第四章 微生物的生理

第四章微生物的生理一、微生物的化学组成二、微生物的营养物及营养类型三、碳氮磷比四、微生物的培养基五、培养基的类别六、营养物质进入微生物细胞的方式第二节微生物的营养一、微生物的化学组成2.干物质（10%-30%）有机物：蛋白质、核酸、糖类、脂类。无机物：包括P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl微量元素Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co、Ni等。1.水分（70%-90%）

二微生物的营养与营养类型

一、水水在机体中的主要作用：（1）水是微生物细胞的重要组成成分（细胞含水量约占70%~90%）；（2）机体内一系列生理反应都离不开水；（3）营养物质的吸收和代谢产物的分泌都通过水来完成的；（4）能有效的控制细胞内温度的变化。（二）碳源和能源1）碳源

种类？有机物、无机碳化合物随细菌不同，各有偏好供碳元素来源的物质细菌细胞中的碳素含量占干物质质量的50％左右。细菌对碳素的需求量最大。碳源作用—细胞的碳骨架、大多还是能源物质。2）能源细菌的能源种类化学能、光能营养型细菌分类根据碳源不同分为无机营养——有机营养（或自养——异养）哪些物质可以产生化学能？有机碳源特殊的无机物（如S、Fe)什么样的细菌利用光能？含有光合色素①无机营养细菌（自养菌）无机（自养）—CO2、CO和CO32-能否也利用有机物呢？绝大多数能，优先利用；又根据能源不同又分为光能自养型细菌和化能自养型细菌。（1）光能自养细菌（无氧有光）只有紫硫细菌和绿硫细菌紫硫、绿硫细菌代谢方式

光照

CO2+

H2S

→[CH2O]（糖）+H2O+2S↓细菌叶绿素（与叶绿素大同小异）（H2S类似植物光合作用中的H2O）紫硫细菌湖中4m硫化物*这个深度紫硫细菌多?（2）化能自养细菌（有氧）提问：什么是化能自养菌？自养——碳源CO2化能——以？物质氧化产能S、H2S、H2、NH3、Fe种类：硫细菌(硫化细菌和硫磺细菌)、（亚）硝化细菌及铁细菌、氢细菌。例如，亚硝化细菌进行有机物合成反应如下2NH3

+2O2

HNO2

+4H+619千焦耳

ATPCO2+4H[CH2O]+H2O化能自养细菌能用于污水处理吗？为什么？能，脱氨、脱硫；条件容易②有机营养细菌（异养菌）有机（异养）——以有机物为碳源自养、异养菌哪种繁殖快？异养菌是有机污水处理的主角根据能源的不同（1）光能异养与化能异养以有机物作为碳源和能源的的细菌。绝大多数的细菌都属于化能异养菌。.Ⅰ化能异养菌不受氧气限制，尤其适于高浓度有机废水（食品行业）的高效处理Ⅱ.光能异养细菌（无氧有光）

光能+色素

有机物+CO2

→菌体[CH2O]小分子有机物碳源主要指红螺菌（有氧无光时可化能异养生存）

在污水处理中的优势是什么？问题：与水分离困难，光照问题——嗜盐红螺菌大量滋生时的红盐田提问：人工投加光合细菌（PSB,红螺菌）有利于水产养殖，原因？迅速转化毒物（水族排泄物被细菌分解后的氨、有机酸）为高蛋白的菌体，作为鱼的饲料，且不消耗氧

；优势生长时能抑制水族病原菌的生长异养菌中有腐生菌与寄生菌之分腐生——分解腐烂的有机物生活寄生——寄居在其他生物体内生活提问：致病细菌是属于什么类型？兼有，属于兼性寄生菌

肺结核杆菌痢疾志贺氏菌

以腐生为主兼营寄生的兼性寄生细菌，因而可以通过水源、食物传播，是水处理中需要监控和杀灭的对象。微生物的营养类型

营养类型主要（或唯一）碳源能源代表菌

光能自养型二氧化碳光能蓝细菌光能异养型有机物光能红螺细菌化能自养型二氧化碳无机物硫杆菌化能异养型有机物有机物大肠杆菌（三）氮源提问：哪些物质可作为细菌的氮源？有机氮（氨基酸和蛋白质）、无机氮（N2、

NH3、铵盐、硝酸盐）等。根据对氮源的要求不同，将微生物分为四类：固氮微生物利用无机氮为氮源的微生物需要某种氨基酸作氮源的微生物从分解蛋白质中取得铵盐或氨基酸合成蛋白质的微生物

四、微生物无机盐类营养无机盐类在细胞中的主要作用：构成细胞的组成成分；作为酶的组成部分，维持酶的活性；调解细胞内的渗透压，pH和氧化还原电位；作为某些微生物的能源物质。微量元素：铜、锌、锰、钴、钼等大量元素：硫、磷、钾、钠、钙、镁等（六）生长因子种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类作用：？嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶；维生素，重要辅酶多数细菌不存在生长因子问题。只有少数细菌需要外界提供现成的生长因子，才能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活在这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。——必需，但不能自身合成的有机物（七）碳氮磷比－“营养平衡”根瘤菌要求碳氮比为11.5：1土壤中微生物混合群体要求碳氮比为25：1污(废)水生物处理中好氧微生物群体(活性污泥)要求为BOD5：N：P＝100：5：1厌氧生物处理中的厌氧微生物群体要求BOD5：N：P＝100：6：1

为了保证污(废)水(有机固体废物）生物处理要按碳氮磷比配给营养。城市生活污水不存在营养不足的问题。但有的工业废水缺某种营养，当营养量不足时，应供给或补足。如酒精废水缺？

