第四章微生物的营养和培养基
微生物学(周德庆版)第四章 微生物的营养和培养基
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50
2．鉴别性培养基（differential medium） 培养基中加能与某一菌的无色代谢产物发
生显色反应的指示剂，从而用肉眼就能使 该菌菌落与外形相似的它种菌落相区分的 培养基，就称鉴别性培养基。
丙酮酸+P-HPr
HPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在 细胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。
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2、糖被磷酸化后运入膜内
膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2结合，再
被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的
磷酸激活，并通过酶2的作用将糖-磷酸释放
到细胞内。
酶2
P-HPr+糖 糖-P +HPr
28
29
以纤代糖 以国代进
42
二、4 种方法
生态模拟 参阅文献 精心设计 试验比较
43
二、培养基的种类
培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用
途可将培养分成多种类型。
一类利用动、植物或微生物体或其提取物制
（
成的培养基，是一类营养成分复杂,难以说
一 ）
天然培养基
出其确切成分的培养基。
按
牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基
(NH4)2SO4, NH4NO3等 KNO3等 空气
7
按氮源的不同生物可分为： 氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮 气的生物 氨基酸异养型生物：现成氨基酸
8
3.能源 能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养 物或辐射能，称为能源。
无机物：化能自养菌的能源：NH4+、NO2-、S、H、H2S、Fe2+等。 单功能营养物、双功能营养物、三功能营养物
第四章 微生物的营养和培养及
第四章 微生物的营养与培养基目的要求：通过本章的课堂教学，使学生了解微生物营养类型的特点及多样性，以及根据不同微生物各自的营养要求，配制相应的培养基对微生物培养的理论知识，为今后对微生物的研究与利用打下基础。
教学内容：1、微生物的6类营养要素2、微生物的营养类型3、营养物质进入细胞的方式单纯扩散(simple diffusion)促进扩散(facilitated diffusion)主动运输(active transport)基团移位(group translocation)4、培养基(media)配制的原则5、培养基的种类重点内容：微生物 营养类型营养物质进入细胞的方式培养基(media)配制的原则及主要培养基类型营养（nutrition）：微生物CUN 从外部环境中摄取对其生命活动必须的能量和物质，以满足其生长和繁殖等生理活动的过程。
营养物质（nutrient）：那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质称为营养物质。
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理过程。
第一节 微生物的六种营养要素一、微生物细胞的化学组成细胞化学元素组成：主要元素: 包括碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等，碳、氢、氧、氮、磷、硫等微量元素: 包括锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
微生物细胞组成：有机物、无机物和水。
有机物：主要包括蛋白质、糖、脂、核酸、维生素以及它们的降解产物和一些代谢产物等物质。
无机物：是指与有机物相结构或单独存在于细胞中的无机盐(inorganic salt)等物质。
水：细胞维持正常生命活动所不可少的，一般可占细胞重量的70%-90%。
二、微生物的营养要素营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
1、碳源：在微生物生长过程中能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物质称为碳源。
碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化后成为微生物自身的细胞物质（如糖类、脂类、蛋白质等）和代谢产物，同时绝大部分碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动所需的能源，因此碳源物质通常也是能源物质。
