1、微生物的营养医学知识营养营养(Nutrition)Nutrition)概念概念n始点:是生命体活动的始点n过程:从外界摄取能量和物质的过程n基础:为生命活动提供物质基础n功能:满足生物体生长和繁殖需要的 一种最基本生理功能2微生物的营养医学知识微生物的营养及特点微生物的营养及特点营养：微生物获得和利用营养物质的过程营养：微生物获得和利用营养物质的过程营养物营养物：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和那些能够满足微生物机体生长、繁殖和 完成各种生理活动所需的物质完成各种生理活动所需的物质微生物营养的特点：食谱广、胃口大微生物营养的特点：食谱广、胃口大广谱：微生物的营养物很广，包括非常规物质形广谱：
2、微生物的营养物很广，包括非常规物质形 式的光辐射能等式的光辐射能等营养物的营养物的功能功能供物：提供置换与增生细胞的结构物质供物：提供置换与增生细胞的结构物质供量：供应生命活动的能量供量：供应生命活动的能量调节：调节：提供各种代谢调节物 确保良好的生理环境等3微生物的营养医学知识研究微生物营养的重要性研究微生物营养的重要性研究的基础：是开发和研究微生物的基础，研究的基础：是开发和研究微生物的基础，设计的依据：筛选微生物培养基的理论依据设计的依据：筛选微生物培养基的理论依据，实践的必须：为生产实践提供经济、节约实践的必须：为生产实践提供经济、节约 和高效益的应用培养基。和高效益的应用培养基。4微
3、生物的营养医学知识第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求5微生物的营养医学知识一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成水水：70%-90%70%-90%干物质干物质有机物有机物：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 无机物（盐）无机物（盐）微生物、动物、植物微生物、动物、植物之间存在之间存在“营养上的统一性营养上的统一性”主要元素主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；镁、钙、铁等；微量元素微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。铜、钨、镍、硼等。
4、微生物微生物细胞细胞细胞化学细胞化学元素水平元素水平6微生物的营养医学知识二、微生物的六种营养要素二、微生物的六种营养要素n碳源营养物碳源营养物 carbon source carbon sourcen氮源营养物氮源营养物 Nitrogen source Nitrogen sourcen能源营养物能源营养物 energy source energy sourcen生长因子生长因子 growth source growth sourcen无机盐无机盐 mineral source mineral sourcen水水 water water7微生物的营养医学知识碳源与碳源谱碳源与碳源谱 化合物水平
5、化合物水平 培养基原料水平培养基原料水平 C H O N X 有有 C H O N 机机 千种以上千种以上 700 700余万种余万种 C H O 碳碳 C H C 无无 无无 无无 C O 机机 少少 少少 C O X 碳碳 少少 少少碳源：碳源是为微生物营养提供所需的碳源：碳源是为微生物营养提供所需的 碳元素（碳架）的营养源。碳元素（碳架）的营养源。碳源谱：碳源谱：(碳源的范围碳源的范围)8微生物的营养医学知识微生物碳源谱特点微生物碳源谱特点类型：类型：有机（异养）和无机（自养）两大类有机（异养）和无机（自养）两大类谱广：谱广：碳源谱很广碳源谱很广 动、植物界的总和动、植物界的总和最佳碳源
6、：为最佳碳源：为 C C H H O O 型有机物。型有机物。合理使用：合理使用：C C H H O O N N X X 型碳源物不应降格使型碳源物不应降格使用用利用差异：微生物间利用碳源谱能力差异大利用差异：微生物间利用碳源谱能力差异大双功能双功能 C C：异养菌的碳源等于能源，异养菌的碳源等于能源，碳源常是双碳源常是双 功能营养物功能营养物(difuctional nutrientdifuctional nutrient9微生物的营养医学知识致病菌的碳源特点致病菌的碳源特点要求高：必须利用各种有机营养物为碳源要求高：必须利用各种有机营养物为碳源需血清：不少种类致病菌需动物血清、组织或宿主需
