第一章 微生物的营养与生长
微生物的营养和生长
主要内容： 微生物所需营养物质及其生理作用 微生物的营养类型及特点 微生物对营养物质的吸收方式、特点 微生物生长的概念及其测定 微生物的生长曲线及在食品工业中应用 环境因子对微生物生长繁殖的影响 微生物的培养基、培养方法与设备
2020/4/3
1
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
2020/4/3
8
4、生长因子；
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
微生物生长必不可少的微量有机物。如维生素、 氨基酸、嘌呤、嘧啶。
①、维生素：多为酶的组分如硫胺素（B1）、 核 黄 素 （ B2 ， FMN 的 前 体 ） ； 烟 酸 （ NAD 的 前 体）；吡哆醇（B6，转氨酶辅基）泛酸、生物素。
无机物：⑴ 参与有机物组成
⑵单独存在于细胞质内以无机盐的形
式存在。
2020/4/3
3
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
二、微生物所需营养物质及其生理作用
营养物质：为生物自身合成、产生能量 以及在代谢中起调节作用的物质。
营养：机体吸收、利用营养物质的过程。 根据营养成分，营养物质分为六种类型：
C源、N源、能源、生长因素、无机 盐、水分。
供氢体 碳源
产氧型光合作用
2020/4/3
13
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
例2：绿硫细菌、紫硫细菌： HN2aSS2+OC3+OC2 O—2—+ （H2COH—2O—）（+CHH2O2O+）S +Na碳2S源O4+H供2氢SO体4
细胞内或外积累硫，非产氧型光合作 用
Van Niel 通式：CO2+H2A—— [CH2O]+H2O+A
微生物的营养
一、微生物需要的营养物质及功能
1、碳源：凡是能为微生物提供所需碳元素的营养物质。 常用碳源： 糖类，尤其是萄葡糖。 作用：①构成微生物的细胞物质和一些代谢产物； ②是异养微生物的主要能源物质。 2、氮源：凡是能为微生物提供所需氮元素的营养物质。 常用氮源： 铵盐、硝酸盐。 作用：用于合成蛋白质、核酸及含氮的代谢产物。
微生物生长不可缺少的微量有机物。 3、生长因子： 常用的生长因子： 氨基酸、维生素、碱基等。 作用： 一般是酶和核酸的组成成分。
补充生长因子的原因：往往是缺乏合成这些物质所需的酶或合成
能力有限。
二、培养基的配制原则
1、目的要明确。 要根据所培养的微生物种类培养的目的选择原料配
制培养基。
2、营养要协调。注意各种营养物质的浓度和比例，尤其要注意碳源
与氮源的比。
3、pH要适宜。 不同的微生物培养的pH范围不一样。
三、培养基的种类
液体： 用于工业生产。 物理性质 半固体： 用于观察微生物的运动、保藏菌种。 固体：用于微生物的分离、鉴定等。 培 养 合成培养基：用于分类、鉴定等。 基 化学成分 天然培养基：用于工业生产。 的 种 选择培养基： 在培养基中加入某种化学物质，以抑制不 类 用途不同 需要的微生物的生长，促进所需要的微生 物的生长。 鉴别培养基：根据微生物的代谢特点，在培养基中加入 某种指示剂或化学药品配制而成的，用以 鉴别不同种类的微生物。
微生物-第一章 绪论
微生物共占120分713微生物学部分大纲要求：微生物主要类群的细胞形态与结构；微生物的营养；微生物的生长与控制；微生物遗传与变异。
（具体知识点可参考804微生物大纲要求）笔记根据《微生物学》路福平编为主，《微生物学教程》周德庆编为辅进行查漏补缺（标注页码基本为路福平版书籍所对应页码，少数为周德庆版书籍所对页码）第一章绪论P1-11一、微生物的定义及其类群（一）现代定义：一般是指绝大多数凭肉眼看不见或看不清，必须借助显微镜才能看见或看清，以及少数能直接通过肉眼看见的单细胞、多细胞和无细胞结构的微小生物的总称。
（二）类群：1.原核类：细菌（真细菌，古生菌），放线菌，蓝细菌，支原体，立克次氏体，衣原体等（三菌三体）。
2.真核类：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生动物，显微藻类3.非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病毒）（三）微生物的共性(五大共性)P111.体积小,比表面积大（最基本）;2.吸收多,转化快;3.生长旺,繁殖快;4.分布广,种类多（多样性）;5.适应性强,易变异。
三.生物学的研究内容和任务1.内容：微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布、分类进化等生命活动。
