微生物营养与代谢

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1、第五章 微生物营养与代谢第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制第三节第三节 培养基培养基第四节第四节 微生物代谢微生物代谢第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型营养物质：营养物质：能满足微生物生长、繁殖和进行各种生理活动需要的物质。能满足微生物生长、繁殖和进行各种生理活动需要的物质。微生物营养微生物营养: 微生物摄取和利用营养物质的过程。微生物摄取和利用营养物质的过程。微生物的特点：微生物的特点：食谱广、胃口大食谱广、胃口大 营养物质营养物质是微生物生存的是微生物生存的物质基础物质基础

2、，而，而营养营养是生物维持和是生物维持和延续其生命形式的一种延续其生命形式的一种生理过程生理过程。第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能水水微微生生物物营营养养物物质质碳素化合物碳素化合物氮素化合物氮素化合物矿质元素矿质元素生长因子生长因子第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物碳素化合物(碳源碳源)： 碳源：是微生物细胞内碳素物质或代谢产物中的碳源：是微生物细胞内碳素物质或代谢产物中的C的来源。的来源。 占细胞干重的占细胞干重的5

3、0%。 第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物碳素化合物(碳源碳源)：微生物细胞中碳素的功能微生物细胞中碳素的功能：（2）大多数微生物的）大多数微生物的能源物质能源物质（1）构成微生物体有机分子的）构成微生物体有机分子的骨架骨架第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物碳素化合物(碳源碳源)：甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、酒糟等酒糟等无机物（无机物（CO2）有机物有机

4、物葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉有机酸、醇类、脂类有机酸、醇类、脂类微生物可以利用的碳源种类微生物可以利用的碳源种类非常广泛非常广泛第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物碳素化合物(碳源碳源)：甲烷氧化菌：甲烷氧化菌：甲烷、甲醇甲烷、甲醇根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？不同的微生物利用碳素的情况不同的微生物利用碳素的情况洋葱假单胞菌：洋葱假单胞菌：九十多种碳素化合物九十多种碳素化合物纤维素分解菌（部分）：纤维

5、素分解菌（部分）：只利用纤维素只利用纤维素148种碳源进行鉴定第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物碳素化合物(碳源碳源)：第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能2、氮素化合物（氮源）氮素化合物（氮源） 氮源：是构成微生物细胞含氮物质或代谢产物中的氮源：是构成微生物细胞含氮物质或代谢产物中的N素的来源。素的来源。 分子氮分子氮 N2（固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、蓝细菌蓝细菌）无机氮无

6、机氮 NH4+、NO3-、NO2-（多数微生物）（多数微生物）有机氮有机氮 蛋白质、牛肉膏、酵母膏蛋白质、牛肉膏、酵母膏（多数微生物）（多数微生物） 、多肽、氨基酸、多肽、氨基酸 尿素、玉米浆、饼粕（生产实践）尿素、玉米浆、饼粕（生产实践）微生物可利用的氮素化合物微生物可利用的氮素化合物：氮素化合物的功能氮素化合物的功能：构成构成细胞物质细胞物质，少数微生物的能源物质（如硝化细菌，少数微生物的能源物质（如硝化细菌氨）。氨）。第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能3、矿质元素、矿质元素 为机体提供了必要的金属元素。为机体

7、提供了必要的金属元素。 无机盐无机盐磷酸盐、硫酸盐、氯化物等磷酸盐、硫酸盐、氯化物等.大量元素大量元素： P、S、Fe、Mg、K、Ca 微量元素微量元素： Mn、Cu、Zn、Mo 第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能3、矿质元素、矿质元素主要功能：主要功能：a. 构成微生物细胞成分构成微生物细胞成分b. 参与酶的组成（参与酶的组成（Mg、Mn等）等）c. 维持细胞结构的稳定性（维持细胞结构的稳定性（Ca 、Mg等）等）d. 维持细胞渗透压平衡，有利于物质的运输维持细胞渗透压平衡，有利于物质的运输(K+、Na+等等)e

8、. 部分元素可作为少数类型微生物的能源部分元素可作为少数类型微生物的能源(Fe、S等等)第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能4、生长因子、生长因子 是指微生物生长必需的但本身不能合成，需要从外界吸收的且需要量又很是指微生物生长必需的但本身不能合成，需要从外界吸收的且需要量又很小的有机物质。小的有机物质。第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能4、生长因子、生长因子 生长因子功能：生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶构成酶的辅基或辅酶生长因子分类（化