yd第四章 微生物的营养和培养基
生长因子是一类调节微生物正常代谢必不可少，但素、AA、碱基等。其主要功能是参与合成核酸和辅酶，如嘌呤和嘧啶。提供生 长因子的物质包括酵母膏、玉米浆、麦芽汁、复合维生素等营养物质。 五、无机盐
以 CO2 或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以氧化无机物释放的化学能为能源，利用电子供 体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使 CO2 还原成细胞物质。这类微生物主要有硫 化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。 三、光能有机营养型以 CO2 和简单有机物为基本碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢体， 利用光能将 CO2 还原成细胞物质。红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。四、化能有机 营养型
这类微生物以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的化学能为能源，以 有机物作为供氢体进行生长的微生物，称为化能异养微生物。多数微生物属于化能异养型， 其生长所需要能源和碳源通常来自同一种有机物。其中，化能异养型又依据所利用的有机物 特性，分为腐生型和寄生型。
营养类型的划分不是绝对的，不同生活条件下，可相互转变。 4.3 营养物进入细胞的方式 一、单纯扩散（simple diffusion）
1. 热稳载体蛋白(HPr)的激活。HPr 是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上， 具有高能磷酸载体的作用。细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团通过酶 1 的作用把 HPr 激活。
2. 糖经磷酸化后运入细胞膜内。膜外环境中的糖先与外膜表面的酶 2 结合，再被转运 到内膜表面。这时，糖被 P-HPr 上的磷酸激活，并通过酶 2 的作用将糖-磷酸释放到细胞内。 酶 2 是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出 一系列与底物分子相应的酶 2。 4. 4 培养基（medium）
微生物第四章总结
3. 半组合培养基 又称半合成培养基，指一类主要以化学试剂配制，同时还加有某种或某些天然成分的培养基。如：马铃薯蔗糖培养基。
（2）渗透压和水活度
渗透压：是某水溶液中一个可用压力来度量的物化指标，它表示两种不同浓度的溶液间若被一个半透膜隔开时，稀溶液中的水分子会因水势的推动而透过隔膜流向浓溶液，直至两边水分子的进出达到平衡为止。
水活度：即aw，表示在天然或人为环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。其定量涵义为：在同温同压下，某溶液的蒸汽压（P）与纯水蒸汽压（P0）之比。因此水活度也等于该溶液的百分相对湿度值（ERH），各种微生物生长繁殖范围的水活度在0.998-0.60之间。
氮源：凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。
氮源谱：把微生物作为一个整体观察，它们能利用的氮源范围。其谱详见P84
异养微生物对氮源的利用顺序是：N.C.H.O或N.C.H.O.X优于N.H优于N.O优于N类。
氨基酸自养型生物：一部分微生物是不需要利用氨基酸作为氮源，它们能把尿素，铵盐，硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸。
三，主动运送
主动运送：指一类须提供能量通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方式。
四，基因移位
基因移位： 指一类既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的一种物质运送方式，其特点是溶质在运送前后还会发生分子结构变化。基因移位主要用于运送各类糖类，核苷酸，丁酸和腺嘌呤等物质。
4.微生物的营养(1)
加富培养基
是在培养基中加入血、血清、动植物组 织提取。用来培养要求较苛刻的某些异 养微生物。
Cncnc-micro
无机盐（mineral salts）
无机盐功能 构成微生物细胞的组成成分 调解微生物细胞的渗透压， PH值和氧 化还原电位 有些无机盐如S、Fe还可做为化能自养微 生物的能源 构成酶活性基的组成成分，维持E活性。 Mg、Ca、K是多种E的激活剂
Cncnc-micro
无机盐种类
构成微生物细胞以C、H、O、N、P、S六种元素 为主， 此外Ca、K 、Mg、Fe，约占细胞干重的 95％以上。 大量元素Ca、K 、Mg、Fe，以无机盐阳离子形 式被吸收，配培养基要加进磷酸盐、硫酸盐。
Cncnc-micro
