1、第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求 第二节第二节 微生物对营养物质的吸收微生物对营养物质的吸收 第三节第三节 培养基培养基 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化学组成的测试微生物细胞化学组成的测试From Brock:Biology of Microorganisms细菌生长所需元素细菌生长所需元素细菌细胞 50%碳(干重)20%氧 12%氮 8%氢 3%磷 1%硫1%钾1%Na,Mg,Ca,Cl,Fe 0.1%以葡萄糖为例，细菌生长代谢情况不同培养条件对细菌代谢的影响不同培养条件对细菌代谢的影响添加葡萄糖添加葡萄糖不添加葡萄糖不添加葡萄糖表皮葡萄球菌在含有和不含有
2、葡萄糖的培养基表皮葡萄球菌在含有和不含有葡萄糖的培养基上生长时上生长时,所分泌蛋白酶的能力有很大差异所分泌蛋白酶的能力有很大差异.营养要素营养要素碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水类类型型元素水平元素水平 化合物水平化合物水平 培养基原料水平培养基原料水平有有机机碳碳CHONX 复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等粉等CHON多数氨基酸、简单蛋白多数氨基酸、简单蛋白质等质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、脂类糖、有机酸、醇、脂类等等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、
3、糖蜜等糖蜜等CH烃类烃类天然气、石油及其不同馏天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等份、石蜡油等无无机机碳碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3等等类类型型元素水平元素水平 化合物水平化合物水平 培养基原料水平培养基原料水平有有机机碳碳CHONX 复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等粉等CHON多数氨基酸、简单蛋白多数氨基酸、简单蛋白质等质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、脂类糖、有机酸、醇、脂类等等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等糖蜜等CH烃类烃类天然气、石油及其不同馏天
4、然气、石油及其不同馏份、石蜡油等份、石蜡油等无无机机碳碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3等等l同一微生物对不同碳源的利用差别同一微生物对不同碳源的利用差别速效碳速效碳源和迟效碳源源和迟效碳源如葡萄糖和半乳糖同时存在于培养基中时，如葡萄糖和半乳糖同时存在于培养基中时，E.coliE.coli先利用葡萄糖（速效碳源），再利用半乳糖（迟效碳先利用葡萄糖（速效碳源），再利用半乳糖（迟效碳源）源）l不同微生物的碳源谱差别很大不同微生物的碳源谱差别很大如如PseudomonasPseudomonas属的某些种可利用多达属的某些种可利用多达9090种的碳源；种的碳源；甲基营
5、养菌（甲基营养菌（Methylotrophs)Methylotrophs)仅能利用甲烷、仅能利用甲烷、COCO、甲、甲醇等一碳化合物作碳源。醇等一碳化合物作碳源。为微生物提供氮元素来源的物质。氮源功能氮源功能1.构成微生物细胞含氮物质，如蛋白质、核酸等；2.形成代谢产物，如谷氨酸等；3.一般不作为能源。类类型型 元素水平元素水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平有有机机氮氮NCHOX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、粕粉、蛋白胨、蛋白胨、蚕蚕蛹粉等蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简单蛋尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等白质等尿素、明胶等尿素
6、、明胶等无无机机氮氮NHNH3、铵盐等、铵盐等(NH4)2SO4等等NO硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等NN2空气空气 铵铵 盐盐 氨基酸氨基酸入胞入胞 细胞物质细胞物质 蛋白胨蛋白胨 分解分解 入胞入胞 细胞物质细胞物质豆豆 饼饼蚕蛹粉蚕蛹粉诱导酶诱导酶速效氮源速效氮源&迟效氮源迟效氮源实例实例：土霉素发酵生产过程中，添加的玉米浆和花生饼粉。玉米浆：玉米浆：氮源以蛋白质降解产物方式存在，易被利用（速效氮源速效氮源）；花生饼粉：花生饼粉：氮源以大分子蛋白质的方式存在，降解后可利用（迟效氮源迟效氮源）。发酵生产中的作用不同：前者有利于菌体生长，后者有利于代谢产物的形成。保持适当的比例，协调菌体生长期
