成

微生物细胞在元素水平需要20种左右：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钠、钾、钙、镁、铁、锌、锰、硼、铜、钼、锡、钨、硒、钴、镍等，且以碳、氢、氧、氮、磷、硫6种元素为主，占细胞干重的97％。2．化学物质组成微生物类群水分干物质占细胞干物质百分数蛋白质核酸碳水化合物脂肪无机元素细菌75～8515～2558～8010～2012～285～202～30酵母菌70～8020～3032～756～827～632～54～7丝状真菌85～955～1514～521～227～404～406～12表6-1微生物细胞中主要物质含量（二）微生物的营养物质及生理功能1．碳源

碳源（carbonsource）是在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质。由于碳占微生物细胞干物质的50％左右，所以又称为大量营养物（macronutrient），几乎所有的生物大分子均具有核心碳骨架，因此碳素是除水外微生物需要量最大的营养物。2．氮源

氮源（nitrogensource）是微生物生长提供氮素来源的营养物质。它是微生物细胞蛋白质和核酸的主要成分，同样也是微生物的营养物，主要用于构成微生物细胞的物质和含氮代谢物。（二）微生物的营养物质及生理功能3．能源

能源（energysource）是为微生物提供最初能量来源的营养物质或辐射能。（二）微生物的营养物质及生理功能4．无机盐无机盐（mineralsalt）或矿质元素主要可为微生物的生长提供除碳源和氮源外的各种重要元素，是微生物生命活动不可缺少的物质。在配制微生物培养基时，对大量元素来说，首选无机盐是K2HPO4和MgSO4，可同时提供多种需要量大的元素。同时，许多微量元素是重金属，不能过量，否则可能产生毒害作用，但是在部分生物中，特别是真菌，会对某些重金属元素富集，这在重金属污染处理中具有重要意义。（二）微生物的营养物质及生理功能5．生长因子

生长因子（growthfactor）通常指微生物生长必须的，但通常自身不能用简单的碳、氮源自行合成或合成量不能满足生长所需要的微量有机化合物。微生物生长因子阿舒假囊酵母（Eremotheciumshbyil）维生素B2棉阿舒囊霉（Ashbyagossypii）谢氏丙酸杆菌（Propionibacteriumshermanii）维生素B12巴氏甲烷八叠球菌（Methanosarcinabarkeri）橄榄链霉菌（Streptomycesolivaceus）灰色链霉菌（Streptomycesgriseus）梭菌属（Clostridium）核黄素阿舒囊霉属（Ashbya）假丝酵母属（Candida）假囊酵母属（Eremothecium）棒杆菌属（Corynebacterium）维生素C欧文氏菌属（Erwinia）葡萄杆菌属（Staphylococcus）酵母菌属（Saccharomyces）维生素D杜氏藻属（Dunaliella）β-胡萝卜素表6-2生长因子过量合成型微生物（二）微生物的营养物质及生理功能6．水

水是微生物细胞的重要组成成分，细菌、酵母菌和霉菌的营养体含水量分别为80％、75%和85%左右。水的生理功能主要有：（1）优良的溶剂，保证几乎一切生物化学反应的进行。水组成原生质胶体，起运输介质的作用。促进营养物质的吸收、代谢产物的排泄。

（2）参与细胞内一系列化学反应。（3）维持细胞形态以及蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；（4）热的良好导体。水的比热高，能有效地吸收代谢过程中产生的热，并及时将热散发出体外，便于调节温度。（三）微生物的营养类型微生物种类多，生态各异，营养类型比较复杂。营养类型能源氢供体基本碳源实例

光能无机营养型

（光能自养型）光H2O、H2S、S或H2等还原态无机物CO2蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类光能有机营养型（光能异养型）光有机物CO2及简单有机物红螺菌科的细菌（即紫色无硫细菌）化能无机营养型（化能自养型）NH4＋、NO2－、S、H2S、H2、Fe2＋等无机物CO2硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、硫磺细菌等化能有机营养型（化能异养型）有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部真核微生物表6-3微生物的营养类型（三）微生物的营养类型1．光能无机自养型

光能无机营养型（photolithoautotrophy）简称光能自养型，光能作为能量来源，CO2为唯一或主要碳源、氢供体是还原态无机物进行光合作用的微生物。2.光能有机异养型

光能有机异养型（photoorganoheterotrophy）又称光能异养型，光能作为能量来源，碳源则不能以CO2为唯一碳源或主要碳源，氢供体为简单有机物，可利用光能将CO2还原。3.化能无机自养型

化能无机自养型（chemolithoautotrophy）又称化能自养型，能量来源为无机物氧化产生的化学能，CO2为唯一碳源或主要碳源，电子供体为还原态无机物，主要为H2、H2S、Fe2+、NH3、NO2-。4．化能有机异养型

化能有机异养型（chemoorganotrophy）又称化能异养型，能量来源是有机物氧化产生的化学能。碳源也是有机物，所以在化能有机异养型中，碳源也叫作双功能营养物，多通过呼二、培养基二、培养基（一）培养基类型1．按成分划分2．按物理状态划分3.按用途划分（二）培养基设计和制作的原则目的明确营养适宜浓度配比合适pH适宜合适的氧化还原电位原料易得（三）培养基设计的方法1.查阅文献，借鉴经验2.生态模拟3.营养需求，科学组合4.试验比较，优化配方（一）培养基类型1．按成分划分（1）天然培养基天然培养基（naturalmedium）又称为非化学限定培养基（chemicallyundefinedmedium），指利用动植物组织或微生物体或它们的提取物及粗消化产物等制成的培养基，天然培养基最大的特点是其所含成分种类、数量不确定，但又满足一般化能异养菌的生长所需。（2）

