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1、微生物营养微生物营养2 微生物在生长过程中，需要不断从外界环境中吸收物质，并加以利用，以获得能量和合成细胞物质，这个过程称为微生物的营养。 可以被微生物吸收和利用的物质，称为微生物的营养物质。 某些微生物不能合成一种或几种微量某些微生物不能合成一种或几种微量的小分子有机化合物，必须由外源直接供的小分子有机化合物，必须由外源直接供给才能进行生长繁殖，这类有机物称为生给才能进行生长繁殖，这类有机物称为生长因子。长因子。包括：包括：维生素、氨基酸和核苷维生素、氨基酸和核苷( (碱基碱基) )生长因子主要用来构成酶的辅基或辅酶，生长因子主要用来构成酶的辅基或辅酶，是某些酶活性所必需的成分。是某些酶活性
2、所必需的成分。4. 4. 生长因子生长因子 缺少合成生长因素能力的微生物称为缺少合成生长因素能力的微生物称为缺少合成生长因素能力的微生物称为缺少合成生长因素能力的微生物称为营养缺陷型微生物。营养缺陷型微生物。营养缺陷型微生物。营养缺陷型微生物。 缺少合成氨基酸能力的微生物称为缺少合成氨基酸能力的微生物称为缺少合成氨基酸能力的微生物称为缺少合成氨基酸能力的微生物称为氨基酸缺陷型氨基酸缺陷型氨基酸缺陷型氨基酸缺陷型 缺少合成维生素能力的微生物称为缺少合成维生素能力的微生物称为缺少合成维生素能力的微生物称为缺少合成维生素能力的微生物称为维生素缺陷型维生素缺陷型维生素缺陷型维生素缺陷型 缺少合成碱基能
3、力的微生物称为缺少合成碱基能力的微生物称为缺少合成碱基能力的微生物称为缺少合成碱基能力的微生物称为嘧啶或嘌呤缺陷型嘧啶或嘌呤缺陷型嘧啶或嘌呤缺陷型嘧啶或嘌呤缺陷型营养缺陷型营养缺陷型在同一种微生物中会有不同的营养缺陷型，利用在同一种微生物中会有不同的营养缺陷型，利用在同一种微生物中会有不同的营养缺陷型，利用在同一种微生物中会有不同的营养缺陷型，利用营养缺陷型分析各种微生物所需的生长因素。营养缺陷型分析各种微生物所需的生长因素。营养缺陷型分析各种微生物所需的生长因素。营养缺陷型分析各种微生物所需的生长因素。 自然界中的微生物如不缺少合成生长因素的能力，即不需自然界中的微生物如不缺少合成生长因素的
4、能力，即不需自然界中的微生物如不缺少合成生长因素的能力，即不需自然界中的微生物如不缺少合成生长因素的能力，即不需要生长素而能在基础培养基上生长的菌株通常称为要生长素而能在基础培养基上生长的菌株通常称为要生长素而能在基础培养基上生长的菌株通常称为要生长素而能在基础培养基上生长的菌株通常称为野生型或野生型或野生型或野生型或原养型原养型原养型原养型。野生型的菌株可以人工诱变而成为缺陷型菌株。野生型的菌株可以人工诱变而成为缺陷型菌株。野生型的菌株可以人工诱变而成为缺陷型菌株。野生型的菌株可以人工诱变而成为缺陷型菌株。微生物细胞的含水量较高，约占细胞鲜重的微生物细胞的含水量较高，约占细胞鲜重的微生物细胞
5、的含水量较高，约占细胞鲜重的微生物细胞的含水量较高，约占细胞鲜重的70-90%70-90%水对微生物有如下功能：水对微生物有如下功能： 1. 1. 细胞的重要组成成分细胞的重要组成成分细胞的重要组成成分细胞的重要组成成分 2. 2. 生化反应的介质生化反应的介质生化反应的介质生化反应的介质 3. 3. 营养物质和代谢产物的良好溶剂营养物质和代谢产物的良好溶剂营养物质和代谢产物的良好溶剂营养物质和代谢产物的良好溶剂 4 . 4 . 水的比热高，热的传导性好，能有效地吸收代谢水的比热高，热的传导性好，能有效地吸收代谢水的比热高，热的传导性好，能有效地吸收代谢水的比热高，热的传导性好，能有效地吸收代
6、谢过程中放出的热，并将吸收的热散发出去，避免导过程中放出的热，并将吸收的热散发出去，避免导过程中放出的热，并将吸收的热散发出去，避免导过程中放出的热，并将吸收的热散发出去，避免导致细胞内温度陡然升高致细胞内温度陡然升高致细胞内温度陡然升高致细胞内温度陡然升高 5. 5.水维持细胞的膨压水维持细胞的膨压水维持细胞的膨压水维持细胞的膨压5. 水水 分分纯水的纯水的纯水的纯水的aw=1aw=1，当水中有溶质时，水的活度变小。一般来，当水中有溶质时，水的活度变小。一般来，当水中有溶质时，水的活度变小。一般来，当水中有溶质时，水的活度变小。一般来说，说，说，说，细菌生长需要的细菌生长需要的细菌生长需要的
