第三章微生物的营养与代谢课件

第三章第三章 微生物的营养与代谢微生物的营养与代谢第三章 微生物的营养与代谢1l营养物质营养物质(nutrient)(nutrient)：能够满足微生物机体能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质.l营养营养(nutrition)(nutrition)：微生物获得和利用营养物微生物获得和利用营养物质的过程质的过程.营养物质是微生物生存的物质基础，而营营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。理过程。营养物质(nutrient)：能够满足微生物机体生长、繁殖和2微生物细胞微生物细胞水水:70%-90%干物质干物质有机物蛋白质、糖、脂、有机物蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降核酸、维生素等及其降解产物解产物 无机物（盐）无机物（盐）微生物微生物 动物动物 植物之间存在植物之间存在“营养上的统一性营养上的统一性”细胞化学元素组成细胞化学元素组成:主要元素主要元素:碳碳 氢氢 氧氧 氮氮 磷磷 硫硫 钾钾 镁镁 钙钙 铁等铁等微量元素微量元素:锌锌 锰锰 钠钠 氯氯 钼钼 硒硒 钴钴 铜铜 钨钨 镍等镍等微生物细胞水:70%-90%干物质有机物蛋白质、糖、脂、无3第一节第一节 微生物的营养要求微生物的营养要求营养物质的功能：提供能量；提供合成原料；调节代谢活动进行；提供适宜代谢环境；6种营养要素：碳源，氮源，能源，生长因子，无机盐和水。第一节 微生物的营养要求营养物质的功能：41 1、碳源、碳源 碳源碳源指凡是可以作为微生物细胞结构或代指凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质谢产物中碳架来源的营养物质1.11.1碳源的作用碳源的作用碳素化合物是构成机体中有机物分子的骨架碳素化合物是构成机体中有机物分子的骨架碳素化合物是大多数微生物的能源碳素化合物是大多数微生物的能源构成微生物代谢产物的分子骨架构成微生物代谢产物的分子骨架1、碳源 碳源指凡是可以作为微生物细胞结51.21.2微生物的碳源微生物的碳源凡必需利用有机碳源的微生物，称为凡必需利用有机碳源的微生物，称为异异养微生物养微生物凡能利用无机碳源的微生物，则是凡能利用无机碳源的微生物，则是自养自养微生物微生物1.2微生物的碳源6第三章微生物的营养与代谢课件72 2、氮源氮源 氮源氮源指指凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。2.12.1氮源的作用氮源的作用氮源是构成微生物细胞物质或代谢产物中的氮素来源氮素一般不提供能源，只有少数例外2、氮源 氮源指凡能提供微生物生长繁殖所8 2.22.2微生物的氮源微生物的氮源 包括蛋白质及其不同程度的降解产物(胨、肽、氨基酸等)、铵盐、硝酸盐、分子氮、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物等。2.2微生物的氮源9第三章微生物的营养与代谢课件10l速效氮源：速效氮源：很快被微生物利用的物质，有很快被微生物利用的物质，有利于菌体生长利于菌体生长.如硫铵、玉米浆等。用于发如硫铵、玉米浆等。用于发酵前期。酵前期。l迟效氮源：迟效氮源：微生物利用速度较慢的物质，微生物利用速度较慢的物质，有利于代谢物质形成。如花生饼粉、黄豆有利于代谢物质形成。如花生饼粉、黄豆饼粉等。用于发酵后期。饼粉等。用于发酵后期。速效氮源：很快被微生物利用的物质，有利于菌体生长.如硫铵、玉113 3、无机盐无机盐 无机盐无机盐指微生物生长必需的金属元素：由硫酸盐、磷酸盐、氯化物等供给。3.13.1无机盐的作用无机盐的作用l构成微生物细胞的各种组分l作为酶的组成部分l维持酶的活性l调节并维持细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位l有些元素作为某些微生物生长的能源物质等3、无机盐 无机盐指微生物生长必需的金属元素：由硫酸12元元素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KHKH2 2 PO PO4 4,K,K2 2HPOHPO4 4核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及ATPATP等高能分子的等高能分子的成分，作为缓冲系统调节培养基成分，作为缓冲系统调节培养基pHpH硫硫(NH(NH 4 4)2 2 SO SO4 4,MgSOMgSO4 4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、维生素的成分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位成分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位镁镁MgSOMgSO4 