微生物营养与代谢课件

1、微生物营养与代谢第3章 微生物营养与代谢3.1.1 微生物营养物质和营养类微生物营养物质和营养类型型3.1.2 微生物营养物质的吸收机微生物营养物质的吸收机制制3.1.3 微生物的营养类微生物的营养类型型3.1.4 培养基培养基3.1微生物的营养微生物的营养微生物营养与代谢3.1微生物的营养微生物的营养微生物营养微生物营养微生物和其他生物一样，为了生活要进行各种代谢活动，微生物和其他生物一样，为了生活要进行各种代谢活动，就必须从周围环境中吸收适当的物质，这些物质称为营养就必须从周围环境中吸收适当的物质，这些物质称为营养物。营养物是微生物新陈代谢和一切生命活动的物质基础物。营养物是微生物新陈代谢

2、和一切生命活动的物质基础。 微生物营养与代谢u它的作用主要有三个方面：u1.作为组成微生物细胞的原料；u2.供给生命活动中能量的来源；u3.形成微生物代谢的来源；微生物营养与代谢营养：营养： 微生物在其生长过程中获取生命活动所需的能量和结构微生物在其生长过程中获取生命活动所需的能量和结构物质的生理过程。物质的生理过程。营养物质：营养物质： 外界环境可为细胞提供结构组分、能量、代谢调节物质外界环境可为细胞提供结构组分、能量、代谢调节物质和良好生长环境的化学物质。和良好生长环境的化学物质。 营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命

3、形式的一种生理过程。和延续其生命形式的一种生理过程。概念区分：概念区分：3.1.1微生物细胞的化学组成和营养要素微生物细胞的化学组成和营养要素微生物营养与代谢3.1.13.1.1微生物细胞的化学组成和营养要素微生物细胞的化学组成和营养要素3.1.1微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成微生物细胞微生物细胞水（水（70%-90%）干物质干物质有机物有机物 无机物（盐）无机物（盐）微生物、动物、植物之间存在微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性营养上的统一性”蛋白质、多糖、蛋白质、多糖、脂、核酸、维生脂、核酸、维生素、有机酸等及素、有机酸等及其降解产物其降解产物微生物营养与代谢这些化学元素都

4、来自胞外环境。这些化学元素都来自胞外环境。微生物细胞利用这些化学元素物质制造其细胞物质和组微生物细胞利用这些化学元素物质制造其细胞物质和组分，并进一步将它们组织成为细胞结构。分，并进一步将它们组织成为细胞结构。细胞化学元素组成：细胞化学元素组成：主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫 、钾、镁、钙、铁；、钾、镁、钙、铁；微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。 微生物营养与代谢3.1.1.2 微生物的营养要素及其生理功能微生物的营养要素及其生理功能 碳源，氮源，能源，生长因子，无机盐，水碳源，氮源

5、，能源，生长因子，无机盐，水营养要素的功能：营养要素的功能：1）构成细胞结构组分和代谢产物的原料；）构成细胞结构组分和代谢产物的原料；2）提供能量；）提供能量；3）调节新陈代谢。）调节新陈代谢。微生物的微生物的6大营养要素：大营养要素：微生物营养与代谢微生物与动植物营养要素的比较微生物与动植物营养要素的比较微生物营养与代谢1、 水水功能：功能：（1）营养物质或代谢废物运输的必备物质；）营养物质或代谢废物运输的必备物质；（2）直接作为反应物或产物参与体内多种生化反应；）直接作为反应物或产物参与体内多种生化反应；（3）水还是许多有机物中氢和氧的来源，例如烷烃分解过程；）水还是许多有机物中氢和氧的来

6、源，例如烷烃分解过程；（4）许多酶促反应必须在水溶液中才能进行；）许多酶促反应必须在水溶液中才能进行；（5）水分子之间形成的氢键使得水成为一种很好的温度缓冲）水分子之间形成的氢键使得水成为一种很好的温度缓冲剂。剂。（6）水是热的良导体，有利于散热，不致于因代谢产热而使）水是热的良导体，有利于散热，不致于因代谢产热而使细胞局部温度上升；细胞局部温度上升；（7）作为活细胞中含量最高的成分，水对于维持细胞自身形）作为活细胞中含量最高的成分，水对于维持细胞自身形状以及生物大分子的天然结构起着重要的作用。状以及生物大分子的天然结构起着重要的作用。 微生物营养与代谢水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水

