微生物的營養(yǎng)()

第4章微生物的營養(yǎng)第一節(jié)微生物細(xì)胞的化學(xué)組成和營養(yǎng)要求第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型第三節(jié)培養(yǎng)基的配制第四節(jié)微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的機(jī)制第一頁，共六十八頁。目的要求了解微生物細(xì)胞的化學(xué)組成。掌握微生物營養(yǎng)物質(zhì)的來源及其功能。掌握微生物營養(yǎng)類型的劃分。掌握微生物的膜運(yùn)輸方式。掌握培養(yǎng)基的配制原則和方法，培養(yǎng)基的種類。熟悉各類不同營養(yǎng)類型微生物的實(shí)例。第二頁，共六十八頁。

營養(yǎng)(Nutrition):微生物主動攝取和利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程稱為營養(yǎng)。營養(yǎng)物質(zhì)（Nutrient):能滿足微生物生長、繁殖而進(jìn)行各種生理活動所需要的物質(zhì)統(tǒng)稱為營養(yǎng)物質(zhì)。第三頁，共六十八頁。營養(yǎng)物質(zhì)的功能1.提供能量2.提供原材料；3.調(diào)節(jié)代謝第四頁，共六十八頁。第一節(jié)微生物細(xì)胞的化學(xué)組成和營養(yǎng)要求一.微生物細(xì)胞的元素組成

C、H、O、N和各種礦質(zhì)元素。第五頁，共六十八頁。1．水分(含水量占細(xì)胞鮮重)細(xì)菌：5%一85%，酵母：70%一85%，絲狀真菌：85～90%，細(xì)菌芽胞：40%。第六頁，共六十八頁。2．干物質(zhì)中的元素組成（%）

元素 BacteriaYeast Mold

C 50 49.8 47.9

N 15 12.4 5.2

H 8 6.7 6.7

O 20 31.1 40.2

P 3 - -

S 1 - - 第七頁，共六十八頁。二.微生物細(xì)胞中的有機(jī)化合物依作用可分為：1.結(jié)構(gòu)成分：蛋白質(zhì)、多糖、核酸、類脂；2.貯存物質(zhì)：多糖、脂類，如淀粉、糖原、脂肪、PHB；3.代謝底物和產(chǎn)物：糖、氨基酸、核苷酸、有機(jī)酸、維生素。第八頁，共六十八頁。微生物細(xì)胞中主要有機(jī)物的含量(%)

細(xì)菌 酵母 霉菌 蛋白質(zhì) 50～80 32～75 14～52核酸 10～20 6～8 1（？）碳水化合物12～28 27～63 7～40類脂 5～20 2～15 4～40 第九頁，共六十八頁。三.微生物營養(yǎng)物質(zhì)的來源及其功能微生物營養(yǎng)物質(zhì)：

1．水2．碳源3.氮源4．礦質(zhì)元素5．生長因子第十頁，共六十八頁。1．水是組成成分—保持細(xì)胞正常的膠體狀態(tài)；是代謝反應(yīng)的介質(zhì)—營養(yǎng)物質(zhì)必須先溶于水，才能被吸收進(jìn)細(xì)胞內(nèi)；是代謝反應(yīng)的參加者；比熱高—可有效地吸收代謝中所放出的熱；熱的良導(dǎo)體—有利于散熱、調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度。第十一頁，共六十八頁。2．碳源碳源：凡可構(gòu)成微生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中碳架來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為碳源。

可根據(jù)微生物可利用的碳源形式將微生物分成兩大類——1)無機(jī)營養(yǎng)型微生物2)化能有機(jī)營養(yǎng)型微生物。第十二頁，共六十八頁。無機(jī)營養(yǎng)型微生物——二氧化碳為唯一碳源。化能有機(jī)營養(yǎng)型微生物——必須以有機(jī)物為必需碳源：糖類（單糖、寡糖、多糖）、有機(jī)酸、醇、脂、烴及芳香化合物。