7、血清：不少种类致病菌需动物血清、组织或宿主 自身作为培养基自身作为培养基供供 CO2CO2：有些种类常需要提供有些种类常需要提供10%10%（V/VV/V）COCO2 2 才能才能 长好长好10微生物的营养医学知识选用碳源的原则选用碳源的原则忌纯粹：切忌营养上的忌纯粹：切忌营养上的“纯粹纯粹”、莫以纯、莫以纯 粹才能称粹才能称“营养要素营养要素”求效益：讲究科研和生产的经济效益与求效益：讲究科研和生产的经济效益与 综合利用，求生态效应。综合利用，求生态效应。莫降格莫降格：切莫降格使用碳原切莫降格使用碳原,尤如将牛肉尤如将牛肉 干当柴烧等。干当柴烧等。11微生物的营养医学知识氮源与氮源谱氮源与氮
8、源谱n氮源：为微生物生长繁殖等提供所需氮元素的氮源：为微生物生长繁殖等提供所需氮元素的 营养物营养物,是构成蛋白质与核酸的主要元素。是构成蛋白质与核酸的主要元素。n氮源谱：氮源谱：化合物水平化合物水平 原料水平原料水平 N N C C H H O O X X N N C C H H O O N N O O N N H H 无机无机 数十种数十种 几十种几十种 N N有机有机 上千种上千种 数万种数万种12微生物的营养医学知识氮源谱氮源谱有机氮有机氮无机氮无机氮NH3铵盐铵盐硝酸盐硝酸盐N2蛋白质蛋白质核酸核酸氨基酸氨基酸尿素尿素13微生物的营养医学知识微生物氮源谱特点微生物氮源谱特点类型：类型
9、：微生物氮源类型可分为无机氮、微生物氮源类型可分为无机氮、有机氮两类。有机氮两类。谱广：谱广：微生物利用氮的氮源很广，微生物利用氮的氮源很广，大于动、植物之和。大于动、植物之和。最适氮源：最适氮源：微生物最适氮源序列为：微生物最适氮源序列为：N NC CH HO O N N H H N N O O N N切莫降格：切莫降格：不要降格、级使用氮源物。不要降格、级使用氮源物。以以aaaa分型：分型：即有氨基酸自养型与异养型即有氨基酸自养型与异养型 微生物之分。微生物之分。14微生物的营养医学知识微生物的营养类型微生物的营养类型两大类型：在氮源上自养型微生物即为氨基酸自养类两大类型：在氮源上自养型微
10、生物即为氨基酸自养类 (Amino acid autotrophs)Amino acid autotrophs)和异养型微生物即和异养型微生物即为氨基酸异养类为氨基酸异养类(Amino acid heterotriphs)Amino acid heterotriphs)固氮型固氮型 利用空气氮合成氨为菌体吸收；利用空气氮合成氨为菌体吸收；自养类自养类 无机合成型无机合成型 利用利用NH4+NH4+和和NO3 NO3 合成自身菌体蛋白合成自身菌体蛋白；有机型有机型 则利用尿素为自身的氮源。则利用尿素为自身的氮源。异养型：可利用其他生物的氨基酸分解、组装成自身蛋异养型：可利用其他生物的氨基酸分解、
11、组装成自身蛋 白质等有用物质白质等有用物质 15微生物的营养医学知识氨基酸自养型微生物的重要性氨基酸自养型微生物的重要性定义：即具有利用外界简单无机氮源物定义：即具有利用外界简单无机氮源物 合成自身所需氨基酸能力的生物合成自身所需氨基酸能力的生物类型：所有的植物和很多微生物为氨基类型：所有的植物和很多微生物为氨基 酸自养型生物酸自养型生物应用：利用氨基酸自养型微生物生产有应用：利用氨基酸自养型微生物生产有 用氨基酸及单细胞蛋白质（用氨基酸及单细胞蛋白质（SCPSCP）16微生物的营养医学知识能源与能源谱能源与能源谱能源：为微生物的生命活动提供能量的最初来源物能源：为微生物的生命活动提供能量的最
12、初来源物能源谱能源谱化学物质化学物质(化能营养型化能营养型)辐射能辐射能 (光能营养型光能营养型)有机物：化能异养微生物的能源有机物：化能异养微生物的能源(同碳源同碳源)无机物：化能自养微生物的能源无机物：化能自养微生物的能源(异碳源异碳源)：光能异养与自养微生物的能源光能异养与自养微生物的能源17微生物的营养医学知识微生物能源特点微生物能源特点能源谱广：微生物能源谱大于植物，更大于动物。能源谱广：微生物能源谱大于植物，更大于动物。独特类型：化能自养菌是生物界最独特生物类型，独特类型：化能自养菌是生物界最独特生物类型，能利用一些还原态的无机物，例如能利用一些还原态的无机物，例如,NH4+NH4
13、+、NO2-NO2-、S S、H2SH2S、H2H2和和Fe2+Fe2+等。等。单功能营养物：光辐射、单功能营养物：光辐射、CO2CO2、N2N2等等 分类分类 双功能营养物：双功能营养物：NH4+NH4+、纯葡萄糖等纯葡萄糖等 多功能营养物：氨基酸、牛肉膏、蛋白胨等多功能营养物：氨基酸、牛肉膏、蛋白胨等18微生物的营养医学知识生长因子生长因子(growth factor)growth factor)定义要点：定义要点：n为某些微生物维持正常代谢必不可少为某些微生物维持正常代谢必不可少n生物体不能以简单碳源和氮源自身合成生物体不能以简单碳源和氮源自身合成n由外界供给的需要较少的一类有机物质由外
