第三章微生物营养与代谢-精品课件

1、第三章 微生物营养与代谢第一节 微生物营养物质和营养类型第二节 微生物营养物质的吸收机制第三节 培养基第四节 微生物代谢第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养微生物吸收必要的物质以获得能量合成细胞物质的过程。微生物吸取生长所需的各种物质并进行代谢生长的过程。（教材P13）微生物代谢微生物体内发生化学反应的总和。第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能水微生物营养物质碳素化合物氮素化合物矿质元素生长因子第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物(碳源)： 微生物细胞含碳量：细胞干重的50%。 第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及

2、其功能1、碳素化合物(碳源)：微生物细胞中碳素的功能：（2）大多数微生物的能源物质（1）构成微生物体有机分子的骨架第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物(碳源)：甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、酒糟、造纸厂亚硫酸液CO2有机物葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉有机酸、醇类、脂类微生物可以利用的碳源种类第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物(碳源)：甲烷氧化菌：甲烷、甲醇根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？不同的微生物利用碳素的情况洋葱假单胞菌：九十多种碳素化合物纤维素分解菌（部分）：只利用纤维素第一节 微生

3、物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能2、氮素化合物（氮源）分子氮 N2（固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、蓝细菌）无机氮 NH4、NO3、NO2（多数微生物）有机氮 蛋白质、多肽、氨基酸（多数微生物） 牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母高、玉米浆、饼粕微生物可利用的氮素化合物：氮素化合物的功能：构成细胞物质，少数微生物的能源物质。第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能3、矿质元素(无机盐) 为机体提供了必要的金属元素等 P、S、Fe、Mg、K、Ca (大量元素)Mn、Cu、Zn、Mo （微量元素）第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能3、矿质元素(

4、无机盐)主要功能： （教材P14）第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能4、生长因子 生长因子是指微生物生长必需的但本身不能合成，需要从外界吸收的且需要量又很小的有机物质。第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能4、生长因子 生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶生长因子分类：氨基酸 核 苷 维生素第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能4、生长因子有关生长因子的注意点：（1）不同的微生物，它们生长所需要的生长因子各不相同克氏杆菌 生物素、对氨基苯甲酸肠膜明串珠菌 十七种氨基酸第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能4、生长因

5、子（2）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化鲁毛霉： 厌氧条件下：需维生素B与生物素 好氧条件下：无需生长因子第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能4、生长因子（3）生长因子未知微生物的培养酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液加入天然成分第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能5、水分 微生物水分含量：营养细胞90%，孢子40%。第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能5、水分 水分在微生物生长代谢中的功能： （教材P13-14）a. 机体内生理生化反应的基础b. 溶剂与运输介质c. 细胞内温度的缓冲剂作用第一节 微生物营养物

6、质和营养类型一、微生物营养物质及其功能5、水分水的活度（Aw） ：一定温度和压力条件下，溶液中水的蒸汽压力与同样条件(T、P)下纯水蒸汽压力之比。溶液充分稀释时 aw=Pw/P0w=n1/（n2+n1） (n1为溶剂的摩尔数，n2为溶质摩尔数)定义公式是： aw=Pw/P0w Pw:溶液中水的蒸汽压；P 0 w:纯水的蒸汽压第一节 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能5、水分微生物最适水的活度值细 菌：0.93 0.99酵母菌：0.880.91霉 菌：0.80 左右 从营养的角度分 异养型生物 自养型生物 所需要营养物质 有机物 无机物 生物种类 动物 植物第一节 微生物营养物质

7、和营养类型二、微生物的营养类型微生物属于哪类生物，自养还是异养？微生物营养型自养型异养型能 源碳 源CO2有机化合物光能型化能型光 能化学能光能自养型化能自养型光能异养型化能异养型 第一节 微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型 1、光能自养型（光能无机营养型） 能够利用光能并以CO2作为唯一或主要碳源进行生长的微生物。念珠蓝细菌基本特点：B、供氢体：还原性无机物，还原CO2A、光合色素（叶绿素、细菌叶绿素）实例：光叶绿素H2OCO2 (CH2O)+O2（蓝细菌）光菌绿素2H2S+CO2 (CH2O)+H2O+2S（绿硫细菌和紫硫细菌） 第一节 微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类