7、细菌生长需要的awaw值值值值霉菌霉菌霉菌霉菌盐细菌盐细菌盐细菌盐细菌耐旱真菌耐旱真菌耐旱真菌耐旱真菌微生物微生物微生物微生物生长需要的水的活度在生长需要的水的活度在生长需要的水的活度在生长需要的水的活度在0.630.630.990.99。当环境中的。当环境中的。当环境中的。当环境中的awaw值低于微值低于微值低于微值低于微生物生长需要时，微生物的生长受阻，甚至停止生长生物生长需要时，微生物的生长受阻，甚至停止生长生物生长需要时，微生物的生长受阻，甚至停止生长生物生长需要时，微生物的生长受阻，甚至停止生长 水的活度水的活度由于水可与溶质或其它分子结合，而不能被微生物由于水可与溶质或其它分子结合
8、，而不能被微生物由于水可与溶质或其它分子结合，而不能被微生物由于水可与溶质或其它分子结合，而不能被微生物利用，所以把微生物利用，所以把微生物利用，所以把微生物利用，所以把微生物可用水可用水可用水可用水用水的活度表示。用水的活度表示。用水的活度表示。用水的活度表示。水的活度是指在相同的温度和压力下，溶液中水的水的活度是指在相同的温度和压力下，溶液中水的水的活度是指在相同的温度和压力下，溶液中水的水的活度是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水的蒸汽压之比，即蒸汽压和纯水的蒸汽压之比，即蒸汽压和纯水的蒸汽压之比，即蒸汽压和纯水的蒸汽压之比，即P P溶液溶液P P纯水纯水aw= -aw= -
9、二、二、 微生物的营养类型微生物的营养类型自然界生物的营养类型包括：自然界生物的营养类型包括：自然界生物的营养类型包括：自然界生物的营养类型包括： 异养型：异养型：异养型：异养型：以复杂的有机物作为营养物质。以复杂的有机物作为营养物质。以复杂的有机物作为营养物质。以复杂的有机物作为营养物质。 自养型：自养型：自养型：自养型：以简单的无机物作为营养物质。以简单的无机物作为营养物质。以简单的无机物作为营养物质。以简单的无机物作为营养物质。 根据微生物获取根据微生物获取根据微生物获取根据微生物获取碳源、能源、氢或电子供碳源、能源、氢或电子供碳源、能源、氢或电子供碳源、能源、氢或电子供体的方式体的方式
10、体的方式体的方式，把微生物分为，把微生物分为，把微生物分为，把微生物分为光能无机营养型、光光能无机营养型、光光能无机营养型、光光能无机营养型、光能有机营养型、化能无机营养型和化能有机营能有机营养型、化能无机营养型和化能有机营能有机营养型、化能无机营养型和化能有机营能有机营养型、化能无机营养型和化能有机营养型养型养型养型四种营养类型。四种营养类型。四种营养类型。四种营养类型。藻类，蓝细菌（藻类，蓝细菌（藻类，蓝细菌（藻类，蓝细菌（Algae, CyanobacteriaAlgae, Cyanobacteria）CO2 + H2O Light + Chlorophyll （CH2O） +O2光合细
11、菌（光合细菌（光合细菌（光合细菌（Purple and green bacteriaPurple and green bacteria）CO2 + 2H2S Light + bacteriochlorophyll （CH2O） + H2O + 2S又称光能自养型。能以又称光能自养型。能以CO2为唯一或主要碳源并利用光能为唯一或主要碳源并利用光能生长。能进行光合作用，包括两类：生长。能进行光合作用，包括两类：(1)产氧光合作用：种类：藻类、蓝细菌产氧光合作用：种类：藻类、蓝细菌(2) 不产氧光合作用：种类：光合细菌如绿细菌、硫细菌不产氧光合作用：种类：光合细菌如绿细菌、硫细菌光能无机营养型光能无