合成培养基

合成培养基（syntheticmedium），也称为化学限定培养基（chemicallydefinedmedium），是营养成分背景完全清晰的培养基，由高纯化学试剂配制而成。（3）

半合成培养基

半合成培养基（semisyntheticmedium）是由部分天然材料和部分化学试剂配制的培养基，如马铃薯蔗糖培养基（干净削皮的马铃薯200g，蔗糖20g）。（一）培养基类型2．按物理状态划分

（1）液体培养基

液体培养基（1iquidmedium）指呈液态且不添加任何凝固剂的培养基。

（2）

固体培养基

固体培养基（solidmedium）是外观呈固体状态的培养基。

（3）

半固体培养基

在液体培养中加入少量凝固剂（如0.5%左右的琼脂）配制的硬度较低、柔软的培养基称为半固体培养基（semisolidmedium）。（一）培养基类型3.按用途划分（1）

基础培养基

含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基称为基础培养基（minimummedium），也叫通用培养基（generalpurposemedium）。

（2）

加富培养基

加富培养基（enrichmentmedium），一般是在基础培养基内加入额外或特殊营养物质，以满足营养要求较苛刻的微生物的生长。

（3）鉴别培养基鉴别培养基（differentialmedium）是在基础培养基内加入某种特殊化学物质（不起营养作用），用以鉴别不同微生物的培养基。

（4）选择性培养基选择性培养基（selectedmedium）一般是根据目标微生物特殊物理、化学条件要求，有目的利用这种抗性进行设计，从而使劣势菌成为优势菌的培养基。（二）培养基设计和制作的原则1.目的明确明确微生物培养的目的。2.营养适宜

根据微生物营养类型设计培养基。3.浓度配比合适

培养基中营养物质浓度合适时才能使微生物生长良好，营养物质浓度过低微生物不能正常生长，如碳源过少会引起菌体的衰老或自溶，氮源过少则菌体生长缓慢。4.pH适宜

培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。5.合适的氧化还原电位

氧化还原电位（redoxpotential）又称氧化还原势，是衡量某氧化还原系统中氧化剂接受电子或还原剂释放电子趋势的一种指标。6.原料易得

从经济角度考虑，在配制培养基时应尽量利用廉价且来源方便的原料。（三）培养基设计的方法1.查阅文献，借鉴经验

设计培养基时，首先应该根据实验目的查阅文献，收集已发表的培养基配方，根据实验要求进行筛选。2.生态模拟

凡有某种微生物大量生长繁殖的环境，一定存在着该微生物所必要的营养及赖以生存的其他条件。3.营养需求，科学组合根据微生物的营养需求，通过不同因素实验考察的优化方法确定最优配方。4.试验比较，优化配方初步设计的适合某种微生物生长的培养基配方，还必须经具体试验和比较后才能最后确定符合实际要求的培养基。三、营养物质运输（一）简单扩散

简单扩散（simplediffusion）又称被动扩散（passivediffusion）或扩散（diffusion），是物质进出细胞最简单的一种方式，营养物按照浓度梯度从高向低通过细胞膜，整个过程不消耗能量。

简单扩散是一个纯粹的物理学过程，由于不能逆浓度梯度进行扩散，所以营养物吸收效率较低，一旦膜两侧浓度相同就达到一个动态平衡，但由于细胞始终消耗营养物，所以简单扩散得以持续进行。图6-1单纯扩散（二）促进扩散

促进扩散（facilitateddiffusion）指溶质必须在细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助下，不消耗能量的扩散运输方式，多见于真核生物，原核生物中少见（图6-2）。促进扩散与单纯扩散同属于被动扩散，是不耗能的跨膜运输方式，所以也不能进行逆浓度运输，但扩散效率较快，其原因则是有特异载体蛋白的参与。图6-2促进扩散（三）主动运输

主动运输（activetransport）是一种需要特异载体蛋白参与和消耗代谢能量的逆浓度梯度吸收营养物质的运输方式，对于许多生存于低浓度营养环境中的贫营养菌的生存极为重要。图6-3主动运输图6-4铁离子吸收（四）基团转位

基团转位（grouptranslocation）与主动运输相同，均是需要载体蛋白的逆浓度梯度转运方式，并且转运过程需要消耗能量，但运输后营养物会发生化学变化。基团移位常见于原核生物，特别是兼性厌氧菌和专性厌氧菌，主要用于单糖、双糖及糖的衍生物的运输，也可运输碱基、核苷、脂肪酸等。图6-5基团转变位模式图（五）吞噬作用

吞噬作用（phagocytosis）又称膜泡运输（membranevesicletransport），是原生动物吸收营养物质的主要方式。除上述4种渗透吸收方式外，有些真核细胞通过细胞膜的内吞作用转运流体、颗粒、大分子甚至其他的细胞。图6-6吞噬作用复习思考题1.解释下列名词：促进扩散、主动运输、基团转位、光能自养微生物、光能异养微生物、化能自养微生物、化能异养微生物、天然培养基、合成培养基、半合成培养基、选择培养基、加富培养基、鉴别培养基。2.什么叫培养基？培养基按物理状态可分为哪几类？按用途又可分为哪几类？3.什么叫生长因子？生长因子包括哪些类型？