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1、Chap 4 microbial Nutritionand medium 微生物的营养与培养基主讲教师主讲教师: : 李 祝单位：化学与环境工程学院E-mail: Tel：13296598808湖北工业大学专业基础课程环境微生物12l营养（或营养作用nutrition)指生物体从外部 环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以 满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。l营养物（或营养nutrient)指具有营养功能的 物质，常常还包括光能这种非物质形式的能源 在内。3微生物营养的功能： 参与微生物细胞的组成 提供微生物机体进行各种生理活动所 需的能量 形成微生物代谢产物的来源 营养物质是微生物新陈
2、代谢和一切 生命活动的物质基础，失去这个基础， 生命也就停止。4Contents营养物质进入细胞的方式4微生物的营养类型3微生物细胞的化学组成3 1微生物的营养物质3 2培养基55第一节 微生物细胞的化学组成l组成微生物细胞的化学物质主要包括3类：l水，最主要的组成成分，是微生物代谢过程中不 可缺少的溶剂，细胞干重的70%90% ；l无机离子，参与有机物组成或单独存在于细胞原 生质中灰分；l生物分子，包括蛋白质、糖、脂、核酸、维生素 ，降解产物、代谢中间产物 等有机化合物，它是生 物体和生命现象的结构基础和功能基础。6微生物细胞的化学组成l 元素 ：-大量元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫 C H
3、O N是生命体最基本的组成元素 S是蛋白质的重要组成元素 P是组成核酸和ATP不可缺少的元素 6种占细胞干质量的97% -微量元素：钾、钠、钙、镁、铁、 锰、 铜、 钴、锌、钼等 细胞的化学组成也是配制微生物培养基的主要依据.71.碳源（Carbon source） 2.氮源（Nitrogen source) 3.能源（Energy source) 4.生长因子（Growth factor ) 5.无机盐(Inorganic salt) 6.水(Water)传统上根据功能不同对营养物归类传统上根据功能不同对营养物归类 六种营养要素:第二节 微生物的营养物质8一、 碳源 Carbon Sourc
4、e一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的 营养物，称为碳源。C元素在细胞干物质中约占 50%左右.分无机碳源与有机碳源两大类。凡必须利 用有机碳源的微生物叫异养微生物。凡以无机碳 源作主要碳源的微生物叫自养微生物。9u 糖类：葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖， 淀粉，半乳糖， 乳糖，甘露糖，纤维二糖，纤维素，半纤维素，甲壳素， 木质素等 u 有机酸：乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级 脂肪酸，氨基酸等 u 醇类：乙醇 u 脂类：脂肪，磷脂u 烃类：天然气，石油，石油馏分，石蜡油 u 碳酸盐 ： NaHCO3, CaCO3, 白垩等 u 其他：芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽，核酸， CO2等1.
