微生物的营养和培养基

1、第四章第四章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基通过本章的学习，要求掌握：通过本章的学习，要求掌握：1 1、微生物所需要的营养物质。、微生物所需要的营养物质。2 2、微生物的四种营养类型。、微生物的四种营养类型。3 3、微生物吸收营养物质的方式。、微生物吸收营养物质的方式。4 4、培养基、培养基重点：重点：微生物的营养类型，微生物通过渗透作微生物的营养类型，微生物通过渗透作用吸收营养物质的几种方式，培养基用吸收营养物质的几种方式，培养基难点：难点：培养基的种类培养基的种类微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 无机物：无机物： 小分子物质：小分子物质：H H2 2O O、COCO2 2

2、、O O2 2 各种离子：各种离子：K+K+、FeFe2 2+ +、MgMg2 2+ +、SOSO4 42 2- -、 PO PO4 43 3- - 有机物：有机物：蛋白质、肽、氨基酸蛋白质、肽、氨基酸 核酸、核苷酸核酸、核苷酸 类脂类脂 多糖、寡糖、单糖多糖、寡糖、单糖 维生素维生素第一节第一节 微生物所需营养物质微生物所需营养物质 自然界中许多物质可以被不同的微生物自然界中许多物质可以被不同的微生物利用。根据其性质和作用可将微生物的营养利用。根据其性质和作用可将微生物的营养分为：分为： 碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水和水 一、一、碳源碳源及其功能及

3、其功能 微生物细胞中碳素含量最为稳定，微生物细胞中碳素含量最为稳定，占细胞干重的占细胞干重的5050% % 。碳素营养物质碳素营养物质包括：包括： 无机碳化物无机碳化物: : CO CO2 2或碳酸盐或碳酸盐 有机碳化物：有机碳化物： 糖类：单糖糖类：单糖, ,双糖双糖, ,寡糖寡糖, ,多糖多糖 醇类：乙醇醇类：乙醇 有机酸：甲酸、乙酸有机酸：甲酸、乙酸 脂类：脂类： 各种农副产品，甚至有些微生物可以各种农副产品，甚至有些微生物可以利用石蜡、酚、氰化物及塑料等高度不利用石蜡、酚、氰化物及塑料等高度不活跃的碳氢化合物和有毒物质。这些在活跃的碳氢化合物和有毒物质。这些在环境保护上有重要意义。环境

4、保护上有重要意义。 霉菌和诺卡氏菌可以降解氰化物；霉菌和诺卡氏菌可以降解氰化物； 假丝酵母可以降解塑料；假丝酵母可以降解塑料； 假单胞菌可以降解酚类化合物。假单胞菌可以降解酚类化合物。 目前在微生物分类中已利用了目前在微生物分类中已利用了148148种种碳素化合物进行菌种鉴定。碳素化合物进行菌种鉴定。 碳素的功能碳素的功能: : 组成有机分子的组成有机分子的C C架架, ,为细胞提供能量为细胞提供能量。二、氮源及其功能二、氮源及其功能 细菌，酵母细胞中的含细菌，酵母细胞中的含 N N 量约占细胞干重量约占细胞干重的的 7%-13% 7%-13%；霉菌细胞中的含；霉菌细胞中的含N N量约占细胞干

5、量约占细胞干重的重的 5% 5% 左右。左右。 N N 源物质主要有：源物质主要有： 分子氮：分子氮：N N2 2固固N N微生物的微生物的N N源源 无机氮化物：铵盐（无机氮化物：铵盐（NHNH3 3） 硝酸盐（硝酸盐（NONO3 3） 有机氮化物：牛肉膏、蛋白胨、尿素、酪有机氮化物：牛肉膏、蛋白胨、尿素、酪素、玉米浆、豆饼等。素、玉米浆、豆饼等。 N N 素营养的功能：组成有机分子。素营养的功能：组成有机分子。 三、能源 能源谱化学物质有机物（化能异养微生物的能源）无机物（化能自养微生物的能源）辐射能（光能营养型微生物的能源）三、矿质营养物质三、矿质营养物质 大量元素：大量元素： P P、

6、S S、K K、MgMg、CaCa、Na Na 分别参与细胞结构、能量转移、物分别参与细胞结构、能量转移、物 质代谢、调节细胞原生质的胶体状态、质代谢、调节细胞原生质的胶体状态、 调节渗透压、调节渗透压、pH pH 和和 EhEh等功能。等功能。 微量元素：需要量为微量元素：需要量为0.10.1mg/Lmg/L或更或更少少. . 包括包括FeFe、B B、 CuCu、MnMn、ZnZn、MoMo、CoCo、SeSe等。等。 多是辅酶、辅基的成分或酶的多是辅酶、辅基的成分或酶的激活剂。激活剂。 四、生长因子四、生长因子 是一类需要量少，但却能促进微生物生长是一类需要量少，但却能促进微生物生长的有

