微生物学微生物学之之微生物的营养和代谢微生物的营养和代谢 |徐开未徐开未, 副教授，博士，副教授，博士，硕导硕导|资源环境学院微生物系资源环境学院微生物系|xkwei@, 15828103238|主要从事生物固氮和微生物肥主要从事生物固氮和微生物肥料的研制料的研制 第第三三章章第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型 第三节第三节 培养基培养基 第四节第四节 营养物质进入细胞营养物质进入细胞 第五节第五节 微生物的产能代谢微生物的产能代谢 第六节第六节 微生物次级代谢及产物微生物次级代谢及产物 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢&微生物的营养物质微生物的营养物质| 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成| 微生物的营养物质微生物的营养物质 及其生理功能及其生理功能 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成l化学成分以化学成分以有机物和无机物有机物和无机物两种状态存在两种状态存在 有机物有机物包含各种大分子，它包含各种大分子，它们是们是蛋白质、核酸、类脂和蛋白质、核酸、类脂和糖类糖类，占细胞干重的，占细胞干重的99%。
无机物无机物包括包括小分子无机物和小分子无机物和各种离子各种离子，占细胞干重的，占细胞干重的1% 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|微生物的营养物质及其微生物的营养物质及其生理功能生理功能 微生物生长所需要的营养物质 微生物生长所需要的营养物质主要是以的有机物和无机物的主要是以的有机物和无机物的形式提供的，小部分由气体物形式提供的，小部分由气体物质供给微生物的营养物质按质供给微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可区分其在机体中的生理作用可区分为：为：碳源碳源、、氮源氮源、、无机盐无机盐、、生生长因子长因子和和水水五大类 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢1.碳源碳源(source of carbon) 在微生物生长过程中为微生物提在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质称为供碳素来源的物质称为碳源种类：有机物、无机碳化合物种类：有机物、无机碳化合物种类：有机物、无机碳化合物种类：有机物、无机碳化合物ØØ随细菌不同，各有偏好随细菌不同，各有偏好随细菌不同，各有偏好随细菌不同，各有偏好ØØ细菌最喜好的碳源是：细菌最喜好的碳源是：细菌最喜好的碳源是：细菌最喜好的碳源是：糖糖 尤其是葡萄糖葡萄糖及其多糖(见见表表3.1) 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|碳源的生理作用碳源的生理作用|碳源物质通过复杂化学变化来碳源物质通过复杂化学变化来构成微生物构成微生物自身细胞物质和代谢产物自身细胞物质和代谢产物；；|作为大多数微生物的作为大多数微生物的能源物质能源物质; 所以，一般地，碳源不足会引起菌体衰老 所以，一般地，碳源不足会引起菌体衰老或死亡。
或死亡 有些以 有些以CO2为唯一或主要碳源微生物生长为唯一或主要碳源微生物生长所需的所需的能源则不是来自能源则不是来自CO2 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢表表3.1微生物利用的碳源物质微生物利用的碳源物质种类种类碳源物质碳源物质备注备注糖糖葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、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、木质素等维素、半纤维素、甲壳素、木质素等单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯多糖优于杂多糖于纤维素，纯多糖优于杂多糖有机酸有机酸糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等与糖类比效果较差，有机酸较难进入细与糖类比效果较差，有机酸较难进入细胞，进入细胞后会导致胞，进入细胞后会导致pHpH下降当环境下降当环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源利用作为碳源利用醇醇乙醇乙醇在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利用。
利用脂脂脂肪、磷脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解为甘油和脂肪酸而加以利用解为甘油和脂肪酸而加以利用烃烃天然气、石油、石油馏分、石蜡油等天然气、石油、石油馏分、石蜡油等利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用分乳化后吸收利用COCO2 2COCO2 2为自养微生物所利用为自养微生物所利用碳酸盐碳酸盐NaHCONaHCO3 3、、CaCOCaCO3 3、、白垩等白垩等为自养微生物所利用为自养微生物所利用其他其他芳香族化合物、氰化物芳香族化合物、氰化物蛋白质、核酸等蛋白质、核酸等利用这些物质的微生物在环境保护方面利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用有重要作用当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作为碳源而降解利用作为碳源而降解利用 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢2.氮源氮源(source of nitrogen)|凡是可以被微生物用来构成凡是可以被微生物用来构成细胞物质的或代谢产物中氮细胞物质的或代谢产物中氮素来源的营养物质通称为素来源的营养物质通称为氮氮源源物质。
物质氮源物质有蛋白质及其各类氮源物质有蛋白质及其各类降解产物、铵盐、硝酸盐、降解产物、铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、分子态氮、嘌呤、亚硝酸盐、分子态氮、嘌呤、嘧啶、脲、酰胺、氰化物嘧啶、脲、酰胺、氰化物(见见表表3.2) 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|氮源物质常氮源物质常合成细胞含氮合成细胞含氮物质物质，少数情况下可作，少数情况下可作能能源物质源物质，如某些厌氧微生，如某些厌氧微生物在厌氧条件下可利用某物在厌氧条件下可利用某些氨基酸作为能源些氨基酸作为能源N源不足，菌体生长过慢；源不足，菌体生长过慢；过多，微生物生长过旺而过多，微生物生长过旺而不利于产物的积累不利于产物的积累 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢表表3.2 微生物利用的氮源物质微生物利用的氮源物质种类种类氮源物质氮源物质备注备注蛋白质蛋白质类类蛋白质及其不蛋白质及其不同程度降解产同程度降解产物物(胨、肽、氨胨、肽、氨基酸等基酸等)大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细菌大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细菌能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质降解利用，能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质降解利用，而多数细菌只能利用相对分子质量较小其降解产而多数细菌只能利用相对分子质量较小其降解产物物氨及铵氨及铵盐盐NH3、、(NH4)2SO4等等容易被微生物吸收利用容易被微生物吸收利用硝酸盐硝酸盐KNO3等等容易被微生物吸收利用容易被微生物吸收利用分子氮分子氮N2固氮微生物可利用，但当环境中有化合态氮源时，固氮微生物可利用，但当环境中有化合态氮源时，固氮微生物就失去固氮能力固氮微生物就失去固氮能力其他其他嘌呤、嘧啶、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、脲、胺、酰胺、氰化物氰化物大肠杆菌不能以嘧啶作为唯一氮源，在氮限量的大肠杆菌不能以嘧啶作为唯一氮源，在氮限量的葡萄糖培养基上生长时，可通过诱导作用先合成葡萄糖培养基上生长时，可通过诱导作用先合成分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程分解嘧啶的酶，然后再分解并利用嘧啶可不同程度地被微生物作为氮源加以利用度地被微生物作为氮源加以利用 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢3.无机盐无机盐|无机盐无机盐(inorganic salt)是微生是微生物生长必不可少营养物，在机物生长必不可少营养物，在机体中体中生理功能生理功能主要主要作为酶活性作为酶活性中心组分、维持生物大分子和中心组分、维持生物大分子和细胞结构稳定性、调节并维持细胞结构稳定性、调节并维持细胞渗透压平衡、控制细胞氧细胞渗透压平衡、控制细胞氧化还原电位和作为某些微生物化还原电位和作为某些微生物生长能源物质生长能源物质等等(表表3.3)。
第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|微生物可利用无机盐类型微生物可利用无机盐类型|微量元素微量元素微量元素微量元素指微生物生长中起指微生物生长中起重要作用，机体对这些元素重要作用，机体对这些元素需要量极小的元素，通常需需要量极小的元素，通常需要量在要量在10-6-10-8mol/L (培养培养基中含量基中含量)微量元素一般参微量元素一般参与酶组成或使酶活化与酶组成或使酶活化(表表3.4) 无无机机盐一一般般功功能能细胞内一般成分胞内一般成分(P.S.Ca.Mg.Fe等等)渗透渗透压的的维持持(Na+等等)酶酶的激活的激活剂(Mg2+等等)pH的的稳定定生理生理调节物物质大大量量元元素素特殊特殊功能功能化能自养菌能源化能自养菌能源(S.Fe2+.NH4+.NO3-等等)无氧呼吸无氧呼吸时的的氢受体受体(NO3-、、SO42-等等)微量元素微量元素酶酶的激活的激活剂(Cu2+、、Mn2+、、Zn2+)特殊分子特殊分子结构成分构成分(Co、、Mo等等) 表表3.3 