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1、Good afternoon第四章第四章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基Microbial Nutrition Microbial Nutrition and Mediumand Medium第一节第一节微生物的微生物的6类营养要素类营养要素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营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式第四节第四节培养基培养基第一节第一节 微生物的微生物的6类营养要素类营养要素1概念2功能3细胞化学组成4营养物质一、概一、概念念营养物营养物(nutrient)(nutrient)：具有营养功能的物质。具有营养功能的物质。指能够为微生物的正常生命活
2、动提供结指能够为微生物的正常生命活动提供结构物质、能量、代谢调节的物质和必要构物质、能量、代谢调节的物质和必要的生理环境。的生理环境。营养营养（nutrition)：生物体从外部环境生物体从外部环境中摄取其生命活动所必需的能量和物质，中摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一切最基以满足正常生长和繁殖需要的一切最基本的生理功能。本的生理功能。二、微生物营养的功能二、微生物营养的功能参与微生物细胞的组成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提供微生物机体进行各种生理活动所需的能量量形成微生物代谢产物的来源形成微生物代谢产物的来源营养物质是微生物新陈代谢和
3、一切生命活动营养物质是微生物新陈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。的物质基础，失去这个基础，生命也就停止。三、微生物细胞的化学组成三、微生物细胞的化学组成组成元素大量元素macroelementsmacroelements ：碳、氢、氧、氮、磷、硫其他元素trace elementtrace element ：钾、钠、钙、镁、铁、锰、铜、钴、锌、钼等存在方式有机物：蛋白质、糖、脂、核酸、维生素，降解产物、代谢中间产物无机盐灰分： 1)参与有机物组成；2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在. 水细胞干重的70%90%，以游离水和结合水两种形式存在。其中结合水占水总量的1
4、7%28% 四、微生物细胞的营养物质四、微生物细胞的营养物质1.碳源（碳源（Carbonsource）2.氮源（氮源（Nitrogensource)3.能源（能源（Energysource)4.生长因子（生长因子（Growthfactor)5.无机盐无机盐6.水水1、微、微生生物物的的碳碳源源Carbonsource定义：定义：一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。碳占细胞干重的物。碳占细胞干重的50。功能：功能：提供合成细胞物质及代谢物的原料提供合成细胞物质及代谢物的原料; ;并为并为整个整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。生理活动提供所需
5、要能源（异养微生物）。碳源谱碳源谱:无机碳：无机碳：如CO2和碳酸盐等。有有机机碳碳：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的化合物。异养微生物异养微生物：必须：必须利用有机碳源有机碳源的为数众多的微生物。自养微生物自养微生物：以无机碳源无机碳源做为主要碳源主要碳源的种类极少的微生物。微生物可利用的碳源微生物可利用的碳源糖类：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，木质素等有机酸：有机酸：乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级脂肪酸，氨基酸等醇类：醇类：乙醇脂类：脂
6、类：脂肪，磷脂烃类：烃类：天然气，石油，石油馏分，石蜡油CO2：CO2碳酸盐：碳酸盐：NaHCO3,CaCO3,白垩，等其他：其他：芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽，核酸等微生物工业发酵中用做碳源的原料微生物工业发酵中用做碳源的原料传统种类：糖类（单糖，饴糖）淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等）麸皮各种米糠等代粮发酵：纤维素、石油、CO22、微微生生物物的的氮氮源源Nitrogen source Nitrogen source 概念：概念：凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。氮占细菌干重的1215。功能：功能： 1 1）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料； 2
7、 2）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。种类：种类： 无机氮源：无机氮源：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、大气铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、大气N N2 2等等 有机氮源：有机氮源：蛋白胨、酵母膏、玉米浆、鱼粉、蛋白胨、酵母膏、玉米浆、鱼粉、 黄豆黄豆 饼、花生饼等饼、花生饼等蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源。无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源。生理酸性、碱性、中性盐(NH4)2SO42NH4+SO42-入胞入胞pHK+（Na+）+NO3-入胞入胞pHKNO3NaNO3NH4NO3NH4+(先入胞先入胞)
8、+NO3-(后入胞后入胞)3、微微生生物物的的能能源源化能异养微生物：有机物（同碳源）化能异养微生物：有机物（同碳源） 化学物质化学物质 化能自养微生物：还原态无机化能自养微生物：还原态无机 NH NH4 4+ +,NO,NO2 2- -, S, H, S, H2 2S, HS, H2 2,Fe,Fe2 2+ + 等物等物 能源谱能源谱 （不同碳源）（不同碳源） 光能：光能自养和光能异养微生物光能：光能自养和光能异养微生物4 4、生长因子（、生长因子（growth factorgrowth factor）：）：定义定义:是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量是一类对微生物正常生活所不可缺少而
