1、第五章第五章 微生物的营养、代谢和生长微生物的营养、代谢和生长学时：学时：8教学内容教学内容1.掌握微生物的营养、营养类型和培养基掌握微生物的营养、营养类型和培养基2.了解微生物吸收营养物质的方式了解微生物吸收营养物质的方式3.了解微生物的能量代谢和物质代谢了解微生物的能量代谢和物质代谢4.掌握微生物生长的测定方法和细菌的生长曲线掌握微生物生长的测定方法和细菌的生长曲线5.了解环境条件对微生物生长的影响了解环境条件对微生物生长的影响第一节第一节 微生物的营养微生物的营养 在微生物生命活动中，须不断与外界环境进行物质在微生物生命活动中，须不断与外界环境进行物质交换才能维持正常的生长繁殖。交换才能
2、维持正常的生长繁殖。微生物从环境中吸收的，微生物从环境中吸收的，能够满足其生长繁殖和进行各种生理活动所需要的物质，能够满足其生长繁殖和进行各种生理活动所需要的物质，称为营养物质称为营养物质(Nutrient)(Nutrient)；微生物吸收和利用营养物质的；微生物吸收和利用营养物质的过程称为营养过程称为营养(Nutrition)(Nutrition)。二、二、营养物质营养物质 三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型 一、一、微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 一、一、微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成 微生物细胞微生物细胞水：水：70%-90%干物质干物质无机盐无机盐有机物有机物
3、蛋白质、糖、脂、核酸、蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物维生素等及其降解产物细菌：细菌：7585%，芽孢：，芽孢：5560%酵母菌：酵母菌：7085%丝状真菌：丝状真菌：8590%，孢子：，孢子：39%微生物细胞的元素组成：微生物细胞的元素组成：主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、氯、钠、钾、镁、钙等主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、氯、钠、钾、镁、钙等；微量元素：铁、锌、锰、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。微量元素：铁、锌、锰、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。二、二、营养物质营养物质 微生物细胞的化学组成与其它生物相似，由微生物细胞的化学组成与其它生物相似，由C C、H H、O O、N N
4、、和、和K K、CaCa、P P、S S等大量元素及微量元素（等大量元素及微量元素（MnMn、B B、FeFe、ZnZn）所组成的有机）所组成的有机或无机物构成，这些物质主要由以下六大类营养物质提供：或无机物构成，这些物质主要由以下六大类营养物质提供：1.碳源碳源 2.氮源氮源 3.能源能源4.生长因素生长因素5.无机盐无机盐6.水水 营养物质的类营养物质的类型型1、碳源碳源 微生物所能利用的碳源范围是很宽的，从简单的无机物如：微生物所能利用的碳源范围是很宽的，从简单的无机物如：COCO、COCO2 2到复杂到复杂的含碳有机化合物都能作为微生物的碳源。有机碳源可为化能有机营养型微生物的含碳有机
5、化合物都能作为微生物的碳源。有机碳源可为化能有机营养型微生物细胞提供碳骨架和能源，化能无机营养型微生物一般只能以细胞提供碳骨架和能源，化能无机营养型微生物一般只能以COCO2 2作为碳源。作为碳源。碳碳源源糖类糖类单糖单糖寡糖寡糖多糖多糖葡萄糖、半乳糖、果糖、木糖等葡萄糖、半乳糖、果糖、木糖等麦芽糖、蔗糖、乳糖、棉子糖等麦芽糖、蔗糖、乳糖、棉子糖等淀粉、糖原、纤维素、几丁质等淀粉、糖原、纤维素、几丁质等有机酸有机酸甲酸、乙酸、柠檬酸、乳酸等甲酸、乙酸、柠檬酸、乳酸等醇醇甲醇、乙醇、甘露醇、甘油等甲醇、乙醇、甘露醇、甘油等醛醛有有机机碳碳源源无机无机碳源碳源甲醛、乙醛等甲醛、乙醛等其他其他脂肪、
6、氨基酸、烃类、脂肪、氨基酸、烃类、CH4等等CO32-、CO2、CO化化能能有有机机营营养养型型化能无机营养型和少化能无机营养型和少数化能有机营养型数化能有机营养型2、氮源氮源 主要提供微生物氮素营养来源，有的氮源也可作为某些微生物主要提供微生物氮素营养来源，有的氮源也可作为某些微生物的能源。从分子态氮、无机氮化物到复杂的含氮有机物均可被微生的能源。从分子态氮、无机氮化物到复杂的含氮有机物均可被微生物利用，但不同的微生物所能利用的氮源各异。根据微生物对氮源物利用，但不同的微生物所能利用的氮源各异。根据微生物对氮源利用的差异，可以将微生物分为三种类型：利用的差异，可以将微生物分为三种类型：固氮微