7、和产物形成期，提高土霉素的产量。单功能营养物单功能营养物双功能营养物双功能营养物三功能营养物三功能营养物对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。主要包括维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（碱基）及主要包括维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（碱基）及其衍生物，此外还有甾醇、其衍生物，此外还有甾醇、胺类、脂肪酸等胺类、脂肪酸等 不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。不同微生物需求的生长因子的种类和
8、数量不同。生长因子自养型生长因子自养型:多数真菌、放线菌和不少细菌，多数真菌、放线菌和不少细菌，eg.eg.大肠杆菌大肠杆菌生长因子异养型：乳酸菌，支原体和原生动物等生长因子异养型：乳酸菌，支原体和原生动物等生长因子过量合成微生物：可作为有关维生素的产生长因子过量合成微生物：可作为有关维生素的产生菌种，生菌种，eg.eg.阿舒假囊酵母阿舒假囊酵母 维生素维生素B2B2为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式供给。形式供给。大量元素：大量元素：P、S
9、、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生长所需浓度在10-310-4mol/L）微量元素：微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生长所需浓度在10-610-8mol/L）无机盐的生理功能无机盐的生理功能 细胞内一般分子成分（细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Mg、Fe等）等）一般功能一般功能 渗透压的维持（渗透压的维持（Na+等）等）生理调节物质生理调节物质 酶的激活剂（酶的激活剂（M g2+等）等）大量元素大量元素 pH的稳定的稳定无无 化能自养菌的能源（化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）等）机机 特殊功能特殊功能 盐盐 无氧呼吸时的氢受体（无氧呼吸时的氢受体（NO
10、3-、SO42-等）等）酶的激活剂（酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）等）微量元素微量元素 特殊分子结构成分（特殊分子结构成分（Co、Mo等）等）元元素素人人为为提提供供形形式式生生 理理 功功 能能PKH2PO4、K2HPO4核核酸酸、磷磷酸酸和和辅辅酶酶的的成成分分SMgSO4含含硫硫氨氨基基酸酸、含含硫硫维维生生素素成成分分KKH2PO4、K2HPO4酶酶的的辅辅因因子子、维维持持电电位位差差和和渗渗透透压压NaNaCl维维持持渗渗透透压压、某某些些细细菌菌和和蓝蓝细细菌菌需需要要CaCa(NO3)2、CaCl2胞胞外外酶酶稳稳定定剂剂、蛋蛋白白酶酶辅辅因因子子、细细菌菌芽芽孢
11、孢和和真真菌菌孢孢子子形形成成MgMgSO4固固氮氮酶酶辅辅因因子子、叶叶绿绿素素成成分分FeFeSO4Cyt成成分分；合合成成叶叶绿绿素素、白白喉喉毒毒素素和和氯氯高高铁铁血血红红素素所所需需MnMnSO4超超氧氧化化物物歧歧化化酶酶、氨氨肽肽酶酶、L-阿阿拉拉伯伯糖糖异异构构酶酶等等的的辅辅因因子子CuCuSO4氧氧化化酶酶、酪酪氨氨酸酸酶酶的的辅辅因因子子CoCoSO4VB12复复合合物物的的成成分分、肽肽酶酶的的辅辅因因子子ZnZnSO4碱碱性性磷磷酸酸酶酶、脱脱氢氢酶酶、肽肽酶酶、脱脱羧羧酶酶辅辅因因子子Mo(NH4)6Mo7O24固固氮氮酶酶和和同同化化型型及及异异化化型型硝硝酸酸
12、盐盐还还原原酶酶的的成成分分 水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水 不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别：几种生物的几种生物的游离水含量游离水含量人体人体：60%海蛰海蛰：96%微生物微生物孢子孢子营养体营养体霉菌孢子：霉菌孢子：39%细菌芽孢细菌芽孢：皮层：皮层：70%核心：极低核心：极低细菌：细菌：80%酵母：酵母：75%霉菌：霉菌：85%微生物对水的需要程度常用环境（或基质）中的水微生物对水的需要程度常用环境（或基质）中的水活度值活度值 w w 表示。所谓表示。所谓 w w 就是水的有效浓
13、度。就是水的有效浓度。定义：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽定义：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压（材料上部蒸气相中水浓度）与纯水的蒸汽压压（材料上部蒸气相中水浓度）与纯水的蒸汽压（即纯水上部蒸气相中水浓度）之比，（即纯水上部蒸气相中水浓度）之比，即：即：w w=/o o 表示溶液的蒸汽压；表示溶液的蒸汽压；o o表示纯水的蒸汽压表示纯水的蒸汽压几类微生物生长最适几类微生物生长最适 w w 微生物微生物 w 一般细菌一般细菌 0.91 酵母酵母 0.88 霉菌霉菌 0.80 嗜嗜盐细菌盐细菌 0.70 嗜嗜盐真菌盐真菌 0.65 嗜高渗酵母嗜高渗酵母 0.60微生物的营养类型微生