14、界供给的需要较少的一类有机物质狭狭 义义 与广义生长因子：与广义生长因子：狭义：仅指维生素类为人、动物与微生物所必需物狭义：仅指维生素类为人、动物与微生物所必需物广义：还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类广义：还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4C4 C6C6的分枝或直链脂肪酸的分枝或直链脂肪酸,有时还将氨基酸有时还将氨基酸 营养缺陷突变株所需的氨基酸也算在内。营养缺陷突变株所需的氨基酸也算在内。19微生物的营养医学知识微生物生长因子类型微生物生长因子类型自养型：不需要外界提供生长因子的称生长因子自养自养型：不需要外界提供生长因子的称生长因子自养型微生物型微生物(auxoautotr
15、ophs)auxoautotrophs)异养型：必需由外界提供生长因子才能正常生长的称异养型：必需由外界提供生长因子才能正常生长的称生长因子异养型微生物生长因子异养型微生物(auxoheterotrophs)auxoheterotrophs)，如乳酸菌、动物致病菌等如乳酸菌、动物致病菌等分泌型：自养型中一类能大量合成，且分泌与累积生分泌型：自养型中一类能大量合成，且分泌与累积生长因子的称生长因子过量合成型微生物长因子的称生长因子过量合成型微生物 故生长因子与碳源、氮源和能源有异故生长因子与碳源、氮源和能源有异,并非为一并非为一切微生物的生命活动所必需提供之营养物。切微生物的生命活动所必需提供之
16、营养物。20微生物的营养医学知识维生素及其生理功能维生素及其生理功能维生素类维生素类 转移的对象转移的对象 代代 谢谢 功功 能能B B1 1硫胺素硫胺素 乙醛基乙醛基 脱羧酶、转醛酶、脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基转酮酶的辅基B B2 2核黄素核黄素 氢、电子氢、电子 FMNFMN和和FADFAD的前体等的前体等B B5 5烟酸烟酸 氢、电子氢、电子 NADNAD和和NADPNADP的前体等的前体等B B6 6吡哆醇吡哆醇 氨基氨基 转氨、脱羧酶辅基等转氨、脱羧酶辅基等B B1212维生素维生素 羧基、甲基羧基、甲基 钴酰胺辅酶钴酰胺辅酶,参与一碳基传递等参与一碳基传递等泛酸泛酸 酰基酰基 辅
17、酶辅酶A A的前体等的前体等叶酸叶酸 甲基甲基 参与一碳基转递等参与一碳基转递等生物素生物素(H)H)羧基羧基 羧化酶的辅基羧化酶的辅基,CO2 CO2固定中作用固定中作用21微生物的营养医学知识生长因子提供及测定法生长因子提供及测定法提供：若要测知微生物对生长因子需求的情况提供：若要测知微生物对生长因子需求的情况,可由添加富含生长因子的天然原料试验，如酵可由添加富含生长因子的天然原料试验，如酵母膏、玉米浆、肝浸汁、麦芽汁或新鲜动、植母膏、玉米浆、肝浸汁、麦芽汁或新鲜动、植 物组织液等则成本低。物组织液等则成本低。鉴定：若须知某一生长因子异养型微生物需何类鉴定：若须知某一生长因子异养型微生物需
18、何类何种生长因子何种生长因子,则需作生长因子谱测定。则需作生长因子谱测定。测定：生长因子自养型微生物可用作维生素等生测定：生长因子自养型微生物可用作维生素等生长因子生物测定时的供试菌。长因子生物测定时的供试菌。22微生物的营养医学知识酵母膏、玉米浆富含生长因子酵母膏、玉米浆富含生长因子酵酵 维生素类维生素类 11 11 种种母母 yeast extractyeast extract膏膏 氨基酸类氨基酸类 18 18 种种玉玉 氨基酸类氨基酸类 15 15 种种米米 cornsteep liquorcornsteep liquor浆浆 维生素类维生素类 5 5 种种23微生物的营养医学知识复合维
19、生素复合维生素(用于分离培养土壤和水生菌用于分离培养土壤和水生菌)维生素种类维生素种类 含含 量量 生物素生物素 0.2 0.2mgmg 烟碱酸烟碱酸 2.0 2.0mgmg B B1 1 1.0mg1.0mg PABA 1.0mg PABA 1.0mg 泛酸泛酸 0.5 0.5mgmg B B6 6 5.0mg5.0mg B B12 12 2.0mg2.0mg H H2 2O 100mlO 100ml24微生物的营养医学知识生长因子的生理机能生长因子的生理机能维维 构成酶的辅基、辅酶，参与氧化还原反应等构成酶的辅基、辅酶，参与氧化还原反应等生生 构成酶辅基的前体物，参与转移氨等反应构成酶辅基