2.任务：（1）发掘、利用、改善和保护有益微生物（发酵微生物）a.利用菌体：scp、生物杀虫剂，保健品，生物制品，指示菌，污水处理b.利用代谢产物：酒，甘油，调味品，抗生素，有机酸，氨基酸，维生素，激素，酶制剂(2)控制、消灭、或改造有害微生物四、五界分类系统、六界分类系统、三域系统1、五界分类系统（Whitaker，1969年）包括：动物界、植物界、原生生物界（包括原生动物单细胞藻类和粘菌等）、真菌界、原核生物界（包括细菌蓝细菌等）.2、六界分类系统（我国学者，1977年）：在Whitaker五界系统的基础上，在加上一个病毒界，包括：病毒界、原核生物界、真菌界、真核原生生物界、植物界、动物界.3、三域学说（美国C.R.Roese，70年代末）：三个域指细菌域、古生菌域、真核生物域五、微生物发展史上5个时期的特点和代表人物周德庆版P5（1）史前期（8000年前-1676年）特点：a.无显微镜，没有见到微生物个体b.在应用微生物和防止疾病方面积累了丰富的经验（凭经验自发地与微生物打交道）c.实践-实践-实践（思想方法上处于低水平的应用）（2）初创期（1676年-1861年：近200年）-起始于1676列文虎克观察到细菌个体特点：a.人类第一次用显微镜观察到了微生物个体b.停留在形态描述阶段c.微生物学科尚未形成代表人物：列文虎克——微生物学说先驱、发明显微镜（3）奠基期（1861年-1897年）-1861年，巴斯德根据曲径瓶实验，彻底推翻了“生命自生说”特点：a否定“自生说”成功，解决了生命的起源问题b建立了研究微生物的独特方法和技术（显微镜放大到700-1000倍）c.分离出了许多重要病原道d.微生物学的研究进入班理学研究水平e.微生物学科开始形成，进入一系列分支学科研究f思想方法：实践-理论-实践代表人物巴斯德（微生物学奠基人）：1）证实发酵由微生物引起—酒精发酵、醋酸发酵和乳酸发酵等；2）解决了许多实际问题，如腐败病、蚕病、酒酸等——巴氏消毒法；3）免疫学——首次制成狂犬疫苗；4）彻底否定了自生说—鹅颈瓶实验。
微生物的营养
学
项目一 微生物的营养
微生物的营养物质 1
2 微生物的营养类型
摄取营养方式 3
4 培养基的配制
1
微生物的营养物质
微生物的营养物质
微生物从环境中吸收营养物质并加以利用的过程通常称为营养。 凡能被微生物吸收、利用的物质称为微生物的营养物质。 营养物质的作用：形成结构、提供能量、调节作用。
（一）微生物细胞的化学组成
源 物
烃
天然气、石油、石油馏分、石 利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组成的特殊吸收
蜡油等
系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用
质 CO2 CO2
为自养微生物所利用。
碳酸盐 NaHCO3、CaCO3、白垩等
为自养微生物所利用。
其他
芳香族化合物、氰化物 蛋白质、蛋白胨、核酸等
利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用。当 环境中缺乏碳源物质时，可被微生物作为碳源而降解利 用。
2、碳源：
概念：为微生物的生长提供碳素营养的物质称为碳源。 功能：
①提供合成细胞物质及代谢物的原料; ②为生理活动提供能量(异养微生物)。
种类
碳源物质
备注
葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖
糖
、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露 单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯多 糖、纤维二糖、纤维素、半纤 糖优于杂多糖。
谢谢大家聆听
微生物的营养类型
3
微生物摄取营养的方式
微生物摄取营养的方式 被动扩散、促进扩散、基团转移、主动运输
4
培养基的制备与应用
（一）配制原则
培养基的制备与应用
培养基：由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累 代谢产物用的营养基质。
微生物的营养与培养
微生物的营养与培养一、微生物的营养微生物的营养是指微生物从环境中吸收营养物质并加以利用的过程。
微生物同其他生物一样都是具有生命的，需要从它的生活环境中吸收所需的各种的营养物质来合成细胞物质和提供机体进行各种生理代谢所需的能量，使机体能进行生长与繁殖。
（一）微生物的营养要素细胞的组成：有蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类和矿物质等。
微生物的基本营养1.碳源凡是可以被微生物用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的物质通称碳源。
碳源通常也是机体生长的能源。
能作为微生物生长的碳源的种类极其广泛，既有简单的无机含碳化合物CO2和碳酸盐等，也有复杂的天然的有机含碳化合物，它们是糖和糖的衍生物、脂类、醇类、有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含碳的化合物。
但是微生物不同，利用这些含碳化合物的能力也不相同。
目前在微生物发酵工业中，常根据不同微生物的需要，利用各种农副产品如玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯以及各种野生植物的淀粉，作为微生物生产廉价的碳源。
