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1、微生物营养 微生物摄取和利用营养物质的过程。 微生物代谢 微生物体内发生化学反应的总和。,有了营养微生物才能代谢、生长和繁殖，并为人类提供各种有益代谢产物起点。 了解微生物的营养原理，是研究和利用微生物的必要基础培养基 。,第三章 微生物营养与代谢,第一节 微生物营养物质和营养类型,第二节 微生物营养物质的吸收机制,第三节 培养基,第四节 微生物代谢,第一节 微生物营养物质和营养类型,一、微生物营养物质及其功能,水,微生物营养物质,碳素化合物,氮素化合物,矿质元素,生长因子,第一节 微生物营养物质和营养类型,一、微生物营养物质及其功能,1、碳素化合物(碳源)： 碳源：是微生物细胞内碳素物质或代
2、谢产物中的C的来源。 占细胞干重的50%。,第一节 微生物营养物质和营养类型,一、微生物营养物质及其功能,1、碳素化合物(碳源)： 微生物细胞中碳素的功能：,（2）大多数微生物的能源物质,（1）构成微生物体有机分子的骨架,第一节 微生物营养物质和营养类型,一、微生物营养物质及其功能,1、碳素化合物(碳源)：,微生物可以利用的碳源种类非常广泛,第一节 微生物营养物质和营养类型,一、微生物营养物质及其功能,1、碳素化合物(碳源)：,甲烷氧化菌：甲烷、甲醇,根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？,不同的微生物利用碳素的情况,洋葱假单胞菌：九十多种碳素化合物,纤维素分解菌（部分）：只利用纤维
3、素,148种碳源进行鉴定,第一节 微生物营养物质和营养类型,一、微生物营养物质及其功能,2、氮素化合物（氮源） 氮源：是构成微生物细胞含氮物质或代谢产物中的N素的来源。,微生物可利用的氮素化合物：,氮素化合物的功能：,构成细胞物质，少数微生物的能源物质（硝化细菌氨）。,第一节 微生物营养物质和营养类型,3、矿质元素 (无机盐磷酸盐、硫酸盐、氯化物等) 为机体提供了必要的金属元素。,一、微生物营养物质及其功能,第一节 微生物营养物质和营养类型,3、矿质元素(无机盐),主要功能：,a. 构成微生物细胞的多种结构成分,b. 参与酶的组成，构成酶的最大活性（Mg、Mn、Fe）,c. 维持细胞结构的稳定
4、性（Ca 、Mg）,d. 维持细胞渗透压平衡，有利于物质的运输(K、Na),e. 部分元素可作为少数类型微生物的能源(Fe、S),P、S、Fe、Mg、K、Ca (大量元素) Mn、Cu、Zn、Mo （微量元素）,一、微生物营养物质及其功能,第一节 微生物营养物质和营养类型,4、生长因子 是指微生物生长必需的但本身不能合成（或合成不足的），需要从外界吸收的且需要量又很小的有机物质。,一、微生物营养物质及其功能,第一节 微生物营养物质和营养类型,4、生长因子 生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶,生长因子分类（化学结构、生理作用） ： 氨基酸 核 苷(或碱基) 维生素,一、微生物营养物质及其功能,第一
5、节 微生物营养物质和营养类型,4、生长因子特点：,（1）不同的微生物，它们生长所需要的生长因子各不相同,克氏杆菌 生物素、对氨基苯甲酸 肠膜明串珠菌 十七种氨基酸,一、微生物营养物质及其功能,第一节 微生物营养物质和营养类型,4、生长因子,（2）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化,鲁毛霉： 厌氧条件下：需维生素B与生物素 好氧条件下：无需生长因子,一、微生物营养物质及其功能,第一节 微生物营养物质和营养类型,4、生长因子,（3）对生长因子未知微生物的培养,酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液,加入天然成分,一、微生物营养物质及其功能,第一节 微生物营养物质和营养类型,5、水分,微