化能自养微生物
在完全无机的环境中生长发育，以无机 化合物氧化为时释放的能量为能源，以 CO2为碳源，合成细胞物质的微生物叫化 能自养微生物。 这类细菌包括硫细菌、硝化细菌、H细 菌、铁细菌等，硫细菌和硝化细菌与生 产密切相关。
Cncnc-micro
异养微生物（有机营养型）
在完全有机环境中生长繁殖，以含碳 有机物为碳源，含氮有机物或无机物为 氮源，合成细胞物质，称为异养微生物。
Cncnc-micro
氮源种类
分子态氮：固氮微生物以分子氮为唯一氮源 无机态氮：硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用 有机态氮：蛋白质及其降解产物 实验室常用牛肉膏、蛋白胨、酵母膏做氮源 生产用玉米浆、豆饼、葵花饼、花生饼等。 a 速效氮源：玉米浆、铵盐等 b 迟效氮源：豆饼、花生饼等
Cncnc-micro
基团转位：是在研究糖的运输时发现的 一种主动运输方式。 运输过程中需要能量，被运输的物质发 生化学变化的运输叫基团移位。 许多糖就是靠基团移位进行运输的。 这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶 系统来运输营养物质的。
第4章 微生物的营养与培养基
基团移位
基团转移运输特点：（p93）
需要磷酸酶系统进行催化
被运输的物质发生化学变化，被磷酸化 需要能量
4 种运送方式 总结
浓度梯度 单纯扩散 促进扩散 主动运输 高 高 低 低 低 高 能量 不需 不需 需 载体 不需 需 需 动力 浓度差 浓度差 能量
基团移位
低
高
需
需
能量
4种运送营养方式的比较
促进扩散 （p93）
①不消耗能量 ②参与运输的物质本身的分子结构不发生变化
特 点
③不能进行逆浓度运输
④运输速率与膜内外物质的浓度差成正比 ⑤需要载体参与
图4 主动运输示意图
三、主动运输特点
被运送的物质可逆 浓度梯度进入细胞 内 消耗能量，必需有 能量参加。 有膜载体参加，膜 载体发生构型变化 被运送物质不发生 任何变化。
葡萄糖 5g
1g
NH4H2PO4 1g NaCl 5g MgSO4.7H2O 0.2g K2HPO4
H2O 1000ml
2. 营养协调 （p96）
培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓度 过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长 起抑制作用。 培养基中各营养物质之间的浓度配比直接影响微生物的生长繁殖 和代谢产物的形成和积累，碳氮比（C/N）的影响较大。 碳氮比：培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养 基中还原糖与粗蛋白之比。
单功能营养物：如辐射能 双功能营养物：NH4+是硝酸细菌的能源和氮源 三功能营养物：如”N.C.H.O”是异养微生物的能源、碳源及氮 源。
第二节 微生物的营养类型
营养类型 碳源 能源 代表菌 蓝细菌 绿硫细菌 藻类 红螺菌科 硝化细菌 硫化细菌 绝大多数细菌 全部真核微生物
微生物学 微生物的营养与培养基
能源：能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能
（四）生长因子（growth factor）：
定义:是一类对微生物正常生长所不可缺少、而需要量又 不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合 成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。不同微生 物需求的生长因子的种类和数量不同。
categories: Growth factors are organized into three categories:
铵盐
氨基酸
入胞
细胞物质
蛋白胨
硝酸盐NO3
豆饼 蚕蛹粉
诱导酶
诱导酶
NH4+
分解 入胞
细胞物质
（三）能源（Energy source）：
化学物质
有机物：化能异养微生物的能源 (同碳源)
能 源
（化能自养型） 无机物：化能自养微生物的能源 (不同于碳源)
谱
（光辐能射营能养型）：光能自养和光能异养微生物的能源
菌、氢细菌、硫磺细菌等
化能有机营养型 有机物 有机物 有机物 绝大多数原核生物，全部真
（化能异养型） * NH4+、NO2-、S0、H2S、H2、Fe2+等。
菌和原生动物
光能异养型微生物
利用光能，以简单有机物（醇、有机酸） 为供氢体同化CO2
CH3 │ 光能 CO2+2CH2-CHOH----→[CH2O]+2CH3COCH3+H2O
pH的稳定
无
化 能 自 养 菌 的 能 源 ( S、Fe2+、
机 盐
特殊功能
NH4+、NO2-) 无 氧 呼 吸 时 的 氢 受 体 ( NO3-、
SO42-)
第四章微生物的营养和培养基
第四章微生物的营养和培养基微生物的营养：为了满足其生长和繁殖的的需要微生物从外界摄取其生命活动所必须的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。
