微生物學基礎(chǔ)單元五微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基項目一微生物的營養(yǎng)

1基本概念營養(yǎng)物質(zhì)：可被微生物利用作為分解代謝和合成代謝的一切物質(zhì)；營養(yǎng)物質(zhì)的作用：參與細胞組成；構(gòu)成酶的活性成分與物質(zhì)運輸系統(tǒng)；提供機體進行各種生理活動所需要的能量。一、微生物的六種營養(yǎng)要素

２微生物細胞的元素組成主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫；

作用：a)C、H、O、N是生命體最基本的組成元素；b)S是蛋白質(zhì)的重要組成元素；c)P是組成核酸和ATP不可缺少的元素；d)6種占細胞干質(zhì)量的97%;微量元素：鉀、鎂、鈣、鐵、鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等；微生物細胞利用這些化學元素物質(zhì)制造其細胞物質(zhì)和組分，并進一步將它們組織成為細胞結(jié)構(gòu)。一、微生物的六種營養(yǎng)要素

２微生物細胞的元素組成微生物細胞中幾種主要元素的含量（干重的百分數(shù)）：一、微生物的六種營養(yǎng)要素

元素細菌酵母菌霉菌

碳5049.847.9

氮1512.45.2

氫86.76.7

氧2031.140.2

磷3—

—

硫1—

—

３微生物細胞的化學組成化學組成：一、微生物的六種營養(yǎng)要素

３微生物細胞的化學組成化學組成比例：細胞的化學組成也是配制微生物培養(yǎng)基的主要依據(jù)；一、微生物的六種營養(yǎng)要素

主要成分細菌酵母菌霉菌水分75~8570~8085~90（占細胞鮮重的%）蛋白質(zhì)50~8032~7514~15占細碳水化合物12~2827~637~40胞干脂肪5~202~154~40重的核酸10~206~81%無機鹽2~303.8~76~12

４微生物的6大營養(yǎng)要素概述６大營養(yǎng)要素：碳源，氮源，能源，無機鹽，生長因子，水；營養(yǎng)要素的功能：構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)組分和代謝產(chǎn)物的原料；提供能量；調(diào)節(jié)新陳代謝；無論從元素水平還是營養(yǎng)要素水平，微生物的營養(yǎng)要求與攝食型的動物（含人類）和光合自養(yǎng)型的植物都十分接近；生物之間存在“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”。一、微生物的六種營養(yǎng)要素

５微生物6大營養(yǎng)要素－碳源碳源（carbonsource）：凡是提供微生物營養(yǎng)所需的碳元素（碳架）的營養(yǎng)源，稱為碳源；碳源譜：從微生物的整體來看，可利用的碳源物質(zhì)的范圍稱碳源譜；碳源作用：構(gòu)成細胞成分（需要量最大的元素，50%）；為異養(yǎng)型微生物提供能源；形成代謝產(chǎn)物和儲藏物。一、微生物的六種營養(yǎng)要素

５微生物6大營養(yǎng)要素－碳源碳源譜：從微生物的整體來看，可利用的碳源物質(zhì)的范圍稱碳源譜；一、微生物的六種營養(yǎng)要素

５微生物6大營養(yǎng)要素－碳源微生物碳源特點：根據(jù)微生物利用有機碳或無機碳，可將微生物分為：異養(yǎng)微生物（有機碳）、自養(yǎng)微生物（無機碳）；碳源譜廣（微生物>>植物>動物）；最適碳源：C.H.O型，糖類（異養(yǎng)微生物）；最適碳源：糖>醇>有機酸>脂類最適糖類：單糖>雙糖>多糖最適單糖：已糖>戊糖最適多糖：淀粉>纖維素>木質(zhì)素、幾丁質(zhì)一、微生物的六種營養(yǎng)要素

５微生物6大營養(yǎng)要素－碳源微生物碳源特點：微生物對碳源利用具有選擇性，如葡萄糖（速效碳源）和乳糖（遲效碳源）混合存在時，首先利用葡萄糖；酚、氰化物等物質(zhì)對人類有毒，卻是某些微生物如諾卡氏菌和一些霉菌等美味佳肴；異養(yǎng)微生物：碳源也是能源（雙功能營養(yǎng)物）；微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假單胞菌屬中的某些種可以利用90種以上的不同類型的碳源物質(zhì)；而某些甲基營養(yǎng)型細菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物進行生長。一、微生物的六種營養(yǎng)要素