7、。水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水。 不同生物及不同细胞结构中游离水的含量比较不同生物及不同细胞结构中游离水的含量比较 人体人体 平均平均60% 海蛰海蛰 约约96% 霉菌孢子霉菌孢子 约约39%几种生物的几种生物的 孢子孢子 皮层皮层 约约70%游离水含量游离水含量 细菌芽孢细菌芽孢 微生物微生物 核心核心 极低极低 细菌细菌 约约80% 营养体营养体 酵母酵母 约约75% 霉菌霉菌 约约85%游离水的含量可用水活度游离水的含量可用水活度aw（Water activity）表示。）表示。 水活度：在相同温度和压力下，体系中溶液的水的水活度：在相同温度和压力下，体系中溶液的水的蒸汽压与

8、纯水的水蒸汽压之比。蒸汽压与纯水的水蒸汽压之比。 微生物能在微生物能在aw=0.630.99的条件下生长。特定微生的条件下生长。特定微生物对物对aw的要求是一定的。的要求是一定的。 微生物营养与代谢定义：凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来定义：凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质源的营养物质 功能功能:构成细胞成分（需要量最大的元素，构成细胞成分（需要量最大的元素，50%）；）；形成代谢产物和储藏物；形成代谢产物和储藏物；为异养型微生物提供能源。为异养型微生物提供能源。2. 碳源（碳源（carbon source）微生物营养与代谢碳源谱：碳源谱：无机碳无机碳有机碳

9、有机碳C.H.O型型C.H.O.N型型糖、有机酸、醇、脂类等糖、有机酸、醇、脂类等（葡萄糖、蔗糖、淀粉、糖蜜等）（葡萄糖、蔗糖、淀粉、糖蜜等）氨基酸、简单蛋白质氨基酸、简单蛋白质（氨基酸，明胶等）（氨基酸，明胶等）C.H型型烃类烃类（天然气、石油、石蜡油等）（天然气、石油、石蜡油等）C.H.O.N.X型型复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等（牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等）（牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等）C. O型型CO2C. O.X型型NaHCO3 CaCO3微生物营养与代谢 特点特点1）根据微生物利用有机碳或无机碳，可将微生物分为：）根据微生物利用有机碳或无机碳，可将微生物分为： 异养微生物：有

10、机碳异养微生物：有机碳 自养微生物：无机碳自养微生物：无机碳2）碳源谱广（微生物）碳源谱广（微生物植物植物动物）；动物）；3）最适碳源：）最适碳源： C.H.O型，糖类型，糖类 （ 异养微生物）异养微生物）糖糖 有机酸，醇有机酸，醇 脂脂单糖单糖 双糖双糖 多糖（淀粉多糖（淀粉纤维素纤维素,木质素木质素,几丁质）几丁质）己糖己糖 戊糖戊糖葡萄糖，果糖葡萄糖，果糖 甘露糖，半乳糖甘露糖，半乳糖微生物营养与代谢4）微生物对碳源利用具有选择性）微生物对碳源利用具有选择性 混合存在混合存在 葡萄糖葡萄糖 ：首先利用（速效碳源）：首先利用（速效碳源） 乳糖乳糖 ： 后利用（迟效碳源）后利用（迟效碳源）5

11、）不同微生物，其碳源谱不同）不同微生物，其碳源谱不同（利用碳源物质的能力有差别）（利用碳源物质的能力有差别） 洋葱假单胞菌：洋葱假单胞菌：90种以上种以上 甲烷菌：甲醇和甲烷甲烷菌：甲醇和甲烷6）异养微生物：碳源）异养微生物：碳源=能源（双功能营养物）能源（双功能营养物）微生物营养与代谢 选择碳源原则选择碳源原则 1）根据微生物的生理机能选择；）根据微生物的生理机能选择； 2）考虑经济效益，防止降格使用）考虑经济效益，防止降格使用微生物营养与代谢定义：凡是构成微生物细胞物质或代谢产物中氮元素来源的营定义：凡是构成微生物细胞物质或代谢产物中氮元素来源的营养物质养物质 。功能功能构成细胞组分（需要

12、量仅次于碳源，构成细胞组分（需要量仅次于碳源，12%）；）；构成代谢产物；构成代谢产物；某些自养菌的能源（如硝化细菌：氨和亚硝酸盐兼氮源和能源）某些自养菌的能源（如硝化细菌：氨和亚硝酸盐兼氮源和能源）氮源谱氮源谱无机氮无机氮N.H，N.O，N有机氮有机氮N.C.H.ON.C.H.O.X尿素、氨基酸、蛋白胨，明胶尿素、氨基酸、蛋白胨，明胶复杂蛋白质、核酸（牛肉膏、蛋复杂蛋白质、核酸（牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、饼粉、蚕白胨、酵母膏、鱼粉、饼粉、蚕蛹粉、玉米浆等蛹粉、玉米浆等 ）硫酸胺、硝酸钾、氨、氮气硫酸胺、硝酸钾、氨、氮气3. 氮源（氮源（nitrogen source）微生物营养与代谢生理

13、酸性盐生理酸性盐: 当以（当以（NH4）2SO4为唯一氮源时，为唯一氮源时，NH4被被利用后，培养基的利用后，培养基的pH下降，称为下降，称为“生理酸性生理酸性盐盐”；生理碱性盐生理碱性盐: 当以当以KNO3为氮源时，为氮源时，NO3被利用后，培养被利用后，培养基的基的pH上升，称为上升，称为“生理碱性盐生理碱性盐”。 利用利用NH4NO3为氮源，可以避免为氮源，可以避免pH急剧升降，但是，急剧升降，但是，NH4的吸收快，的吸收快，NO3的吸收滞后，所以，培养基的吸收滞后，所以，培养基pH会会先降后升。先降后升。微生物营养与代谢“氨基酸自养型生物氨基酸自养型生物”（Amino acid aut

14、otroph）:凡是能将非凡是能将非氨基酸类的简单氮源（例如尿素、铵盐、硝酸盐氨基酸类的简单氮源（例如尿素、铵盐、硝酸盐和氮气）自行合成生长代谢所需要的一切氨基酸和氮气）自行合成生长代谢所需要的一切氨基酸的微生物。的微生物。“氨基酸异养型生物氨基酸异养型生物”（Amino acid heterotroph）:凡需要从凡需要从外界吸收现成氨基酸作氮源的微生物。外界吸收现成氨基酸作氮源的微生物。 所有的动物和大量异养微生物是氨基酸异养型的，而所所有的动物和大量异养微生物是氨基酸异养型的，而所有绿色植物和很多微生物是氨基酸自养型的。有绿色植物和很多微生物是氨基酸自养型的。迟效性氮源迟效性氮源: 不能

15、直接被菌体利用的氮源。反之则被称为不能直接被菌体利用的氮源。反之则被称为“速速效性氮源效性氮源” 。微生物营养与代谢 氮源一般只提供合成细胞质和细胞中其他结构的原料，不氮源一般只提供合成细胞质和细胞中其他结构的原料，不作为能源。只有少量细菌，如硝化细菌能利用铵盐、硝酸盐作为能源。只有少量细菌，如硝化细菌能利用铵盐、硝酸盐作氮源和能源。某些梭菌对糖的利用不活跃，可以利用氨基作氮源和能源。某些梭菌对糖的利用不活跃，可以利用氨基酸为唯一的能源。酸为唯一的能源。微生物营养与代谢宏量元素：宏量元素：P、S、K、Mg、Na、Ca等（等（10-310-4mol/L）；）；微量元素：微量元素：Fe、Zn、Mn

16、、Mo、Co、Cu、Ni等（等（10-610-8mol/L）其中：其中：Fe是介于微量元素和宏量元素之间的元素。是介于微量元素和宏量元素之间的元素。功能功能 构成细胞的组成成分；构成细胞的组成成分； 作为酶的活性中心；作为酶的活性中心； 维持酶的活性；维持酶的活性； 调节细胞渗透压，氢离子浓度和氧化还原电位；调节细胞渗透压，氢离子浓度和氧化还原电位； 作为某些自养菌的能源。作为某些自养菌的能源。 4. 无机盐（无机盐（inorganic salt）微生物营养与代谢 (1)磷：合成核酸、磷脂、一些辅酶（磷：合成核酸、磷脂、一些辅酶（NAD，NADP，CoA等）及高能磷酸化合物的重要原料。一般都以

17、等）及高能磷酸化合物的重要原料。一般都以K2HPO4和和KH2PO4的形式人为地提供。的形式人为地提供。(2)硫硫: 某些氨基酸（如半胱氨酸和蛋氨酸）、辅酶因子（如某些氨基酸（如半胱氨酸和蛋氨酸）、辅酶因子（如辅酶辅酶A，生物素，硫辛酸和硫胺素）和谷胱甘肽的组，生物素，硫辛酸和硫胺素）和谷胱甘肽的组成成分。也是某些自养菌的能源物质。微生物从含硫成成分。也是某些自养菌的能源物质。微生物从含硫化合物中得到硫。一般人为的提供形式为化合物中得到硫。一般人为的提供形式为MgSO4。(3)镁镁: 一些酶（如己糖激酶，异柠檬酸脱氢酶，羧化酶和固一些酶（如己糖激酶，异柠檬酸脱氢酶，羧化酶和固氮酶）的激活剂，是

