微生物学：第三章微生物营养与代谢_Part I

1、1第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质The common nutrient requirements第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型 Nutritional types of Microorganisms第三节第三节 培养基培养基 Cultural medium第四节第四节 营养物质进入细胞营养物质进入细胞 Uptake of nutrients by the cell第五节第五节 微生物的产能代谢微生物的产能代谢 Energy generation metabolism of microbes微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|Microorganisms req

2、uire about 10 elements in large quantities, in part because they are used to construct carbohydrates, lipids, proteins, and nucleic acids. Several other elements are needed in very small amount and are parts of enzymes and cofactors.|All microorganisms can be placed in one of a few nutritional categ

3、ories on the bases of their requirements for carbon, energy and hydrogen atoms or electrons.|Nutrient molecules frequently cannot cross selectively permeable plasma membranes through passive diffusion. They must be transported by one of three major mechanisms involving the use of membrane carrier pr

4、oteins.|Pure culture can be obtained through the use of spread plates, streak plates, or pour plates and are required for the careful study of an individual microbial species.微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢&微生物的营养物质微生物的营养物质The common nutrient requirements| 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成| 微生物的营养物质微生物的营养物质 及其生理功能及其生理功能

5、微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成l微生物细胞的化学成分以微生物细胞的化学成分以有有机物和无机物机物和无机物两种状态存在。两种状态存在。有机物有机物包含各种大分子，它包含各种大分子，它们是们是蛋白质、核酸、类脂和蛋白质、核酸、类脂和糖类糖类，占细胞干重的，占细胞干重的99%。无机成分无机成分包括小包括小分子无机物分子无机物和各种离子和各种离子，占细胞干重的，占细胞干重的1%。l微生物细胞的元素构成微生物细胞的元素构成由由C、H、O、N、P、S、K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等组成。等组成。lRead book on page

6、 96. 5.1微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l微生物细胞的化学微生物细胞的化学元素与其营养物质元素与其营养物质微生物生长所需的营养物质微生物生长所需的营养物质应该包含有组成细胞的各种应该包含有组成细胞的各种化学元素，即构成细胞物质化学元素，即构成细胞物质的碳素来源的的碳素来源的碳源物质碳源物质，构，构成细胞物质的氮素来源的成细胞物质的氮素来源的氮氮源物质源物质和一些含有和一些含有K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo元素的元素的无机盐。无机盐。微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|微生物的营养物质及其生理功能微生物的营养物质及其生理

7、功能 Nutrients are substances used in biosynthesis and energy production and therefore are required for microbial growth and reproduction. Microorganisms require about ten elements in large quantities, because they are used to construct carbohydrates, lipids, proteins, and nucleic acids. Several other

8、 elements are needed in very small amounts and are parts of enzymes and cofactors.So, the nutrients can be grouped under two heads, macronutrients and micronutrients (or trace elements).|Macronutrients: Carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, sulfur, phosphorus, potassium, calcium, magnesium, and iron.

9、95% or more of cell dry weight is made up of these major elements.|Micronutrients: Manganese, zinc, cobalt, molybdenum (Mo), nickel, and copper. Most are essential for activity of certain enzymes, usually as cofactors. 微生物生长所需要的营养物质主微生物生长所需要的营养物质主要是以要是以有机物有机物和和无机物无机物的形式的形式提供的，绝大部分是固液态，提供的，绝大部分是固液态，小

10、部分由气体物质供给。小部分由气体物质供给。微生物的营养物质按其在机体中微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分为：的生理作用可区分为：碳源碳源、氮源氮源、无机盐无机盐、生长因子生长因子和和水水五大类。五大类。 They must supply as utilizable compounds all elements that take part in the synthesis of the cell substances.微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢碳碳源源1. 碳源碳源Carbon source|在微生物生长过程中为微生物提在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质称为供碳素

