環(huán)境工程微生物學(xué)微生物的生理

1.1微生物細(xì)胞的化學(xué)組成包括有機(jī)物和無機(jī)物有機(jī)物包含各種大分子，如蛋白質(zhì)、核酸、類脂和糖類等，占細(xì)胞干重99%。無機(jī)成分包括小分子無機(jī)物和各種離子，占細(xì)胞干重1%。大量元素：C、H、O、N、P、S中微量元素：K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo1.

微生物的營養(yǎng)物質(zhì)當(dāng)前1頁，總共122頁。3/14/20231微生物學(xué)1.2微生物的營養(yǎng)物質(zhì)(1)微生物的營養(yǎng)物質(zhì)包含組成細(xì)胞的各種化學(xué)元素構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的碳素來源：碳源物質(zhì)構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的氮素來源：氮源物質(zhì)無機(jī)鹽：K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等元素。當(dāng)前2頁，總共122頁。3/14/20232微生物學(xué)(2)微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能微生物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)主要是以的有機(jī)物和無機(jī)物的形式提供的，小部分由氣體物質(zhì)供給。微生物的營養(yǎng)物質(zhì)按其在機(jī)體中的生理作用可區(qū)分為：碳源、氮源、能源、無機(jī)鹽、生長因子和水五大類。當(dāng)前3頁，總共122頁。3/14/20233微生物學(xué)1.2.1碳源在微生物生長過程提供碳素來源的物質(zhì)稱為碳源(sourceofcarbon)。從簡單的無機(jī)含碳化合物如CO2和碳酸鹽到各種各樣的天然有機(jī)化合物都可以作為微生物的碳源，不同微生物對碳源物質(zhì)的利用具有選擇性，利用能力存在差異。(表3.1)當(dāng)前4頁，總共122頁。3/14/20234微生物學(xué)表3.1微生物利用的碳源物質(zhì)種類碳源物質(zhì)備注糖葡萄糖、果糖、麥芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纖維二糖、纖維素、半纖維素、甲殼素、木質(zhì)素等單糖優(yōu)于雙糖，己糖優(yōu)于戊糖，淀粉優(yōu)于纖維素，純多糖優(yōu)于雜多糖。有機(jī)酸糖酸、乳酸、檸檬酸、延胡索酸、低級脂肪酸、高級脂肪酸、氨基酸等與糖類比效果較差，有機(jī)酸較難進(jìn)入細(xì)胞，進(jìn)入細(xì)胞后會導(dǎo)致pH下降。當(dāng)環(huán)境中缺乏碳源物質(zhì)時(shí)，氨基酸可被微生物作為碳源利用。醇乙醇在低濃度條件下被某些酵母菌和醋酸菌利用。脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定條件下將磷脂分解為甘油和脂肪酸而加以利用。烴天然氣、石油、石油餾分、石蠟油等利用烴的微生物細(xì)胞表面有一種由糖脂組成的特殊吸收系統(tǒng)，可將難溶的烴充分乳化后吸收利用。CO2CO2自養(yǎng)微生物可利用碳酸鹽NaHCO3、CaCO3、白堊等其他芳香族化合物、氰化物蛋白質(zhì)、肽、核酸等能利用這些物質(zhì)的微生物在環(huán)境保護(hù)方面有重要作用。當(dāng)環(huán)境中缺乏碳源物質(zhì)時(shí)，可被微生物作為碳源而降解利用。當(dāng)前5頁，總共122頁。3/14/20235微生物學(xué)碳源的生理作用碳源物質(zhì)通過復(fù)雜的化學(xué)變化來構(gòu)成微生物自身的細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物；同時(shí)多數(shù)碳源物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)過程中還能為機(jī)體提供維持生命活動的能量;但有些以CO2為唯一或主要碳源的微生物生長所需的能源則不是來自CO2。當(dāng)前6頁，總共122頁。3/14/20236微生物學(xué)1.2.2氮源凡是可以被微生物用來構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)通稱為氮源(sourceofnitrogen)。能被微生物所利用的氮源物質(zhì)：蛋白質(zhì)及其各類降解產(chǎn)物、銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、分子態(tài)氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物(表3.2)。

當(dāng)前7頁，總共122頁。3/14/20237微生物學(xué)表3.2微生物利用的氮源物質(zhì)種類氮源物質(zhì)備注蛋白質(zhì)類蛋白質(zhì)及其不同程度降解產(chǎn)物(胨、肽、氨基酸等)大分子蛋白質(zhì)難進(jìn)入細(xì)胞，一些真菌和少數(shù)細(xì)菌能分泌胞外蛋白酶，將大分子蛋白質(zhì)降解利用，而多數(shù)細(xì)菌只能利用相對分子質(zhì)量較小其降解產(chǎn)物氨及銨鹽NH3,(NH4)2SO4容易被微生物吸收利用硝酸鹽KNO3等分子氮N2固氮菌可利用其他嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物大腸桿菌不能以嘧啶作為唯一氮源，在氮限量的葡萄糖培養(yǎng)基上生長時(shí)，先誘導(dǎo)合成分解嘧啶的酶，再分解利用。嘧啶可不同程度地被微生物作為氮源加以利用當(dāng)前8頁，總共122頁。3/14/20238微生物學(xué)氮源的生理作用合成細(xì)胞中含氮物質(zhì)，少數(shù)情況下作能源物質(zhì)，如某些厭氧微生物在厭氧條件下可利用某些氨基酸作為能源。微生物對氮源的利用具有選擇性，如玉米漿相對于豆餅粉，NH4+相對于NO3-為速效氮源。銨鹽作為氮源時(shí)會導(dǎo)致培養(yǎng)基pH值下降，稱為生理酸性鹽，而以硝酸鹽作為氮源時(shí)培養(yǎng)基pH值會升高，稱為生理堿性鹽。當(dāng)前9頁，總共122頁。3/14/20239微生物學(xué)1.2.3能源物質(zhì)能為微生物的生命活動提供最初能量來源營養(yǎng)物或輻射能。能源譜化學(xué)物質(zhì)有機(jī)物—化能異養(yǎng)微生物利用

無機(jī)物—化能自養(yǎng)微生物利用輻射能光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物當(dāng)前10頁，總共122頁。3/14/202310微生物學(xué)1.2.4無機(jī)鹽

無機(jī)鹽(Inorganicsalt)是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，其生理功能(表3.3)