20、的前体物，参与转移氨等反应素素 构成酶辅酶的前体物，参与糖及脂肪的合成等构成酶辅酶的前体物，参与糖及脂肪的合成等甾醇：枝原体等膜的结构成分甾醇：枝原体等膜的结构成分脂肪酸：脂肪酸：氨基酸：营养缺陷型细菌的必需营养与生长因子氨基酸：营养缺陷型细菌的必需营养与生长因子25微生物的营养医学知识无机盐无机盐 定义：为微生物提供除碳、氮以外的各种重要生物必定义：为微生物提供除碳、氮以外的各种重要生物必需元素营养物的统称需元素营养物的统称 凡生长所需浓度在凡生长所需浓度在 10-310-4 10-310-4mol/L mol/L 的元素称为的元素称为类类 大量元素：大量元素：P P、S S、K K、MgM
21、g、CaCa、NaNa和和FeFe等等 型型 而生长所需浓度在而生长所需浓度在 10-610-8 10-610-8mol/L mol/L 的元素称为的元素称为 微量元素：微量元素：CuCu、ZnZn、MnMn、MoMo和和 CoCo等等26微生物的营养医学知识无机盐功能无机盐功能 大大 细胞结构成分细胞结构成分(S S、P P、CaCa、MgMg、Fe Fe 等等)量量 生理活性调节物生理活性调节物(Na+-Na+-维持渗透压；维持渗透压；Mg2+-Mg2+-酶激等酶激等)元元 化能自养菌的能源化能自养菌的能源(S S、fe2+fe2+、NH4+NH4+、NO2-NO2-等等)素素 无氧呼吸的
22、受体无氧呼吸的受体(NO2-NO2-、SO4 2-SO4 2-等等)微量微量 酶的激活剂酶的激活剂(Cu 2+Cu 2+、Mn2+Mn2+、Zn2+)Zn2+)特殊分特殊分 子结构成分子结构成分(CoCo、Mo)Mo)元素元素 27微生物的营养医学知识无机盐的提供方式无机盐的提供方式 大量元素：加入有关化学试剂，大量元素：加入有关化学试剂，如如K2HPO4K2HPO4及及MgSO4MgSO4等等 微量元素：为一般化学试剂中含之及微量元素：为一般化学试剂中含之及 天然成分中杂质等天然成分中杂质等28微生物的营养医学知识配置精细合成培养基要点配置精细合成培养基要点清净：所用玻璃器皿是硬质的、清净：
23、所用玻璃器皿是硬质的、试剂是高纯度的。试剂是高纯度的。防污：配置中特别小心，防止其他防污：配置中特别小心，防止其他 有机物、无机物污染。有机物、无机物污染。按序：依据需求一一加入无机元素按序：依据需求一一加入无机元素，以作精细分析以作精细分析29微生物的营养医学知识水水-生命体的源泉生命体的源泉 起到溶剂与运输介质的作用；起到溶剂与运输介质的作用；参与细胞内一系列化学反应参与细胞内一系列化学反应;维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定水功能水功能 然构象然构象;热的良好导体；热的良好导体；通过水合作用与脱水作用控制由多亚通过水合作用与脱水作用控制由多亚 基组成的结构。
24、基组成的结构。水是生命体最基本的要素水是生命体最基本的要素最大营养物最大营养物 需求量最大的营养物需求量最大的营养物 含量可达细胞的含量可达细胞的7090%30微生物的营养医学知识微生物的含水量微生物的含水量 细菌约细菌约 80%80%营养体营养体 酵母约酵母约 75%75%霉菌约霉菌约 85%85%霉菌孢子：约霉菌孢子：约 39%39%细菌芽孢：芽孢核心极低细菌芽孢：芽孢核心极低31微生物的营养医学知识三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型化能异养型化能异养型(化能有机营养型化能有机营养型)：需有机物为营养，：需有机物为营养，它既作碳源物作能源物，有腐生和寄生之分它既作碳源物作能源物，有腐
25、生和寄生之分化能自养型化能自养型(化能无机营养型化能无机营养型)：以无机物作能源物：以无机物作能源物来同化来同化CO2CO2合成自身所需细胞物质合成自身所需细胞物质光能异养型光能异养型(光能有机营养型光能有机营养型)：能源来自光，需有：能源来自光，需有机物作氢供来还原机物作氢供来还原CO2CO2生成细胞物质生成细胞物质光能自养型光能自养型(光能无机营养型光能无机营养型)：以：以CO2CO2为唯一碳源及为唯一碳源及利用光能进行生长的微生物利用光能进行生长的微生物营养类型名称为按能源和氢供体的顺序来表营养类型名称为按能源和氢供体的顺序来表达达32微生物的营养医学知识微生物的营养类型的分类微生物的营
26、养类型的分类营养类型划分营养类型划分标准不一标准不一，则营养类型，则营养类型称谓各异称谓各异。划分划分标准标准 营养类型营养类型以能源为主以能源为主 光能光能/化能化能(phototroph/chemotroph)供氢体为主供氢体为主 无机无机/有机有机(lithotroph/organotroph)以碳源为主以碳源为主 自养自养/异养异养(autotroph/heterotroph)合成氨基酸合成氨基酸 氨自氨自/氨异氨异(amino acid auto-/hetero-)以取食方式以取食方式 渗透渗透/吞噬吞噬(osmotroph/phageocytosis)猎取死、活猎取死、活 腐生腐生