11、来源的物质称为碳源碳源(source of carbon)。 |从简单的从简单的无机含碳化合物无机含碳化合物如如CO2和碳酸盐到各种各样的天然和碳酸盐到各种各样的天然有机有机化合物化合物都可以作为微生物的碳源，都可以作为微生物的碳源，但不同的微生物利用含碳物质具但不同的微生物利用含碳物质具有选择性，利用能力有差异。有选择性，利用能力有差异。微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢碳碳源源|碳源的生理作用碳源的生理作用|碳源物质通过复杂的化学变化来碳源物质通过复杂的化学变化来构成构成微生物自身的细胞物质和代谢产物微生物自身的细胞物质和代谢产物；Carbon is needed for the ske

12、leton or backbone of all organic molecules.|同时多数碳源物质在细胞内生化反应同时多数碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动过程中还能为机体提供维持生命活动的的能量能量;|但有些以但有些以CO2为唯一或主要碳源的微生为唯一或主要碳源的微生物生长所需的物生长所需的能源则不是来自能源则不是来自CO2。表表3.1微生物利用的碳源物质微生物利用的碳源物质种类种类碳源物质碳源物质备注备注糖糖葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半纤维素、甲壳

13、素、木质素等维素、半纤维素、甲壳素、木质素等单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯多糖优于杂多糖。于纤维素，纯多糖优于杂多糖。有机酸有机酸糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等与糖类比效果较差，有机酸较难进入细与糖类比效果较差，有机酸较难进入细胞，进入细胞后会导致胞，进入细胞后会导致pHpH下降。当环境下降。当环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源利用。作为碳源利用。醇醇乙醇乙醇在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌在低浓度条件下

14、被某些酵母菌和醋酸菌利用。利用。脂脂脂肪、磷脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解为甘油和脂肪酸而加以利用。解为甘油和脂肪酸而加以利用。烃烃天然气、石油、石油馏分、石蜡油等天然气、石油、石油馏分、石蜡油等利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用。分乳化后吸收利用。COCO2 2COCO2 2为自养微生物所利用。为自养微生物所利用。autotrophysautotrophys碳酸盐碳酸盐NaHCONaHCO3 3、CaCOCaCO3 3、白垩

15、等、白垩等为自养微生物所利用。为自养微生物所利用。heterotrophsheterotrophs其他其他芳香族化合物、氰化物芳香族化合物、氰化物蛋白质、核酸等蛋白质、核酸等利用这些物质的微生物在环境保护方面利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用。有重要作用。当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作为碳源而降解利用。作为碳源而降解利用。微生物的营养和代谢氮源2. 氮源氮源Nitrogen source|凡是可以被微生物用来构成凡是可以被微生物用来构成细胞物质的或代谢产物中氮细胞物质的或代谢产物中氮素来源的营养物质通称为素来源的营养物质通称为氮氮源源(sour

16、ce of nitrogen)物质。物质。|能被微生物所利用的氮源物能被微生物所利用的氮源物质有蛋白质及其各类降解产质有蛋白质及其各类降解产物、铵盐、硝酸盐、亚硝酸物、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、分子态氮、嘌呤、嘧啶、盐、分子态氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物脲、酰胺、氰化物(见见表表3.2)。微生物的营养和代谢氮源|氮源物质常被微生物用来氮源物质常被微生物用来合成细胞中合成细胞中含氮物质含氮物质，少数情况下可作，少数情况下可作能源物质，能源物质，如某些厌氧微生物在厌氧条件下可利如某些厌氧微生物在厌氧条件下可利用某些氨基酸作为能源。用某些氨基酸作为能源。Nitrogen is needed for

17、 the synthesis of amino acids, purines, pyrimidines, some carbohydrates and lipids, enzyme cofactors, and others.|微生物对氮源的利用具有选择性微生物对氮源的利用具有选择性，如，如玉米浆玉米浆cornsteep liquor相对于豆饼粉，相对于豆饼粉，NH4+相对于相对于NO3-为速效氮源。铵盐作为速效氮源。铵盐作为氮源时会导致培养基为氮源时会导致培养基pH值下降，称值下降，称为为生理酸性盐生理酸性盐；而以硝酸盐作为氮源而以硝酸盐作为氮源时培养基时培养基pH值会升高，称为值会升高，称