8、型 1、光能自养型（光能无机营养型）第一节 微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型2、光能异养型(光能有机营养型） 利用光能并以有机化合物作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。紫色非硫细菌基本特点：b.供氢体：有机物，还原CO2或有机物形成细胞物质a.光合色素，光合作用第一节 微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型2、光能异养型(光能有机营养型）光能异养型微生物在C源利用上的特殊性： 以有机质作为主要C源， 能利用CO2，但它不是唯一碳源。光能 细菌叶绿（红螺菌） CH3 CO2+2CHOH CH2O+2CH3COCH3+H2O CH3典型实例：第一节 微生物营养物质和营养类型二

9、、微生物的营养类型3、化能自养型(化能无机营养型） 利用无机化合物氧化时释放的能量作为能源，利用CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。产甲烷细菌典型实例： 硫化细菌、硝化细菌(亚硝酸菌和硝酸菌)、产甲烷菌、铁细菌 H2S、 NO2、 H2、 Fe2+基本特点： a. 能源：无机物氧化 b. 供氢体：无机物，还原CO2第一节 微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型4、化能异养型（化能有机营养型） 以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量作为能源而生长的一类微生物。苏云金杆菌基本特点： a. 能源：有机物氧化 b. 碳源：有机物第一节 微生物营养物质和营养类型二

10、、微生物的营养类型4、化能异养型（化能有机营养型）化能异养型微生物的分类：（生活场所、获取养料方式）兼性寄主菌：既营寄生又营腐生生活的。(结核杆菌)寄生菌：只能在活寄主体吸收营养物生活的。腐生菌：利用无生命的有机物作为营养物质。第一节 微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型 小 结1、微生物营养型划分的依据是什么？碳源能源2、微生物营养划分的相对性 同一微生物在不同培养条件下生长时，它们的营养型可能发生变化。微生物 提供的环境条件 能源利用情况 营养型氢单胞菌 单纯的无机物环境 利用氢的氧化获得能量， 自养生活 将CO2还原成细胞物质 提供有机物 利用有机物获得能量 异养生活红螺菌： 光

11、 照 利用光能作能源 光能异养 暗处理 利用有机物氧化产能 化能异养第二节 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1、第一因素：细胞膜 细胞膜选择性透膜 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 pH值、温度3、第三因素：被吸收物质的特性。 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)第二节 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 是否消耗能量 是否需要载体 是否发生被吸收物的化学变化 。单纯扩散促进扩散主动运输基团转位根据微生物对物质的吸收过程：第二节 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1、单纯

12、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胞内扩散的过程。SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外 胞膜 胞内SSS第二节 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1、单纯扩散（称被动扩散）单纯扩散的特点：c. 运输动力a. 非特异性的b. 吸收过程不发生化学变化第二节 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1、单纯扩散（称被动扩散） 营养物质单纯扩散能力的影响因素：a. 吸收营养物质的分子大小b. 溶解性(脂溶性或水溶性)c. 极性大小d. 膜外pHe. 温度。第二节 微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营

13、养物质的吸收方式SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内2、促进扩散 以细胞内外的浓度梯度为动力，在载体物质参与下，物质从浓度高的胞外向浓度低的胞内扩散。（真核微生物）T S T S T第二节 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2、促进扩散 与单纯扩散的相同点：c.无需代谢能。a.被动的扩散。b.无化学变化。第二节 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2、促进扩散促进扩散独有的特点： 载体使营养物质的扩散加快，它会影响该营养物质在膜内外建立浓度的动态平衡状态吗？ a. 载体的专一性 b. 运输速率提高第二节 微生物营养物质的吸收机制二、微

14、生物对营养物质的吸收方式3、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。SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内T S T S T第二节 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3、主动运输主动运输同促进扩散的共同点： a. 载体b. 载体构型的变化。第二节 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3、主动运输主动运输与促进扩散的不同点：a. 动力b. 载体构型变化原理第二节 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4、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胞内，并发生化学变化

