1、第二節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng),新陳代謝（metabolism） 微生物從外界環(huán)境中不斷攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)一系列生物化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成細(xì)胞的組分，同時(shí)產(chǎn)生廢物并排泄到體外的過(guò)程。 分為同化作用assimilation（提供基質(zhì)） 異化作用dissimilation（物質(zhì)基礎(chǔ)和能量）,同化作用 合成代謝 異化作用 分解代謝,吸收能量,物質(zhì)分解反應(yīng)將營(yíng)養(yǎng)物和細(xì)胞物質(zhì)分解,放出能量,物質(zhì)合成反應(yīng)將營(yíng)養(yǎng)物轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)體組分,微生物為了維持正常的生長(zhǎng)和繁殖，需要不斷地從外界環(huán)境中吸收各種物質(zhì)，以便合成自身的細(xì)胞物質(zhì)并獲得生命活動(dòng)所需要的能量，此過(guò)程所吸收的物質(zhì)稱(chēng)為微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為微生物的生命活動(dòng)提供結(jié)構(gòu)物

2、質(zhì)、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和能量，是微生物生長(zhǎng)、繁殖和維持一切生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。,一、微生物的化學(xué)組成,提問(wèn)：如何知道細(xì)菌所需的營(yíng)養(yǎng)物種類(lèi)呢？ 單因子或復(fù)合因子培養(yǎng)試驗(yàn)、由細(xì)胞化學(xué)組成進(jìn)行推斷。,水、無(wú)機(jī)離子和生物分子 水是微生物細(xì)胞重要的組成部分，含量最高，占80（ 70 90）。 水的生理功能是：作為體內(nèi)、外的溶媒；原生質(zhì)膠體的結(jié)構(gòu)部分；參與代謝作用反應(yīng)；調(diào)節(jié)溫度等。,水、無(wú)機(jī)離子和生物分子 無(wú)機(jī)離子參與有機(jī)物組成或單獨(dú)存在于細(xì)胞原生質(zhì)中。 生物分子（干物質(zhì)）是生物體和生命現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和功能基礎(chǔ)，包括糖和脂（C、H、O）、蛋白質(zhì)（C、H、O、N、S）、核酸（C、H、O、N、P）和維生素等有機(jī)化合

3、物。,大量元素(macroelement):碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵（其中前六種占細(xì)菌細(xì)胞干重的97%）。 微量元素(trace element): 鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳 、硼。,微生物細(xì)胞中幾種主要元素的含量（干重）,細(xì)菌C5H7NO2或C60H87O23N12P 真菌C10H17NO6 藻類(lèi)C5H8NO2 原生動(dòng)物C7H14NO3,分析細(xì)胞有機(jī)、無(wú)機(jī)成分的方式,有機(jī)成分： 1. 化學(xué)法直接抽提-定性、定量分析 2. 破碎細(xì)胞，獲得亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)-化學(xué)分析 無(wú)機(jī)成分： 細(xì)胞-550-灰分-定性、定量分析,污水處理系統(tǒng)的元素配比 以C、N和P等元素的比例加以調(diào)節(jié)一般

4、為BOD5:N:P=100:5:1 在厭氧生物處理中，BOD5:N:P =500:5:1 對(duì)生物降解性較好的廢水，BOD5:N:P可取350:5:1；如果廢水的可生物降解性較差，BOD5:N:P則維持為1000:5:1較為適宜 以淀粉、尿素、磷肥補(bǔ)充,城市生活污水不存在營(yíng)養(yǎng)不足的問(wèn)題。但有的工業(yè)廢水缺某種營(yíng)養(yǎng)，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)量不足時(shí)，應(yīng)供給或補(bǔ)足。 酒精廢水缺 ？,洗滌劑廢水 ？,N、P,缺N,P過(guò)剩,提問(wèn)：如何知道所處理的廢水中營(yíng)養(yǎng)物供應(yīng)是否比例平衡呢？ 先測(cè)、對(duì)比、試驗(yàn)驗(yàn)證,煉油廢水 ？,N、P,但如果工業(yè)廢水不缺營(yíng)養(yǎng)，就切勿盲目補(bǔ)充！ 提問(wèn)：為什么？ 過(guò)猶不及“嬌慣” 細(xì)菌往往先利用這類(lèi)現(xiàn)成的容