18、为生理碱性生理碱性盐盐。表表3.2 微生物利用的氮源物质微生物利用的氮源物质种类种类氮源物质氮源物质备注备注蛋白质蛋白质类类蛋白质及其不蛋白质及其不同程度降解产同程度降解产物物(胨、肽、氨胨、肽、氨基酸等基酸等)大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细菌大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细菌能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质降解利用，能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质降解利用，而多数细菌只能利用相对分子质量较小其降解产而多数细菌只能利用相对分子质量较小其降解产物物氨及铵氨及铵盐盐NH3、(NH4)2SO4等等容易被微生物吸收利用容易被微生物吸收利用硝酸盐硝酸盐KNO3等等容易被微生物吸收利用容

19、易被微生物吸收利用分子氮分子氮N2固氮微生物可利用，但当环境中有化合态氮源时，固氮微生物可利用，但当环境中有化合态氮源时，固氮微生物就失去固氮能力固氮微生物就失去固氮能力其他其他嘌呤、嘧啶、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、脲、胺、酰胺、氰化物氰化物大肠杆菌不能以嘧啶作为唯一氮源，在氮限量的大肠杆菌不能以嘧啶作为唯一氮源，在氮限量的葡萄糖培养基上生长时，可通过诱导作用先合成葡萄糖培养基上生长时，可通过诱导作用先合成分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程度地被微生物作为氮源加以利用度地被微生物作为氮源加以利用微生物的营养和代谢无机盐3. 无机盐无机盐|无机盐

20、无机盐(inorganic salt)是微生是微生物生长必不可少的一类营养物物生长必不可少的一类营养物质，它们在机体中的质，它们在机体中的生理功能生理功能主要是主要是作为酶活性中心的组成作为酶活性中心的组成部分、维持生物大分子和细胞部分、维持生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压平衡、控制细胞的胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质物生长的能源物质等等(表表3.3)。|The elementary composition of cells is divided into the ten macroe

21、lements which are present in all cells, C, H, O, N, P, S, K, Na, Ca, Mg and Iron, and the microelements or trace elements; manganese, molybdenum, zinc, copper, cobalt, nickel, vanadium (钒), boron, chlorine, selenium, silicon, tungsten (钨). 微生物的营养和代谢无机盐|Most of these trace requirements occur as impur

22、ities in the salts of the macroelements and also reach the nutrient media via contamination of glass vessels and dust particles. Special procedures are therefore necessary to demonstrate a requirement for trace elements. |Most elements are provided as salts in nutrient media.微生物的营养和代谢无机盐微生物的营养和代谢无机盐

23、|微生物可利用无机盐类型微生物可利用无机盐类型|微量元素微量元素微量元素微量元素是指那些在微生是指那些在微生物生长过程中起重要作用，物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，通常需要极其微小的元素，通常需要量在量在10-6-10-8mol/L (培养基中培养基中含量含量)。微量元素一般参与酶。微量元素一般参与酶的组成或使酶活化的组成或使酶活化(表表3.4)。 表表3.3 无机盐及其生理功能无机盐及其生理功能元素元素化合物形式化合物形式(常用常用)生理功能生理功能磷磷KH2PO4，K2HPO4核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及ATP

24、等高能分子的成等高能分子的成分，作为缓冲系统调节培养基分，作为缓冲系统调节培养基pH硫硫(NH4)2SO4，MgSO4含硫氨基酸含硫氨基酸(半胱氨酸、甲硫氨酸等半胱氨酸、甲硫氨酸等)、维生素的成、维生素的成分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位镁镁MgSO4己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等活己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等活性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分钙钙CaCl2，Ca(NO3)2某些酶的辅因子，维持酶某些酶的辅因子，维持酶(如蛋白酶如蛋白酶)的稳定性，芽的稳定性，芽孢和某些孢子形成所需，建立细菌感受态

25、所需孢和某些孢子形成所需，建立细菌感受态所需钠钠NaCl细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶的稳定性的稳定性钾钾KH2PO4，K2HPO4某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细菌某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细菌核糖体的稳定因子核糖体的稳定因子铁铁FeSO4细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物质，细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物质，合成叶绿素、白喉毒素所需合成叶绿素、白喉毒素所需表表3.4 微量元素与生理功能微量元素与生理功能元素元素生理功能生理功能锌锌存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸存在于乙醇脱氢酶、乳酸