15、。（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第二节 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4、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第二节 微生物营养物质的吸收机制三、几种主要营养物质的吸收1、糖： 促进扩散、基团转位、主动运输。2、肽与氨基酸： 主动运输（主要方式）、促进扩散（次要方式）3、离子： 主动运输第三节 培养基培养基: (教材) 是人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。培养基的作用： 为微生物提供理想的人工

16、培养环境，以进行微生物生命活动规律的研究和微生物生物制品的生产。第三节 培养基一、配制培养基的基本原则1、适合不同微生物的营养特点。 (1)从营养型的角度看生理特点不同细菌放线菌霉菌营养要求不同牛肉膏蛋白胨培养基高氏一号培养基马丁氏培养基或蔡氏培养基(2)从类群的角度看自养微生物 合成能力强 简单的无机物异养微生物 合成能力弱 至少提供一种有机物第三节 培养基一、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。 (1) 浓度适中原则 大量元素 10-3-10-4 mol/L 微量元素 10-6-10-8 mol/L第三节 培养基一、配制培养基的基本原则2、调配好培养基中各种营养

17、成分的比例和浓度。 (2) 营养比例原则 a. C/Nb. 其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）同一种微生物在不同C/N培养基培养时，表现不同。 短棒杆菌的谷氨酸发酵培养基C/N=4:1，菌体繁殖； C/N=3:1，谷氨酸形成不同的微生物，所需营养物C/N不同。 细菌、酵母菌细胞的C/N=5:1，而霉菌=10:1（？）水处理中进水的BOD5NP(教材P16)第三节 培养基一、配制培养基的基本原则3、控制培养条件pHO2CO2渗透压微生物生长繁殖培养条件影响影响微生物培养体系(1) 培养基的pH值的控制。 第三节 培养基一、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pH值。 霉菌、

18、酵母菌适于酸性， (pH4.5-6.0左右) 细菌、放线菌喜中性或偏碱性 (pH7.0-7.5左右)(1) 培养基的pH值的控制。 第三节 培养基一、配制培养基的基本原则 磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸(配制培养时加入) 磷酸盐缓冲作用的反应式为： H+(强酸)+HPO 4 = (弱碱) H2PO 4 - (弱酸) OH-(强碱)+H2PO4 -(弱酸) HPO 4 = (弱碱)+H2O 碳酸钙（配制培养基时加入） 酸或碱（培养过程中加入）b.使用pH值缓冲剂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 专性厌氧性微生物 兼性厌氧的微生物第三节 培养基一、配制培养基的基本原则实践对

19、策： 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、向培养体系加入还原剂 （胱氨酸、巯基乙酸钠、Na2S和抗坏血酸）(2) O2浓度的调节（3）CO2的调节 对自养微生物来说，空气中只占容积的0.03%的CO2量意味着什么？第三节 培养基一、配制培养基的基本原则增加CO2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NaHCO3按培养基成分分按培养基的用途分按物理性状分第三节 培养基二、培养基的类型培养基类型合成培养基天然培养基基本培养基富集培养基鉴别培养基固体培养基液体培养基半固体培养基1、按照培养基成分分： a. 合成培养基 化学成分

20、和浓度完全清楚的物质配制的培养基。第三节 培养基二、培养基的类型高氏一号合成培养基 可溶性淀粉 20.0克KNO3 1.0克K2HPO4 0.5克MgSO47H2O 0.5 克NaCl 0.5克FeSO4 7H2O 溶液2滴（10%）蒸馏水 1000毫升1、按照培养基成分分：第三节 培养基二、培养基的类型b. 天然培养基 以动植物组织或微生物浸出液为原料配制的培养基。（牛肉膏蛋白胨） 牛肉膏蛋白胨培养基 牛肉膏 3.0 克蛋白胨 10.0 克食盐 5.0 克蒸馏水（自来水） 1000毫升2、按照培养用途：第三节 培养基二、培养基的类型b. 富集培养基(增殖培养基） 为分离某种微生物配制出的适合