氨基酸既是氮源，又是碳源。第十三頁，共六十八頁。常用的碳源物質(zhì)主要有萄萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、

甘露醇、甘油和有機(jī)酸。（二氧化碳）發(fā)酵工業(yè)中常用：飴糖、米粉、玉米粉淀粉、米糠、纖維素。第十四頁，共六十八頁。3．氮源氮源：滿足微生物生長和代謝中對氮的需求的物質(zhì)。氮素是蛋白質(zhì)的基本成分，少數(shù)細(xì)菌可利用氮源物質(zhì)獲得能量。第十五頁，共六十八頁。3種類型1）固氮微生物；2）氨基酸自養(yǎng)型微生物；3）氨基酸異養(yǎng)型微生物。第十六頁，共六十八頁。1）固氮微生物可利用分子態(tài)氮(N2)為唯一氮源，合成全部含氮有機(jī)物。有：自生固氮菌共生固氮菌聯(lián)合固氮菌第十七頁，共六十八頁。2）氨基酸自養(yǎng)型可用無機(jī)氮(NH3，NO3-)或尿素為唯一氮源，合成細(xì)胞全部含氮有機(jī)物，是數(shù)量最多的類群。第十八頁，共六十八頁。3）氨基酸異養(yǎng)型不能合成某些必需氨基酸，因而必需從環(huán)境中吸收這些氨基酸才能進(jìn)行生長代謝的一類微生物。金黃葡萄球菌——需色氨酸、胱氨酸；乳酸細(xì)菌屬——需谷氨酸、天門冬氨酸等氨基酸。第十九頁，共六十八頁。常用的氮源物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室：銨鹽、硝酸鹽、尿素、蛋白胨、多肽、氨基酸、蛋白質(zhì)；工業(yè)上：魚粉、豆餅粉、蠶蛹、玉米漿酵母粉作為有機(jī)氮源。第二十頁，共六十八頁。4．礦質(zhì)元素1）大量元素——P、K、Ca、Mg、S、Na分別參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成、能量轉(zhuǎn)移、代謝反應(yīng)、調(diào)節(jié)膠體狀態(tài)及細(xì)胞透性。2）微量元素—Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Co等

多是輔酶和輔基的成分，或是酶的激活劑。第二十一頁，共六十八頁。5．生長因子除了上述4類營養(yǎng)物質(zhì)以外，一類雖用量少卻能明顯促進(jìn)微生物生長的有機(jī)化合物的總稱。主要：維生素、氨基酸、核苷類(堿基)。第二十二頁，共六十八頁。野生型菌株和營養(yǎng)缺陷型菌株野生型菌株（wildtype）：

不需要生長因子就能在基礎(chǔ)培養(yǎng)基(除了糖類外不含其他有機(jī)物)上生長的菌株.營養(yǎng)缺陷型菌株（auxotroph）：野生型菌株由于自發(fā)突變或誘發(fā)突變等原因而產(chǎn)生的需要特定生長因子才能生長的菌株。第二十三頁，共六十八頁。第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型光能自養(yǎng)型

光能異養(yǎng)型

化能自養(yǎng)型

化能異養(yǎng)型第二十四頁，共六十八頁。標(biāo)準(zhǔn)

通常依據(jù)微生物獲取能源、碳源、氫、或電子供體方式。

第二十五頁，共六十八頁。

E C H

光能自養(yǎng)

光能 CO2 H2O/還原態(tài)無機(jī)物光能異養(yǎng)

光能 CO2 有機(jī)物

化能自養(yǎng)

化學(xué)能CO2 還原態(tài)無機(jī)物

化能異養(yǎng)

化學(xué)能有機(jī)物 有機(jī)物第二十六頁，共六十八頁。第二十七頁，共六十八頁。1.光能無機(jī)營養(yǎng)型photolithotroph又稱光能自養(yǎng)型微生物。是一類具有光合色素，利用光能為能源，以水或還原態(tài)無機(jī)物為供氫體同化二氧化碳的生物。藻類、藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌屬于這種類型。