无机盐及其生理功能无机盐及其生理功能元素元素化合物形式化合物形式(常用常用)生理功能生理功能磷磷KH2PO4，，K2HPO4核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及ATP等高能分子的成等高能分子的成分，作为缓冲系统调节培养基分，作为缓冲系统调节培养基pH硫硫(NH4)2SO4，，MgSO4含硫氨基酸含硫氨基酸(半胱氨酸、甲硫氨酸等半胱氨酸、甲硫氨酸等)、维生素的成、维生素的成分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位镁镁MgSO4己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等活己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等活性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分钙钙CaCl2，，Ca(NO3)2某些酶的辅因子，维持酶某些酶的辅因子，维持酶(如蛋白酶如蛋白酶)的稳定性，芽的稳定性，芽孢和某些孢子形成所需，建立细菌感受态所需孢和某些孢子形成所需，建立细菌感受态所需钠钠NaCl细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶的稳定性的稳定性钾钾KH2PO4，，K2HPO4某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细菌某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细菌核糖体的稳定因子核糖体的稳定因子铁铁FeSO4细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物质，细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物质，合成叶绿素、白喉毒素所需合成叶绿素、白喉毒素所需 表表3.4 微量元素及生理功能微量元素及生理功能元素元素生理功能生理功能锌锌存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、醛缩酶、、醛缩酶、RNARNA与与DNADNA聚合酶中聚合酶中锰锰存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中钼钼存在于硝酸盐还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶中存在于硝酸盐还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶中硒硒存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中钴钴存在于谷氨酸变位酶中存在于谷氨酸变位酶中铜铜存在于细胞色素氧化酶中存在于细胞色素氧化酶中钨钨存在于甲酸脱氢酶中存在于甲酸脱氢酶中镍镍存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢4.生长因子生长因子|生长因子生长因子(growth factor)指指某些微生物生长所必需而某些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的足以满足机体生长需要的有机化合物有机化合物。
第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|根据根据生长因子生长因子的的化学结构化学结构和和它们在机体中的它们在机体中的生理功能生理功能的的不同，可将不同，可将生长因子生长因子分为分为维维生素生素(vitamin)、、氨基酸、氨基酸、嘌呤与嘧啶嘌呤与嘧啶三大类三大类(见见表表3.5)狭义的生长因子指维生素狭义的生长因子指维生素 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢不同微生物对生长因子需要量和种类不同微生物对生长因子需要量和种类①①多数真菌、放线菌和细菌，如大肠杆菌具多数真菌、放线菌和细菌，如大肠杆菌具有自己合成所需的全部生长因子有自己合成所需的全部生长因子②②一些类群不能或只能合成部份所需的生长一些类群不能或只能合成部份所需的生长因子因子(必须在培养基中额外添加其所需的必须在培养基中额外添加其所需的生长因子才能满足生长生长因子才能满足生长)，如，如 乳酸菌需要乳酸菌需要嘌呤和碱基用以合成核苷酸嘌呤和碱基用以合成核苷酸③③在配制培养基时，常可用生长因子丰富的在配制培养基时，常可用生长因子丰富的天然物质作原料，如麦芽汁、酵母膏等天然物质作原料，如麦芽汁、酵母膏等 表表3.5 维生素及其在代谢中的作用维生素及其在代谢中的作用 化合物化合物代谢中的作用代谢中的作用对氨基苯甲酸对氨基苯甲酸四氢叶酸的前体，一碳单位转移的辅酶四氢叶酸的前体，一碳单位转移的辅酶生物素生物素催化羧化反应的酶的辅酶催化羧化反应的酶的辅酶辅酶辅酶M甲烷形成中的辅酶甲烷形成中的辅酶叶酸叶酸四氢叶酸包括在一碳单位转移辅酶中四氢叶酸包括在一碳单位转移辅酶中泛酸泛酸辅酶辅酶A的前体的前体硫辛酸硫辛酸丙酮酸脱氢酶复合物的辅基丙酮酸脱氢酶复合物的辅基尼克酸尼克酸NAD、、NADP的前体，它们是许多脱氢酶的辅酶的前体，它们是许多脱氢酶的辅酶吡哆素吡哆素(B6)参与氨基酸和酮酶的转化参与氨基酸和酮酶的转化核黄素核黄素(B2)黄素单磷酸黄素单磷酸(FMN)和和FAD的前体，它们是黄素蛋白的辅的前体，它们是黄素蛋白的辅基基钻胺素钻胺素(B12)辅酶辅酶B12包括在重排反应里包括在重排反应里(为谷氨酸变位酶为谷氨酸变位酶)硫胺素硫胺素(B1)硫胺素焦磷酸脱羧酶、转醛醇酶和转酮醇酶的辅基硫胺素焦磷酸脱羧酶、转醛醇酶和转酮醇酶的辅基维生素维生素K甲基酮类的前体，起电子载体作用甲基酮类的前体，起电子载体作用(如延胡索酸还原酶如延胡索酸还原酶)氧肟酸氧肟酸促进铁的溶解性和向细胞中的转移促进铁的溶解性和向细胞中的转移 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢5.水水一一般般微微生生物物体体含含水水量量达达70-90%；；不不同同生生长长时时期期含含水水量量不不同同；；营营养养细细胞胞含含水水量量高高，，老老龄龄细细胞胞含含水水量量低低；；芽芽孢孢含含水水量量低低，，其其核核心心部部位位的的含含水水量量低低于于30%；；霉霉菌菌孢孢子子约约含含水水39%；；细细菌菌、、酵酵母母菌菌、、霉霉菌菌的的营营养养体体分分别别含含水水约约80%、、75%、、85%。
第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|起起溶剂与运输介质溶剂与运输介质的作用；的作用；|参与参与细胞内细胞内化学反应化学反应；；|维持维持蛋白质、核酸等蛋白质、核酸等天然构象天然构象；；|有效有效控制胞内温度的变化控制胞内温度的变化：因水：因水比热高，能有效吸收代谢热并及比热高，能有效吸收代谢热并及时散发出体外；时散发出体外；|保持充足的水分是细胞保持充足的水分是细胞维持维持自身自身正常形态正常形态的重要因素；的重要因素；水在细胞中的主要生理功能水在细胞中的主要生理功能 |微生物营养类型划分微生物营养类型划分表表3.7微生物营养类型微生物营养类型(Ⅰ)划分划分依据依据营养类型营养类型特点特点碳源碳源自养型自养型(autotrophs)以以CO2为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源异养型异养型(heterotrophs)以有机物为碳源以有机物为碳源能源能源光能营养型光能营养型(phototrophs)以光为能源以光为能源化能营养型化能营养型(chemotrophs)以有机物氧化释放的化学能以有机物氧化释放的化学能为能源为能源电子电子供体供体无机营养型无机营养型(lithotrophs)以还原性无机物为电子供体以还原性无机物为电子供体有机营养型有机营养型(organotrophs)以有机物为电子供体以有机物为电子供体 表表3.8 微生物的营养类型微生物的营养类型(ⅡⅡ)营养类型营养类型电子供体电子供体碳源碳源能源能源代表类群代表类群光能无机自养型光能无机自养型H2、、H2S、、S、或、或H2OCO2光能光能着色细菌、蓝细菌、着色细菌、蓝细菌、藻类藻类光能有机异养型光能有机异养型有机物有机物有机物有机物光能光能红螺细菌红螺细菌化能无机自养型化能无机自养型H2、、H2S、、Fe2+、、NH3、或、或NO-2CO2化学能化学能(无机物氧化无机物氧化)氢细菌、硫杆菌、氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌属亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、、硝硝化杆菌属化杆菌属(Nitrobacter)、、甲甲烷杆菌属烷杆菌属(Methanobacterium)、、醋酸杆菌属醋酸杆菌属(Acetobacter)化能有机异养型化能有机异养型有机物有机物有机物有机物化学能化学能(有机物氧化有机物氧化)假单胞菌属、芽泡杆假单胞菌属、芽泡杆菌属、乳酸菌属、真菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物菌、原生动物 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢& 微生物的营养类型微生物的营养类型l光能无机自养型光能无机自养型l光能有机异养型光能有机异养型l化能无机自养型化能无机自养型l化能有机异养型化能有机异养型 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l光能无机自养型光能无机自养型光能无机自养型光能无机自养型 也称光能自养也称光能自养型，能以型，能以CO2为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源并并利用光能利用光能生长的微生物，它们生长的微生物，它们能能以无机物如水、硫化氢、硫代以无机物如水、硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机化合物为电子硫酸钠或其他无机化合物为电子供体，供体，使使CO2固定固定还原成细胞物还原成细胞物质，伴随元素质，伴随元素氧（硫）的释放氧（硫）的释放。
第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|藻类、蓝细菌和光合细菌属于这藻类、蓝细菌和光合细菌属于这一类营养类型一类营养类型藻类和蓝细菌藻类和蓝细菌：：这与高等植物光合作用是一致的这与高等植物光合作用是一致的光合细菌：光合细菌：只有只有只有只有紫硫紫硫紫硫紫硫细细菌菌菌菌和和和和绿绿硫硫硫硫细细菌菌菌菌 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l光能有机异养型光能有机异养型（无氧有光）（无氧有光） 光能光能+色素色素|光能有机营养型光能有机营养型 或称光能异养型，这类或称光能异养型，这类微生物不能以微生物不能以CO2作为唯一或主要碳源，作为唯一或主要碳源，需需以简单有机物作供氢体，利用光能将以简单有机物作供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质还原为细胞物质 有机物有机物有机物有机物 + CO+ CO2 2 → → 菌体菌体菌体菌体 [CH[CH2 2O]O]|| 小分子有机物碳源小分子有机物碳源小分子有机物碳源小分子有机物碳源 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|红螺属的一些细菌就是这一营红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表：养类型的代表： 光能有机营养型细菌在生长时通光能有机营养型细菌在生长时通常需要常需要外源的生长因子外源的生长因子。