26、脱氢酶、碱性磷酸酶、醛缩酶、酶、醛缩酶、RNARNA与与DNADNA聚合酶中聚合酶中锰锰存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中钼钼存在于硝酸盐还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶存在于硝酸盐还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶中中硒硒存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中钴钴存在于谷氨酸变位酶中存在于谷氨酸变位酶中铜铜存在于细胞色素氧化酶中存在于细胞色素氧化酶中钨钨存在于甲酸脱氢酶中存在于甲酸脱氢酶中镍镍存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需微生物的营养和代谢生长因子4.生长因子生长因子|生长因子生长因子(growth fact

27、ors)通常指通常指那些微生物生长所必需而且需要那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需或合成量不足以满足机体生长需要的要的有机化合物有机化合物。. Organic compounds required because they are essential cell components or precursors of such components and cannot be synthesized by the organism are called growth factors. 微生物的营养和代谢生长因子|根据根

28、据生长因子生长因子的的化学结构化学结构和和它们在机体中的它们在机体中的生理功能生理功能的的不同，可将不同，可将生长因子生长因子分为分为维维生素生素(vitamin)、氨基酸、氨基酸amino acid与嘌呤与嘌呤purine与嘧与嘧啶啶pyrimidine bases三大类三大类(见见表表3.5)。微生物的营养和代谢生长因子|维生素维生素在机体中所起的作用主要是作在机体中所起的作用主要是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢；为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢；coenzyme. prosthetic group.P99,table 5.3|有些微生物自身缺乏合成某些有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸氨基酸的

29、能力，因此必须在培养基中补充这的能力，因此必须在培养基中补充这些氨基酸或含有这些氨基酸的小肽类些氨基酸或含有这些氨基酸的小肽类物质，微生物才能正常生长；物质，微生物才能正常生长；|嘌呤与嘧啶嘌呤与嘧啶作为生长因子在微生物作为生长因子在微生物机体内的作用主要是作为酶的辅酶或机体内的作用主要是作为酶的辅酶或辅基，以及用来合成核苷、核苷酸和辅基，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。核酸。|How to meet the requirement of growth factors for the bacterial cultivation, practically?表表3.5 维生素及其在代谢中的作用维生

30、素及其在代谢中的作用 化合物化合物代谢中的作用代谢中的作用对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸四氢叶酸的前体，一碳单位转移的辅酶四氢叶酸的前体，一碳单位转移的辅酶生物素生物素催化羧化反应的酶的辅酶催化羧化反应的酶的辅酶辅酶辅酶M甲烷形成中的辅酶甲烷形成中的辅酶叶酸叶酸四氢叶酸包括在一碳单位转移辅酶中四氢叶酸包括在一碳单位转移辅酶中泛酸泛酸辅酶辅酶A的前体的前体硫辛酸硫辛酸丙酮酸脱氢酶复合物的辅基丙酮酸脱氢酶复合物的辅基尼克酸尼克酸NAD、NADP的前体，它们是许多脱氢酶的辅酶的前体，它们是许多脱氢酶的辅酶吡哆素吡哆素(B6)参与氨基酸和酮酶的转化参与氨基酸和酮酶的转化核黄素核黄素(B2)黄素单磷酸黄素单磷

31、酸(FMN)和和FAD的前体，它们是黄素蛋白的辅的前体，它们是黄素蛋白的辅基基钻胺素钻胺素(B12)辅酶辅酶B12包括在重排反应里包括在重排反应里(为谷氨酸变位酶为谷氨酸变位酶)硫胺素硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸脱羧酶、转醛醇酶和转酮醇酶的辅基硫胺素焦磷酸脱羧酶、转醛醇酶和转酮醇酶的辅基维生素维生素K甲基酮类的前体，起电子载体作用甲基酮类的前体，起电子载体作用(如延胡索酸还原酶如延胡索酸还原酶)氧肟酸氧肟酸促进铁的溶解性和向细胞中的转移促进铁的溶解性和向细胞中的转移微生物的营养和代谢|水5. 水水water水是微生物生长所必不可少的。水是微生物生长所必不可少的。水在细胞中的生理功能主要有：水在细

