微生物专业知识

微生物特点：食谱广、胃口大营养物质：微生物取自于环境中能够满足其机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需物质营养：微生物取得和利用营养物质过程营养物质是微生物生存物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式一个生理过程。微生物专业知识第1页第一节微生物六类营养要素第二节微生物营养类型第三节营养物质进入细胞方式第四节培养基

微生物专业知识第2页组成微生物细胞主要元素碳、氢、氧、氮、磷、硫,约占细胞干重95%以上;钾、镁、钙、铁、锰、钴、钼及锌等元素约占细胞干重5%是全部微生物都需要元素。

六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水

营养物质按照它们在机体中生理作用不一样，能够将它们区分成六大类：微生物专业知识第3页一、碳源在微生物生长过程中能为微生物提供碳素起源物质｛有机碳无机碳异养微生物自养微生物碳源谱微生物专业知识第4页微生物可利用碳源

糖类：葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘露糖，纤维二糖，纤维素，半纤维素，甲壳素，木质素等

有机酸：乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级脂肪酸，氨基酸等醇类：乙醇脂类：脂肪，磷脂

微生物专业知识第5页烃类:天然气，石油，石油馏分，石蜡油CO2碳酸盐:NaHCO3,CaCO3,白垩等

其它:芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽，核酸等当前在微生物工业发酵中所利用碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。对于为数众多化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功效营养物。

微生物专业知识第6页凡是能被用来组成菌体物质中或代谢产物中氮素起源营养物质称为氮源。氮源谱｛有机氮无机氮NH3铵盐硝酸盐N2｛｛蛋白质核酸氨基酸尿素二、氮源微生物专业知识第7页氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气生物惯用蛋白质类氮源包含蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等按氮源不一样生物可分为：氨基酸异养型生物：从外界吸收现成氨基酸作为氮源微生物专业知识第8页能源谱｛化学物质辐射能｛化能异养微生物能源有机物无机物化能自养微生物能源光能自养和光能异养微生物能源能源：能为微生物生命活动提供最初能量起源营养物或辐射能。三、能源微生物专业知识第9页微生物生长因子需要量（ml-1

金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus） 硫胺素 0.5ng 白喉棒杆菌（Cornebacteriumdiphtherriae） B-丙氨酸1.5ug 破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridiumtetani） 尿嘧啶 0-4ug 肠膜状串珠菌（Leuconostocmesenteroides） 吡哆醛 0.025ug生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量很小，但不能用简单碳、氮源自行合成有机物。因为它没有能源和碳、氨源等结构材料功效，所以需要量普通极少。四、生长因子广义生长因子除了维生素外，还包含碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4-C6分支或直链脂肪酸等，狭义生长因子普通仅指维生素。微生物专业知识第10页依据微生物对生长因子需要是否，将其分成3种类型：（1）生长因子自养型微生物（2）生长因子异养型微生物（3）生长因子过量合成微生物微生物专业知识第11页作用参加微生物中氨基酸和酶组成；调整微生物原生质胶体状态，维持细胞渗透与平衡酶激活剂微量元素：是指那些在微生物生长过程中起主要作用，而机体对这些元素需要量极其微小元素，通常需要量在10-6--10-8mol/L：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。依据微生物对矿质元素需要量大小能够把它分成：大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。10-3--10-4mol/L五、矿质元素（无机盐）微生物专业知识第12页四、水1.微生物细胞组成成份；2.是细胞营养物质和代谢产物溶剂；3.是细胞中各种生化反应良好介质；4.水还能维持微生物细胞膨压；5.水含有较高比热，稳定细胞内环境温度。水生物学作用微生物专业知识第13页第一节微生物营养物质第二节微生物营养类型第三节营养物质进入细胞方式第四节培养基

微生物专业知识第14页异养型生物自养型生物生长所需要营养物质生物生长过程中能量起源光能营养型化能营养型依据微生物利用碳源、能源及供氢体不一样，将其划分为4个类群:光能无机营养型（photolithotroph）光能有机营养型（photoorganotroph）化能无机营养型（chemolithotroph）化能有机营养型（chemoorganotroph）

P87营养类型是依据微生物生长所需主要营养要素即碳源和能源不一样，而划分微生物类型微生物专业知识第15页化能有机营养型以有机物氧化取得能量，生长依赖于有机营养物质光能无机营养型以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长光能有机营养型以光为能源，但生长需要一定有机营养化能无机营养型以无机物氧化取得能量，生长不依赖有机营养物微生物专业知识第16页1．光能无机营养型（光能自养型）能以CO2为唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要能量；