18、光合细菌菌绿素的组成成分；具氮酶）的激活剂，是光合细菌菌绿素的组成成分；具有稳定核糖体、细胞膜和核酸的作用。缺乏镁，细胞有稳定核糖体、细胞膜和核酸的作用。缺乏镁，细胞生长就会停止。微生物可以利用硫酸镁或其他镁盐。生长就会停止。微生物可以利用硫酸镁或其他镁盐。微生物营养与代谢 (4)钾：不参加细胞结构物质的组成，但它是许多酶（如果糖钾：不参加细胞结构物质的组成，但它是许多酶（如果糖激酶）的激活剂，与原生质的胶体特性和细胞膜的透激酶）的激活剂，与原生质的胶体特性和细胞膜的透性有关。钾在胞内的浓度比胞外高许多倍。各种无机性有关。钾在胞内的浓度比胞外高许多倍。各种无机钾盐，尤其是磷酸钾盐（磷酸二氢钾，

19、磷酸氢二钾）钾盐，尤其是磷酸钾盐（磷酸二氢钾，磷酸氢二钾）可作为钾源。可作为钾源。(5)钙：一般不参与微生物的细胞结构物质（除细菌芽孢外），钙：一般不参与微生物的细胞结构物质（除细菌芽孢外），但它是某些酶（如蛋白酶类）的激活剂，还参与细胞但它是某些酶（如蛋白酶类）的激活剂，还参与细胞膜通透性的调节。各种水溶性的钙盐，如膜通透性的调节。各种水溶性的钙盐，如CaCl2及及CaCO3等都是微生物的钙元素来源。等都是微生物的钙元素来源。(6)钠：与细胞渗透压调节有关。胞内浓度低，而胞外浓度高。钠：与细胞渗透压调节有关。胞内浓度低，而胞外浓度高。对嗜盐菌来说，钠除了维持细胞的渗透压外，还与营对嗜盐菌来说

20、，钠除了维持细胞的渗透压外，还与营养物的吸收有关，如吸收葡萄糖就需要养物的吸收有关，如吸收葡萄糖就需要Na的帮助。的帮助。微生物营养与代谢(7)微量元素：与酶活性有关，或参与酶的组成，或是许多酶微量元素：与酶活性有关，或参与酶的组成，或是许多酶的调节因子的调节因子。 铁：过氧化氢酶、过氧化物酶、细胞色素和细胞色素氧化铁：过氧化氢酶、过氧化物酶、细胞色素和细胞色素氧化酶的组成元素，也是铁细菌的能源，铁含量太低会影酶的组成元素，也是铁细菌的能源，铁含量太低会影响白喉杆菌形成白喉毒素；响白喉杆菌形成白喉毒素； 铜：多酚氧化酶和抗坏血酸氧化酶的成分；铜：多酚氧化酶和抗坏血酸氧化酶的成分； 锌：醇脱氢酶

21、、乳酸脱氢酶、肽酶和脱羧酶的辅助因子；锌：醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、肽酶和脱羧酶的辅助因子； 钴：参与维生素钴：参与维生素B12的组成；的组成； 钼：参与固氮酶的组成；钼：参与固氮酶的组成； 锰：超氧化物酶的激活剂。锰：超氧化物酶的激活剂。 微生物营养与代谢 无机盐离子的提供方式无机盐离子的提供方式常量元素：常量元素：K2HPO4，MgSO4（提供（提供4种主要元素）种主要元素）微量元素：自来水，玻璃器皿微量元素：自来水，玻璃器皿微生物营养与代谢定义定义 微生物生长不可缺少的微生物生长不可缺少的(自身不能合成或合成量自身不能合成或合成量不足以满足微生物生长需要的不足以满足微生物生长需要的)微量有机