32、胞中的生理功能主要有：|起到起到溶剂与运输介质溶剂与运输介质的作用，营的作用，营养物质的吸收与代谢产物的分泌养物质的吸收与代谢产物的分泌必须以水为介质才能完成；必须以水为介质才能完成；|参与参与细胞内一系列细胞内一系列化学反应化学反应；|维持维持蛋白质、核酸等生物大分子蛋白质、核酸等生物大分子稳定的稳定的天然构象天然构象；微生物的营养和代谢|水|The growth of microorganisms is dependent on the presence of water. |The substances from which microorganisms synthesis their

33、cell material and obtain their energy, the nutrients, are dissolved in water.微生物的营养和代谢|水|因为水的比热高，是热的良好因为水的比热高，是热的良好导体，能有效地吸收代谢过程导体，能有效地吸收代谢过程中产生的热并及时地将热迅速中产生的热并及时地将热迅速散发出体外，从而有效地散发出体外，从而有效地控制控制细胞内温度细胞内温度的变化；的变化；|保持充足的水分是细胞保持充足的水分是细胞维持维持自自身正常形态身正常形态的重要因素；的重要因素；|微生物通过水合作用与脱水作微生物通过水合作用与脱水作用用控制控制由由多亚基组成

34、的结构多亚基组成的结构，如酶、微管、鞭毛及病毒颗粒如酶、微管、鞭毛及病毒颗粒的组装与解离。的组装与解离。微生物的营养和代谢|水|水的有效性水的有效性常以常以水活度值水活度值(water activity, w)表示。表示。水活度值水活度值是指在一定的温度是指在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸气和压力条件下，溶液的蒸气压力与同样条件下纯水蒸气压力与同样条件下纯水蒸气压力之比，即压力之比，即 wPwP0w式式中中Pw代表溶液蒸气压力，代表溶液蒸气压力，P0w代表纯水蒸气压力。代表纯水蒸气压力。微生物的营养和代谢|水纯水纯水 w为为1.00，溶液中，溶液中溶质溶质越越多，多， w越小。越小。微生物一

35、般在微生物一般在 w为为0.60-0.99的的条件下生长，条件下生长， w过低时，微生过低时，微生物生长的迟缓期延长，比生长物生长的迟缓期延长，比生长速率和总生长量减少。速率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适微生物不同，其生长的最适 w不同不同(表表3.6)。一般而言，。一般而言，细菌细菌生长最适生长最适 w较酵母菌和霉菌高，较酵母菌和霉菌高，而嗜盐微生物生长最适而嗜盐微生物生长最适 w则较则较低。低。微生物的营养和代谢|水表表3.6 几类微生物生长最适几类微生物生长最适 w微生物微生物 w一般细菌一般细菌0.91酵母菌酵母菌0.88霉菌霉菌0.80嗜盐细菌嗜盐细菌0.76嗜盐真菌嗜盐真

36、菌0.65嗜高渗酵母嗜高渗酵母0.606. 氧氧oxygen.1.Oxygen is always present in the form of water, as well as in CO2, and many organic substances. However, many organisms are additionally dependent on molecular O2.2.The main function of O2 is to act as terminal electron acceptor in aerobic respiration; and being reduc

37、ed to water.3.Actual incorporation of molecular oxygen into the cell substance occurs only when methane or long-chain and aromatic hydrocarbons serve as carbon sources.4. In their relation to oxygen, there are three groups of organisms can be distinguished.Obligate aerobes can obtain their energy on

38、ly via aerobic respiration and are dependent on O2.Obligate anaerobes can grow only in the absence of oxygen; for these, oxygen is toxic.Facultative anaerobes can grow either in the presence or absence of oxygen. one of them can grow in the presence of O2, aerotolerant, but they cannot utilize O2 an

39、d they obtain energy via fermentation. (LAB)The others, yeast, can switch from respiration in the presence of O2 to fermentation in its absence.Many, probably most, aerobic bacteria are actually microaerophilic. They require oxygen for energy, but they cannot tolerate it at the partial pressure in a