滿江紅魚腥藍(lán)細(xì)菌(Anabaenaazollae)第二十八頁，共六十八頁。光合作用的種類1）產(chǎn)氧光合作用——葉綠素CO2十H2O[CH2O]十O2↑2）不產(chǎn)氧光合作用——菌綠素

CO2十2H2S[CH2O]十H2O＋2S

SS2O3-2還原態(tài)無機(jī)硫化物藻類、藍(lán)細(xì)菌

葉綠素光合細(xì)菌

菌綠素第二十九頁，共六十八頁。2.光能有機(jī)營養(yǎng)型

(Photoorganotroph)又稱光能異養(yǎng)型

是一類具有光合色素，利用光能，以簡單的有機(jī)物為供氫體同化二氧化碳的生物。第三十頁，共六十八頁。如紫色非硫細(xì)菌中的紅螺菌：

CH3CO2十2CH3一CHOH[CH2O]十2CH3COCH3十H2O這一類群不能以硫化物為唯一電子供體，需同時供給某些簡單的有機(jī)物和少量維生素才能生長。在有光、厭氧條件下為光能異養(yǎng)，在黑暗、好氧條件下進(jìn)行化能異養(yǎng)。

光能菌綠素黃褐紅螺菌嗜酸紅假單胞菌第三十一頁，共六十八頁。3.化能無機(jī)營養(yǎng)型chenolithotroph化能自養(yǎng)型該類微生物氧化無機(jī)物獲取能量，以CO2為唯一或主要碳源，因能量的限制，生長緩慢，有機(jī)物一般對其有毒害作用。第三十二頁，共六十八頁。1）硝化細(xì)菌氧化銨鹽或亞硝酸獲得能量的一類嚴(yán)格化能自養(yǎng)的微生物類群。分為：亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌群第三十三頁，共六十八頁。亞硝化細(xì)菌群

該類微生物可將銨鹽氧化為亞硝酸，以獲取能量2NH4+十3022NO2-十2H2O＋4H+十148Kcal亞硝化螺菌屬、亞硝化單胞菌屬、亞硝化球菌屬

海洋亞硝化球菌Nitrosococcusoceanus第三十四頁，共六十八頁。硝化細(xì)菌群

該類微生物可將NO2-進(jìn)一步氧化為硝酸，以獲取能量。

NO2-十1/202NO3-十48.1Kcal硝化桿菌屬、硝化球菌屬、硝化刺菌屬維氏硝化桿菌

Nitrobacterwinogradskyi第三十五頁，共六十八頁。2）硫化細(xì)菌

該類微生物能氧化還原態(tài)無機(jī)硫化物H2S、S、S2O3-和SO3-等以獲取能量的一類微生物。好氧、兼厭氧細(xì)菌。多數(shù)為專性的化能自養(yǎng)菌:

H2S十1/2O2H2O十S十50.lKcalS十3/2O2十H2OH2SO4十149.8Kcal氧化硫硫桿菌Thiobacillusthiooxidans第三十六頁，共六十八頁。代表類群硫桿菌屬、硫小桿菌屬、硫微螺菌屬。氧化硫硫桿菌因產(chǎn)酸可使環(huán)境pH降至2.0以下，因而可從含硫廢礦渣中回收銅等有色金屬，用于細(xì)菌冶金。利用氧化鐵硫桿菌進(jìn)行低品位銅礦冶金第三十七頁，共六十八頁。3）鐵細(xì)菌鐵細(xì)菌可將Fe2+氧化為Fe3+以獲取能量:

2Fe2+＋1/2O2十2H+2Fe3+＋H2O＋21.2Kcal鐵細(xì)菌多分布于溫泉、池塘、河流等含二價鐵較高的水體中，代表類群：鐵桿菌屬、嘉氏鐵細(xì)菌屬。將水溶性的亞鐵氧化成紅色高鐵沉淀第三十八頁，共六十八頁。4）氫細(xì)菌