7、生物固氮微生物 氨基酸自养型微生物氨基酸自养型微生物 氨基酸异养型微生物氨基酸异养型微生物 3、能源能源 指能为微生物的生命活动提供最初的能量来源的营养物质或辐指能为微生物的生命活动提供最初的能量来源的营养物质或辐射能。射能。微生物所需的能源谱比较简单：微生物所需的能源谱比较简单：化能异养微生物的能源（同碳源）化能异养微生物的能源（同碳源）能能源源谱谱 化合物化合物 光能光能 有机物有机物 无机物无机物 化能自养微生物的能源（不同于碳源）化能自养微生物的能源（不同于碳源）光合型微生物的能源光合型微生物的能源 自养型微生物（如硝酸盐细菌、硫细菌、氢细菌和铁细菌等）自养型微生物（如硝酸盐细菌、硫细
8、菌、氢细菌和铁细菌等）的能源物质都是一些还原态的无机物，如的能源物质都是一些还原态的无机物，如NHNH4 4+、NONO2 2-、S S、H H2 2S S、H H2 2和和FeFe2+2+等。等。4、生长因素（生长因素（Growth factor)Growth factor)是指一类需要量极少，但对微生物正常代谢必不可少，而微生是指一类需要量极少，但对微生物正常代谢必不可少，而微生物又不能由简单有机物自行合成的物质。包括维生素、氨基酸、核物又不能由简单有机物自行合成的物质。包括维生素、氨基酸、核苷等有机物。苷等有机物。5、无机盐无机盐 微生物需要的无机盐可以分为主要元素（大量元素）和微量元微
9、生物需要的无机盐可以分为主要元素（大量元素）和微量元素两大类。素两大类。（1）主要元素主要元素 包括包括P、K、Ca、Mg、S、Na等六种，这些元素分别参与细胞等六种，这些元素分别参与细胞结构物质的组成、能量转移、物质代谢以及调节细胞原生质的胶体结构物质的组成、能量转移、物质代谢以及调节细胞原生质的胶体状态和细胞透性等。状态和细胞透性等。（2）微量元素）微量元素 包括包括Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Co等。这些元素多是辅酶等。这些元素多是辅酶和辅基的元素成分或酶的激活剂。微生物对于微量元素的需要量极和辅基的元素成分或酶的激活剂。微生物对于微量元素的需要量极少，自来水和其它营养成分中的含量
10、即可满足需要。微量元素过多少，自来水和其它营养成分中的含量即可满足需要。微量元素过多反而对微生物产生毒害作用。反而对微生物产生毒害作用。6、水水 水是一切生命必需的营养成分，离开了水，微生物和其它生物水是一切生命必需的营养成分，离开了水，微生物和其它生物均不能生长。均不能生长。水作为许多营养物质的溶剂，对于保持细胞正常的胶体状态、水作为许多营养物质的溶剂，对于保持细胞正常的胶体状态、吸收养分、排泄废物以及进行各种代谢活动都是必不可少的。吸收养分、排泄废物以及进行各种代谢活动都是必不可少的。三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型 微生物的营养要求比高等生物复杂，营养类型多样。微生物的营养要求比
11、高等生物复杂，营养类型多样。根据获得碳源、能源、氢或电子供体的方式不同，可将微根据获得碳源、能源、氢或电子供体的方式不同，可将微生物区分为四种营养类型：生物区分为四种营养类型：光能无机营养型光能无机营养型光能有机营养型光能有机营养型化能无机营养型化能无机营养型化能有机营养型化能有机营养型 1、光能无机营养型（光能无机营养型（Photolithotroph）又称为光能自养型。是一类具有光合色素，能够利用又称为光能自养型。是一类具有光合色素，能够利用光作为能源，以水或还原态无机物作为供氢体，同化光作为能源，以水或还原态无机物作为供氢体，同化CO2的微生物。的微生物。根据其所需供氢体的不同，可以将其
12、分为两种类型：根据其所需供氢体的不同，可以将其分为两种类型：产氧的光合作用产氧的光合作用不产氧的光合作用不产氧的光合作用（1）产氧的光合作用）产氧的光合作用 如藻类和蓝细菌，其细胞内含有叶绿素，可以光作为能源，以如藻类和蓝细菌，其细胞内含有叶绿素，可以光作为能源，以水作为供氢体，还原水作为供氢体，还原CO2合成细胞物质。其反应通式为：合成细胞物质。其反应通式为：CO2+H2OCH2O+O2（2）不产氧的光合作用）不产氧的光合作用 光合细菌细胞中含有与叶绿素类似的菌绿素，但不能进行以水光合细菌细胞中含有与叶绿素类似的菌绿素，但不能进行以水为供氢体的非环式光合磷酸化作用，也不能产生氧气。在光合作用
