微生物學(xué)課件：第4章 微生物營養(yǎng)

第四章微生物營養(yǎng)1

本章提要

一、營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能二、微生物的營養(yǎng)類型三、培養(yǎng)基四、營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞2一、營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能（一）碳源

異養(yǎng)微生物的碳源：主要利用有機(jī)碳（糖、有機(jī)酸、醇、脂類、烴類等），而糖類是微生物最易利用的碳源，不同微生物利用碳源物質(zhì)能力有很大差別。工業(yè)發(fā)酵常用碳源：飴糖、糖蜜、淀粉、麩皮、米糠等。

自養(yǎng)微生物的碳源：只能利用CO2或碳酸鹽作為唯一碳源。3（二）能源

化能異養(yǎng)微生物的能源：是有機(jī)碳素化合物，既是碳源又是能源。葡萄糖是一種具有碳源和能源作用的雙功能營養(yǎng)物質(zhì)。

化能自養(yǎng)微生物的能源：是還原態(tài)的無機(jī)化合物如NH4+、NO2-、S0、H2和Fe2+等。

光合細(xì)菌的能源：是日光，把光能轉(zhuǎn)變成為ATP形式的化學(xué)能。4（三）氮源①有機(jī)氮化合物如蛋白質(zhì)及其不同程度降解產(chǎn)物。②無機(jī)氮化合物，幾乎所有微生物都能利用(NH4)2SO4和KNO3等。③分子態(tài)氮，少數(shù)固氮微生物利用它作為氮源。氮源一般不作為能源，只有少數(shù)自養(yǎng)微生物利用銨鹽，硝酸鹽作為氮源及能源；某些厭氧微生物在碳源缺乏和厭氧條件下，可利用某些氨基酸作為能源。5（四）無機(jī)鹽

大量元素：其需要濃度范圍在10-3～

10-4mol/L，如P、S、K、Mg、Ca、Na等。

微量元素：其需要濃度范圍為10-6～10-8mol/L,如Co、Zn、Mo、Cu、Mn、Ni等。6（五）生長因子

分3類：維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶①不需要外界提供生長因子：如多數(shù)真菌、放線菌、不少自養(yǎng)型細(xì)菌。②需要提供多種生長因子：如腸膜狀明串珠菌需要提供17種氨基酸才能生長。③能大量合成某些生長因子：例如阿舒假囊酵母產(chǎn)生維生素B2，謝氏丙酸桿菌、灰色鏈霉菌等能產(chǎn)生B12，因此可利用這些微生物作為維生素的生產(chǎn)菌。通?？稍谂囵B(yǎng)基中加入酵母浸膏、牛肉膏、動(dòng)、植物組織液等作為生長因子的來源。7（六）水水是微生物生命活動(dòng)必須的一種物質(zhì)，具有重要的生理功能。微生物環(huán)境中的水的可利用性常用水活度（Wateractivity,縮寫αw）表示，水活度是指在一定溫度和壓力條件下，溶液蒸汽壓與純水蒸氣壓之比。

微生物一般在水活度為0.60～0.99的條件下生長。通常細(xì)菌生長αw值較高、酵母和霉菌次之，而嗜酸微生物較低。8二、微生物的營養(yǎng)類型（一）光能無機(jī)營養(yǎng)型

能源：光

唯一或基本碳源：CO2

氫供體：是還原態(tài)無機(jī)化合物（如H2S、Na2S2O3、H2O等）

光能無機(jī)營養(yǎng)型微生物：如藍(lán)細(xì)菌、紫硫細(xì)菌、綠硫細(xì)菌等。9（二）光能有機(jī)營養(yǎng)型

能源：光

碳源和氫供體：有機(jī)碳化合物（如甲酸、乙酸、丁酸、甲醇、異丙醇、丙酮酸和乳酸等）。

光能有機(jī)營養(yǎng)型微生物：如紅螺菌科的細(xì)菌等10（三）化能無機(jī)營養(yǎng)型

能源：氧化無機(jī)物（NH4+、NO2-、S、H2S、H2和Fe2+等）所釋放化學(xué)能

唯一或主要碳源：CO2

氫供體：還原態(tài)無機(jī)物

化能無機(jī)營養(yǎng)型微生物：如硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、氫細(xì)菌、硫黃細(xì)菌等。