——嗜盐嗜盐红螺菌红螺菌大量滋生时的红盐田大量滋生时的红盐田 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l化能无机自养型化能无机自养型|化能无机自养型化能无机自养型 或称化能自养型，或称化能自养型，利用无机物氧化放出的化学能作利用无机物氧化放出的化学能作能能量量，以，以CO2或碳酸盐作为唯一或主或碳酸盐作为唯一或主要要碳源碳源，，电子供体电子供体如氢气、硫化氢、如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还还原成细胞物质原成细胞物质 |例如，亚硝化细菌亚硝化细菌进行有机物合成反应如下|| 2NH2NH3 3 + 2O2 HNOHNO2 2 + 4 H + 619千焦耳 | ATP| CO2 + 4 H [CH2O] + H2 O 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|所属所属类群类群有硫化细菌、硝化有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌等细菌、氢细菌与铁细菌等(参见微生物的产能方式参见微生物的产能方式)。
例如氢细菌：例如氢细菌： 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l化能有机异养型化能有机异养型|化能有机营养型化能有机营养型 或称化能异养或称化能异养营养型，营养型，能量能量来自有机物氧化放来自有机物氧化放出的化学能，出的化学能，碳源碳源主要是有机化主要是有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等，有机酸等，即即化能有机营养型微化能有机营养型微生物，有机物通常既是碳源物质生物，有机物通常既是碳源物质又是能源物质又是能源物质 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|大多微生物属大多微生物属化能有机营养化能有机营养型型：绝大多数：绝大多数细菌细菌、全部、全部真真菌菌、、原生动物原生动物以及以及病毒病毒如果化能有机营养型微生物如果化能有机营养型微生物利用的有机物不具有生命活利用的有机物不具有生命活性，则是性，则是腐生型腐生型；若是生活；若是生活在活细胞内从寄生体内获得在活细胞内从寄生体内获得营养物质，则是营养物质，则是寄生型寄生型 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢&培养基培养基 |什么是培养基什么是培养基 |配制培养基的原则配制培养基的原则 |培养基的类型以及应用培养基的类型以及应用 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l什么是培养基什么是培养基 l培养基培养基 (culture medium)是是人工配制的，适合微生物生人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的长繁殖或产生代谢产物的营营养基质养基质。
无论是以微生物为材料 无论是以微生物为材料的研究，还是利用微生物生的研究，还是利用微生物生产生物制品，都必须进行培产生物制品，都必须进行培养基配制，养基配制，微生物学研究和微生物学研究和微生物发酵生产的基础微生物发酵生产的基础 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l培养基中培养基中应含应含满足微生物生满足微生物生长发育：水分、碳源、氮源、长发育：水分、碳源、氮源、生长因子以及无机盐生长因子以及无机盐l培养基应有适宜培养基应有适宜pH和和一定一定缓冲能力缓冲能力及及一定氧化还原电一定氧化还原电位位和和合适渗透压合适渗透压 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢配制培养基的原则配制培养基的原则 l选择适宜的营养物质选择适宜的营养物质l营养物质浓度及配比合适营养物质浓度及配比合适l控制控制pH条件条件l控制氧化还原电位控制氧化还原电位l原料选择原料选择l灭菌处理灭菌处理{消泡消泡 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l营养物质浓度及配比合适营养物质浓度及配比合适 培养基中营养物质培养基中营养物质浓度浓度合适合适时微时微生物才能生长良好，营养物质生物才能生长良好，营养物质浓浓度过低度过低微生物不能正常生长，微生物不能正常生长，浓浓度过高度过高可能对微生物生长起抑制可能对微生物生长起抑制作用，例如高浓度糖类物质、无作用，例如高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维机盐、重金属离子等不仅不能维持和促进微生物生长，反而起抑持和促进微生物生长，反而起抑菌或杀菌作用。
菌或杀菌作用 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 培养基中各营养物质之间的培养基中各营养物质之间的浓度配比浓度配比也直接影响微生物也直接影响微生物的生长繁殖和的生长繁殖和(或或)代谢产物代谢产物的形成和积累，其中的形成和积累，其中C/N的的影响较大严格地讲，碳氮影响较大严格地讲，碳氮比指培养基中碳元素与氮元比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也素的物质的量比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白指培养基中还原糖与粗蛋白之比 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 如，利用微生物发酵生产谷氨酸如，利用微生物发酵生产谷氨酸中，培养基中，培养基碳氮碳氮比比100:0.5-2，，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；培养基碳氮比为培养基碳氮比为100：：11以上，以上，菌体繁殖受抑，谷氨酸产量大菌体繁殖受抑，谷氨酸产量大量增加 如在抗生素发酵生产中，可通过如在抗生素发酵生产中，可通过控制培养基中速效氮控制培养基中速效氮(或碳或碳)源源与迟效氮与迟效氮(或碳或碳)源间比例来控源间比例来控制菌体生长与抗生素的合成协制菌体生长与抗生素的合成协调 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l控制控制pH条件条件 培养基培养基pH必须控制在一定必须控制在一定范围内，以满足不同类型微范围内，以满足不同类型微生物生长繁殖或产生代谢产生物生长繁殖或产生代谢产物。
各类微生物生长繁殖或物各类微生物生长繁殖或产生代谢产物最适产生代谢产物最适pH条件条件各不同，一般讲，细菌与放各不同，一般讲，细菌与放线菌适于菌适于在pH7～～7.5范围内范围内生长，酵母菌和霉菌通常在生长，酵母菌和霉菌通常在pH4.5～～6范围内生长范围内生长 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢注意注意:在微生物生长繁殖和代在微生物生长繁殖和代谢中，因营养物被利用和代谢中，因营养物被利用和代谢产物形成积累，会导致培谢产物形成积累，会导致培养基养基pH变化，若不对培养变化，若不对培养基基pH进行控制，会导致微进行控制，会导致微生物生长速度下降或生物生长速度下降或(和和)代代谢产物产量下降为维持培谢产物产量下降为维持培养基养基pH相对恒定，通常在相对恒定，通常在培养基中加入培养基中加入pH缓冲剂缓冲剂 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢常用的缓冲剂常用的缓冲剂是一氢和二氢磷酸盐是一氢和二氢磷酸盐(如如KH2PO4 和和K2HPO4) 混合物K2HPO4溶液碱性，溶液碱性， KH2PO4溶液溶液酸性，两种物质等量混合溶液的酸性，两种物质等量混合溶液的pH为为6.8。
当培养基中酸性物质积当培养基中酸性物质积累导致累导致H+浓度增加时，浓度增加时，H+与弱碱与弱碱性盐结合形成弱酸性化合物，培养性盐结合形成弱酸性化合物，培养基基pH不会过度降低；如果培养基不会过度降低；如果培养基中中OH- 浓度增加，浓度增加， OH- 则与弱酸则与弱酸性盐结合形成弱碱性化合物，培养性盐结合形成弱碱性化合物，培养基基pH也不会过度升高也不会过度升高 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|但但KH2PO4 和和K2HPO4缓冲系统只缓冲系统只能在能在pH6.4～～7.2内起调节作用有内起调节作用有些微生物，如乳酸菌能大量产酸，些微生物，如乳酸菌能大量产酸，上述缓冲系统就难以起缓冲作用，上述缓冲系统就难以起缓冲作用，可在培养基中添加难溶的碳酸盐进可在培养基中添加难溶的碳酸盐进行调节，行调节，CaCO3难溶于水，不会使难溶于水，不会使培养基培养基pH过度升高，但可不断中和过度升高，但可不断中和微生物产生酸，同时释放出微生物产生酸，同时释放出CO2，，将培养基将培养基pH控制在一定范围内控制在一定范围内 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|在培养基中还存在一些天然缓在培养基中还存在一些天然缓冲系统，如氨基酸、肽、蛋白冲系统，如氨基酸、肽、蛋白质都属两性电解质，也可起缓质都属两性电解质，也可起缓冲剂的作用。
冲剂的作用 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢控制氧化还原电位控制氧化还原电位 (Eh) 好氧性微生物好氧性微生物为为+0.1V以上时可正常以上时可正常生长，一般以生长，一般以+0.3~+0.4V为宜为宜;厌氧性微生物厌氧性微生物只能在只能在Eh值低于值低于+0.1V条件下生长条件下生长;兼性厌氧微生物兼性厌氧微生物在在Eh值为值为+0.1V以上以上时好氧呼吸，在时好氧呼吸，在+0.1V以下时发酵以下时发酵 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 Eh值与氧分压和值与氧分压和pH有关，也受有关，也受某些微生物代谢产物影响在某些微生物代谢产物影响在pH相相对稳定条件下，可增加通气量对稳定条件下，可增加通气量(如振如振荡培养、搅拌荡培养、搅拌)提高培养基氧分压，提高培养基氧分压，或加入氧化剂，从而增加或加入氧化剂，从而增加Eh值；在值；在培养基中加入抗坏血酸、硫化氢、培养基中加入抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等还原性物质可降低等还原性物质可降低Eh值 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l原料选择原料选择 廉价易获得原料，特别在发酵工业廉价易获得原料，特别在发酵工业中，培养基用量大，利用低成本原中，培养基用量大，利用低成本原料。
