微生物生理部分课件

微生物生理部分第三章 微生物的营养第四章 微生物的代谢和发酵第五章 微生物的生长与环境条件微生物生理部分第三章 微生物的营养1第三章 微生物的营养第一节微生物的六种营养要素 一、微生物细胞的化学组成 二、微生物的营养物质及其功能第二节微生物的营养类型*第三节 营养物质进入细胞的方式（复习为主）第四节培养基* 一、选用和设计培养基的原则和方法 二、培养基的种类第三章 微生物的营养第一节微生物的六种营养要素2概述营养是微生物生长的先决条件。营养为一切生命活动提供了必需的物质基础，它是一切生命活动的起点。有了营养，才可以进一步进行代谢、生长和繁殖，并可能为人们提供种种有益的代谢产物。熟悉微生物的营养知识，是研究和利用微生物的必要基础，有了营养理论，就能更自觉和有目的的选用或设计符合微生物生理要求或有利于生产实践应用的培养基。概述营养是微生物生长的先决条件。3食用菌食用菌4基本概念营养是指生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。营养物则指具有营养功能的物质。基本概念营养是指生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和5第一节 微生物的六种营养要素一、微生物细胞的化学组成 C、H、O、N、P、S……二、微生物的营养物质及其功能碳源氮源能源生长因子无机盐水第一节 微生物的六种营养要素一、微生物细胞的化学组成6一、微生物细胞的化学组成类同于其他生物细胞（参考p99）化学物质：水分；蛋白质；核酸；糖类；脂类等化学元素： C、H、O、N约占细胞干重的90-97%； 约占细胞干重的3-10%的矿质元素，主要是K、Mg、S、Ca、Na等； 其他为一些微量元素一、微生物细胞的化学组成类同于其他生物细胞（参考p99）7二、微生物的营养物质及其功能碳源（碳素营养）氮源（氮素营养）能源生长因子（生长因素）无机盐（矿物营养）水二、微生物的营养物质及其功能碳源（碳素营养）8碳源（碳素营养）概念：凡构成微生物生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物碳源的分类： （自养微生物、异养微生物）作用：碳架结构；提供能量实验中常见碳源：葡萄糖等糖类物质；牛肉膏、蛋白胨等天然成分碳源（碳素营养）概念：凡构成微生物生物细胞和代谢产物中碳架来9氮源（氮素营养）概念：来源：分类：（氨基酸自养型、氨基酸异养性）作用：细胞成分；一般不提供能源实验中常见氮源:(NH4)2SO4；牛肉膏、蛋白胨、尿素等天然成分氮源（氮素营养）概念：10能源概念：提供最初能量来源的营养物或辐射能分类：光能、化能（有机物；无机物）水功能：溶剂（维持细胞胶体状态）；调节细胞温度；作为营养物质。少数微生物能利用水中的氢作为还原CO2时的还原剂。能源11生长因子微生物量少，但可以促进生长的有机化合物的总称。功能：（参阅p104）无机盐主要元素和微量元素之分功能：主要元素构成细胞成分、与细胞透性有关；微量元素辅酶或酶的辅基生长因子12生长因子的功能生长因子的功能13酵母膏成分酵母膏成分14无机盐作用无机盐作用15微生物生理部分课件16第二节 微生物的营养类型*根据微生物利用的能源和消耗的碳源不同，将微生物大体上分为四种营养类型：光能自养微生物光能异养微生物化能自养微生物化能异养微生物第二节 微生物的营养类型*根据微生物利用的能源和消耗的碳源不17序号 分类标准 营养类型1 以能源分 光能营养型(photoproth) 化能营养型(chemotroph2 以氢供体分 无机营养型(lithotroph) 有机营养型(organotroph)3 以碳源分 自养型(autotroPh) 异养型(heterotroph)4 以合成 氨基酸自养型 氨基酸能力分 氨基酸异养型5 以生长因子分 原养型或野生型 营养缺陷型6 以取食方式分 渗透营养型(osmotroph) 吞噬营养型7 以获得有机物分 腐生(saprophytism) 寄生(parasitism)序号 分类标准 营养类型18光能自养微生物亦光能无机营养型这类微生物是利用光作为能源，利用CO2作为碳源产氧光合作用 CO2+H20光能/兰细菌[CH20]+O2不产氧光合作用 C02+2H2S光能/绿硫菌[CH20]+2S+H20光能自养微生物亦光能无机营养型19光能异养微生物亦光能有机营养型这类微生物是利用光作为能源，利用简单有机物作为供氢体红螺细菌利用异丙醇作为供氢体进行光合作用并积累丙酮 CH32 CHOH+CO2色素2CH3COCH3+CH2O+H2O CH3光能异养微生物亦光能有机营养型20化能自养微生物这类微生物具有氧化一定的无机物的能力，例如NH4，N02，H2S，FeCO3等。利用氧化无机物时产生的能量把CO2合成有机碳水化合物。这类细菌有硝化细菌、氧化硫、硫杆菌、氧化铁铁杆菌等化能自养微生物这类微生物具有氧化一定的无机物的能力，例如NH21 2NH3+2O2亚硝酸细菌2HNO2+4H++能量 CO2+4H+—[CH2O]+H2O2FeCO3+3H2O+1/2O2铁细菌2Fe(OH)2+2CO2+能量 CO2+H2O—[CH2O]+O2 2NH3+2O2亚硝酸细菌2HNO2+4H++能量22化能异养微生物有机化合物既是它们的碳源也是能源。 它们只能利用淀粉、糖、纤维素、有机酸、蛋白质等有机化合物作为碳素营养。能量也来自这些有机化合物的氧化所产生的化学能。这类微生物的种类和数量都很多，包括大多数的细菌、放线菌、几乎全部的酵母菌和霉菌化能异养微生物有机化合物既是它们的碳源也是能源。23营养类型 能源 氢的供体 基本碳源 微生物

