第三章微生物的营养

1、第三章第三章 微生物营养微生物营养n第一节第一节 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成n第二节第二节 微生物的营养要素微生物的营养要素n第三节第三节 微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式n第四节第四节 微生物的营养类型微生物的营养类型n第五节第五节 培养基培养基 复习复习 生物类型生物类型营养要素营养要素 微生物微生物 异养异养 自养自养 碳源碳源糖、醇、有机酸等糖、醇、有机酸等二氧化碳、碳酸二氧化碳、碳酸盐等盐等氮源氮源蛋白质或其降解物蛋白质或其降解物有机或无机氮化物、氮有机或无机氮化物、氮无机氮化物、氮无机氮化物、氮能源能源与碳同与碳同氧化无机物或利氧化无机物或利用日光

2、能用日光能生长因子生长因子一部分需要维生素等一部分需要维生素等不需要不需要无机元素无机元素无机盐无机盐无机盐无机盐水分水分水水水水微生物营养要素微生物营养要素复习复习第三节 微生物吸收营养物质的方式n单纯扩散单纯扩散n促进扩散促进扩散n主动运输主动运输n基团转位基团转位n胞饮作用胞饮作用加强加强n思考：人类通过消化系统吸收营养物质，微生物呢？思考：人类通过消化系统吸收营养物质，微生物呢？n浓度高浓度高 浓度低浓度低n不耗能，不借助载体不耗能，不借助载体n速率随细胞膜内外的浓度差的降低而减小，速率随细胞膜内外的浓度差的降低而减小，当膜两侧物质的浓度相等时，扩散停止。当膜两侧物质的浓度相等时，扩散

3、停止。n以这种方式进入的物质主要有水、溶于水以这种方式进入的物质主要有水、溶于水的气体（的气体（O O2 2、COCO2 2）和小的极性分子（尿素、）和小的极性分子（尿素、甘油、乙醇等）甘油、乙醇等） 1. 1.单纯扩散单纯扩散加强加强 加强加强 2. 2.促进扩散促进扩散养料通过与载体蛋白的可逆结合而形成的扩散方式。养料通过与载体蛋白的可逆结合而形成的扩散方式。在促进扩散过程中：在促进扩散过程中：v 营养物质本身在分子结构上不会发生变化营养物质本身在分子结构上不会发生变化v 不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输v 运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定运输的

4、速率由胞内外该物质的浓度差决定v 需要细胞膜上的载体蛋白（需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶透过酶）参与物质运输）参与物质运输v 被运输的物质有高度的立体专一性被运输的物质有高度的立体专一性v 能提高养料的转运速度，提前达到动态平衡。能提高养料的转运速度，提前达到动态平衡。v载体蛋白的数量表现出饱和效应。载体蛋白的数量表现出饱和效应。 促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。是通过这种方式完成的。加强加强 加强加强3.3.

5、主动运输主动运输在主动运输的过程中在主动运输的过程中v 需要消耗代谢能（需要消耗代谢能（ATPATP）和载体蛋白（渗透酶）参）和载体蛋白（渗透酶）参与，载体蛋白的构型在该过程中发生变化与，载体蛋白的构型在该过程中发生变化v 是逆浓度运输的运输方式是逆浓度运输的运输方式v 对被运输的物质和载体蛋白有高度的立体专一性对被运输的物质和载体蛋白有高度的立体专一性v 能改变养料运输反应的平衡点。能改变养料运输反应的平衡点。v 主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。 不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同的微生物在主动运输过程中所需的能量的来源不同，好氧

6、微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主不同，好氧微生物中直接来自呼吸能，厌氧微生物主要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能。要来自化学能，光合微生物中则主要来自光能。 加强加强nE为非磷酸化酶，当与Na+结合后，在Mg2+存在情况下，ATP水解促使E磷酸化，构相发生变化而转变为E+，与Na+的结合位点朝向膜外，亲和力下降，而与K+的亲和力增加，被K+置换。与K+结合后，位点朝内，E+去磷酸化，释放出K+Mg2+E磷酸化去磷酸化Na+,K+作用的过程E+E结合位点朝膜外结合位点朝膜内加强加强 加强加强Na+,K+-ATP酶系统的实质nNa+,K+-ATP酶系统酶系统是位于细胞膜上的一是位于细胞膜

7、上的一种离子通道蛋白，其作用是通过该蛋白构种离子通道蛋白，其作用是通过该蛋白构象的改变，把细胞内的象的改变，把细胞内的Na+运出细胞，同时将运出细胞，同时将K+运回细胞内，运回细胞内，即实现了即实现了Na+与与K+的置换。的置换。细胞内高浓度细胞内高浓度K+是许多酶的活性和蛋白质是许多酶的活性和蛋白质合成所必须的。合成所必须的。加强加强4.4.基团转位基团转位 基因转位是一种特殊的主动运输基因转位是一种特殊的主动运输, ,与普通的与普通的主动运输相比，主动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了营养物质在运输的过程中发生了化学变化，即实现养料磷酸化化学变化，即实现养料磷酸化。其余特点与主动。其余