即获得与利用营养物质的功能。
微生物的营养物质：能够满足微生物的生长繁殖和完成其各种生理活动所需要的物质称为微生物的营养物质。
即具有营养功能的物质。
微生物的营养物质可为它们正常的生命活动提供结构物质（大分子碳架）、能量、代谢调解物质和良好的生理环境。
微生物的营养物质来源除无机、有机物质外，还包括光能这种非物质形式的能源。
第一节微生物的六类营养要素1 微生物的营养要求2 微生物的六类营养要素一微生物的营养要求（一）微生物细胞的化学组成微生物细胞由C、H、O、N、S、P、Mg、K、Na、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Mo、Zn等化学元素组成，且以C、H、O、N、S、P六种元素为主，占细菌细胞干重的97%。
微生物细胞中的这些元素主要以水、有机物和无机盐的形式存在于细胞中。
有机物主要为：蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它们的降解物与一些代谢产物等物质组成。
无机物则是：参与有机物组成或单独存在于细胞原生质内的无机盐等灰分物质中。
水是细胞的一种主要成分，一般占微生物营养体重量的百分比：细菌80%左右、酵母菌75%左右、霉菌85%左右；霉菌孢子含水约39%、细菌芽孢核心部分的含水量低于30%。
细胞内的有机物、无机物和水等共同赋予细胞的遗传连续性、透性和生化活性。
（二）微生物的营养要求微生物细胞也和其他高等生物细胞一样，在元素水平都需要20种左右，且以C、H、O、N、S、P六种元素为主；在营养要素水平上都在六大类的范围内：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
二微生物的六类营养要素（一）碳源1 碳源（carbon source）一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物，称为碳源。
碳源是微生物需要量最大的营养物，又称大量营养物。
2 微生物的碳源谱微生物可利用的碳源范围即碳源谱。
微生物
基团转位：细菌PTS运输系统。图中显示两种PTS。PTS系统由磷酸烯醇式 丙酮酸(PEP)、酶I(EI)、低分子热稳定蛋白(HPr)和酶Ⅱ(EⅡ)组成。
基团移位特点
第五节 培养基
特点
• 任何培养基具备微生物生长所需的六大 元素，且其比例合适 • 培养基配制后要立即灭菌 • 除少数难养菌，绝大多数微生物都可在 培养基上生长
光能有机营养型微生物－红螺菌科细菌 （紫色无硫细菌）
异丙醇 特点： • 不能以二氧化碳作为唯一碳源 • 利用光能
丙酮
• 以简单的有机物（有机酸、醇）作为氢供体同化二氧化碳
化能无机营养型－硝化细菌等
化能有机营养型－绝大多数微生物
不同营养类型之间的界限并非绝对： •异养型微生物并非绝对不能利用CO2；
3、无机盐的营养功能
六、水
水的功能
• 为最优良的溶剂，保证几乎一切生化反 应的进行； • 维持各种生物大分子结构的稳定性； • 参与某些重要的生化反应； • 具有许多优良的物理性质：高比热、高 汽化热、高沸点、固态时密度小于液态 等，这些特性对保证生命活动十分重要；
水的可利用性－用水活度表示
单糖 > 双糖 > 多糖
（2）自养微生物的碳源选择 二氧化碳、简单碳酸盐
产甲烷菌：仅能利用CO2和少数1C或2C化合物 甲烷氧化菌：仅能利用甲烷、甲醇两种碳源
（3）假单胞菌：可利用90种以上碳源
4、双功能营养物
• 对于异养微生物来说，其碳源同时又作 为能源物质。
工业生产中常用的碳源
• • • • • 糖蜜 甜薯干 马铃薯 玉米粉 红糖
载体蛋白（carrier proteins）——通透酶（permease）性质； 介导被动运输与主动运输。 通道蛋白（channel proteins）——具有离子选择 性，转运速率高； 离子通道是门控的；只介导被动 运输
第四章微生物的营养和培养基
营养类型是指根据微生物生长所需 要的主要营养要素即能源和碳源的不同 ，而划分的微生物类型。
一、微生物营养类型(Ⅰ)
二、微生物营养类型(Ⅱ)
第三节 营养物质进入细 胞的方式
微生物在生长过程中，所需营养 物质不断的进入细胞，代谢产物及时 的分泌到胞外，这两个过程就是物质 的运输。
一、物质运输方式
甘油、苯及某些氨基酸分子。
单纯扩散对营养物的运送 缺乏选择能力和逆浓度梯度的“浓缩”能力， 不是细胞获取营养物质的主要方式。
2.促进扩散（facilitated diffusion）
（1）定义
促进扩散（facilitated diffusion）指溶 质在运送过程中，必须借助存在于细胞膜上的 底物特异载体蛋白（carrier protein）的协助 ，但不消耗能量的一类扩散性运送方式。
3.主动运送（active transport）
（1）定义
主动运送（active transport）指一类须提供 能量（包括ATP、质子动势或“离子泵”等）并通过
细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环