举例光能无机营养(光能自养型) 光 无机物 二氧化碳 蓝细菌 绿硫菌

藻类光能有机营养(光能异养型) 光 有机物 二氧化碳 紫色非

有机物 硫细菌化能无机营养(化能自养型)无机物 无机物 二氧化碳 硝化菌

氢细菌化能有机营养(化能异养型)有机物 有机物 有机物 大多数营养类型 能源 氢的供体 基本碳源 微生物 24第三节 营养物质进入细胞的方式一、吞噬作用二、渗透吸收作用*

1.单纯扩散

2.促进扩散 3.主动运送 4.基团移位第三节 营养物质进入细胞的方式一、吞噬作用251.单纯扩散单纯扩散又称被动运送。是一种物理扩散方式，非特异性的由高浓度向低浓度扩散。可以通过的物质不多，如水分子、氧分子、乙醇和某些氨基酸分子。1.单纯扩散单纯扩散又称被动运送。是一种物理扩散方式，非特异262.促进扩散这种运送方式必须借助于膜上底物特异性载体蛋白（渗透酶）的参与。这种载体蛋白运送溶质是由于其构象的改变；该过程不需要能量；也只能把环境中浓度较高的分子加速扩散到细胞内。运送的物质有磷酸、钙离子、钠离子、葡萄糖等，是真核生物的一种普遍的运输机制。2.促进扩散这种运送方式必须借助于膜上底物特异性载体蛋白（渗273.主动运送主动运送是微生物吸收营养的主要机制。它的特异性载体蛋白在运送溶质的过程中，需要消耗能量；可逆梯度浓度进行运送。由主动运输的营养物主要有无机离子、有机离子和一些糖类（例如大肠杆菌的乳糖运输）。3.主动运送主动运送是微生物吸收营养的主要机制。284.基团移位基团移位既需特异性载体蛋白又要耗能，而且溶质在运送前后会发生分子结构改变的运送方式。基因移位主要用于运送葡萄糖、果糖、甘露糖、核昔酸、丁酸和腺嘌呤等物质。以葡萄糖为例、每输入一个葡萄糖分子，就需要消耗一个ATP的能量。4.基团移位基团移位既需特异性载体蛋白又要耗能，而且溶质在运29四种运输方式的比较p109四种运输方式的比较p10930第四节 培养基*（参阅p111）一、选用和设计培养基的原则和方法1.四个原则2.四种方法二、培养基的种类1.按对培养基成分的了解来分2.按培养基外观的物理状态来分 3.培养基的功能来分