8、特点与主动运输相同。运输相同。加强加强5.膜泡运输（胞饮作用）n原生动物吸收营养物质的方式，有胞吞（吞噬：对固体颗粒状食物的捕食）和胞饮（对液体或胶体小滴状食物的捕食）两种类型。n在体内以食物泡的方式逐步消化分解。加强加强 加强加强 第四节 微生物的营养类型n根据微生物对碳源的要求：根据微生物对碳源的要求： 异养型微生物：异养型微生物：以复杂的有机物质作为营养物质以复杂的有机物质作为营养物质, ,而这些复杂有机物自身合成不了，要靠外界供给。而这些复杂有机物自身合成不了，要靠外界供给。 自养型微生物：自养型微生物：以简单的无机物质作为营养物质，以简单的无机物质作为营养物质，自身可以把这些简单无机

9、物合成为有机物。自身可以把这些简单无机物合成为有机物。 n根据生长时能量的来源不同根据生长时能量的来源不同 化能营养型微生物：化能营养型微生物：依靠化合物氧化释放的能量依靠化合物氧化释放的能量进行生长进行生长 光能营养型微生物：光能营养型微生物：依靠光能进行生长依靠光能进行生长n光能自养型微生物：光能自养型微生物：以简单的无机物（如以简单的无机物（如C02或可溶性碳酸盐）或可溶性碳酸盐）作为营养物质，依靠光能作为营养物质，依靠光能进行生长。进行生长。n光能异养型微生物：光能异养型微生物：以小分子有机物以小分子有机物作为营养作为营养物质物质，依靠光能进行生长依靠光能进行生长。n化能自养型微生物：

10、化能自养型微生物：以简单的无机物质（如以简单的无机物质（如C02或可溶性碳酸盐）或可溶性碳酸盐）作为营养物质作为营养物质，依靠依靠化合物氧化释放的能量进行生长化合物氧化释放的能量进行生长。n化能异养型微生物：化能异养型微生物：多数微生物属于化能异多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能量和营养物质通常养型，其生长所需要能量和营养物质通常来自同一种有机物，来自同一种有机物，ATPATP通过氧化磷酸化产通过氧化磷酸化产生。生。第五节第五节 培养基培养基 培养基是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基质。它是进行科学研究，发酵生产微生物制品等的基础 。 配制培养基的原则配制培养基的

11、原则 1. 根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。如自型微生物的培养基完全可以（或应该）由简单的无如自型微生物的培养基完全可以（或应该）由简单的无机物质组成。异养做生物的培养基至少需要含有一种有机物质组成。异养做生物的培养基至少需要含有一种有机物质。机物质。 按微生物的主要类群来说，又有细菌、放线菌、酵按微生物的主要类群来说，又有细菌、放线菌、酵母菌和霉菌之分。它们所需要的培养基成分也不同，例母菌和霉菌之分。它们所需要的培养基成分也不同，例如：牛肉膏蛋白胨培养基，高氏如：牛肉膏蛋白胨培养基，高氏1号合成培养基，麦芽汁号合成培养基，麦芽汁培养基，查氏

12、合成培养基。培养基，查氏合成培养基。 营养物的浓度：营养物的浓度：在一般情况下，浓度合适的营养在一般情况下，浓度合适的营养物质才对微生物表现出良好作用，浓度大时对微生物物质才对微生物表现出良好作用，浓度大时对微生物生长起抑制作用，浓度小时不能满足微生物生长的需生长起抑制作用，浓度小时不能满足微生物生长的需要。要。 各营养成分的比例：各营养成分的比例：培养基中各营养物质之间的培养基中各营养物质之间的浓度比直接影响微生物的生长与繁殖和（或）代谢产浓度比直接影响微生物的生长与繁殖和（或）代谢产物的形成与积累，尤其是物的形成与积累，尤其是碳氮比碳氮比（CN）的影响更）的影响更为明显为明显 （碳氮比一般

13、指培养基中（碳氮比一般指培养基中元素碳与元素氮的比元素碳与元素氮的比值值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白两种成分含量，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白两种成分含量之比）之比） 。例如在微生物的谷氨酸发酵中，培养基的。例如在微生物的谷氨酸发酵中，培养基的C N为为4：l时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；当时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；当CN为为3：1时，菌体繁殖受到抑制，而谷氨酸大量增时，菌体繁殖受到抑制，而谷氨酸大量增加。加。2.注意各种营养物质的浓度与配比注意各种营养物质的浓度与配比 各类微生物生长的最适pH各不相同，细菌与细菌与放线菌生长的放线菌生长的pHpH在在7 77.57.5之间，酵母