9、学结构、生理作用）生长因子分类（化学结构、生理作用）: 氨基酸氨基酸 碱碱 基（嘌呤、嘧啶）基（嘌呤、嘧啶） 维生素维生素第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能4、生长因子特点：、生长因子特点：（1）不同的微生物，它们生长所需要的生长因子各不相同）不同的微生物，它们生长所需要的生长因子各不相同克氏杆菌克氏杆菌 维生素、对氨基苯甲酸维生素、对氨基苯甲酸肠膜明串珠菌肠膜明串珠菌 十七种氨基酸十七种氨基酸第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能4、生长

10、因子、生长因子（2）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化鲁毛霉：鲁毛霉： 厌氧条件下：需维生素厌氧条件下：需维生素B与生物素与生物素 好氧条件下：无需生长因子好氧条件下：无需生长因子第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能4、生长因子、生长因子（3）对生长因子未知微生物的培养）对生长因子未知微生物的培养酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液加入天然成分加入天然成分第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一

11、、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能5、水分水分 微生物水分含量：微生物水分含量：营养细胞营养细胞90%，孢子，孢子40%。生长、代谢必不可少的物质。生长、代谢必不可少的物质。第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能5、水分水分 水分在微生物生长代谢中的功能：水分在微生物生长代谢中的功能：a. 机体内生理生化反应的基础机体内生理生化反应的基础b. 溶剂与运输介质溶剂与运输介质c. 细胞内温度的缓冲剂作用细胞内温度的缓冲剂作用第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其

12、功能一、微生物营养物质及其功能5、水分水分水的活度（水的活度（Aw） （有效性）（有效性） 一定温度和压力条件下，溶液中水的蒸汽压力与同样条件一定温度和压力条件下，溶液中水的蒸汽压力与同样条件(T、P)下纯下纯水蒸汽压力之比。水蒸汽压力之比。定义公式是：定义公式是： Aw=Pw/P0w Pw:溶液中水的蒸汽压；溶液中水的蒸汽压；P 0 w:纯水的蒸汽压纯水的蒸汽压第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能5、水分水分微生物最适水的活度值微生物最适水的活度值细菌：细菌：0.93 0.99酵母菌：酵母菌：0.880.91霉菌：

13、霉菌：0.80左右左右特殊营养条件特殊营养条件氧氧 各各种种微微生生物物最最低低水水的的活活度度值值第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能一、微生物营养物质及其功能5、水分水分 从营养的角度分从营养的角度分 异养型生物异养型生物 自养型生物自养型生物 所需要营养物质所需要营养物质 有机物有机物 无机物无机物 生物种类生物种类 动物动物 植物植物第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型微生物属于哪类生物，自养还是异养？微生物属于哪类生物，自养还是异养？微生物微生物营养型营养型自养型自养

14、型异养型异养型能能 源源碳碳 源源CO2有机化合物有机化合物光能型光能型化能型化能型光光 能能化学能化学能光能自养型光能自养型化能自养型化能自养型光能异养型光能异养型化能异养型化能异养型 第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型 1、光能自养型（光能无机营养型）、光能自养型（光能无机营养型） 能够利用光能并以能够利用光能并以CO2作为唯一或主要碳源进行生长的微生物（蓝细菌）。作为唯一或主要碳源进行生长的微生物（蓝细菌）。念珠蓝细菌念珠蓝细菌基本特点：基本特点：B、供氢体（或电子供体）供氢体（或电子供体） 还原性无机物（如水）还原性无

15、机物（如水）C、还原、还原CO2A、光合色素光合色素 叶绿素、细菌叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素等叶绿素、细菌叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素等实例：实例：光光叶绿素叶绿素H2OCO2 (CH2O)+O2（蓝细菌）蓝细菌）光光菌绿素菌绿素2H2S+CO2 (CH2O)+H2O+2S（绿硫细菌和紫硫细菌）绿硫细菌和紫硫细菌） 第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型 1、光能自养型（光能无机营养型）、光能自养型（光能无机营养型）第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型2、光能异养型、

16、光能异养型(光能有机营养型）光能有机营养型） 利用光能并以有机化合物作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。利用光能并以有机化合物作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。紫色非硫细菌紫色非硫细菌基本特点：基本特点：B. 供氢体供氢体 有机物有机物C、还原有机物或、还原有机物或CO2形成细胞物质形成细胞物质A. 光合色素光合色素第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型2、光能异养型、光能异养型(光能有机营养型）光能有机营养型）光能异养型微生物在光能异养型微生物在C源利用上的特殊性：源利用上的特殊性： 能利用能利用CO2，但不是唯一碳源