第四节 培养基*（参阅p111）一、选用和设计培养基的原则31培养基(medium)

人们为了进行科学研究、生产微生物制品以及出于其他目的，经常要把所需要的微生物在人为提供的生长条件下进行培养。于是根据微生物的类型以及所需营养的不同，为它们配制了各种食物套餐，也就是培养基。培养基(medium)人们为了进行科学研究、生产微生物制品32一、选用和设计培养基1.四个原则2.四种方法一、选用和设计培养基1.四个原则331.几个原则根据不同微生物类型，配制不同的培养基根据培养微生物目的的不同，在配方上应做相应的调整要注意各营养物质的浓度和配比例如谷氨酸发酵调节适宜的酸碱度1.几个原则根据不同微生物类型，配制不同的培养基34据不同微生物类型，配制培养基1.分类系统的不同 细菌、放线菌、霉菌、酵母菌2.微生物营养类型不同 自养、异养…据不同微生物类型，配制培养基1.分类系统的不同35据培养微生物目的不同，适当调整配方1.实验室普通培养用2.实验室分析培养用 生理、代谢、遗传…3.生产用培养基 是否种子培养基？ 产物成分例如生产氨基酸类含氮量高的代谢产物时，氮源的比例就应高些据培养微生物目的不同，适当调整配方1.实验室普通培养用36注意各营养物质的浓度和配比碳氮比(C/N)碳源与氮源的相对比例例如谷氨酸发酵C／N比为4／l时则大量繁殖菌体，若为3／l时则积累大量的谷氨酸。水自来水、蒸馏水、去离子水注意各营养物质的浓度和配比碳氮比(C/N)37调节适宜的理化因素1.调节适宜的酸碱度(pH)* pH的内源调节 利用磷酸缓冲液系统 利用碳酸钙缓冲作用2.渗透压、水活度(aw) 等渗溶液、高渗溶液、低渗溶液 水活度微生物可以利用的自由水含量(aw)=溶液蒸汽压/纯水蒸气压3.氧化还原电势调节适宜的理化因素1.调节适宜的酸碱度(pH)*38微生物的aw微生物的aw39食品的aw食品的aw402.四种方法设计培养基的方法首先模拟自然条件其次查阅相关文献第三要科学设计在此基础上实验调整2.四种方法设计培养基的方法41模拟自然条件原理微生物可以生长繁殖的地方，此处一定具有该微生物生长的条件。细菌的肉汤培养基放线菌的土壤培养基霉菌酵母菌模拟自然条件原理42查阅相关文献1.原始菌株文献2.原始方法文献3.近期研究文献查阅相关文献1.原始菌株文献43科学设计应用培养基设计原则科学设计应用培养基设计原则44试验调整生长谱试验试验调整生长谱试验45二、培养基的种类1.按对培养基成分的了解来分2.按培养基外观的物理状态来分 3.培养基的功能来分二、培养基的种类461.按对培养基成分的了解来分天然培养基采用化学成分还不清楚或化学成分很不恒定的天然有机物为原料制成的培养基。天然有机物是动、植物组织等，如牛肉膏、蛋白陈、酵母膏等。合成培养基是用化学成分完全了解的物质配制而成的。如高氏一号合成培养基。半合成培养基