12、机营养型 PhotoautotrophPhotoautotroph光能有机营养型光能有机营养型 Photoheterotroph紫色非硫细菌（紫色非硫细菌（紫色非硫细菌（紫色非硫细菌（Purple nonsulfur bacteria:Purple nonsulfur bacteria:红螺菌属红螺菌属红螺菌属红螺菌属 RhodospirillumRhodospirillum ) )COCO2 2 + 2CH+ 2CH3 3CHOHCHCHOHCH3 3 LightLight + bacteriochlorophyll+ bacteriochlorophyll （CHCH2 2OO） + H
13、+ H2 2O + 2CHO + 2CH3 3COCHCOCH3 3 这类微生物具有光合色素，能利用光能，这类微生物具有光合色素，能利用光能，这类微生物具有光合色素，能利用光能，这类微生物具有光合色素，能利用光能，以有机物作供以有机物作供以有机物作供以有机物作供HH体还原体还原体还原体还原COCO2 2 为细胞有机物，这为细胞有机物，这为细胞有机物，这为细胞有机物，这种类型的微生物往往要求供给外源的生长因素种类型的微生物往往要求供给外源的生长因素种类型的微生物往往要求供给外源的生长因素种类型的微生物往往要求供给外源的生长因素 这种营养型的微生物在污水净化中有重要意义，污水中的有机物可这种营养型
14、的微生物在污水净化中有重要意义，污水中的有机物可以被作为供以被作为供H体被降解，使污水降解，同时又可还原体被降解，使污水降解，同时又可还原CO2为菌体有为菌体有机物，获得菌体蛋白机物，获得菌体蛋白 化能无机营养型化能无机营养型 从无机物的氧化获得能量，以从无机物的氧化获得能量，以从无机物的氧化获得能量，以从无机物的氧化获得能量，以COCO2 2为唯一或主要碳源。包为唯一或主要碳源。包为唯一或主要碳源。包为唯一或主要碳源。包括氢细菌、硝化细菌、硫化细菌和铁细菌。括氢细菌、硝化细菌、硫化细菌和铁细菌。括氢细菌、硝化细菌、硫化细菌和铁细菌。括氢细菌、硝化细菌、硫化细菌和铁细菌。氢细菌氢细菌氢细菌氢细
15、菌 HH2 2 + 1/2 O+ 1/2 O2 2 H H2 2O + 56.7 KcalO + 56.7 Kcal硝化细菌硝化细菌硝化细菌硝化细菌：包括两类：包括两类：包括两类：包括两类 亚硝化细菌群亚硝化细菌群亚硝化细菌群亚硝化细菌群 2 NH 2 NH4 4+ + + 3 O + 3 O2 2 2 NO 2 NO2 2- - + 2 H + 2 H2 2O + 4 HO + 4 H+ + + + 能量能量能量能量 硝化细菌群硝化细菌群硝化细菌群硝化细菌群 NO NO2 2- - + 1/2 O+ 1/2 O2 2 NONO3 3- - + + 能量能量能量能量 获取能量后，硝化细菌将获取
16、能量后，硝化细菌将获取能量后，硝化细菌将获取能量后，硝化细菌将COCO2 2合成为有机碳。合成为有机碳。合成为有机碳。合成为有机碳。 CO CO2 2 +H +H+ + + + 能量能量能量能量 - (CH - (CH2 2O)O)n n- + H- + H2 2OO硫化细菌硫化细菌硫化细菌硫化细菌 H H2 2S S + 1/2 O+ 1/2 O2 2 H H2 2O + S + 50.1 KcalO + S + 50.1 Kcal S S + 3/2 O+ 3/2 O2 2 + + HH2 2O HO H2 2SOSO4 4 +149.8 Kcal +149.8 Kcal铁细菌铁细菌铁细菌
17、铁细菌 2Fe 2Fe2+2+ + 1/2 O+ 1/2 O2 2 + 2 H+ 2 H+ + 2Fe2Fe3+3+ + + HH2 2O + 21.2 KcalO + 21.2 Kcal 以有机物为碳源和能源，绝大多数细菌、所以有机物为碳源和能源，绝大多数细菌、所以有机物为碳源和能源，绝大多数细菌、所以有机物为碳源和能源，绝大多数细菌、所有真菌、原生动物和病毒均属此营养类型。有真菌、原生动物和病毒均属此营养类型。有真菌、原生动物和病毒均属此营养类型。有真菌、原生动物和病毒均属此营养类型。化能有机营养型中有一类特殊的化能有机营养型中有一类特殊的营养类型，即营养类型，即寄生营养型寄生营养型，如衣