27、/寄生寄生(saprophytism/parasitism)以生长因子以生长因子 营缺营缺/野生野生(auxotroph/wild type)营缺营缺/原养原养(auxotroph/prototroph)33微生物的营养医学知识 营养类型营养类型 能源能源 氢供体氢供体 碳碳 源源 实实 例例光能无机营养型光能无机营养型 光光 无机物无机物 COCO2 2 蓝细菌、蓝细菌、(光能自养型光能自养型)紫硫细紫硫细光能有机营养光能有机营养 光光 有机物有机物 COCO2 2或简或简 红螺菌科红螺菌科(光能异养型光能异养型)单有机物单有机物化能无机营养型化能无机营养型 无机物无机物 无机物无机物 CO
28、CO2 2 硝化硝化.硫化硫化.(化能自养型化能自养型)铁铁.氢细菌氢细菌化能有机营养型化能有机营养型 有机物有机物 有机物有机物 有机物有机物 大多原核大多原核.(化能异养型化能异养型)全部真核全部真核微生物营养类型简介微生物营养类型简介34微生物的营养医学知识自养微生物营养及代谢特点自养微生物营养及代谢特点营养要素营养要素 营养物类型营养物类型能源能源：辐射能辐射能(如日光能如日光能)无机物，如：无机物，如：NHNH4 4+,NO,NO2 22-2-,S,H,S,H2 2S,HS,H2 2,Fe,Fe2+2+等等碳源碳源：COCO2 2氮源氮源：无机氮无机氮生长因子生长因子：不需要，即自养
29、型或合成分泌型：不需要，即自养型或合成分泌型代谢特点代谢特点：含卡尔文循环：含卡尔文循环35微生物的营养医学知识异养微生物营养要点异养微生物营养要点n至少需提供至少需提供一种量大的有机物一种量大的有机物才能满足才能满足其正常营养需求其正常营养需求n其其碳源、氢供体为有机物碳源、氢供体为有机物，能源则可利，能源则可利用氧化有机物或吸收日光能获得用氧化有机物或吸收日光能获得36微生物的营养医学知识异养型微生物并非绝对不能利用异养型微生物并非绝对不能利用COCO2 2；自养型微生物自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；有些微生物在不也并非不能利用有机物进行生长；有些微生物在不同生长条件下生长时同
30、生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变。其营养类型也会发生改变。微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力条件变化的适应能力如如紫色非硫细菌紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)purple nonsulphur bacteria)：没有有机物时，同化没有有机物时，同化COCO2 2，为为自养型微生物；自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微异养型微生物；生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型光能营养
31、型微生物；微生物；黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为生长，为化能营养型微生物化能营养型微生物不同营养类型之间的界限并非绝对不同营养类型之间的界限并非绝对37微生物的营养医学知识第二节第二节营养物质进入细胞营养物质进入细胞38微生物的营养医学知识营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式物物 不需膜上载体蛋白不需膜上载体蛋白-单纯扩散单纯扩散质质运运 要耗能要耗能-促进扩散促进扩散送送 需载体需载体 溶质分子不变溶质分子不变-主动运送主动运送类类 (蛋白蛋白)不耗能不耗能型型 溶质分子改变溶质分子改变基团移位基团移位营养物质能否进入
32、细胞取决于营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素三个方面的因素：营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶解性、电负性等电负性等 微生物所处的环境（温度、微生物所处的环境（温度、PHPH等）；等）；微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、荚膜等）。等）。39微生物的营养医学知识原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原原生质膜是一种半透性膜，营养物质通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。的胞内进行扩散。特点特点自由扩散自由扩散（物质在扩散过程