13、为供氢体的非环式光合磷酸化作用，也不能产生氧气。在光合作用的过程中，以还原态无机硫化物（的过程中，以还原态无机硫化物（H2S、S或或S2O32-等）作为氢或电等）作为氢或电子供体来同化子供体来同化CO2，合成细胞物质。其代表性反应是：，合成细胞物质。其代表性反应是：CO2+H2SCH2OH2O+S光能光能 叶绿素叶绿素 光能光能 菌绿素菌绿素 2、光能有机营养型（光能有机营养型（Photoorganotroph）又称为光能异养型。是一类以光作为能源，以简单有又称为光能异养型。是一类以光作为能源，以简单有机物（如有机酸、醇等）为作供氢体，同化机物（如有机酸、醇等）为作供氢体，同化CO2的特殊微的
14、特殊微生物类群。生物类群。CO2+2CH3CH(OH)CH3CH2O+光能光能+2CH3COCH3H2O 如红螺菌（如红螺菌（Rhodospirillum）以异丙醇作供氢体：）以异丙醇作供氢体：3、化能无机营养型（化能无机营养型（Chemolithotroph）亦称化能自养型，是一类通过氧化无机物获得能量，亦称化能自养型，是一类通过氧化无机物获得能量，并以并以CO2作为唯一或主要碳源的微生物。作为唯一或主要碳源的微生物。硝化细菌硝化细菌 硫细菌硫细菌 铁细菌铁细菌 氢细菌氢细菌 根据被氧化的无机物的种类，可将化能无机营养型微根据被氧化的无机物的种类，可将化能无机营养型微生物分为四个类型：生物分
15、为四个类型：4、化能有机营养型（化能有机营养型（Chemoorganotroph）化能异养型。是一类能利用有机物作为能源和碳源的化能异养型。是一类能利用有机物作为能源和碳源的微生物。微生物。腐生性微生物腐生性微生物 寄生性微生物寄生性微生物 兼性兼性 在自然界中，这类微生物的种类最多（包括绝大多数在自然界中，这类微生物的种类最多（包括绝大多数细菌、所有的真菌、原生动物以及病毒），作用最强。此细菌、所有的真菌、原生动物以及病毒），作用最强。此类微生物根据营养来源的方式不同又可分为三种类型：类微生物根据营养来源的方式不同又可分为三种类型：腐生性微生物腐生性微生物(metatrophy)(metat
16、rophy)指利用已死亡生物的有机物生长发育的微生物。指利用已死亡生物的有机物生长发育的微生物。如如枯草芽孢杆枯草芽孢杆菌（菌（Bacillus subtilis）、青霉（青霉（Penicillium）。寄生性微生物寄生性微生物(paratrophy)(paratrophy)指需要生活在活的生物体上的微生物。指需要生活在活的生物体上的微生物。如噬菌体、蛭弧菌如噬菌体、蛭弧菌（Bdellovibrio）。）。兼性兼性(facultive paratrophy)(facultive paratrophy)指既能在活的生物体上寄生，也能在死的有机质上生长发育的指既能在活的生物体上寄生，也能在死的有机
17、质上生长发育的微生物。微生物。如如大肠杆菌（大肠杆菌（Escherichia coli）。表表5-2 5-2 微生物微生物的营养类型的营养类型营养类型营养类型能源能源供氢体供氢体基本碳源基本碳源实例实例光能无机营养型光能无机营养型（光能自养型）（光能自养型）光光无机物无机物CO2蓝细菌、紫硫蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌细菌、绿硫细菌光能有机营养型光能有机营养型（光能异养型）（光能异养型）光光有机物有机物CO2及简及简单有机物单有机物紫色无硫细菌紫色无硫细菌化能无机营养型化能无机营养型（化能自养型）（化能自养型）无机物无机物无机物无机物CO2硝化细菌、硫化细硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌菌、铁
18、细菌、氢细菌化能有机营养型化能有机营养型（化能异养型）（化能异养型）有机物有机物有机物有机物有机物有机物绝大多数细菌和绝大多数细菌和全部真核微生物全部真核微生物 微生物吸收营养物质的方式依据微生物的类群和营养微生物吸收营养物质的方式依据微生物的类群和营养物质的种类，可分为吞噬作用和渗透吸收作用两大类。物质的种类，可分为吞噬作用和渗透吸收作用两大类。第二节第二节 营养物质的吸收方式营养物质的吸收方式一、吞噬作用一、吞噬作用二、渗透吸收作用二、渗透吸收作用一、吞噬作用一、吞噬作用 大多数原生动物直接以细胞膜包围并吞食营养物质，大多数原生动物直接以细胞膜包围并吞食营养物质，称为吞噬作用。可进一步分为