1.按对培养基成分的了解来分天然培养基采用化学成分还不清47微生物生理部分课件482.按培养基外观的物理状态来分依据是否加入凝固剂或加人凝固剂的多少分为：固体培养基半固体培养基液体培养基常用的凝固剂是琼脂，凝固剂不能被微生物利用作为营养物质，仅起一种支持培养基的作用。2.按培养基外观的物理状态来分依据是否加入凝固剂或加人凝固剂49SIMSIM503.培养基的功能来分根据使用目的，又可将培养基分为：加富培养基鉴别培养基选择培养基…3.培养基的功能来分根据使用目的，又可将培养基分为：51选择培养基在培养基中加入某种化学物质或杀菌剂以抑制不需要的菌种生长，而促进某种目的菌的生长。加以纤维素为惟一碳源的选择培养基可以分离到分解纤维素生物。分离放线菌可在培养基中加入l0％的酚液数滴，可抑制细菌和霉菌。分离酵母霉菌可在培养基中加入抗菌素如青霉素、链霉素以抑制细菌的生长。分离G-细菌加入胆盐，抑制G+细菌生长…选择培养基在培养基中加入某种化学物质或杀菌剂以抑制不需要的菌52鉴别培养基用来区别不同微生物种类的培养基称为鉴别培养基鉴别培养基也被用来作分离某种微之用如区别大肠杆菌和产气杆菌可采用伊红甲基蓝培养基(EMB)。在这个培养基肠杆菌菌落呈黑色带金属光泽，产气杆菌菌落较大，呈棕色。鉴别培养基用来区别不同微生物种类的培养基称为鉴别培养基53EMBEMB54微生物生理部分课件55加富培养基在培养基中加入额外的营养物质以使要的微生物大量增殖如分离石蜡发酵的酵母菌采用的加富培养基石蜡20gNH4NO33gNaCl0.5gKH2P044g MgSO4·7H201g酵母膏O.5g水1000m1pH5.1—5.4加富培养基的选择性是相对的，在这种培养基上生长的微生物并不是一个纯种，而是营求相同的微生物类群。加富培养基在培养基中加入额外的营养物质以使要的微生物大量增殖56复习题微生物细胞的化学组成有哪些？微生物细胞的营养吸收方式有那几种？举例说明微生物的营养类型。微生物培养基如何分类？有何作用？设计试验方案，选择可以发酵牛奶的菌株。(思考题)复习题微生物细胞的化学组成有哪些？57微生物生理部分第三章 微生物的营养第四章 微生物的代谢和发酵第五章 微生物的生长与环境条件微生物生理部分第三章 微生物的营养58第三章 微生物的营养第一节微生物的六种营养要素 一、微生物细胞的化学组成 二、微生物的营养物质及其功能第二节微生物的营养类型*第三节 营养物质进入细胞的方式（复习为主）第四节培养基* 一、选用和设计培养基的原则和方法 二、培养基的种类第三章 微生物的营养第一节微生物的六种营养要素59概述营养是微生物生长的先决条件。营养为一切生命活动提供了必需的物质基础，它是一切生命活动的起点。有了营养，才可以进一步进行代谢、生长和繁殖，并可能为人们提供种种有益的代谢产物。熟悉微生物的营养知识，是研究和利用微生物的必要基础，有了营养理论，就能更自觉和有目的的选用或设计符合微生物生理要求或有利于生产实践应用的培养基。概述营养是微生物生长的先决条件。60食用菌食用菌61基本概念营养是指生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。营养物则指具有营养功能的物质。基本概念营养是指生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和62第一节 微生物的六种营养要素一、微生物细胞的化学组成 C、H、O、N、P、S……二、微生物的营养物质及其功能碳源氮源能源生长因子无机盐水第一节 微生物的六种营养要素一、微生物细胞的化学组成63一、微生物细胞的化学组成类同于其他生物细胞（参考p99）化学物质：水分；蛋白质；核酸；糖类；脂类等化学元素： C、H、O、N约占细胞干重的90-97%； 约占细胞干重的3-10%的矿质元素，主要是K、Mg、S、Ca、Na等； 