境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方式。属于
逆浓度梯度运送营养物的方式。
（2）特点
物质运送必须借助存在于细胞膜上的
（1）糖
单糖＞双糖和多糖
己糖＞ 戊糖
葡萄糖、果糖＞ 甘露糖、半乳糖 淀粉＞ 纤维素或几丁质等纯多糖 纯多糖＞ 琼脂等杂多糖
葡萄糖可作为大多数微生物的碳源！
（2）酚、氰化物等有毒物质
对人类有毒的物质Eg. 酚、氰化物等
某些微生物Eg. 诺卡氏菌和一些霉菌等
美味佳肴
微生物清除三废
（3）CO2
最廉价的、用之不尽的碳源，是自养微生物 唯一或主要的碳源。
微生物的营养和培养基
第一节 微生物的6大类营养要素
三、能源（energy）
能为微生物生命活动提供最初能量来源的营 养物或辐射能。由于各种异养微生物的能 源就是其碳源，因此，它们的能源就显得 十分简单。
第一节 微生物的6大类营养要素
三、能源（energy）
单功能营养物：光辐射能； 双功能营养物：还原态的无机物NH4+（能源、 氮源）； 三功能营养物：氨基酸（碳源、氮源和能源）
四、基团移位（group translocation）
第四节 培养基
培养基（medium，复数为media；或culture medium）指由人工配制的、适合微生物生长繁殖 或产生代谢产物用的混合营养料。任何培养基都 应具备微生物生长所需要的六大营养要素，且其 间的比例是合适的。 绝大多数微生物都可在人工培养基上生长，只有 少数称作难养菌（fastidious microorganisms）的寄 生或共生微生物，例如类支原体、类立克次氏体 和少数寄生真菌等，至今还不能在人工培养基上 生长。
四、基团移位（group translocation）
指一类既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的 一种物质运送方式。其特点是溶质在运送前后还 会发生分子结构的变化，因此不同于一般的主动 热稳载 运送。 体蛋白 基团移位主要用于运送各种糖类(葡萄糖、果糖、 甘露糖和N-乙酰葡糖胺等)、核苷酸、丁酸和腺嘌 呤等物质。其运送机制在E.coli中研究得较为清楚， 主要靠磷酸转移酶系统，即磷酸烯醇式丙酮酸-己 糖磷酸转移酶系统进行。此系统由24种蛋白组成， 运送某一具体糖至少有4种蛋白参与。其特点是每 输入一个葡萄糖分子，就要消耗一个ATP的能量。
第一节 微生物的6大类营养要素
微生物学习题与答案
第四章微生物的营养和培养基A部分习题一、选择题1. 大多数微生物的营养类型属于：（）A. 光能自养B. 光能异养C. 化能自养D. 化能异养2. 蓝细菌的营养类型属于：（）A．光能自养 B. 光能异养 C．化能自养 D. 化能异养3. 碳素营养物质的主要功能是：（）A. 构成细胞物质B. 提供能量C. A，B 两者4. 占微生物细胞总重量70%-90% 以上的细胞组分是：（）A. 碳素物质B. 氮素物质C. 水5. 能用分子氮作氮源的微生物有：（）A. 酵母菌B. 蓝细菌C. 苏云金杆菌6. 腐生型微生物的特征是：（）A. 以死的有机物作营养物质B. 以有生命活性的有机物作营养物质C. A，B 两者7. 自养型微生物和异养型微生物的主要差别是：（）A. 所需能源物质不同B. 所需碳源不同C. 所需氮源不同8. 基团转位和主动运输的主要差别是：（）A. 运输中需要各种载体参与B. 需要消耗能量C. 改变了被运输物质的化学结构9. 单纯扩散和促进扩散的主要区别是：（）A. 物质运输的浓度梯度不同B. 前者不需能量，后者需要能量C. 前者不需要载体，后者需要载体10. 微生物生长所需要的生长因子（生长因素）是：（）A. 微量元素B. 氨基酸和碱基C. 维生素D. B，C二者11. 培养基中使用酵母膏主要为微生物提供：（）A. 生长因素B. C 源C. N 源12. 细菌中存在的一种主要运输方式为：（）A. 单纯扩散B. 促进扩散C. 主动运输D. 基团转位13. 微生物细胞中的C素含量大约占细胞干重的：（）A. 10%B. 30%C. 50% %14. 用牛肉膏作培养基能为微生物提供：（）A. C 源B. N 源C. 生长因素D. A，B，C 都提供15. 缺少合成氨基酸能力的微生物称为：（）A. 原养型B. 野生型C. 营养缺陷型二、是非题1. 最常用的固体培养基的凝固剂是琼脂。
2. 大多数微生物可以合成自身所需的生长因子，不必从外界摄取。
微生物学：第四章微生物的营养与培养基
微 生 物
生长因子 需要量（ml-1
胆碱
硫胺素 B-丙氨酸
III型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） 白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae）
6ug
0.5ng 1.5ug
破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani）
氮源
氮源谱
｛ ｛ ｛
有机氮 无机氮
蛋白质 核酸 氨基酸 尿素
NH3 铵盐 硝酸盐 N2
按氮源的不同，生物可分为：
氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮 气的生物
氨基酸异养型生物：不能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮 气的生物
常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼 粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等
④热的良好导体；
⑤通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构
第二节
生长所需要的碳源
微生物的营养类型
自养型生物
异养型生物
光能营养型
生物生长过程中能量的来源
划分依据 碳源 能源 电子供体 营养类型 自养型(autotrophs) 异养型(heterotrophs) 光能营养型(phototrophs) 化能营养型(chemotrophs) 无机营养型(lithotrophs) 有机营养型(organotrophs)
碳源谱
｛
有机碳 无机碳
异养微生物
自养微生物
微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、 脂类、烃、CO2及碳酸盐等。糖类是最广泛利用的碳源。
对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有 能源功能营养物。
第4章_微生物的营养(答案)
第4章微生物的营养和培养基填空题1.微生物生长繁殖所需六大营养要素是、、、、和。
碳源氮源无机盐生长因子水能源2．根据，微生物可分为自养型和异养型。
碳源3．根据，微生物可分为光能营养型和化能营养型。
能源4. 根据，微生物可分为无机营养型和有机营养型。
氢供体5. 根据碳源、能源和氢供体性质的不同，微生物的营养类型可分为、、和。
光能无机自养光能有机异养化能无机自养化能有机异养6．设计、配制培养基所要遵循的原则包括、、和。
目的明确营养协同理化适宜经济节约7．按所含成分划分，培养基可分为、、和。
天然培养基组合培养基半组合培养基8．按物理状态划分，培养基可分为、、和。
固体半固体液体脱水培养基9．按用途划分，培养基可分为、、和等4种类型。
基础加富鉴别选择10．营养物质进入细胞的方式有、、和。
单纯扩散促进扩散主动运输基团移位11. 在营养物质的四种运输方式中, 只有__________ 运输方式改变了被运输物质的分子结构.基团移位12. 在营养物质运输中, 能逆浓度梯度方向进行营养物运输的运输方式是__________,__________。
主动运输、基团移位13. 在营养物质运输中顺浓度梯度方向运输营养物质进入微生物细胞的运输方式是__________ 和__________。
单纯扩散、促进扩散14. 在营养物质运输中既消耗能量又需要载体的运输方式是__________,__________。
主动运输、基团移位15、化能自养型和化能异养型微生物,生长所需的能量前者来自于_______的氧化放能,而后者则来自于_______的氧化放能；生长所需的碳源前者以_______为主,后者则以______为主要来源。
无机物有机物CO2 有机物16、光能自养型和光能异养型微生物的共同点是都能利用__________; 不同点在于前者能以__________ 作唯一碳源或主要碳源, 而后者则以__________ 作主要碳源, 前者以__________ 作供氢体而后者则以__________ 作供氢体。
微生物的培养
第四章微生物的营养和培养基本章重点: 营养、营养物的概念；微生物的六大营养要素及其功能；微生物的营养类型；营养物质的运输方式。
本章难点：培养基及其类别；营养基的选用原则、营养基的设计及配制的原则与方法。
建议学时：8学时营养物：能为机体生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境的物质称为营养物。
营养：指生物体从外部环境摄取其生命活动所必须的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。
第一节微生物的六类营养要素一、细胞化学组成微生物细胞的化学组成（以大肠杆菌为例）元素碳氧氮氢磷硫钠钾钙镁氯铁其他干重(%) 50.0 20.0 14.0 8.0 3.0 1.0 1.0 1.0 0.5 0.5 0.5 0.2 0.31、水分和无机元素含水70-90%（鲜重），无机元素（3-10%干重）依次为P、S、K、Mg、Ca、Fe、Zn、Mn等。
2、有机物蛋白质,核酸,碳水化合物,类脂,维生素等。
二、微生物的六种营养要素及其功能（一）碳源：1、定义：凡可构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物质称为碳源。
2、生理功能：构成细胞物质，供给微生物生长发育所需要的能量。
3、碳源谱(1)碳源谱特点1）微生物能利用的碳源类型大大超过了动物界或植物界所能利用的碳化合物。