17、。但不是唯一碳源。光能光能 细菌叶绿细菌叶绿（红螺菌红螺菌） CH3 CO2+2CHOH CH2O+2CH3COCH3+H2O CH3典型实例：典型实例： 利用这类细菌能利用低分子量有机物迅速增殖特点，可净化利用这类细菌能利用低分子量有机物迅速增殖特点，可净化高浓度有机废水高浓度有机废水 。第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型3、化能自养型、化能自养型(化能无机营养型）化能无机营养型） 利用无机化合物氧化时释放的能量作为能源，利用利用无机化合物氧化时释放的能量作为能源，利用CO2或碳酸盐作为唯一或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长

18、的一类微生物。或主要碳源进行生长的一类微生物。产甲烷细菌产甲烷细菌典型实例：典型实例： 硫化细菌、硝化细菌、氢细菌、铁细菌硫化细菌、硝化细菌、氢细菌、铁细菌 H2S、 NO3-、 H2、 Fe基本特点：基本特点： a. 能源：无机物氧化能源：无机物氧化 b. 供氢体：无机物，还原供氢体：无机物，还原CO2在自然界物质转换过程中起重要作用。在自然界物质转换过程中起重要作用。 第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型4、化能异养型（化能有机营养型）、化能异养型（化能有机营养型） 以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量作为

19、能源而以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量作为能源而生长的一类微生物。生长的一类微生物。苏云金杆菌苏云金杆菌基本特点：基本特点： a. 能源：有机物氧化能源：有机物氧化 b. 碳源：有机物碳源：有机物多数多数第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型4、化能异养型（化能有机营养型）、化能异养型（化能有机营养型）化能异养型微生物的分类（生活场所、获取养料方式）化能异养型微生物的分类（生活场所、获取养料方式） ：兼性寄主菌：既营寄生又营腐生生活的兼性寄主菌：既营寄生又营腐生生活的 (结核杆菌结核杆菌) 。寄生菌：只能在寄

20、生菌：只能在活寄主活寄主体吸收营养物生活的。体吸收营养物生活的。腐生菌腐生菌：利用腐生菌腐生菌：利用无生命无生命的有机物作为营养物质的有机物作为营养物质 (大多数大多数) 。第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型第一节第一节 微生物营养物质和营养类型微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型 小小 结结1、微生物营养型划分的依据是什么？、微生物营养型划分的依据是什么？碳源碳源能源能源2、微生物营养划分的相对性

21、、微生物营养划分的相对性 同一微生物在不同培养条件下生长时，它们的营养型可能发生变化。同一微生物在不同培养条件下生长时，它们的营养型可能发生变化。微生物微生物 提供的环境条件提供的环境条件 能源利用情况能源利用情况 营养型营养型氢单胞菌氢单胞菌 单纯的无机物环境单纯的无机物环境 利用氢的氧化获得能量，利用氢的氧化获得能量， 自养生活自养生活 将将CO2还原成细胞物质还原成细胞物质 提供有机物提供有机物 利用有机物获得能量利用有机物获得能量 异养生活异养生活红螺菌：红螺菌： 光光 照照 利用光能作能源利用光能作能源 光能异养光能异养 暗处理暗处理 利用有机物氧化产能利用有机物氧化产能 异养生活异

22、养生活第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制一、影响微生物对营养物质吸收的因素一、影响微生物对营养物质吸收的因素1、第一因素：细胞膜等细胞结构、第一因素：细胞膜等细胞结构 细胞膜细胞膜选择性半透膜选择性半透膜 细胞荚膜、粘液层以及细胞壁细胞荚膜、粘液层以及细胞壁2、第二因素：微生物细胞生活的环境、第二因素：微生物细胞生活的环境 pH值、温度值、温度 (溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性)3、第三因素：被吸收物质的特性。、第三因素：被吸收物质的特性。 分子量、溶解度、脂溶性等分子量、溶解度、脂溶性等第二节第二节 微生物营养物质的吸

23、收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式 是否消耗是否消耗能量能量 是否需要是否需要载体载体 是否发生被吸收物的是否发生被吸收物的化学变化化学变化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根据微生物对物质的吸收过程中：根据微生物对物质的吸收过程中：第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式1、单纯扩散（称被动扩散）、单纯扩散（称被动扩散） 被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力，从浓度高的地区向浓度被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力

24、，从浓度高的地区向浓度低的胞内扩散的过程。低的胞内扩散的过程。SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外 胞膜 胞内SSS最简单、纯物理第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式1、单纯扩散（称被动扩散）、单纯扩散（称被动扩散）单纯扩散的特点：单纯扩散的特点：SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外 胞膜 胞内SSSc. 不需要能量不需要能量 浓度梯渡浓度梯渡a. 非特异性的非特异性的 不需要载体不需要载体b. 吸收过程不发生化学变化吸收过程不发生化学变化如水、气体、甘油等不是主要的吸收方式不是主

