1、第四章 微生物的营养第一节第一节 微生物的微生物的6类营养要素类营养要素v微生物的细胞组成:1.80%为水份,2.C、H、N、O四种元素占90-97%（20%干物质中），3.矿质元素：P含量占50%,还有K、Mg、S、Na和微量元素Fe、Cu、B、Mo、Si等（干物质中3-10%为矿质元素）。v定义：一切能满足微生物生长与繁殖所需碳元素的营养物质。v碳素作用：构成微生物细胞物质，细胞干重 50%；供给微生物生长发育所需能量。v微生物的碳源谱：l有机碳：蛋白质、核酸、氨基酸、糖、有机酸、醇、脂类、烃类。l无机碳：CO2、NaHCO3、CaCO3 一、碳源v大多数微生物是以有机碳化合物作为碳源和能
2、源。例如C.H.O类型中的糖类是最广泛利用的碳源，其次是有机酸类、脂肪、醇类等。v糖的利用程度：单糖优于双糖和多糖，己糖优于戊糖，葡萄糖，果糖优于甘露糖、半乳糖，淀粉优于纤维素和几丁质，纯多糖优于杂多糖。v微生物的碳源、能源为一致的双功能营养物。v以二氧化碳作为碳源的微生物同时还需要日光或其他无机物的氧化来获取能量，所以利用二氧化碳的微生物碳源和能源为分别不同物质。二、氮源氮源v定义：定义：能提供微生物生长与繁殖所需氮元素的营养物质。v氮素作用：是蛋白质基本成分，占细胞干重的12-15%,一般不提供能量。v 微生物的氮源谱：1.有机氮源：蛋白质、核酸、尿素、氨基 酸 2.无机氮源：NH3、铵盐
3、、硝酸盐、N2v氨基酸自养型生物：NH3、铵盐、硝酸盐、N2转化为氨基酸。v氨基酸异养型生物：氨基酸v定义：能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。v能源谱：化学物质（化能营养型）有机物：化能异养微生物的能源 无机物：化能自养微生物的能源 辐射能（光能营养型）：光能自养与化能异养微生物的能源v无机物：NH+4、NO-2、S、H2S、H2、Fe2+v单功能营养物:v双功能营养物:v三功能营养物:三、能源1.定义：是一类调节微生物正常代谢所必需的,但不能用简单的碳、氮源自行合成的微量有机物。v如培养一些微生物虽供给水、碳源、氮源和无机盐但仍不能生长,必须加一定量的动植物汁液(如马玲薯汁
4、、酵母粉或动物肝脏浸出汁才能生长或生长良好)。四、生长因子2.生长因子分类Vitamin，是辅酶的组成结构;Amino acid，供给微生物必需的本身又不能合成的某些氨氨基酸,如缺陷型微生物；碱基(嘧啶、嘌呤)，构成核酸和辅酶；口卜啉及其衍生物、甾醇、胺类、脂肪酸3.对生长因子的需要微生物分类v生长因子自养型：不需要v生长因子异养型：需要v生长因子过量合成的微生物：分泌维生素。v生长因子含量丰富的天然物质：酵母膏、玉米浆、肝浸液、麦芽汁 五、无机盐v无机盐或矿质元素：无机盐类只占3-10%，在无机盐类中P占去50%。v分类：大量元素：10-2-10-4mol/L,P、S、K、Mg、Na、Fe
5、微量元素：10-6-10-8mol/L，Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Ni（镍）、Sn（锡）、Se（硒）v矿质元素功能：细胞的组成成分;酶的激活剂;调节细胞渗透压、pH、Eh;某些矿质元素作为自养的能源；无氧呼吸的氢受体。v 各类微生物都含有大量水分，占90%左右。细菌含水量为鲜重80%酵母菌75%霉菌85%，霉菌孢子39%芽孢30%v一般说低等微生物含水量大于高等微生物，幼令菌含水量大于老令菌。v作用：微生物机体重要组成；直接参加各种代谢反应；是微生物代谢反应的中间介质；调节微生物细胞温度(水比热大有利吸热，散热)；水维持细胞膨压。六、H2O第二节 微生物的营养类型v以碳源分：1.异养微生物