5、易被吸收、利用的有機(jī)物質(zhì)，而不再利用工業(yè)廢水中難以吸收、利用的有機(jī)物，從而導(dǎo)致細(xì)菌分解特殊有機(jī)物的能力下降 這與細(xì)菌馴化正好相反（反馴化）。,留意！,二、微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型,1、水的作用： （1）水是微生物細(xì)胞的重要組成成分，占生活細(xì)胞總量的90左右。 （2）水是微生物代謝生理生化反應(yīng)過(guò)程中必不可少的溶劑或直接參與某些生化反應(yīng)。 （3）水是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換的媒介。 （4）水的比熱高，又是熱的良好導(dǎo)體，控制微生物細(xì)胞內(nèi)溫度的變化。,2、碳源物質(zhì)能被微生物用來(lái)構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中的碳素來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)稱(chēng)為碳源(Carbon source)。 碳元素在細(xì)胞干物質(zhì)中約占

6、50%左右，主要作用是構(gòu)成微生物的含碳物質(zhì)和供給微生物生長(zhǎng)、繁殖和運(yùn)動(dòng)所需要的能量。 簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)含碳化合物CO2、碳酸鹽等，或是復(fù)雜的有機(jī)化合物糖、醇、有機(jī)酸、烴類(lèi)等。,不同微生物利用碳的能力不同 不同類(lèi)型碳被利用的順序不同,1、無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)微生物：自養(yǎng)微生物 以無(wú)機(jī)碳源為碳素來(lái)源，利用光能和化學(xué)能合成細(xì)胞物質(zhì)，無(wú)需外界現(xiàn)成的有機(jī)物質(zhì)。 光能自養(yǎng)：利用光為能源，通過(guò)光合作用利用CO2、 H2O或 H2S合成細(xì)胞有機(jī)物。如藻類(lèi)、藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌。 化能自養(yǎng)：以CO2為唯一碳來(lái)源，利用氧化S、H2S、H2、NH3、Fe等，通過(guò)氧化磷酸化獲得能量ATP。如硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌和鐵細(xì)菌。,鐵細(xì)菌,氫細(xì)菌,2、

7、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)微生物（異養(yǎng)微生物） 以有機(jī)碳源為碳素來(lái)源，利用現(xiàn)成的有機(jī)物質(zhì)。 光能異養(yǎng)：利用光為能源，以有機(jī)物為供氫體，還原CO2合成有機(jī)物，如某些厭氧微生物，如紫色非硫細(xì)菌中如紅微菌屬。,2、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)微生物（異養(yǎng)微生物） 化能異養(yǎng)：利用氧化有機(jī)物產(chǎn)生化學(xué)能獲得能量ATP。如絕大多數(shù)細(xì)菌以及全部放線(xiàn)菌、真菌及原生、后生動(dòng)物。 腐生利用無(wú)生命的有機(jī)物(包括動(dòng)植物的殘?bào)w)； 寄生從活的有機(jī)體(寄主)體內(nèi)獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，離 開(kāi)奇主便不能進(jìn)行生長(zhǎng)和繁殖。,自養(yǎng)型和異養(yǎng)型微生物的主要區(qū)別,自養(yǎng)型,異養(yǎng)型,主要碳源,能源,二氧化碳或碳酸鹽,光或無(wú)機(jī)物的氧化,有機(jī)物,有機(jī)物或光能,3、混合營(yíng)養(yǎng)微生物 既可利用有機(jī)

8、碳源，也可利用無(wú)機(jī)碳源為碳素來(lái)源，利用現(xiàn)成的有機(jī)物質(zhì)。 如甲烷八疊球菌,碳源物質(zhì)中，糖類(lèi)物質(zhì)是異養(yǎng)微生物最容易利用的碳源物質(zhì)與能源物質(zhì)，其次是醇類(lèi)、有機(jī)酸類(lèi)和脂類(lèi)。 在糖類(lèi)之中，葡萄糖和果糖十分容易被微生物吸收和利用，而多糖，如木質(zhì)素最不容易利用。 某些微生物能利用氰化物、酚等有毒的含碳物質(zhì)作為碳源，現(xiàn)已分離到了以氰化物為唯一碳源和氮源的諾卡氏菌和霉菌。例如，晴綸廢水中丙烯腈就可以利用某些諾卡氏菌進(jìn)行降解。,3、氮源物質(zhì)氮源物質(zhì)有簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)氮，如NO3-、NO2- 、NH4+、N2等，也有復(fù)雜的有機(jī)氮（蛋白質(zhì)及其水解產(chǎn)物肽、氨基酸等）。 是合成細(xì)胞含氮物質(zhì)的原料，一般不用作能源物質(zhì)（除少數(shù)化能