18、，如衣原体和病毒原体和病毒 能量：来自有机物的氧化能量：来自有机物的氧化 碳源：有机物碳源：有机物化能有机营养型化能有机营养型四种营养类型的比较四种营养类型的比较三、三、 微生物吸收营养物质的方式微生物吸收营养物质的方式q 胞吞噬作用（胞吞噬作用（胞吞噬作用（胞吞噬作用（膜泡膜泡膜泡膜泡运输）：原生动物运输）：原生动物运输）：原生动物运输）：原生动物q 渗透作用：绝大多数微生物以渗透作用通过细渗透作用：绝大多数微生物以渗透作用通过细渗透作用：绝大多数微生物以渗透作用通过细渗透作用：绝大多数微生物以渗透作用通过细胞膜从外界获得营养。胞膜从外界获得营养。胞膜从外界获得营养。胞膜从外界获得营养。细胞
19、膜是物质进出细胞的主要屏障，养料通过膜细胞膜是物质进出细胞的主要屏障，养料通过膜细胞膜是物质进出细胞的主要屏障，养料通过膜细胞膜是物质进出细胞的主要屏障，养料通过膜进入细胞的过程称为膜运输。有以下四种方式：进入细胞的过程称为膜运输。有以下四种方式：进入细胞的过程称为膜运输。有以下四种方式：进入细胞的过程称为膜运输。有以下四种方式：被动扩散被动扩散; ; 促进促进( (协助协助) ) 扩散扩散; ; 主动运输主动运输; ; 基团转位基团转位被被被被输输输输送送送送的的的的物物物物质质质质靠靠靠靠细细细细胞胞胞胞内内内内外外外外的的的的浓浓浓浓度度度度梯梯梯梯度度度度差差差差为为为为动动动动力力力
20、力，溶溶溶溶质质质质分分分分子子子子从从从从高高高高浓浓浓浓度度度度区区区区域域域域向向向向低低低低浓浓浓浓度度度度区区区区域域域域扩扩扩扩散散散散，直直直直到到到到两边的浓度相等。两边的浓度相等。两边的浓度相等。两边的浓度相等。是小分子物质是小分子物质是小分子物质是小分子物质(H(H(H(H2 2 2 2O O O O、COCOCOCO2 2 2 2、O O O O2 2 2 2) ) ) )进出细胞的方式。进出细胞的方式。进出细胞的方式。进出细胞的方式。特点：特点：不需要膜上不需要膜上载体参与，不消耗载体参与，不消耗能量。能量。单纯扩散或被动扩散单纯扩散或被动扩散以物质的浓度梯度为动力，由
21、质膜上的载体蛋白以物质的浓度梯度为动力，由质膜上的载体蛋白以物质的浓度梯度为动力，由质膜上的载体蛋白以物质的浓度梯度为动力，由质膜上的载体蛋白与养料可逆结合来协助养料运输的方式。与养料可逆结合来协助养料运输的方式。与养料可逆结合来协助养料运输的方式。与养料可逆结合来协助养料运输的方式。促进扩散促进扩散特点：特点：a. 载体蛋白或称透性酶载体蛋白或称透性酶与养料专性结合。与养料专性结合。b. 速度比被动运输快。速度比被动运输快。c. 运输方向由高浓度向运输方向由高浓度向低浓度，不消耗能量。低浓度，不消耗能量。主动运输主动运输特点：特点：a.与与扩扩散散吸吸收收的的区区别别是是可可逆逆浓浓度度梯梯
22、度运输。度运输。b.需要消耗能量。需要消耗能量。 质膜上的载体蛋白与养料结合，可以逆浓度梯度质膜上的载体蛋白与养料结合，可以逆浓度梯度运输的一种运输方式。是微生物吸收营养物质的主运输的一种运输方式。是微生物吸收营养物质的主要方式。要方式。钠钠钾钾泵泵钠钾泵作用机制钠钾泵作用机制基团转位基团转位PEP + sugar (outside) pyruvate + sugar-P (inside)基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输，脂肪酸、
23、核苷、碱基等也可通过这要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。基团转位也称磷酸转移酶系统（种方式运输。基团转位也称磷酸转移酶系统（种方式运输。基团转位也称磷酸转移酶系统（种方式运输。基团转位也称磷酸转移酶系统（PTSPTS）。）。）。）。PTSPTS通常由通常由通常由通常由5 5种蛋白质组成，包括酶种蛋白质组成，包括酶种蛋白质组成，包括酶种蛋白质组成，包括酶、酶、酶、酶、酶（包括（包括（包括（包括a a a a、b b b b和和和和c c c c三个亚基）和一种低相对分子质量的热稳定
