第六章微生物营养与代谢

第六章微生物营养与代谢第一页，共七十一页，2022年，8月28日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并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。微生物代谢微生物体内化学反应的总和。第二页，共七十一页，2022年，8月28日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三页，共七十一页，2022年，8月28日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%。

第四页，共七十一页，2022年，8月28日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五页，共七十一页，2022年，8月28日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六页，共七十一页，2022年，8月28日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）：只利用纤维素第七页，共七十一页，2022年，8月28日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、酵母膏、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。第八页，共七十一页，2022年，8月28日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）第九页，共七十一页，2022年，8月28日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)主要功能：第十页，共七十一页，2022年，8月28日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。第十一页，共七十一页，2022年，8月28日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)第十二页，共七十一页，2022年，8月28日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十三页，共七十一页，2022年，8月28日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氏毛霉：厌氧：需维生素B与生物素好氧：无需生长因子第十四页，共七十一页，2022年，8月28日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十五页，共七十一页，2022年，8月28日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%。第十六页，共七十一页，2022年，8月28日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第十七页，共七十一页，2022年，8月28日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、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；P0w:纯水的蒸汽压第十八页，共七十一页，2022年，8月28日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：0.88~0.91霉菌：0.80左右第十九页，共七十一页，2022年，8月28日

从营养的角度分异养型生物自养型生物所需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二十页，共七十一页，2022年，8月28日

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）第二十一页，共七十一页，2022年，8月28日实例：光叶绿素H2O＋CO2(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、微生物的营养类型

1、光能自养型（光能无机营养型）第二十二页，共七十一页，2022年，8月28日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，光合作用第二十三页，共七十一页，2022年，8月28日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）CH3CO2+2CHOHCH2O+2CH3COCH3+H2O

CH3典型实例：第二十四页，共七十一页，2022年，8月28日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第二十五页，共七十一页，2022年，8月28日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：有机物第二十六页，共七十一页，2022年，8月28日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）化能异养型微生物的分类：（生活场所、获取养料方式）③兼性寄主菌：既营寄生又营腐生生活的。(结核杆菌)②寄生菌：只能在活寄主体吸收营养物生活的。①腐生菌：利用无生命的有机物作为营养物质。第二十七页，共七十一页，2022年，8月28日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二十八页，共七十一页，2022年，8月28日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)第二十九页，共七十一页，2022年，8月28日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：第三十页，共七十一页，2022年，8月28日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第三十一页，共七十一页，2022年，8月28日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三十二页，共七十一页，2022年，8月28日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。第三十三页，共七十一页，2022年，8月28日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。（真核微生物）TSTST第三十四页，共七十一页，2022年，8月28日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。第三十五页，共七十一页，2022年，8月28日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.运输速率提高第三十六页，共七十一页，2022年，8月28日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第三十七页，共七十一页，2022年，8月28日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。第三十八页，共七十一页，2022年，8月28日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三十九页，共七十一页，2022年，8月28日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四十页，共七十一页，2022年，8月28日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四十一页，共七十一页，2022年，8月28日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：主动运输第四十二页，共七十一页，2022年，8月28日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。第四十三页，共七十一页，2022年，8月28日第三节培养基一、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四十四页，共七十一页，2022年，8月28日第三节培养基一、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10-3-10-4mol/L微量元素10-6-10-8mol/L第四十五页，共七十一页，2022年，8月28日第三节培养基一、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。

(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BOD5∶N∶P第四十六页，共七十一页，2022年，8月28日第三节培养基一、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第四十七页，共七十一页，2022年，8月28日(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、酵母菌适于酸性，左右)

细菌、放线菌喜中性或偏碱性左右)第四十八页，共七十一页，2022年，8月28日(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)+HPO4

=(弱碱)H2PO4-(弱酸)OH-(强碱)+H2PO4-(弱酸)HPO4=(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值缓冲剂第四十九页，共七十一页，2022年，8月28日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浓度的调节第五十页，共七十一页，2022年，8月28日（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第五十一页，共七十一页，2022年，8月28日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第五十二页，共七十一页，2022年，8月28日1、按照培养基成分分：

a.合成培养基

化学成分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毫升第五十三页，共七十一页，2022年，8月28日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毫升第五十四页，共七十一页，2022年，8月28日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。第五十五页，共七十一页，2022年，8月28日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。(琼脂1.5-2%)第五十六页，共七十一页，2022年，8月28日思考题名词解释：营养、营养物、生长因子、培养基、光能无机自养型、光能有机异养型、化能无机自养型、化能有机异养型。1、什么叫营养？什么是营养物？营养物质包括哪些？营养物有哪些生理功能？2、什么是碳氮比？微生物常用的碳源和氮源物质各有哪些？3、什么叫生长因子？它包括哪些物质？4、根据碳源、能源及电子供体的不同可将微生物划分为几种类型？举例说明。5、营养物质进入细胞的方式有几种？各有何特点？6、什么是培养基？配制培养基时应遵循什么原则？7、培养基按化学成分、物理状态、用途来划分可分为哪几种类型？8、配制培养基为什么必须调节pH值？常用来调节pH值的物质有哪些？9、微生物生长所需的营养物质有哪五类？各自的作用是什么？10、物质进出微生物细胞的方式主要有几种？试比较它们的异同。第五十七页，共七十一页，2022年，8月28日微生物代谢：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；微生物分解代谢：细胞物质或营养物质降解形成简单产物的过程。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第四节微生物的代谢第五十八页，共七十一页，2022年，8月28日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。A—H2A辅酶辅酶－H2受氢体受氢体－H2脱氢酶氧化酶

生物氧化基本过程第五十九页，共七十一页，2022年，8月28日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第六十页，共七十一页，2022年，8月28日第四节微生物的代谢一、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第六十一页，共七十一页，2022年，8月28日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。第六十二页，共七十一页，2022年，8月28日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）丙酮酸脱羧酶发酵特点C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CH2OH+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+2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP2ADP2ATP[O][H]丙酮酸脱羧酶第六十三页，共七十一页，2022年，8月28日(3)正型乳酸发酵C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHOHCOOH+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

2NAD2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP