微生物的營養(yǎng)第1頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

主要內(nèi)容1.微生物的營養(yǎng)要求1.1微生物細胞的化學組成1.2營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能1.3微生物的營養(yǎng)類型(nutritionaltypes)2.

培養(yǎng)基2.1選用和設(shè)計培養(yǎng)基的原則和方法2.2培養(yǎng)基的類型及應用第2頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

主要內(nèi)容3.營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞3.1擴散(diffusion)3.2促進擴散(facilitateddiffusion)3.3主動運輸(activetransport)3.4膜泡運輸(memberanevesicletransport）第3頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求營養(yǎng)物質(zhì)：滿足機體生長、繁殖和生理活動的物質(zhì)營養(yǎng)：獲取和利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程。微生物營養(yǎng)是微生物生理學重要部分，主要闡明營養(yǎng)物質(zhì)在其生命活動中的生理功能及微生物細胞從外界環(huán)境攝取營養(yǎng)物的具體機制。第4頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求1.微生物細胞的化學組成2.營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能3.微生物的營養(yǎng)類型(nutritionaltypes)第5頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求

主要元素：C、H、O、N、S、P(97％)1.化學元素

微量元素:Zn、Mn、Na、Cl、Co、Cu化學元素比例因菌種、培養(yǎng)條件等有所不同，如：幼齡菌含N高，硫細菌較多S，鐵細菌較多Fe，等。（一）微生物細胞的化學組成第6頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求2.化學成分及其分析化學元素組成有機物、無機物和水（70％－90％）有機物分析:1）化學法直接抽提，定性定量分析2）破碎細胞得亞顯微結(jié)構(gòu)，再分析（一）微生物細胞的化學組成第7頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求無機物指與有機物或單獨存在的無機鹽等物質(zhì)，分析：干細胞高溫爐（550℃）焚燒得到的灰分（ashcostituent）無機方法分析其中各種無機元素含量。水分：細胞表面水分吸干后的重量為濕重；采用低溫真空干燥、紅外快速烘干方法烘干至恒重為干重。（一）微生物細胞的化學組成第8頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求1.碳源（sourceofcarbon）提供碳素的物質(zhì)，一般還是能源物質(zhì)。微生物對碳源選擇性：糖類一般是良好碳源和能源，對不同糖利用不同。E.Coli在葡萄糖和半乳糖培養(yǎng)基生長，前者為速效碳源，后者為遲效碳源。（二）營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能第9頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求工業(yè)發(fā)酵一般用糖蜜、淀粉、飴糖等，為節(jié)約采用纖維素這種廣泛存在的物質(zhì)培養(yǎng)微生物。不同菌種利用碳源能力不同，如：假單孢菌屬中的一些能利用90多種碳源；甲基營養(yǎng)型只利用甲醇、甲烷等一碳化合物為能源物質(zhì)。（二）營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能第10頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求2.氮源（Sourceofnitrogen）合成含氮物質(zhì)，一般不作為能源，只有少數(shù)自養(yǎng)型利用銨鹽、硝酸鹽作為氮源和能源。可利用的氮源：Pr及其降解物、銨鹽、硝酸鹽、N2、嘌呤等。常用的Pr類氮源有：蛋白胨、魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅粉、牛肉膏、酵母膏等。對pr氮源利用選擇性：玉米漿是速效氮源，利于菌體生長；花生餅粉和黃豆餅粉是遲效氮源，利于代謝產(chǎn)物積累。（二）營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能第11頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求2.氮源（Sourceofnitrogen）速效氮源：對銨鹽和硝酸鹽類氮源利用能力強，可直接吸收利用，稱為～。以(NH4)2SO4為氮源，NH4＋被吸收，pH下降，為生理酸性鹽；KNO3為氮源，NO3-被吸收，使pH升為生理堿性鹽，所以加緩沖劑避免pH變化。（二）營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能第12頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求3.無機鹽（inorganicsalt）功能：酶活性中心的組成部分，維持生物大分子和細胞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)滲透壓、控制氧化還原電位、某些生物的能源物質(zhì)等。微量元素：相對概念10-8~10-6mol/L（二）營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能第13頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求4.