6、生物水分含量：营养细胞90%，孢子40%。,生长、代谢必不可少的物质。,一、微生物营养物质及其功能,第一节 微生物营养物质和营养类型,5、水分,水分在微生物生长代谢中的功能：,a. 机体内生理生化反应的基础,b. 溶剂与运输介质,c. 细胞体内温度的缓冲剂作用,一、微生物营养物质及其功能,第一节 微生物营养物质和营养类型,5、水分,水的活度（Aw） （有效性） 一定温度和压力条件下，溶液中水的蒸汽压力与同样条件(T、P)下纯水蒸汽压力之比。,溶液充分稀释时 Aw=Pw/P0w=n1/（n2+n1） (n1为溶剂的摩尔数，n2为溶质摩尔数),定义公式是： Aw=Pw/P0w Pw:溶液中水的蒸汽
7、压；P 0 w:纯水的蒸汽压,一、微生物营养物质及其功能,第一节 微生物营养物质和营养类型,5、水分,微生物最适水的活度值,细菌：0.93 0.99 酵母菌：0.880.91 霉菌：0.80左右 正常：0.660.99,特殊营养条件氧,一、微生物营养物质及其功能,适宜aw值范围 微生物类群 实例 最适aw值 0.970.96 革兰氏阴性杆菌 假单胞菌属 0.97 不动杆菌属 大肠埃希氏菌 0.950.91 大多数细菌 枯草芽孢杆菌 梭菌属 0.95 乳杆菌属 0.94 链球菌属 0.940.87 酵母菌 产朊假丝酵母 酿酒酵母 0.94 0.900.86 革兰氏阴性球菌 微球菌属 0.90 金
8、黄色葡萄球菌 0.86 0.930.80 霉菌 黑根霉 黑曲霉 0.93 0.800.75 嗜盐细菌 盐生盐杆菌 0.75 0.650.60 耐(嗜)高渗酵母菌 鲁氏酵母 0.62,各种微生物最低水的活度值,第一节 微生物营养物质和营养类型,5、水分,一、微生物营养物质及其功能,从营养的角度分 异养型生物 自养型生物 所需要营养物质 有机物 无机物 生物种类 动物 植物,第一节 微生物营养物质和营养类型,二、微生物的营养类型,微生物属于哪类生物，自养还是异养？,第一节 微生物营养物质和营养类型,1、光能自养型（光能无机营养型） 能够利用光能并以CO2作为唯一或主要碳源进行生长的微生物,念珠蓝细
9、菌,基本特点：,B、供氢体：还原性无机物，还原CO2,A、光合色素（叶绿素、细菌叶绿素、 类胡萝卜素和藻胆素）,蓝细菌,二、微生物的营养类型,实例：,第一节 微生物营养物质和营养类型,1、光能自养型（光能无机营养型）,二、微生物的营养类型,第一节 微生物营养物质和营养类型,2、光能异养型(光能有机营养型） 利用光能并以有机化合物作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。,紫色非硫细菌,基本特点：,b.供氢体：有机物，还原CO2 或有机物形成细胞物质,a.光合色素，光合作用,二、微生物的营养类型,第一节 微生物营养物质和营养类型,二、微生物的营养类型,2、光能异养型(光能有机营养型）,光能异养型微
10、生物在C源利用上的特殊性： 以有机质作为主要C源， 能利用CO2，但它不是唯一碳源。,典型实例：,第一节 微生物营养物质和营养类型,3、化能自养型(化能无机营养型） 利用无机化合物氧化时释放的能量作为能源，利用CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。,产甲烷细菌,典型实例： 硫化细菌、硝化细菌、氢细菌、铁细菌 H2S、 NO2、 H2、 Fe,基本特点： a. 能源：无机物氧化 b. 供氢体：无机物，还原CO2,二、微生物的营养类型,问 题,水中的紫硫细菌所需的硫化氢从何而来呢?,湖底淤泥中的SRB,A腐蚀性 点蚀穿孔,提问：SRB腐蚀的机理是什么？ FeS消耗Fe2+ 、吞吃铁