9、自養(yǎng)細(xì)菌）。 氮是細(xì)胞的一種主要組成元素，用于合成細(xì)胞內(nèi)各種氨基酸和堿基，之后合成蛋白質(zhì)和核酸等細(xì)胞成分。,提問(wèn)：哪些物質(zhì)可作為細(xì)菌的氮源？ 有機(jī)氮（氨基酸和蛋白質(zhì)）、無(wú)機(jī)氮（ N2、 NH3、銨鹽、硝酸鹽）等。 實(shí)驗(yàn)室中有機(jī)氮源蛋白胨,工業(yè)投加的細(xì)菌氮源？,尿素、糞便,、固氮微生物利用分子態(tài)的氮合成自身需要的氨基酸和蛋白質(zhì)。如自生固氮菌、根瘤菌、巴氏固氮梭菌和固氮藍(lán)細(xì)菌等。 、無(wú)機(jī)氮源有氨、尿素、銨鹽、硝酸鹽等。如，大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌、枯草桿菌、銅綠假單胞菌等都可以利用硫酸銨、硝酸銨作為氮源， 放線(xiàn)菌可以利用硝酸鉀作為氮源 霉菌可以利用硝酸鈉作為氮源等。,、氨基酸利用微生物：不能利用簡(jiǎn)單的無(wú)

10、機(jī)含氮物質(zhì)合成氨基酸，必須從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作為氮源，例如，乳酸桿菌、丙酸細(xì)菌等。 、分解蛋白質(zhì)獲得氮源微生物能夠分解蛋白質(zhì)為氨氮、氨基酸，進(jìn)而合成細(xì)胞蛋白質(zhì)，如氨化細(xì)菌、霉菌、酵母菌和一些腐敗細(xì)菌。,4、無(wú)機(jī)鹽（礦物營(yíng)養(yǎng)）為微生物提供碳、氮以外各種重要元素，常為金屬元素及其離子，其功能為： 構(gòu)成細(xì)胞組分 構(gòu)成酶組分、維持酶活性 調(diào)節(jié)滲透壓、H2離子濃度、氧化還原電位 供給自養(yǎng)微生物能源 10-310-4mg/L的為大量元素（P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl），10-610-8mg/L的為微量元素（Cu、Mn、Zn、B、Mo、Co、Ni）。,P：所有微生物都需要磷酸鹽 是細(xì)胞合成核

11、酸、核蛋白及其他含磷化合物的重要元素； 是NAD和NADP、輔酶A、輔羧化酶、能量ATP等的組分； 在糖代謝磷酸化中起關(guān)鍵作用； 磷酸腺苷中的高能磷酸鍵儲(chǔ)存和傳遞能量； 磷酸鹽是重要的緩沖劑，調(diào)節(jié)pH； 磷酸鹽促進(jìn)巨大芽孢桿菌的芽孢發(fā)芽和發(fā)育,S 是胱氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸組分（-SH）； 是好氧硫細(xì)菌的能源；,Mg（硫酸鎂等鹽類(lèi)） 是某些酶的活化劑； 是光合細(xì)菌菌綠素和藻類(lèi)葉綠素的組分； 起穩(wěn)定核糖體、細(xì)胞膜和核酸的作用；,Fe 是過(guò)氧化物酶、細(xì)胞色素及氧化酶的組分； 是細(xì)胞色素和鐵氧還蛋白（FAD）的電子載體； 缺鐵的E-Coli： 影響酶（如甲酸脫氫酶）合成； 影響細(xì)胞分裂（只為絲狀，污