7、机化合物的总称，主要有维生素、氨基的有机化合物的总称，主要有维生素、氨基酸、核苷。酸、核苷。维生素的功能维生素的功能： B B1 1（硫胺素）：脱羧酶、转醛酶、转酮酶硫胺素）：脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基。的辅基。 B B2 2（核黄素）：黄素蛋白的辅基，核黄素）：黄素蛋白的辅基，FMNFMN、FAD FAD 的前体。的前体。 烟酸：烟酸：NAD NAD 和和 NADP NADP 的前体，脱氢酶的辅的前体，脱氢酶的辅酶。酶。 对氨基苯甲酸：叶酸的前体。对氨基苯甲酸：叶酸的前体。 B B6 6（吡哆醇）：转氨酶与脱羧酶的辅基。吡哆醇）：转氨酶与脱羧酶的辅基。 泛酸：泛酸：CoACoA 的前体。的

8、前体。 叶酸：四氢叶酸与核酸合成有关。叶酸：四氢叶酸与核酸合成有关。 B B1212：钴酰胺辅酶。钴酰胺辅酶。 硫辛酸：催化丙酮酸和硫辛酸：催化丙酮酸和-酮戊二酸氧化酮戊二酸氧化脱羧。脱羧。 维生素维生素E E：起递氢体作用。起递氢体作用。 维生素维生素K K：在氧化磷酸化中起作用。在氧化磷酸化中起作用。 营养缺陷型营养缺陷型 缺少合成生长因素能力的微生物称为营养缺少合成生长因素能力的微生物称为营养缺陷型微生物。缺陷型微生物。 在同一种微生物中会有不同的营养缺陷型，在同一种微生物中会有不同的营养缺陷型，如缺少合成氨基酸能力的微生物称为氨基酸如缺少合成氨基酸能力的微生物称为氨基酸缺陷型；缺少合成

9、维生素能力的微生物称为缺陷型；缺少合成维生素能力的微生物称为维生素缺陷型；缺少合成碱基能力的微生物维生素缺陷型；缺少合成碱基能力的微生物称为嘧啶或者嘌呤缺陷型。称为嘧啶或者嘌呤缺陷型。 自然界中的微生物如不缺少合成生长因素自然界中的微生物如不缺少合成生长因素的能力通常称为野生型或原养型的能力通常称为野生型或原养型。野生型的。野生型的菌株可以人工诱变使之突变而成为缺陷型菌菌株可以人工诱变使之突变而成为缺陷型菌株。株。 利用营养缺陷型定量分析各种微生物生长利用营养缺陷型定量分析各种微生物生长因素的方法称为微生物分析法。因素的方法称为微生物分析法。 五、水份五、水份 微生物细胞的含水量约占细胞鲜重的

10、微生物细胞的含水量约占细胞鲜重的 70 7090%90%。 水对微生物的生理作用：水对微生物的生理作用： 是细胞的重要组成成分，细胞中大部分是水；是细胞的重要组成成分，细胞中大部分是水； 是生化反应的介质，细胞中的生理生化反应均是生化反应的介质，细胞中的生理生化反应均在水中进行；在水中进行； 是营养物质和代谢产物的良好溶剂；是营养物质和代谢产物的良好溶剂； 水的比热高，热的传导性好，能有效地吸收代水的比热高，热的传导性好，能有效地吸收代谢过程中放出的热，并将吸收的热散发出去，谢过程中放出的热，并将吸收的热散发出去，避免导致细胞内温度陡然升高；避免导致细胞内温度陡然升高； 维持细胞的膨压。维持细

11、胞的膨压。 水的活度：水的活度： 水的活度是指在相同的温度和压力下，溶水的活度是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水的蒸汽压之比，即：液中水的蒸汽压和纯水的蒸汽压之比，即： A Aw w = = （P P溶液溶液）（）（P P纯水纯水） 纯水的纯水的 A Aw w = 1= 1，当水中有溶质时，水的活度当水中有溶质时，水的活度变小。变小。 一般来说：一般来说：细菌的细菌的 A Aw w 值值 霉菌霉菌 盐细菌盐细菌 耐旱真菌耐旱真菌 微生物生长需要的水的活度在微生物生长需要的水的活度在 0.63 0.630.990.99。当环境中的。当环境中的 A Aw w值低于微生物生长需要值低于