11、表面的氢层,尤其是对油田注水井的套管、埋地管线腐蚀，缩短其寿命，同时腐蚀产生的FeS还会堵塞油井，这些都给油田系统造成了十分巨大的经济损失,第一节 微生物营养物质和营养类型,4、化能异养型（化能有机营养型） 以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量作为能源而生长的一类微生物。,苏云金杆菌,基本特点： a. 能源：有机物氧化 b. 碳源：有机物,多数,二、微生物的营养类型,第一节 微生物营养物质和营养类型,4、化能异养型（化能有机营养型）,化能异养型微生物的分类（生活场所、获取养料方式） ：,兼性寄生菌：既营寄生又营腐生生活的 (结核杆菌) 。,寄生菌：只能在活寄主体吸收营养物生活
12、的。,腐生菌：利用无生命的有机物作为营养物质 (大多数) 。,二、微生物的营养类型,第一节 微生物营养物质和营养类型,小 结 1、微生物营养型划分的依据是什么？,2、微生物营养划分的相对性 同一微生物在不同培养条件下生长时，它们的营养型可能发生变化。,微生物 提供的环境条件 能源利用情况 营养型 假单胞菌 单纯的无机物环境 利用氢的氧化获得能量， 自养生活 将CO2还原成细胞物质 提供有机物 利用有机物获得能量 异养生活 红螺菌： 光 照 利用光能作能源 光能异养 暗处理 利用有机物氧化产能 异养生活,二、微生物的营养类型,第二节 微生物营养物质的吸收机制,一、影响微生物对营养物质吸收的因素,
13、1、第一因素：细胞膜 细胞膜选择性透膜（防止外流） 细胞荚膜、粘液层以及细胞壁,2、第二因素：微生物细胞生活的环境 pH值、温度 (溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性),3、第三因素：被吸收物质的特性。 分子量、溶解度、非极性、脂溶性,第二节 微生物营养物质的吸收机制,是否消耗能量 是否需要载体 是否发生被吸收物的化学变化 。,单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团转位,根据微生物对物质的吸收过程的特点：,一、影响微生物对营养物质吸收的因素,第二节 微生物营养物质的吸收机制,1、单纯扩散（称被动扩散） 被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力，从浓度高的地区向浓度低的胞内扩散的过程。,S,S
14、,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,胞外 胞膜 胞内,S,S,S,最简单、纯物理,二、微生物对营养物质的吸收方式,第二节 微生物营养物质的吸收机制,1、单纯扩散（称被动扩散） 单纯扩散的特点：,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,胞外 胞膜 胞内,S,S,S,c. 不需要能量,a. 非特异性的,b. 吸收过程不发生化学变化,二、微生物对营养物质的吸收方式,第二节 微生物营养物质的吸收机制,1、单纯扩散（称被动扩散） 营养物质单纯扩散能力的影响因素：,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,
15、S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,胞外 胞膜 胞内,S,S,S,a. 吸收营养物质的分子大小,b. 溶解性(脂溶性或水溶性),c. 极性大小（膜内外极性表面）,d. 膜外pH,e. 温度。,水、气体、无机盐、甘油等小分子不是主要的吸收方式,二、微生物对营养物质的吸收方式,第二节 微生物营养物质的吸收机制,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,T,S,S,S,S,S,S,胞外 胞膜 胞内,2、促进扩散 以细胞内外的浓度梯度为动力，在载体物质参与下，物质从浓度高的胞外向浓度低的胞内扩散（真核微生物糖类物质） 。,T,S T,S T,糖、氨基酸、金属离子等,二、微生物对营养物质的吸收方式,第二节 微生物营养物质