40、ir (0.2 bar) but only at 0.01-0.03 bar.&微生物的营养类型微生物的营养类型Nutritional types of microbesIn addition to the need for carbon, all organisms require sources of energy and electrons for growth to take place. Microbes can be grouped into four nutritional classes based on how they satisfy all these requi

41、rements. 微生物的营养类型l光能无机自养型光能无机自养型(photolithoautotrophy)、l光能有机异养型光能有机异养型(photoorganoheterophy)、l化能无机自养型化能无机自养型(chemolithoautotrophy)l化能有机异养型化能有机异养型(chemoorganoheterotrophy) 微生物的营养类型|There are only two sources of energy available to organisms: (1) light energy,and (2) the energy derived from oxidizing

42、organic or inorganic molecules.Phototrophs use light as their energy source;Chemotrophs obtain energy from the oxidation of chemical compounds (either organic or inorganic).微生物的营养类型|Microbes also have only two sources for electrons.Lithotrophs (rock-eaters) use reduced inorganic substances as their

43、electron source.Organotrophs extract electron from organic compouds.微生物的营养类型|Microbes have two sources of carbon, either organics and inorganics.Microbes using organic carbon as sole carbon source are grouped into heterotrophs.Microbes using inorganic carbon as sole carbon source are grouped into au

44、togrophs.Mixotrophs.微生物的营养类型l光能无机自养型光能无机自养型|光能无机自养型光能无机自养型 也称光能也称光能自养型，这是一类能以自养型，这是一类能以CO2为唯一碳源或主要碳源为唯一碳源或主要碳源并并利利用光能用光能进行生长的的微生物，进行生长的的微生物，它们能它们能以无机物如水、硫化以无机物如水、硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机氢、硫代硫酸钠或其他无机化合物为电子供体，化合物为电子供体，使使CO2固定固定还原成细胞物质，并且还原成细胞物质，并且伴随元素伴随元素氧（硫）的释放氧（硫）的释放。光能作为能量来源。光能作为能量来源。微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|藻类、蓝细

45、菌和光合细菌属于这藻类、蓝细菌和光合细菌属于这一类营养类型。一类营养类型。藻类和蓝细菌藻类和蓝细菌：2 22 22 22 2O OO O C CH H叶叶绿绿素素光光能能O OH HC CO O这与高等植物光合作用是一致的。这与高等植物光合作用是一致的。2 2S SO OH HO O C CH H菌菌绿绿素素光光能能S S2 2H HC CO O2 22 22 22 2这与藻类、蓝细菌和这与藻类、蓝细菌和高等植物是不同的。高等植物是不同的。光合细菌：光合细菌： 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l光能有机异养型光能有机异养型|光能有机营养型光能有机营养型 或称光能或称光能异养型，这类微生物不

46、能以异养型，这类微生物不能以CO2作为唯一碳源或主要碳作为唯一碳源或主要碳源，需源，需以有机物作为供氢体，以有机物作为供氢体，利用光能将利用光能将CO2还原为细胞还原为细胞物质物质。微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|红螺属的一些细菌就是这一营红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表：养类型的代表： O OH HO O C CH HC CO OC CH H2 2C CH H光光合合色色素素光光能能C CO OC CH HO OH H) )2 2( (C CH H2 22 23 33 32 22 23 3光能有机营养型细菌在生长时通光能有机营养型细菌在生长时通常需要常需要外源的生长因子外源的生长

47、因子。 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l化能无机自养型化能无机自养型|化能无机自养型化能无机自养型 或称化或称化能自养型，这类微生物利能自养型，这类微生物利用无机物氧化过程中放出用无机物氧化过程中放出的化学能作为它们生长所的化学能作为它们生长所需的需的能量能量，以，以CO2或碳酸或碳酸盐作为的唯一或主要盐作为的唯一或主要碳源碳源进行生长，利用进行生长，利用电子供体电子供体如氢气、硫化氢、二价铁如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|属于这类微生物的属于这类微生物的类群类群有硫有硫化细菌、硝化细