19、称为吞噬作用。可进一步分为:吞噬作用吞噬作用胞饮作用胞饮作用二、渗透吸收作用二、渗透吸收作用 微生物主要以渗透吸收方式从环境中获取营养物质。微生物主要以渗透吸收方式从环境中获取营养物质。细胞壁对营养物质的运输不起多大作用，但可阻挡分子量细胞壁对营养物质的运输不起多大作用，但可阻挡分子量大于大于600Dal的物质透过。细胞膜是控制营养物质进入和的物质透过。细胞膜是控制营养物质进入和代谢产物排出的主要屏障，具有选择性的吸收作用，在营代谢产物排出的主要屏障，具有选择性的吸收作用，在营养物质运输的过程中起决定性作用。养物质运输的过程中起决定性作用。物质运物质运输方式输方式细胞膜上细胞膜上无无载体蛋白载
20、体蛋白细胞膜上细胞膜上有有载体蛋白载体蛋白单纯扩散单纯扩散不消耗能量不消耗能量消耗能量消耗能量促进扩散促进扩散运输后物质分子不变运输后物质分子不变运输后物质分子改变运输后物质分子改变主动运输主动运输基团转位基团转位1 1、单纯扩散、单纯扩散 或称被动运输或称被动运输(Passive transport)，是由于细胞膜内外物质是由于细胞膜内外物质的浓度差而产生的物理扩散作用。的浓度差而产生的物理扩散作用。扩散是非特异性的，扩散速度取决于多方面的因素，如营养物扩散是非特异性的，扩散速度取决于多方面的因素，如营养物质的浓度差、分子大小、质的浓度差、分子大小、PH值、温度等。营养物的扩散使细胞内值、温
21、度等。营养物的扩散使细胞内外的物质浓度差不断减小，直到二者达到动态平衡。以这种方式运外的物质浓度差不断减小，直到二者达到动态平衡。以这种方式运输的物质不多，主要是输的物质不多，主要是H2O，溶解于水的气体分子，如，溶解于水的气体分子，如O2、CO2和和小的极性分子，如尿素、乙醇、甘油等。小的极性分子，如尿素、乙醇、甘油等。单纯扩散的特点：单纯扩散的特点：（1 1）不需要渗透酶的参与。）不需要渗透酶的参与。（2 2）不需消耗能量，运输的动力是胞内外的物质浓度差。）不需消耗能量，运输的动力是胞内外的物质浓度差。（2 2）不能逆浓度梯度运输，运输的速度缓慢。）不能逆浓度梯度运输，运输的速度缓慢。2
22、2、促进扩散、促进扩散 或称协助扩散，或称协助扩散，是在渗透酶的参与下，由于细胞膜内外的物质是在渗透酶的参与下，由于细胞膜内外的物质浓度差而产生的物理扩散作用。浓度差而产生的物理扩散作用。糖、氨基酸、硫酸盐等物质是通过此种方式运输的。糖、氨基酸、硫酸盐等物质是通过此种方式运输的。促进扩散的特点：促进扩散的特点：（1 1）需要渗透酶的参与，具有特异性。）需要渗透酶的参与，具有特异性。（2 2）运输过程不需消耗能量，运输的动力是物质浓度差。）运输过程不需消耗能量，运输的动力是物质浓度差。（3 3）不能逆浓度梯度运输，能提高转运速度，提前达到动态平衡，）不能逆浓度梯度运输，能提高转运速度，提前达到动
23、态平衡，但不改变平衡点。但不改变平衡点。（4 4）如被运输物质的浓度高，会出现饱和效应。）如被运输物质的浓度高，会出现饱和效应。3 3、主动运输、主动运输 是在代谢能的推动下，通过细胞膜上的渗透酶参与，逆浓度梯是在代谢能的推动下，通过细胞膜上的渗透酶参与，逆浓度梯度吸收营养物质的过程。度吸收营养物质的过程。主动运输的速度快，是微生物吸收营养物质的主要方式，也是主动运输的速度快，是微生物吸收营养物质的主要方式，也是微生物在自然界营养物质缺乏的环境中得以正常生存的重要原因之微生物在自然界营养物质缺乏的环境中得以正常生存的重要原因之一。如乳糖的运输。一。如乳糖的运输。主动运输的特点：主动运输的特点：
24、（1 1）需渗透酶的参与，具特异性。）需渗透酶的参与，具特异性。（2 2）需消耗能量。）需消耗能量。（3 3）能逆浓度梯度运输。）能逆浓度梯度运输。（4 4）能改变物质运输的平衡点。）能改变物质运输的平衡点。4 4、基团转位、基团转位 又叫维克多利亚磷酸化作用，是在主动运输营养物质（如糖）又叫维克多利亚磷酸化作用，是在主动运输营养物质（如糖）的过程中，同时使其磷酸化的一种特殊运输方式。的过程中，同时使其磷酸化的一种特殊运输方式。基团转位目前仅在原核生物中发现，以大肠杆菌和金黄色葡萄基团转位目前仅在原核生物中发现，以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌研究得较多。这些细菌的细胞膜上存在一种磷酸转移酶系统球菌
25、研究得较多。这些细菌的细胞膜上存在一种磷酸转移酶系统（PTSPTS），能使糖在进入细胞膜的同时发生），能使糖在进入细胞膜的同时发生磷酸化。磷酸转移酶系磷酸化。磷酸转移酶系统由酶统由酶、酶、酶、因子、因子和热稳定性蛋白（和热稳定性蛋白（HPrHPr）组成，并与磷酸组成，并与磷酸烯醇式丙酮酸（烯醇式丙酮酸（PEPPEP）相偶联。除酶）相偶联。除酶位于细位于细胞膜，其余均存在于胞膜，其余均存在于细胞质中。细胞质中。酶酶和和因子因子具有底物的特异性，酶具有底物的特异性，酶和和HPrHPr具可溶性，具可溶性，但无专一性。但无专一性。基团转位分三步进行：基团转位分三步进行：（1 1）在细胞质中，）在细胞质