6、:在生长时需要复杂的有机碳作营养物质(有机营养型)2.自养微生物:在生长时能以简单的无机碳作营养物质(无机营养型)。v以氢供体分：1.无机营养型:可直接利用二氧化碳或碳酸盐作为唯一碳源进行生长、繁殖。2.有机营养型：有机碳。v以取得死或活有机物分1.腐生型:利用无生命的有机物质成分为营养料,完成生长繁殖的称之。2.寄生性:寄生于活的有机体内获取营养(营寄生生活)。专性寄生:只能单一的营寄生生活。兼性寄生性(兼性腐生性):既能在活的细胞内生长,又能在已死亡的有机体中生长，既营寄生生活,又能营腐生生活。v以生长因子分1.原生营养型（野生型）:凡是以葡萄糖或其他有机化合物为唯一碳源和能源,以无机化合
7、物为唯一氮源,能够满足碳、氮营养需要的化能有机营养微生物,统称为原生营养型。2.缺陷营养型(营养缺陷型):某些微生物由于合成能力发生障碍,所以在微生物培养时要添加某种或某几种氨基酸或碱基等有机化合物才能生长。绝大多数微生物所需的碳源、能源(有机营养型)是一致的,也有不一致的,根据微生物所需的能源、碳源不同,可以将微生物营养类型分为四类:1.化能无机营养型(化能自养微生物)v能源:氧化无机物,v碳源:二氧化碳(或无机碳酸盐)可在无机环 境中生长发育。2.化能有机营养型(化能异养型微生物)v碳源和能源均是有机物。v大多数细菌和全部真核微生物 例 H细菌是兼性自养型，在无机环境中营自养(无机营养)，
8、利用H氧化获得能量同化CO2。在有机环境中营异养(有机营养)，利用有机物质为能源和碳源。二、微生物的营养型3.光能无机营养型(光能自养微生物)v能源：光v碳源：二氧化碳v以无机物为供H体，以还原二氧化碳合成细胞有机物质，藻类和兰细菌及高等植物具有光合作用。4.光能异养型(光能有机营养微生物)v能源:光能v碳源:CO2 v 以有机物为供H体，以还原CO2合成有机物。如紫色无硫细菌。第三节 营养物质进入细胞的方式v细胞壁：许多大分子可自由透过细胞壁。v细胞膜：物质进出细胞的主要屏障。细胞或细胞器需要经常与外界进行物质交换细胞或细胞器需要经常与外界进行物质交换以维持其正常的功能。以维持其正常的功能。
9、细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选择性地细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选择性地吸收所需要的养料，同时也要排出不需要的物质。吸收所需要的养料，同时也要排出不需要的物质。在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜起着重要的在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜起着重要的调控作用。调控作用。v分类：主动运送、单纯扩散、促进扩散和基团移位膜转运机理Membrane Transport Mechanisms1.被动扩散：被动扩散：v物质从高浓度的一侧，通过膜转运到低浓度的另一侧，物质从高浓度的一侧，通过膜转运到低浓度的另一侧，即沿着浓度梯度即沿着浓度梯度concentration gradient （膜两边的浓（膜两边的
10、浓度差）的方向跨膜转运的过程。度差）的方向跨膜转运的过程。v这类转运是通过被转运物质本身的扩散作用进行的，是这类转运是通过被转运物质本身的扩散作用进行的，是一个不需要外加能量的自发过程。一个不需要外加能量的自发过程。1)简单扩散简单扩散 Simple Diffusion（单纯扩散）：不需要载体，（单纯扩散）：不需要载体，转运水和气体等极性弱的、脂溶性强的物质。转运水和气体等极性弱的、脂溶性强的物质。2)促进扩散促进扩散 Facilitated Diffusion：借助载体蛋白质，转：借助载体蛋白质，转运金属离子、单糖、氨基酸等。运金属离子、单糖、氨基酸等。2.主动运输主动运输 Active T