4己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等己糖磷酸化酶、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活性中心组分，叶绿素和细菌叶绿素成分钙钙CaClCaCl2 2,Ca(NO,Ca(NO3 3)2 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，的稳定性，芽孢和某些孢子形成所需芽孢和某些孢子形成所需钠钠NaClNaCl细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶的稳定性酶的稳定性钾钾KHKH2 2 PO PO4 4,K,K2 2 HPO HPO4 4某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细菌核糖体的稳定因子菌核糖体的稳定因子铁铁Fe SO Fe SO 4 4细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物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。质，合成叶绿素、白喉毒素所需。无机盐及其生理功能无机盐及其生理功能元化合物形式(常用)生理功能磷KH2 PO4,K2HP13微量元素与生理功能微量元素与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、醛缩酶、存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、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微量元素与生理功能元素生理功能锌存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶144、生长因子、生长因子 生长因子为一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。广义的生长因子包括：维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶碱及其衍生物、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、一些脂肪酸等。狭义的生长因子：一般仅指维生素。生长因子的主要功能生长因子的主要功能：提供微生物细胞重要化学物质、辅因子的组分和参与代谢。4、生长因子 生长因子为一类对微生物正常代谢15第三章微生物的营养与代谢课件16第三章微生物的营养与代谢课件175、水、水水在细胞中的生理功能主要有：水在细胞中的生理功能主要有：微生物细胞的组成成分；细胞营养物质和代谢产物的溶剂；细胞中各种生化反应的良好介质；维持微生物细胞的膨压；稳定细胞内环境温度。5、水水在细胞中的生理功能主要有：186.能源（能源（energy source）能源是能为微生物的生命活动提供最初能能源是能为微生物的生命活动提供最初能量来源的物质量来源的物质.6.能源（energy source）19第三章微生物的营养与代谢课件20划分依据划分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为以有机物氧化释放的化学能为能源能源电子供体电子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划分依据营养类型特点碳源自养型(autotrophs)以CO21营养类型营养类型电子供体电子供体碳源碳源能源能源举例举例光能无机光能无机自养型自养型H2、H2S、S、或、或H2OCO2光能光能着色细菌、蓝细菌、着色细菌、蓝细菌、藻类藻类光能有机光能有机异养型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化能无机自养型自养型H2、H2S、Fe2+、NH3、或、或NO-2CO2化学能化学能(无机物无机物氧化氧化)氢细菌、硫杆菌、氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌属、硝亚硝化单胞菌属、硝化杆菌属、甲烷杆菌化杆菌属、甲烷杆菌属、醋酸杆菌属属、醋酸杆菌属化能有机化能有机异养型异养型有机物有机物有机物有机物化学能化学能(有机物有机物氧化氧化)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、原生动物营养类型电子供体碳源能源举例光能无机自养型H2、H2S、S、22第三节第三节 微生物的培养基微生物的培养基 培养基培养基是人工配制的，适合微是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。