26、中，PEP+HPr PEP+HPr 酶酶,Mg2+,Mg2+HPr HPrP+PAP+PA（2 2）在细胞质中，）在细胞质中，HPrHPrP+P+因子因子 因子因子P+HPrP+HPr（3 3）在细胞膜上，因子）在细胞膜上，因子P+P+糖糖 酶酶 糖糖P+P+因子因子 基团转位在营养物质运输的同时使其磷酸化。磷酸化的糖进入基团转位在营养物质运输的同时使其磷酸化。磷酸化的糖进入细胞后，可立即参与合成或分解代谢，避免了细胞内糖浓度过高。细胞后，可立即参与合成或分解代谢，避免了细胞内糖浓度过高。基团转位的特点：基团转位的特点：（1 1）需渗透酶的参与，具特异性。）需渗透酶的参与，具特异性。（2 2）
27、需消耗能量。）需消耗能量。（3 3）能逆浓度梯度运输。）能逆浓度梯度运输。（4 4）可改变物质运输的平衡点，被运输物质发生了化学变化。）可改变物质运输的平衡点，被运输物质发生了化学变化。在微生物在微生物的的生生命活动命活动中，必须提供一定的营养条件才中，必须提供一定的营养条件才能满足其生长要求。在自然条件下，微生物主要从生长环能满足其生长要求。在自然条件下，微生物主要从生长环境中吸收营养物，而在人工培养条件下，微生物所需的营境中吸收营养物，而在人工培养条件下，微生物所需的营养物是以培养基提供的。养物是以培养基提供的。培养基是由人工配制而成的，适于某些微生物生长繁培养基是由人工配制而成的，适于某
28、些微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。殖或积累代谢产物的营养基质。第三节第三节 培养基培养基一、一、培养基的分类培养基的分类二、培养基的配制过程二、培养基的配制过程一、一、培养基的分类培养基的分类 培养基种类繁多，分类方法也不同，主要介绍培养基种类繁多，分类方法也不同，主要介绍三种三种分类方法：分类方法：（1 1）天然培养基）天然培养基1 1、根据营养成分的了解程度、根据营养成分的了解程度 是利用一些无法确切了解其化学成分的动物、植物或微生物体是利用一些无法确切了解其化学成分的动物、植物或微生物体或其提取物配制成的培养基。或其提取物配制成的培养基。如培养细菌的牛肉膏蛋白胨培养基、如培养细菌
29、的牛肉膏蛋白胨培养基、培养酵母菌的麦芽汁培养基。培养酵母菌的麦芽汁培养基。天然培养基的优点是取材方便、营养丰富、种类多样、配制方天然培养基的优点是取材方便、营养丰富、种类多样、配制方便；缺点是成分不稳定，也不十分了解，在进行精密的科学实验时，便；缺点是成分不稳定，也不十分了解，在进行精密的科学实验时，重复性差。因此，天然培养基只适合于配制实验室用的各种基础培重复性差。因此，天然培养基只适合于配制实验室用的各种基础培养基和工业生产用的种子培养基及发酵培养基。养基和工业生产用的种子培养基及发酵培养基。（2 2）合成培养基合成培养基 是利用化学成分完全已知的化学纯的物质（是利用化学成分完全已知的化学
30、纯的物质（或或试剂）试剂）配制而成的培养基。配制而成的培养基。如培养细菌的葡萄糖铵盐培养基，培如培养细菌的葡萄糖铵盐培养基，培养放线菌的高氏养放线菌的高氏1 1号培养基（淀粉硝酸盐培养基）和培养号培养基（淀粉硝酸盐培养基）和培养真菌的查氏培养基（蔗糖硝酸盐培养基）。真菌的查氏培养基（蔗糖硝酸盐培养基）。合成培养基的优点是成分精确、重演性高；缺点是价合成培养基的优点是成分精确、重演性高；缺点是价格较贵，配制繁琐。一般用于营养代谢、生理生化、遗传格较贵，配制繁琐。一般用于营养代谢、生理生化、遗传育种、菌种鉴定和生物测定等定量要求较高的研究中。育种、菌种鉴定和生物测定等定量要求较高的研究中。（3 3
31、）半）半合成培养基合成培养基 是指既含有天然成分又含有纯化学试剂的培养基是指既含有天然成分又含有纯化学试剂的培养基。如。如培养真菌的培养真菌的PDAPDA培养基。培养基。2、根据培养基的物理状态根据培养基的物理状态（1 1）固体培养基（）固体培养基（Solid mediumSolid medium）外观呈固体状态的培养基，称为固体培养基。外观呈固体状态的培养基，称为固体培养基。根据培养基的物理状态，可把培养基分成三类。根据培养基的物理状态，可把培养基分成三类。实验室所用的固体培养基一般是加入实验室所用的固体培养基一般是加入1.5-2.0%1.5-2.0%的琼脂的琼脂（AgarAgar）制成的。