11、ransportv主动转运是在外加能量驱动下进行的物质主动转运是在外加能量驱动下进行的物质跨膜转运过程。跨膜转运过程。v主动转运的物质，可以是离子、小分子化主动转运的物质，可以是离子、小分子化合物，也可以是复杂的大分子物质，如某合物，也可以是复杂的大分子物质，如某些蛋白或酶等。些蛋白或酶等。v这一过程一般都与这一过程一般都与ATPATP的释能反应相偶联。的释能反应相偶联。主动运输的特点主动运输的特点 膜的专一性：膜对于主动转运的物质有专一性。膜的专一性：膜对于主动转运的物质有专一性。载体蛋白：物质的主动转运需要载体蛋白的参与。载体蛋白：物质的主动转运需要载体蛋白的参与。载体蛋白具有专一性，一种
12、载体蛋白一般只能转载体蛋白具有专一性，一种载体蛋白一般只能转运一种或一类物质。运一种或一类物质。方向性：物质可以逆浓度梯度或电化学梯度进行方向性：物质可以逆浓度梯度或电化学梯度进行转运。如细胞为了保持膜内、外的转运。如细胞为了保持膜内、外的K K+和和NaNa+离子的离子的浓度梯度以维持正常的生理活动需要，细胞通过浓度梯度以维持正常的生理活动需要，细胞通过主动转运方式，向内泵入主动转运方式，向内泵入K K+，而向外泵出，而向外泵出 NaNa+。主动转运过程可以被某些抑制剂抑制。主动转运过程可以被某些抑制剂抑制。主动转运所需的能量一般由主动转运所需的能量一般由ATPATP提供。提供。3.基团移位
13、（group translocation）v定义：是一类既需要特异性载体蛋白的参与，又需要耗能，溶质在运输前后发生分子结构的变化的物质运送方式。v运送物质：糖类、核苷酸、丁酸、腺嘌呤等。v磷酸转移酶系统（PTS）：热稳载体蛋白（HPr）、酶、酶、酶、磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）。Hpr酶酶酶PEPPYRPPPPPPPP膜膜外细胞质简单扩散简单扩散 促进扩散促进扩散简单扩散浓度转运速度促进扩散主动运输第四节第四节 培养基培养基定义：培养基是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的混合营养料。一、选用和设计培养基的原则和方法(一)培养基配制原则 1.目的明确：目的明确：v 培养自养型微生物
14、培养自养型微生物,培养基所有成分培养基所有成分,应完全是简单应完全是简单的无机物的无机物;v 培养异养型微生物培养异养型微生物,培养基应有培养基应有1种有机物种有机物;v 对营养缺陷型微生物对营养缺陷型微生物,要加所需的生长素或氨基酸或要加所需的生长素或氨基酸或碱基等有机化合物碱基等有机化合物;v 若要分离培养某种特异的微生物要根据特殊要求配若要分离培养某种特异的微生物要根据特殊要求配制培养基。制培养基。v 如培养目的是为了得到大量的菌体如培养目的是为了得到大量的菌体,氮源要高氮源要高,有利有利于菌体蛋白质合成。于菌体蛋白质合成。培养基配制以后要灭菌以后才能应用。培养基配制以后要灭菌以后才能应
15、用。一、选用和设计培养基的原则和方法2.注意营养物质的浓度比和C/N比：n浓度比：浓度比：水（水（10-1）碳源（碳源（10-2）氮源（氮源（10-3）p、s（10-4）k、Mg（10-5）生长因子（生长因子（10-6）n如糖分含量要适合如糖分含量要适合,微生物生长才能良好微生物生长才能良好,糖分过多则抑制微生物生长。糖分过多则抑制微生物生长。n 一般微生物适应一般微生物适应C/N比是比是25:1n C/N比比:一般指培养基中碳源中碳原子摩一般指培养基中碳源中碳原子摩尔数与氮源中的氮原子摩尔数之比。尔数与氮源中的氮原子摩尔数之比。3.理化适宜（1）调节适宜的）调节适宜的pH值：值：v大多数细菌