料 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 灭菌处理灭菌处理 微生物纯培养，须避免杂菌污染，对微生物纯培养，须避免杂菌污染，对所用器材及工作场所须消毒与灭菌所用器材及工作场所须消毒与灭菌 培养基培养基一般采取高压蒸汽灭菌一般采取高压蒸汽灭菌，一，一般培养基用蒸汽般培养基用蒸汽121.3121.3～～126℃126℃条件下条件下维持维持30min30min可达到灭菌目的可达到灭菌目的 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢灭菌处理中应注意：灭菌处理中应注意： 在高压蒸汽灭菌过程中，在高压蒸汽灭菌过程中，长时间高长时间高温温①①会使某些会使某些不耐热物质不耐热物质遭到破坏，遭到破坏，如含糖培养基常如含糖培养基常112.6℃15112.6℃15～～30min30min进行灭菌，某些对糖类要求较高的进行灭菌，某些对糖类要求较高的培养基，可先将糖进行过滤除菌或培养基，可先将糖进行过滤除菌或间歇灭菌，再与其他已灭菌的成分间歇灭菌，再与其他已灭菌的成分混合；混合； 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢②② 引起磷酸盐、碳酸盐与某些阳离子引起磷酸盐、碳酸盐与某些阳离子(特别是钙、镁、铁离子特别是钙、镁、铁离子)结合而产结合而产生生沉淀沉淀，因此常需在培养基中加入，因此常需在培养基中加入少量少量螯螯合剂合剂，常用的螯合剂为乙二，常用的螯合剂为乙二胺四乙酸胺四乙酸(EDTA)。
还可以将含钙、还可以将含钙、镁、铁等离子的成分与磷酸盐、碳镁、铁等离子的成分与磷酸盐、碳酸盐分别进行灭菌，然后再混合，酸盐分别进行灭菌，然后再混合，避免形成沉淀；避免形成沉淀； 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢③③高压蒸汽灭菌后高压蒸汽灭菌后，培养基，培养基pH会发生会发生改变改变(一般使一般使pH降低降低0.2)，可根据所，可根据所培养微生物的要求，在培养基灭菌培养微生物的要求，在培养基灭菌前后加以调整前后加以调整 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢附：灭菌方法：附：灭菌方法： 灭菌灭菌：采用物理或化学的方法：采用物理或化学的方法杀死一定环境中的全部微生杀死一定环境中的全部微生物Ø物理法物理法 ①① 加热法加热法 ②② 过滤除菌过滤除菌 ③③ 射线除菌射线除菌 Ø化学法化学法 消毒消毒：采用物理或化学的方法杀死：采用物理或化学的方法杀死一定环境中部份的部微生物主一定环境中部份的部微生物主要是病原微生物要是病原微生物 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 加热法加热法：：|ⅰ. 干热灭菌干热灭菌|ⅱ 湿热灭菌湿热灭菌|ⅲ 煮沸消毒法煮沸消毒法|ⅳ 巴斯德消毒法巴斯德消毒法 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|灼烧灭菌灼烧灭菌：利用火焰直接把微：利用火焰直接把微生物烧灭。
如：接种工具，玻生物烧灭如：接种工具，玻璃瓶口等璃瓶口等干燥热空气灭菌干燥热空气灭菌(常称干热灭菌常称干热灭菌) :温度温度160～～170℃，持续，持续2hr适于适于耐热的玻璃器皿、金属用耐热的玻璃器皿、金属用具等；但培养基、塑料制品、具等；但培养基、塑料制品、橡胶制品等不能用此法橡胶制品等不能用此法 优点优点：：可保持物品干燥可保持物品干燥 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢高压蒸汽灭菌高压蒸汽灭菌：：121℃，，30min 灭灭菌器主要有卧式、立式、手提式菌器主要有卧式、立式、手提式(实验室最为常用实验室最为常用)是一种最有效、是一种最有效、使用最广泛的灭菌方法使用最广泛的灭菌方法 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢常压蒸汽灭菌常压蒸汽灭菌：：Ø 间歇间歇(分段分段)灭菌灭菌：：100℃，，30min，，杀死一切细菌营养体，但不能杀杀死一切细菌营养体，但不能杀死芽孢，每天进行死芽孢，每天进行1次，连续次，连续3d；；在两次灭菌间隙，灭菌物应放在室在两次灭菌间隙，灭菌物应放在室温温(20-30℃)条件下恒温培养，使芽条件下恒温培养，使芽孢萌发为营养体，第二次灭菌可杀孢萌发为营养体，第二次灭菌可杀死；经两次培养死；经两次培养3次反复灭菌，可次反复灭菌，可完全灭菌。
完全灭菌 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢常压蒸汽灭菌常压蒸汽灭菌：：Ø持续灭菌持续灭菌：常压蒸汽持续灭菌，从：常压蒸汽持续灭菌，从蒸汽大量产生始，继续加大火力保蒸汽大量产生始，继续加大火力保持充足蒸汽，持续加热持充足蒸汽，持续加热3-6hr，，杀死杀死绝大部分芽孢和全部营养体，达到绝大部分芽孢和全部营养体，达到灭菌目的灭菌目的 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢比较比较: 在同一温度下，湿热的杀菌在同一温度下，湿热的杀菌效力比干热大因为：效力比干热大因为：①①湿湿热热 情况下，菌体吸水，使情况下，菌体吸水，使蛋白质易于凝固；蛋白质易于凝固；②②湿热的湿热的穿透力更强；穿透力更强；③③蒸汽与被灭蒸汽与被灭菌物接触冷凝成水时，放出菌物接触冷凝成水时，放出热量，使其温度迅速升高，热量，使其温度迅速升高，从而增强了杀菌能力从而增强了杀菌能力 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 煮沸消毒法煮沸消毒法 物品在清水中煮沸物品在清水中煮沸5min以上，可以上，可杀死附物品上的微生物杀死附物品上的微生物细胞细胞及及部份部份芽孢芽孢如延长煮沸时间，或在水中。
如延长煮沸时间，或在水中加入加入1%碳酸钠或碳酸钠或2-5%石碳酸，效石碳酸，效果更好本法适于毛巾衣物、注射果更好本法适于毛巾衣物、注射器、解剖用具等消毒器、解剖用具等消毒 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 巴斯德消毒法巴斯德消毒法 63℃，，30min；或；或70℃,15min一般用一般用于牛奶、啤酒等的消于牛奶、啤酒等的消毒，可保持物品原有毒，可保持物品原有的营养风味的营养风味 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢过滤除菌过滤除菌：含菌液体或气体通过：含菌液体或气体通过细菌过滤器，使杂菌留在滤器细菌过滤器，使杂菌留在滤器或滤板上，而去除杂菌或滤板上，而去除杂菌射线除菌射线除菌：紫外线穿透力弱，一：紫外线穿透力弱，一薄层普通玻璃或水，均能滤除薄层普通玻璃或水，均能滤除大量紫外线一般适用于表面大量紫外线一般适用于表面灭菌或空气灭菌，如：实验室、灭菌或空气灭菌，如：实验室、接种室、接种箱等接种室、接种箱等 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢化学法化学法：：主要利用化学药品主要利用化学药品对实验室用具和物体表面进对实验室用具和物体表面进行灭菌与消毒行灭菌与消毒(不能杀死芽不能杀死芽孢，起消毒作用孢，起消毒作用)。
机理：机理：能破坏细菌代谢机能破坏细菌代谢机能并有致死作用能并有致死作用 实验室常用实验室常用:升汞、甲醛、升汞、甲醛、高锰酸钾、乙醇、碘酒、石高锰酸钾、乙醇、碘酒、石碳酸、漂白粉等碳酸、漂白粉等 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢消泡消泡: 培养基中，泡沫存在对灭菌处培养基中，泡沫存在对灭菌处理极不利，因为泡沫中的空气理极不利，因为泡沫中的空气形成隔热层，使泡沫中微生物形成隔热层，使泡沫中微生物难以被杀死因而有时需在培难以被杀死因而有时需在培养基中加消泡沫剂以减少泡沫养基中加消泡沫剂以减少泡沫产生，或适当提高灭菌温度产生，或适当提高灭菌温度 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢培养基的类型培养基的类型l按成分不同划分按成分不同划分 l根据物理状态划分根据物理状态划分l按组成是否完全划分按组成是否完全划分l按用途划分按用途划分 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢按成分不同划分按成分不同划分 Ø天然培养基天然培养基(complex medium) 利利用动、植物或微生物包括其提取物用动、植物或微生物包括其提取物制成的培养基。
如：麦芽汁培养基制成的培养基如：麦芽汁培养基Ø半合成培养基半合成培养基：既有天然有机物，：既有天然有机物，又有化学试剂配制的培养基又有化学试剂配制的培养基 如，如，马铃薯蔗糖培养基：马铃薯蔗糖培养基：马铃薯马铃薯200g，蔗糖蔗糖20g，H2O 1000ml 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢Ø合成培养基合成培养基(synthetic medium)是由化学成分完全了解的物质配是由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基制而成的培养基 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l根据物理状态划分根据物理状态划分|凝固剂的含量，可将培养基划凝固剂的含量，可将培养基划分为分为固体培养基固体培养基、、半固体培养半固体培养基基和和液体培养基液体培养基现代化培养基：现代化培养基：脱水培养基脱水培养基 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢Ø液体培养基：液体培养基：不含任何凝固不含任何凝固剂，常用于大规模工业发酵剂，常用于大规模工业发酵生产以及实验室微生物生理生产以及实验室微生物生理代谢代谢 的研究Ø固体培养基：固体培养基：在液体培养基在液体培养基中加入中加入 适量凝固剂，通常加适量凝固剂，通常加入入1.5-2.0%琼脂制成琼脂制成 。
第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢Ø半固体培养基：半固体培养基：在液体培养基中加在液体培养基中加少量凝固剂，通常加入少量凝固剂，通常加入0.2%-0.5%的琼脂制成的琼脂制成Ø脱水培养基脱水培养基又称脱水商品培养基或又称脱水商品培养基或预制干燥培养基，指含除水外的一预制干燥培养基，指含除水外的一切成分的商品培养基，使用时只加切成分的商品培养基，使用时只加入适量水并灭菌即可，是一类成分入适量水并灭菌即可，是一类成分精确又使用方便的现代化培养基精确又使用方便的现代化培养基 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|理想的凝固剂理想的凝固剂应具备以下条件：应具备以下条件：①①不被所培养的微生物分解利用；不被所培养的微生物分解利用；②②在微生物生长的温度范围内保在微生物生长的温度范围内保持固体状态，在培养嗜热细菌时，持固体状态，在培养嗜热细菌时，由于高温容易引起培养基液化，由于高温容易引起培养基液化，通常在培养基中适当增加凝固剂通常在培养基中适当增加凝固剂来解决这一问题；来解决这一问题； 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢③③凝固剂凝固点温度不能太低，否则凝固剂凝固点温度不能太低，否则将不利于微生物的生长；将不利于微生物的生长；④④凝固剂对所培养微生物无毒害作用；凝固剂对所培养微生物无毒害作用；⑤⑤凝固剂在灭菌过程中不会被破坏；凝固剂在灭菌过程中不会被破坏；⑥⑥透明度好，粘着力强；透明度好，粘着力强；⑦⑦配制方便且价格低廉。