生長因子（growthfactor）量少、自身不能合成或合成量不能滿足機體生長需要的有機化合物。分：維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶維生素－－輔酶缺乏合成某種aa能力－－補充aa。如：腸膜明串珠菌需17種aa嘌呤和嘧啶－－輔酶及合成核苷等（二）營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能第14頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求5.水1）溶劑和運輸介質(zhì)，營養(yǎng)物質(zhì)吸收及代謝物分泌2）參與細胞內(nèi)的生化反應3）維持Pr、核酸穩(wěn)定天然構(gòu)象4）熱的良好導體，控制細胞內(nèi)溫度變化5）維持細胞自身正常形態(tài)6）控制酶、微管、鞭毛等多亞基結(jié)構(gòu)組裝和解離（二）營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能第15頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求水活度值（αw）：一定溫度、壓力下溶液蒸汽壓力與同樣條件下純水壓力比。微生物一般在0.60～0.99生長，αw過低微生物生長的延緩期延長，比生長速率和總生長量減少。一般細菌的比酵母和霉菌高，嗜鹽菌較低0.76。（二）營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能第16頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求根據(jù)碳源、能源及電子供體等分為：光能無機自養(yǎng)：光為能源，利用無機物為碳源光能有機異養(yǎng)：光為能源，生長需要有機物質(zhì)化能無機自養(yǎng)：無機物氧化供能，生長不依賴有機物化能有機異養(yǎng)：有機物氧化供能，生長依賴有機物（三）微生物的營養(yǎng)類型(nutritionaltypes)第17頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四劃分依據(jù)營養(yǎng)類型特點碳源自養(yǎng)型以CO2為唯一或主要碳源異養(yǎng)型有機物能源光能營養(yǎng)型光為能源化能營養(yǎng)型有機物氧化的化學能電子供體無機營養(yǎng)型還原無機物為e供體有機營養(yǎng)型有機物為e供體微生物營養(yǎng)類型第18頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第19頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四一、微生物的營養(yǎng)要求微生物營養(yǎng)類型不是一成不變的，在一定條件下會轉(zhuǎn)化的。如：紫色非硫細菌沒有有機物時可以同化CO2，有機物存在又是異養(yǎng)型。營養(yǎng)缺陷型：突變后失去合成某種對該菌株必不可少的物質(zhì)的能力，為～原養(yǎng)型：相應的野生型菌株為～（三）微生物的營養(yǎng)類型(nutritionaltypes)第20頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）培養(yǎng)基（culturemedium）是人工配制，適合微生物生長繁殖或代謝產(chǎn)物積累的營養(yǎng)基質(zhì)。第21頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）1、選擇適宜的營養(yǎng)物質(zhì)首先考慮不同微生物營養(yǎng)需要，如：自養(yǎng)、異養(yǎng)細菌一般肉湯培養(yǎng)基；放線菌高氏1號合成培養(yǎng)基；酵母菌麥芽汁培養(yǎng)基；等（一）選用和設(shè)計培養(yǎng)基的原則和方法第22頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）2、營養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適C：N影響大，如：谷氨酸Glu發(fā)酵時C:N為4:1時菌體大量生長；3:1時Glu大量積累。C：N也指還原糖和粗蛋白之比（一）選用和設(shè)計培養(yǎng)基的原則和方法第23頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）3、pH細菌、放線菌7～7.5；霉菌和酵母4.5～6。在微生物生長過程中會有變化，所以需要加緩沖劑，最常見的是磷酸鹽緩沖劑(6.4~7.2)若是大量產(chǎn)酸可加入難溶的碳酸鹽中和。氨基酸、肽、蛋白兩性電解質(zhì)也有緩沖作用。（一）選用和設(shè)計培養(yǎng)基的原則和方法第24頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）4、氧還電位（Φ）好氧生物Φ＋0.1V以上可以生長，一般0.3～0.4V適宜厭氧在低于0.1V生長兼性在0.1V以上好氧呼吸，低于0.1V發(fā)酵通過控制通氣量或加氧化劑增加Φ，加還原劑降低Φ。（一）選用和設(shè)計培養(yǎng)基的原則和方法第25頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）5、原料來源廉價、易得、降低成本（一）選用和設(shè)計培養(yǎng)基的原則和方法第26頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）6、滅菌處理培養(yǎng)基高壓蒸汽1.05kg/cm2，121.3℃15～30min不耐熱的如：含葡萄糖的0.56kg/cm2，112.6℃15～30min對糖要求較高的可用過慮除菌或間歇滅菌；避免沉淀加EDTA培養(yǎng)基滅菌前后對pH調(diào)整泡沫中的空氣層形成隔熱層使菌難殺死，加消泡劑或延長滅菌時間（一）選用和設(shè)計培養(yǎng)基的原則和方法第27頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）1.按成分分：天然培養(yǎng)基（complexmedium）