2．氮源微生物细胞中大约含氮5%—15%，它是微生物细胞蛋白质和核酸的主要成分。
微生物利用它在细胞内合成氨基酸，并进一步合成蛋白质、核酸等细胞成分。
因此，氮素对微生物的生长发育有着重要的意义。
无机氮源一般不用作能源，只有少数化能自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与能源。
对于许多微生物来说，通常可以利用无机含氮化合物作为氮源，也可以利用有机含氮化合物作为氮源。
许多腐生型细菌、肠道菌、动植物致病菌一般都能利用铵盐或硝酸盐作为氮源。
例如大肠杆菌、产气杆菌、枯草杆菌、铜绿假单胞菌等都可以利用硫酸铵、硝酸铵作为氮源，放线菌可以利用硝酸钾作为氮源，霉菌可以利用硝酸钠作为氮源等。
在实验室和发酵工业中，常用的有机氮源有牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆等。
3．无机盐无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质，也是构成微生物细胞结构物质不可缺少的级成成分。
微生物学各章小结
微生物学各章小结第一章：绪论1、微生物：一类形体微小、单细胞或个体较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物的统称。
2、微生物的几个基本特性：1体积小、面积大“微米”作为个体大小的度量单位，个体更小的病毒则以“纳米”为度量单位。
个体形态需要借助光学显微镜或电子显微镜观察。
肉眼可观察到微生物聚集的群体－菌落2微生物的种类多：原核生物：3500种；:病毒：4000种；真菌：9万种；原生动物和藻类：10万种；3在自然界中分布极为广泛4生长旺，繁殖快（单细胞藻类：3~6小时繁殖一代。
酵母：2~4小时繁殖一代。
细菌：0.5~1小时繁殖一代。
）5适应性强，易变异3、微生物学发展简史分几个阶段，其中代表人物是谁？主要做了什么贡献？（一）微生物的利用与发现时间：1676~1861 开创者：安东•列文虎克（Antony Leeuwenhoek )。
特点：自制单式显微镜观察细菌；微生物形态描述。
（二）微生物学及食品微生物学的建立19世纪中期，欧洲工业、农业规模化生产方式已经形成。
当时工农业生产发展中出现的葡萄酒发酵酸败、人畜传染病等与微生物相关的问题急需解决。
法国人巴斯德：彻底否定了“自生说”学说。
免疫学——预防接种。
证实发酵是由微生物引起的。
其他贡献：巴斯德消毒法等。
德国人柯赫：微生物学基本操作技术的贡献：a）细菌纯培养方法的建立。
b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养。
c）蒸汽灭菌。
d）染色观察和显微摄影。
对病原细菌研究作出了突出贡献：a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；b）发现了肺结核病的病原菌；c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——著名的柯赫原则。
（三）近代微生物学的发展微生物学研究工具的不断改进；微生物学和其他生物科学共同发展，互相促进。
4、日常生活中与食品生产、储藏、变质等有关的微生物问题。
P5第二章：微生物的形态、结构与功能1、细菌：是一类单细胞、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。
微生物的营养
一、微生物细胞的化学组成
（一） 细胞化学元素组成：整个生物界大体相同，主要 是C、H、O、N（占干重90－97%），C占约50%， C/N一般是5:1。
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、 铁等；
微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、 镍、硼等。
微生物细胞中几种主要元素的含量 （干重的％）
➢ 有些微生物需要从外界吸收现成的氨基酸作为 氮源才能生长，这类微生物叫做氨基酸异养型 生物，也叫营养缺陷型。
3、能源
➢ 定义：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。
➢ 种类： （1）化学物质： 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），如
类 元素水平 型
化合物水平
培养基原料水平
C·H·O·N·X 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、蛋白胨、花生饼
有
粉等
机 C·H·O·N 多数氨基酸、简单蛋白 一般氨基酸、明胶等
碳
质等
C·H·O
糖、有机酸、醇、脂类 葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、
等
糖蜜等
C·H
烃类
天然气、石油及其不同馏 份、石蜡油等
无 C(?)
