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1、第四章 微生物的营养,2,微生物的特点：,食谱广、胃口大,营养物质：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,营养：微生物获得和利用营养物质的过程,营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和 延续其生命形式的一种生理过程。,为了生存，微生物必须从环境中吸收营养物质，通过新陈代谢 将其转化成自身新的细胞物质或代谢物，并从中获得生命活动 必须的能量，同时将代谢活动产生的废物排出体外。,3,第一节，微生物的营养要求,（微生物们需要吃什么？）,第三节，营养物质进入细胞,（微生物们是怎样吃东西的）,第二节，培养基,（如何给微生物们做饭）,微生物的营养类型及其特点,如何根据需
2、要正确地选择和使用培养基,微生物吸收营养物质的主要方式及其基本特点,4,第一节 微生物的营养要求,一、微生物细胞的化学组成,微生物细胞,水：70%-90%,干物质,有机物：蛋白质、糖、脂、核酸、 维生素等及其降解产物,无机物（盐）,细胞化学元素组成：,主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等； 微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。,构成微生物细胞的物质基础是各种化学元素,微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”,5,第一节 微生物的营养要求,二、营养物质及其生理功能,微生物与动植物营养要素的比较,从元素和营养要素水平上微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性
3、”,6,第一节 微生物的营养要求,二、营养物质及其生理功能,根据营养物质在机体中生理功能的不同可将它们分为 碳源 氮源 无机盐 生长因子 水,7,（一）碳 源(carbon source),1、碳源是在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质。 2、碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化后成为微生物自身的细胞物质(如碳水化合物、脂、蛋白质等)和代谢产物，碳可占一般细菌细胞干重的一半。 3、绝大部分碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动所需的能源，因此碳源物质通常也是能源物质。 4、碳源有有机碳源和无机碳源两大类，凡必须利用有机碳源的微生物，就是在自然界为数众多的异养微生物
4、；凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物。,8,微生物利用碳源类型大大超过了动植物所能利用的碳化合物。 微生物的碳源谱虽然广泛，但对异养微生物来说，其最适的碳源则是C.H.O型，其中糖类是最广泛利用的碳源，其次是醇类、有机酸类和脂类。在糖类中，单糖双糖多糖；己糖戊糖；葡萄糖、果糖甘露糖、半乳糖；在多糖中，淀粉明显优于纤维素和几丁质等纯多糖，纯多糖优于杂多糖和其它 的聚合物。 微生物工业发酵主要碳源物质是单糖、饴糖、糖蜜(制糖工业副产品)、淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉）、麸皮、米糠等。为了节约粮食，人们已经开展了代粮发酵的科学研究, 以自然界中广泛存在的纤维素作为碳源和能源物质来培养微生
5、物。 不同种类的微生物利用碳源物质的能力也有差别。,（一）碳 源(carbon source),9,（二）氮 源（nitrogen source),氮源物质为微生物提供氮素来源，这类物质主要用来合成细胞中的含氮物质，一般不作为能源，只有少数自养微生物能利用铵盐、硝酸盐同时作为氮源与能源。 常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨(peptone)、鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆、牛肉浸膏(beef extract)、酵母浸膏(yeast extract)等。微生物对这类氮源的利用具有选择性。 速效氮源： 迟效氮源：,10,（三）无机盐(inorganic salt),无机盐是微生物生长必不可少的
6、一类营养物质, 它们在机体中的生理功能主要是作为酶活性中心的组成部分、维持生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等。 微生物生长所需的无机盐一般有磷酸盐、硫酸盐、氯化物以及含有钠、钾、钙、镁、铁等金属元素的化合物。 微量元素对微生物的生长是必须的，一般参与酶的组成或使酶活化。,11,（四）生长因子(growth factor),生长因子通常指那些微生物生长所必需且需要量很小,而且微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。 不同微生物需求的生长因子的种类和数量是不同的。 根据生长因子的化学结构和它们在机体
7、中的生理功能的不同,可将生长因子分为维生素(vitamin)、氨基酸与嘌呤及嘧啶三大类。,12,（五）水,水是微生物生长所必不可少的。 水在细胞中的生理功能主要有: (1)起到溶剂与运输介质的作用,营养物质的吸收与代谢产物的分泌必须以水为介质才能完成; (2)参与细胞内一系列化学反应; (3)维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象; (4)因为水的比热高, 是热的良好导体,能有效地吸收代谢过程中产生的热并及时地将热迅速散发出体外,从而有效地控制细胞内温度的变化; (5)保持充足的水分是细胞维持自身正常形态的重要因素; (6)微生物通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构，如酶、微管、鞭
8、毛及病毒颗粒的组装与解离。,13,三、微生物的营养类型,第一节 微生物的营养要求,自养微生物,完全在无机环境中生存，以CO2、碳酸盐为碳源，以铵盐和硝酸盐为氮源来合成细胞质的微生物称为自养微生物。,异养微生物（有机营养型）,在完全无机环境中生长繁殖，以含碳有机物为碳源，含氮有机物或无机物为氮源，合成细胞物质，称为异养微生物。,14,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,异养型生物：以有机物为碳源,自养型生物：以CO2为碳源,生长所需要的营养物质,生物生长过程中能量的来源,光能营养型：以光为能源,化能营养型：以有机物氧化释放 的化学能为能源,光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可
9、正常生长 光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养 化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物 化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质,微生物种类繁多，营养类型比较复杂，常在不同层次和侧重点上对微生物营养类型进行划分：,15,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,微生物营养类型(),16,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,微生物的营养类型(),17,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,1光能无机自养型（光能自养型）,能以CO2为唯一或主要碳源；,进行光合作用获取生长所需要的能量；,以无机物如H2、H2S、S等作为供氢