33、中没有发生任何反应；物质在扩散过程中没有发生任何反应；不消耗能量；不能逆浓度运输；不消耗能量；不能逆浓度运输；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比。运输速率与膜内外物质的浓度差成正比。40微生物的营养医学知识单纯扩散单纯扩散 单纯扩散单纯扩散非电离的小分子非电离的小分子 胞外胞外 膜上膜上 质内质内 物，物，如：如：O O2 2、COCO2 2、乙醇和乙醇和(某些某些)氨基氨基酸经酸经物理扩散物理扩散由膜由膜外至膜内，外至膜内，不耗能不耗能，不能逆浓度运行，不能逆浓度运行，不是细胞获取营养不是细胞获取营养的主要方式的主要方式 溶质分子溶质分子 无载体无载体 溶质浓度低溶质浓度低41微生物的营养医
34、学知识特特点点协助扩散（协助扩散（不消耗能量；不消耗能量；参与运输的物质本身的分子结构不发生变化；参与运输的物质本身的分子结构不发生变化；不能进行逆浓度运输；不能进行逆浓度运输；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比；需要载体参与。需要载体参与。通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专酸、单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。一物质的运输由一种以上的载
35、体蛋白来完成。42微生物的营养医学知识促进扩散促进扩散 胞外胞外 膜上膜上 质内质内借助于膜上底物借助于膜上底物特异性载体蛋白特异性载体蛋白(Carrier proteinCarrier protein），），载体蛋白载体蛋白位于膜上、位于膜上、经经构象改变接送溶质构象改变接送溶质分子分子通常需经诱导产通常需经诱导产生、不能逆浓度运送生、不能逆浓度运送物质物质不耗能不耗能，只能在，只能在高浓度下对微生物的高浓度下对微生物的营养产生作用营养产生作用 溶质分子溶质分子 载体蛋白载体蛋白 质内溶质质内溶质 43微生物的营养医学知识44微生物的营养医学知识 胞外胞外 膜上膜上 质内质内n是微生物吸收营
36、养物是微生物吸收营养物 的主要方式的主要方式n由特异性载体蛋白改由特异性载体蛋白改 变构象运送溶质变构象运送溶质n为耗能逆浓度下运送为耗能逆浓度下运送 物质物质,具有浓缩和富具有浓缩和富 集营养物之功能集营养物之功能n运送物为无机离子、运送物为无机离子、有机离子和一些糖类有机离子和一些糖类ATPADP+Pi 主动运输主动运输45微生物的营养医学知识基团移位基团移位 基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动基团移位是另一种类型的主动运输，它与主动运输方式的不同之处在于它有一个复杂的运输系统运输方式的不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中发生化学来完成物质的运输，而
37、物质在运输过程中发生化学变化。变化。基团转位基团转位又称为磷酸烯醇式丙酮酸又称为磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖转移酶磷酸糖转移酶运输系统（运输系统（PTSPTS），），PTS PTS 通常由五种蛋白质组成，通常由五种蛋白质组成，包括酶包括酶I I、酶酶IIII（包括包括a a、b b、c c三三种亚基）和一种低种亚基）和一种低相对分子量的热稳定蛋白质（相对分子量的热稳定蛋白质（HPrHPr）。）。PEP-P+HPr HPr-p+PEP-P+HPr HPr-p+丙酮酸丙酮酸 P-HPr+P-HPr+糖糖糖糖-P+HPrP+HPr46微生物的营养医学知识基团移位步骤基团移位步骤nHPrHPr的激活的激活
38、：HPrHPr为为PEPPEP的磷酸基因所激活的磷酸基因所激活P-HPrP-HPr HPr+PEP HPr+PEP E1E1 丙酮酸丙酮酸+P-HPrP-HPrn糖被磷酸化糖被磷酸化：膜外糖先与外膜表面的酶：膜外糖先与外膜表面的酶2 2结合结合，转送至内膜表面；糖被，转送至内膜表面；糖被P-HPrP-HPr上的磷酸所激上的磷酸所激活活 P-HPr+P-HPr+糖糖 E2E2 糖糖-P+HPrP+HPrn激活糖释放激活糖释放：被激活的糖被运送至细胞质中，：被激活的糖被运送至细胞质中，糖可逆梯度运送糖可逆梯度运送47微生物的营养医学知识四种运送营养物质方式差异的比较四种运送营养物质方式差异的比较比