5、微生物可利用的碳源102.碳源特点l1） 依碳源分类l自养微生物：利用无机碳源，如CO2、碳酸盐l异养微生物：利用有机碳源，如葡萄糖、淀粉等l2 ）最适碳源 C-H-Ol最适碳源 糖 醇 有机酸 脂类l最适糖类 单糖 双糖 多糖l最适单糖 已糖 戊糖l最适多糖 淀粉 纤维素 木质素、几丁质应用:诺卡菌和霉菌可以以氰化物作为唯一C源和N源细菌最喜好的碳源是？细菌最喜好的碳源是？糖糖 尤其是葡萄糖及其多糖11二 、氮源 nitrogen Source凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营 养源。也可分为有机氮源和无机氮源（硝酸盐） 。主要合成细胞内各种氨基酸和碱基进而合成蛋白质和 核酸等细胞成分.氮
6、源的作用是提供微生物合成蛋白质的原料。按 对N源要求的不同，将微生物分为四类：固氮型、利用无 机N为N源、需要某些氨基酸为N源、从分解蛋白质中取 得铵盐或氨基酸的微生物。12N源特点:1 氮源主要不提供能量(除硝化细菌等少数外) 2 最适氮源 NHCO NH NO N2 3 速效氮源：以蛋白质降解产物存在的氮源迟效氮源：以蛋白质形式存在的氮源培养微生物常用的有机N源有牛肉膏 蛋白胨 酵母膏等等13l l提问：提问：哪些物质可作为细菌的氮源？l l有机氮有机氮（氨基酸和蛋白质）、无机氮无机氮（ N2、 NH3 、铵盐、硝酸盐）等。l l实验室中实验室中有机氮源有机氮源蛋白胨蛋白胨 工业投加的细菌
7、氮源？工业投加的细菌氮源？ 尿素、粪便尿素、粪便14l能源，就是能为微生物的生命活动提供最初能量 来源的营养物或辐射能。l异养微生物的能源就是其碳源l单功能营养物：如辐射能 l双功能营养物：NH4+是硝酸细菌的能源和氮源l三功能营养物：如”N.C.H.O”是异养微生物的能源 、碳源及氮源。 有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）无机物：化能自养做生物的能源（不同于碳源） 辐射能：光能自养和光能异养微生物部能源化学物质能源谱三、 能源 energy Source15四四 生长因子生长因子(growth factor)(growth factor)微生物在生长过程中不能自已合成的 生长繁殖必需的
8、需要量较少的 外界加入的有机物是生长因子谱： 维生素 氨基酸 嘌呤(或嘧啶)提供方式： 原料：酵母膏、玉米浆、肝浸出液、 麦芽汁、新鲜动植物组织16l l种类：种类：嘌呤、嘧啶类、维生素类嘌呤、嘧啶类、维生素类l l作用：？作用：？l嘌呤和嘧啶参与合成核酸和辅酶； 维生素， 重要辅酶l l多数细菌不存在生长因子问题。多数细菌不存在生长因子问题。l只有少数细菌需要外界提供现成的生长因子，才 能生长，如乳酸菌需要多种维生素，因此只能生活 在这些物质供应充足的环境，如牛奶中、肠道。 必需，但不能自身合成的有机物必需，但不能自身合成的有机物17五五 无机盐无机盐( ( inorganic ions)i
9、norganic ions)l大量元素：生长所需浓度为10-310-4mol /L的元素l微量元素：生长所需浓度为10-610-8mol /L的元素1819六、水 是微生物细胞的重要组成部分，占活细胞总量的90% 左右,使原生质保持溶胶状态，保证代谢正常进行 ; 是物质代谢的原料; 起到物质溶剂和运输介质的作用; 有效控制细胞内的温度变化 .结合水(构成原生质的组成部分)和游离水(可以被利用的 )20七、碳氮磷比七、碳氮磷比“ “营养平衡营养平衡” ”l l根瘤菌要求碳氮比为根瘤菌要求碳氮比为11.511.5：1 1l l土壤中微生物混合群体要求碳氮比为土壤中微生物混合群体要求碳氮比为2525
10、：1 1l l污污( (废废) )水生物处理中水生物处理中好氧微生物群体好氧微生物群体( (活性污泥活性污泥) ) 要求为要求为BODBOD5 5：N N：P P100100：5 5：1 1 厌氧生物处理中的厌氧微生物群体要求厌氧生物处理中的厌氧微生物群体要求BODBOD5 5：N N ：P P350350500500：5 5：1 1 为了保证污为了保证污( (废废) )水水( (有机固体废物）生物处理有机固体废物）生物处理 要按碳氮磷比配给营养要按碳氮磷比配给营养 。21l l城市生活污水不存在营养不足的问题。但有的工城市生活污水不存在营养不足的问题。但有的工 业废水缺某种营养，当营养量不足