22、物质称为生长因子微量有机物质称为生长因子（growth factor），一般包括维生素、氨基酸及嘌吟、嘧啶等。），一般包括维生素、氨基酸及嘌吟、嘧啶等。功能功能 作为辅酶或辅基参与代谢；作为辅酶或辅基参与代谢； 核酸和蛋白质的成分。核酸和蛋白质的成分。5. 生长因子（生长因子（growth factor）核黄素：梭菌属，假丝酵母属等核黄素：梭菌属，假丝酵母属等维生素维生素B12：链霉菌属，丙酸杆菌属，假单胞菌属：链霉菌属，丙酸杆菌属，假单胞菌属辅酶辅酶A：短杆菌属：短杆菌属维生素维生素C：葡萄糖酸杆菌属，欧文氏菌属，棒杆菌属：葡萄糖酸杆菌属，欧文氏菌属，棒杆菌属维生素维生素D：酵母属：酵母属有

23、些微生物能够合成大量的维生素，可采用工业发酵法生产有些微生物能够合成大量的维生素，可采用工业发酵法生产微生物营养与代谢如何提供生长因子？如何提供生长因子？天然培养基天然培养基半合成培养基半合成培养基酵母膏（酵母膏（19种氨基酸，维生素）种氨基酸，维生素）玉米浆（玉米浆（20种氨基酸，种氨基酸，6种维生素）种维生素）肝浸汁肝浸汁麦芽汁麦芽汁合成培养基合成培养基添加配制的维生素复合液添加配制的维生素复合液微生物营养与代谢生长因子的微生物学分析法生长因子的微生物学分析法 图图5-1 培养基中维生素培养基中维生素B12的浓度和需维生素的浓度和需维生素B12微生物微生物生长间的关系。培养物的光密度和生长

24、量成正比生长间的关系。培养物的光密度和生长量成正比微生物营养与代谢 能源谱：能源谱： 化学物质：化能营养型化学物质：化能营养型 有机物：化能异养微生物（能源有机物：化能异养微生物（能源=碳源）碳源） 无机物：化能自养微生物无机物：化能自养微生物 还原态无机物氧化提供能量。还原态无机物氧化提供能量。 (还原态无机物还原态无机物:NH4+，NO-2，H2S，H2，Fe2+） 辐射能：光能营养型辐射能：光能营养型 光能自养微生物光能自养微生物 光能异养微生物光能异养微生物为微生物生命活动提供最初能量来源的物质或辐射能为微生物生命活动提供最初能量来源的物质或辐射能6. 能源（能源（energy sou

25、rce）微生物营养与代谢u单功能营养物：光（能源）单功能营养物：光（能源）u双功能营养物：葡萄糖双功能营养物：葡萄糖(C 源，能源源，能源)u多功能营养物：酵母膏（多功能营养物：酵母膏（C源，源，N源，生长因子等）源，生长因子等）微生物营养与代谢3.1.2 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制一、影响微生物对营养物质吸收的因素一、影响微生物对营养物质吸收的因素1、第一因素：细胞膜、第一因素：细胞膜 细胞膜细胞膜选择性透膜选择性透膜 细胞荚膜、粘液层以及细胞壁细胞荚膜、粘液层以及细胞壁2、第二因素：微生物细胞生活的环境、第二因素：微生物细胞生活的环境 pH值、温度值、温度3、第三因素

26、：被吸收物质的特性。、第三因素：被吸收物质的特性。 分子量、溶解度分子量、溶解度(影响物质的溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性影响物质的溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性)微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式 是否消耗是否消耗能量能量 是否需要是否需要载体载体 是否发生被吸收物的是否发生被吸收物的化学变化化学变化 。简单扩散简单扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转位基团转位根据微生物对物质的吸收过程：根据微生物对物质的吸收过程：微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物

27、营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式1、简单扩散（称被动扩散）、简单扩散（称被动扩散） 被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力，从浓度高的地区向浓度低的被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力，从浓度高的地区向浓度低的胞内扩散的过程。胞内扩散的过程。SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外 胞膜 胞内SSS微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式1、简单扩散（称被动扩散）、简单扩散（称被动扩散）简单扩散的特点：简单扩散的特点：c. 无需消耗能量

28、无需消耗能量a. 非特异性的非特异性的b. 吸收过程不发生化学变化吸收过程不发生化学变化微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式1、简单扩散（称被动扩散）、简单扩散（称被动扩散） 营养物质简单扩散能力的影响因素：营养物质简单扩散能力的影响因素：a. 吸收营养物质的分子大小吸收营养物质的分子大小b. 溶解性溶解性(脂溶性或水溶性脂溶性或水溶性)c. 极性大小极性大小d. 膜外膜外pHe. 温度温度微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、