；洗涤剂废水？N、P缺NP过剩炼油废水？N、P——尿素、粪便工业投加的细菌氮源？四．微生物的培养基学以致用——养细菌

———水、碳源、氮源、无机盐及生长因子等细菌及其它微生物营养物质的合理配制物1.认识化能自养菌氧化硫杆菌的培养基粉末状硫10gKH2PO44gMgSO40.5gCaCl20.5g(NH4)2SO40.4gFeSO40.01g

水1000mL（自来水即可）提问：其中各组分作用是什么？空气中的CO2能源磷源、缓冲物碳源是什么？氮源盐也可补加一部分碳酸钠。异养细菌的培养基中至少有一种有机物，实验室中通常是葡萄糖如一种大肠杆菌培养基葡萄糖0.5gK2HPO41gMgSO40.2gNaCl5gNH4H2PO40.4g水1000mL2.配制

？加水3．分类提问：根据哪些特性可以给培养基分类？物理状态、组分组成、用途(一)根据物理状态

固体培养基、半固体培养基和液体培养基1）液体培养基（“汤”）液体培养基不含任何凝固剂，菌体与培养基充分接触，操作方便，常用于大规模的工业生产以及在实验室进行微生物生理代谢等基本理论的研究工作。可据培养后的浊度判断微生物的生长程度2）固体培养基（“团”）人工做法——(与果冻方法一样)向液体培养基中加入2％左右的琼脂，加热至100℃溶解，40℃下冷却并凝固。石花菜(红藻）→琼脂琼脂主要成份—半乳聚糖，分子量大，呈网状粘着力强，溶解分散（温度为96℃以上）条状琼脂粉末琼脂琼脂特性A.不能被绝大多数微生物利用、分解液化；提问：有什么好处？不作为额外碳源，干扰试验，保持固体特性B.高压灭菌结构不被破坏，且颜色透明不妨碍观察；C.多数微生物在琼脂培养基表面生长并形成独立菌落；提问：有何好处？易于纯化分离3）半固体培养基（“膏”）半——流动性介于固体与液体之间提问：如何制作？在液体培养基中加入0.5%或更低浓度的琼脂作用：？半固体培养基中可以融入少量的溶解氧，因此这种培养基常被用于培养在较低氧浓度环境下才能最佳生长的细菌。（二）根据培养基组分天然培养基、合成培养基和半合成培养基。1）合成合成——纯化学试剂2）天然天然——？纯生物制品(细胞提取物)如，常用的细菌肉汤培养基牛肉膏3g蛋白胨5g水1000mLpH7.2~7.4牛肉膏——瘦牛肉经过加热浓缩抽提的膏状物（主要作碳源）优点——组成成分精确、清楚，重复性强缺点——很多细菌营养需求较为复杂，配方获取较难类似物如酵母膏、麦芽汁、土壤浸出液、牛奶、玉米粉优点——营养丰富、配制容易缺点？质量不稳定、选择性差；3）复合培养基在合成培养基的基础上添加些天然成份，以更有效地满足微生物对营养物的需要.如马铃薯蔗糖培养基。蛋白胨——动植物蛋白（大豆或动物骨粉等）经初步酶解形成的短肽（主要作氮源）(三)根据培养基用途选择型、鉴别型、加富型有两种制备思路：？1）选择性培养基选择性——？根据不同的微生物对营养的特殊要求，或对物理化学条件的抗性而设计的培养基，利用这一类培养基可以把需要微生物从混杂的其他微生物分离和确定。

待选的细菌能优势生长①取其所抗常用物质为染料、胆汁酸盐、金属盐类、酸、碱和抗生素。例如欲分离古细菌，培养基中通常加入青霉素（由于古细菌的细胞壁不同于普通细菌，因而不会被对破坏普通细菌细胞壁结构的青霉素杀死），古细菌就唯一分离并存活下来。胆汁酸盐——抑制革兰氏阳性菌它能选择性生长那种细菌？革兰氏阴性细菌待选细菌有抗性②投其所好法好→→→营养、环境因子（1）专一性营养源培养法待选细菌专门需要的某种碳源或氮源例如筛选纤维素分解菌选用纤维素作为培养基中的唯一碳源；各类降解石化废水特殊有机物的细菌筛选通常是以这类有机物为培养基中的唯一碳源，将目的细菌富集筛选下来。（2）理化因素控制法理化因素——特殊的温度、氧气、pH、盐度等环境条件主要用于筛选极端环境微生物。如嗜盐、嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱等的细菌，同时也被用于选择性培养好氧或厌氧细菌。嗜冷菌嗜热菌2）鉴别培养基在培养基中加入某种特殊化学物质,某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物,而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应,产生明显的特征性变化,根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。水处理中常用的远藤氏培养基就是典型大肠菌群内不同种属细菌的鉴别培养基。加富培养基:由于样品中细菌数量少，或是对营养要求比较苛刻不易培养出来，故用特别的物质或成分配制而成的培养基，称为加富培养基。一般常加入血、血清或动植物提取液等。3）加富培养基基础培养基：满足一般微生物生长繁殖所需要的营养物质。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。

肉汤培养基牛肉膏3g蛋白胨5g水1000mLpH7.2~7.4培养基的类别1.按培养基的成份可分为：合成培养基天然培养基复合培养基2.按培养基的物理状态可分为：液体培养基固体培养基半固体培养基3.按实验目的和用途可分为：加富（富集）培养选择培养基鉴别培养基基础培养基六、营养物质进入细胞的方式营养物质：水溶性、脂溶性小分子、大分子分四种情况水、无机盐、气体、甘油等小分子1．单纯扩散?推动力?推动力—浓度梯度无载体蛋白不内部能量消耗YorN?

2．促进扩散促进——载体蛋白协助

载体蛋白

细胞外||细胞膜

||细胞内糖、氨基酸、