11、时，应供给或补业废水缺某种营养，当营养量不足时，应供给或补 足。足。l l如酒精废水缺如酒精废水缺 ？ ；l l洗涤剂废水洗涤剂废水 ？N N、P P缺缺N NP P过剩过剩 如何知道所处理的废水中营养物供应是否比例平衡呢？如何知道所处理的废水中营养物供应是否比例平衡呢？ 先测、对比、试验验证先测、对比、试验验证l l炼油废水炼油废水 ？N N、P P22l l但如果工业废水不缺营养，就切勿盲目补充！但如果工业废水不缺营养，就切勿盲目补充！l l为什么？为什么？l l过犹不及过犹不及“ “娇惯娇惯” ”l l细菌往往先利用这类现成的容易被吸收、利用的有机物质细菌往往先利用这类现成的容易被吸收、
12、利用的有机物质，而不再利用工业废水中难以吸收、利用的有机物，从而导，而不再利用工业废水中难以吸收、利用的有机物，从而导致细菌分解特殊有机物的能力下降致细菌分解特殊有机物的能力下降l l这与细菌驯化正好相反（反驯化）。这与细菌驯化正好相反（反驯化）。AttentionAttention！2324l营养类型是按能源和氢供体来划分，也可以按能源和 基本碳源来分：l以下四大类型微生物中的划分不是绝对的，它们在不 同条件下生长时，往往可以互相转变。第三节 微生物的营养类型2525 无机营养细菌（无机营养细菌（自养菌自养菌）l l无机（自养）无机（自养）COCO2 2、COCO和和COCO3 32-2-l
13、 l提问：提问：能否也利用有机物呢？能否也利用有机物呢？ 绝大多数能，绝大多数能，“ “能吃苦也能享福能吃苦也能享福” ”，优先利用，优先利用 ； 又根据又根据能源能源不同不同 又分为光能自养型光能自养型细菌和化能自养型化能自养型细菌。2626（1）光能自养细菌（无氧有光）（无氧有光）l l只有只有紫紫硫细菌硫细菌和和绿绿硫细菌硫细菌2727l l紫硫、绿硫紫硫、绿硫细菌代谢方式细菌代谢方式l 光照光照l CO2 + H H2 2S S CH2O（糖） + H2O + 2S2Sl l菌绿素菌绿素（与叶绿素大同小异）（与叶绿素大同小异）提问：提问：在自然界的作用是什么呢？在自然界的作用是什么呢？
14、早期无氧地球，清除早期无氧地球，清除HH2 2S S毒物毒物（H2S类似植物光合作用植物光合作用中的H2O）较洁净的光照池塘无氧臭（较洁净的光照池塘无氧臭（H H2 2S) S) 区区2828紫硫细菌紫硫细菌湖中4m硫化物* *这个深度紫硫这个深度紫硫 细菌多细菌多? ?2929（2 2） 化能自养细菌化能自养细菌（有氧）（有氧）l l提问：提问：什么是化能自养菌？什么是化能自养菌？l l自养自养碳源碳源COCO3 3l l化能化能以以 ？物质物质氧化产能氧化产能l lS S、H H2 2S S、H H2 2、NHNH3 3、FeFe 种类：种类：硫细菌( (硫化细菌和硫磺细菌硫化细菌和硫磺细
15、菌) )、（亚）硝化细菌及及铁细菌、氢细菌。3030l例如，亚硝化细菌进行有机物合成反应如下l 2NH3 + 2O2 HNO2 + 4 H + 619千焦耳 l ATPl CO2 + 4 H CH2O + H2 O提问：化能自养化能自养细菌能用于污水处理吗？为什 么？能，脱氨、脱硫；条件容易能，脱氨、脱硫；条件容易3131 有机营养细菌（有机营养细菌（异养菌异养菌）l l有机（异养）有机（异养）以有机物为碳源以有机物为碳源l l异养菌是异养菌是有机有机污水处理的主角污水处理的主角 根据根据能源的不同能源的不同3232（1 1）光能异养与化能异养）光能异养与化能异养 以有机物作为碳源和能源的的细菌。以有机物作为碳源和能源的的细菌。 绝大多数的细菌都属于化能异养菌绝大多数的细菌都属于化能异养菌。. . 化能异养菌化能异养菌3333不受氧气限制，尤其适于高浓度有机废水适于高浓度有机废水（食品 行业）的高效处理(*(*红螺菌用