29、微生物对营养物质的吸收方式SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内2、促进扩散、促进扩散 以细胞内外的浓度梯度为动力，在以细胞内外的浓度梯度为动力，在载体载体物质参与下，物质从浓度高的胞外向浓物质参与下，物质从浓度高的胞外向浓度低的胞内扩散。（度低的胞内扩散。（真核微生物）渗透酶：在细胞膜上具有运载营养物质功能的特异性蛋白。渗透酶：在细胞膜上具有运载营养物质功能的特异性蛋白。T S T S T微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式2、促进扩散、促进扩散 与简单扩散的相同点：与简单扩

30、散的相同点：c.无需代谢能。无需代谢能。a.被动的扩散。被动的扩散。b.无化学变化。无化学变化。微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式2、促进扩散、促进扩散促进扩散独有的特点：促进扩散独有的特点： a. 载体的专一性载体的专一性 b. 运输速率提高运输速率提高微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式3、主动运输、主动运输 以代谢能为动力，在载体参与下，将物质从胞外向胞内转运。以代谢能为动力，在载体参与下，将

31、物质从胞外向胞内转运。SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内T S T S T微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式3、主动运输、主动运输主动运输同促进扩散的共同点：主动运输同促进扩散的共同点： a. 载体载体b. 载体构型的变化载体构型的变化微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式3、主动运输、主动运输主动运输与促进扩散的不同点：主动运输与促进扩散的不同点：a. 动力动力b. 载体构型变化

32、原理载体构型变化原理微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式4、基团转位：、基团转位： 被吸收物质以微生物的代谢能为动力，通过一个复杂的运输系统从胞外转运到被吸收物质以微生物的代谢能为动力，通过一个复杂的运输系统从胞外转运到胞内，并发生化学变化。胞内，并发生化学变化。（厌氧细菌和兼性厌氧细菌）大肠杆菌磷酸转移酶体系与葡萄糖的运输微生物营养与代谢3.1.2微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制三、几种主要营养物质的吸收三、几种主要营养物质的吸收1、糖：、糖： 促进扩散、基团转位、主动运输。促进

33、扩散、基团转位、主动运输。2、肽与氨基酸：、肽与氨基酸： 主动运输（主要方式）、促进扩散（次要方式）主动运输（主要方式）、促进扩散（次要方式）3、离子：、离子： 主动运输主动运输微生物营养与代谢3.1.3 微生物的营养类型微生物的营养类型异养型异养型(heterotrophs): 以有机物为碳以有机物为碳源源自养型自养型(autotrophs): 以以CO2为唯一或为唯一或主要碳源主要碳源生长所需要的营养生长所需要的营养物质物质(碳源碳源)生物生长过程中能生物生长过程中能量的来源量的来源光能营养型光能营养型(phototrophs): 以光为能以光为能源源化能营养型化能营养型(chemotro

34、phs): 以有机物以有机物氧化释放的化学能为能源氧化释放的化学能为能源提供提供 供氢体（电子供氢体（电子供体）供体） 的不同的不同无机营养型无机营养型(lithotrophs): 以还原性以还原性无机物为供氢体无机物为供氢体有机营养型有机营养型(organotrophs): 以有机以有机物为供氢体物为供氢体微生物营养与代谢根据微生物所利用碳源、能源的不同，可分为四种基本营养类型：根据微生物所利用碳源、能源的不同，可分为四种基本营养类型：1. 光能自养型光能自养型2. 光能异养型光能异养型3. 化能自养型化能自养型4. 化能异养型化能异养型微生物营养与代谢1 1光能自养型（光能无机营养型）光能

35、自养型（光能无机营养型） 能以能以CO2为唯一或主要碳源；为唯一或主要碳源； 通过光合作用获取生长所需能量；通过光合作用获取生长所需能量； 以无机物（如以无机物（如H2、H2S、S等）作为供氢体，使等）作为供氢体，使CO2还原还原为细胞物质；为细胞物质； 例如，藻类及蓝细菌。同植物一样，以水为供氢体，进行例如，藻类及蓝细菌。同植物一样，以水为供氢体，进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H2S为为供氢体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。供氢体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。CO2+ + 2H2A光能光能光合色素光合色素 CH2O

36、+ 2A+ + 2A+ H2O(H2A某二元酸 )微生物营养与代谢2光能异养型（光能有机营养型）光能异养型（光能有机营养型） 不能以不能以CO2为主要或唯一的碳源；为主要或唯一的碳源； 以有机物为供氢体，通过光能将以有机物为供氢体，通过光能将CO2还原为细胞物质；还原为细胞物质； 生长时大多数需要外源的生长因子。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，例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。还原成细胞物质，同时积累丙酮。CHOHCHOH + + CO2H H3 3C CH H3 3C C2光能光能光合