2）碳源谱的广度是从整个微生物界的角度来讨论的。
如果针对某一种具体微生物来看，则不同种的微生物其具体碳源利用范围是很悬殊的。
3）凡必须利用有机碳源的微生物，就是为数众多的异养微生物，凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物。
4）对异养微生物来说，它的碳源同时又充作能源，这时，可认为碳源是一种双功能的营养物。
(2) 利用顺序对异养微生物来说，其最适碳源则是“C.H.O”型。
其中，糖类是最广泛利用的碳源，其次是醇类、有机酸类和脂类等。
在糖类中，单糖胜于双糖和多糖，己糖胜于戊糖，葡萄糖、果糖胜于甘露糖、半乳糖；在多糖中，淀粉明显地优于纤维素或几丁质等纯多糖，纯多糖则优于琼脂等杂多糖和其他聚合物(如木质素)。
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微生物的4大营养类型：
营养类型划分不是绝对的，不同生活条件下，可相互转变。
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第三节 营养物质进入细胞的方式
营养物质进入细胞的方式有： 单纯扩散 促进扩散 主动运输 基团转移
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一、单纯扩散
单纯扩散：又称被动扩散，是指物质顺浓 度梯度，在无载体蛋白参与下，以扩散方 式进入细胞的方式。这是物质进出细胞的 最简单一种方式。
微生物利用: 糖类＞有机酸类＞醇类＞脂类 10
（二）氮源(nitrogen source)
凡是能被用来构成细胞物质中或代谢产物中氮素 来源的营养物质称为氮源。一般不作能源。
微生物的氮源谱
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蛋白质
｛ ｛ 氮源谱
有机氮
核酸 氨基酸 尿素
｛ 无机氮
NH3 铵盐 硝酸盐
N2
➢ 速效氮源：NH4+被细胞吸收后可直接被利用，因 而（NH4）2SO4等铵盐一般被称为速效氮源 ➢ 迟效氮源：而NO3-被吸收后需进一步还原成NH4+ 后再被微生物利用
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按氮源的不同生物可分为： 氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮 气的生物 氨基酸异养型生物：现成氨基酸
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（三）能源(energy source)
能源：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，称为能源。
化能异养菌的能源：异养微生物的碳源同时也是能源。 化能自养菌的能源：无机物：NH4+、NO2-、S、H2、H2S、Fe2+等。
①物质在扩散过程中没有发生任何反应；
②不消耗能量；不能逆浓度运输；
③运输速率与膜内外物质的浓度差成正比
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2．促进扩散：溶质的运送过程中，必须借助于膜上的特
异性载体蛋白的协助，但不消耗能量，顺浓度梯度进入细胞 的方式。
①不消耗能量
特 ②参与运输的物质本身的分子结构不发生变化 点
③不能进行逆浓度运输 ④运输速率与膜内外物质的浓度差成正比
⑤需要载体参与
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细胞膜外
细胞膜
恢复原构象 再 循 环
结
构
合
象
改
变
移位
促进扩散模式图
细胞膜内
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3．主动运输
指一类须消耗能量并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象 的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方 式。 广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式。
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特点
需要消耗代谢能；
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有机碳源：蛋白质，核酸，淀粉，葡萄糖等 无机碳源： CO2 , Na2CO3 , CaCO3等 ➢ 异养微生物：必须利用有机碳源 ➢ 自养微生物：能利用无机碳源
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微生物可利用的碳源(化合物分类)