５微生物6大營養(yǎng)要素－碳源實驗室配制微生物培養(yǎng)基常用碳源：葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉；微生物工業(yè)發(fā)酵中用做碳源的原料：傳統(tǒng)種類：糖類（單糖，飴糖）、淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物 淀粉等）、麩皮、各種米糠等；代糧發(fā)酵：纖維素、石油、CO2、H2；一、微生物的六種營養(yǎng)要素

６微生物6大營養(yǎng)要素－氮源氮源：凡是提供微生物營養(yǎng)所需的氮元素的營養(yǎng)源，稱為氮源；功能：a.構(gòu)成細胞組分（需要量僅次于碳源，~12%），提供微生物合成蛋白質(zhì)的原料；b.構(gòu)成代謝產(chǎn)物；c.某些自養(yǎng)菌的能源（如硝化細菌：氨和亞硝酸鹽兼氮源和能源）；

一、微生物的六種營養(yǎng)要素

６微生物6大營養(yǎng)要素－氮源微生物的氮源譜：一、微生物的六種營養(yǎng)要素

類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機氮N·C·H·O·X復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質(zhì)等尿素、蛋白胨、明膠等無機氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3等NN2空氣

６微生物6大營養(yǎng)要素－氮源實驗室常用的氮源：有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、胰酪蛋白、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等；生產(chǎn)上常用的氮源：有硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨以及蛋白含量較高的魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿、麩皮等；

一、微生物的六種營養(yǎng)要素

６微生物6大營養(yǎng)要素－氮源微生物利用氮源的特點：氮源主要不提供能量(除硝化細菌等少數(shù)外)；最適氮源：NHCO>NH>NO>N2；遲效氮源：蛋白氮必須通過水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被機體利用，有利于代謝產(chǎn)物的形成；速效氮源：無機氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物形式存在的有機氮源可以直接被菌體吸收利用，有利于機體的生長；氨基酸異養(yǎng)型微生物（營養(yǎng)缺陷型）：有些微生物沒有將無機氮合成有機氮的能力，它們不能把尿素、銨鹽等這些無機氮源自行合成他們生長所需的氨基酸，而需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作為氮源才能生長。一、微生物的六種營養(yǎng)要素

７微生物6大營養(yǎng)要素－能源微生物的能源：指能為微生物的生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能；微生物的能源譜：如下；一、微生物的六種營養(yǎng)要素

能源譜｛化學物質(zhì)輻射能｛化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源）有機物無機物化能自養(yǎng)微生物的能源（不同于碳源）光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源

７微生物6大營養(yǎng)要素－能源微生物能源的特點：化能自養(yǎng)微生物的能源物質(zhì)：都是一些還原態(tài)的無機物質(zhì)，例如：NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等，氧化后產(chǎn)生能源供細菌細胞使用；能利用這些物質(zhì)作為能源的全部是細菌，如：硝酸細菌、亞硝酸菌、硫化細菌、硫細菌、鐵細菌、硫細菌、氫細菌和鐵細菌等；這些無機養(yǎng)料常常是雙功能的（如：NH4+既是硝酸細菌的能源，又是它的氮源）。單功能營養(yǎng)物：如輻射能，只為光能微生物提供能源；雙功能營養(yǎng)物：葡萄糖(C源，能源)；NH4+是硝酸細菌的能源和氮源；三功能營養(yǎng)物：有機營養(yǎng)物常有三功能作用，既是異養(yǎng)微生物的能源，又是它們的碳源或氮源；一、微生物的六種營養(yǎng)要素

８微生物6大營養(yǎng)要素－無機鹽概念：是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，它們?yōu)闄C體生長提供多種重要的生理功能，包括大量元素和微量元素；大量元素：P、S、K、Mg、Na、Ca等（生長所需濃度10-3~10-4mol/L）；微量元素：Fe、Zn、Mn、Mo、Co、Cu、Ni等（生長所需濃度10-6~10-8mol/L）；一般微生物生長所需要的無機鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素的化合物；配制培養(yǎng)基時，大量元素一般首選K2HPO4、MgSO4等，可同時提供4種大量元素；常用天然水、自來水來配制培養(yǎng)基以提供各種微量元素。一、微生物的六種營養(yǎng)要素