：（1）酶活性中心的組成部分（2）維持生物大分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)并維持細(xì)胞的滲透壓平衡（3）控制細(xì)胞的氧化還原電位（4）某些微生物生長的能源物質(zhì)等。當(dāng)前11頁，總共122頁。3/14/202311微生物學(xué)表3.3無機(jī)鹽及其生理功能元素化合物形式(常用)生理功能磷KH2PO4，K2HPO4核酸、核蛋白、磷脂、輔酶及ATP等高能分子的成分，作為緩沖系統(tǒng)調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH硫(NH4)2SO4，MgSO4含硫氨基酸(半胱氨酸、甲硫氨酸等)、維生素的成分，谷胱甘肽可調(diào)節(jié)胞內(nèi)氧化還原電位鎂MgSO4己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氫酶、核酸聚合酶等活性中心組分，葉綠素和細(xì)菌葉綠素成分鈣CaCl2，Ca(NO3)2某些酶的輔因子，維持酶(如蛋白酶)的穩(wěn)定性，芽孢和某些孢子形成所需，建立細(xì)菌感受態(tài)所需鈉NaCl細(xì)胞運(yùn)輸系統(tǒng)組分，維持細(xì)胞滲透壓，維持某些酶的穩(wěn)定性鉀KH2PO4，K2HPO4某些酶的輔因子，維持細(xì)胞滲透壓，某些嗜鹽細(xì)菌核糖體的穩(wěn)定因子鐵FeSO4細(xì)胞色素及某些酶的組分，某些鐵細(xì)菌的能源物質(zhì)，合成葉綠素、白喉毒素所需當(dāng)前12頁，總共122頁。3/14/202312微生物學(xué)1.2.5微量元素微量元素是指那些在微生物生長過程中起重要作用，但機(jī)體的需要量極其微小的元素，濃度在10-6-10-8mol/L(培養(yǎng)基)。微量元素一般參與酶的組成或使酶活化。當(dāng)前13頁，總共122頁。3/14/202313微生物學(xué)表3.4微量元素與生理功能元素生理功能鋅存在于乙醇脫氫酶、乳酸脫氫酶、堿性磷酸酶、醛縮酶、RNA與DNA聚合酶中錳存在于過氧化物歧化酶、檸檬酸合成酶中鉬存在于硝酸鹽還原酶、固氮酶、甲酸脫氫酶中硒存在于甘氨酸還原酶、甲酸脫氫酶中鈷存在于谷氨酸變位酶中銅存在于細(xì)胞色素氧化酶中鎢存在于甲酸脫氫酶中鎳存在于脲酶中，為氫細(xì)菌生長所必需當(dāng)前14頁，總共122頁。3/14/202314微生物學(xué)1.3.6生長因子(Growthfactor)微生物生長所必需且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以滿足機(jī)體生長需要的有機(jī)化合物。根據(jù)生長因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和在機(jī)體中的生理功能的不同，分為三類：（1）維生素(vitamin)（2）氨基酸（3）嘌呤與嘧啶(表3.5)。當(dāng)前15頁，總共122頁。3/14/202315微生物學(xué)表3.5維生素及其在代謝中的作用化合物代謝中的作用對氨基苯甲酸四氫葉酸的前體，一碳單位轉(zhuǎn)移的輔酶生物素催化羧化反應(yīng)的酶的輔酶輔酶M甲烷形成中的輔酶葉酸四氫葉酸包括在一碳單位轉(zhuǎn)移輔酶中泛酸輔酶A的前體硫辛酸丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的輔基尼克酸NAD、NADP的前體，它們是許多脫氫酶的輔酶吡哆素(B6)參與氨基酸和酮酶的轉(zhuǎn)化核黃素(B2)黃素單磷酸(FMN)和FAD的前體，它們是黃素蛋白的輔基鉆胺素(B12)輔酶B12包括在重排反應(yīng)里(為谷氨酸變位酶)硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸脫羧酶、轉(zhuǎn)醛醇酶和轉(zhuǎn)酮醇酶的輔基維生素K甲基酮類的前體，起電子載體作用(如延胡索酸還原酶)氧肟酸促進(jìn)鐵的溶解性和向細(xì)胞中的轉(zhuǎn)移當(dāng)前16頁，總共122頁。3/14/202316微生物學(xué)生長因子的作用（1）維生素在機(jī)體中所起的作用主要是作為輔基或輔酶參與新陳代謝；（2）有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，必須在培養(yǎng)基中補(bǔ)充這些氨基酸或含有這些氨基酸的小肽類物質(zhì)，微生物才能正常生長；（3）嘌呤與嘧啶主要作為酶的輔酶或輔基，以及用來合成核苷、核苷酸和核酸。當(dāng)前17頁，總共122頁。3/14/202317微生物學(xué)1.2.7水水是微生物生長所必不可少的。生理功能：（1）作為溶劑與運(yùn)輸介質(zhì)，營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌須以水為介質(zhì);（2）參與細(xì)胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)；（3）維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的構(gòu)象。當(dāng)前18頁，總共122頁。3/14/202318微生物學(xué)（4）控制細(xì)胞溫度：比熱高，熱的良導(dǎo)體，能有效地吸收代謝過程中產(chǎn)生的熱并及時(shí)地將熱迅速散發(fā)出體外；（5）維持細(xì)胞正常形態(tài)；（6）參與細(xì)胞組分合成：通過水合和脫水作用控制由多亞基組成的結(jié)構(gòu)，如酶、微管、鞭毛及病毒顆粒的組裝與解離。當(dāng)前19頁，總共122頁。3/14/202319微生物學(xué)水的有效性常以水活度值(wateractivity,αw)表示。水活度值是指在一定的溫度和壓力條件下，溶液的蒸氣壓力與同樣條件下純水蒸氣壓力之比，即αw＝Pw／P0w式中Pw代表溶液蒸氣壓力，P0w代表純水蒸氣壓力。純水w為1.00，溶液中溶質(zhì)越多，w越小。當(dāng)前20頁，總共122頁。3/14/202320微生物學(xué)水的有效性微生物一般在w的條件下生長，w過低時(shí)，微生物生長的遲緩期延長，比生長速率和總生長量減少。微生物不同，其生長的最適w也不同。一般而言，細(xì)菌生長最適w較酵母菌和霉菌高，而嗜鹽微生物生長最適w則較低。當(dāng)前21頁，總共122頁。3/14/202321微生物學(xué)表3.6幾類微生物生長最適w微生物w一般細(xì)菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80嗜鹽細(xì)菌0.76嗜鹽真菌0.65嗜高滲酵母0.60當(dāng)前22頁，總共122頁。3/14/202322微生物學(xué)2.1營養(yǎng)類型劃分依據(jù)根據(jù)微生物生長所需要的主要營養(yǎng)元素即能源和碳源的不同而劃分的微生物類型。光能無機(jī)自養(yǎng)型(photolithoautotrophy)光能有機(jī)異養(yǎng)型(photoorganoheterophy)化能無機(jī)自養(yǎng)型(chemolithoautotrophy)化能有機(jī)異養(yǎng)型(chemoorganoheterotrophy)2微生物的營養(yǎng)類型當(dāng)前23頁，總共122頁。3/14/202323微生物學(xué)2.1.1光能無機(jī)自養(yǎng)型又稱光能自養(yǎng)型，一類能以CO2為唯一碳源或主要碳源并利用光能進(jìn)行生長的微生物的營養(yǎng)類型能以無機(jī)物如水、硫化氫、硫代硫酸鈉或其他無機(jī)化合物為電子供體，使CO2固定還原成細(xì)胞物質(zhì)，并且伴隨元素氧(硫)的釋放。藻類、藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌屬于該類型。當(dāng)前24頁，總共122頁。3/14/202324微生物學(xué)（1）藻類和藍(lán)細(xì)菌：與高等植物光合作用一致。（2）光合細(xì)菌：光合細(xì)菌與高等植物不同。當(dāng)前25頁，總共122頁。3/14/202325微生物學(xué)2.1.2光能有機(jī)異養(yǎng)型或稱光能異養(yǎng)型，這類微生物不能以CO2作為唯一碳源或主要碳源，需以有機(jī)物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)。光能有機(jī)營養(yǎng)型細(xì)菌在生長時(shí)通常需要外源生長因子。紅螺屬的一些細(xì)菌是這一營養(yǎng)類型的代表：當(dāng)前26頁，總共122頁。3/14/202326微生物學(xué)2.1.3化能無機(jī)自養(yǎng)型或稱化能自養(yǎng)型，這類微生物利用無機(jī)物氧化過程中放出的化學(xué)能作為其生長所需的能量，以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源生長，利用電子供體如H2、H2S、Fe2+、NO2-使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。微生物類群有硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌與鐵細(xì)菌等。如氫細(xì)菌：當(dāng)前27頁，總共122頁。3/14/202327微生物學(xué)2.1.4化能有機(jī)異養(yǎng)型或稱化能異養(yǎng)營養(yǎng)型，這類微生物生長所需的能量來自有機(jī)物氧化過程放出的化學(xué)能，生長所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機(jī)酸等，即化能有機(jī)營養(yǎng)型微生物里的有機(jī)物通常既是它們生長的碳源物質(zhì)又是能源物質(zhì)。大多數(shù)微生物屬于化能有機(jī)營養(yǎng)型：絕大多數(shù)的細(xì)菌、全部真菌、原生動物以及病毒。腐生型；寄生型。當(dāng)前28頁，總共122頁。3/14/202328微生物學(xué)微生物營養(yǎng)類型劃分表3.7微生物營養(yǎng)類型(Ⅰ)劃分依據(jù)營養(yǎng)類型特點(diǎn)碳源自養(yǎng)型(autotrophs)以CO2為唯一或主要碳源異養(yǎng)型(heterotrophs)以有機(jī)物為碳源能源光能營養(yǎng)型(phototrophs)以光為能源化能營養(yǎng)型(chemotrophs)以有機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能為能源電子供體無機(jī)營養(yǎng)型(lithotrophs)以還原性無機(jī)物為電子供體有機(jī)營養(yǎng)型(organotrophs)以有機(jī)物為電子供體當(dāng)前29頁，總共122頁。3/14/202329微生物學(xué)表3.8微生物的營養(yǎng)類型(Ⅱ)營養(yǎng)類型電子供體碳源能源代表類群光能無機(jī)自養(yǎng)型H2、H2S、S、或H2OCO2光能著色細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、藻類光能有機(jī)異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物光能紅螺細(xì)菌化能無機(jī)自養(yǎng)型H2、H2S、Fe2+、NH3、或NO-2CO2化學(xué)能(無機(jī)物氧化)氫細(xì)菌、硫桿菌、亞硝化單胞菌屬、硝化桿菌屬、甲烷桿菌屬、醋酸桿菌屬化能有機(jī)異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物化學(xué)能(有機(jī)物氧化)假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、乳酸菌屬、真菌、原生動物當(dāng)前30頁，總共122頁。3/14/202330微生物學(xué)3.1培養(yǎng)基的定義培養(yǎng)基(culturemedium)是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。無論是以微生物學(xué)研究，還是利用微生物生產(chǎn)生物制品，都必須進(jìn)行培養(yǎng)基的配制，它是微生物學(xué)研究和微生物發(fā)酵生產(chǎn)的基礎(chǔ)。3培養(yǎng)基當(dāng)前31頁，總共122頁。3/14/202331微生物學(xué)3.2培養(yǎng)基組成含有微生物生長所需水分、碳源、能源、氮源、生長因子以及基本的離子，磷、硫、鈉、鈣、鎂、鉀和鐵及各種微量元素。培養(yǎng)基還應(yīng)具有適宜的pH值和一定緩沖能力及一定的氧化還原電位和合適的滲透壓。當(dāng)前32頁，總共122頁。3/14/202332微生物學(xué)3.3培養(yǎng)基的配制原則(1)目的明確根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)要求配制相應(yīng)的培養(yǎng)基。例：氧化硫硫桿菌培養(yǎng)基