25、要的吸收方式分子量小、脂溶性、极性小的物质易吸收。 第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内2、促进扩散、促进扩散 以细胞内外的浓度梯度为动力，在以细胞内外的浓度梯度为动力，在载体载体物质参与下，物质从浓度高的胞外物质参与下，物质从浓度高的胞外向浓度低的胞内扩散。向浓度低的胞内扩散。T S T S T真核微生物真核微生物糖类物质糖类物质第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式

26、SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内2、促进扩散、促进扩散 与单纯扩散的相同点：与单纯扩散的相同点：T S T S Tc. 无需代谢能。无需代谢能。a. 被动的扩散。被动的扩散。b. 无化学变化。无化学变化。第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内2、促进扩散、促进扩散促进扩散独有的特点：促进扩散独有的特点：T S T S T a. 载体的专一性载体的专一性 b. 运输速率提高运输速率提高第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营

27、养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式3、主动运输、主动运输 以代谢能为动力，在载体蛋白的参与下，将物质从胞外向胞内转运。以代谢能为动力，在载体蛋白的参与下，将物质从胞外向胞内转运。SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内T S T S T第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式3、主动运输、主动运输主动运输同促进扩散的共同点：主动运输同促进扩散的共同点： SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内T S T S Ta. 载体载体b. 载体构型的变化

28、载体构型的变化第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式3、主动运输、主动运输主动运输与促进扩散的不同点：主动运输与促进扩散的不同点：SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外 胞膜 胞内T S T S T主动运输动力主动运输动力代谢能，促进扩散动力代谢能，促进扩散动力浓度梯度浓度梯度 大肠杆菌对K离子的吸收，可以使细胞内离子的浓度比细胞外高2000余倍。第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式4、基团转位：、基团转位： 被吸收物质以

29、微生物的代谢能为动力，通过一个复杂的运输系统从胞外转被吸收物质以微生物的代谢能为动力，通过一个复杂的运输系统从胞外转运到胞内，并发生化学变化。运到胞内，并发生化学变化。大肠杆菌磷酸转移酶体系与葡萄糖的运输大肠杆菌磷酸转移酶体系与葡萄糖的运输厌氧细菌和兼性厌氧细菌厌氧细菌和兼性厌氧细菌第二节第二节 微生物营养物质的吸收机制微生物营养物质的吸收机制三、几种主要营养物质的吸收三、几种主要营养物质的吸收1、糖：、糖：主动运输（多数）主动运输（多数） 、促进扩散（真核）、基团转位（厌氧或兼性厌氧）、促进扩散（真核）、基团转位（厌氧或兼性厌氧）2、肽与氨基酸：、肽与氨基酸： 主动运输（主要方式）、主动运输

30、（主要方式）、促进扩散（次要方式）促进扩散（次要方式）3、离子：、离子： 主动运输主动运输第三节第三节 培养基培养基培养基：培养基： 是人工配制的适合微生物生长繁殖或是人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。积累代谢产物的营养物质。培养基的作用：培养基的作用： 为微生物提供理想的人工培养环境，以为微生物提供理想的人工培养环境，以进行微生物进行微生物生命活动规律生命活动规律的研究和微生物的研究和微生物生生物制品物制品的生产。的生产。第三节第三节 培养基培养基任何培养基都应该具备微生物生长所需要的五大营养要素任何培养基都应该具备微生物生长所需要的五大营养要素：碳源、氮源、无机盐、生长

31、因子、水碳源、氮源、无机盐、生长因子、水任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；常规高压蒸汽灭菌：常规高压蒸汽灭菌： 121 下下15-30分钟；分钟；某些成分进行分别灭菌；过滤除菌；某些成分进行分别灭菌；过滤除菌；第三节第三节 培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则1、适合不同微生物的营养特点。、适合不同微生物的营养特点。 (1)从营养型的角度看从营养型的角度看生理特点不同生理特点不同细菌细菌放线菌放线菌霉菌霉菌营养要求不同营养要求不同牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基高氏一号培养基高氏一号培养基马丁氏培养基等马丁氏培养基等(

32、2)从类群的角度看从类群的角度看自养微生物自养微生物 合成能力强合成能力强 简单的无机物简单的无机物异养微生物异养微生物 合成能力弱合成能力弱 至少提供一种有机物至少提供一种有机物第三节第三节 培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则2、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。 (1) 浓度适中原则浓度适中原则 大量元素大量元素 10-3-10-4 mol/L 微量元素微量元素 10-6-10-8 mol/L第三节第三节 培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则2、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。、调配好