11（四）化能有機(jī)營養(yǎng)型

能源：氧化有機(jī)物所釋放的化學(xué)能

碳源和氫供體：有機(jī)碳化合物有機(jī)營養(yǎng)型微生物：絕大多數(shù)細(xì)菌和全部真核微生物12微生物的營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型能源基本碳源氫供體光能無機(jī)營養(yǎng)型光CO2無機(jī)物光能有機(jī)營養(yǎng)型光CO2及簡單有機(jī)物有機(jī)物化能無機(jī)營養(yǎng)型無機(jī)物CO2無機(jī)物化能有機(jī)營養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物13三、培養(yǎng)基

培養(yǎng)基是利用人工方法將適合于微生物生長繁殖或積累有益代謝產(chǎn)物的各種營養(yǎng)物質(zhì)混合配制而成。14（一）配制培養(yǎng)基的原則

1.不同微生物采用不同培養(yǎng)基

化能自養(yǎng)微生物：提供各種無機(jī)物

光能自養(yǎng)微生物：除提供各種無機(jī)營養(yǎng)物外，還需要提供光照。

化能異養(yǎng)微生物：提供有機(jī)物

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培養(yǎng)細(xì)菌：用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基或LB培養(yǎng)基等

培養(yǎng)放線菌：用高氏Ⅰ號(hào)合成培養(yǎng)基

培養(yǎng)酵母菌：用麥芽汁培養(yǎng)基

培養(yǎng)霉菌：用查氏合成培養(yǎng)基等162.控制pH值

細(xì)菌和放線菌：適于在pH7～7.5生長。

酵母和霉菌：適于在pH4.5～6生長。

對(duì)培養(yǎng)基pH進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)：①在培養(yǎng)基中加入磷酸緩沖溶液(pH6.4～7.2)。②加入CaCO3。③流加酸液或堿液（如氨水）到培養(yǎng)基中。173.控制氧化還原電位

好氧微生物：要求Φ值為+0.1V以上生長

厭氧微生物：必須在低于Φ+0.1V條件下生長

兼性厭氧微生物：在+0.1V以上進(jìn)行有氧呼吸，在+0.1V以下進(jìn)行發(fā)酵?？赏ㄟ^在培養(yǎng)基中：①加入氧化劑提高Φ值②加入還原劑降低Φ值18（二）培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用

1.按培養(yǎng)基成分分（1）天然培養(yǎng)基

由化學(xué)成分不清楚或成分不穩(wěn)定的天然有機(jī)物配制而成。如麥芽汁培養(yǎng)基。（2）合成培養(yǎng)基由已知化學(xué)成分的化學(xué)試劑配制而成，如高氏Ⅰ號(hào)培養(yǎng)基和查氏培養(yǎng)基。（3）半合成培養(yǎng)基由天然有機(jī)物和已知成分的無機(jī)鹽類混合配制而成。如牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、LB培養(yǎng)基。192.按物理狀態(tài)分（1）固體培養(yǎng)基：常在液體培養(yǎng)基中加入1.5～2%瓊脂配制而成。硅膠常作為培養(yǎng)自養(yǎng)菌固體培養(yǎng)基的凝固劑。（2）半固體培養(yǎng)基：在液體培養(yǎng)基中加入0.5～0.8%瓊脂配制而成。常用于觀察微生物運(yùn)動(dòng)，菌種分類鑒定和噬菌體效價(jià)測定。（3）液體培養(yǎng)基：在液體培養(yǎng)基中不加凝固劑。常用于實(shí)驗(yàn)室及大規(guī)模發(fā)酵工業(yè)。203.按用途分（1）加富培養(yǎng)基

在普通培養(yǎng)基中還需加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)（如血液、血清、動(dòng)、植物組織液等）。例如培養(yǎng)百日咳博德氏菌須在培養(yǎng)基中加入血液。21（2）選擇培養(yǎng)基