—
—
➢ 实验室常用的氮源
碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、胰酪蛋白、尿素、蛋白胨、 牛肉膏、酵母膏等。
➢ 生产上常用的氮源
硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、 蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆、麸皮等。
➢ 不需要利用氨基酸作为氮源，能利用尿素、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，这种微生物称为氨基酸自养 型生物。
NH4+，NO2-，S，H2S，H2和Fe2+等，这类微生物主要有 硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌，在自然界物质转 换过程中起着重要的作用。
微生物的营养
微生物的营养1．微生物的营养要求微生物生长繁殖所需的营养物质主要有水、碳源、氮源、无机盐和生长因子等。
水：水是各种生物细胞必需的。
水是良好的溶剂，微生物的新陈代谢过程中的一切生化反应都离不开水的作用。
碳源：碳源是合成菌体成分的原料，也是微生物获取能量的主要来源。
整体上看来，微生物可以利用的碳源范围极广，从大类上说，可以分为有机碳源和无机碳源两大类，凡必须利用有机碳源的微生物就是异养微生物，凡能利用无机碳源的微生物就是自养微生物。
糖类是最广泛利用的碳源。
氮源：氮源主要是供给合成菌体结构的原料，很少作为能源利用。
与碳源相似，微生物作为一个整体来说，能利用的碳源种类十分广泛。
某些微生物（如固氮菌）能利用空气中分子态的氮或利用无机氮化物如铵盐、硝酸盐合成有机氮化物。
多数致病菌则必须供给蛋白胨、氨基酸等有机氮化物才能生长。
无机盐类：无机盐主要可为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素。
微生物需要的无机盐类很多，主要有P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe等，其主要功能为构成菌体成分；调节渗透压；作为某些酶的成分，并能激活酶的活性等。
生长因子：有些微生物虽然供给它适合的碳源氮源和无机盐类，仍不能生长，还要供给一定量的所谓“生长因子”。
其种类很多，主要是B族维生素的化合物等。
生长因子可以从酵母浸出液、血液或血清中获得。
2．微生物的营养类型根据微生物对碳源的要求不同，可将其分为自养菌和异养菌两大营养类型。
凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的，叫自养菌；不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌体内有机碳化物的，为异养菌。
根据其生命活动所需能量的来源不同，可分为光能营养菌和化能营养菌。
前者是从光线中获得能量，后者则从化学物质氧化中取得能量。
因此，根据微生物所需的碳源和能源不同，可将微生物分为光能自养菌、光能异养菌、化能自养菌、化能异养菌等四类。
如表所示：微生物的营养类型3．营养物质的运输：外界环境的营养物质只有被微生物吸收到细胞内，才能被微生物分解与利用，微生物生长过程中产生的一些代谢产物也必须分泌到细胞外，在这两个过程中，细胞膜起着重要作用。
微生物营养
1、微生物的营养物质微生物的营养：微生物在生长过程中，需要不断从外界环境中吸收物质，并加以利用，以获得能量和合成细胞物质。
可以被微生物吸收和利用的物质就是微生物的营养物质。
根据其性质和作用可将其营养物质划分为：碳素营养物质、氮素营养物质、矿质养料、生长因子、水分。
（1）碳素营养物质（碳源）：微生物细胞中含碳量约战细胞干重的50%。
无机化合物：CO2和碳酸盐碳素的功能：（1）组成有机分子的碳架；（2）为细胞提供能量（2）氮素营养物质（氮源）：细菌、酵母细胞的含氮量约占细胞干重的7%-13%，霉菌含氮量约占细胞干重的5%。
氮源物质主要有：分子氮：N2(固氮微生物的氮源)、无机氮化物：铵盐: NH4+、硝酸盐:：NO3－、有机氮化物：牛肉膏、蛋白胨、尿素、酪素、玉米浆、豆饼等。
组成有机分子：如蛋白质和核酸（3）矿质养料：微生物需要的矿质养料分为大量元素和微量元素。
大量元素包括：Na、K、Mg、Ca、Fe、P、S等微量元素包括：Cu、Mn、Zn、Se等矿质营养的功能：（1）构成微生物细胞的各种组分（2）调节微生物细胞的渗透压（3）某些元素，如S、Fe可作为自养微生物的能源。