LB和麥芽汁培養(yǎng)基等，成本低，實驗室和工業(yè)使用廣合成培養(yǎng)基（syntheticmedium）化學成分了解，如：高氏Ⅰ號和查氏培養(yǎng)基，重復性好、成本高、微生物在上面生長較慢，適于實驗室進行營養(yǎng)需要、代謝、分類、菌種選育、遺傳分析等（二）培養(yǎng)基的類型及應用第28頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）2.根據(jù)物理狀態(tài)分：固體、半固體、液體固體培養(yǎng)基（solidmedium)好的凝固劑：不被利用分解；生長溫度范圍為固體；凝固點溫度不能太低；無毒；滅菌不會破壞；透明及粘著力強；配制方便；便宜；等常用的：瓊脂、明膠、硅膠（二）培養(yǎng)基的類型及應用第29頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）瓊脂是石花菜提取的復雜多糖；明膠是膠原蛋白制備的，但凝固點較低，某些菌產(chǎn)蛋白酶或膠原酶水解明膠，較少用；硅膠硅酸鹽被酸中和時凝聚成的膠體，適合自養(yǎng)型。天然固體基質(zhì)如：馬鈴薯塊、麩皮。（二）培養(yǎng)基的類型及應用固體培養(yǎng)基用途：分離、鑒定、活菌計數(shù)、菌種保藏等第30頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）半固體培養(yǎng)基（semisolidmedium)0.2～0.7％瓊脂含量用于：運動特征、分類鑒定、噬菌體效價滴定液體培養(yǎng)基（liquidmedium)用于：大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵、實驗室基礎(chǔ)理論和應用方面研究（二）培養(yǎng)基的類型及應用第31頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）3.按用途分：基礎(chǔ)、加富、鑒別、選擇、分析培養(yǎng)基等基礎(chǔ)培養(yǎng)基（minimummedium)大多數(shù)微生物基本營養(yǎng)要求差不多?；A(chǔ)培養(yǎng)基含一般微生物生長時所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)。LB是最常用的。（二）培養(yǎng)基的類型及應用第32頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）加富培養(yǎng)基（enrichmentmedium)在基礎(chǔ)培養(yǎng)基添加特殊營養(yǎng)物質(zhì)，如：血清、動植物組織液、酵母浸膏等。用于培養(yǎng)苛刻的異養(yǎng)微生物及富集分離某種微生物。與選擇培養(yǎng)基區(qū)別：加富培養(yǎng)基增加所要分離的微生物量，成為優(yōu)勢菌；選擇培養(yǎng)基是抑制不需要的微生物，所需要的為優(yōu)勢菌（二）培養(yǎng)基的類型及應用第33頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）鑒別培養(yǎng)基（differentialmedium)加某種化學物質(zhì)，發(fā)生特殊化學反應，產(chǎn)生特征變化，如：明膠培養(yǎng)基鑒別是否產(chǎn)蛋白酶；遠藤氏培養(yǎng)基加堿性復紅和亞硫酸鈉，鑒別水中大腸菌群；H2S用于產(chǎn)H2S菌的鑒別；等（二）培養(yǎng)基的類型及應用第34頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）（二）培養(yǎng)基的類型及應用鑒別培養(yǎng)基（differentialmedium）第35頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）（二）培養(yǎng)基的類型及應用第36頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）選擇培養(yǎng)基（selectivemedium)將某種微生物從混合物中分離出，有利于需要菌生長，抑制不需要的微生物。兩類：根據(jù)某種微生物特殊營養(yǎng)需要設(shè)計的類型如：以纖維素唯一碳源分離分解纖維素的菌加某種化學物質(zhì)，抑制其他微生物生長的類型如：加10％酚抑制細菌、霉菌，分離放線菌；加結(jié)晶紫抑制G+，分離G－菌；基因工程菌利用此特點，抗生素抗性篩選重組菌（二）培養(yǎng)基的類型及應用第37頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）（二）培養(yǎng)基的類型及應用選擇培養(yǎng)基（selectivemedium)第38頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、培養(yǎng)基（culturemedium）（5）其他如：分析培養(yǎng)基（assaymedium)分析某些化學物質(zhì)的濃度及微生物營養(yǎng)要求；還原培養(yǎng)基（reducedmedium培養(yǎng)厭氧菌；組織培養(yǎng)物培養(yǎng)基（tissue-culturemedium)培養(yǎng)寄生微生物；未可培養(yǎng)微生物

1%尚未找到適合的培養(yǎng)方法策略模擬天然條件，原位培養(yǎng)（二）培養(yǎng)基的類型及應用第39頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞1.擴散(diffusion)2.促進擴散(facilitateddiffusion)3.主動運輸(activetransport)4.膜泡運輸(memberanevesicletransport）

第40頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞影響營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞因素：營養(yǎng)物質(zhì)本身性質(zhì)微生物所處環(huán)境：溫度、pH、離子強度、被運輸物質(zhì)結(jié)構(gòu)類似物都會影響菌的透過屏障：CW、CM、莢膜、粘液層等組成，影響物質(zhì)運輸。如：莢膜與粘液層結(jié)構(gòu)松，影響??；G+CW結(jié)構(gòu)緊密，影響物質(zhì)進入；CM對物質(zhì)運輸尤為重要，選擇性。第41頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞高濃到低濃，純物理過程，不耗能，無載體。影響運輸因素：分子小、極性小、溫度高、速度快，如：水、乙醇、甘油、一些氣體分子、某些aa等。