其他为一些微量元素一、微生物细胞的化学组成类同于其他生物细胞（参考p99）64二、微生物的营养物质及其功能碳源（碳素营养）氮源（氮素营养）能源生长因子（生长因素）无机盐（矿物营养）水二、微生物的营养物质及其功能碳源（碳素营养）65碳源（碳素营养）概念：凡构成微生物生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物碳源的分类： （自养微生物、异养微生物）作用：碳架结构；提供能量实验中常见碳源：葡萄糖等糖类物质；牛肉膏、蛋白胨等天然成分碳源（碳素营养）概念：凡构成微生物生物细胞和代谢产物中碳架来66氮源（氮素营养）概念：来源：分类：（氨基酸自养型、氨基酸异养性）作用：细胞成分；一般不提供能源实验中常见氮源:(NH4)2SO4；牛肉膏、蛋白胨、尿素等天然成分氮源（氮素营养）概念：67能源概念：提供最初能量来源的营养物或辐射能分类：光能、化能（有机物；无机物）水功能：溶剂（维持细胞胶体状态）；调节细胞温度；作为营养物质。少数微生物能利用水中的氢作为还原CO2时的还原剂。能源68生长因子微生物量少，但可以促进生长的有机化合物的总称。功能：（参阅p104）无机盐主要元素和微量元素之分功能：主要元素构成细胞成分、与细胞透性有关；微量元素辅酶或酶的辅基生长因子69生长因子的功能生长因子的功能70酵母膏成分酵母膏成分71无机盐作用无机盐作用72微生物生理部分课件73第二节 微生物的营养类型*根据微生物利用的能源和消耗的碳源不同，将微生物大体上分为四种营养类型：光能自养微生物光能异养微生物化能自养微生物化能异养微生物第二节 微生物的营养类型*根据微生物利用的能源和消耗的碳源不74序号 分类标准 营养类型1 以能源分 光能营养型(photoproth) 化能营养型(chemotroph2 以氢供体分 无机营养型(lithotroph) 有机营养型(organotroph)3 以碳源分 自养型(autotroPh) 异养型(heterotroph)4 以合成 氨基酸自养型 氨基酸能力分 氨基酸异养型5 以生长因子分 原养型或野生型 营养缺陷型6 以取食方式分 渗透营养型(osmotroph) 吞噬营养型7 以获得有机物分 腐生(saprophytism) 寄生(parasitism)序号 分类标准 营养类型75光能自养微生物亦光能无机营养型这类微生物是利用光作为能源，利用CO2作为碳源产氧光合作用 CO2+H20光能/兰细菌[CH20]+O2不产氧光合作用 C02+2H2S光能/绿硫菌[CH20]+2S+H20光能自养微生物亦光能无机营养型76光能异养微生物亦光能有机营养型这类微生物是利用光作为能源，利用简单有机物作为供氢体红螺细菌利用异丙醇作为供氢体进行光合作用并积累丙酮 CH32 CHOH+CO2色素2CH3COCH3+CH2O+H2O CH3光能异养微生物亦光能有机营养型77化能自养微生物这类微生物具有氧化一定的无机物的能力，例如NH4，N02，H2S，FeCO3等。利用氧化无机物时产生的能量把CO2合成有机碳水化合物。这类细菌有硝化细菌、氧化硫、硫杆菌、氧化铁铁杆菌等化能自养微生物这类微生物具有氧化一定的无机物的能力，例如NH78 2NH3+2O2亚硝酸细菌2HNO2+4H++能量 CO2+4H+—[CH2O]+H2O2FeCO3+3H2O+1/2O2铁细菌2Fe(OH)2+2CO2+能量 CO2+H2O—[CH2O]+O2 2NH3+2O2亚硝酸细菌2HNO2+4H++能量79化能异养微生物有机化合物既是它们的碳源也是能源。 它们只能利用淀粉、糖、纤维素、有机酸、蛋白质等有机化合物作为碳素营养。能量也来自这些有机化合物的氧化所产生的化学能。这类微生物的种类和数量都很多，包括大多数的细菌、放线菌、几乎全部的酵母菌和霉菌化能异养微生物有机化合物既是它们的碳源也是能源。80营养类型 能源 氢的供体 基本碳源 微生物

