第三章微生物与营养

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和营养类型一、微生物营养物质及其功能甲烷氧化菌：甲烷、甲醇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2、氮源氮素化合物的功能：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、矿物质元素

必要的金属元素P、S、Fe、Mg、K、Ca(大量元素)Mn、Cu、Zn、（微量元素）矿物质元素（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)一、微生物营养物质及其功能4、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少的有机物质。生长因子分类：氨基酸

核苷维生素生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶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（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毛霉：

厌氧：需维生素B与生物素好氧：无需生长因子（3）生长因子未知微生物的培养加入天然成分酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液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微生物的生长必需水，但结合在分子内的水不能被微生物利用，只有游离的水才能被利用。水的活度指在一定温度和压力下，表示能被微生物利用的实际含水量，为物质中水分含量的活性部分或者说自由水。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。定义公式是：aw=Pw/P0wPw:溶液中水的蒸汽压；P0w:纯水的蒸汽压溶液充分稀释时aw=Pw/P0w=n1/（n2+n1）

(n1为溶剂的摩尔数，n2为溶质摩尔数)水活性与微生物生长水活性值微生物1.00-0.91多数细菌0.91-0.87多数酵母菌0.87-0.80多数霉菌0.80-0.75多数嗜盐细菌0.75-0.65干性霉菌0.65-0.60耐渗透压酵母菌

微生物所需要的水活度越高，在干燥的环境下就越不容易生长。所以在食品、药品保质等研究中十分重要。例如：水活性值为0.81的蛋糕，其保质期为21℃时24天。如果水活性提高到0.85，这些指标将降低为21℃时12天。这表明是水活性值决定了微生物生长率。

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。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，

有时候也能利用CO2。光能（紫色非硫细菌）CH3CO2+2CHOHCH2O+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－、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）TSTST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TSTST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：1、为微生物提供理想的人工培养环境，2、进行微生物生命活动规律的研究3、微生物生物制品的生产。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类型高氏一号合成培养基

淀粉

20.0克KNO31.0克K2HPO40.5克MgSO4·7H2O0.5克NaCl0.5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-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%)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10-3-10-4mol/L微量元素10-6-10-8mol/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。大分子物质的有氧分解代谢葡萄糖的无氧分解代谢氨基酸的合成代谢能量代谢（energymetabolism）就是从能量方面来观察物质代谢。