33、培养基中各种营养成分的比例和浓度。 (2) 营养比例原则营养比例原则 a. C/Nb. 其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）同一种微生物在不同同一种微生物在不同C/N培养基培养时，表现不同。培养基培养时，表现不同。 短棒杆菌的谷氨酸发酵短棒杆菌的谷氨酸发酵 培养基培养基C/N=4:1，菌体繁殖菌体繁殖 C/N=3:1，谷氨酸形成谷氨酸形成不同的微生物，所需营养物不同的微生物，所需营养物C/N不同。不同。 细菌、酵母菌细胞的细菌、酵母菌细胞的C/N=5:1，而霉菌而霉菌=10:1第三节第三节 培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则3、控制培养

34、条件、控制培养条件pHO2CO2渗透压渗透压微生物生长繁殖微生物生长繁殖培养条件培养条件影响影响影响影响微生物培养体系微生物培养体系(1) 培养基的培养基的pH值的控制。值的控制。 第三节第三节 培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则a.根据各类微生物的特点来调节培养基的根据各类微生物的特点来调节培养基的pH值。值。 霉菌、酵母菌适于酸性，霉菌、酵母菌适于酸性， (pH为为6.0左右左右) 细菌、放线菌喜中性或偏碱性细菌、放线菌喜中性或偏碱性 (pH为为7.0-7.5左右左右)(1) 培养基的培养基的pH值的控制。值的控制。 第三节第三节 培养基培养基一、配制培养基的基本

35、原则一、配制培养基的基本原则 磷酸盐（磷酸盐（pH为为5.88.0）、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸）、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸 磷酸盐缓冲作用的反应式为：磷酸盐缓冲作用的反应式为： H+(强酸强酸)+HPO4 = (弱碱弱碱) H2PO 4 - (弱酸弱酸) OH-(强碱强碱)+H2PO4 -(弱酸弱酸) HPO 4 = (弱碱弱碱)+H2O 碳酸钙碳酸钙（配制培养基时加入）（配制培养基时加入） 酸或碱酸或碱（培养过程中加入）（培养过程中加入）b.使用使用pH值缓冲剂值缓冲剂微生物与氧气的关系，微生物可分为：微生物与氧气的关系，微生物可分为： 专性好氧性微生物专性好氧性微生物 专性厌氧性微生物专性厌氧

36、性微生物 兼性厌氧的微生物兼性厌氧的微生物第三节第三节 培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则实践对策：实践对策： 专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。 专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入还原剂。还原剂。 （如胱氨酸、巯基乙酸钠、（如胱氨酸、巯基乙酸钠、Na2S、抗坏血酸等）、抗坏血酸等）(2) O2浓度的调节浓度的调节（3）CO2的调节的调节 第三节第三节 培养基培养基一、配制培养基的基本原则一、配制培养基的基本原则增加增加CO2供应的途

37、径：供应的途径：紫硫细菌和绿硫细菌等紫硫细菌和绿硫细菌等厌氧性自养菌厌氧性自养菌：培养基中加入：培养基中加入NaHCO3按培养基成分按培养基成分按培养基的用途按培养基的用途按物理性状按物理性状第三节第三节 培养基培养基二、培养基的类型二、培养基的类型培养基类型培养基类型合成培养基合成培养基天然培养基（或半合成培养基）天然培养基（或半合成培养基）基本培养基基本培养基富集培养基富集培养基鉴别培养基鉴别培养基固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基半固体培养基半固体培养基1、按照培养基成分分：、按照培养基成分分： a. 合成培养基合成培养基 化学成分和浓度完全清楚的物质配制的培养基。化学成分和浓度完

38、全清楚的物质配制的培养基。第三节第三节 培养基培养基二、培养基的类型二、培养基的类型高氏一号合成培养基高氏一号合成培养基 可溶性淀粉可溶性淀粉 20.0克克KNO3 1.0克克K2HPO4 0.5克克MgSO47H2O 0.5 克克NaCl 0.5克克FeSO4 7H2O 溶液溶液2滴（滴（10%）蒸馏水蒸馏水 1000毫升毫升1、按照培养基成分分：、按照培养基成分分：第三节第三节 培养基培养基二、培养基的类型二、培养基的类型b. 天然培养基（半合成培养基）天然培养基（半合成培养基） 以动植物组织或微生物浸出液为原料配制的培养基。以动植物组织或微生物浸出液为原料配制的培养基。 牛肉膏蛋白胨培养