該類微生物具有氫化酶能氧化氫以獲取能量：

H2十1/202H2O十56.7Kcal第三十九頁，共六十八頁。4.化能有機(jī)營養(yǎng)型chemoorganotroph化能異養(yǎng)型

該類微生物以有機(jī)物為能源和碳源。C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋E或C6H12O6發(fā)酵不同產(chǎn)物能第四十頁，共六十八頁。第三節(jié)培養(yǎng)基的配制

PreparationofMedium培養(yǎng)基:是一種人工配制的適合不同微生物生長繁殖或合成代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì).。由于各類微生物所需營養(yǎng)不同，所以培養(yǎng)基的種類也很多。第四十一頁，共六十八頁。1.配制培養(yǎng)基的原則1)

根據(jù)微生物的營養(yǎng)需要：營養(yǎng)類型、營養(yǎng)要求2)

營養(yǎng)物的濃度和配比3)調(diào)節(jié)適宜的pH值：微生物要求一定的pH值，微生物的生長會改變培養(yǎng)基的pH值常用的緩沖劑：磷酸緩沖劑（pH6.0～7.6），CaCO34)考慮培養(yǎng)目的第四十二頁，共六十八頁。2.培養(yǎng)基的種類1）按培養(yǎng)基成分劃分1.1

天然培養(yǎng)基：天然物質(zhì)。牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、豆芽汁、馬鈴薯，營養(yǎng)成分豐富，可滿足多種微生物生長的需要。1.2合成培養(yǎng)基：化學(xué)純。NaCl,K2HPO4，成分確定，用來進(jìn)行精確實(shí)驗(yàn)，1.3半合成培養(yǎng)基：天然物質(zhì)和化學(xué)純第四十三頁，共六十八頁。2）按培養(yǎng)基的物理狀態(tài)劃分2.1固體培養(yǎng)基：1.5～2.0%的凝固劑，

瓊脂的特性：無毒，不可利用，良好的凝固溫度96℃/45℃，微酸，耐熱性強(qiáng)

缺點(diǎn)：不抗酸

2.2半固體培養(yǎng)基：0.5%瓊脂，用來研究細(xì)菌的運(yùn)動性、生理特征等。2.3液體培養(yǎng)基：用來進(jìn)行各種生理研究，培養(yǎng)大量菌體。第四十四頁，共六十八頁。第四十五頁，共六十八頁。3）按其他特殊用途劃分3.1加富培養(yǎng)基3.2選擇培養(yǎng)基：根據(jù)微生物的特殊營養(yǎng)要求或?qū)σ恍┪锢砘瘜W(xué)條件的抗性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基以提高分離效果。如添加抗菌素、化學(xué)試劑。0.3%牛膽酸鈉

——抑G+0.01-0.015%重鉻酸鉀——抑G-30u/ml的鏈霉素或四環(huán)素——抑細(xì)菌（不抑真菌）30u/ml的制霉菌素——抑真菌（不抑細(xì)菌）第四十六頁，共六十八頁。3.3鑒別培養(yǎng)基：含有某種代謝產(chǎn)物指示劑的培養(yǎng)基可使從菌落形態(tài)上難以區(qū)別的不同微生物培養(yǎng)后呈現(xiàn)出顯著差別，因而有助于快速鑒別某種微生物。伊紅美蘭培養(yǎng)基：

大腸桿菌

發(fā)酵乳糖

變色

小

金屬產(chǎn)氣桿菌

發(fā)酵乳糖

變色

大

棕色腸道致病菌

不發(fā)酵乳糖

不著色第四十七頁，共六十八頁。第四十八頁，共六十八頁。第四節(jié)微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的機(jī)制復(fù)雜的有機(jī)物小分子有機(jī)物