８微生物6大營養(yǎng)要素－無機鹽無機鹽的生理功能：一、微生物的六種營養(yǎng)要素

８微生物6大營養(yǎng)要素－無機鹽各種無機鹽的具體生理功能：一、微生物的六種營養(yǎng)要素

９微生物6大營養(yǎng)要素－生長因子概念：是一類對微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大的物質(zhì)；微生物自身不能用簡單的碳源或氮源合成，或合成量不足以滿足機體生長需要的有機營養(yǎng)物質(zhì)；需外界加入的；不同微生物需求的生長因子的種類和數(shù)量不同；缺乏合成生長因子能力的微生物稱為“營養(yǎng)缺陷型”微生物；一、微生物的六種營養(yǎng)要素

９微生物6大營養(yǎng)要素－生長因子微生物所需生長因子主要包括：維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（堿基）及其衍生物，此外還有甾醇、胺類、脂肪酸等；微生物所需的生長因子會隨著培養(yǎng)條件的變化而變化，前體物質(zhì)、通氣量、PH、溫度等都會對其產(chǎn)生影響；微生物所需生長因子的作用：作為輔酶或輔基參與代謝；核酸和蛋白質(zhì)的成分；一、微生物的六種營養(yǎng)要素

９微生物6大營養(yǎng)要素－生長因子有些微生物缺乏合成維生素的能力，維生素大部分是構(gòu)成酶的輔基或輔酶，需要量很少，但是缺少維生素微生物不能正常生長；有些微生物缺乏或喪失合成某種或某些氨基酸的酶，所以不能合成生長所必需的氨基酸，這類微生物被稱為“氨基酸缺陷型”；一、微生物的六種營養(yǎng)要素

微生物生長因子需要量（ml-1）III型肺炎鏈球菌

膽堿 6ug 金黃色葡萄球菌

硫胺素 0.5ng 白喉棒桿菌

β-丙氨酸1.5ug 破傷風梭狀芽孢桿菌尿嘧啶 0-4ug 腸膜狀串珠菌

吡哆醛 0.025ug

９微生物6大營養(yǎng)要素－生長因子根據(jù)微生物對生長因子的需要的不同，可分為三種類型：生長因子自養(yǎng)型微生物：能自行合成不需要從外界吸取，如大多數(shù)真菌、放線菌和不少細菌；生長因子異養(yǎng)型微生物：喪失合成能力或合成能力有限，必須從外界吸取才能維持正常的生長，如乳酸菌、動物至病菌、支原體、原生動物；生長因子過量合成微生物：能合成并分泌某些維生素等生長因子，可用于維生素等生產(chǎn)菌；一、微生物的六種營養(yǎng)要素

９微生物6大營養(yǎng)要素－生長因子如何為微生物生長提供生長因子？通過天然培養(yǎng)基和半合成培養(yǎng)基提供：酵母膏（19種氨基酸，維生素）、玉米漿（20種氨基酸，6種維生素）、肝浸汁、麥芽汁；通過合成培養(yǎng)基提供：添加配制的維生素復(fù)合液。一、微生物的六種營養(yǎng)要素

10微生物6大營養(yǎng)要素－水水分是生物細胞的主要化學成分，其重要的生理功能表現(xiàn)在下列幾個方面：細胞的構(gòu)成成分；一系列生理生化反應(yīng)的反應(yīng)介質(zhì)，參與許多生理生化反應(yīng)；有效地控制細胞內(nèi)的溫度變化；起到溶劑與運輸介質(zhì)的作用；維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；一、微生物的六種營養(yǎng)要素

10微生物6大營養(yǎng)要素－水水在細胞中有兩種存在形式：結(jié)合水和游離水；不同細胞及細胞結(jié)構(gòu)中游離水的含量有較大差別：一、微生物的六種營養(yǎng)要素