以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质；比如:藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素产生。CO2+2H2S光能光合色素[

CH2O]+2S+H2O微生物专业知识第17页能以CO2及简单有机物为主要或唯一碳源；以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源生长因子；比如，红螺菌属中一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O2．光能有机营养型（光能异养型）微生物专业知识第18页3．化能无机营养型（化能自养型）

生长所需要能量来自无机物氧化过程中放出化学能；以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参加地球物质循环；微生物专业知识第19页硝化细菌科氨化作用硝化作用亚硝化单胞菌硝化杆菌微生物专业知识第20页4．化能有机营养型（化能异养型）生长所需要能量均来自有机物氧化过程中放出化学能；

生长所需要碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；全部致病微生物均为化能有机异养型微生物微生物专业知识第21页不一样营养类型之间界限并非绝对异养型微生物并非绝对不能利用CO2；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；有些微生物在不一样生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；比如紫色非硫细菌(purplenonsulphurbacteria)：没有有机物时，同化CO2，

为自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生化学能生长，为化能营养型微生物微生物营养类型可变性无疑有利于提升其对环境条件改变适应能力微生物专业知识第22页第一节微生物营养物质第二节微生物营养类型第三节营养物质进入细胞方式

第四节培养基

微生物专业知识第23页变形虫正在吞噬一个草履虫变形虫猎食时覆盖它猎物，把猎物裹起来，这么就产生了一个食物泡，食物泡能够消化吸收猎物。动态中食物泡.食物泡中充满了酶，用来消化猎物.消化过程很轻易用显微镜观察。原生动物对营养吸收——吞噬胞饮微生物专业知识第24页微生物经过细胞膜渗透和选择吸收作用吸收营养物质营养物质能否进入细胞取决于三个方面原因：①营养物质本身性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等)②微生物所处环境（温度、PH等）；③微生物细胞透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。微生物专业知识第25页细胞膜运输营养物质有4种方式：单纯扩散（simplediffusion）促进扩散(facilitateddiffusion)主动运输(activetransport)基团转移(grouptranslocation)微生物专业知识第26页

原生质膜是一个半透性膜，营养物质经过原生质膜上小孔，由高浓度胞外环境向低浓度胞内进行扩散。特点①物质在扩散过程中没有发生任何反应；②不消耗能量；不能逆浓度运输；③运输速率与膜内外物质浓度差成正比一、单纯扩散物质扩散动力:

膜内外浓度差被运输物质：小分子量和脂溶性物，水，气体、甘油和一些离子微生物专业知识第27页借助膜上载体蛋白，含有高度立体专一性。载体蛋白能促进物质运输，但不能进行逆浓度梯度运输。常见于真核微生物，如厌氧生活酵母菌中。二、促进扩散微生物专业知识第28页特点①不消耗能量②参加运输物质本身分子结构不发生改变③不能进行逆浓度运输④运输速率与膜内外物质浓度差成正比⑤需要载体参加

经过促进扩散进入细胞营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。微生物专业知识第29页微生物专业知识第30页微生物专业知识第31页特点:消耗能量有特异载体蛋白可逆浓度运输主要是无机离子、有机离子和一些糖类三、主动运输

主动运输是广泛存在于微生物中一个主要物质运输方式。微生物专业知识第32页四、基团移位

基团移位是另一个类型主动运输，它与主动运输方式不一样之处于于它有一个复杂运输系统来完成物质运输，而物质在运输过程中发生化学改变。其机制在E.coli中研究得较为清楚：主要靠磷酸转移酶系统即磷酸烯醇式丙酮酸—己糖磷酸转移酶系统（PTS）进行。PTS通常由五种蛋白质组成，包含酶I、酶II（包含a、b、c3种亚基）和一个低相对分子量热稳定蛋白质（HPr）。主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中主要用于各种糖类及脂肪酸、核苷、碱基等物质运输微生物专业知识第33页葡萄糖经过基团移位运输步骤：

1）热稳定载体蛋白（HPr）激活PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）+HPr酶I

磷酸~HPr+丙酮酸

2）糖经磷酸化进入细胞膜内磷酸~HPr+葡萄糖

酶II6-磷酸葡萄糖+HPr

微生物专业知识第34页特点：可逆浓度运输消耗能量需要载体底物在运输过程发生化学改变微生物专业知识第35页比较项目单纯扩散 促进扩散主动运输基团移位特异载体蛋白无 有 有 有 运输速度 慢 快 快 快 溶质运输方向由浓至稀由浓至稀 由稀至浓 由稀至浓平衡时内外浓度内外相等 内外相等 内部高 内部高 运输分子 无特异性 特异性 特异性 特异性 能量消耗 不需要 需要 需要 需要 运输前后溶质分子不变 不变 不变 改变 载体饱和效应 无 有 有 有 与溶质类似物无竞争性 有竞争性 有竞争性 有竞争性 运输抑制剂 无 有 有 有 运输对象举例水、O2