12、微生物生长需要时，微生物的生长受阻，甚至停止生长。时，微生物的生长受阻，甚至停止生长。 第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型自然界生物的营养类型包括：自然界生物的营养类型包括： 异养型：以复杂的有机物作为营养物质，异养型：以复杂的有机物作为营养物质，动物属此。动物属此。 自养型：以简单的无机物作为营养物质，自养型：以简单的无机物作为营养物质，植物属此。植物属此。微生物兼有上面两种类型。微生物兼有上面两种类型。 据微生物获取能源、碳源以及供氢体或电据微生物获取能源、碳源以及供氢体或电子供体的不同，分为四种营养类型：子供体的不同，分为四种营养类型： 营养类型营养类型 能源能源 碳源碳源

13、氢或电子供体氢或电子供体光能无机营养型光能无机营养型 光能光能 COCO2 2 水或还原态无机物水或还原态无机物光能有机营养型光能有机营养型 光能光能 COCO2 2 + + 有机物有机物化能无机营养型化能无机营养型 化学能化学能 COCO2 2 还原态无机物还原态无机物化能有机营养型化能有机营养型 化学能化学能 有机物有机物 有机物有机物Algae, CyanobacteriaCO2 + H2O Light + Chlorophyll （CH2O） +O2Purple and green bacteriaCO2 + 2H2S Light + bacteriochlorophyll （CH2O

14、） + H2O + 2Sw光合细菌属此营养类型，光合细菌属此营养类型， w能源：光能能源：光能 w碳源：碳源：COCO2 2 产氧光合作用产氧光合作用不产氧光合作用不产氧光合作用 这类微生物具有光合色素，能利用光能，以这类微生物具有光合色素，能利用光能，以有机物作供有机物作供H H体还原体还原 COCO2 2为细胞有机物，这种类为细胞有机物，这种类型的微生物往往要求供给外源的生长因素。型的微生物往往要求供给外源的生长因素。红螺菌红螺菌( (RhodospirillumRhodospirillum) )属这种营养类型属这种营养类型。 CH3 光能光能 CH3 CO2+2CH3 CHOH （CH2

15、O）n +2C=0+H2O CH3 甲基乙醇（异丙醇）甲基乙醇（异丙醇） 丙酮丙酮（供（供H体）体） 这种营养类型的微生物在污水净化中有重要意这种营养类型的微生物在污水净化中有重要意义，污水中的有机物可以作为供义，污水中的有机物可以作为供H H体被降解，体被降解，同时又可还原同时又可还原COCO2 2为菌体有机物，获得菌体蛋白。为菌体有机物，获得菌体蛋白。三、化能无机营养型三、化能无机营养型 通过氧化无机物获取能量，并以通过氧化无机物获取能量，并以 COCO2 2为唯一或主为唯一或主要碳源的微生物。要碳源的微生物。 能量：来自无机物的氧化能量：来自无机物的氧化 碳源：碳源：COCO2 2 硝化

16、细菌从无机物的氧化获得能量还原硝化细菌从无机物的氧化获得能量还原COCO2 2为细胞为细胞有机物。有机物。 硝化细菌分为两大群；硝化细菌分为两大群； 亚硝化细菌群：在将铵盐氧化为亚硝酸的过程中亚硝化细菌群：在将铵盐氧化为亚硝酸的过程中获得能量。获得能量。2 2NHNH4 4+ +3O+3O2 2 2NO2NO2 2+2H+2H2 2O+4HO+4H+ + +能量能量 硝化细菌群：在在将亚硝酸进一步氧化为硝酸的硝化细菌群：在在将亚硝酸进一步氧化为硝酸的过程中获得能量。过程中获得能量。NONO2 2+1/2O+1/2O2 2 NO NO3 3- - + +能量能量硫化细菌硫化细菌种类：硫杆菌属种类

17、：硫杆菌属( (ThiobacillusThiobacillus) )氧化氧化H H2 2S S，获取能量，固定获取能量，固定COCO2 2合成有机物合成有机物 H H2 2S+OS+O2 2 H H2 2O+S+O+S+能量能量铁细菌铁细菌种类：铁杆菌属种类：铁杆菌属( (FeerobacillusFeerobacillus) )将将FeFe2+ 2+ 氧化为氧化为FeFe3+ 3+ 获得能量同化获得能量同化COCO2 2。 2 2FeFe2+2+ 1/20+ 1/202 2+2H+2H+ + 2 2FeFe3+3+H+H2 20 + 0 + 能量能量四、化能有机营养型四、化能有机营养型 从

18、有机物的氧化获得能量还原有机物为细胞物从有机物的氧化获得能量还原有机物为细胞物质，绝大多数细菌、所有真菌、原生动物及病毒均质，绝大多数细菌、所有真菌、原生动物及病毒均属此营养类型。属此营养类型。 能量：来自有机物的氧化。能量：来自有机物的氧化。 碳源：有机物。碳源：有机物。 葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸+ +能量能量 乳酸乳酸 按营养来源可分为按营养来源可分为: : 腐生型：微生物靠死的有机物为生。腐生型：微生物靠死的有机物为生。 寄生型：微生物靠从寄主细胞获得能量或者在寄生型：微生物靠从寄主细胞获得能量或者在寄主细胞内进行复制。如衣原体和病毒属此。寄主细胞内进行复制。如衣原体和病毒属此。 第三