1.擴散(diffusion)第42頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞

1.擴散(diffusion)親水分子和憎水分子進出CM情況親水難以進入，憎水易進入第43頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞被動不耗能被運輸物質(zhì)結(jié)構(gòu)不變化不能逆濃需載體（carrier)，且載體專一性高

2.促進擴散（facilitateddiffusion)第44頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞物質(zhì)與載體親和力在細胞內(nèi)外不同，使該物質(zhì)與載體可逆結(jié)合分離達到物質(zhì)運輸目的。影響因素：物質(zhì)細胞內(nèi)外濃度梯度及載體數(shù)量載體蛋白跟酶性質(zhì)類似，又稱透過酶（permease）物質(zhì)主要是：氨基酸、單糖、維生素、無機鹽

2.促進擴散（facilitateddiffusion)有時對同一物質(zhì)運輸由一種以上載體完成，如：鼠傷寒沙門氏菌四種載體運輸His；釀酒酵母三種載體運輸G；第45頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞而有些載體可以運輸幾種物質(zhì)，如：E.Coli一種載體運輸Leu，Ile和Val，但是親和力有所不同。有些抗菌素能提高膜的透性促進離子跨膜運輸，如：短桿菌肽A15個L,D-aa組成，兩個短桿菌肽A在膜形成含水通道，促進離子運輸。纈氨霉素環(huán)狀分子，k+可結(jié)合在其中心，外周為碳氫鏈可以穿過疏水膜，促進k+運輸。

2.促進擴散（facilitateddiffusion)第46頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞

2.促進擴散（facilitateddiffusion)纈氨霉素第47頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞

2.促進擴散（facilitateddiffusion)短桿菌肽構(gòu)成的離子通道第48頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞主要物質(zhì)運輸方式。特點：耗能，可逆濃運輸能量來源：好氧和兼性直接利用呼吸能；厭氧化學能；光合菌利用光能；嗜鹽菌通過紫膜利用光能種類：初級主動運輸、次級主動運輸、基團轉(zhuǎn)位、Na＋,K＋-ATPase系統(tǒng)、ATP偶聯(lián)主動運輸

3.主動運輸（activetransport）第49頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞初級主動運輸（primaryactivetransport）由電子傳遞系統(tǒng)、ATP酶或菌嗜紫紅質(zhì)引起的質(zhì)子運輸方式。利用能量，在膜內(nèi)外建立質(zhì)子濃度梯度，使膜為能化膜（energizedmembrane）。好氧和兼性菌電子在傳遞鏈傳遞中伴隨質(zhì)子外排；厭氧利用發(fā)酵產(chǎn)的ATP，在膜ATP酶作用下水解伴隨質(zhì)子外排；光合菌吸收光能激發(fā)的電子傳遞時伴隨質(zhì)子外排；等

3.主動運輸（activetransport）第50頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞

3.主動運輸（activetransport）第51頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞

3.主動運輸（activetransport）第52頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞次級主動運輸（secondaryactivetransport）在初級主動運輸產(chǎn)生的質(zhì)子梯度消失時往往伴隨其他物質(zhì)的運輸。形式：同向運輸（symport

）：物質(zhì)與質(zhì)子同一載體同向運輸逆向運輸（antiport

）：物質(zhì)與質(zhì)子同一載體逆向運輸單向運輸（uniport

）：質(zhì)子梯度消失，促使某些物質(zhì)通過載體進出細胞

3.主動運輸（activetransport）第53頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞

3.主動運輸（activetransport）同向運輸(symport)逆向運輸(antiport)單向運輸(uniport)第54頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

幾類轉(zhuǎn)運蛋白第55頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四葡萄糖的運輸被動運輸鈉－葡糖同向運輸?shù)?6頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、營養(yǎng)物質(zhì)如何進入細胞基團轉(zhuǎn)位（grouptranslocation)有復雜的運輸系統(tǒng)完成物質(zhì)運輸，物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化。主要存在厭氧和兼性菌，主要用于糖、脂肪酸、核苷、堿基運輸。如：E.Coli對G吸收，通過磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）－磷酸糖轉(zhuǎn)移酶運輸系統(tǒng)（PTS）將磷酸基團轉(zhuǎn)移到G上，生成磷酸糖釋放到CP中。PTS系統(tǒng)由五種蛋白組成，EⅠ、EⅡ（abc三亞基）和HPr

3.主動運輸（active