(NH4)2SO4MgSO4·7H2OFeSO4KH2PO4CaCl2SH2OpH滅菌條件140.251010007.0121℃,20min當(dāng)前33頁，總共122頁。3/14/202333微生物學(xué)常見的培養(yǎng)四大類微生物的培養(yǎng)基牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基：牛肉膏3g蛋白胨10gNaCl5gH2O1000ml高氏1號：淀粉20gK2HPO40.5gNaCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gKNO31gFeSO40.01gH2O1000ml麥芽汁培養(yǎng)基：干麥芽粉加4倍水，在50℃--60℃保溫糖化3-4小時(shí)，用碘液試驗(yàn)檢查至糖化完全為止，調(diào)整糖液濃度為10。巴林，煮沸后，沙布過濾，調(diào)pH為6.0。查氏合成培養(yǎng)基：NaNO33gK2HPO41gKCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gFeSO40.01g蔗糖30gH2O1000ml當(dāng)前34頁，總共122頁。3/14/202334微生物學(xué)（2）營養(yǎng)協(xié)調(diào)培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時(shí)微生物才能生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時(shí)不能滿足微生物正常生長所需，濃度過高時(shí)則可能對微生物生長起抑制作用。培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比(C/N)的影響較大。當(dāng)前35頁，總共122頁。3/14/202335微生物學(xué)碳氮比（C/N）指培養(yǎng)基中碳元素與氮元素的物質(zhì)的量比值，有時(shí)也指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白之比。例如，在利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程中，培養(yǎng)基碳氮比為4/1時(shí)，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；當(dāng)培養(yǎng)基碳氮比為3/1時(shí)，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量則大量增加。當(dāng)前36頁，總共122頁。3/14/202336微生物學(xué)（3）理化條件適宜pH培養(yǎng)基pH必須控制在一定范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。通常培養(yǎng)條件：細(xì)菌與放線菌：pH7~7.5；