37、色素光合色素2 CH2 CH3 3C0CHC0CH3 3 + + CH2O + + H2O异丙醇异丙醇丙酮丙酮微生物营养与代谢光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生长，光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用。在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用。目前在高浓度有机废水的处理中应用意义重大。目前在高浓度有机废水的处理中应用意义重大。代表菌种代表菌种主要的氢供体主要的氢供体主要碳源主要碳源生长条件生长条件绿硫细菌绿硫细菌H2S, H2SO3, H2CO2厌气厌气,明明红硫细菌红硫细菌H2S, H2SO3, H2 , 也也利用有机物利用有机物CO2

38、,有机物有机物厌气厌气,明明红螺菌红螺菌H2,主要利用有机物主要利用有机物CO2,主要是主要是有机物有机物厌气厌气,明明好气好气,明明好气好气,暗暗表光合菌种类及其特性菌表光合菌种类及其特性菌微生物营养与代谢3.化能自养型（化能无机营养型）化能自养型（化能无机营养型） 生长所需能量来自无机物氧化产生的化学能；生长所需能量来自无机物氧化产生的化学能； 以以CO2或碳酸盐或碳酸盐为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源； 以以H2、H2S、Fe2+、NH3或或NO2-等作供氢体，使等作供氢体，使CO2还原成还原成细胞物质。细胞物质。 化能自养型只存在于微生物中化能自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光

39、的，可在完全无机及无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中, ,参与地球物质参与地球物质循环。循环。2NH33O22H2O 2HNO24H+4OH能量 亚硝酸细菌亚硝酸细菌CO24H+ CH2OH2O微生物营养与代谢4.化能异养型（化能有机营养型）化能异养型（化能有机营养型） 生长所需生长所需能量能量来自来自有机物氧化有机物氧化过程产生的化学能；过程产生的化学能； 生长所需的生长所需的碳源碳源主要是主要是有机物有机物（如淀粉、糖类、纤维素、有（如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等）机酸等） 有机物通常既是碳源也是能源有机物通常既是碳源也是能源。（通过糖酵

40、解途径既可产生用于生物（通过糖酵解途径既可产生用于生物合成的碳骨架，也可释放出合成的碳骨架，也可释放出ATPATP和和NADH(NADH(还原型辅酶还原型辅酶)。 ）大多数细菌、真菌、原生动物都是化能异养型微生物；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能异养型微生物；所有致病微生物均为化能异养型微生物。所有致病微生物均为化能异养型微生物。微生物营养与代谢化能异养型分为：化能异养型分为：腐生型腐生型( (metatrophy) )：利用无生命的有机物利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体如动植物尸体和残体)作为碳源。作为碳源。寄生型寄生型(paratrophy)：寄生在活的寄主体内吸取营养物寄生在活的

41、寄主体内吸取营养物,离开寄主不能生存。离开寄主不能生存。 腐生型和寄生型之间还存在中间类型：腐生型和寄生型之间还存在中间类型： 兼性腐生型兼性腐生型( (facultive metatrophy) )或兼性寄生型或兼性寄生型( (facultive paratrophy) )，如：，如：人和动物肠道内普遍存在的大肠杆菌。人和动物肠道内普遍存在的大肠杆菌。 微生物营养与代谢 四种基本营养类型的比较四种基本营养类型的比较：微生物营养与代谢不同营养类型之间的界限并非绝对：不同营养类型之间的界限并非绝对： 异养型微生物并非绝对不能利用异养型微生物并非绝对不能利用CO2； 自养型微生物也并非不能利用有机

42、物进行生长；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长； 有些微生物在不同生长条件下生长时有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发其营养类型也会发生改变；生改变；举例：举例： 紫色非硫细菌紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria) 没有有机物时，同化没有有机物时，同化CO2， 为为自养型微生物；自养型微生物； 有机物存在时，利用有机物生长，为有机物存在时，利用有机物生长，为异养型微生物异养型微生物； 光照和厌氧条件下，利用光能，为光照和厌氧条件下，利用光能，为光能营养型微生物；光能营养型微生物； 黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，黑暗与好氧条件

43、下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为为化能营养型微生物化能营养型微生物；微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力适应能力微生物营养与代谢3.1.4 培养基培养基培养基培养基: 是人工配制的适合微生物生长繁是人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物所需要的营养物质。殖或积累代谢产物所需要的营养物质。培养基的作用：培养基的作用： 为微生物提供理想的人工培养为微生物提供理想的人工培养环境，以进行微生物环境，以进行微生物生命活动规律生命活动规律的研究和微生物的研究和微生物生物制品生物制品的生产。的生产。微生物营养与代谢3.