养基质。任何培养基都应该具备微生物生任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：长所需要六大营养要素：碳源、氮源、碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水。无机盐、能源、生长因子、水。第三节 微生物的培养基 培养基是人工配制的，适合微231 1、选用和设计培养基的原则和方法、选用和设计培养基的原则和方法1 1、1 1选择适宜的营养物质选择适宜的营养物质由于微生物营养类型复杂，不同微生物对由于微生物营养类型复杂，不同微生物对营养物质的需求是不一样的，要根据不同营养物质的需求是不一样的，要根据不同微生物的营养需求配制针对性强的培养基。微生物的营养需求配制针对性强的培养基。1、选用和设计培养基的原则和方法1、1选择适宜的营养物质24第三章微生物的营养与代谢课件251.21.2营养物质浓度及配比合适营养物质浓度及配比合适C/NC/N比：是指微生物培养基中所含的碳源比：是指微生物培养基中所含的碳源中碳原子的摩尔数与氮源中氮原子的摩中碳原子的摩尔数与氮源中氮原子的摩尔数之比。尔数之比。1.2营养物质浓度及配比合适C/N比：是指微生物培养基中所含261.3 1.3 物理化学条件适宜物理化学条件适宜(1)pHl细菌：pH 7.0-8.0pH 7.0-8.0l放线菌：pH 7.5-8.5pH 7.5-8.5l酵母菌：pH 3.8-6.0pH 3.8-6.0l霉菌：pH 4.0-5.8pH 4.0-5.81.3 物理化学条件适宜(1)pH27第三章微生物的营养与代谢课件28(2)水分活度水分活度 在一定的温度和压力条件下,溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比,即：w=Pw/P o w(2)水分活度 在一定的温度和压力条件下,29第三章微生物的营养与代谢课件30(3)氧化还原电位氧化还原电位 氧化还原电位又称氧化还原电势，氧化还原电位又称氧化还原电势，是度量某氧化还原系统中的还原剂释是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是指标，其单位是V V（伏）或（伏）或mVmV（毫伏）。（毫伏）。(3)氧化还原电位 氧化还原电位又称氧化31氧化还原电位氧化还原电位:l好氧性微生物：好氧性微生物：+0.1+0.1伏以上时可正常伏以上时可正常生长生长,以以+0.3+0.3+0.4+0.4伏为宜；伏为宜；l厌氧性微生物：厌氧性微生物：低于低于+0.1+0.1伏条件下生伏条件下生长；长；l兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1+0.1伏以上时进行伏以上时进行好氧呼吸好氧呼吸,+0.1,+0.1伏以下时进行发酵。伏以下时进行发酵。氧化还原电位:好氧性微生物：+0.1伏以上时可正常生长,以+321.41.4332 2、培养基的类型及应用、培养基的类型及应用2.12.1按成份不同划分按成份不同划分(1)(1)天然培养基天然培养基 以化学成分还不清楚或化学成分不恒定以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成。的天然有机物组成。l优点：优点：取材方便、营养丰富、种类繁多、配取材方便、营养丰富、种类繁多、配制方便；制方便；l缺点：缺点：确切营养成分不明确、不稳定。确切营养成分不明确、不稳定。2、培养基的类型及应用2.1按成份不同划分34营养物养物质 来源来源主要成分主要成分牛肉浸膏牛肉浸膏瘦牛肉瘦牛肉组织浸出汁浸出汁浓缩而成的膏状物而成的膏状物质富含水溶性糖富含水溶性糖类、有机氮、有机氮化合物、化合物、维生素、生素、盐等等蛋白蛋白胨将肉、酪素或明胶用将肉、酪素或明胶用酸或蛋白酸或蛋白酶酶水解后干水解后干燥而成燥而成富含有机氮化合物、也含富含有机氮化合物、也含有一些有一些维生素和糖生素和糖类的粉的粉末状物末状物质酵母浸膏酵母浸膏酵母酵母细胞的水溶性提胞的水溶性提取物取物浓缩而成的膏状而成的膏状物物质富含富含B类维生素，也含有有生素，也含有有机氮化合物和糖机氮化合物和糖类营养物质来源主要成分牛肉浸膏瘦牛肉组织浸出汁浓缩而成的膏状物35(2)(2)合成培养基合成培养基 合成培养基合成培养基是由化学成份完全了解是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基。的物质配制而成的培养基。l优点：优点：成分已知、精确成分已知、精确、重复性好。、重复性好。