酵母菌和霉菌：pH4.5~6范圍內(nèi)生長。為了維持培養(yǎng)基pH的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，或在進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí)補(bǔ)加酸、堿。當(dāng)前37頁，總共122頁。3/14/202337微生物學(xué)水活度微生物一般在αw為0.60～0.99的條件下生長,αw過低時(shí),微生物生長的遲緩期延長,比生長速率和總生長量減少。微生物不同，其生長的最適αw不同。氧化還原電位氧化還原電位又稱氧化還原電勢(redoxpotential)，是度量某氧化還原系統(tǒng)中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢的一種指標(biāo)，其單位是V(伏)或mV(毫伏)。不同類型微生物生長對氧化還原電位的要求不同。好氧性微生物：+0.1伏以上時(shí)可正常生長,以+0.3～+0.4伏為宜厭氧性微生物：低于+0.1伏條件下生長。兼性厭氧微生物：+0.1伏以上時(shí)進(jìn)行好氧呼吸，+0.1伏以下時(shí)進(jìn)行發(fā)酵。當(dāng)前38頁，總共122頁。3/14/202338微生物學(xué)配制培養(yǎng)基的原則經(jīng)濟(jì)節(jié)約以粗代精以野代家以廢代好以簡代繁以氮代朊以纖代糖以烴代糧以國代進(jìn)消泡原料選擇滅菌處理當(dāng)前39頁，總共122頁。3/14/202339微生物學(xué)3.4培養(yǎng)基配制方法

生態(tài)模擬查閱文獻(xiàn)科學(xué)設(shè)計(jì)試驗(yàn)比較當(dāng)前40頁，總共122頁。3/14/202340微生物學(xué)3.5培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用培養(yǎng)基種類繁多，根據(jù)其成分、物理狀態(tài)和用途可將培養(yǎng)分成多種類型。3.5.1按成分不同劃分(1)天然培養(yǎng)基(complexmedium)；

非化學(xué)限定培養(yǎng)基(chemicallyundefinedmedium)。(2)合成培養(yǎng)基(syntheticmedium)(3)半合成培養(yǎng)基(semi-syntheticmedium)當(dāng)前41頁，總共122頁。3/14/202341微生物學(xué)3.5.2根據(jù)物理狀態(tài)劃分根據(jù)培養(yǎng)基中凝固劑的有無及含量的多少，可將培養(yǎng)基劃分為固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基三種類型。凝固劑常用的凝固劑有瓊脂(agar)、明膠(gelatain)和硅膠(silicagel)。(表3.9)瓊脂是由紅藻門石花菜江蘺等藻類中提取的膠體多糖。當(dāng)前42頁，總共122頁。3/14/202342微生物學(xué)表3.9瓊脂與明膠主要特征比較內(nèi)容瓊脂明膠常用濃度(%)1.5～25～12熔點(diǎn)(℃)9625凝固點(diǎn)(℃)4020pH微酸酸性灰分(%)1614～15氧化鈣(%)1.150氧化鎂(%)0.770氮(%)0.418.3微生物利用能力絕大多數(shù)微生物不能利用許多微生物能利用當(dāng)前43頁，總共122頁。3/14/202343微生物學(xué)理想凝固劑的特點(diǎn)①不被所培養(yǎng)的微生物分解利用；②在微生物生長的溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)(在培養(yǎng)嗜熱細(xì)菌時(shí)?)③凝固劑凝固點(diǎn)溫度不能太低，否則將不利于微生物的生長；④凝固劑對所培養(yǎng)的微生物無毒害作用；⑤凝固劑在滅菌過程中不會被破壞；⑥透明度好，粘著力強(qiáng)；⑦配制方便且價(jià)格低廉。當(dāng)前44頁，總共122頁。3/14/202344微生物學(xué)3.5.3按用途劃分（1）基礎(chǔ)培養(yǎng)基(minimummedium)是含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基。（2）加富培養(yǎng)基(enrichmentmedium)也稱營養(yǎng)培養(yǎng)基，即在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基，這些特殊營養(yǎng)物質(zhì)包括血液、血清、酵母浸膏、動植物組織液等。當(dāng)前45頁，總共122頁。3/14/202345微生物學(xué)（3）鑒別培養(yǎng)基(differentialmedium)是用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基，微生物產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物，與培養(yǎng)基中的特殊化學(xué)物質(zhì)發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生明顯的特征變化。（4）選擇培養(yǎng)基(selectivemedium)是用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基。當(dāng)前46頁，總共122頁。3/14/202346微生物學(xué)4.1影響營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的因素營養(yǎng)物質(zhì)本身性質(zhì)微生物所處環(huán)境微生物細(xì)胞的透過屏障(permeabilitybarrier)4營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞當(dāng)前47頁，總共122頁。3/14/202347微生物學(xué)4.2物質(zhì)運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制SimpleDiffusionTransport(Carrier)Proteins:Uniporter,Antiporter,Symporter.PassiveTransportActiveTransportGroupTranslocation膜泡運(yùn)輸當(dāng)前48頁，總共122頁。3/14/202348微生物學(xué)4.2.1SimpleDiffusion(自由擴(kuò)散)Simplediffusionisthenetmovementofsmallmoleculesorionsfromanareaofhigherconcentrationtoanareaoflowerconcentration.Diffusionispoweredbythepotentialenergyofaconcentrationgradientanddoesnotrequiretheexpenditureofmetabolicenergy.Examplesincludethetransportofoxygenandcarbondioxideintoandoutofcells.水、脂肪酸、乙醇、甘油、O2、CO2及某些氨基酸。當(dāng)前49頁，總共122頁。3/14/202349微生物學(xué)SimpleDiffusion,Step1當(dāng)前50頁，總共122頁。3/14/202350微生物學(xué)SimpleDiffusion,Step2當(dāng)前51頁，總共122頁。3/14/202351微生物學(xué)Transport(Carrier)Proteins:Forthemajorityofsubstancesacellneedsformetabolismtocrossthecytoplasmicmembrane,specificcarrierproteinsortransportersarerequired.Therearethreebasictypesofthesetransporterproteins:uniporters,antiporters,andsymporters.當(dāng)前52頁，總共122頁。3/14/202352微生物學(xué)UniportersUniportersaretransportproteinsthattransportsasubstancefromonesideofthemembranetotheother.Sincenoenergyisrequiredforthistypeoftransport,itisknownaspassivetransport.