10、体或电子供体，使CO2还原为细胞物质；,藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。,CO2+ 2H2S,光能,光合色素, CH2O + 2S+ H2O,18,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,2光能有机异养型（光能异养型）,不能以CO2为主要或唯一的碳源；,以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；,在生长时大多数需要外源的生长因子；,例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2 还原成细胞物质，同时积累丙酮。光能异养微生物能利用CO2，但必须在
11、有机物存在的条件下，才能生长，人工培养还需供给生长因素。目前已用这类微生物，如红螺菌来净化高浓度有机废水，这对处理污水、净化环境，很有发展前途。,CHOH + CO2,19,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,光能无机自养型和光能有机异养型微生物 可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用。,20,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,3化能无机自养型（化能自养型）,生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；,以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等无机物作为电子供体使CO2还原成细胞物质。,这类细
12、菌包括硫细菌、硝化细菌、H细菌、铁细菌等， 硫细菌和硝化细菌与生产密切相关。 化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全没有有机物及无光的 环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环；,21,如：氧化铁硫杆菌可把FeO氧化成Fe，Fe氧化率达95100并放出能量 Fe2Fe3eQ 用氧化亚铁硫杆菌氧化黄铁矿时，可以生成硫酸和硫酸高铁，硫酸高铁是强氧化剂和溶剂可以溶解矿物，如溶解铜矿析出铜元素，用这类微生物来开矿冶金称为细菌冶金，是开采贫矿和尾矿的有效办法，用细菌浸出Fe的速度比完全氧化快5660倍。,三、微生物的营养类型,第一节 微生物的营养要求,3化能无机自养型（化能自养型）,
13、22,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,4化能有机异养型（化能异养型）,生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；,生长所需要的碳源主要是一些有机化合物， 如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。,有机物通常既是碳源也是能源；,大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；,所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；,23,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,4化能有机异养型（化能异养型）,腐生型(metatrophy)：,可利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体)作为碳源；,寄生型(paratrophy)：,寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存
14、；,在腐生型和寄生型之间还存在中间类型： 兼性腐生型(facultive metatrophy)； 兼性寄生型(facultive paratrophy)；,根据化能有机异养型微生物利用的有机物性质的不同,又可将它们分为,24,三、微生物的营养类型,不同营养类型之间的界限并非绝对,异养型微生物并非绝对不能利用CO2；,自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；,有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；,例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)： 没有有机物时，同化CO2， 为自养型微生物； 有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物； 光
15、照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物； 黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长， 为化能营养型微生物；,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,25,三、微生物的营养类型,第一节 微生物的营养要求,5营养缺陷型,某些菌株发生突变(自然突变或人工诱变)后，失去合成某种(或某些)对该菌株生长必不可少的物质(通常是生长因子如氨基酸、维生素)的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型(auxotroph)，相应的野生型菌株称为原养型(prototroph)。 营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗传学方面的研究。,微生物生长需要
16、的生长因子与营养缺陷型之间的关系？,26,第二节 培养基,培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础,培养基（medium）是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。用以培养、分离、鉴定、保存各种微生物或积累代谢产物。,任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：,碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水,任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；,1、常规高压蒸汽灭菌： 1.05kg/cm2,121.315-30分钟；0.56kg/cm2,112.615-30分钟2、某些成分进行分别灭菌； 3、过滤除菌；,27,第二节 培养基,一、选用和设计培养基的原则和方法,在微生物学研究和生产实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。许多工作选用现成培养基的基础上，还要求亲自设计一种更合适的培养基。这就要求人们除了熟悉微生物的营养知识和规律外，还有一套科学设计培养基所遵循的基本原则和方法。,选择适宜的营养物质 营养物的浓度及配比合适 物理、化学条件适宜 经