配制方便且价格低廉 常用凝固剂有琼脂常用凝固剂有琼脂(agar),明胶明胶(gelatain),硅胶硅胶(silica gel)表表3.9 琼脂与明胶主要特征比较琼脂与明胶主要特征比较内容内容琼脂琼脂明胶明胶常用浓度常用浓度(%)1.5～～25～～12熔点熔点(℃)9625凝固点凝固点(℃)4020pH微酸微酸酸性酸性灰分灰分(%)1614～～15氧化钙氧化钙(%)1.150氧化镁氧化镁(%)0.770氮氮(%)0.418.3微生物利用能力微生物利用能力 绝大多数微生物不能利用绝大多数微生物不能利用许多微生物能利用许多微生物能利用 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l按成分是否完全划分按成分是否完全划分|基本培养基基本培养基含有一般微生物生长繁含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基殖所需的基本营养物质的培养基以以“[-]”表示完全培养基完全培养基：在基本培养基中加入：在基本培养基中加入一些富含氨基酸、维生素和碱基类一些富含氨基酸、维生素和碱基类天然物质天然物质(如酵母膏、蛋白胨等如酵母膏、蛋白胨等)，，即加入生长因子即加入生长因子补充培养基补充培养基：在基本培养基中针对：在基本培养基中针对性加某一或某几种营养成分满足相性加某一或某几种营养成分满足相应营养缺陷型菌株生长所需。
以应营养缺陷型菌株生长所需以“[+]”表示 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢l按用途划分按用途划分|增殖培养基增殖培养基也称加富培养基，即在基也称加富培养基，即在基础培养基中加利于础培养基中加利于某种某种微生物生长繁微生物生长繁殖所需的殖所需的特殊营养物质特殊营养物质，使其增殖速，使其增殖速度比其它微生物快，从而使其在混有度比其它微生物快，从而使其在混有多种微生物的情况下占优势地位这多种微生物的情况下占优势地位这些特殊营养物质包括血液、血清、酵些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等母浸膏、动植物组织液等 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|鉴别培养基鉴别培养基：用于鉴别不同类型：用于鉴别不同类型微生物在培养基中微生物在培养基中加入某种特殊加入某种特殊化学物质化学物质(不一定是营养物质不一定是营养物质)，，某某种微生物种微生物在培养基中生长后能产生在培养基中生长后能产生某代谢产物，它某代谢产物，它可与培养基中的特可与培养基中的特殊化学物质发生特定化学反应殊化学物质发生特定化学反应，产，产生明显特征性变化，据这种特征性生明显特征性变化，据这种特征性变化，可将该种微生物与其他微生变化，可将该种微生物与其他微生物区分开来。
物区分开来 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|选择培养基选择培养基 将某种或某类微生物从混杂的微生物将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基群体中分离出来的培养基 一一是依据某些微生物特殊营养需求设是依据某些微生物特殊营养需求设计计(相当于相当于加富培养基加富培养基) 二二是在培养基中加某化学物质，它无是在培养基中加某化学物质，它无营养作用，对所需分离的微生物无害，营养作用，对所需分离的微生物无害，但可抑制或杀死其他微生物但可抑制或杀死其他微生物 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢营养物质进入细胞营养物质进入细胞吸吸收收营营养养方方式式不不通通过过膜膜上上载载体体蛋蛋白白：：被被动动扩散扩散通过通过通过通过载体载体载体载体蛋白蛋白蛋白蛋白不耗能：不耗能：促进扩散促进扩散耗耗能能运运送送前前后后溶溶质质分分子子不变：不变：主动运输主动运输运运送送前前后后溶溶质质分分子子改变：改变：基团转位基团转位渗渗渗渗透透透透吸吸吸吸收收收收吞噬作用吞噬作用吞噬作用吞噬作用 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢吞噬作用吞噬作用 又称胞饮作用。
当营养物质与又称胞饮作用当营养物质与细细胞膜胞膜接触，接触部位细胞膜先呈凹接触，接触部位细胞膜先呈凹状，逐步向膜内深入，形成深洞穴，状，逐步向膜内深入，形成深洞穴，最后将凹入的洞穴封闭形成细胞内最后将凹入的洞穴封闭形成细胞内胞胞(将营养物质食进细胞内部将营养物质食进细胞内部) 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢Simple Diffusion, Step 1 Simple Diffusion, Step 2 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢Transport of Substances Across a Membrane by Uniporters 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢Ø渗透渗透酶酶起加起加快运快运输输速度速度的的作用作用Ø渗透渗透酶酶与运与运输输物物亲亲和力和力在在膜外表面高，膜外表面高，内表面低内表面低Ø渗透渗透酶酶与运与运输输物具有物具有专专一一性性 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢Active Transport, Step 1 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢Active Transport, Step 2 ATPATP水解水解酶酶 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢Active Transport, Step 3 Active Transport, Step 4 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 基团转位基团转位 转运的物质分子在通过质膜的转运的物质分子在通过质膜的过程中，先在化学上被修饰，过程中，先在化学上被修饰，如细菌的磷酸转移酶系统对葡如细菌的磷酸转移酶系统对葡萄糖的转移，葡萄糖分子先被萄糖的转移，葡萄糖分子先被磷酸化，通过质膜后成为葡萄磷酸化，通过质膜后成为葡萄糖糖6-磷酸。
磷酸 Group Translocation, Step 1 Group Translocation, Step 2 Group Translocation, Step 3 Group Translocation, Step 4 四种运输营养物质方式的比较四种运输营养物质方式的比较比较项目比较项目单纯扩散单纯扩散 促进扩散促进扩散 主动运输主动运输 基团转位基团转位特异载体蛋白特异载体蛋白 无无有有有有有有运送速度运送速度慢慢快快快快快快溶质运送方向溶质运送方向 由浓至稀由浓至稀 由浓至稀由浓至稀 由稀至浓由稀至浓 由稀至浓由稀至浓运送分子运送分子无无特异性特异性 有有特异性特异性 有特异性有特异性 有特异性有特异性能量消耗能量消耗不不需要需要不需要不需要需要需要需要需要运送前后溶质运送前后溶质分子分子 不变不变不变不变不变不变改变改变 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢&微生物的产能代谢微生物的产能代谢l代谢概论代谢概论l生物氧化生物氧化Ø异养微生物的生物氧化异养微生物的生物氧化Ø化能化能自养微生物的生物氧化自养微生物的生物氧化Ø光能营养微生物的产能方式光能营养微生物的产能方式 l能量转换能量转换 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|代谢代谢：细胞内发生的各种化学反应：细胞内发生的各种化学反应总称，主要由总称，主要由分解代谢分解代谢和和合成代谢合成代谢组成。
组成 Ø分解代谢分解代谢:细胞将大分子物质降解细胞将大分子物质降解成小分子物质，并产生能量成小分子物质，并产生能量 Ø合成代谢合成代谢: :细胞利用简单小分子物细胞利用简单小分子物质合成复杂大分子的过程，需消耗质合成复杂大分子的过程，需消耗能量 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|合成代谢合成代谢所利用的小分子物质所利用的小分子物质源于分解代谢过程中产生的中源于分解代谢过程中产生的中间产物或环境间产物或环境 在代谢过程中，微生物通在代谢过程中，微生物通过分解代谢产生化学能，光合过分解代谢产生化学能，光合微生物将光能转换成化学能，微生物将光能转换成化学能，用于合成代谢、微生物运动和用于合成代谢、微生物运动和运输，另有部分能量以热或光运输，另有部分能量以热或光形式释放到环境形式释放到环境 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|生物氧化生物氧化: : 分解代谢实际上分解代谢实际上是物质在生物体内经一系列是物质在生物体内经一系列连续氧化还原反应，逐步分连续氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这个解并释放能量的过程，这个过程也称过程也称生物氧化生物氧化，是一个，是一个产能代谢过程。
产能代谢过程 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 不同类型微生物进行生物氧不同类型微生物进行生物氧化所利用的物质是不同的，化所利用的物质是不同的，异养微生物异养微生物利用有机物，利用有机物，自自养微生物养微生物则利用无机物，通则利用无机物，通过生物氧化进行产能代谢过生物氧化进行产能代谢 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢异养微生物的生物氧化异养微生物的生物氧化|糖酵解糖酵解途径：途径： 生物体内葡萄糖被降解成丙生物体内葡萄糖被降解成丙酮酸的过程称为酮酸的过程称为糖酵解糖酵解(glycolysis,P169)，，主要分为四种途径：主要分为四种途径：EMP途径途径(P169)、、HMP途径途径(P172)、、ED途径途径(P173)、、磷酸解酮酶途径磷酸解酮酶途径(WD途径，途径，P174) 其中EMP途径是最一般，是生物途径是最一般，是生物界所共有的，在微生物中广泛存在于许多界所共有的，在微生物中广泛存在于许多好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌中好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌中 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢异养微生物的生物氧化类型异养微生物的生物氧化类型(据氧据氧化还原反应中电子受体的不同化还原反应中电子受体的不同)，即，即丙酮酸代谢的多样性丙酮酸代谢的多样性.葡葡萄萄糖糖糖酵解糖酵解丙丙酮酸酸发酵酵作作用用(P168,P176-180)有氧呼吸有氧呼吸(P166,P176)无氧呼吸无氧呼吸(P168) 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|EMP途径途径(糖酵解糖酵解途径途径): 大致大致分为两个阶段。