32、琼脂是从一种称为石花菜的海藻中提取）制成的。琼脂是从一种称为石花菜的海藻中提取出来的、由半乳糖的硫酸酯单体聚合而成的高分子化合物。出来的、由半乳糖的硫酸酯单体聚合而成的高分子化合物。绝大多数微生物都不能分解利用它，而且琼脂的熔点为绝大多数微生物都不能分解利用它，而且琼脂的熔点为9696，凝固点为，凝固点为4040，无毒、无味，是一种优良的凝固剂。，无毒、无味，是一种优良的凝固剂。也可加入也可加入5-12%5-12%的明胶作为凝固剂。的明胶作为凝固剂。（2）半固体培养基）半固体培养基 当凝固剂的用量低于正常值时，容器中的培养基在当凝固剂的用量低于正常值时，容器中的培养基在倒放时不致流下，而在剧烈
33、的振荡下则会破散，这种培养倒放时不致流下，而在剧烈的振荡下则会破散，这种培养基称为半固体培养基。基称为半固体培养基。一般是加入一般是加入0.2-0.5%0.2-0.5%的琼脂的琼脂（AgarAgar）制成的。制成的。半固体培养基在微生物学实验中有许多独特的用途，半固体培养基在微生物学实验中有许多独特的用途，如细菌的运动性观察（半固体穿刺接种），噬菌体效价测如细菌的运动性观察（半固体穿刺接种），噬菌体效价测定（双层平板法），微生物趋化性研究，各种厌氧菌的培定（双层平板法），微生物趋化性研究，各种厌氧菌的培养以及菌种保藏等。养以及菌种保藏等。（3）液体培养基）液体培养基 是指呈液体状态的培养基。是
34、指呈液体状态的培养基。在实验室中，液体培养基主要用于研究微生物的生理、在实验室中，液体培养基主要用于研究微生物的生理、代谢和获取大量菌体；在生产上，绝大多数发酵都采用液代谢和获取大量菌体；在生产上，绝大多数发酵都采用液体培养基。体培养基。3 3、根据、根据培养基的功能划分培养基的功能划分 （1 1）选择培养基）选择培养基 是根据某种微生物的特殊营养要求或其对某种化学或是根据某种微生物的特殊营养要求或其对某种化学或物理因素的抗性而设计的培养基。其功能是使混合菌样中物理因素的抗性而设计的培养基。其功能是使混合菌样中的劣势菌变成优势从而提高该菌的筛选效率。的劣势菌变成优势从而提高该菌的筛选效率。常用
35、的常用的选择培养基如分离真菌的马丁氏培养基，分离选择培养基如分离真菌的马丁氏培养基，分离固氮菌的阿须贝培养基等。固氮菌的阿须贝培养基等。（2 2）鉴别鉴别培养基培养基 是在培养基中加入能与微生物的代谢产物发生反应的是在培养基中加入能与微生物的代谢产物发生反应的指示剂，或使某种不溶性的营养物分解而形成透明圈，从指示剂，或使某种不溶性的营养物分解而形成透明圈，从而用肉眼就能将所需的微生物区分出来的培养基。而用肉眼就能将所需的微生物区分出来的培养基。常见的鉴别性培养基如伊红美蓝培养基（常见的鉴别性培养基如伊红美蓝培养基（EMBEMB），主），主要用于鉴别水、食品中的肠道菌。要用于鉴别水、食品中的肠道
36、菌。二、培养基的配制过程二、培养基的配制过程按培养基按培养基配方称量配方称量加水加加水加热熔化热熔化调节调节pH值值过滤过滤分装分装包装包装灭菌灭菌检查灭菌检查灭菌彻底与否彻底与否第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢 微生物的代谢作用（微生物的代谢作用（Metabolism）也叫新陈代谢，是指在微生）也叫新陈代谢，是指在微生物细胞生命活动过程中，全部生物化学反应的总和。新陈代谢由两物细胞生命活动过程中，全部生物化学反应的总和。新陈代谢由两个相反的过程构成：即分解代谢和合成代谢。个相反的过程构成：即分解代谢和合成代谢。一、一、能量代谢能量代谢 二、二、分解代谢分解代谢 微生物的代谢包括能量代谢
37、和物质代谢。微生物的代谢包括能量代谢和物质代谢。（一）（一）ATPATP的产生的产生 在微生物细胞中，在微生物细胞中，ATPATP的产生可以通过三种方式：的产生可以通过三种方式：1、基质水平磷酸化（底物水平磷酸化）基质水平磷酸化（底物水平磷酸化）是指某些化合物在氧化分解时，直接形成是指某些化合物在氧化分解时，直接形成ATPATP的过程。的过程。底物水底物水平磷酸化在生物代谢过程中是十分普遍的，催化底物水平磷酸化的平磷酸化在生物代谢过程中是十分普遍的，催化底物水平磷酸化的酶位于细胞质中。其反应通式为：酶位于细胞质中。其反应通式为：SP+ADPS+ATP一、能量代谢一、能量代谢2、氧化磷酸化（电子