當(dāng)前53頁，總共122頁。3/14/202353微生物學(xué)TransportofSubstancesAcrossaMembranebyUniporters當(dāng)前54頁，總共122頁。3/14/202354微生物學(xué)AntiportersAntiportersaretransportproteinsthattransportonesubstancesacrossthemembraneinonedirectionwhilesimultaneouslytransportinganothersubstanceacrossthemembraneintheoppositedirection.Sinceenergyisrequired,thisisknownasactivetransport.TheenergycomesfromthebreakdownofATPorfromprotonmotiveforce

當(dāng)前55頁，總共122頁。3/14/202355微生物學(xué)TransportofSubstancesAcrossaMembranebyAntiporters

當(dāng)前56頁，總共122頁。3/14/202356微生物學(xué)SymportersSymportersaretransportproteinsthatsimultaneouslytransporttwosubstancesacrossthemembraneinthesamedirection.Sinceenergyisrequired,thisisknownasactivetransport.

TheenergycomesfromthebreakdownofATPtonmotiveforce當(dāng)前57頁，總共122頁。3/14/202357微生物學(xué)TransportofSubstancesAcrossaMembranebySymporters

當(dāng)前58頁，總共122頁。3/14/202358微生物學(xué)4.2.2PassiveTransportThetransportofsubstancesacrossamembranebyproteintransporters(carrierproteins)fromareasofhigherconcentrationtolowerconcentration.Noenergyisrequired.Passivetransport,alsoknownasfacilitateddiffusion,isthetransportofsubstancesacrossthemembranebymeansuniporters.膜載體(載體蛋白)特點(diǎn)有很強(qiáng)的特異性在運(yùn)輸過程中，本身不發(fā)生變化。能加快物質(zhì)運(yùn)輸?shù)乃俣取．?dāng)前59頁，總共122頁。3/14/202359微生物學(xué)PassiveTransportofSubstancesAcrossaMembrane