24、蛋白三个亚基）和一种低相对分子质量的热稳定蛋白三个亚基）和一种低相对分子质量的热稳定蛋白三个亚基）和一种低相对分子质量的热稳定蛋白质（质（质（质（HPrHPrHPrHPr）。）。）。）。培养基：培养基：按照合适的比例，用人工方法配按照合适的比例，用人工方法配制而成的适合微生物生长繁殖或产生代制而成的适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。谢产物的营养基质。配制培养基的原则配制培养基的原则（1）满足微生物营养需求）满足微生物营养需求（2）营养成分浓度及其配比得当）营养成分浓度及其配比得当 （注意营养成分的注意营养成分的C：N 及及渗透压渗透压）（3）物理化学条件合适：如控制适当的）物理化学条
25、件合适：如控制适当的 pH及及Eh值值四、四、 培养基培养基培养基的种类培养基的种类按培养基的来源划分按培养基的来源划分（1 1）天然培养基：天然培养基：由化学成分不完全清楚的天然物由化学成分不完全清楚的天然物由化学成分不完全清楚的天然物由化学成分不完全清楚的天然物质配制而成的培养基，如培养细菌的牛肉膏蛋白胨质配制而成的培养基，如培养细菌的牛肉膏蛋白胨质配制而成的培养基，如培养细菌的牛肉膏蛋白胨质配制而成的培养基，如培养细菌的牛肉膏蛋白胨培养基培养基培养基培养基（2 2）合成培养基：合成培养基：由化学成分已知的化合物配制而由化学成分已知的化合物配制而由化学成分已知的化合物配制而由化学成分已知的
26、化合物配制而成的培养基，如培养放线菌的高氏一号培养基成的培养基，如培养放线菌的高氏一号培养基成的培养基，如培养放线菌的高氏一号培养基成的培养基，如培养放线菌的高氏一号培养基（3 3）半合成培养基：半合成培养基：由化学成分和化学成分已知由化学成分和化学成分已知由化学成分和化学成分已知由化学成分和化学成分已知的化合物配制的化合物配制的化合物配制的化合物配制 而成的培养基，如培养真菌的马铃薯而成的培养基，如培养真菌的马铃薯而成的培养基，如培养真菌的马铃薯而成的培养基，如培养真菌的马铃薯蔗糖培养基蔗糖培养基蔗糖培养基蔗糖培养基 按物理状态划分按物理状态划分（1）固体培养基固体培养基：1.52.0的琼脂
27、的琼脂作凝固剂作凝固剂（2）液体培养剂：）液体培养剂： 无凝固剂无凝固剂（3）半固体培养基）半固体培养基：0.20.7的琼的琼脂作凝固剂脂作凝固剂按特定用途划分按特定用途划分基本培养基基本培养基 按照大多数微生物的生长需要的要求，由基本营养成按照大多数微生物的生长需要的要求，由基本营养成按照大多数微生物的生长需要的要求，由基本营养成按照大多数微生物的生长需要的要求，由基本营养成分配制而成的一种培养基。分配制而成的一种培养基。分配制而成的一种培养基。分配制而成的一种培养基。加富培养基加富培养基 在基本培养基中加入血、血清、动物或植物组织液或在基本培养基中加入血、血清、动物或植物组织液或在基本培养
28、基中加入血、血清、动物或植物组织液或在基本培养基中加入血、血清、动物或植物组织液或其他生长因素配制而成的一类营养特别丰富的培养基，其他生长因素配制而成的一类营养特别丰富的培养基，其他生长因素配制而成的一类营养特别丰富的培养基，其他生长因素配制而成的一类营养特别丰富的培养基，该培养基适于一种或一类微生物的生长而使该类微生该培养基适于一种或一类微生物的生长而使该类微生该培养基适于一种或一类微生物的生长而使该类微生该培养基适于一种或一类微生物的生长而使该类微生物得到富集。物得到富集。物得到富集。物得到富集。选择培养基选择培养基 培养基中加入某种物质以抑制不需要的微生物的生长培养基中加入某种物质以抑制不需要的微生物的生长培养基中加入某种物质以抑制不需要的微生物的生长培养基中加入某种物质以抑制不需要的微生物的生长。鉴别培养基鉴别培养基 培养基中加入化学物质，用以区别不同微生物。培养基中加入化学物质，用以区别不同微生物。培养基中加入化学物质，用以区别不同微生物。培养基中加入化学物质，用以区别不同微生物。