举例光能无机营养(光能自养型) 光 无机物 二氧化碳 蓝细菌 绿硫菌

藻类光能有机营养(光能异养型) 光 有机物 二氧化碳 紫色非

有机物 硫细菌化能无机营养(化能自养型)无机物 无机物 二氧化碳 硝化菌

氢细菌化能有机营养(化能异养型)有机物 有机物 有机物 大多数营养类型 能源 氢的供体 基本碳源 微生物 81第三节 营养物质进入细胞的方式一、吞噬作用二、渗透吸收作用*

1.单纯扩散

2.促进扩散 3.主动运送 4.基团移位第三节 营养物质进入细胞的方式一、吞噬作用821.单纯扩散单纯扩散又称被动运送。是一种物理扩散方式，非特异性的由高浓度向低浓度扩散。可以通过的物质不多，如水分子、氧分子、乙醇和某些氨基酸分子。1.单纯扩散单纯扩散又称被动运送。是一种物理扩散方式，非特异832.促进扩散这种运送方式必须借助于膜上底物特异性载体蛋白（渗透酶）的参与。这种载体蛋白运送溶质是由于其构象的改变；该过程不需要能量；也只能把环境中浓度较高的分子加速扩散到细胞内。运送的物质有磷酸、钙离子、钠离子、葡萄糖等，是真核生物的一种普遍的运输机制。2.促进扩散这种运送方式必须借助于膜上底物特异性载体蛋白（渗843.主动运送主动运送是微生物吸收营养的主要机制。它的特异性载体蛋白在运送溶质的过程中，需要消耗能量；可逆梯度浓度进行运送。由主动运输的营养物主要有无机离子、有机离子和一些糖类（例如大肠杆菌的乳糖运输）。3.主动运送主动运送是微生物吸收营养的主要机制。854.基团移位基团移位既需特异性载体蛋白又要耗能，而且溶质在运送前后会发生分子结构改变的运送方式。基因移位主要用于运送葡萄糖、果糖、甘露糖、核昔酸、丁酸和腺嘌呤等物质。以葡萄糖为例、每输入一个葡萄糖分子，就需要消耗一个ATP的能量。4.基团移位基团移位既需特异性载体蛋白又要耗能，而且溶质在运86四种运输方式的比较p109四种运输方式的比较p10987第四节 培养基*（参阅p111）一、选用和设计培养基的原则和方法1.四个原则2.四种方法二、培养基的种类1.按对培养基成分的了解来分2.按培养基外观的物理状态来分 3.培养基的功能来分

第四节 培养基*（参阅p111）一、选用和设计培养基的原则88培养基(medium)

人们为了进行科学研究、生产微生物制品以及出于其他目的，经常要把所需要的微生物在人为提供的生长条件下进行培养。于是根据微生物的类型以及所需营养的不同，为它们配制了各种食物套餐，也就是培养基。培养基(medium)人们为了进行科学研究、生产微生物制品89一、选用和设计培养基1.四个原则2.四种方法一、选用和设计培养基1.四个原则901.几个原则根据不同微生物类型，配制不同的培养基根据培养微生物目的的不同，在配方上应做相应的调整要注意各营养物质的浓度和配比例如谷氨酸发酵调节适宜的酸碱度1.几个原则根据不同微生物类型，配制不同的培养基91据不同微生物类型，配制培养基1.分类系统的不同 细菌、放线菌、霉菌、酵母菌2.微生物营养类型不同 自养、异养…据不同微生物类型，配制培养基1.分类系统的不同92据培养微生物目的不同，适当调整配方1.实验室普通培养用2.实验室分析培养用 生理、代谢、遗传…3.生产用培养基 是否种子培养基？ 产物成分例如生产氨基酸类含氮量高的代谢产物时，氮源的比例就应高些据培养微生物目的不同，适当调整配方1.实验室普通培养用93注意各营养物质的浓度和配比碳氮比(C/N)碳源与氮源的相对比例例如谷氨酸发酵C／N比为4／l时则大量繁殖菌体，若为3／l时则积累大量的谷氨酸。水自来水、蒸馏水、去离子水注意各营养物质的浓度和配比碳氮比(C/N)94调节适宜的理化因素1.调节适宜的酸碱度(pH)* pH的内源调节 利用磷酸缓冲液系统 利用碳酸钙缓冲作用2.渗透压、水活度(aw) 等渗溶液、高渗溶液、低渗溶液 水活度微生物可以利用的自由水含量(aw)=溶液蒸汽压/纯水蒸气压3.氧化还原电势调节适宜的理化因素1.调节适宜的酸碱度(pH)*95微生物的aw微生物的aw96食品的aw食品的aw972.四种方法设计培养基的方法首先模拟自然条件其次查阅相关文献第三要科学设计在此基础上实验调整2.四种方法设计培养基的方法98模拟自然条件原理微生物可以生长繁殖的地方，此处一定具有该微生物生长的条件。细菌的肉汤培养基放线菌的土壤培养基霉菌酵母菌模拟自然条件原理99查阅相关文献1.原始菌株文献2.原始方法文献3.近期研究文献查阅相关文献1.原始菌株文献100科学设计应用培养基设计原则科学设计应用培养基设计原则101试验调整生长谱试验试验调整生长谱试验102二、培养基的种类