通過促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機(jī)鹽等。一般微生物通過專一的載體蛋白運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，但也有微生物對同一物質(zhì)的運(yùn)輸由一種以上的載體蛋白來完成。當(dāng)前60頁，總共122頁。3/14/202360微生物學(xué)4.2.3ActiveTransportThecellusestransporterproteins(carriermolecules,antiportersorsymporters)andenergyfromaprotonmotiveforceorthebreakdownofATPtotransportsubstancesacrossamembraneagainsttheconcentrationgradient.Activetransportallowscellstoaccumulateneededsubstancesevenwhentheconcentrationisloweroutside.主動運(yùn)輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運(yùn)輸方式。當(dāng)前61頁，總共122頁。3/14/202361微生物學(xué)ActiveTransportProtonMotiveForceAsymportertransportsprotons(H+)andasubstrateacrossthemembrane.Themovementofprotonsacrossthemembrane(protonmotiveforce)providestheenergy.當(dāng)前62頁，總共122頁。3/14/202362微生物學(xué)ActiveTransportofSubstancesAcrossaMembrane:TheATP-BindingCassetteTransportSystemTheactualtransportacrossthemembraneispoweredbytheenergyprovidedbythebreakdownofATPbyanATP-hydrolyzingprotein.當(dāng)前63頁，總共122頁。3/14/202363微生物學(xué)4.2.4GroupTranslocationAspecialformofactivetransportthatcanoccurinprokaryotes.Asubstanceischemicallyalteredduringtransportacrossamembranesothatonceinside,themembranebecomesimpermeabletothatsubstanceanditremainswithinthecell.當(dāng)前64頁，總共122頁。3/14/202364微生物學(xué)Anexampleofgrouptranslocationinbacteriaisthephosphotransferasesystem.Ahigh-energyphosphategroupfromphosphoenolpyruvate(PEP)istransferredbyaseriesofenzymestoglucose.Thefinalenzymebothphosphorylatestheglucoseandtransportsitacrossthemembraneasglucose6-phosphate.許多糖就是靠基團(tuán)移位進(jìn)行運(yùn)輸?shù)?。?dāng)前65頁，總共122頁。3/14/202365微生物學(xué)ActiveTransportofSubstancesAcrossaMembrane:GroupTranslocationAhigh-energyphosphategroupfromphosphoenolpyruvate(PEP)istransferredbyaseriesofenzymestoglucose.Thefinalenzymebothphosphorylatestheglucoseandtransportsitacrossthemembraneasglucose6-phosphate.當(dāng)前66頁，總共122頁。3/14/202366微生物學(xué)4.2.5膜泡運(yùn)輸(membranevesicletransport)主要存在于原生動物特別是變形蟲(amoeba)中，是這類微生物的一種營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸方式。如果膜泡中包含的是固體營養(yǎng)物質(zhì)，則將這種營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸方式稱為胞吞作用(phaaocytosis)；如果膜泡中包含的是液體，則稱之為胞飲作用(pinocytosis)。通過胞吞作用(或胞飲作用)進(jìn)行的營養(yǎng)物質(zhì)膜泡運(yùn)輸一般分為五個(gè)時(shí)期即吸附期、膜伸展期、膜泡迅速形成期、附著膜泡形成期和膜泡釋放期。當(dāng)前67頁，總共122頁。3/14/202367微生物學(xué)當(dāng)前68頁，總共122頁。3/14/202368微生物學(xué)ItemsPassivediffusionFacilitateddiffusionActivetransportGrouptranslocationcarrierproteinsNonYesYesYestransportspeedSlowRapidRapidRapidagainstgradientNonNonYesYestransportmoleculesNospecificitySpecificitySpecificitySpecificitymetabolicenergyNoneedNoneedNeedNeedSolutesmoleculesNotchangedChangedChangedChangedSimplecomparisonoftransportsystems當(dāng)前69頁，總共122頁。3/14/202369微生物學(xué)四種運(yùn)送營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較比較項(xiàng)目單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動運(yùn)輸基團(tuán)移位特異載體蛋白無有有有運(yùn)送速度慢快快快溶質(zhì)運(yùn)送方向由濃至稀由濃至稀由稀至濃由稀至濃平衡時(shí)內(nèi)外濃度內(nèi)外相等內(nèi)外相等內(nèi)部高內(nèi)部高運(yùn)送分子無特異性特異性特異性特異性能量消耗不需要不需要需要需要運(yùn)送前后溶質(zhì)分子不變不變不變改變載體飽和效應(yīng)無有有有與溶質(zhì)類似物無競爭性有競爭性有競爭性有競爭性運(yùn)送抑制劑無有有有運(yùn)送對象舉例水、O2糖、SO42-氨基酸、乳糖葡萄糖\嘌呤當(dāng)前70頁，總共122頁。3/14/202370微生物學(xué)5微生物的產(chǎn)能代謝代謝概論生物氧化異養(yǎng)微生物的生物氧化自養(yǎng)微生物的生物氧化能量轉(zhuǎn)換生物合成當(dāng)前71頁，總共122頁。3/14/202371微生物學(xué)5.1代謝概論代謝(metabolism)是細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱，它主要由分解代謝(catabolism)和合成代謝(anabolism)兩個(gè)過程組成。5.1.1分解代謝是指細(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并在這個(gè)過程中產(chǎn)生能量。當(dāng)前72頁，總共122頁。3/14/202372微生物學(xué)分解代謝的三個(gè)階段：（1）第一階段是將蛋白質(zhì)、多糖及脂類等大分子營養(yǎng)物質(zhì)降解成為氨基酸、單糖及脂肪酸等小分子物質(zhì)；（2）第二階段是將第一階段產(chǎn)物進(jìn)一步降解成更為簡單的乙酰輔酶A、丙酮酸以及能進(jìn)入三羧酸循環(huán)的某些中間產(chǎn)物，在這個(gè)階段會產(chǎn)生一些ATP、NADH及FADH2；（3）第三階段是通過三羧酸循環(huán)將第二階段產(chǎn)物完全降解生成CO2，并產(chǎn)生ATP、NADH及FADH2。＊第二和第三階段產(chǎn)生的ATP、NADH及FADH2通過電子傳遞鏈被氧化，可產(chǎn)生大量的ATP。當(dāng)前73頁，總共122頁。3/14/202373微生物學(xué)當(dāng)前74頁，總共122頁。3/14/202374微生物學(xué)5.1.2合成代謝是指細(xì)胞利用簡單的小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分子的過程，在這個(gè)過程中要消耗能量。合成代謝所利用的小分子物質(zhì)源于分解代謝過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或環(huán)境。在代謝過程中，微生物通過分解代謝產(chǎn)生化學(xué)能，光合微生物還可將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，這些能量用于合成代謝、微生物的運(yùn)動和運(yùn)輸，另有部分能量以熱或光的形式釋放到環(huán)境中去。當(dāng)前75頁，總共122頁。3/14/202375微生物學(xué)微生物產(chǎn)生和利用能量及其與代謝的關(guān)系圖當(dāng)前76頁，總共122頁。3/14/202376微生物學(xué)5.2生物氧化分解代謝實(shí)際上是物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)過一系列連續(xù)的氧化還原反應(yīng)，逐步分解并釋放能量的過程，這個(gè)過程也稱為生物氧化，是一個(gè)產(chǎn)能代謝過程。不同類型微生物進(jìn)行生物氧化所利用的物質(zhì)是不同的，異養(yǎng)微生物利用有機(jī)物，自養(yǎng)微生物則利用無機(jī)物，通過生物氧化來進(jìn)行產(chǎn)能代謝。當(dāng)前77頁，總共122頁。3/14/202377微生物學(xué)5.2.1異養(yǎng)微生物的生物氧化異養(yǎng)微生物氧化有機(jī)物的方式，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子受體的不同可分成發(fā)酵和呼吸兩種類型，而呼吸又可分為有氧呼吸和無氧呼吸兩種方式。當(dāng)前78頁，總共122頁。3/14/202378微生物學(xué)發(fā)酵作用(fermentation)指微生物細(xì)胞將有機(jī)物氧化釋放的電子直接交給底物本身未完全氧化的某種中間產(chǎn)物，同時(shí)釋放能量并產(chǎn)生各種不同的代謝產(chǎn)物。發(fā)酵的種類有很多，可發(fā)酵的底物有糖類、有機(jī)酸、氨基酸等，其中以微生物發(fā)酵葡萄糖最為重要。當(dāng)前79頁，總共122頁。3/14/202379微生物學(xué)生物體內(nèi)葡萄糖被降解成丙酮酸的過程稱為糖酵解(glycolysis)，主要有四種：EMP途徑HMP途徑ED途徑磷酸解酮酶途徑當(dāng)前80頁，總共122頁。3/14/202380微生物學(xué)（1）EMP途徑(糖酵解途徑)

EMP途徑(Embden-MeyerhofPathway)又稱為糖酵解途徑，大致分為兩個(gè)階段。第一階段可認(rèn)為是不涉及氧化還原反應(yīng)及能量釋放的準(zhǔn)備階段，只是生成兩分子的主要中間代謝產(chǎn)物：甘油醛-3-磷酸。第二階段發(fā)生氧化還原反應(yīng)，合成ATP并形成兩分子的丙酮酸。當(dāng)前81頁，總共122頁。3/14/202381微生物學(xué)EMP途徑可為微生物的生理活動提供ATP和NADH，其中間產(chǎn)物又可為微生物的合成代謝提供碳骨架，并在一定條件下可逆轉(zhuǎn)合成多糖。當(dāng)前82頁，總共122頁。3/14/202382微生物學(xué)（2）HMP途徑(磷酸戊糖途徑，單磷酸己糖途徑):磷酸戊糖途徑可分為氧化階段和非氧化階段。一個(gè)HMP途徑循環(huán)的結(jié)果為：