分为两个阶段l第一阶段第一阶段可认为是不涉及氧化可认为是不涉及氧化还原反应及能量释放的准备阶还原反应及能量释放的准备阶段，只是生成两分子的主要中段，只是生成两分子的主要中间代谢产物：间代谢产物：甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸l第二阶段第二阶段发生氧化还原反应，发生氧化还原反应，合成合成ATP并形成两分子的并形成两分子的丙酮丙酮酸酸 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|EMP途径途径可为微生物的生理可为微生物的生理活动提供活动提供ATP和和NADH，，其其中间产物中间产物又可为微生物的合又可为微生物的合成代谢提供碳骨架，并在一成代谢提供碳骨架，并在一定条件下可转合成多糖定条件下可转合成多糖 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|HMP途径（磷酸戊糖途径途径（磷酸戊糖途径)磷酸戊糖途径可分为氧化阶段磷酸戊糖途径可分为氧化阶段和非氧化阶段一个和非氧化阶段一个HMP途径途径循环的结果为：循环的结果为： 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢一一般般认为H HM MP P途途径径不不是是产能能途途径径，，而而 是是 为生生物物合合成成提提供供大大量量还原原力力( (N NA AD DP PH H) )和和中中间代代谢产物物。
多多 数数 微微 生生 物物 中中 具具 有有 H HM MP P途途 径径 . . 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|ED途径途径: 一分子葡萄糖经 一分子葡萄糖经ED途径最途径最后生成后生成两分子丙酮酸、一两分子丙酮酸、一分子分子ATP、一分子、一分子NADPH和和NADHED途径可不依途径可不依赖赖EMP和和HMP途径单独存途径单独存在，但对靠底物水平磷酸在，但对靠底物水平磷酸化获化获ATP厌氧菌而言，厌氧菌而言，ED途径不如途径不如EMP途径经济途径经济在在G-细菌中分布广泛细菌中分布广泛 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|磷酸解酮酶途径：磷酸解酮酶途径： 磷酸解酮酶途径磷酸解酮酶途径是明串珠菌是明串珠菌在进行异型乳酸发酵过程中在进行异型乳酸发酵过程中分解己糖和戊糖的途径其分解己糖和戊糖的途径其特征性酶是磷酸解酮酶，据特征性酶是磷酸解酮酶，据解酮酶的不同，把具有磷酸解酮酶的不同，把具有磷酸戊糖解酮酶的称戊糖解酮酶的称PK途径途径，，具有磷酸己糖解酮酶的叫具有磷酸己糖解酮酶的叫HK途径途径 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢u发酵发酵指微生物将指微生物将有机物有机物氧化氧化释放的释放的电子电子直接交给底物本身直接交给底物本身未完全氧化的某种未完全氧化的某种中间产物中间产物，，同时释放能量并产生各种不同同时释放能量并产生各种不同代谢产物。
因有机物不完全降代谢产物因有机物不完全降解，一般只有底物水平磷酸化，解，一般只有底物水平磷酸化，产能水平低产能水平低 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢u发酵的种类有很多，可发酵的种类有很多，可发酵的底物发酵的底物有有糖类、有机酸、氨基酸糖类、有机酸、氨基酸等，以微等，以微生物发酵葡萄糖最为重要微生物生物发酵葡萄糖最为重要微生物发酵，常以其终产物命名发酵产发酵，常以其终产物命名发酵产能是厌氧和兼性好氧菌获取能量的能是厌氧和兼性好氧菌获取能量的主要方式主要方式 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢u发酵作用发酵作用(P168, P176-180) 在糖酵解生成的丙酮酸，在无氧 在糖酵解生成的丙酮酸，在无氧条件下，不同的微生物进一步代条件下，不同的微生物进一步代谢后会积累不同的代谢产物谢后会积累不同的代谢产物w乙醇发酵乙醇发酵 w乳酸发酵乳酸发酵w丙酸发酵丙酸发酵w丁酸发酵丁酸发酵 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|目前发现多种微生物可以发目前发现多种微生物可以发酵葡萄糖产生乙醇，酵葡萄糖产生乙醇，能进行能进行乙醇发酵的微生物包括乙醇发酵的微生物包括酵母酵母菌、根霉、曲霉和某些细菌菌、根霉、曲霉和某些细菌。
第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|不同的细菌进行乙醇发酵的发酵不同的细菌进行乙醇发酵的发酵途径也各不相同途径也各不相同如运动发酵单如运动发酵单胞菌和厌氧发酵单胞菌是利用胞菌和厌氧发酵单胞菌是利用ED途径分解葡萄糖为丙酮酸，最后途径分解葡萄糖为丙酮酸，最后得到乙醇，对于某些生长在极端得到乙醇，对于某些生长在极端酸性条件下的严格厌氧菌，如胃酸性条件下的严格厌氧菌，如胃八叠球菌和肠杆菌则是利用八叠球菌和肠杆菌则是利用EMP途径进行乙醇发酵途径进行乙醇发酵 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|根据在不同条件下代谢产物的根据在不同条件下代谢产物的不同，可将酵母菌利用葡萄糖不同，可将酵母菌利用葡萄糖进行的发酵分为进行的发酵分为三种类型三种类型：： 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢ⅠⅠ酵母菌在酵母菌在酸性酸性条件下可将葡条件下可将葡萄糖经萄糖经EMP途径降解为两分途径降解为两分子丙酮酸，然后丙酮酸脱羧生子丙酮酸，然后丙酮酸脱羧生成乙醛，乙醛作成乙醛，乙醛作氢受体氢受体使使NAD+再生，发酵再生，发酵终产物为乙终产物为乙醇醇，称，称酵母一型发酵酵母一型发酵；； 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢ⅡⅡ当存在当存在亚硫酸氢钠亚硫酸氢钠时，乙醛不时，乙醛不能作为能作为NADH的受氢体，迫使的受氢体，迫使磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体，氢体，终产物是甘油终产物是甘油，称为，称为酵酵母的二型发酵母的二型发酵；； 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢Ⅲ Ⅲ 在在弱碱性弱碱性 (pH 7.6)时，两个乙时，两个乙醛分子间发生歧化反应，分别生醛分子间发生歧化反应，分别生成乙醇和乙酸，氢受体是磷酸二成乙醇和乙酸，氢受体是磷酸二经丙酮，发酵经丙酮，发酵终产物为甘油、乙终产物为甘油、乙醇和乙酸醇和乙酸，称，称酵母的三型发酵酵母的三型发酵。
这种发酵方式不能产生能量，只这种发酵方式不能产生能量，只能在非生长的情况下才进行能在非生长的情况下才进行 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|乳酸发酵：乳酸发酵：许多细菌能利用葡许多细菌能利用葡萄糖产生乳酸，这类细菌称为萄糖产生乳酸，这类细菌称为乳酸细菌乳酸细菌根据产物的不同，乳酸发酵有根据产物的不同，乳酸发酵有三种类型：三种类型：同型乳酸发酵、异同型乳酸发酵、异型乳酸发酵型乳酸发酵和和双歧发酵双歧发酵 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|ⅠⅠ同型乳酸发酵同型乳酸发酵：微生物：德：微生物：德氏乳酸杆菌、嗜酸乳杆菌、酪氏乳酸杆菌、嗜酸乳杆菌、酪乳杆菌终产物只有乳酸一种终产物只有乳酸一种，，故称为故称为同型乳酸发酵同型乳酸发酵 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢ⅡⅡ异型乳酸发酵异型乳酸发酵:葡萄糖葡萄糖发酵终产物发酵终产物除乳酸以外还有一部分乙醇或乙除乳酸以外还有一部分乙醇或乙酸酸微生物：肠膜明串珠菌、短微生物：肠膜明串珠菌、短乳杆菌、酪乳杆菌乳杆菌、酪乳杆菌 产产物物是是乳乳酸酸、、乙乙醇醇、、乙乙酸酸和和CO2ⅢⅢ双双歧歧发发酵酵:微微生生物物是是两两歧歧双双歧歧杆杆菌菌；；终终产产物物是是乳乳酸酸、、乙乙酸酸。
保保健健中中间间产产物物多多乳酸发酵的应用乳酸发酵的应用 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|丙酸发酵：丙酸发酵：许多厌氧菌许多厌氧菌可进行丙酸发酵可进行丙酸发酵葡萄糖葡萄糖经经EMP途径分解为两途径分解为两个丙酮酸后，再被转化为丙个丙酮酸后，再被转化为丙酸酸少数丙酸细菌少数丙酸细菌还能将还能将乳乳酸酸(或利用葡萄糖分解而产生或利用葡萄糖分解而产生的乳酸的乳酸)转变为丙酸转变为丙酸 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|丁酸发酵：丁酸发酵：某些专性厌氧菌，某些专性厌氧菌，如梭菌属、丁酸弧菌属、真杆如梭菌属、丁酸弧菌属、真杆菌属和梭杆菌属，能进行丁酸菌属和梭杆菌属，能进行丁酸与丙酮与丙酮-丁醇发酵丁醇发酵葡萄糖经葡萄糖经EMP途径降解为丙酮酸，接着途径降解为丙酮酸，接着在丙酮酸在丙酮酸-铁氧还蛋白酶的参铁氧还蛋白酶的参与下，将丙酮酸转化为乙酰辅与下，将丙酮酸转化为乙酰辅酶酶A乙酰辅酶乙酰辅酶A再经一系列再经一系列反应生成丁酸或丁醇和丙酮反应生成丁酸或丁醇和丙酮 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢ⅠⅠ有氧呼吸有氧呼吸(aerobic respiration) ：：以分子以分子氧氧作为最终电子受体作为最终电子受体（（EMP+TCA）。
6CO2+6H2O+？？ATPC6H12O6+6O2参与微生物：好氧型、异氧型 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢ⅡⅡ无氧呼吸无氧呼吸：：化合物氧化脱下的氢和化合物氧化脱下的氢和电子经呼吸链传递，电子经呼吸链传递，最终交给最终交给无机无机氧化物氧化物的过程 某些 某些厌氧和兼性厌氧微生物厌氧和兼性厌氧微生物在在无氧无氧条件条件下进行无氧呼吸最终电子受下进行无氧呼吸最终电子受体是体是NO3-、、NO2-、、SO42-、、CO2等等外源受体它们的活动可造成外源受体它们的活动可造成反硝反硝化作用化作用(P168) 、、反硫化作用反硫化作用(P168)和和甲烷发酵作用甲烷发酵作用(P168)等 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢反硝化作用（硝酸盐呼吸反硝化作用（硝酸盐呼吸））|１、概念１、概念 指反硝化细菌（兼性厌氧微 指反硝化细菌（兼性厌氧微生物）以硝酸盐作为生物）以硝酸盐作为最终电最终电子受体子受体，使，使NO3-还原成还原成NO2-、、N2O、、N2等等的过程（通常称脱的过程（通常称脱N作用２、产生的条件２、产生的条件：厌氧、：厌氧、OM、、硝酸盐 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢３对农业和环境影响及控制措施３对农业和环境影响及控制措施 不利影响不利影响：：N素损失，污染环境；素损失，污染环境； 控制措施控制措施：：①①保证土壤良好通气条件；保证土壤良好通气条件；②②有机物施用均匀适量；；有机物施用均匀适量；；③③避免土壤避免土壤反复干湿交替，因为有机质氨化作用产反复干湿交替，因为有机质氨化作用产氨，在干、氧气充分条件下，氨经硝化氨，在干、氧气充分条件下，氨经硝化作用转变成作用转变成NO3- ，，若立即淹水，在厌氧若立即淹水，在厌氧条件下进行反硝化作用；条件下进行反硝化作用；④④水田应施水田应施NH4+―N，，不利施不利施NO3-―N；； NH4+ ―N应应深施，可同时伴施抑硝剂。