12、泥膨脹）,Ca 是蛋白酶的激活劑； 是芽孢細(xì)菌的組分，形成耐熱性； 穩(wěn)定細(xì)胞壁,K 是酶的激活劑； 對(duì)磷的傳遞、ATP的水解、蘋(píng)果酸的脫羧有重要作用,5、生長(zhǎng)因子 維生素：構(gòu)成酶的輔基或輔酶。 氨基酸：氨基酸是蛋白質(zhì)的主要組成成分。缺乏合成能力時(shí)，補(bǔ)充量為2050g/mL。 嘌呤或嘧啶堿基：堿基在機(jī)體內(nèi)的作用主要是構(gòu)成核酸的組成成分或某些酶的輔酶。生物體的堿基可以從食物中攝取或通過(guò)“從頭合成”途徑合成。 多數(shù)真菌、放線(xiàn)菌和一些細(xì)菌不需要外界提供生長(zhǎng)因子。,種類(lèi)：嘌呤、嘧啶類(lèi)、維生素類(lèi) 作用：？ 嘌呤和嘧啶參與合成核酸和輔酶； 維生素，重要輔酶 多數(shù)細(xì)菌不存在生長(zhǎng)因子問(wèn)題。 只有少數(shù)細(xì)菌需要外界

13、提供現(xiàn)成的生長(zhǎng)因子，才能生長(zhǎng)，如乳酸菌需要多種維生素，因此只能生活在這些物質(zhì)供應(yīng)充足的環(huán)境，如牛奶中、腸道。,必需，但不能自身合成的有機(jī)物,根據(jù)微生物對(duì)生長(zhǎng)因子的需要存在差異，可分為：,1. 野生型(wild type) 原養(yǎng)型 不需要生長(zhǎng)因子而能在基礎(chǔ)培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的菌株 2. 營(yíng)養(yǎng)缺陷型(auxotroph) 由于自發(fā)或誘發(fā)突變等原因從野生型菌株產(chǎn)生的需要提供特定生長(zhǎng)素物質(zhì)才能生長(zhǎng)的菌株,三、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式,細(xì)胞壁只對(duì)分子量大于600道爾頓的溶質(zhì)起阻擋作用，而細(xì)胞膜則是控制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入和代謝產(chǎn)物排出的主要屏障。 細(xì)胞膜由磷脂雙分子層構(gòu)成，鑲嵌有膜蛋白。不同的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?/p>

14、也不同。 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的四種方式： 單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸和基團(tuán)轉(zhuǎn)位,1、單純擴(kuò)散(Simple diffusion) 是一種物理擴(kuò)散作用，物質(zhì)在運(yùn)輸過(guò)程中，既不與膜上的分子發(fā)生反應(yīng)，本身的分子結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化。 小分子的熱運(yùn)動(dòng)使被輸送的物質(zhì)由濃度高的一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到濃度低的一側(cè)，即沿著濃度梯度降低的方向轉(zhuǎn)運(yùn)，使內(nèi)外濃度趨同。 這種擴(kuò)散作用是非特異性的，通常運(yùn)送速度也很慢。不需要細(xì)胞提供能量，也沒(méi)有膜蛋白的協(xié)助。,1、單純擴(kuò)散 物質(zhì)類(lèi)型包括水、某些氣體（N2、O2和CO2）、脂溶性物質(zhì)（甘油、乙醇和苯等）以及少數(shù)氨基酸與某些離子。 影響因素有分子大小、脂溶性大小、極性大小和離子強(qiáng)度等，一般

15、分子量小，脂溶性小，極性小時(shí)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更容易被吸收，反之則不容易吸收。 不是微生物獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要方式，沒(méi)有選擇性和逆濃度梯度的能力。,特點(diǎn)： 擴(kuò)散是非特異性的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收方式：如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞膜中的含水小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)擴(kuò)散； 在擴(kuò)散過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化：即既不與膜上的分子發(fā)生反應(yīng)，本身的分子結(jié)構(gòu)也不發(fā)生變化； 物質(zhì)運(yùn)輸?shù)乃俾瘦^慢：速率與胞內(nèi)外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度差有關(guān)，即隨細(xì)胞膜內(nèi)外該物質(zhì)濃度差的降低而減小，直到胞內(nèi)外物質(zhì)濃度相同； 不需要載體參與； 擴(kuò)散是一個(gè)不需要代謝能的運(yùn)輸方式：因此，物質(zhì)不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸。 可運(yùn)送的養(yǎng)料有限：限于水、溶于水的氣體，及分子量