39、基牛肉膏蛋白胨培养基 牛肉膏牛肉膏 3.0 克克蛋白胨蛋白胨 10.0 克克食盐食盐 5.0 克克蒸馏水（自来水）蒸馏水（自来水） 1000毫升毫升优点：配制方便、营养丰富；优点：配制方便、营养丰富；缺点：化学成分不稳定，也无法确定。缺点：化学成分不稳定，也无法确定。 2、按照培养用途：、按照培养用途：第三节第三节 培养基培养基二、培养基的类型二、培养基的类型b. 富集培养基富集培养基(增殖培养基）增殖培养基） 适合某种微生物的生长而不利于其他微生物生长的培养基。适合某种微生物的生长而不利于其他微生物生长的培养基。c. 鉴别培养基鉴别培养基 根据微生物的代谢特点，通过指示剂的呈色反应，用以鉴别

40、不同微生根据微生物的代谢特点，通过指示剂的呈色反应，用以鉴别不同微生物的培养基。物的培养基。如伊红如伊红-甲基蓝培养基：甲基蓝培养基：大肠杆菌大肠杆菌绿色光泽；产气肠杆菌绿色光泽；产气肠杆菌灰棕色灰棕色a. 基本培养基基本培养基 将多种微生物都需要的营养物质配而成培养基。将多种微生物都需要的营养物质配而成培养基。3、按照培养基的物理性状、按照培养基的物理性状第三节第三节 培养基培养基二、培养基的类型二、培养基的类型b. 液体培养基液体培养基 未加凝固剂呈液态的培养基称为液体培养基。未加凝固剂呈液态的培养基称为液体培养基。c. 半固体培养基半固体培养基 在液体培养基中加入少量琼脂（在液体培养基中

41、加入少量琼脂（0.2-0.5%） 。a. 固体培养基固体培养基 在液体培养基中加入在液体培养基中加入凝固剂凝固剂使呈固体状态，称为固体培养基。使呈固体状态，称为固体培养基。柯赫（柯赫（Robert Koch）的助手的助手W Heese和和他他的夫人的夫人Fran Heese第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢代谢（代谢（metabolism）：细胞内发生的各种化学反应的总称。细胞内发生的各种化学反应的总称。物质物质分解代谢产能代谢分解代谢产能代谢合成代谢合成代谢-耗能代谢耗能代谢复杂分子复杂分子（有机物（有机物）分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢简单小分子简单小分子ATPH相互对立统一，决定着

42、生命的存在和发展。相互对立统一，决定着生命的存在和发展。 能量能量第四节第四节 微生物的能量代谢微生物的能量代谢一、微生物的产能代谢一、微生物的产能代谢生物氧化生物氧化是物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应逐步分解并释放能量的是物质在生物体内经过一系列连续的氧化还原反应逐步分解并释放能量的过程。过程。 * *：在此过程中实现氢离子和电子的转移：在此过程中实现氢离子和电子的转移最初最初能源能源有机物有机物还原态无机物还原态无机物光光化能异养微生物化能异养微生物化能自养微生物化能自养微生物光能营养微生物光能营养微生物高能键化合物高能键化合物（如（如ATP）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代

43、谢一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）生物氧化的功能为：生物氧化的功能为： 产能（ATP）、产还原力H+和产小分子中间代谢物。第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢微生物的主要产能方式微生物的主要产能方式发发 酵酵呼呼 吸吸无机物氧化无机物氧化光能转换（光合磷酸化）光能转换（光合磷酸化）产能方式产能方式共同点：共同点：氧化还原反应氧化还原反应区别点：区别点： 最终电子受体最终电子受体 氧化基质氧化基质一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）1、发酵（代谢发酵）发酵（代谢发酵）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢一分子葡萄糖释放一分子

44、葡萄糖释放225.7kJ的能量，其中有的能量，其中有62.7kJ的能量贮存于的能量贮存于2各各ATP中中 。有机物有机物氧化的基质氧化的基质 最终受氢体最终受氢体有机物有机物氧化氧化有机物有机物(1)发酵的特点：发酵的特点：工业发酵工业发酵：利用微生物进行大规模生产的过程，均称发酵。：利用微生物进行大规模生产的过程，均称发酵。 微生物或细胞在微生物或细胞在不需要氧不需要氧的条件下转化物质的形态并将底物中的化学能的条件下转化物质的形态并将底物中的化学能转移产生转移产生ATP的一种方式。的一种方式。 一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）第四节第四节 微生物的代谢微生

45、物的代谢(2) 酵母菌乙醇发酵酵母菌乙醇发酵（1）氧化基质：葡萄糖）氧化基质：葡萄糖（2）最终的受氢体：乙醛）最终的受氢体：乙醛（3）丙酮酸脱羧酶）丙酮酸脱羧酶发酵特点发酵特点C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CH2OH+2CO2+2ATP葡萄糖葡萄糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸乙醇乙醇乙醛乙醛丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2NAD+2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP2ADP2ATPOH丙酮酸丙酮酸脱羧酶脱羧酶 发酵：发酵： 微生物或细胞在微生物或细胞在不不需