44、1.4培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则1、适合不同微生物的营养特点。、适合不同微生物的营养特点。 (1)从营养型的角度看从营养型的角度看生理特点不同生理特点不同细菌细菌放线菌放线菌霉菌霉菌营养要求不同营养要求不同牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基高氏一号培养基高氏一号培养基马丁氏培养基或蔡氏培养基马丁氏培养基或蔡氏培养基(2)从类群的角度看从类群的角度看自养微生物自养微生物 合成能力强合成能力强 简单的无机物简单的无机物异养微生物异养微生物 合成能力弱合成能力弱 至少提供一种有机物至少提供一种有机物微生物营养与代谢3.1.4培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、

45、配制培养基的基本原则2、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。 (1) 浓度适中原则浓度适中原则 常量元素常量元素 10-3-10-4 mol/L 微量元素微量元素 10-6-10-8 mol/L微生物营养与代谢3.1.4培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则2、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。 (2) 营养比例原则营养比例原则 a. C/Nb. 其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）同一种微生物在不同同一种微生物在不同C/N培养基培养时，表现不同。

46、培养基培养时，表现不同。 短棒杆菌的谷氨酸发酵培养基短棒杆菌的谷氨酸发酵培养基C/N=4:1，菌体繁殖；，菌体繁殖； C/N=3:1，谷氨酸形成，谷氨酸形成不同的微生物，所需营养物不同的微生物，所需营养物C/N不同。不同。 细菌、酵母菌细胞的细菌、酵母菌细胞的C/N=5:1微生物营养与代谢3.1.4培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则3、控制培养条件、控制培养条件pHO2CO2渗透压渗透压微生物生长繁殖微生物生长繁殖培养条件培养条件影响影响影响影响微生物培养体系微生物培养体系微生物营养与代谢(1) 培养基的培养基的pH值的控制。值的控制。 3.1.4培养基培养基一、配制

47、培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则a.根据各类微生物的特点来调节培养基的根据各类微生物的特点来调节培养基的pH值。值。 霉菌、酵母菌适于酸性，霉菌、酵母菌适于酸性， (pH4.5-6.0左右左右) 细菌、放线菌喜中性或偏碱性细菌、放线菌喜中性或偏碱性 (pH7.0-7.5左右左右)微生物营养与代谢(1) 培养基的培养基的pH值的控制。值的控制。 3.1.4培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则 磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸(配制培养时加入配制培养时加入) 磷酸盐缓冲作用的反应式为：磷酸盐缓冲作用的反应式为： H+(强酸强酸)+HPO

48、4 2- (弱碱弱碱) H2PO 4 - (弱酸弱酸) OH-(强碱强碱)+H2PO4 -(弱酸弱酸) HPO 4 2- (弱碱弱碱)+H2O 碳酸钙碳酸钙（配制培养基时加入）（配制培养基时加入） 酸或碱酸或碱（培养过程中加入）（培养过程中加入）b.使用使用pH值缓冲剂值缓冲剂微生物营养与代谢由微生物与氧气的关系形成了三类微生物：由微生物与氧气的关系形成了三类微生物： 专性好氧性微生物专性好氧性微生物 专性厌氧性微生物专性厌氧性微生物 兼性厌氧的微生物兼性厌氧的微生物3.1.4培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则实践对策：实践对策： 专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业

49、上采用通气装置。专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。 专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入还原剂还原剂 （胱氨酸、巯基乙酸钠、（胱氨酸、巯基乙酸钠、Na2S和抗坏血酸）和抗坏血酸）(2) O2浓度的调节浓度的调节微生物营养与代谢（3）CO2的调节的调节 对自养微生物来说，空气中只占容积的对自养微生物来说，空气中只占容积的0.03%的的CO2量意味着什么？量意味着什么？3.1.4培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则增加增加CO2供应的途径：供应的途径：紫硫细菌和绿硫细菌等厌氧性自养菌：培养基中加入紫硫细菌和绿硫细菌等厌氧性自养菌：培养基中加入NaHCO3(碳