常用于從混雜的微生物群體中，分離出某類或某種微生物的培養(yǎng)基。①在培養(yǎng)基中加入待分離微生物所需要的特殊營養(yǎng)物質(zhì)。例如，分離能分解纖維素或石蠟油的微生物時(shí)，需在培養(yǎng)基中加入纖維素或石蠟油。

22②在培養(yǎng)基中加入某一種或幾種化學(xué)物質(zhì)，它對(duì)于待分離微生物生長無害，但又能抑制或殺死其它微生物。例如，分離霉菌常用馬丁培養(yǎng)基，在培養(yǎng)基中加入孟加拉紅、鏈霉素和金霉素等，以抑制細(xì)菌生長的。23（3）鑒別培養(yǎng)基在培養(yǎng)基中加入某些特殊化學(xué)物質(zhì)，使其與待鑒別微生物的無色代謝產(chǎn)物產(chǎn)生顯色反應(yīng)或其它特征性反應(yīng)，以便使待鑒別微生物與其它微生物區(qū)別開來。

24例如伊紅美藍(lán)培養(yǎng)基（EMB培養(yǎng)基）伊紅丫是紅色酸性染料，美藍(lán)是藍(lán)色堿性染料。大腸桿菌發(fā)酵乳糖產(chǎn)生有機(jī)酸，與兩種染料反應(yīng)，產(chǎn)生帶綠色金屬光澤的深紫色菌落。

而致病的沙門氏菌和志賀氏菌不發(fā)酵乳糖，故呈無色菌落。這樣就可以把大腸桿菌與后兩種菌區(qū)別開來。25四、營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞

①小分子有機(jī)物可被微生物直接吸收②大分子有機(jī)物則須經(jīng)微生物分泌的胞外酶如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶分別分解為糖、肽、氨基酸、脂肪酸等才能被微生物吸收利用。營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞：有單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸和基團(tuán)轉(zhuǎn)位等方式。26（一）單純擴(kuò)散①營養(yǎng)物質(zhì)從濃度高處向低處擴(kuò)散，直到膜兩邊濃度相等為止。②不需要消耗能量③不需要載體蛋白通過單純擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的物質(zhì)有：

水、脂肪酸、乙醇、甘油、苯、O2、CO2及某些氨基酸等。27（二）促進(jìn)擴(kuò)散①營養(yǎng)物質(zhì)也是從濃度高處向低處擴(kuò)散，直至膜內(nèi)外濃度相等為止。②不需要能量③需要特異性載體蛋白，在膜外被運(yùn)輸物質(zhì)與載體蛋白親和力大而結(jié)合，在膜內(nèi)物質(zhì)與載體蛋白親和力小而被釋放。促進(jìn)擴(kuò)散速度比單純擴(kuò)散快。通過促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的物質(zhì)有：

氨基酸、單糖、維生素及無機(jī)鹽等。28（三）主動(dòng)運(yùn)輸①細(xì)胞能夠逆濃度梯度而吸收營養(yǎng)物質(zhì)②需要載體蛋白③需要消耗能量（載體蛋白構(gòu)象變化需要消耗能量）通過主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞的物質(zhì)有：

無機(jī)離子、一些糖類（如乳糖、葡萄糖）、氨基酸和有機(jī)酸等。29（四）基團(tuán)轉(zhuǎn)位①細(xì)胞能逆濃度梯度而吸收營養(yǎng)物質(zhì)②需要特異性載體蛋白③需要消耗能量④溶質(zhì)在運(yùn)輸前后發(fā)生分子結(jié)構(gòu)變化通過基團(tuán)運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞物質(zhì)有：

糖、脂肪酸、核苷、堿基等。

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大腸桿菌利用磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（PTS系統(tǒng)）吸收葡萄糖。該系統(tǒng)由酶Ⅰ、酶Ⅱ和熱穩(wěn)定蛋白(HPr)等組成。

HPr：在膜上，非特異性。

酶Ⅰ：在膜內(nèi)，也是非特異。

酶Ⅱ：在膜上，具有特異性。

磷酸稀醇式丙酮酸（PEP）