w04第四章微生物的营养和培养基课件.ppt

第四章第四章微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基l l第一节第一节微生物的六种营养要素微生物的六种营养要素l l第二节第二节微生物的营养类型微生物的营养类型l l第三节第三节营养物质的跨膜运输营养物质的跨膜运输l l第四节第四节培养基培养基第一节第一节微生物的六种营养要素微生物的六种营养要素营养（或营养作用，营养（或营养作用，nutritionnutrition）：）：是指生物体从外部环境摄取其生命是指生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能营养物（或营养，营养物（或营养，nutrientnutrient）：）：则指具有营养功能的物质在微生物学则指具有营养功能的物质在微生物学中，常也包括光能这种非物质形式的能源中，常也包括光能这种非物质形式的能源微微生生物物细细胞胞的的化化学学组组成成：碳、氢、氧、氮、硫、磷、钙、镁、钾、氯及多种微量元素营营养养物物质质：不论从元素水平还是从营养要素水平看，微生物的营养与摄食型的动物（包括人类）和光和自养型的植物非常相似，他们之间存在着“营养上的统一性”。

也有六种营养要素见表4-1生物类型生物类型营养要素营养要素动物动物（异养）微生物微生物绿色植物绿色植物（自养）异养自养碳源糖类、脂肪糖、醇、有机酸等二氧化碳、碳酸盐等二氧化碳、碳酸盐等氮源蛋白质或其降解物蛋白质或其降解物、有机氮化合物、无机氮化合物、氮无机氮化合物、氮无机氮化合物能源与碳源相同与碳源相同氧化无机物或利用日光能利用日光能生长因子维生素部分需要维生素不需要不需要无机元素无机盐无机盐无机盐无机盐水分水水水水表4-1：微生物和动物、植物营养要素的比较一、碳源一、碳源(carbonsource)碳源是一切能提供微生物营养所需的碳元素的营养源，兼作能源碳源是需要量最大的营养物（大量营养物）表4-2 微生物的碳源谱类型类型元素水平元素水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平有机碳CHONX复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等CHON多数氨基酸，简单蛋白质一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、脂等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等CH烃类天然气、石油及其不同馏分、石蜡油等无机碳C（？）COCO2CO2COXNaHCO3、CaCO3等 NaHCO3、CaCO3、白垩等碳源主要功能：碳源主要功能：一是提供细胞物质中的碳素来源；二是提一是提供细胞物质中的碳素来源；二是提供微生物生长发育过程中所需的能量。

供微生物生长发育过程中所需的能量双功能营养物双功能营养物”对碳源的分析：对碳源的分析：（1）把微生物作为一个整体来看，微生物的碳源谱很广，但对某一个具体的菌株来说，其碳源谱有其特殊性2）微生物所能利用的碳源有有机碳源和无机碳源，凡必须利用有机碳源的微生物，为异养微生物异养微生物；凡能利用无机碳源的微生物是自养微自养微生物生物3）多数微生物以有机化合物作为碳源和能源，对异养微生物来说最适碳源是CHO型，糖类是最好的碳源，尤其是葡萄糖；其次是醇类；有机酸、脂类等4）针对某一种具体微生物来看，其具体碳源利用范围很悬殊5）在发酵工业中，常用的碳素原料主要有：山芋粉、玉米粉、麸皮、废糖蜜、野生植物淀粉等二、氮源二、氮源(nitrogensource)：凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，称为氮源注意C/NC/N对微生物生长的影响微生物的氮源谱见表4-3类型类型元素水平元素水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平有机氮NCHO X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等N CHO尿素、一般氨基酸，简单蛋白质等尿素、蛋白胨、明胶等无机氮NHNH3、铵盐等（NH4）2SO4等NO硝酸盐等KNO3等NN2 空气表表4-3：微生物的氮源谱：微生物的氮源谱 氮源的主要功能氮源的主要功能：是提供合成原生质和细胞其他结构的氮素来源，一般不提供能量，但硝化细菌是利用铵盐或硝酸盐作为氮源和能源的。