10微生物6大營養(yǎng)要素－水游離水的含量可用水活度aw（Wateractivity）表示；水活度定義：一定的溫度條件下，溶液的蒸汽壓（材料上部蒸氣相中水濃度）與純水的蒸汽壓（即純水上部蒸氣相中水濃度）之比，

w=/o；（表示溶液的蒸汽壓；o表示純水的蒸汽壓）；微生物在w為0.63-0.99的環(huán)境條件下生長，特定微生物對

w的要求是一定的；一、微生物的六種營養(yǎng)要素

幾類微生物生長最適

w微生物

w一般細菌0.91酵母0.88霉菌0.80噬鹽細菌0.70噬鹽真菌0.65嗜高滲酵母0.60微生物學基礎(chǔ)單元五微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基項目一微生物的營養(yǎng)

1營養(yǎng)類型分類按碳源的不同分類：動物屬于異養(yǎng)型生物，植物屬于自養(yǎng)型，而微生物既有異養(yǎng)型的也有自養(yǎng)型的，大多數(shù)微生物屬于異養(yǎng)型生物，少數(shù)微生物屬于自養(yǎng)型生物。二、微生物的營養(yǎng)類型

項目一微生物的營養(yǎng)

1營養(yǎng)類型分類按能源的不同分類：動物和大部分微生物屬于化能營養(yǎng)型生物，它們從物質(zhì)的氧化過程中獲得能量，植物和少部分微生物屬于光能營養(yǎng)型生物二、微生物的營養(yǎng)類型

1營養(yǎng)類型分類按氫供體的不同分類：氫供體指氧化還原反應(yīng)中脫去氫被氧化的那個物質(zhì)，即還原劑，由于脫氫實際上是脫下一個質(zhì)子和一個電子(氫=質(zhì)子+電子)，故也可統(tǒng)稱為供電子體；供氫體不一定含有氫，只要是還原劑，都可以叫氫供體；二、微生物的營養(yǎng)類型

２四種基本營養(yǎng)類型按微生物所利用碳源、能源的不同，可分為四種基本營養(yǎng)類型：光能自養(yǎng)型（光能無機營養(yǎng)型）光能異養(yǎng)型（光能有機營養(yǎng)型）化能自養(yǎng)型（化能無機營養(yǎng)型）化能異養(yǎng)型（化能有機營養(yǎng)型）二、微生物的營養(yǎng)類型

３光能自養(yǎng)型（光能無機營養(yǎng)型）碳源：以C02作為唯一碳源或主要碳源；能源：光能；氫供體：無機物（如H2、H2S、S等），使CO2還原為細胞物質(zhì)；光能自養(yǎng)型微生物包括：

產(chǎn)氧光合作用類：藻類、藍細菌（含葉綠素）與高等植物一樣，以水為供氫體（電子供體），進行產(chǎn)氧型的光合作用，能使光能轉(zhuǎn)變成化學能（ATP），并合成細胞物質(zhì)；

二、微生物的營養(yǎng)類型

３光能自養(yǎng)型（光能無機營養(yǎng)型）光能自養(yǎng)型微生物包括：

產(chǎn)氧光合作用類：藻類、藍細菌（含葉綠素）；不產(chǎn)氧光合作用類：紫硫細菌、綠硫細菌（含菌綠素）；光合作用時以H2S、S等還原態(tài)硫化物為供氫體，產(chǎn)生細胞物質(zhì)，并伴隨硫元素的產(chǎn)生。二、微生物的營養(yǎng)類型

４光能異養(yǎng)型（光能有機營養(yǎng)型）碳源：CO2及簡單有機物；能源：光能；氫供體：有機物，通過光能將CO2還原為細胞物質(zhì)；例：紅螺菌屬中的一些細菌屬于此種營養(yǎng)類型（異丙醇作為供氫體），將CO2還原成細胞物質(zhì)，同時積累丙酮：光能自養(yǎng)型和光能異養(yǎng)型微生物可利用光能生長，在地球早期生態(tài)環(huán)境的演化過程中起重要作用；目前在高濃度有機廢水的處理中應(yīng)用意義重大。二、微生物的營養(yǎng)類型

５化能自養(yǎng)型（化能無機營養(yǎng)型）碳源：CO2或碳酸鹽；能源：無機物氧化釋放的化學能；氫供體：無機物（H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-），使CO2還原成細胞物質(zhì)；這類微生物主要有硫化細菌、硝化細菌、氫細菌與鐵細菌；它們在自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。例：硝化細菌通過氧化NH4+、NO2-產(chǎn)生能量。二、微生物的營養(yǎng)類型