39、较项目比较项目 单纯扩散单纯扩散 促进扩散促进扩散 主动运送主动运送 基团移位基团移位特异载体蛋白 无 有 有 有运送速度 慢 快 快 快溶质运送方向 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 内浓度高得多 内浓度高得多运送分子 无特异性 特异性 特异性 特异性能量消耗 不需要 不需要 需要 需要前后溶质分子 不改变 不改变 不改变 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 有竞争性运送抑制剂 无 有 有 有运送对象举例 H2O.CO2.O2.SO42-.PO43-.氨基酸.乳糖筝 葡萄糖.果糖等 乙醇.盐类等 糖(真核生物)N
40、a+.Ca+等离子 嘌呤.核苷.脂肪49微生物的营养医学知识第三节培养基第三节培养基培养基：培养基：是人工配制的，适合微生物生长繁是人工配制的，适合微生物生长繁殖殖 或产生代谢产物的营养基质。或产生代谢产物的营养基质。培养基都应该具备六大营养要素：培养基都应该具备六大营养要素：碳源、氮碳源、氮 源、无机盐、能源、生长因子、水源、无机盐、能源、生长因子、水常规高压蒸汽灭菌：常规高压蒸汽灭菌：121.3 15-30121.3 15-30分钟；分钟；50微生物的营养医学知识一、选用和设计培养基一、选用和设计培养基的原则和方法的原则和方法目的明确目的明确营养协调营养协调理化条件适宜理化条件适宜经济节约
41、经济节约51微生物的营养医学知识目的明确目的明确 根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基 培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：S 10g S 10g，MgSOMgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5gO 0.5g，（，（NHNH4 4)2 2SOSO4 4 0.4g 0.4g，FeSOFeSO4 4 0.01g0.01g，H H2 2POPO4 4 4g 4g，CaClCaCl2 2 0.25g 0.25g，H H2 2O 1000mlO 1000ml 培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化
42、学培养化能异养的大肠杆菌一种培养基是由下列化学 成分组成：成分组成：葡萄糖葡萄糖 5 5g g，NHNH4 4H H2 2POPO4 4 1g 1g，NaCl 5gNaCl 5g，MgSOMgSO4 4.7H.7H2 2O O 0.2g0.2g，K K2 2HPOHPO4 4 1g 1g，H H2 2O 1000mlO 1000ml52微生物的营养医学知识常见的培养四大类微生物的培养基常见的培养四大类微生物的培养基细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：牛肉膏牛肉膏 3 3g g，蛋白胨蛋白胨 10 10g g，NaCl 5gNaCl 5g，H H2 2O 1000mlO 10
43、00ml放线菌（高氏放线菌（高氏1 1号）：号）：淀粉淀粉 20 20g g，K K2 2HPOHPO4 4 0.5g 0.5g，NaCl 0.5gNaCl 0.5g，MgSO4.7H2O MgSO4.7H2O 0.5g0.5g，KNO KNO3 3 1g 1g，FeSOFeSO4 4 0.01g 0.01g，H H2 2O 1000mlO 1000ml酵母菌酵母菌(麦芽汁培养基麦芽汁培养基)：土豆培养基也行：土豆培养基也行干麦芽粉加四倍水，在干麦芽粉加四倍水，在50-6050-60保温糖化保温糖化3-43-4小时小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度，用碘液试验检查至糖化完全为止，
44、调整糖液浓度为为1010巴林，煮沸后，沙布过滤，调巴林，煮沸后，沙布过滤，调PHPH为为6.06.0。霉菌（查氏合成培养基）：霉菌（查氏合成培养基）：NaNONaNO3 3 3g 3g，K K2 2HPOHPO4 4 1g1g，KCl 0.5gKCl 0.5g，MgSOMgSO4 4.7H.7H2 2O 0.5gO 0.5g，FeSO4 0.01gFeSO4 0.01g，蔗糖蔗糖 30 30g g，H2O 1000mlH2O 1000ml53微生物的营养医学知识营养协调营养协调培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生培养基中营养物质浓度合适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