糖类： 葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘 露糖，纤维二糖，纤维素，半纤维素，甲壳素，木质素，等 有机酸： 乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级脂肪酸， 氨基酸，等 醇类： 乙醇，等 脂类： 脂肪，磷脂，等 烃类： 天然气，石油，石油馏分，石蜡油 ，等 CO2 碳酸盐： NaHCO3, CaCO3, 白垩，等 其他： 芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽，核酸
Mn
18无机盐的生理功能来自19（六）水(Water)
存在状态：游离态（溶剂）和结合态（结构组成）
1.生理作用： ➢ 细胞组成成分 ➢ 生化反应溶剂 ➢ 化学、生理反应介质 ➢ 物质运输媒体 ➢ 调节细胞温度 ➢ 维持细胞的渗透压
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2.水活度：微生物生长的环境中水的有效性
（在相同的温度、压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水蒸 汽压之比。）
狭义：维生素 广义：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等
作用：辅酶或酶活化所需。
含生长因子丰富的物质：酵母膏（酵母粉或酵母汁） 、 玉米浆、麦芽汁等。
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按照微生物是否能合成生长因子：
生长因子自养型微生物
多数真菌、放线菌和部分细菌（如E.coli）
生长因子异养型微生物（营养缺陷型）
各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物
生长因子过量合成微生物
阿舒假囊酵母生产VB2； 谢氏丙酸杆菌等生产VB12；
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（五）无机盐 (inorganic salts)
是微生物生长必不可少的一类营养物质。
大量元素：10-3~10-4 mol/L， 如 Na、K、S、P 微量元素：10-6~10-8 mol/L ，如Cu 、Zn 、
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功能:
❖ 参与微生物细胞的组成 ❖ 提供微生物机体进行各种生理活动所需的能量 ❖ 形成微生物代谢产物的来源
营养物质是微生物新陈代谢和一切生命活动的物质 基础，失去这个基础，生命也就停止。
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（一）碳源(carbon source）——能源物质
在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质。
微生物的碳源谱
需要载体（渗透酶）参与； 运输方向是由胞外向胞内，逆浓度梯度方向进行； 扩散没有动态平衡点； 对被运输的物质具有高度的选择性（立体专一性）；
2.化学成分
存在方式 ➢ 有机物：蛋白质、糖、类脂、核酸、维生素、降 解产物、代谢中间产物 ➢ 无机物：与有机物相结合或单独存在于细胞中的无 机盐等物质 ➢ 水 — 细胞重量的70%~90%
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二、微生物六种营养要素
碳源（Carbon source） 氮源（Nitrogen source) 能源（Energy source) 生长因子（Growth factor ) 无机盐(Inorganic salt) 水(Water)
αw =
P溶液 P水
纯水αw为1.00，溶液中溶质越多， αw越小。微生物一般在αw为0.60
~0.99条件下生长， αw过低时微生物生长的迟缓期延长。
细菌 > 酵母菌 > 霉菌、放线菌 > 耐盐菌
0.9~0.99 0.8以上
0.7以上
0.6以上
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第二节 微生物的营养类型
微生物营养类型的分类
以能源分：光能和化能营养型 以氢供体分：无机和有机营养型 以碳源分：自养型和异养型 以合成氨基酸的能力分：氨基酸自养型和氨基酸异养型 以生长因子分：野生型和营养缺陷型 以取食方式分：渗透营养型和吞噬营养型 以取得死活有机物分：腐生和寄生
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一种营养物具有一种以上营养要素的功能
单功能营养物
光辐射能（能源）
双功能营养物
还原态的无机物NH4+ （能源、氮源）
三功能营养物
氨基酸类（碳源、氮源和能源）
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(四) 生长因子(growth factor)
微生物在生长过程中不能自已合成的
或合成量无法满足机体生长 是 生长繁殖必需的
有机物
需要量较少的