第三章 微生物的生理

第三章

微生物的生理第一节微生物的营养第二节微生物的生长第三节微生物生长的控制第四节微生物的代谢第一节微生物的营养营养物质：能被微生物吸收利用，为其提供能量及建造新细胞成分的物质。营养：微生物从周围环境中获取营养和利用营养物质的过程。营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。一、微生物细胞的化学组成C、H、O、N、P、S、K、Mg、Ca、Fe、Mn、硼Cl、Cu、Co、Zn、钼、硒等，其中C、H、O、N、P、S六种元素占菌体干重的97%

水有机物

无机盐

元素组成化合物组成

化学组成二、微生物的营养要素

营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成五大类。水生长因子

无机盐

碳源

氮源

凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中碳素来源的营养物质都称为碳源。碳源碳源功能碳源种类碳源功能C素是大多数微生物代谢所需的能量来源C素构成细胞及代谢产物的骨架碳源种类无机C源：CO2、碳酸盐，只能被自养微生物利用有机C源：各种糖类，其次是有机酸、醇类、脂类和烃类化合物目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质常为农副产品和工业废弃物（如玉米粉、废糖蜜、麸皮、米糠、木屑等。对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。实验室常用的碳源主要有葡萄糖、蔗糖、甘露醇、有机酸等.氮源凡是能提供微生物细胞物质和代谢产物中氮素来源的营养物质都称为氮源。氮源功能氮源种类氮源功能

氮是组成微生物蛋白质、酶和核酸的成分。为微生物提供合成细胞物质代谢产物的原料。氮源一般不做能源，只有硝化细菌利用铵盐，亚硝酸盐作氮源,同时也作能源。氮源种类

有机态氮：蛋白质及其降解产物a速性氮源：实验室常用的牛肉膏、蛋白胨、酵母膏等b迟速性氮源：生产用玉米浆、豆饼、葵花饼、花生饼等。分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用实验室中，常以铵盐、硝酸盐、氨基酸、尿素、蛋白胨、牛肉膏等简单氮化物为氮源。发酵生产中，以花生饼粉、蚕蛹粉、豆饼粉、鱼粉、玉米浆、麸皮等复杂廉价的有机氮为氮源。无机盐

构成酶活性基的组成成分，维持酶活性。Mg2+、Ca2+、K+是多种酶的激活剂作为某些自养微生物的能源和无氧呼吸的氢受体。调解微生物细胞的渗透压，PH值和氧化还原电位无机盐功能构成微生物细胞的组成成分大量元素：磷、硫、钾、镁、钙、钠、铁等。微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等在配制培养基时，首选加入磷酸氢二钾和硫酸镁或氯化钠，基本可以同时提供4种需要量最大的元素。无机盐种类生长因子微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的微量有机化合物称为生长因子。根据它们的化学结构和及其生理作用可分为：维生素氨基酸嘌呤或嘧啶碱基

科研和实际生产中，常采用酵母膏、玉米浆、麦芽汁、血清等天然物质作为生长因子的来源。

水是一切生物生存的基本条件，微生物的生命活动也离不开水，微生物细胞含水约占细胞鲜重的70－90％，水作用是多方面的。水水的功能：溶剂和运输介质化学反应的良好介质维持生物大分子的活性维持渗透压和细胞形态维持细胞温度三、微生物的营养类型根据微生物所需碳源及能源不同，可将其分为四种营养类型：化能异养型化能自养型光能自养型光能异养型光能自养型（光能无机营养型）特点：能以CO2为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；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；能够在完全无机的环境中生长。

例如，单细胞藻类及蓝细菌细胞内含有叶绿素，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。CO2+2H2O光能叶绿素[CH2O]+O21、产氧光合作用

紫硫细菌和绿硫细菌含菌绿素，以H2S、S、Na2S2O3为电子供体进行不放氧的光合作用，产生细胞物质。并伴随硫元素的产生。利用H2S的反应如下：产生的元素硫或是积累到细胞内或是分泌到细胞外。CO2+2H2S光能菌绿素[CH2O]+2S+H2O2、不产氧光合作用化能自养型（化能无机营养型）特点：生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；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。这类细菌包括硫细菌、硝化细菌、H细菌、铁细菌等，硫细菌和硝化细菌与生产密切相关。光能异养型（光能有机营养型）光能自养型和光能异养型微生物的主要区别在于供氢体和电子供体来源不同，光能异养型虽然能利用CO2但必须在有机物存在的情况下才能生长。他们都能利用光能生长。CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O特点：具有光合色素，能利用光能。不能以CO2为主要或唯一的碳源；以有机物作为碳源和供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；例如，红螺菌属中的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。化能异养型（化能有机营养型）由于栖息场所和摄取养料不同，可将异养微生物分为腐生型和寄生型两大类。

腐生型：利用无生命的有机物获得营养物质。寄生型：从活的寄生体内获取营养物质，如病毒。中间类型（兼性腐生或兼性寄生）特点：生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的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；以有机或无机含氮化合物为氮源，合成细胞物质

大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；营养类型

主要（或唯一）碳源能源

代表菌

光能自养型CO2

光能

蓝细菌光能异养型有机物光能

红螺细菌

化能自养型

CO2无机物硫杆菌化能异养型

有机物

有机物

大肠杆菌

光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用生物类型营养要素动物（异养）微生物绿色植物（自养）异养自养碳源糖类脂肪糖、醇、有机酸等二氧化碳、碳酸盐等二氧化碳、碳酸盐氮源蛋白质或其降解物蛋白质或其降解物有机或无机氮化物、氮无机氮化物、氮无机氮化物能源与碳同与碳同氧化无机物或利用日光能利用日光能生长因子维生素一部分需要维生素等不需要不需要无机元素无机盐无机盐无机盐无机盐水分水水水水微生物和动物、植物营养要素的比较四、微生物吸收营养物质的方式微生物营养物质的吸收是借助生物膜的半渗透性及其结构特点以几种不同的方式来吸收营养物质和水分的。如果营养物质是大分子的蛋白质、多糖、脂肪，微生物则分泌出相应的酶（这类在细胞内产生，分泌到细胞发挥作用的酶称为胞外酶）将大分子降解成小分子后，再吸收利用。各种物质对细胞质膜的