16、、放线菌的大多数细菌、放线菌的pHpH值为中性至微值为中性至微碱性碱性pH 7pH 77.5;7.5;v酵母、霉菌则偏酸性酵母、霉菌则偏酸性pH 4.5pH 4.56.06.0。v微生物在培养过程中会引起微生物在培养过程中会引起pHpH变化变化,为了为了保持培养基中有恒定的保持培养基中有恒定的pHpH值值,要加入一些要加入一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐。缓冲剂或不溶性的碳酸盐。v磷酸缓冲液磷酸缓冲液K K2 2HPOHPO与与 KHKH2 2POPO，CaCOCaCO3 3备用碱。备用碱。（2）渗透压和水活度）渗透压和水活度v渗透压渗透压:用以阻止水分子通过半透膜进入溶液的压用以阻止水分子通过半透
17、膜进入溶液的压力。力。培养基为等渗溶液。培养基为等渗溶液。v水分活性（水的活度）水分活性（水的活度）a aw w=ERH=ERH（相对湿度）（相对湿度）/100/100 定义：把被测溶液或固体物质放在一个处于一定温定义：把被测溶液或固体物质放在一个处于一定温度、压力条件下的密闭的空间中，待气液两相达到度、压力条件下的密闭的空间中，待气液两相达到平衡后，测量空气的相对湿度，该数值即为该溶液平衡后，测量空气的相对湿度，该数值即为该溶液或固体物质表面的水的活度。或固体物质表面的水的活度。微生物能生长的最低微生物能生长的最低a aw w如下如下(水为水为1 1蒸气压蒸气压)正常细菌正常细菌 0.91
18、0.91 嗜盐细菌嗜盐细菌 0.75 0.75 正常酵母正常酵母 0.88 0.88 嗜高渗细菌嗜高渗细菌 0.60 0.60 正常霉菌正常霉菌 0.80 0.80 （3）氧化还原电位(Eh&)v氧化还原电位对微生物生长有明显影响。氧化还原电位对微生物生长有明显影响。vEhEh值与值与O O2 2分压有关分压有关,也受也受pHpH值的影响。值的影响。pHpH低低,EhEh高高,pH pH高高,EhEh低。低。v在自然界中在自然界中,EhEh上限为上限为0.82V,0.82V,下限为下限为0.42V0.42V。v好气性微生物只能在好气性微生物只能在Eh0.1VEh0.1V才能生长才能生长,常在常
19、在0.3-0.3-0.4v0.4v。v厌气性微生物只能在厌气性微生物只能在Eh0.1Eh0.1伏才能生长伏才能生长,常在常在0.1V0.1V。v兼气性微生物，在兼气性微生物，在EhEh高低情况下均能生长高低情况下均能生长:当当Eh0.1V,Eh0.1V,进行有氧呼吸进行有氧呼吸,当当Eh0.1V,Eh0.1V,进行发酵。进行发酵。4.经济节约二、培养基的种类天然培养基v化学成分不完全了解，或化学成分不恒定的化学成分不完全了解，或化学成分不恒定的天然有机物配制的培养基。天然有机物配制的培养基。v如动植物汁液如动植物汁液,土壤浸出液土壤浸出液,厩肥浸出液等配厩肥浸出液等配制成培养基。制成培养基。v
20、应用于实验室及大规模生产上用应用于实验室及大规模生产上用,以上成分以上成分未全知未全知,不同产地的来源的动植的化学元素不同产地的来源的动植的化学元素成分不恒定。成分不恒定。1.根据对材料成分了解程度分类(一)培养基的种类及其应用半组合半组合(半合成半合成)培养基培养基 由成分已知的物质和成分未知的天然物质配制而由成分已知的物质和成分未知的天然物质配制而成的培养基成的培养基.如如PDA培养基，马玲薯的化学成分还未完全了解，培养基，马玲薯的化学成分还未完全了解，还有化学成分不稳定，因马玲薯成分不可以恒定，葡还有化学成分不稳定，因马玲薯成分不可以恒定，葡萄糖成分则是完全知道的。萄糖成分则是完全知道的