深施，可同时伴施抑硝剂 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 还原原层NH3NO3-下下渗渗反硝化作用反硝化作用硝化作用硝化作用上上升升NO3-NO2- N2O N2氧化氧化层H+ 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢反反硫硫化化作作用用（（硫硫酸酸盐盐呼呼吸吸））|概念概念：以：以SO42-为最终电子受体，为最终电子受体，使使SO42- 还原成还原成H2S的类型的类型微微生生物物：：主主要要是是细细菌菌，，称称反反硫硫化化细细菌菌或或硫硫酸酸还还原原菌菌，，是是严严格格厌厌氧氧菌菌 ，， 多多 数数 属属 兼兼 性性 营营 养养 型型 产生的条件产生的条件：厌氧、：厌氧、OM、、硝酸盐对农业和环境的影响对农业和环境的影响 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|4、对农业和环境的影响、对农业和环境的影响|（（1）有利）有利：水域中，使：水域中，使S素以素以H2S的形式返回大气，避免水域中的的形式返回大气，避免水域中的S素大量集聚素大量集聚2）不利）不利：导致土壤硫素损失；：导致土壤硫素损失；H2S毒害；金属管道的腐蚀；饮用水毒害；金属管道的腐蚀；饮用水的污染。
的污染 若水稻土中若水稻土中S素过多，在素过多，在氧化层，易造成酸害；还原层易造氧化层，易造成酸害；还原层易造成成H2S毒害；即双重毒害毒害；即双重毒害 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 有机质含量高且局部缺氧旱田中有机质含量高且局部缺氧旱田中,反硫化细菌生长旺，使有蛋白质反硫化细菌生长旺，使有蛋白质分解时产生分解时产生H2S，，土壤中硫酸盐经土壤中硫酸盐经反硫化作用也易产生反硫化作用也易产生H2S 同时由同时由于土壤中缺氧，硫化作用停止或于土壤中缺氧，硫化作用停止或微弱，以致微弱，以致H2S累积太多，毒害作累积太多，毒害作物根系水稻田中施有机肥料不物根系水稻田中施有机肥料不均匀，常引起均匀，常引起H2S毒害而发生水稻毒害而发生水稻秧苗烂根现象秧苗烂根现象 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 还原原层H2SH2 SO4 下下渗渗反硫化作用反硫化作用硫化作用硫化作用上上升升H2 SO4 H2S氧化氧化层 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢沼气发酵（甲烷生成）沼气发酵（甲烷生成）|指指COCO2 2作为最终电子受体，作为最终电子受体，使使COCO2 2 还原成甲烷还原成甲烷的类型。
的类型微生物：产甲烷细菌，微生物：产甲烷细菌，是严格厌氧菌，存在于是严格厌氧菌，存在于自然界和瘤胃中自然界和瘤胃中对农业和环境的影响对农业和环境的影响 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|化能自养微生物的生物氧化化能自养微生物的生物氧化：： 化能自养微生物化能自养微生物：可从：可从氧化无机物氧化无机物获得能量获得能量，产生，产生ATP，同化合成细，同化合成细胞物质1））氨的氧化氨的氧化（（2））硫的氧化硫的氧化（（3））铁的氧化铁的氧化（（4））氢的氧化氢的氧化 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢(1)(1)氨的氧化（硝化作用氨的氧化（硝化作用P183,P330P183,P330））w硝化细菌将氨氧化，释放能量同硝化细菌将氨氧化，释放能量同化化CO2合成细胞物质合成细胞物质w硝化细菌硝化细菌可分为可分为两个亚群两个亚群：：亚硝亚硝酸细菌酸细菌和和硝酸细菌硝酸细菌 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢w硝化细菌的特点：硝化细菌的特点：①①专性好专性好氧的；氧的； ②②G G＋＋细菌，无芽孢，细菌，无芽孢，分布广泛，对氧化基质有严分布广泛，对氧化基质有严格的专一性；格的专一性；③③亚硝酸细菌亚硝酸细菌和硝酸细菌是互生菌和硝酸细菌是互生菌；； ④④严严格的化能自养，格的化能自养，且大多数是且大多数是专性无机营养型。
专性无机营养型 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢u1、氨氧化为硝酸的、氨氧化为硝酸的两个阶段两个阶段：：ⅠⅠ氨氧化为亚硝酸氨氧化为亚硝酸( (亚硝酸作用亚硝酸作用) )亚硝酸细菌亚硝酸细菌:亚硝酸极毛杆菌、亚硝酸极毛杆菌、 亚硝酸球菌、亚硝酸螺菌亚硝酸球菌、亚硝酸螺菌ⅡⅡ亚硝酸氧化为硝酸亚硝酸氧化为硝酸NH4＋＋+3/2O2亚硝酸硝酸细菌菌NO2-＋＋H2O+2H＋＋+能量能量NO2-+1/2O2NO3-＋＋能量能量硝酸硝酸细菌菌硝酸硝酸细菌：菌：硝酸杆菌属、硝酸球菌属等硝酸杆菌属、硝酸球菌属等同同同同化化化化COCOCOCO2 2 2 2 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢2、硝化作用对农业和环境的影响、硝化作用对农业和环境的影响（（1）氨氧化为硝酸和大量硝态氮肥）氨氧化为硝酸和大量硝态氮肥为作物生长提供氮素营养，利高产为作物生长提供氮素营养，利高产但硝酸盐溶解性强（比铵盐强），但硝酸盐溶解性强（比铵盐强），易随雨水流入江、河、湖、海，不易随雨水流入江、河、湖、海，不仅大大降低肥料利用率（硝酸盐氮仅大大降低肥料利用率（硝酸盐氮肥一般是肥一般是40%），而且会引起水体），而且会引起水体富营养化，进而导致富营养化，进而导致“水华水华”或或“赤潮赤潮”等严重污染危害（大面积发等严重污染危害（大面积发生就很难治理）。
生就很难治理） 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|（（2））水华水华：淡水水体富营养化现：淡水水体富营养化现象其特点特点是，在温暖季节，当水是，在温暖季节，当水体中氮磷比达体中氮磷比达15～～20：：1时，水中时，水中的蓝细菌和浮游藻类（许多种类均的蓝细菌和浮游藻类（许多种类均产毒素）突然快速繁殖，从而使水产毒素）突然快速繁殖，从而使水面形成一薄层蓝、绿相间的泡沫面形成一薄层蓝、绿相间的泡沫2））赤潮赤潮：指发生在河口、港湾：指发生在河口、港湾或浅海等咸水区水体的富营养化现或浅海等咸水区水体的富营养化现象赤潮生物多达象赤潮生物多达260余种，包括余种，包括蓝细菌、藻类和原生动物蓝细菌、藻类和原生动物 Ø水体污染水体污染水体污染水体污染 富营养化富营养化富营养化富营养化和和和和近海赤潮近海赤潮近海赤潮近海赤潮已经不再是新鲜名词我国已经不再是新鲜名词我国已经不再是新鲜名词我国已经不再是新鲜名词我国近海每年都有大面积的赤潮发生近海每年都有大面积的赤潮发生近海每年都有大面积的赤潮发生近海每年都有大面积的赤潮发生 中国各海区赤潮发生情况（中国各海区赤潮发生情况（1952-1998）） 资料来自资料来自“邹景忠，赤潮灾害，邹景忠，赤潮灾害，《《海洋志海洋志》》” 沿海省（自治区、直辖市）赤潮发现次数沿海省（自治区、直辖市）赤潮发现次数沿海省（自治区、直辖市）赤潮发现次数沿海省（自治区、直辖市）赤潮发现次数 深远的影响：佛罗里达州近海的一场红潮造成大量鱼类及其他生物的死亡。
深远的影响：佛罗里达州近海的一场红潮造成大量鱼类及其他生物的死亡红潮很可能是由于海水中嗜铁细菌束毛藻（右）与相距半个地球之遥的南非红潮很可能是由于海水中嗜铁细菌束毛藻（右）与相距半个地球之遥的南非含铁浮尘共同作用的结果含铁浮尘共同作用的结果 我国水体富营养化和赤潮发生流域图我国水体富营养化和赤潮发生流域图 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 还原原层NH3NO3-下下渗渗反硝化作用反硝化作用硝化作用硝化作用上上升升NO3-NO2- N2O N2氧化氧化层H+还原原层NH3NO3-下下渗渗反硝化作用反硝化作用硝化作用硝化作用上上升升NO3-NO2- N2O N2氧化氧化层 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢p硫的氧化硫的氧化(硫化作用硫化作用)Ø硫化细菌能利用一种或多种还原态硫化细菌能利用一种或多种还原态或部分还原态硫化合物或部分还原态硫化合物(包括硫化物、包括硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐和元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐和亚硫酸盐亚硫酸盐)作能源，最后生成作能源，最后生成H2SO4的过程的过程Ø硫化硫化硫化硫化细细菌菌菌菌：指引起硫化作用的微生物的：指引起硫化作用的微生物的：指引起硫化作用的微生物的：指引起硫化作用的微生物的总总称，包括：硫杆菌属、称，包括：硫杆菌属、称，包括：硫杆菌属、称，包括：硫杆菌属、贝贝氏硫氏硫氏硫氏硫细细菌、菌、菌、菌、绿绿紫硫紫硫紫硫紫硫细细菌。
菌同同同同化化化化COCOCOCO2 2 2 2 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢ØØ 对农业和环境的影响：对农业和环境的影响： 产生产生SO42-，，作为植物直接吸作为植物直接吸收收S素物质；解除素物质；解除H2S毒害和除毒害和除臭；使土壤的微域环境酸化，臭；使土壤的微域环境酸化，促进难溶促进难溶S素的有效化，但同时素的有效化，但同时可能导致作物酸害可能导致作物酸害 微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 还原原层H2SH2 SO4 下下渗渗反硫化作用反硫化作用硫化作用硫化作用上上升升H2 SO4 H2S氧化氧化层 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢p铁的氧化铁的氧化Ø从亚铁到高铁的氧化，对于从亚铁到高铁的氧化，对于少少数细菌数细菌也是一种产能反应，但也是一种产能反应，但只有少量的能量可以被利用只有少量的能量可以被利用Ø亚铁氧化仅嗜酸性亚铁氧化仅嗜酸性氧化亚铁硫氧化亚铁硫杆菌杆菌进行了较为详细的研究进行了较为详细的研究在在低低pH环境中这种菌能利用亚环境中这种菌能利用亚铁氧化时放出的能量生长铁氧化时放出的能量生长。