一般認(rèn)為HMP途徑不是產(chǎn)能途徑，而是為生物合成提供大量的還原力(NADPH)和中間代謝產(chǎn)物。多數(shù)微生物中具有HMP途徑.當(dāng)前83頁，總共122頁。3/14/202383微生物學(xué)（3）ED途徑一分子葡萄糖經(jīng)ED途徑最后生成兩分子丙酮酸、一分子ATP、一分子NADPH和NADH。ED途徑可不依賴于EMP和HMP途徑而單獨(dú)存在，但對于靠底物水平磷酸化獲得ATP的厭氧菌而言，ED途徑不如EMP途徑經(jīng)濟(jì)。在G-細(xì)菌中分布廣泛。當(dāng)前84頁，總共122頁。3/14/202384微生物學(xué)（4）磷酸解酮酶途徑磷酸解酮酶途徑是明串珠菌在進(jìn)行異型乳酸發(fā)酵過程中分解己糖和戊糖的途徑。該途徑的特征性酶是磷酸解酮酶，根據(jù)解酮酶的不同，具有磷酸戊糖解酮酶的稱為PK途徑，具有磷酸己糖解酮酶的叫HK途徑。當(dāng)前85頁，總共122頁。3/14/202385微生物學(xué)（5）丙酮酸代謝的多樣性在糖酵解過程中生成的丙酮酸可被進(jìn)一步代謝。在無氧條件下，不同的微生物分解丙酮酸后會積累不同的代謝產(chǎn)物。乙醇發(fā)酵乳酸發(fā)酵丙酸發(fā)酵丁酸發(fā)酵混合酸發(fā)酵當(dāng)前86頁，總共122頁。3/14/202386微生物學(xué)乙醇發(fā)酵多種微生物可以發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生乙醇，能進(jìn)行乙醇發(fā)酵的微生物包括酵母菌、根霉、曲霉和某些細(xì)菌。不同細(xì)菌乙醇發(fā)酵途徑各不相同。運(yùn)動發(fā)酵單胞菌(Zymomonasmobilis)和厭氧發(fā)酵單胞菌(Zymomonasanaerobia)經(jīng)ED途徑分解葡萄糖為丙酮酸，最后得到乙醇。生長在極端酸性條件下的嚴(yán)格厭氧菌如胃八疊球菌和腸桿菌利用EMP途徑進(jìn)行乙醇發(fā)酵。當(dāng)前87頁，總共122頁。3/14/202387微生物學(xué)在不同條件下，酵母菌發(fā)酵葡萄糖的產(chǎn)物分為三種類型：乙醇發(fā)酵，酵母菌可將葡萄糖經(jīng)EMP途徑降解為兩分子丙酮酸，然后丙酮酸脫羧生成乙醛，乙醛作為氫受體使NAD+再生，發(fā)酵終產(chǎn)物為乙醇，這種發(fā)酵類型稱為酵母的一型發(fā)酵；當(dāng)前88頁，總共122頁。3/14/202388微生物學(xué)當(dāng)環(huán)境中存在亞硫酸氫鈉時(shí)，乙醛不能作為NADH的受氫體，迫使磷酸二羥丙酮代替乙醛作為受氫體，生成a-磷酸甘油，再生成甘油，稱為酵母的二型發(fā)酵；在弱堿性(pH7.6)時(shí)，兩個(gè)乙醛分子間會發(fā)生歧化反應(yīng)，分別生成乙醇和乙酸，氫受體則是磷酸二羥丙酮，發(fā)酵終產(chǎn)物為甘油、乙醇和乙酸，稱為酵母的三型發(fā)酵。這種發(fā)酵方式不能產(chǎn)生能量，只能在非生長的情況下才進(jìn)行。當(dāng)前89頁，總共122頁。3/14/202389微生物學(xué)乳酸發(fā)酵許多細(xì)菌能利用葡萄糖產(chǎn)生乳酸，這類細(xì)菌稱為乳酸細(xì)菌。根據(jù)產(chǎn)物的不同，乳酸發(fā)酵有三種類型：同型乳酸發(fā)酵、異型乳酸發(fā)酵和雙歧發(fā)酵。同型乳酸發(fā)酵：葡萄糖經(jīng)EMP途徑降解為丙酮酸，丙酮酸在乳酸脫氫酶的作用下被NADH還原為乳酸。由于終產(chǎn)物只有乳酸一種，故稱為同型乳酸發(fā)酵。當(dāng)前90頁，總共122頁。3/14/202390微生物學(xué)異型乳酸發(fā)酵：葡萄糖首先經(jīng)PK途徑分解，發(fā)酵終產(chǎn)物除乳酸外還有部分乙醇或乙酸。腸膜明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)