对氮源的分析对氮源的分析：（1）从微生物所能利用的氮源种类来看：氨基酸自养型生物氨基酸自养型生物:所有绿色植物和很多的微生物氨基酸异养型生物氨基酸异养型生物:所有的动物和大量的异养微生物 （2）氮源种类：无机氮：铵态氮、硝态氮、氮气等；有机氮源：尿素、氨基酸、蛋白质等3）实验室和发酵工业生产中，常用的氮源有铵盐、硝酸盐、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、豆饼粉、花生饼粉等三、能源（三、能源（energysource)：能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能能源谱能源谱:1、化学物质、化学物质(化能营养型化能营养型)有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）有机物：化能异养微生物的能源（同碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）无机物：化能自养微生物的能源（不同于碳源）2、辐射能、辐射能(光能营养型光能营养型)：光能自养和光能异养微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源能源的分析：能源的分析：（1）化能自养型的微生物，其利用的能源物质是一些还原态的）化能自养型的微生物，其利用的能源物质是一些还原态的无机物质，如无机物质，如NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等。

等2）单功能营养物：能源）单功能营养物：能源如光辐射能如光辐射能双功能营养物：还原态的无机物双功能营养物：还原态的无机物N三功能营养物：氨基酸三功能营养物：氨基酸四、生长因子（四、生长因子（growthfactor)：生长因子：是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除维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4C8的分支或直链脂肪酸，以及需要量较大的氨基酸；而狭义的生长因子就是指维生素见表44维生素维生素转移的对象转移的对象代谢功能代谢功能硫胺素（硫胺素（B B1 1）乙醛基乙醛基焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基，与焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基，与-酮酸的氧化脱羧和酮酸的氧化脱羧和酮基转移有关酮基转移有关核黄素（核黄素（B B2 2）氢、电子氢、电子黄素核苷酸黄素核苷酸FMNFMN和和FADFAD的前体，他们构成黄素蛋白的辅基，转移氢的前体，他们构成黄素蛋白的辅基，转移氢烟酸（烟酸（B B5 5）氢、电子氢、电子NADNAD和和NADPNADP的前体，是脱氢酶的辅酶，参与递氢过程及氧化还原反应的前体，是脱氢酶的辅酶，参与递氢过程及氧化还原反应吡哆醇（吡哆醇（B B6 6）氨基氨基磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转氨酶与脱羧酶的辅基，参与氨基酸的消旋、磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转氨酶与脱羧酶的辅基，参与氨基酸的消旋、脱羧和转氨脱羧和转氨泛酸泛酸酰基酰基辅酶辅酶A A的前体，乙酰载体的辅基，转移酰基，参与糖和脂肪酸的合成的前体，乙酰载体的辅基，转移酰基，参与糖和脂肪酸的合成叶酸叶酸甲基甲基即辅酶即辅酶F F（四氢叶酸），参与一碳基的转移，与合成嘌呤、嘧啶、四氢叶酸），参与一碳基的转移，与合成嘌呤、嘧啶、核苷酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关核苷酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关生物素（生物素（H H）羧基羧基各种羧化酶的辅基，在各种羧化酶的辅基，在COCO2 2固定、氨基酸和脂肪酸合成及糖代谢中起作用固定、氨基酸和脂肪酸合成及糖代谢中起作用维生素维生素B B1212羧基，甲基羧基，甲基钴酰胺辅酶，参与一碳基传递，与甲硫氨酸和胸苷酸的合成和异构化有关钴酰胺辅酶，参与一碳基传递，与甲硫氨酸和胸苷酸的合成和异构化有关表表4-4：维生素的生理功能：维生素的生理功能生长因子的功能：生长因子在微生物代谢中有着极其重要的作用，如构成细胞成分；调节代谢，维持生命的正常活动。