21、它生长而不利于其他微生物生长的培养基。c. 鉴别培养基 根据微生物的代谢特点，通过指示剂的呈色反应，用以鉴别不同微生物的培养基。（伊红-甲基蓝培养基鉴别大肠杆菌和产气肠杆菌）a. 基本培养基 将多种微生物都需要的营养物质配而成培养基。3、按照培养基的物理性状第三节 培养基二、培养基的类型b. 液体培养基 未加凝固剂呈液态的培养基称为液体培养基。c. 半固体培养基 在液体培养基中加入少量琼脂（0.2-0.5%） 。a. 固体培养基 在液体培养基中加入凝固剂使呈固体状态，称为固体培养基。微生物代谢：微生物细胞所进行的化学反应的总和。微生物合成代谢：小分子合成复杂大分子的过程；（教材同化作用）微生物

22、分解代谢：细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程。（教材异化作用）微生物的代谢物质代谢能量代谢产能代谢耗能代谢分解代谢合成代谢第四节 微生物的代谢第四节 微生物的代谢一、微生物的产能代谢（一）微生物产能代谢的本质生物氧化生物体内的物质经过一系列连续的氧化还原反应分解并释放能量的过程。 AH2A辅酶辅酶H2受氢体受氢体H2脱氢酶氧化酶生物氧化基本过程(教材P29图2-5)第四节 微生物的代谢一、微生物的产能代谢（二）高能键化合物高能键化合物的共性： 高能键的形成和断开可逆，沟通了微生物两个代谢类型光能光能营养型微生物化能营养型微生物化学能耗能代谢合成代谢 和 分解代谢ATPADP第四节 微生物

23、的代谢一、微生物的产能代谢（二）微生物的主要产能方式发 酵呼 吸无机物氧化光能转换（光合磷酸化）产能方式共同点：氧化还原反应区别点：电子最终受体 氧化基质1、发酵（代谢发酵）第四节 微生物的代谢一、微生物的产能代谢说明基质在发酵过程中氧化不彻底，发酵的结果必然仍积累某些有机物。有机物氧化的基质 最终受氢体有机物氧化有机物(1)发酵的特点：工业发酵：利用微生物进行大规模生产的过程，均称发酵。微生物或细胞在不需要氧的条件下转化物质的形态并将底物中的化学能转移产生ATP的一种方式。 第四节 微生物的代谢一、微生物的产能代谢(2) 酵母菌乙醇发酵（1）氧化基质：葡萄糖（2）最终的受氢体：乙醛（3）丙酮

24、酸脱羧酶发酵特点C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CH2OH+2CO2+2ATP葡萄糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸乙醇乙醛丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2NAD+2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP2ADP2ATPOH丙酮酸脱羧酶(3) 正型乳酸发酵C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP葡萄糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸乳酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2NAD2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP2ADP2ATPOH（1）氧化基质：葡萄糖（2）最终的受氢

25、体：丙酮酸发酵特点第四节 微生物的代谢一、微生物的产能代谢第四节 微生物的代谢一、微生物的产能代谢 (4)发酵类型的比较b. 糖酵解过程是两发酵类型ATP产生的唯一来源。 基质（底物）水平的磷酸化 底物在其氧化过程中形成某些具有高能磷酸键的中间产物，这类中间产物，可将其高能键通过酶的作用转给ADP而形成ATP的过程。在EM途径中，哪些是具有高能磷酸键的中间产物？两个发酵类型的共同点：a. 糖酵解途径(EMP)是发酵的主要途径。(教材P30图2-6)巴斯德效应：一些兼性厌氧菌在无氧条件下进行发酵作用，而有氧条件下进行呼吸作用的现象。第四节 微生物的代谢一、微生物的产能代谢 (4)发酵类型的比较不同点：丙酮酸丁酸丁醇发酵丙酸发酵混合酸发酵丁二醇发酵正型乳酸发酵酒精发酵第四节 微生物的代谢一、微生物的产能代谢2、呼吸 微生物以O2或其它无机物为电子最终受体进行有机物氧化的过程。第四节 微生物的代谢一、微生物的产能代谢2、呼吸 (1) 特点：b. 电子载体传递电子伴随ATP大量形成。（氧化磷酸化、电子传递水平磷酸化) a. 电子