16、小，脂溶性、極性小的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。,單純擴(kuò)散模式圖,細(xì)胞膜外,細(xì)胞膜內(nèi),細(xì)胞膜,2、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitated diffusion) 小分子沿著濃度梯度減小方向的運(yùn)輸，不需要能量。不同的是，需要某些特異載體蛋白。 載體蛋白是位于細(xì)胞膜上的特異性膜蛋白，它可以和被運(yùn)輸?shù)臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生可逆性結(jié)合，起著“渡船”的作用，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，而其本身并不發(fā)生變化。 這種膜內(nèi)外親和力的改變與載體蛋白的構(gòu)象改變有關(guān)。,2、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitated diffusion) 載體蛋白對(duì)物質(zhì)具有選擇性及專(zhuān)一性，類(lèi)似于酶和底物，因此也稱(chēng)滲透酶，大多數(shù)為誘導(dǎo)酶，只有當(dāng)外界存在某種物質(zhì)時(shí)才誘導(dǎo)被產(chǎn)生。

17、 運(yùn)輸速度受到底物濃度、pH值及溫度等因素的影響，通常轉(zhuǎn)運(yùn)速度較快。 此方式主要存在于真核微生物中，包括某些單糖、氨基酸及維生素、金屬離子等。,特點(diǎn)：在促進(jìn)擴(kuò)散過(guò)程中 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身在分子結(jié)構(gòu)上也不會(huì)發(fā)生變化 不消耗代謝能量，故不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸 運(yùn)輸?shù)乃俾视砂麅?nèi)外該物質(zhì)的濃度差決定 需要細(xì)胞膜上的載體蛋白（透過(guò)酶）參與物質(zhì) 運(yùn)輸 被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)與載體蛋白有高度的特異性 養(yǎng)料濃度過(guò)高時(shí), 與載體蛋白出現(xiàn)飽和效應(yīng) 促進(jìn)擴(kuò)散的運(yùn)輸方式多見(jiàn)于真核微生物中，例如通常在厭氧生活的酵母菌中，某些物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌是通過(guò)這種方式完成的。,3、主動(dòng)運(yùn)輸(active transport) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從細(xì)胞外

18、低濃度轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)高濃度的一側(cè)，消耗能量，有載體蛋白參與。載體蛋白在運(yùn)輸中起泵的作用，有選擇性地將某些特異性的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逆濃度梯度進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。 載體蛋白與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的親和力較強(qiáng)，因而需要消耗能量才引起載體蛋白的構(gòu)象變化，將物質(zhì)在膜的另一側(cè)釋放出來(lái)，物質(zhì)在整個(gè)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中并不發(fā)生任何化學(xué)變化。,3、主動(dòng)運(yùn)輸(active transport) 主動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)能量不直接來(lái)于ATP，而是間接通過(guò)離子濃度梯度的驅(qū)動(dòng)獲得能量。如H+濃度梯度驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)運(yùn)輸是微生物吸收營(yíng)養(yǎng)的重要方式。 是微生物的一種主要運(yùn)輸方式。通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有單糖、氨基酸、核苷和無(wú)機(jī)離子（如K+、Na+、Ca2+）等。例如，

19、大腸桿菌對(duì)K+（內(nèi)/外3000倍）。,3、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制分為三種 鈉鉀泵主動(dòng)運(yùn)輸 G、aa和K+進(jìn)入細(xì)胞的方式 以消耗ATP驅(qū)動(dòng)Na+- K+-ATP，每排出3個(gè)Na+，吸收2個(gè)K+，形成的電位差又通過(guò)同向轉(zhuǎn)運(yùn)載體使Na+從外向內(nèi)轉(zhuǎn)移以恢復(fù)平衡，同時(shí)將K+吸入。由此反復(fù),3、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制分為三種 離子濃度梯度 消耗ATP建立離子濃度梯度，通過(guò)反向轉(zhuǎn)運(yùn)載體完成H+、Na+、K+的反向傳遞。,3、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制分為三種 H+濃度梯度主動(dòng)運(yùn)輸 好氧微生物的主要方式。 在膜呼吸或ATP的作用下，將體內(nèi)的H+排到細(xì)胞外，使膜內(nèi)（7.0）外（ 5.05.5）形成pH相差，由此K+等陽(yáng)離子和H+、中性的糖