第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢p氢的氧化氢的氧化Ø氢细菌氢细菌是一些呈是一些呈G-的兼性化的兼性化能自养菌它们能利用能自养菌它们能利用分子分子氢氧化氢氧化产生的能量产生的能量同化同化CO2，，也能利用其他有机物生长也能利用其他有机物生长 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|呼吸作用与发酵作用呼吸作用与发酵作用的的根本区别在于：根本区别在于：电子载体不电子载体不是将电子直接传递给底物降是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放出能子传递系统，逐步释放出能量后再交给最终电子受体量后再交给最终电子受体 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢作业：作业：1、指出硝化细菌培养基Ⅰ的C源、N源、能源分别是什么？ 硝化细菌培养基Ⅰ：(NH4)2SO40.5g、NaCl0.3g、FeSO4.7H2O0.03g、K2HPO41g、MgSO4.7H2O0.3g、CaCl27.5g、蒸馏水1000ml2、指出反硝化细菌培养基的C源、N源、能源分别是什么？ 反硝化细菌培养基：KNO32.0g、MgSO4.7H2O0.2g、K2HPO40.5g、酒石酸钾钠20g、蒸馏水1000ml、pH7.2。
第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 光能微生物不论是自养型还是 光能微生物不论是自养型还是异养型都具有光合色素，它们异养型都具有光合色素，它们象绿色植物一样可将光能转换象绿色植物一样可将光能转换为化学能为化学能(ATP)，，这种能量的转这种能量的转化方式称为光合磷酸化作用化方式称为光合磷酸化作用如植物、藻类、蓝细菌、光合如植物、藻类、蓝细菌、光合细菌、嗜盐菌等细菌、嗜盐菌等光能营养微生物的产能方式光能营养微生物的产能方式 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|能量转换：能量转换： 在产能代谢过程中，微生 在产能代谢过程中，微生物通过物通过底物水平磷酸化底物水平磷酸化和和氧氧化磷酸化化磷酸化将某种物质氧化而将某种物质氧化而释放的能量储存于释放的能量储存于ATP等高等高能分子中；光合微生物通过能分子中；光合微生物通过光合磷酸化光合磷酸化将光能转变为化将光能转变为化学能储存于学能储存于ATP中 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|底物水平磷酸化底物水平磷酸化 物质在生物氧化过程中，常生物质在生物氧化过程中，常生成一些含高能键化合物，且可成一些含高能键化合物，且可直接偶联直接偶联ATP或或GTP合成，这合成，这种产生种产生ATP等高能分子的方式等高能分子的方式称为称为底物水平磷酸化底物水平磷酸化。
存在于存在于发酵过程中，也存在于呼吸作发酵过程中，也存在于呼吸作用过程中用过程中 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢Ø例如，在例如，在EMP (P171)途径途径中，中，1，，3-二磷酸甘油酸转变二磷酸甘油酸转变为为3-磷酸甘油酸，磷酸烯醇磷酸甘油酸，磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸的过式丙酮酸转变为丙酮酸的过程中都分别偶联着程中都分别偶联着1分子分子ATP的形成；在的形成；在CTA中，琥珀酰中，琥珀酰辅酶辅酶A转变为琥珀酸时偶联转变为琥珀酸时偶联着一分子着一分子GTP的形成 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|氧化磷酸化氧化磷酸化 生生 物物 氧氧 化化 形形 成成 的的NADH和和FADH2可可通通过过位位于于线线粒粒体体内内膜膜和和细细菌菌质质膜膜上上的的电电子子传传递递系系统统，，将将电电子子传传递递给给氧氧或或其其他他氧氧化化型型物物质质，，偶偶联联着着ATP的的合合成成，，这这种种产产生生ATP的的方方式式称称为为氧氧化化磷磷酸酸化化 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢|光合磷酸化光合磷酸化是将光能转变成化是将光能转变成化学能，学能，CO2合成细胞物质。
合成细胞物质Ø行光合作用的生物体除绿色植物外，行光合作用的生物体除绿色植物外，还包括光合微生物，如藻类、蓝细还包括光合微生物，如藻类、蓝细菌和光合细菌菌和光合细菌(包括紫色细菌、绿包括紫色细菌、绿色细菌、嗜盐菌等色细菌、嗜盐菌等)Ø光合色素光合色素光合生物特有，将光能光合生物特有，将光能转化为化学能的关键物质转化为化学能的关键物质 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢次级次级/ 生代谢与次级代谢产物生代谢与次级代谢产物(P188-P194)Ø 初级代谢初级代谢：一般将微生物与外界吸收各种：一般将微生物与外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动维持生命活动的物质和能量的过程，称为初的物质和能量的过程，称为初级代谢Ø 次级代谢次级代谢：一般认为，是生物为了避免在：一般认为，是生物为了避免在初级代谢过程中某种中间产物积累所造成不初级代谢过程中某种中间产物积累所造成不利或外环境因素胁迫而产生的一类有利于生利或外环境因素胁迫而产生的一类有利于生存的代谢类型因此也可认为是在一定条件存的代谢类型因此也可认为是在一定条件下通过突变获得的一种适应生存的方式。
下通过突变获得的一种适应生存的方式 次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能物质的过程生命活动无明确功能物质的过程 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢次级代谢产物次级代谢产物：次级代谢过程的产：次级代谢过程的产物，即为次级代谢产物次级代物，即为次级代谢产物次级代谢产物大多是分子结构较复杂的谢产物大多是分子结构较复杂的化合物据作用，将其分为抗生化合物据作用，将其分为抗生素、激素、毒素及色素等类型 素、激素、毒素及色素等类型 抗抗生生素素|继继1929ＦＦleming和和1944ＷＷaksman分别分别发现发现青霉素和链霉素后，已发现抗生素青霉素和链霉素后，已发现抗生素10 000多种，但对动物的毒性或副作用多种，但对动物的毒性或副作用等原因，具有实用价值的目前仅有青霉等原因，具有实用价值的目前仅有青霉素、链霉素、四环素、红霉素等素、链霉素、四环素、红霉素等60多种放线菌、芽孢杆菌、粘细菌、假单孢菌、放线菌、芽孢杆菌、粘细菌、假单孢菌、蓝细菌、真菌均可合成，但已知抗生素蓝细菌、真菌均可合成，但已知抗生素的的2/3以上是以链霉菌为代表的放线菌以上是以链霉菌为代表的放线菌产生产生，放线菌中能产生抗生素的种类最，放线菌中能产生抗生素的种类最多，目前医疗上广泛应用的链霉素、红多，目前医疗上广泛应用的链霉素、红霉素、庆大霉素、金霉素、土霉素等都霉素、庆大霉素、金霉素、土霉素等都是由放线菌类群的一些种，主要是链霉是由放线菌类群的一些种，主要是链霉菌属产生。
菌属产生作用机制作用机制ＰＰ192：：①①抵制细胞壁合成，抵制细胞壁合成，②②损伤细胞质膜，损伤细胞质膜，③③干扰蛋白质合成干扰蛋白质合成 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 次级代谢与初级代谢关系密切：次级代谢与初级代谢关系密切：Ø 初级代谢关键性中间产物往往是次级代初级代谢关键性中间产物往往是次级代谢的前体，如谢的前体，如EMP的乙酰的乙酰CoA是合成四是合成四环素、红霉素的前体；环素、红霉素的前体；Ø次次级代代谢一般在菌体一般在菌体对数生数生长后期或后期或稳定定期期间进行，但会受到行，但会受到环境条件的影响；某境条件的影响；某些催化次些催化次级代代谢的的酶酶的的专一性不高；一性不高；Ø次次级代代谢产物的合成，因菌株不同而异；物的合成，因菌株不同而异；Ø质粒与次粒与次级代代谢的关系密切，控制着多的关系密切，控制着多种抗生素的合成种抗生素的合成 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 次级代谢不象初级代谢有明确的生次级代谢不象初级代谢有明确的生理功能理功能，因次级代谢途径即使被阻，因次级代谢途径即使被阻断，也不会影响菌体生长繁殖次断，也不会影响菌体生长繁殖。
次级代谢产物常限定在某些特定微生级代谢产物常限定在某些特定微生物中生成，因此它们没有一般性的物中生成，因此它们没有一般性的生理功能，也不是生物体生长繁殖生理功能，也不是生物体生长繁殖的必需物质，对它们本身可能是重的必需物质，对它们本身可能是重要的关于次级代谢的生理功能，要的关于次级代谢的生理功能，目前尚无一致的看法目前尚无一致的看法 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 第三章复习思考题第三章复习思考题 1、、名名词词解解释释：：培培养养基基、、加加富富培培养养基基、、选选择择培培养养基基、、鉴鉴别别培培养养基基、、灭灭菌菌与与消消毒毒、、硝硝化化作作用用、、硫硫化化作作用用、、反反硝硝化化作作用用、、反反硫硫化化作作用用、、发发酵酵作作用用、、呼吸作用、促进扩散、基团转位呼吸作用、促进扩散、基团转位 2、微生物的五大类营养物质？、微生物的五大类营养物质？ 3、、通通常常依依据据微微生生物物获获取取能能源源和和C源源的的方方式式，，将将微生物分为四类微生物分为四类?其能源和其能源和C源分别是什么？源分别是什么？ 4、按化学组成，培养基分为哪几类？、按化学组成，培养基分为哪几类？ 5、按物理状态的不同来划分，培养基分为哪几、按物理状态的不同来划分，培养基分为哪几类？不同类型培养基中凝固剂琼脂的用量是多类？不同类型培养基中凝固剂琼脂的用量是多少？琼脂的主要特点（凝固点和熔点）？少？琼脂的主要特点（凝固点和熔点）？ 6、按用途划分，培养基分为哪几类？一般地，、按用途划分，培养基分为哪几类？一般地，细菌、放线菌、霉菌的基础培养基是什么？加细菌、放线菌、霉菌的基础培养基是什么？加富培养基、选择培养基、鉴别培养基的区别？富培养基、选择培养基、鉴别培养基的区别？ 第第三三章章微微生生物物的的营营养养和和代代谢谢 7、、培培养养基基的的高高压压蒸蒸汽汽灭灭菌菌是是如如何何进进行行的的，，灭灭菌菌的的温温度度和和时时间间？？如如何何维维持持灭灭菌菌温温度度？？在在同同一一温温度度下下，，湿湿热热灭灭菌菌与与干干热热灭灭菌菌哪哪个个效效力力更更大大，，为为什么？什么？ 8、、试试比比较较有有氧氧呼呼吸吸与与无无氧氧呼呼吸吸、、有有氧氧呼呼吸吸与与发发酵、无氧呼吸与发酵的异同？酵、无氧呼吸与发酵的异同？ 9、、原原核核生生物物与与真真核核生生物物对对同同一一底底物物经经有有氧氧呼呼吸吸彻彻底底氧氧化化分分解解，，产产生生的的能能量量是是否否相相同同，，为为什什么么？？ 10、、化化能能自自氧氧微微生生物物的的产产能能代代谢谢：：硝硝化化作作用用、、硫化作用？化能自氧微生物的硫化作用？化能自氧微生物的C源、能源？源、能源？ 11、、营营养养物物质质进进入入细细胞胞的的方方式式主主要要有有哪哪四四种种，，各自的特点是什么？各自的特点是什么？ 12、次级代谢与次级代谢产物？、次级代谢与次级代谢产物？ 。