14、物的营养类型光能无机自养型光能无机自养型：光能有机异养型光能有机异养型：化能无机自养型化能无机自养型：化能有机异养型化能有机异养型：o以光为能源，电子供体为还原性无机物，以以光为能源，电子供体为还原性无机物，以CO2为为唯一碳源唯一碳源o以光为能源，电子供体为有机物，以有机物为碳源以光为能源，电子供体为有机物，以有机物为碳源o以无机物的氧化获得能量，电子供体为无机物，以以无机物的氧化获得能量，电子供体为无机物，以CO2为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源o以有机物的氧化获得能量，电子供体为有机物，以以有机物的氧化获得能量，电子供体为有机物，以有机物为碳源有机物为碳源能源：光能能源：光能碳源：碳源：
15、COCO2 2还原还原COCO2 2的电子供体：还原态的无的电子供体：还原态的无机化合物（机化合物（H H2 2O O、H H2 2S S等）等）如蓝细菌、紫硫细菌、藻类，如蓝细菌、紫硫细菌、藻类，都含有光合色素。都含有光合色素。CO2+H2S CH2O+2S+H2O光能光能 光合色素光合色素 能源：光能源：光碳源：碳源：COCO2 2，简单简单有机碳化合物（甲酸、乙酸、丁酸、有机碳化合物（甲酸、乙酸、丁酸、甲醇、乳酸等）甲醇、乳酸等）电子供体：有机物（异丙醇）电子供体：有机物（异丙醇）红螺菌科红螺菌科2(CH3)2CHOH+CO2-2CH3COCH3+CH2O+H2O光能源：无机化合物氧化释
16、放的能量能源：无机化合物氧化释放的能量碳源：以碳源：以COCO2 2或碳酸盐作为唯一或主要碳源通常生长在或碳酸盐作为唯一或主要碳源通常生长在特殊生境中。特殊生境中。电子供体：无机物，电子供体：无机物，eg.eg.氢气，硫化氢，氢气，硫化氢，Fe Fe 2 2如硫细菌、硝化细菌、铁细菌、氢细菌等如硫细菌、硝化细菌、铁细菌、氢细菌等硫细菌：硫细菌：H H2 2S S2O2O2 2SOSO4 42-2-2H2H+S S0 0H H2 2O O3/2O3/2O2 2 SOSO4 42-2-2H2H+碳源、能源、氢供体均为有机碳化合物。碳源、能源、氢供体均为有机碳化合物。大多数微生物均属此型。大多数微生
17、物均属此型。根据营养物质来源分为腐生、寄生。根据营养物质来源分为腐生、寄生。影响营养物质进入细胞的因素影响营养物质进入细胞的因素 营养物质本身的性质营养物质本身的性质 微生物所处的环境微生物所处的环境 微生物细胞的透过屏障微生物细胞的透过屏障单纯扩散：顺着浓度梯度，不需载体，不需能量单纯扩散：顺着浓度梯度，不需载体，不需能量 促进扩散促进扩散:顺着浓度梯度，需载体，不需能量顺着浓度梯度，需载体，不需能量 主动运输主动运输:逆着浓度梯度，需载体，需能量逆着浓度梯度，需载体，需能量膜泡运输膜泡运输 胞吞胞吞 胞饮胞饮扩散是非特异性的营养物质吸收方式扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物：如营养
18、物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散；境向低浓度的胞内扩散；在扩散过程中营养物质的结构不发生变化在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既：即既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化；发生变化；物质运输的速率较慢物质运输的速率较慢：速率与胞内外营养物质的浓度：速率与胞内外营养物质的浓度差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，差有关，即随细胞膜内外该物质浓度差的降低而减小，直到胞内外物质浓度相同；直到胞内外物质浓度相同；不需要载体参与不需要载体参与；扩散是一个不需要
19、代谢能的运输扩散是一个不需要代谢能的运输方式：因此，物质不能进行逆浓度运输。方式：因此，物质不能进行逆浓度运输。可运送的养料有限可运送的养料有限：限于水、溶于水的气体，及分子：限于水、溶于水的气体，及分子量小，脂溶性、极性小的营养物质。量小，脂溶性、极性小的营养物质。细胞膜外 细胞膜 细胞膜内 单纯扩散模式图单纯扩散模式图在促进扩散过程中在促进扩散过程中 营养物质本身在分子结构上也不营养物质本身在分子结构上也不会发生变化；会发生变化；不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输；不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输；运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定；运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定；需要细胞膜