20、和氨基酸也由單向轉(zhuǎn)運(yùn)載體進(jìn)入細(xì)胞。,特點(diǎn)：物質(zhì)在主動(dòng)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中 需要消耗代謝能 可以進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸方式 需要載體蛋白參與 對(duì)被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)有高度的立體專(zhuān)一性 被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中不發(fā)生任何化學(xué)變化 不同的微生物在主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程中所需的能量的來(lái)源不同，好氧微生物中直接來(lái)自呼吸能，厭氧微生物主要來(lái)自化學(xué)能，光合微生物中則主要來(lái)自光能 。 主動(dòng)運(yùn)輸是微生物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。,主動(dòng)運(yùn)輸模式圖,細(xì)胞膜,細(xì)胞膜外,細(xì)胞膜內(nèi),恢復(fù)原構(gòu)象,移位,再循環(huán),結(jié)合,構(gòu)象改變,4、基團(tuán)轉(zhuǎn)位(group translocation) 主要特點(diǎn)是被轉(zhuǎn)運(yùn)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在膜內(nèi)經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾送到細(xì)胞內(nèi)部。此過(guò)程也需要

21、特異性的載體蛋白和能量，這些都與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方式相同。 此類(lèi)物質(zhì)有糖類(lèi)（葡萄糖、甘露糖、果糖及糖的衍生物N-乙酰葡萄糖胺）、嘌呤、嘧啶、乙酸、脂肪酸等,4、基團(tuán)轉(zhuǎn)位(group translocation) 大腸桿菌的磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（PTS）包括酶I、酶II和熱穩(wěn)定蛋白(HPr)。能量由磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)提供，首先在酶I的催化下PEP將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到中間載體HPr上，然后細(xì)胞外的糖由載體蛋白攜帶到細(xì)胞膜上，并在酶II的催化下將HPrP上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給糖，生成磷酸化糖并釋放于細(xì)胞內(nèi)。,PEP + HPr,酶I,HPr P + PEP鹽,HPrP + 糖,酶II,糖P + HPr,

22、外,內(nèi),內(nèi),4、基團(tuán)轉(zhuǎn)位(group translocation) 由于細(xì)胞膜對(duì)大多數(shù)磷酸化合物具有高度的不滲透性，因此磷酸化的糖類(lèi)化合物進(jìn)入細(xì)胞后，很難穿過(guò)細(xì)胞膜而滯留在細(xì)胞質(zhì)中并轉(zhuǎn)入分解代謝過(guò)程。,四、培養(yǎng)基,培養(yǎng)基是一種將水、碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽及生長(zhǎng)因子等按照一定的比例人工配制的、適合微生物生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。,用途：促使微生物生長(zhǎng)；積累代謝產(chǎn)物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類(lèi)；微生物細(xì)胞計(jì)數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品,分為合成培養(yǎng)基（無(wú)機(jī)物配置） 天然培養(yǎng)基（天然有機(jī)物） 復(fù)合培養(yǎng)基（天然有機(jī)物和無(wú)機(jī)物） 液體 半固體 凝膠，包括瓊脂、明膠、硅膠 固體,1、培養(yǎng)基的配置原

23、則 滿(mǎn)足微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要 根據(jù)不同微生物對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)成分、及研究所需的精確程度具體要求配制,調(diào)配好營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度和配比 C/N值對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖和代謝產(chǎn)物的積累有重要影響。 例：谷氨酸生產(chǎn)中 C/N 4/1時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少； C/N3/1 時(shí)，菌體生長(zhǎng)受抑制，而谷氨酸大量增加 一般細(xì)菌細(xì)胞的C/N值約為5:1，真菌細(xì)胞約為10:1。,創(chuàng)造適宜的培養(yǎng)條件 pH值 （細(xì)菌的最適pH值在7.08.0之間，放線(xiàn)菌在7.58.5之間，酵母菌在3.86.0之間，而霉菌則在4.05.8之間 ），常用的緩沖劑為K2HPO4和KH2PO4組成的混合物,創(chuàng)造適宜的培養(yǎng)條件 氧化還原電位 （好氧