糖、SO42-氨基酸、乳糖葡萄糖\嘌呤四种运输营养方式比较p89微生物专业知识第36页第一节微生物营养物质第二节微生物营养类型第三节微生物对营养物质吸收第四节培养基

微生物专业知识第37页任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：任何培养基一旦配成，必须马上进行灭菌处理碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水常规高压蒸汽灭菌：1.05kg/cm2,121.3℃15-30分钟；0.56kg/cm2,112.6℃15-30分钟由人工配制能够满足微生物生长、繁殖或积累代谢产物所用营养基质。培养基（medium）微生物专业知识第38页一、选取和设计培养基标准目标明确营养协调理化条件适宜经济节约微生物专业知识第39页1、目标明确依据不一样微生物营养要求配制针对强培养基。微生物专业知识第40页常见培养四大类微生物培养基细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏3g蛋白胨10gNaCl5gH2O1000ml放线菌（高氏1号）淀粉20gK2HPO40.5gNaCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gKNO31gFeSO40.01gH2O1000ml酵母菌(麦芽汁培养基)干麦芽粉加四倍水，在50℃--60℃保温糖化3-4小时，用碘液试验检验至糖化完全为止，调整糖液浓度为10。巴林，煮沸后，沙布过滤，调PH为6.0。霉菌（查氏合成培养基）NaNO33gK2HPO41gKCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gFeSO40.01g蔗糖30gH2O1000ml微生物专业知识第41页2.营养协调

培养基中营养物质浓度适当时微生物才能生长良好，营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。

培养基中各营养物质之间浓度配比也直接影响微生物生长繁殖和代谢产物形成和积累，其中碳氮比（C/N）影响较大。

C/N指微生物培养基中所含碳源中碳原子摩尔数与氮源中碳原子摩尔数之比。比如，在利用微生物发酵生产谷氨酸过程中，培养基C/N为4/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基C/N为3/1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。普通而言，真菌需C/N比较高培养基，细菌需C/N比较低培养基。微生物专业知识第42页3.理化条件适宜pH水活度氧化还原电位微生物专业知识第43页a.pH培养基pH必须控制在一定范围内，以满足不一样类型微生物生长繁殖或产生代谢产物。通常培养条件：细菌与放线菌：pH7~7.5酵母菌和霉菌：pH4.5~6范围内生长微生物专业知识第44页

维持培养基pH方法使用磷酸缓冲剂：K2HPO4/KH2PO4采取“备用碱”CaCO3

、CaHCO3

一些微生物在生长、代谢过程中会产生引发培养基pH改变代谢产物，为了维持培养基pH相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。微生物专业知识第45页b.水活度在天然环境中，微生物可实际利用自由水或游离水含量，普通用在一定温度和压力条件下,溶液蒸汽压力与一样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：αw=Pw/Pow式中Pw代表溶液蒸汽压力,POw代表纯水蒸汽压力。纯水αw为1.00,溶液中溶质越多,αw越小。微生物普通在αw为0.60～0.99条件下生长。微生物不一样，其生长最适αw不一样（P94表）。微生物专业知识第46页不一样类型微生物对氧化还原电位要求不一样好氧微生物：较高0.3～0.4V兼性厌氧微生物：0.1V厌氧微生物：0.1V以下，培养时要注意调整（驱走空气中氧气，添加还原剂）氧化还原势又称氧化还原电位，是度量某还原系统中还原剂释放电子或氧化剂接收电子趋势一个指标。

单位为V或mV。C.氧化还原势微生物专业知识第47页以粗代精以野代家以废代好以国代进以简代繁以氮代朊以烃代粮以纤代糖4.经济节约微生物专业知识第48页二、培养基类型及应用培养基种类繁多，依据其成份、物理状态和用途可将培养分成各种类型。按成份不一样划分天然培养基合成培养基采取动、植物组织或微生物浸出物为原料配制而成培养基。牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基采取化学成份完全了解物质配制而成培养基.高氏1号培养基、查氏培养基半合成培养基介于合成培养基和天然培养基间，主要以化学试剂配制，同时添加某种或一些天然成份如PDA微生物专业知识第49页按培养基物理状态不一样划分固