9、需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。同。狭义：维生素狭义：维生素广义：维生素、氨基酸、碱基、嘌呤、碱基、生物广义：维生素、氨基酸、碱基、嘌呤、碱基、生物素等素等1.purinesandpyrimidines:requiredforsynthesisofnucleicacids(DNAandRNA)2.aminoacids:requiredforthesynth
10、esisofproteins3.vitamins:neededascoenzymesandfunctionalgroupsofcertainenzymescategories:Growthfactorsareorganizedintothreecategories: 缺乏合成生长因子能力的微生物称为缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营营养缺陷型养缺陷型”微生物。微生物。 有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶，所以不能合成生长所必需的氨氨基酸的酶，所以不能合成生长所必需的氨基酸，这类微生物被称为基酸，这类微生物被称为“氨基酸缺陷型氨基酸缺陷型”。例如：肠
11、膜明串珠菌（例如：肠膜明串珠菌（leuconostoc leuconostoc mesenteroidesmesenteroides）常常需要由外源供给多种氨常常需要由外源供给多种氨基酸才能生长基酸才能生长根据微生物对生长因子的需要存在差异根据微生物对生长因子的需要存在差异，可分为：可分为：1. 野生型野生型(wild type) 原养型原养型 不需要生长因子而能在基础培养基不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株上生长的菌株2. 营养缺陷型营养缺陷型(auxotroph) 由于自发或诱发突变等原因从野生由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特定生长素物型菌株产生的需要提供特定生
12、长素物质才能生长的菌株质才能生长的菌株5、微、微生生物物的的无无机机盐盐定义：定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式共给。盐的形式共给。大量元素大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生长（微生物生长所需浓度在所需浓度在10-310-4mol/L）微量元素微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生长所需（微生物生长所需浓度在浓度在10-610-8mol/L）生理功能无机盐大量元素微量元素一般功能特殊功能酶的激活剂（Cu2+、M
13、n2+、Zn2+等）特殊分子或酶结构成分（Co、Mo等）维持渗透压生理调节物质酶的激活剂pH的稳定化能自养菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-)无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-)细胞内一般分子成分(如P，S，Ca，Mg，Fe等)无无机机元元素素的的来来源源和和功功能能6、水、水水的功能：水的功能：是微生物细胞的重要组成部分，使原生质保持溶胶状态，保证代谢正常进行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几种生物的游离水含量人体：60%海蛰：96%微生物孢子营养体霉菌孢子：39%细菌芽孢：皮层：70%核心：极低细菌：80%酵母：75%霉菌：85%水在细胞中有两种存在形式：
14、水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离水结合水和游离水.不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别：差别：微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）常用环境（或基质）中的常用环境（或基质）中的水活度值（水活度值（wateractivity, w）表示。表示。定义：所谓定义：所谓 w就是水的有效浓度，就是水的有效浓度，在一定的温度条在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比件下，溶液的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比即：即： w= / o 表示溶液的蒸汽压表示溶液的蒸汽压 o表示纯水的蒸汽压表示纯水的蒸汽
15、压在在 w为为0.600.99的环境条件均有微生物生长，但对的环境条件均有微生物生长，但对某种微生物而言，它对某种微生物而言，它对 w的要求是一定的，微生物对的要求是一定的，微生物对水的需求有相当的变化程度。即微生物不同，其水的需求有相当的变化程度。即微生物不同，其生长生长的最适的最适 w亦不同。亦不同。几类微生物生长最适几类微生物生长最适 w微生物微生物 w一般细菌一般细菌0.91酵母菌酵母菌0.88霉菌霉菌0.80噬盐细菌噬盐细菌0.70噬盐真菌噬盐真菌0.65嗜高渗酵母嗜高渗酵母0.60为了表示微生物生长与水的关系，有时也常用为了表示微生物生长与水的关系，有时也常用相对湿度相对湿度（RH
16、)的概念（的概念（ w100=RH）；通常也用测定蒸气相中相）；通常也用测定蒸气相中相对湿度的方法得知溶液或物质的水活度。对湿度的方法得知溶液或物质的水活度。第二节 微生物的营养类型根据生长所需要的碳源性质分：根据生长所需要的碳源性质分：异养型：异养型：在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质自养型：自养型：在生长时能以简单的无机物质作为营养物质在生长时能以简单的无机物质作为营养物质根据生长时能量的来源分：根据生长时能量的来源分：化能营养型：化能营养型：依靠化合物氧化释放的能量进行生长依靠化合物氧化释放的能量进行生长光能营养型：光能营养型：依靠光能进行生长依靠光能进行生长按供氢体分按供氢体分无机营养型生物无机营养型生物有机营养型生物有机营养型生物按碳源、能源和供氢体的不同分为：按碳源、能源和供氢体的不同分为：营养类型1。光能自养型微生物。光能自养型微生物以以C02作作为为唯唯一一碳碳源源或或主主要要碳碳源源，并并利利用用光光能能，以以无无机机物物如如硫硫化氢作为化氢作为供氢体供氢体将将CO2还原成细胞物质。还原成细胞物质。光能光能CO2H2SCH
