nkbh环科课件大三微生物234章

1、第三章 微生物生长、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在自然或实验室人工条件下，可供微生物生长、繁殖和进行各种生理活动所需要的物质（nutrient）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源化合物氮源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、碳源：细胞干重的50%。无机物有机物微生物可以利用的碳源种类微生物细胞中碳的功能：（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

2、和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、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 微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能2、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

3、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、 （微量元素）无机盐作用：1、构成细胞的组成成分2、维持酶活性3、调节渗透压第一节 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。 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 维生素酶简单蛋白结合蛋白=蛋白 + 辅助因子辅酶(与酶结合松驰)辅基(与酶结合牢固)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

4、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：需维生素B与生物素 好氧：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 水分在微生物生长代谢中的功能：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

5、用微生物水分含量：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)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 第一节 微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型

6、 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（植物）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

7、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， 有时候也能利用CO2。光能 （紫色非硫细菌） 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、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、

8、 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、微生物的营养类型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

9、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 异养生活紫色非硫菌：光 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：细胞壁、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、抑制剂、促进剂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

10、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：浓度梯度a. 非特异性的b. 吸收过程不发生化学变化a. 吸收营养物质的分子大

11、小b. 溶解性(脂溶性或水溶性)c. 极性大小d. 膜外pHe. 温度。 营养物质单纯扩散能力的影响因素：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。（氨基酸、单糖、维生素）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。 a. 载体的专一性 b. 运输速率提高促进扩散独有的特点：第二节 微生物营养物质的吸收机

12、制二、微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。a. 动力b. 载体构型变化原理主动运输与促进扩散的不同点：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，并发生化学性质的变化。（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

13、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 培养基第三节 培养基培养基: 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。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. 合成培养基第三节 培养基培养基的

14、类型高氏一号合成培养基 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 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

15、-甲基蓝培养基鉴别大肠杆菌(菌落小,绿色光泽)和产气肠杆菌(菌落大,灰棕色)）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。(琼脂1.5-2%)第三节 培养基配制培养基的基本原则1、不同的微生物适合的营养特点。 (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

16、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。 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3、控制培养条件pHO

17、2CO2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根据各类微生物的特点来调节培养基的pH值。 霉菌、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)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浓度的调节问题

18、： 1.微生物的营养类型有哪些,它是根据什么划分的? 2. 主动运输和基团转位有什么相同点和不同点? 3. 由于某些原因,放线菌在高氏一号液体培养基内不能生长,请推测原因,并提出合理的改进措施.高氏一号合成培养基 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毫升第四节 微生物的代谢 微生物代谢是指微生物吸收营养物质维持生命和增殖并降解基质的一系列化学反应过程。 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 物质代谢:物质在体内的消化、吸收、运转、分解等与生理有关的

19、化学过程。 糖类代谢，脂肪代谢，蛋白质代谢 分解代谢中，有机物在微生物作用下，发生氧化,放热和酶降解过程，使结构复杂的大分子降解； 合成代谢中，微生物利用营养物及分解代谢中释放的能量，发生还原吸热及酶的合成过程，使微生物生长增殖。所有有机物都有共同的分解代谢过程第阶段，有机物分解为它们的组成前体物质。第阶段，小的燃料分子分解为几种常见的中间物，主要是丙酮酸和乙酰-CoA，可放出少量能量。第阶段，有一条途径组成，即Krebs循环，又叫柠檬酸循环或三羧酸(TCA)循环。中间物被完全氧化成CO2，生成的电子传递给NAD+并释放少量能量，其中的中间物又可作为生物合成的原料。 第阶段，包括电子传递和氧化

20、磷酸化，电子传递给O2，H2O生成，释放的大量能量用于ATP的生成。葡萄糖的分解代谢 葡萄糖的分解代谢分两步进行：（1）糖酵解(EMP)：葡萄糖 丙酮酸。 此反应过程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。（2）三羧酸循环(TCA)：丙酮酸 CO2 + H2O 。 由于此氧化过程是通过柠檬酸等几种三元羧酸的循环反应来完成的，通常称为三羧酸循环或柠檬酸循环。由于分子氧是此系列反应的最终受氢体，所以又称为有氧分解。糖的分解代谢 多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。 另方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架。 微生物的合成

21、代谢复杂分子（有机物）分解代谢合成代谢简单小分子ATPH一、合成代谢的条件： 前体物质 丙酮酸、酮戊二酸 还原力NADH2、NADPH2 代谢能量 ATP二、肽聚糖的合成 肽聚糖是大多数原核生物细胞壁的独特成分，是一种网状大分子，合成位点在细胞壁上。二、肽聚糖的合成.在细胞质中合成前体物质 由葡萄糖合成N已酰葡萄糖胺和N已酰 胞壁酸由N已酰胞壁酸合成“Park”核苷酸 .在细胞膜上合成单体物质在细胞膜上由 “Park”核苷酸合成肽聚糖单体。“Park”核苷酸在细胞膜上进一步接上N已酰葡萄糖胺和甘氨酸5肽“桥”形成肽聚糖亚单位。. 在细胞壁上组装成生物网状大分子 “Park”核苷酸、N已酰葡萄糖

22、胺和甘氨酸5肽“桥” 形成肽聚糖亚单位被运送到细胞膜外与肽聚糖残基发生转糖基作用，增加肽聚糖分子长度，再通过转肽作用将相临两条肽聚糖残基上的肽链连接形成网状大分子。 肽聚糖合成位点及合成步骤能量代谢 （energy metabolism ）指随着生命现象产生原因的能量的出入或转换，也就是从能量方面来观察物质代谢。 在能量代谢方面，在化学键能或光能直接转化成热量前，转换成ATP等的高能键是其显著的特征之一。能量代谢的作用： 1，转化成热能的一部分用于维持体温，或补偿由于蒸发而散失的热量等。 2，贮藏的化学能根据需要而转换成力学能（细胞、纤毛、鞭毛的运动、细胞分裂活动），电能（生物发电器官、神经细胞），光能（生物发光）等。 如果对生物界能量代谢的能流追根问底的话，那么太阳能几乎是一切能的来源。 1.呼吸作用（异化作用、分解代谢）有氧呼吸以分子氧为最终电子受体，将底物彻底氧化成水和二氧化碳，通过氧化磷酸化或底物水平磷酸化产生ATPC6H12O6+6O2=6CO2+6H2O发酵面食的制作就即利用了微生物的有氧呼吸根据反应中电子受体不同分为两种类型：有氧呼吸无氧呼吸2. 呼吸作用2) 无氧呼吸 以无机物为最终电子受