48、菌、氢细菌化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌等（参见微生物的与铁细菌等（参见微生物的产能方式）。例如氢细菌：产能方式）。例如氢细菌：5 56 6. .7 7千千卡卡O OH HO O2 21 1H H2 22 22 2微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l化能有机异养型化能有机异养型|化能有机营养型化能有机营养型 或称化能或称化能异养营养型，这类微生物生异养营养型，这类微生物生长所需的长所需的能量能量来自有机物氧来自有机物氧化过程放出的化学能，生长化过程放出的化学能，生长所需要的所需要的碳源碳源主要是一些有主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等，也纤维素、有

49、机酸等，也即即化化能有机营养型微生物里的有能有机营养型微生物里的有机物通常既是它们生长的碳机物通常既是它们生长的碳源物质又是能源物质。源物质又是能源物质。微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|大多数微生物属于大多数微生物属于化能有机化能有机营养型营养型：绝大多数的：绝大多数的细菌细菌、全部全部真菌真菌、原生动物原生动物以及以及病病毒毒。|如果化能有机营养型微生物如果化能有机营养型微生物利用的有机物不具有生命活利用的有机物不具有生命活性，则是性，则是腐生型腐生型；若是生活；若是生活在生活细胞内从寄生体内获在生活细胞内从寄生体内获得营养物质，则是得营养物质，则是寄生型寄生型。|微生物营养类型划分微

50、生物营养类型划分表表3.7微生物营养类型微生物营养类型()划分划分依据依据营养类型营养类型特点特点碳源碳源自养型自养型(autotrophs)以以CO2为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源异养型异养型(heterotrophs)以有机物为碳源以有机物为碳源能源能源光能营养型光能营养型(phototrophs)以光为能源以光为能源化能营养型化能营养型(chemotrophs)以有机物氧化释放的化学能以有机物氧化释放的化学能为能源为能源电子电子供体供体无机营养型无机营养型(lithotrophs)以还原性无机物为电子供体以还原性无机物为电子供体有机营养型有机营养型(organotrophs)以有机物为

51、电子供体以有机物为电子供体表表3.8 微生物的营养类型微生物的营养类型()营养类型营养类型电子供体电子供体碳源碳源能源能源代表类群代表类群光能无机自养型光能无机自养型H2、H2S、S、或、或H2OCO2光能光能着色细菌、蓝细菌、着色细菌、蓝细菌、藻类藻类光能有机异养型光能有机异养型有机物有机物有机物有机物光能光能红螺细菌红螺细菌化能无机自养型化能无机自养型H2、H2S、Fe2+、NH3、或或NO-2CO2化学能化学能(无机物氧化无机物氧化)氢细菌、硫杆菌、氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌属亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝、硝化杆菌属化杆菌属(Nitrobacter)、甲烷、甲烷杆菌属

52、杆菌属(Methanobacterium)、醋酸杆菌属醋酸杆菌属(Acetobacter)化能有机异养型化能有机异养型有机物有机物有机物有机物化学能化学能(有机物氧化有机物氧化)假单胞菌属、芽孢杆假单胞菌属、芽孢杆菌属、乳酸菌属、真菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物菌、原生动物微生物的营养和代谢培养基&培养基培养基 Culture Media|什么是培养基什么是培养基 |配制培养基的原则配制培养基的原则 |培养基的类型以及应用培养基的类型以及应用 |培养基制备与准备工作培养基制备与准备工作微生物的营养和代谢培养基l什么是培养基什么是培养基? l培养基培养基是人工配制的，适合微生是人工配制的

53、，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的物生长繁殖或产生代谢产物的营营养基质养基质。A culture medium is a solid or liquid preparation used to grow, transport, and store microorganisms, which contains all the nutrients the microbes required. 无论是以微生物为材料的研究，还无论是以微生物为材料的研究，还是利用微生物生产生物制品，都是利用微生物生产生物制品，都必须进行培养基的配制，它是必须进行培养基的配制，它是微微生物学研究和微生物发酵生产的生物学

54、研究和微生物发酵生产的基础。基础。 微生物的营养和代谢培养基l培养基中培养基中应含应含满足微生物生满足微生物生长发育的：水分、碳源、氮长发育的：水分、碳源、氮源、生长因子以及基本的离源、生长因子以及基本的离子，磷、硫、钠、钙、镁、子，磷、硫、钠、钙、镁、钾和铁及各种微量元素。钾和铁及各种微量元素。l此外，培养基还应具有适宜此外，培养基还应具有适宜的的酸碱度酸碱度(pH值值)和和一定缓冲一定缓冲能力能力及及一定的氧化还原电位一定的氧化还原电位和和合适的渗透压合适的渗透压。微生物的营养和代谢培养基l配制培养基的原则配制培养基的原则 l选择适宜的营养物质选择适宜的营养物质l营养物质浓度及配比合适营养