24、微生物要求Eh為+300+400mV，兼性厭氧微生物在Eh為+100 mV以上時(shí)進(jìn)行有氧呼吸，在Eh為+100mV以下時(shí)進(jìn)行無(wú)氧呼吸；專(zhuān)性厭氧細(xì)菌為-200-250mV，專(zhuān)性厭氧的產(chǎn)甲烷菌Eh為-300-600mV）。 對(duì)于厭氧微生物要嚴(yán)格厭氧操作，排除氧氣外并加入半胱氨酸等還原劑以降低氧化還原電位 。,創(chuàng)造適宜的培養(yǎng)條件 水的活度 活度應(yīng)符合微生物的生理要求，一般水的活度應(yīng)在0.630.99之間。,2、培養(yǎng)基的類(lèi)型 根據(jù)微生物的種類(lèi)劃分 常用的細(xì)菌培養(yǎng)基為牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基 常用的放線(xiàn)菌培養(yǎng)基為高氏1號(hào)培養(yǎng)基 常用的酵母菌培養(yǎng)基為麥芽汁培養(yǎng)基 常用的霉菌培養(yǎng)基為查氏培養(yǎng)基,細(xì)菌的牛肉膏蛋白胨

25、培養(yǎng)基和酵母菌的麥芽汁培養(yǎng)基 牛肉膏是由瘦牛肉加熱、濃縮而成的膏狀物，主要提供碳水化合物、氨基酸和嘌呤等含氮有機(jī)物、無(wú)機(jī)鹽以及水溶性維生素； 蛋白胨是蛋白質(zhì)經(jīng)酸或酶水解的產(chǎn)物，主要提供有機(jī)氮、維生素及碳水化合物； 酵母膏是由酵母細(xì)胞抽提物濃縮而成的，可提供大量的B族維生素、氨基酸、嘌呤和微量元素,按照培養(yǎng)基的物理性狀劃分（固體培養(yǎng)基） 加入一定量的凝固劑配制的培養(yǎng)基。 常用的凝固劑有瓊脂、明膠和硅膠等。 瓊脂是最為理想的凝固劑（1530g/L） ，是從石花菜等紅藻中提煉出來(lái)的。,人工做法(與果凍方法一樣) 向液體培養(yǎng)基中加入2左右的瓊脂，加熱至100溶解，40下冷卻并凝固。,石花菜(紅藻）瓊脂

26、,瓊脂主要成份半乳聚糖，分子量大，呈網(wǎng)狀粘著力強(qiáng)，溶解分散（溫度為96以上）,條狀瓊脂,粉末瓊脂,瓊脂的化學(xué)成分是多聚半乳糖的硫酸酯，大多數(shù)微生物不能分解和利用瓊脂。 瓊脂的熔點(diǎn)是96，凝固點(diǎn)為40，在一般培養(yǎng)溫度下呈固體狀態(tài)，在滅菌過(guò)程中不會(huì)受到破壞。 價(jià)格低廉，透明性好，常常被用作固體培養(yǎng)基的凝固劑。,1.不被微生物分解、利用、液化； 2.不因消毒滅菌而被破壞； 3.在微生物的生長(zhǎng)溫度內(nèi)保持固態(tài)； 4.凝固點(diǎn)的溫度對(duì)微生物無(wú)害； 5.透明度好，粘著力強(qiáng),理想凝固劑應(yīng)具備的條件,瓊脂特性,A.不能被絕大多數(shù)微生物利用、分解液化； 提問(wèn)：有什么好處？ 不作為額外碳源，干擾試驗(yàn)，保持固體特性 B

27、.高壓滅菌結(jié)構(gòu)不被破壞，且顏色透明不妨礙觀(guān)察；,C.多數(shù)微生物在瓊脂培養(yǎng)基表面生長(zhǎng)并形成獨(dú)立菌落；,提問(wèn)：有何好處？ 易于純化分離,按照培養(yǎng)基的物理性狀劃分（半固體培養(yǎng)基） 在液體培養(yǎng)基中，加入35g/L的凝固劑配制成的這種半固體狀態(tài)的培養(yǎng)基。 半固體培養(yǎng)基在微生物的研究中有特殊的用途，如通過(guò)細(xì)菌的穿刺培養(yǎng)可以觀(guān)察細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)能力，還可用于多種厭氧菌的培養(yǎng)以及菌種保藏等。,按照培養(yǎng)基的物理性狀劃分（液體培養(yǎng)基） 不含凝固劑，呈液體狀態(tài)。 組分均勻，微生物可充分接觸和利用其中的養(yǎng)料，主要用于微生物的生理、代謝等研究。 液體培養(yǎng)基的發(fā)酵率高，絕大多數(shù)發(fā)酵培養(yǎng)基都采用液體培養(yǎng)基（廢水處理）,按照培養(yǎng)基