20、上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输；需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输；被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性；养料浓被运输的物质与载体蛋白有高度的特异性；养料浓度过高时度过高时,与载体蛋白出现饱和效应与载体蛋白出现饱和效应促进扩散模式图促进扩散模式图细胞膜细胞膜细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变物质在主动运输的过程中需要消耗代谢能；物质在主动运输的过程中需要消耗代谢能；可以进行逆浓度运输的运输方式；可以进行逆浓度运输的运输方式；需要载体蛋白参与；需要载体蛋白参与；对被运输的物质有高度的立体专一性。对被运输的物质有高度的立体专一性。初级主动运输：质子初级主动运输：
21、质子次级主动运输次级主动运输：丙氨酸，某些阴离子：丙氨酸，某些阴离子ATPATP结合性盒式转运蛋白系统结合性盒式转运蛋白系统：糖类，氨基酸等：糖类，氨基酸等NaNaK K泵泵基团转位基团转位：葡萄糖，乳糖：葡萄糖，乳糖铁载体运输铁载体运输BACKBACKNa+-K+ATP PUMPBACK 运送机制运送机制:是依靠磷酸转移酶系统是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式丙即磷酸烯醇式丙酮酸酮酸-己糖磷酸转移酶系统己糖磷酸转移酶系统.运送步骤运送步骤:（1 1）热稳载体蛋白）热稳载体蛋白(HPr)(HPr)的激活的激活 细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）的
22、磷）的磷酸基团把酸基团把HPrHPr激活。激活。酶酶1 1 PEP+HPr PEP+HPr 丙酮酸丙酮酸+P-HPr+P-HPr HPr HPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。膜上，具有高能磷酸载体的作用。（2 2）糖被磷酸化后运入膜内）糖被磷酸化后运入膜内 膜外环境中的糖先与外膜表面的酶膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2 2结合，再结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPrP-HPr上的磷酸激上的磷酸激活，并通过酶活，并通过酶2 2的作用将糖的作用将糖-磷酸释放到细胞内。磷酸释放到细胞内。
23、酶酶2 2 P-HPr+P-HPr+糖糖 糖糖-P+HPr-P+HPr 酶酶2 2是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶系列与底物分子相应的酶2 2。变形虫变形虫吞入固体营养物质吞入固体营养物质1、胞吞作用、胞吞作用细胞吞入液体细胞吞入液体2、胞饮作用、胞饮作用培养基的定义培养基的定义配制培养基的原则配制培养基的原则 根据培养目的需要根据培养目的需要 注意各营养物质的浓度与配比注意各营养物质的浓度与配比 控制培养基的条件（控制培养基的条件（pHpH、氧化还
24、原电位、渗透压、水活、氧化还原电位、渗透压、水活度）度）力求节省力求节省 灭菌处理灭菌处理生态模拟生态模拟查阅文献查阅文献精心设计精心设计试验比较试验比较根据微生物的种类：根据微生物的种类：细菌：牛肉膏蛋白胨培养基细菌：牛肉膏蛋白胨培养基 放线菌：高氏一号培养基放线菌：高氏一号培养基 酵母菌、霉菌：马铃薯葡萄糖培养基酵母菌、霉菌：马铃薯葡萄糖培养基根据培养基的成份根据培养基的成份 天然培养基天然培养基:牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 合成培养基合成培养基:高氏一号培养基高氏一号培养基根据培养目的 种子培养基 发酵培养基根据培养基的物理状态根据培养基的物理状态 固体培养基（固体培养基（2
25、22.52.5）液体培养基液体培养基 半固体培养基（半固体培养基（0.20.70.20.7，用于观察细菌的运动），用于观察细菌的运动）固化培养基：加了凝固剂，以前用明胶，但是不理固化培养基：加了凝固剂，以前用明胶，但是不理想，现在用琼脂，也叫洋菜，从海洋的红藻中提取想，现在用琼脂，也叫洋菜，从海洋的红藻中提取出来，凝固点出来，凝固点4040度，熔点度，熔点9696度，不容易被微生物度，不容易被微生物分解分解理想凝固剂应具备的条件 1.不被微生物分解、利用、液化；2.不因消毒灭菌而被破坏；3.在微生物的生长温度内保持固态；4.凝固点的温度对微生物无害；5.透明度好，粘着力强非可逆性固化培养基：一
26、旦凝固，不会熔化。非可逆性固化培养基：一旦凝固，不会熔化。无机硅胶培养基无机硅胶培养基天然固态培养基：纤维，稻草，例如木耳的生长。天然固态培养基：纤维，稻草，例如木耳的生长。滤膜（醋酸纤维薄膜）滤膜（醋酸纤维薄膜）根据培养基的用途：根据培养基的用途：基础培养基基础培养基 加富培养基（在普通培养基中添加血液，血清，动植物的加富培养基（在普通培养基中添加血液，血清，动植物的组织液，一般分离病原菌使用）组织液，一般分离病原菌使用）选择培养基（根据某一类微生物的生长要求）选择培养基（根据某一类微生物的生长要求）鉴别培养基（在培养基中加入某种试剂或者化学药品，可鉴别培养基（在培养基中加入某种试剂或者化学药品，可以使微生物经过培养以后，菌落颜色会发生变化）以使微生物经过培养以后，菌落颜色会发生变化）其它类型的培养基其它类型的培养基The end