55、物质浓度及配比合适l控制控制pH条件条件l控制氧化还原电位控制氧化还原电位(redoxpotential)l原料选择原料选择l灭菌处理灭菌处理l消泡消泡(NH4)2SO4MgSO47H2O FeSO4KH2PO4CaCl2SH2OpH灭菌条件灭菌条件0.40.5 0.0140.251010007.0 121,20minl按成分不同划分按成分不同划分 |天然培养基天然培养基(complex medium) 这类培养基含这类培养基含有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物，也称有机物，也称非化学限定培养基非化学限定培养基(chemically unde

56、fined medium)。edia that contain some ingredients of unknown chemical composition are complex media.Yeast extracts, peptone, beef extracts. For economic reasons, media are often made up with complex substances such as molasses, cornsteep liquor, soybean extract, whey, etc. which are cheap, industrial

57、 by-products, rather than from pure chemicals.Nutrient brothAmount g/lTryptic soy brothAmount g/lPeptone5Tryptone17Beef extract5Peptone3NaCl2.5Glucose2.5NaCl5Dipotassium Phosphate2.5|合成培养基是由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基。Medium for Escherichia coliAmount (g/l)Glucose1.0Na2HPO416.4(NH4)2SO42.0MgSO4.7H

58、2O200.0mgCaCl210.0mgFeSO4.7H2O0.5mgFinal pH 6.8-7.0微生物的营养和代谢培养基l根据物理状态划分根据物理状态划分| 根据培养基中凝固剂根据培养基中凝固剂solidifying agents 的有无及含的有无及含量的多少，可将培养基划分量的多少，可将培养基划分为为固体培养基固体培养基、半固体培养半固体培养基基和和液体培养基液体培养基三种类型。三种类型。 微生物的营养和代谢培养基|理想的凝固剂理想的凝固剂应具备以下条件应具备以下条件不被所培养的微生物分解利用；不被所培养的微生物分解利用；在微生物生长的温度范围内保持在微生物生长的温度范围内保持固体状态

59、，在培养嗜热细菌时，固体状态，在培养嗜热细菌时，由于高温容易引起培养基液化，由于高温容易引起培养基液化，通常在培养基中适当增加凝固剂通常在培养基中适当增加凝固剂来解决这一问题；来解决这一问题；微生物的营养和代谢培养基|理想的凝固剂理想的凝固剂应具备以下条件应具备以下条件凝固剂凝固点温度不能太低，否凝固剂凝固点温度不能太低，否则将不利于微生物的生长；则将不利于微生物的生长；凝固剂对所培养的微生物无毒害凝固剂对所培养的微生物无毒害作用；作用；凝固剂在灭菌过程中不会被破坏；凝固剂在灭菌过程中不会被破坏；透明度好，粘着力强；透明度好，粘着力强；配制方便且价格低廉。配制方便且价格低廉。|常用的凝固剂有琼

60、脂常用的凝固剂有琼脂(agar)、明胶、明胶(gelatain)和硅胶和硅胶(silica gel)。表。表3.9列出列出琼脂琼脂和和明胶明胶的一些主要特征。的一些主要特征。表表3.9 琼脂与明胶主要特征比较琼脂与明胶主要特征比较内容内容琼脂琼脂明胶明胶常用浓度常用浓度(%)1.52512熔点熔点()9625凝固点凝固点()4020pH微酸微酸酸性酸性灰分灰分(%)161415氧化钙氧化钙(%)1.150氧化镁氧化镁(%)0.770氮氮(%)0.418.3微生物利用能力微生物利用能力 绝大多数微生物不能利用绝大多数微生物不能利用许多微生物能利用许多微生物能利用微生物的营养和代谢培养基l按用途划分按用途划分|基础培养基基础培