28、的用途劃分（基本/基礎(chǔ)培養(yǎng)基） 能滿(mǎn)足某菌種野生型菌株最低營(yíng)養(yǎng)要求，牛肉膏/蛋白胨/氯化鈉按比例配，偏堿性。 基本培養(yǎng)基不能生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株。若在加入蛋白胨、酵母膏等富含生長(zhǎng)因子的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)缺陷型微生物可以生長(zhǎng)，這種培養(yǎng)基稱(chēng)為完全培養(yǎng)基。,類(lèi)似物如酵母膏、麥芽汁、土壤浸出液、牛奶、玉米粉,優(yōu)點(diǎn)營(yíng)養(yǎng)豐富、配制容易 缺點(diǎn)？ 質(zhì)量不穩(wěn)定、選擇性差； 3）半合成 半不純 優(yōu)缺點(diǎn)介于前兩者之間，因而使用最廣。,蛋白胨動(dòng)植物蛋白（大豆或動(dòng)物骨粉等）經(jīng)初步酶解形成的短肽（主要作氮源）,酵母膏,按照培養(yǎng)基的用途劃分（選擇培養(yǎng)基） 利用微生物對(duì)敏感化學(xué)物質(zhì)的差異，抑制非目的微生物生長(zhǎng)、使要分離的微生物生長(zhǎng)

29、繁殖的培養(yǎng)基。 提高細(xì)菌的篩選效率，如膽汁酸鹽G。 主要的選擇性包括對(duì)碳源和氮源的需求特點(diǎn)或物理和化學(xué)抗性特點(diǎn)等。, 投毒法（“正考試”）,常用物質(zhì)為染料、膽汁酸鹽、金屬鹽類(lèi)、酸、堿和抗生素。 例如欲分離古細(xì)菌，培養(yǎng)基中通常加入青霉素（由于古細(xì)菌的細(xì)胞壁不同于普通細(xì)菌，因而不會(huì)被對(duì)破壞普通細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的青霉素殺死），古細(xì)菌就唯一分離并存活下來(lái)。,膽汁酸鹽抑制革蘭氏陽(yáng)性菌 提問(wèn)：它能選擇性生長(zhǎng)那種細(xì)菌？ 革蘭氏陰性細(xì)菌,毒選擇性的抑制劑 待選細(xì)菌有抗性,投其所好法（“邪挖墻角”）,好營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境因子 （1）專(zhuān)一性營(yíng)養(yǎng)源培養(yǎng)法 待選細(xì)菌專(zhuān)門(mén)需要的某種碳源或氮源 例如篩選纖維素分解菌選用纖維素作為培

30、養(yǎng)基中的唯一碳源； 各類(lèi)降解石化廢水特殊有機(jī)物的細(xì)菌篩選通常是以這類(lèi)有機(jī)物為培養(yǎng)基中的唯一碳源，將目的細(xì)菌富集篩選下來(lái)。,（2）理化因素控制法 理化因素特殊的溫度、氧氣、pH、鹽度等環(huán)境條件 主要用于篩選極端環(huán)境微生物。如嗜鹽、嗜熱、嗜冷、嗜酸、嗜堿等的細(xì)菌，同時(shí)也被用于選擇性培養(yǎng)好氧或厭氧細(xì)菌。,嗜冷菌,嗜熱菌,按照培養(yǎng)基的用途劃分（鑒別培養(yǎng)基） 在普通培養(yǎng)基里加入指示劑（某種試劑或化學(xué)藥品）的培養(yǎng)基，微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的某種代謝產(chǎn)物能與培養(yǎng)基中加入的特定試劑或化學(xué)藥品起反應(yīng)，產(chǎn)生某種明顯的特征性變化，從而將此種微生物與其它微生物區(qū)分開(kāi)。 常用于微生物的生理生化鑒定，伊紅美藍(lán)。,鑒別明查分別（細(xì)菌種類(lèi)） 提供培養(yǎng)環(huán)境外還同時(shí)具有類(lèi)似于“驗(yàn)鈔機(jī)”的作用,方法？ 鑒加入指示劑（“紫光燈”） 別不同菌落制造不同的代謝物（“有無(wú)熒光粉”），顯色不一 水處理中常用的遠(yuǎn)藤氏培養(yǎng)基就是典型大腸菌群內(nèi)不同種