l缺点：缺点：价格较贵、配制较烦，培养的微价格较贵、配制较烦，培养的微生物生长较慢生物生长较慢(2)合成培养基 合成培养基是由化学成份完全了解的物36(3)(3)半合成培养基半合成培养基 半合成培养基半合成培养基由部分天然材料和由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养部分已知的纯化学药品组成的培养基。基。l特点：特点：是配制方便，成本低，微生是配制方便，成本低，微生物生长良好。物生长良好。(3)半合成培养基 半合成培养基由部分天然372.2 2.2 根据物理状态划分根据物理状态划分液体培养基液体培养基固体培养基固体培养基半固体培养基半固体培养基2.2 根据物理状态划分液体培养基38比比较项目目 化学化学组成成 营养养价价值 分解分解性性 融化融化温度温度 凝固凝固温度温度 常用常用浓度度 耐高温耐高温灭菌菌 琼脂脂 聚半聚半乳糖乳糖的硫的硫酸酸酯 无无 罕罕见 96 40 1.5 2.5%强强 明胶明胶 蛋白蛋白质 可作可作氮源氮源 较易易 25 20 5 12%弱弱 琼脂与明胶生物与理化性能比较琼脂与明胶生物与理化性能比较 比较项目 化学组成 营养价值 分解性 融化温度 凝固温度 常392.3 根据用途划分根据用途划分 (1)(1)基础培养基基础培养基:含有一般微生物生长繁殖所需基本营养成分的培养基称为基础培养基。(2)(2)加富培养基加富培养基:指在基础培养基中额外加入某些特殊需要的营养成分配制而成的营养更为丰富的培养基。2.3 根据用途划分 (1)基础培养基:含有一般微生402.3 根据用途划分根据用途划分 (3)(3)选择性培养基选择性培养基:用于从混杂的微生物群落中选择性地分离某种或某类微生物而配制的培养基称为选择性培养基。正选择：正选择：添加某种特定的成分为培养基主要或唯一的营养物 反选择：反选择：添加某种或某些微生物生长抑制剂.2.3 根据用途划分 (3)选择性培养基:用于从混杂的41第三章微生物的营养与代谢课件422.3 根据用途划分根据用途划分 (4)(4)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显色反应用以鉴定不同微生物的培养基称为鉴别培养基。2.3 根据用途划分 (4)鉴别培养基:43 鉴别培养基鉴别培养基指含有某种代谢产物指示剂的培养基，可使不同微生物经培养后出现显著差别。如：伊红美兰培养基；糖发酵培养基等。用于快速鉴别微生物。(4)鉴别培养基(differential medium)鉴别培养基指含有某种代谢产物指示剂的培养基44一些鉴别培养基一些鉴别培养基45第三章微生物的营养与代谢课件46第四节第四节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式单纯扩散促进扩散主动运输基团转位第四节 营养物质进入细胞的方式单纯扩散471.单纯扩散单纯扩散l单纯扩散以物质单纯扩散以物质的浓度梯度为动的浓度梯度为动力，而不需要代力，而不需要代谢能量穿膜运输谢能量穿膜运输方式。不需要载方式。不需要载体参与。体参与。1.单纯扩散单纯扩散以物质的浓度梯度为动力，而不需要代谢能量482.2.促进扩散促进扩散l促进扩散：促进扩散：借助于膜上底物特异性载借助于膜上底物特异性载体蛋白的参与，加快环境中高浓度物体蛋白的参与，加快环境中高浓度物质进入细胞，直至膜两侧的溶质浓度质进入细胞，直至膜两侧的溶质浓度相等为止。相等为止。l通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。酸、单糖、维生素及无机盐等。2.促进扩散促进扩散：借助于膜上底物特异性载体蛋白的参与，加493.3.主动运输主动运输l主动运输是广泛存在于微生物中的一主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。种主要的物质运输方式。l在物质运输过程中需要消耗能量，可在物质运输过程中需要消耗能量，可以进行逆浓度运输。以进行逆浓度运输。3.主动运输主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输50Na+，K+-ATP酶酶(Na+，K+-ATPase)系统系统 Na+，K+-ATP酶(Na+，K+-ATPase)系统 514 4基团转移基团转移 基团转移基团转移是一种既需要载体蛋白又是一种既需要载体蛋白又需要消耗能量的物质运输方式。其与主需要消耗能量的物质运输方式。其与主动运输方式不同的是它有一个复杂的运动运输方式不同的是它有一个复杂的运输酶系统来完成物质的运输，同时底物输酶系统来完成物质的运输，同时底物在运输过程中发生化学结构变化。在运输过程中发生化学结构变化。4基团转移 基团转移是一种既需要载体蛋白又52第三章微生物的营养与代谢课件53第三章微生物的营养与代谢课件54第三章微生物的营养与代谢课件55