細(xì)胞（細(xì)胞壁細(xì)胞膜）胞外酶多為適應(yīng)酶，主要有：淀粉酶、纖維素酶、果膠酶、幾丁質(zhì)酶、蛋白酶、核酸酶、脂酶。胞外酶第四十九頁，共六十八頁。膜磷脂雙分子層的障礙1、膜脂對非脂溶性物質(zhì)的障礙2．緊密排列的脂類雙分子層對大分子物質(zhì)的障礙3．膜對帶電荷物質(zhì)的障礙第五十頁，共六十八頁。小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸根據(jù)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)：1、能量的消耗與否；2、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆较颍?、有無載體蛋白的參與四種方式：1、被動擴(kuò)散；2、促進(jìn)擴(kuò)散；3、主動運(yùn)輸；4、基團(tuán)轉(zhuǎn)運(yùn)。被動運(yùn)輸（passivetransport）主動運(yùn)輸（activetransport）第五十一頁，共六十八頁。被動運(yùn)輸（passivetransport）物質(zhì)通過擴(kuò)散運(yùn)動從細(xì)胞膜濃度高的一側(cè)向細(xì)胞膜濃度低的一側(cè)擴(kuò)散，不需要細(xì)胞提供能量或不消耗能量的過程，最終使細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)濃度趨于動態(tài)平衡。方式：被動擴(kuò)散；促進(jìn)擴(kuò)散。第五十二頁，共六十八頁。主動運(yùn)輸（activetransport）方式是在消耗能量的狀況下，物質(zhì)從濃度低的一側(cè)穿過細(xì)胞膜向高濃度一側(cè)運(yùn)輸?shù)倪^程。主動運(yùn)輸是微生物從外界環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質(zhì)的重要方式。方式：

主動運(yùn)輸基團(tuán)轉(zhuǎn)運(yùn)第五十三頁，共六十八頁。1被動擴(kuò)散（passivediffusion）物質(zhì):水分子;非電離分子（如一些氣體分子O2、CO2）;小的極性分子（如乙醇和一些氨基酸分子）。

條件：濃度差

動力：濃度差

特點(diǎn)：非特異性、慢速度：1、被運(yùn)輸物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)外的濃度差；2、被運(yùn)輸物質(zhì)的性質(zhì)；3、外部環(huán)境因素如pH、離子強(qiáng)度和溫度等。第五十四頁，共六十八頁。2促進(jìn)擴(kuò)散（facilitateddiffusion）物質(zhì)：非脂溶性的分子；帶電荷的大分子物質(zhì)；各種離子。條件：濃度差；有膜運(yùn)輸?shù)鞍椎膮⑴c。動力：濃度差特點(diǎn)：快速、專一性、飽和性。速度：易受各種影響蛋白質(zhì)性質(zhì)的環(huán)境因素的影響。第五十五頁，共六十八頁。促進(jìn)擴(kuò)散和被動擴(kuò)散的動力學(xué)比較第五十六頁，共六十八頁。3主動運(yùn)輸（activetransport）主動運(yùn)輸是消耗能量，逆濃度梯度，并在載體蛋白的作用下，特異性運(yùn)輸物質(zhì)的一種運(yùn)輸方式。物質(zhì)：無機(jī)離子、有機(jī)離子、糖類（乳糖、葡萄糖、麥芽糖和蜜二糖等）能量：ATP的水解、各種質(zhì)子梯度、光能。類型：ATP動力型（ATP-linkedIonMotivepumps）質(zhì)子動力型（proton-motiveforce）第五十七頁，共六十八頁。

鈉鉀泵:是一種ATP酶，通過能量代謝，改變酶的構(gòu)型，以把Na+排出胞外，把K+運(yùn)進(jìn)細(xì)胞。

徐孝華：p105第五十八頁，共六十八頁。同向傳遞：是通過一個單一載體同時同方向運(yùn)輸兩種物質(zhì)。如大腸桿菌中乳糖的運(yùn)輸即是載體蛋白在H+濃度梯度推動下，H+與乳糖共運(yùn)輸進(jìn)入胞內(nèi)。反向運(yùn)輸：由同一載體向不同方向同時運(yùn)輸兩