利用HK途徑分解葡萄糖，產(chǎn)生甘油醛-3-磷酸和乙酰磷酸，其中甘油醛-3-磷酸進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乳酸，乙酰磷酸經(jīng)兩次還原變?yōu)橐掖迹划?dāng)發(fā)酵戊糖時(shí)，則是利用PK途徑，磷酸解酮糖酶催化木酮糖-5-磷酸裂解生成乙酰磷酸和甘油醛-3-磷酸。當(dāng)前91頁，總共122頁。3/14/202391微生物學(xué)雙歧發(fā)酵：雙歧發(fā)酵：兩歧雙歧桿菌(bifidobacteriumbifidum)發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生乳酸的一條途徑。此反應(yīng)中有兩種磷酸酮糖酶參加反應(yīng)，即果糖-6-磷酸磷酸酮糖酶和木酮糖-5-磷酸磷酸酮糖酶分別催化果糖-6-磷酸和木酮糖-5-磷酸裂解產(chǎn)生乙酰磷酸和丁糖-4-磷酸及甘油醛-3-磷酸和乙酰磷酸。當(dāng)前92頁，總共122頁。3/14/202392微生物學(xué)④丙酸發(fā)酵許多厭氧菌可進(jìn)行丙酸發(fā)酵。葡萄糖經(jīng)EMP途徑分解為兩個(gè)丙酮酸后，再被轉(zhuǎn)化為丙酸。少數(shù)丙酸細(xì)菌還能將乳酸(或利用葡萄糖分解而產(chǎn)生的乳酸)轉(zhuǎn)變?yōu)楸帷．?dāng)前93頁，總共122頁。3/14/202393微生物學(xué)⑤丁酸發(fā)酵某些專性厭氧菌，如梭菌屬(Clostridium)、丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)、真桿菌屬(Eubacterium和梭桿菌屬(Fusobacterium)，能進(jìn)行丁酸與丙酮-丁醇發(fā)酵。發(fā)酵過程中，葡萄糖經(jīng)EMP途徑降解為丙酮酸，接著在丙酮酸-鐵氧還蛋白酶的參與下，將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A。乙酰輔酶A再經(jīng)一系列反應(yīng)生成丁酸或丁醇和丙酮。當(dāng)前94頁，總共122頁。3/14/202394微生物學(xué)混合酸發(fā)酵某些腸桿菌能利用葡萄糖進(jìn)行混合酸發(fā)酵。葡萄糖先經(jīng)EMP途徑分解為丙酮酸，然后由不同酶系將丙酮酸轉(zhuǎn)化成不同產(chǎn)物。如乳酸、乙酸、甲酸、乙醇、CO2和氫氣，還有一部分磷酸烯醇式丙酮酸用于生成琥珀酸；有的則將丙酮酸轉(zhuǎn)變成乙酰乳酸，乙酰乳酸經(jīng)一系列反應(yīng)生成丁二醇。發(fā)酵終產(chǎn)物還有甲酸、乳酸、乙醇等。當(dāng)前95頁，總共122頁。3/14/202395微生物學(xué)葡萄糖分子在沒有外源電子受體的代謝過程中，底物中所具有的能量只有一小部分被釋放出來，并合成少量ATP，原因有兩個(gè)：一是底物的碳原子只被部分氧化，二是初始電子供體和最終電子受體的還原電勢相差不大。如果有氧或其他外源電子受體存在時(shí)，底物分子可被完全氧化為CO2，且在此過程中可合成的ATP的量大大多于發(fā)酵過程。當(dāng)前96頁，總共122頁。3/14/202396微生物學(xué)呼吸作用：微生物在降解底物的過程中，將釋放出的電子交給NAD(P)+、FAD或FMN等電子載體，再經(jīng)電子傳遞系統(tǒng)傳給外源電子受體，從而生成水或其他還原型產(chǎn)物并釋放出能量的過程，稱為呼吸作用。呼吸作用與發(fā)酵作用的根本區(qū)別在于：電子載體不是將電子直接傳遞給底物降解的中間產(chǎn)物，而是交給電子傳遞系統(tǒng)，逐步釋放出能量后再交給最終電子受體。當(dāng)前97頁，總共122頁。3/14/202397微生物學(xué)呼吸作用(respiration)（1）有氧呼吸(aerobicrespiration)以分子氧作為最終電子受體的稱為有氧呼吸。（2）無氧呼吸(anaerobicrespiration)以氧化型化合物作為最終電子受體的稱為無氧呼吸。能通過呼吸作用分解的有機(jī)物包括某些碳?xì)浠衔铩⒅舅岷驮S多醇類。當(dāng)前98頁，總共122頁。3/14/202398微生物學(xué)TCA循環(huán)在發(fā)酵過程中，葡萄糖經(jīng)過糖酵解作用形成的丙酮酸在厭氧條件下轉(zhuǎn)變成不同的發(fā)酵產(chǎn)物，而在有氧呼吸過程中，丙酮酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle，簡稱TCA循環(huán))，被徹底氧化生成CO2和水，同時(shí)釋放大量能量。當(dāng)前99頁，總共122頁。3/14/202399微生物學(xué)Inprokaryoticcellsthecitricacidcycleoccursinthe

cytoplasm;ineukaryoticcellsthecitricacidcycletakesplaceinthematrixofthemitochondria.

Theoverallreactionforthecitricacidcycleis:2acetylgroups+6NAD++2FAD+2ADP+2Pi=4CO2+6NADH+6H++2FADH2+2ATP當(dāng)前100頁，總共122頁。3/14/2023100微生物學(xué)(2)無氧呼吸某些厭氧和兼性厭氧微生物在無氧條件下,將電子傳遞給NO3-、NO2-、SO42-、CO2等氧化物類最終電子受體產(chǎn)生能量。無氧呼吸也需要細(xì)胞色素等電子傳遞體，并在能量分級釋放過程中伴隨有磷酸化作用，也能產(chǎn)生較多的能量用于生命活動。部分能量隨電子轉(zhuǎn)移傳給最終電子受體，生成的能量不如有氧呼吸產(chǎn)生的多。當(dāng)前101頁，總共122頁。3/14/2023101微生物學(xué)當(dāng)前102頁，總共122頁。3/14/2023102微生物學(xué)5.2.2自養(yǎng)微生物的生物氧化

一些微生物從氧化無機(jī)物獲得能量，同化合成細(xì)胞物質(zhì)，這類細(xì)菌稱為化能自養(yǎng)微生物。它們在無機(jī)能源氧化過程中通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。氨的氧化硫的氧化鐵的氧化氫的氧化當(dāng)前103頁，總共122頁。3/14/2023103微生物學(xué)氨的氧化NH3和NO2-是可以用作能源的最普通的無機(jī)氮化合物，能被硝化細(xì)菌所氧化，硝化細(xì)菌可分為兩個(gè)亞群：亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌。氨氧化為硝酸的過程可分為兩個(gè)階段，先由亞硝化細(xì)菌將氨氧化為亞硝酸，再由硝化細(xì)菌將亞硝酸氧化為硝酸。氨氧化為硝酸通過上述兩類細(xì)菌依次進(jìn)行的。當(dāng)前104頁，總共122頁。3/14/2023104微生物學(xué)硝化細(xì)菌都是一些專性好氧的革蘭氏陽性細(xì)菌，以分子氧為最終電子受體，大多數(shù)是專性無機(jī)營養(yǎng)型。其細(xì)胞具有復(fù)雜的膜內(nèi)褶結(jié)構(gòu)，有利于增加細(xì)胞的代謝能力。硝化細(xì)菌無芽孢，多數(shù)為二分裂殖，生長緩慢，平均代時(shí)在10h以上，分布非常廣泛。當(dāng)前105頁，總共122頁。3/14/2023105微生物學(xué)硫的氧化硫桿菌能夠利用一種或多種還原態(tài)或部分還原態(tài)的硫化合物(包括硫化物、元素硫、硫代硫酸鹽、多硫酸鹽和亞硫酸鹽)作能源。H2S首先被氧化成元素硫，隨之被硫氧化酶和細(xì)胞色素系統(tǒng)氧化成亞硫酸鹽，放出的電子在傳遞過程中可以偶聯(lián)產(chǎn)生四個(gè)ATP。當(dāng)前106頁，總共122頁。3/14/2023106微生物學(xué)亞硫酸鹽的氧化可分為兩條途徑：一是直接氧化成SO42-的途徑，由亞硫酸鹽-細(xì)胞色素c還原酶和末端細(xì)胞色素系統(tǒng)催化，產(chǎn)生一個(gè)ATP；二是經(jīng)磷酸腺苷硫酸的氧化途徑，每氧化一分子SO32-產(chǎn)生2.5個(gè)ATP。當(dāng)前107頁，總共122頁。