46、要氧需要氧的条件下转化物质的的条件下转化物质的形态并将底物中的化学能转形态并将底物中的化学能转移产生移产生ATP的一种方式。的一种方式。 一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）(3) 正型乳酸发酵正型乳酸发酵C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP葡萄糖葡萄糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2NAD2NADH2ATP2ADP2ADP2ATP2ADP2ATPOH（1）氧化基质：葡萄糖）氧

47、化基质：葡萄糖（2）最终的受氢体：丙酮酸）最终的受氢体：丙酮酸发酵特点发酵特点第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢 (4)发酵类型的比较发酵类型的比较b. 糖酵解过程是两发酵类型糖酵解过程是两发酵类型ATP产生的唯一来源。产生的唯一来源。 基质（底物）水平的磷酸化基质（底物）水平的磷酸化 底物在其氧化过程中形成某些具有高能磷酸键的中间产物，这类中底物在其氧化过程中形成某些具有高能磷酸键的中间产物，这类中间产物，可将其高能键通过酶的作用转给间产物，可将其高能键通过酶的作用转给ADP而形成而

48、形成ATP的过程。的过程。在在EM途径中，哪些是具有高能磷酸键的中间产物？途径中，哪些是具有高能磷酸键的中间产物？两个发酵类型的共同点：两个发酵类型的共同点：a. 糖酵解途径糖酵解途径(EM等等)是发酵的主要途径。是发酵的主要途径。一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢 (4)发酵类型的比较发酵类型的比较HMP途径途径 ED途径途径磷酸解酮酶途径磷酸解酮酶途径自学自学一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢 (4)发酵类型的比较发酵类型的比较不同点：不同点：丙酮

49、酸丙酮酸丁酸丁醇发酵丁酸丁醇发酵丙酸发酵丙酸发酵混合酸发酵混合酸发酵丁二醇发酵丁二醇发酵正型乳酸发酵正型乳酸发酵酒精发酵酒精发酵一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢2、呼吸、呼吸 微生物以微生物以O2或其它无机物为电子最终受体进行有机物氧化的过程。或其它无机物为电子最终受体进行有机物氧化的过程。 葡萄糖在有氧条件下完全氧化时共释放葡萄糖在有氧条件下完全氧化时共释放2875.7kJ的能量，其中有的能量，其中有1254kJ的的能量贮存于能量贮存于36个个ATP中中 。一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解

50、代谢）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢2、呼吸、呼吸 (1) 特点：特点：b. 电子载体传递电子伴随电子载体传递电子伴随ATP大量形成大量形成氧化磷酸化：氧化磷酸化：通过电子传递系统将电子传递给氧或其他氧化型物质，在这通过电子传递系统将电子传递给氧或其他氧化型物质，在这个过程中偶联着个过程中偶联着ATP的合成，这种产生的合成，这种产生ATP的方式称为氧化磷酸化。的方式称为氧化磷酸化。 a. 电子载体电子载体传递电子传递电子电子传递链（呼吸链）电子传递链（呼吸链）一系列电子载体按照氧化还原电位升高的顺序排列而成的链。一系列电子载体按照氧化还原电位升高的顺序排列而成的链。一、微生物的产能代谢

51、（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢2、呼吸、呼吸 (2) 类型类型 （据电子最终受体分）（据电子最终受体分） b. 厌氧呼吸：厌氧呼吸：最终电子受体：无机物；底物：有机物。最终电子受体：无机物；底物：有机物。 NO3- SO4- CO3- 硝酸还原硝酸还原、硫酸盐还原、碳酸盐还原、硫酸盐还原、碳酸盐还原a. 有氧呼吸：有氧呼吸：最终电子受体：分子氧；底物：有机物。最终电子受体：分子氧；底物：有机物。一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微

52、生物的产能代谢（或分解代谢）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢3、无机物氧化：、无机物氧化：H2、NH3、HNO2、H2S（氢细菌、硝化细菌和硫细菌）氢细菌、硝化细菌和硫细菌）H2+1/2O2 H2O底物：无机物；底物：无机物；最终受氢体：氧气最终受氢体：氧气好氧的化能自养型好氧的化能自养型 ATP产生方式：氧化磷酸化或底物水平磷酸化产生方式：氧化磷酸化或底物水平磷酸化一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢4、光能转换（光合磷酸化）、光能转换（光合磷酸化）光能转变为化学能的过程：光能转变为化学能的过程： 当一个当一个光合色