19、节第三节 微生物对营养物质的吸收微生物对营养物质的吸收 细胞膜是隔离细胞内外的主要屏障，养料细胞膜是隔离细胞内外的主要屏障，养料通过细胞膜进入细胞的过程称膜运输：通过细胞膜进入细胞的过程称膜运输：一、单纯扩散（也称自由扩散、被动运送）一、单纯扩散（也称自由扩散、被动运送） 单纯扩散不需要膜上载体蛋白参与，不消单纯扩散不需要膜上载体蛋白参与，不消耗能量。耗能量。被运输物被运输物质由高浓质由高浓度向低浓度向低浓度运输。度运输。二、协助扩散二、协助扩散 细胞质膜上的载体蛋白与养料进行可逆细胞质膜上的载体蛋白与养料进行可逆性结合，从而协助养料运输的方式。性结合，从而协助养料运输的方式。特点：特点：载体

20、蛋白与养料载体蛋白与养料专性结合；专性结合；运输速度比单纯运输速度比单纯扩散快；扩散快；养料运输方向是养料运输方向是从高浓度向低浓度从高浓度向低浓度方向扩散方向扩散不需消耗能量。不需消耗能量。 三、主动运送三、主动运送 膜上载体蛋白与养料结合后，可以逆膜上载体蛋白与养料结合后，可以逆浓度梯度运输养料的方式。浓度梯度运输养料的方式。特点特点运输方向可以逆运输方向可以逆浓度梯度进行；浓度梯度进行；运输过程要消耗运输过程要消耗能量。能量。是微生物获取营养是微生物获取营养的主要方式的主要方式Na+/K+泵泵(Na+/K+ pump， Na+/K+ ATPase)的结构、作用原理的结构、作用原理 运输机

21、制运输机制 Na+/K+ ATPase运输分为六运输分为六个过程。每水解一个个过程。每水解一个ATP， 运出运出3个个Na+ ， 输入输入2个个K+ 。Na+ /K+泵工作的结果，使细泵工作的结果，使细胞内的胞内的Na+浓度比细胞外低浓度比细胞外低10-30倍，而细胞倍，而细胞内的内的K+浓度比细胞外高浓度比细胞外高10-30倍。倍。 四、基团转位四、基团转位: 基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。基团转位也称磷酸转移酶系统（运输

22、。基团转位也称磷酸转移酶系统（PTS）。）。PTS通常由通常由5种蛋白质组成，包括酶种蛋白质组成，包括酶、酶、酶（包括（包括a、b和和c三个亚基）三个亚基）和一种低相对分子质量的热稳定蛋白质（和一种低相对分子质量的热稳定蛋白质（HPr）。）。磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸酶IHpr酶A酶B酶C糖磷酸糖细胞膜膜内膜外原生动物对营养物质的吸收原生动物对营养物质的吸收-膜泡运输膜泡运输 培养基培养基( (Culture media)Culture media)：由人工配制供给微由人工配制供给微生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养基生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养基质叫做培养基。质叫

23、做培养基。 配制培养基的原则配制培养基的原则: : 目的明确目的明确 营养协调营养协调 条件适宜条件适宜 经济节约经济节约 1、按培养基的成分划分：、按培养基的成分划分： 天然培养基天然培养基 由化学成分不完全清楚的天然物质配制而成的培由化学成分不完全清楚的天然物质配制而成的培养基。养基。如培养细菌的牛肉膏蛋白胨培养基。如培养细菌的牛肉膏蛋白胨培养基。用于用于一般实验或工业发酵。一般实验或工业发酵。 合成培养基：合成培养基： 由化学成分已知的化合物配制而成的培养基由化学成分已知的化合物配制而成的培养基。如如培养放线菌的高氏一号合成培养基。培养放线菌的高氏一号合成培养基。一般用于要一般用于要求较高的科研工作中。求较高的科研工作中。 半合成培养基：半合成培养基： 由化学成分不详和化学成分已知的化合物混合配由化学成分不详和化学成分已知的化合物混合配成的培养基成的培养基。如用来培养真菌的马铃薯蔗糖培养如用来培养真菌的马铃薯蔗糖培养基。基。2、按物理状态分、按物理状态分固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基半固体培养基半固体培养基脱水培养基脱水培养基可逆固化培养基可逆固化培养基 加入加入1.52的琼脂的琼脂 或加入或