38、传递水平磷酸化）氧化磷酸化（电子传递水平磷酸化）是指通过呼吸链（电子传递链），形成是指通过呼吸链（电子传递链），形成ATPATP的过程。的过程。从氧化物质产生的一对电子或从氧化物质产生的一对电子或H原子向最终电子受体（原子向最终电子受体（O2）转）转移时，中间须经过一系列的电子传递体，电子传递体主要由各种辅移时，中间须经过一系列的电子传递体，电子传递体主要由各种辅酶和辅基组成，每一个电子传递体都是一个氧化还原系统。在不同酶和辅基组成，每一个电子传递体都是一个氧化还原系统。在不同的生物中这一系列的电子传递体有一定的排列顺序，构成了一条链，的生物中这一系列的电子传递体有一定的排列顺序，构成了一条链
39、，称为呼吸链。流动的电子经过呼吸链时逐步释放能量，生成称为呼吸链。流动的电子经过呼吸链时逐步释放能量，生成ATP。3、光合磷酸化光合磷酸化 是指光合微生物将光能转变成化学能的过程。是指光合微生物将光能转变成化学能的过程。在这种转化过程中，光合色素起着重要作用。蓝细菌和藻类的在这种转化过程中，光合色素起着重要作用。蓝细菌和藻类的光合色素是叶绿素，而光合细菌则为菌绿素。菌绿素和叶绿素的结光合色素是叶绿素，而光合细菌则为菌绿素。菌绿素和叶绿素的结构和光吸收特性都不相同，光合作用机制也不同。光合细菌、蓝细构和光吸收特性都不相同，光合作用机制也不同。光合细菌、蓝细菌和藻类都能利用菌和藻类都能利用CO2作
40、为碳源，但蓝细菌和藻类以作为碳源，但蓝细菌和藻类以H2O作为供氢作为供氢体，最终产物有氧；而光合细菌则以体，最终产物有氧；而光合细菌则以H2S、H2、S2O32、乳酸盐和、乳酸盐和琥珀酸盐等作为供氢体，最终产物没有氧。琥珀酸盐等作为供氢体，最终产物没有氧。光合细菌是厌氧菌，在厌氧条件下进行光合磷酸化的方式为环光合细菌是厌氧菌，在厌氧条件下进行光合磷酸化的方式为环式光合磷酸化。式光合磷酸化。蓝细菌和藻类的光合作用与植物相同，主要属于非环式光合磷蓝细菌和藻类的光合作用与植物相同，主要属于非环式光合磷酸化，其光合色素系统包括系统酸化，其光合色素系统包括系统和系统和系统两个光化学反应单位。两个光化学反
41、应单位。（二）（二）能量代谢的方式能量代谢的方式 根据最终电子受体的不同，可以将微生物的能量代谢分为根据最终电子受体的不同，可以将微生物的能量代谢分为有氧有氧呼吸、无氧呼吸和发酵作用呼吸、无氧呼吸和发酵作用三种方式。三种方式。1、有氧呼吸（有氧呼吸（RespirationRespiration）是指微生物细胞以分子氧作为最终电子受体，氧化有机物或无是指微生物细胞以分子氧作为最终电子受体，氧化有机物或无机物获得能量的过程。机物获得能量的过程。有氧呼吸的特点有氧呼吸的特点:（1 1）有分子氧的参与；）有分子氧的参与；（2 2）氧化彻底）氧化彻底,其最终产物是水和其最终产物是水和COCO2 2；（3
42、 3）产生的能量多。）产生的能量多。所产生的能量一部分以热的形式散发（所产生的能量一部分以热的形式散发（388kcal388kcal），），另一部分则贮存于另一部分则贮存于ATPATP中。如中。如1 1分子葡萄糖在有氧呼吸条件分子葡萄糖在有氧呼吸条件下彻底氧化，可产生下彻底氧化，可产生3838摩尔的摩尔的ATPATP，每个，每个ATPATP分子可转化成分子可转化成7.3kcal7.3kcal的能量，总共可以产生的能量，总共可以产生300kcal300kcal的能量。的能量。C6H12O6+O238ADP+Pi38ATP6CO6CO2 26H6H2 2O O388kcal388kcal+以有氧呼
43、吸方式获取能量的微生物都是好氧或兼性厌以有氧呼吸方式获取能量的微生物都是好氧或兼性厌氧菌。有的属于化能异养型，以氧化有机物进行呼吸作用，氧菌。有的属于化能异养型，以氧化有机物进行呼吸作用，如大多数细菌、所有真菌、原生动物等；有的是化能自养如大多数细菌、所有真菌、原生动物等；有的是化能自养型，以氧化无机物进行呼吸作用，如硝化细菌、氢细菌和型，以氧化无机物进行呼吸作用，如硝化细菌、氢细菌和硫细菌。硫细菌。2、无无氧呼吸（氧呼吸（Anaerobic RespirationAnaerobic Respiration）是指微生物细胞以除氧以外的其它无机物作为最终电子受体，是指微生物细胞以除氧以外的其它无
44、机物作为最终电子受体，氧化有机物获得能量的过程。氧化有机物获得能量的过程。无氧呼吸的特点无氧呼吸的特点:（1 1）无分子氧的参与；）无分子氧的参与；最终电子受体是无机氧化物；最终电子受体是无机氧化物；（2 2）氧化彻底）氧化彻底,其最终产物是水和其最终产物是水和COCO2 2；（3 3）产生的能量多。）产生的能量多。C6H12O6+nADP+PinATP6CO6CO2 26H6H2 2O O429kcal429kcal+1 1分子葡萄糖以分子葡萄糖以KNOKNO3 3作为电子受体进行厌氧呼吸时，作为电子受体进行厌氧呼吸时，可以释放可以释放429kcal429kcal的自由能，另一部分能量则转移