14、菌与霉菌生之间，酵母菌与霉菌生长的长的pHpH值在值在5 56.56.5之间。之间。 在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，常会改变培质的利用和代谢产物的形成与积累，常会改变培养基的养基的pHpH值，为了维持培养基值，为了维持培养基pHpH值的相对恒定，值的相对恒定，通常采用下列两种方式：通常采用下列两种方式：内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的 碳酸盐；调节培养基的碳氮比。碳酸盐；调节培养基的碳氮比。外源调节：按实际需要流加酸或碱液。外源调节：按实际需要流加酸或碱液。3.控制

15、培养基的PH值4、控制渗透压、控制渗透压n微生物细胞膜是半通透膜，环境中渗透压微生物细胞膜是半通透膜，环境中渗透压低于细胞原生质的渗透压时，细胞膨胀，低于细胞原生质的渗透压时，细胞膨胀，轻者影响代谢，重者细胞破裂；反之则发轻者影响代谢，重者细胞破裂；反之则发生质壁分离。生质壁分离。n只有在等渗环境中，微生物才能生长良好。只有在等渗环境中，微生物才能生长良好。5、经济节约 配制培养基时，应尽量考虑利用价廉并且易于获得的原料作为培养基的成分，特别是在工业发酵中，培养基用量很大，更应该考虑到这一点，以便降低产品成本。培养基的种类n培养基的营养组成成分分类n按培养基的物理状态分类n按培养基的功能分类

16、合成培养基合成培养基：由化学成分完全了解的物质配制而成的：由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，该类培养基的组成成分精确、重复性强，但微生培养基，该类培养基的组成成分精确、重复性强，但微生物生长较慢，且价格昂贵，故一般适于在实验室范围内他物生长较慢，且价格昂贵，故一般适于在实验室范围内他有关研生物营养需要、代谢、分类鉴定、生物测定以及菌有关研生物营养需要、代谢、分类鉴定、生物测定以及菌种选育、遗传分析等方面的研究工作。种选育、遗传分析等方面的研究工作。 天然培养基：天然培养基：利用化学成分还不清楚或化学成分不恒利用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物质（如蛋白胨、牛肉膏、土壤浸出液

17、、豆定的天然有机物质（如蛋白胨、牛肉膏、土壤浸出液、豆芽汁、玉米粉、教皮、牛奶、血清等）制成的培养基，天芽汁、玉米粉、教皮、牛奶、血清等）制成的培养基，天然培养基比较经济，营养丰富，除实验室经常使用外，更然培养基比较经济，营养丰富，除实验室经常使用外，更适宜于在生产上用来大规模地培养微生物和生产微生物产适宜于在生产上用来大规模地培养微生物和生产微生物产品。品。 半合成培养基：半合成培养基：用部分天然物质作为碳源、氮源或生用部分天然物质作为碳源、氮源或生长辅助物质，再适当补充少量无机盐类配制的培养基。长辅助物质，再适当补充少量无机盐类配制的培养基。1、根据营养成分来源： 22 2、根据物理状态

18、固体培养基：固体培养基：在液体培养基中加入在液体培养基中加入1.5-2.0%1.5-2.0%的凝固剂的凝固剂制成的呈固体状态的培养基。常用于微生物的分离、纯化、制成的呈固体状态的培养基。常用于微生物的分离、纯化、计数等方面的研究。计数等方面的研究。半固体培养基：半固体培养基：在液体培养基中加入在液体培养基中加入0.35-0.40.35-0.4的琼脂的琼脂构成的培养基，使培养基呈半固体状。常用来观察细菌运构成的培养基，使培养基呈半固体状。常用来观察细菌运动的特征，以进行菌种鉴定和噬菌体效价滴定等方面的实动的特征，以进行菌种鉴定和噬菌体效价滴定等方面的实验工作。验工作。 液体培养基：液体培养基：液

19、体培养基不含任何凝固剂，它常用液体培养基不含任何凝固剂，它常用于大规模的工业生产以及在实验室进行微生物生理代谢等于大规模的工业生产以及在实验室进行微生物生理代谢等基本理论的研究工作。基本理论的研究工作。 科研与生产中常用的凝固剂有琼脂、明胶和硅胶三科研与生产中常用的凝固剂有琼脂、明胶和硅胶三种，除在液体培养基中加入凝固剂之外，一些由天然的固种，除在液体培养基中加入凝固剂之外，一些由天然的固体基质制成的培养基也属于固体培养基，如马铃薯、麸皮、体基质制成的培养基也属于固体培养基，如马铃薯、麸皮、米糠等。米糠等。 加富培养基加富培养基：加富培养基是指在普通培养基里加过加富培养基是指在普通培养基里加过血、血清、动物（或植物）组织液或其他营养物质（或血、血清、动物（或植物）组织液或其他营养物质（或生长因子）的一类营养丰富的培养基，用以培养某种或生长因子）的一类营养丰富的培养基，用以培养某种或某类营养要求苛刻的异养微生物，