５化能自養(yǎng)型（化能無機營養(yǎng)型）硫化細菌：通過氧化還原態(tài)的無機硫化物（H2S、S、S2O32-、SO32-）獲得能量（硫桿菌屬，硫微螺菌屬）。二、微生物的營養(yǎng)類型

５化能自養(yǎng)型（化能無機營養(yǎng)型）鐵細菌：氧化Fe2+為Fe3+獲取能量并同化CO2；氫細菌：具有氫化酶，從氫的氧化獲取能量，同化CO2。二、微生物的營養(yǎng)類型

６化能異養(yǎng)型（化能有機營養(yǎng)型）碳源：有機物（如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等）；能源：有機物氧化釋放的化學能，有機物通常既是碳源也是能源；氫供體：有機物；大多數(shù)細菌、真菌、原生動物都是化能異養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能異養(yǎng)型微生物；根據(jù)化能異養(yǎng)型微生物利用有機物的特性，又可以將其分為下列類型：腐生型微生物：利用無生命活性的有機物作為生長的碳源；寄生型微生物：寄生在活的細胞內(nèi)，從寄生體內(nèi)獲得生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)；在腐生型和寄生型之間還存在中間類型：兼性腐生型、兼性寄生型。

二、微生物的營養(yǎng)類型

７四種基本營養(yǎng)類型微生物四種基本營養(yǎng)類型對比：二、微生物的營養(yǎng)類型

營養(yǎng)類型電子供體

碳源能源

例樣光能無機營養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）H2,H2S,S,H2OCO2光能紅硫細菌，藍細菌，藻類光能有機營養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）有機物有機物光能紅螺細菌化能無機營養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）H2,H2S,Fe2+，

NH3或NO2-CO2化學能（無機物氧化）氫細菌，硫桿菌，硝化細菌，大多數(shù)產(chǎn)甲烷菌化能有機營養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）有機物

有機物化學能（有機物氧化）大多數(shù)微生物，原生動物

８關(guān)于營養(yǎng)類型的定義自養(yǎng)微生物：不依賴任何有機營養(yǎng)物即可正常生活的微生物；異養(yǎng)微生物：至少需要提供一種有機物才能滿足其正常營養(yǎng)要求的微生物（即其碳源必須是有機物，供氫體是有機物，能源可以是氧化有機物或利用日光能）。二、微生物的營養(yǎng)類型

9營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式細胞膜是控制營養(yǎng)物質(zhì)進出細胞的主要屏障，具選擇性通透；營養(yǎng)物質(zhì)能否進入細胞取決于三個方面的因素：營養(yǎng)物質(zhì)的性質(zhì)（分子質(zhì)量，電負性，結(jié)構(gòu)等）；細胞所處的環(huán)境（溫度，pH值，滲透壓等）；微生物細胞的透過屏障（原生質(zhì)膜、細胞壁、莢膜等）；二、微生物的營養(yǎng)類型

9營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式根據(jù)物質(zhì)運輸過程的特點，可將營養(yǎng)物質(zhì)進入微生物細胞的方式分為：單純擴散(simplediffusion)促進擴散(facilitateddiffusion)主動運輸(activetransport)基團轉(zhuǎn)移(grouptranslocation)9營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式單純擴散(simplediffusion)：原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營養(yǎng)物質(zhì)通過原生質(zhì)膜上的小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)進行擴散；特點：a.非特異性的營養(yǎng)物質(zhì)吸收方式，以濃度差為動力，高濃度向低濃度擴散；

b.營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化；c.運輸?shù)乃俾瘦^慢，與濃度差相關(guān)；d.屬物理擴散，不需能量，無載體蛋白參與；e.可運送的養(yǎng)料有限：水、脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些氣體分子(O2、CO2)及某些氨基酸（一定程度上）；僅限脂溶性、極性小的營養(yǎng)物質(zhì)；9營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式促進擴散(facilitateddiffusion)：營養(yǎng)物通過與細胞膜上載體蛋白的可逆性結(jié)合來加快其傳遞速度；特點：a.營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變