45、给生成的自由能，另一部分能量则转移给生成的的NONO2 2-。12NO12NO3 3-+12NO12NO2 2-以无氧呼吸方式获得能量的微生物主要是厌氧菌和兼以无氧呼吸方式获得能量的微生物主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。性厌氧菌。3、发酵作用发酵作用（FermentationFermentation）是指有的微生物以某种不彻底氧化的有机物作为最终电子受体，是指有的微生物以某种不彻底氧化的有机物作为最终电子受体，氧化有机物获得能量的过程。氧化有机物获得能量的过程。无氧呼吸的特点无氧呼吸的特点:（1 1）无分子氧的参与；）无分子氧的参与；最终电子受体是最终电子受体是有有机物；机物；（2 2）氧化不彻底，
46、代谢终产物也是有机物（如乙醇、乳酸）；氧化不彻底，代谢终产物也是有机物（如乙醇、乳酸）；（3 3）产生的能量少。）产生的能量少。1 1分子葡萄糖只能产生分子葡萄糖只能产生2 2分子的分子的ATPATP。C6H12O6+2ADP+Pi2ATP2CO2CO2 254kcal54kcal+2C2H5OH 发酵作用是厌氧菌获得能量的主要方式，有的兼性厌发酵作用是厌氧菌获得能量的主要方式，有的兼性厌氧菌在无氧条件下也通过此方式获取能量。氧菌在无氧条件下也通过此方式获取能量。在有氧条件下氧气会抑制发酵作用，这一现象称为巴在有氧条件下氧气会抑制发酵作用，这一现象称为巴斯德效应。斯德效应。所以，在发酵生产时，
47、都需进行密封（如酒精所以，在发酵生产时，都需进行密封（如酒精发酵，家庭制泡菜等）。发酵，家庭制泡菜等）。（三）（三）能量的利用能量的利用 1、生物合成是能量利用的主要方面（约占能耗的生物合成是能量利用的主要方面（约占能耗的1/3）。）。2、微生物的生命活动需要消耗能量。微生物的生命活动需要消耗能量。3、生物发光。生物发光。4、生物热的产生。如青贮饲料、堆肥。生物热的产生。如青贮饲料、堆肥。（一）（一）己糖的分解己糖的分解 在微生物细胞中，己糖的降解主要通过四条途径：在微生物细胞中，己糖的降解主要通过四条途径：EMP途径途径 HMP途径途径 ED途径途径 三羧酸循环三羧酸循环 二、分解代谢二、分
48、解代谢1 1、EMP途径途径 也叫糖酵解途径（也叫糖酵解途径（Glycolysis）或己糖二磷酸途径，是许多生）或己糖二磷酸途径，是许多生物共有的己糖分解途径。大多数好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌都利物共有的己糖分解途径。大多数好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌都利用该途径分解葡萄糖。其总反应式为：用该途径分解葡萄糖。其总反应式为：C6H12O6+2ATP2ADP2Pi+2CH3COCOOH 2NAD+2NADH 在在EMP途径中，每途径中，每1分子葡萄糖降解后净生成分子葡萄糖降解后净生成2分子分子ATP，产能，产能效率较低，即使加上效率较低，即使加上2个个NADH，总共也只能产生，总共也只能产生8分子分
49、子ATP。但该过程生成的几种磷酸化的中间产物是脂类和其他物质合成但该过程生成的几种磷酸化的中间产物是脂类和其他物质合成的前体。其终产物丙酮酸、氨基酸和其他许多物质的合成有密切关的前体。其终产物丙酮酸、氨基酸和其他许多物质的合成有密切关系，是生物代谢的中心产物，起连接其他有关代谢途径的作用，如系，是生物代谢的中心产物，起连接其他有关代谢途径的作用，如TCA、乙醇发酵、乳酸发酵等。、乙醇发酵、乳酸发酵等。2.2.HMP途径途径 也叫己糖单磷酸途径或称戊糖磷酸途径。这是一条不须经过也叫己糖单磷酸途径或称戊糖磷酸途径。这是一条不须经过TCA而直接彻底氧化分解己糖的代谢过程。通过该途径不仅可以产而直接彻
50、底氧化分解己糖的代谢过程。通过该途径不仅可以产生从生从C3-C7的各种单糖，并且还产生大量的的各种单糖，并且还产生大量的NADPH（12分子）。许分子）。许多细菌和真菌都有这条途径，且该途径常与多细菌和真菌都有这条途径，且该途径常与EMP途径共存。其总反途径共存。其总反应式如下：应式如下：6-P-C6H11O5+6H6H2 2O O12NAD+6 6CO2 2+12NADH2+6Pi 在整个在整个HMP途径中，每进行一次周转通常需要途径中，每进行一次周转通常需要6分子的分子的6-磷酸磷酸葡萄糖同时参与反应，但只有葡萄糖同时参与反应，但只有1分子的分子的6-磷酸葡萄糖被彻底氧化成磷酸葡萄糖被彻底