53、素分子吸收光量子时被激活光合色素分子吸收光量子时被激活，导致其释放电子而被，导致其释放电子而被氧化，释放出的电子在电子传递系统中的传递过程中逐步释放能量，氧化，释放出的电子在电子传递系统中的传递过程中逐步释放能量，这就是光合磷酸化的基本动力。这就是光合磷酸化的基本动力。光合磷酸化和氧化磷酸化一样都是通过电子传递系统产生ATP一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢） 环式光合磷酸化环式光合磷酸化非环式光合磷酸化非环式光合磷酸化 嗜盐菌紫膜的光合作用嗜盐菌紫膜的光合作用光合磷酸化光合磷酸化( photophosphorylation)第四节第四节 微生物的代谢微生物的代

54、谢一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）Cyt.bc1e-e-e-e-环式光合磷酸化的光反应QABphCyt.c2QBQ库e-P870*P870e-外源电子供体H2S等无机物ADP+PiATPNAD(P)NAD(P)H2外源H2逆电子传递细菌叶绿素细菌叶绿素 只有一个环式光反应系统环式光合磷酸化特点 无氧条件下进行，不放氧有外援电子供体，如H2S等e-QAPhQBQ库FdFpe-e-e-Fe.SADP+PiATPe-叶绿素a 叶绿素a+e-叶绿素b 叶绿素b+H201/202Mn2+2H+e-NADPH+H+Cyt.bc1ADP+PiATPPC非环式光合磷酸化（n

55、on-cyclic photophosphorylation）非环式光合磷酸化特点非环式光合磷酸化特点两个光反应系统产ATP和O2 ， 产还原剂NADPH2Cncnc-micro电子传递属非循环式的在有氧条件下进行PNH+N+PN PNH+P顺式膜外膜内紫膜反式H+H+紫膜光合磷酸化紫膜光合磷酸化H+ADP+PiATP视黄醛视黄醛产能方式产能方式 底物底物 电子受体电子受体 ATP产生方式产生方式 微生物营养型微生物营养型发发 酵酵 有机物有机物 中间产物中间产物 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 化能异养型化能异养型呼呼 吸吸 有机物有机物 O2或无机物或无机物 电子传递或底物水平电子传递或底物

56、水平 化能异养型化能异养型无机物氧化无机物氧化 无机物无机物 O2 电子传递或底物水平电子传递或底物水平 化能自养型化能自养型 光能转换光能转换 光合磷酸化光合磷酸化 光能自养光能自养/异养异养第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢不同产能方式特征的比较不同产能方式特征的比较一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）分解代谢的三个阶段分解代谢的三个阶段第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢一、微生物的产能代谢（或分解代谢）一、微生物的产能代谢（或分解代谢）第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢二、微生物的合成代谢二、微生物的合成代谢（一）合成代谢产物类型（一）合成代谢

57、产物类型 1、细胞结构物质、细胞结构物质 2、次生代谢产物、次生代谢产物次级代谢次级代谢（次生代谢产物）（次生代谢产物） 微生物的生命活动没有直接相关关系或不密切的代谢类型微生物的生命活动没有直接相关关系或不密切的代谢类型避免初级代谢过程中某种中间避免初级代谢过程中某种中间产物积累造成的毒害的而产生的一类有产物积累造成的毒害的而产生的一类有利于生存的代谢类型利于生存的代谢类型初级代谢初级代谢（初级代谢产物）初级代谢产物） 合成细胞物质合成细胞物质（ 蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸等）蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸等） 与微生物的产能代谢和耗能代谢有关与微生物的产能代谢和耗能代谢有关第四节第四节

58、 微生物的代谢微生物的代谢二、微生物的合成代谢二、微生物的合成代谢（二）微生物合成代谢的生化过程（二）微生物合成代谢的生化过程异养菌合成代谢分三层次进行：异养菌合成代谢分三层次进行：第一层次：降解反应第一层次：降解反应（碳的骨架、能量）（碳的骨架、能量）多糖多糖单糖单糖小分子碳的化合物（小分子碳的化合物（C1-C7）第二层次：小分子合成反应第二层次：小分子合成反应（大分子合成的前提）（大分子合成的前提）碳化合物碳化合物小分子（氨基酸、氨基已糖、核苷酸）小分子（氨基酸、氨基已糖、核苷酸）第三层次：小分子合成大分子第三层次：小分子合成大分子蛋白质、核酸、多糖、类脂等蛋白质、核酸、多糖、类脂等能量与代谢的关系能量与代谢的关系第四节第四节 微生物的代谢微生物的代谢三、微生物能量的消耗三、微生物能量的消耗