生长因子分析：（1）各种微生物与生长因子的关系可分以下几类：生长因子自养型微生物生长因子自养型微生物 生长因子异养型微生物生长因子异养型微生物 生长因子过量合成微生物生长因子过量合成微生物（2）在配制微生物培养基时，如果配制的是天然培养基，则可加入富含生长因子的原料酵母膏、玉米浆、肝浸液、麦芽汁或其他新鲜的动植物组织浸液；如果配制的是合成培养基，可加入复合维生素液五、无机盐五、无机盐(inorganicsalt)：无机盐主要可为微生物提供碳、氮源以外的各种重要元素大大量量元元素素:凡是生长所需浓度在10-310-4mol/L范围内的元素，如K、Ca、Na、Mg、S、P、Fe等；微微量量元元素素:凡所需浓度在10-610-8mol/L范围内的元素，称为，如Mn、Cu、Zn、Co、Mo等Fe实际上介于大量元素和微量元素之间不同的微生物对不同的元素要求不同无机盐的营养功能：无机盐的营养功能：无机盐的分析：（1）在配制细菌培养基时，对于大量元素来说，可以加入有关化学试剂，其中首选的是K2HPO4及MgSO4，因为它们可以同时提供4种需要量最大的元素2）对其他需要量少些的元素，除非研究代谢等有特殊要求，一般不需外源添加。

六、水六、水(water)：水分是微生物细胞中的主要组成成分，一般约为7090%其主要作用其主要作用：细胞物质的组成成分；生物化学反应的介质；细胞内各种物质的基本溶剂；调节细胞内的温度，保持生活环境温度的恒定除了少数微生物如蓝细菌以水为代谢中间物外，其他微生物都不是利用水作为营养物质几种生物的游离水含量：人体：60%海蜇：96%微生物：7585%第二节第二节微生物的营养类型微生物的营养类型分类标准分类标准营养类型营养类型1.以能源分光能营养型（phototroph）化能营养型（chemotroph）2.以供氢体分无机营养型（lithotroph）有机营养型（organotroph）3.以碳源分自养型（autotroph）异养型（heterotroph）4.以合成氨基酸能力分氨基酸营养型（amino acid autotroph）氨基酸自养型（amino acid heterotroph）5.以生长因子分原养型（protoroph）或野生型（wild type）营养缺陷型（auxotroph）6.以取食方式分渗透营养型（osmotroph）吞噬营养型（phagocytosis）7.以取得死或活有机物分腐生型（saprophytism）寄生型（parasitism）表4-5：微生物营养类型的分类 营养类型营养类型能源能源供氢体供氢体基本碳源基本碳源实例实例光能无机营养型（光能自养型）光无机物CO2蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类光能有机营养型（光能异养型）光有机物CO2及简单有机物红螺菌科的细菌（即紫色无硫细菌）化能无机营养型（化能自养型）无机物*无机物CO2硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、硫黄细菌等化能有机营养型（化能异养型）有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部真核微生物表表4-6：微生物的营养类型：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）光能自养微生物所需要的能源是光能，以CO2为主要碳源，以无机物作为供氢体，将CO2化合成细胞自己的有机物质。

这类微生物都含有光合色素，所以能利用光能进行光合作用主要类群是蓝细菌、绿硫细菌和紫硫细菌光合色素主要有二类：叶绿素和菌绿素以绿硫细菌为例：CO2+2H2S CH2O+2S+H2O2、光能异养型（光能有机营养型）光能异养型（光能有机营养型）光能异养微生物利用光作能源，以一种有机化合物为主要碳源，作为供氢体，将CO2还原成碳水化合物例如红螺菌利用异丙醇作为供氢体，进行光合作用CH3 CHOH+CO2 2CH3COCH3+H20 CH33、化能自养型（化能无机营养型）、化能自养型（化能无机营养型）化能自养微生物利用氧化无机物所产生的能量作为能源，CO2作为碳源，合成自身需要的有机含碳化合物这类微生物仅限一些细菌，共有五类：氢细菌、硫细菌、铁细菌、氨细菌和亚硝酸细菌这些细菌在产能过程中，都需要大量氧气参加，所以所有的化能自养细菌均为好氧菌。