21、。组合培养基组合培养基(合成培养基合成培养基)多用于实验室多用于实验室,费用较高。费用较高。由已知化学药品配成，成分和浓度都已完全知道，由已知化学药品配成，成分和浓度都已完全知道，每一次配制也基本恒定。每一次配制也基本恒定。（二）按物理状态分类 1.液体培养基液体培养基:配制后不加任何凝固剂。配制后不加任何凝固剂。2.半固体培养基半固体培养基:在液体培养基上加进一定凝固剂，如加在液体培养基上加进一定凝固剂，如加0.2-0.5%Agar。可以用来观察细胞运动的特征。可以用来观察细胞运动的特征,鉴定菌种鉴定菌种,测定抗菌素的效价等。测定抗菌素的效价等。3.固体培养基固体培养基:v固化培养基：在液体
22、培养基中加入凝固剂固化培养基：在液体培养基中加入凝固剂(如如1.5-2.0%琼琼脂脂)。固体培养基为微生物的生长提供了一个营养表面。固体培养基为微生物的生长提供了一个营养表面,在这个表面生长微生物可形成单个菌落在这个表面生长微生物可形成单个菌落,用于微生物的分用于微生物的分离离,鉴定鉴定,计数计数,保管。保管。v凝固剂：琼脂、明胶、海藻酸胶、托乙酰吉兰糖胶和多凝固剂：琼脂、明胶、海藻酸胶、托乙酰吉兰糖胶和多聚醇。聚醇。v非可逆性固化培养基非可逆性固化培养基:凝固后不能融化。凝固后不能融化。凝固剂：血清、硅胶凝固剂：血清、硅胶v天然固态培养基：用麸皮、米糠、木屑、纤天然固态培养基：用麸皮、米糠、
23、木屑、纤维或稻草配制的培养基，或用马铃薯、萝卜维或稻草配制的培养基，或用马铃薯、萝卜条、大米、麦粒大豆、面包或动植物组织制条、大米、麦粒大豆、面包或动植物组织制备的培养基。备的培养基。v滤膜：醋酸纤维素薄膜，放在液体培养基的滤膜：醋酸纤维素薄膜，放在液体培养基的衬垫上培养，计数水中细菌数。衬垫上培养，计数水中细菌数。（三）按功能分类1.选择性培养基选择性培养基:根据不同的微生物对营养的特根据不同的微生物对营养的特殊要求殊要求,或对物理化学条件的抗性而设计的培或对物理化学条件的抗性而设计的培养基养基,利用这一类培养基可以把需要微生物从利用这一类培养基可以把需要微生物从混杂的其他微生物分离和确定。
24、混杂的其他微生物分离和确定。加富选择性培养基加富选择性培养基:加入血、血清或动植物提加入血、血清或动植物提取液用以培养对营养要求苛刻的异养微生物。取液用以培养对营养要求苛刻的异养微生物。达到富集或增值的目的。达到富集或增值的目的。2.鉴别培养基鉴别培养基:是在培养基中加入某种试剂或化是在培养基中加入某种试剂或化学药品学药品,使培养菌产生某种变化使培养菌产生某种变化,从而区别不同从而区别不同的微生物的生长。的微生物的生长。例子v伊红美兰乳糖培养基（伊红美兰乳糖培养基（EMB）：1.伊红与美兰染料可抑制伊红与美兰染料可抑制G+和一些难培养的和一些难培养的G-；2.伊红与美兰染料结合成产酸指示剂伊红
25、与美兰染料结合成产酸指示剂l产酸强的菌落：透射光下深紫色，反射光产酸强的菌落：透射光下深紫色，反射光下绿色金属闪光下绿色金属闪光l产酸弱的菌落：棕色产酸弱的菌落：棕色l不产酸菌落：无色透明不产酸菌落：无色透明v如加入刚果红培养根瘤菌如加入刚果红培养根瘤菌,根瘤菌不着色根瘤菌不着色,以区以区别染上红色的其他细菌别染上红色的其他细菌,以鉴别不同微生物。以鉴别不同微生物。v产气试验培养基产气试验培养基(加进不同种类糖加进不同种类糖,可看到微生可看到微生物产气物产气,并检验并检验)。vVirus到目前还不能人工培养到目前还不能人工培养,只能将之培养只能将之培养于动植物体内于动植物体内,或鸡蛋胚内。或鸡蛋胚内。