45、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常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用。抑制作用。培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中其中碳氮比碳氮比（C/NC/N）的影响较大。的影响较大。碳氮比碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。例如，例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，在利用微生物发酵生
46、产谷氨酸的过程中，培养基碳氮比为培养基碳氮比为4/14/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比为累少；当培养基碳氮比为3/13/1时，菌体繁殖受到抑时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。制，谷氨酸产量则大量增加。54微生物的营养医学知识理化条件适宜理化条件适宜pHpH水活度水活度氧化还原电位氧化还原电位55微生物的营养医学知识pH通常培养条件：通常培养条件：细菌与放线菌：细菌与放线菌：pH7pH7 7.57.5酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.5pH4.5 6 6范围内生长范围内生长 培养基的培养基的pHpH必须控制在一定的范围内，以满必须控制在一定
47、的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。为了维持培养基为了维持培养基pHpH的相对恒定，通常在培养的相对恒定，通常在培养基中加入基中加入pHpH缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。碱。56微生物的营养医学知识水活度水活度 水活度：水活度：在天然环境中，微生物可实际利用的自在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。由水或游离水的含量。一般用在一定的温度和压力条件下一般用在一定的温度和压力条件下,溶液的蒸汽溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示
48、，即：w=Pw/P w=Pw/Po ow w 式中式中PwPw代表溶液蒸汽压力代表溶液蒸汽压力,P PO Ow w代表纯水蒸汽代表纯水蒸汽压力。压力。纯水纯水ww为为1.00,1.00,溶液中溶质越多溶液中溶质越多,ww越小。越小。微生物一般在微生物一般在ww为为0.600.600.990.99的条件下生长的条件下生长,ww过低时过低时,微生物生长的迟缓期延长微生物生长的迟缓期延长,比生长速比生长速率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适ww不同。不同。57微生物的营养医学知识氧化还原电位氧化还原电位氧化还原电位：氧化还原电位：又称氧化还原电势（又称
49、氧化还原电势（redox redox potentialpotential），），是度量某氧化还原系统中的还原剂释是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是是V V（伏）或伏）或mVmV（毫伏）。毫伏）。不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同：不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同：好氧性微生物好氧性微生物：+0.1+0.1伏以上时可正常生长伏以上时可正常生长,以以+0.3+0.3 +0.4+0.4伏为宜；伏为宜；厌氧性微生物厌氧性微生物：低于：低于+0.1+0.1伏条件下生长；伏条件下生长；兼性厌氧微生物
50、兼性厌氧微生物：+0.1+0.1伏以上时进行好氧呼吸伏以上时进行好氧呼吸,+0.1 +0.1伏以下时进行发酵。伏以下时进行发酵。58微生物的营养医学知识经济节约经济节约以粗代精以粗代精以野代家以野代家以废代好以废代好以国代进以国代进以简代繁以简代繁以氮代朊以氮代朊以烃代粮以烃代粮以纤代糖以纤代糖59微生物的营养医学知识二、培养基的类型及应用二、培养基的类型及应用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养分成多种类型。途可将培养分成多种类型。按成分不同划按成分不同划分分天然培养基：天然培养基：含用化学成分还不清楚或化学含用化学成分还不清楚或化学成分