（4）生长因子：不能合成一种或几种微量的有机化合物，必须由外源供给才能进行生长繁殖。
包括氨基酸（用于蛋白质的合成）、碱基（核酸合成必须的成分）、维生素（构成酶的辅基或辅酶，酶活性所必须的成分）。
野生型（原养型）：从自然界直接分离获得的微生物。
营养缺陷型：必须从外界获得物质才能生长繁殖。
营养缺陷型种类：（1）缺少合成氨基酸能力的微生物称为氨基酸缺陷型（2）缺少合成维生素能力的微生物称为维生素缺陷型（3）缺少合成碱基能力的微生物称为嘧啶或嘌呤缺陷型。
在同一种微生物中会有不同的营养缺陷型（5）水分：微生物细胞的含水量较高，约占细胞细胞鲜重的70%-90%。
水在微生物中起着重要的功能：（1）细胞的重要组成成分（2）生化反应的介质（3）营养物质和代谢产物的良好溶剂（4）水的比热高，热的传导性好，能有效地吸收代谢过程中放出的热，并将吸收的热散发出去，避免导致细胞内温度陡然升高（5）维持细胞的膨压。
微生物的营养
(1)这个实验可以证明的假说是—土—壤—中—有微生物存在
（2）为这个实验设计的对照实验应该 是——在--其---他---条---件---不---变---的---基---础---上---，---把---花---园-- 土换成
高温加热过的花园土 （3）实验结束时，牛奶会——变—酸—，检测 的方法是——用—P—H试—纸—检—测—，产生这一结 果的原因是—土—壤—中—的—微—生—物—通—过—发—酵—作—用，把牛奶变酸
思考题:如何利用伊红---美蓝培养基对自来 水中的鉴别大肠杆菌是否超标进行测?P81
选择培养基
• 加入青霉素的培养基 分离酵母菌、霉菌等真菌
• 加入高浓度食盐的培养基 分离金黄色葡萄球菌
• 不加氮源的无氮培养基 分离固氮菌
• 不加含碳有机物的无碳培养基 分离自养型微生物
• 加入青霉素等抗生素的培养基 分离导入了目的基因的受体细胞
有机碳源 糖类 脂肪酸 花生粉饼 石油 等
作用
①构成细胞 物质和一些 代谢产物 ②异养微生 物的能源
思考
自养型和异养型微生物分别能利用 哪类碳源物质？
微生物的营养类型
营养类型 能源 氢的供体 基本碳源 微生物举例
光能自养型 光
光能异养型 光
化能自养型 无机 物
化能异养型 有机 物
无机物 有机物 无机物 有机物
主要用于微生物的 分离、计数等
需加入凝固 剂，如琼脂
固体培养基
液体培养基
主要用于工业生产
半固体培养基
主要用于观察微 生物的运动、鉴 定菌种等
； 必威电竞 ；
疆虽是鼎鼎有名.孟禄也听过他的名字.但他却不知道左耳朵的为人.也不知道左耳朵在北疆的威望.就如飞红中在北地几样.他只道左耳朵也像明悦几样.只是个 助拳 的人.仗着箭
微生物的营养
微生物的营养1.微生物生长的五大营养要素：碳源、氮源、生长因子、无机盐、水。
2.糖类是最常用的碳源，尤其是葡萄糖。
3.碳源主要用于合成微生物的细胞物质和一些代谢产物，有些碳源还是异养微生物的主要能源物质，因此微生物对碳源的需要量最大。
4.铵盐、硝酸盐等是最常用的氮源，氮源主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物。
5.生长因子主要包括维生素、氨基酸、和碱基等，他们一般是酶和核酸的组成成分。
6.微生物之所以需要补充生长因子，是因为缺乏合成这些物质所需的酶或合成能力有限。
7.培养基配制的基本原则：目的要明确，营养要协调，PH要适宜。
8.固体培养基主要用于微生物的分离、计数等；半固体培养基主要用于观察微生物的运动、鉴定菌种等；液体培养基则常用于工业生产。
9.合成培养基成分明确，常用于分类、鉴定等；化学成分不明确的天然物质配成的天然培养基，常用于工业生产。
10.根据培养基的用途，可以将它们分为选择培养基、鉴别培养基。
11.原核生物对抗生素比较敏感；病毒对干扰素比较敏感。
12.金黄色葡萄球菌可在高盐度的培养基上生长，而其他多种细菌则不可以。
13.如果有大肠杆菌，在伊红—美蓝培养基上，其代谢产物就与伊红和美蓝结合，使菌落呈深紫色，并带有金属光泽。
14.在谷氨酸生产中，当培养基中的碳源与氮源的比为4：1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当培养基中的碳源与氮源的比为3：1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。
15.不同种类的微生物，对C源的需求量差别很大，如甲烷氧化菌只能利用甲烷和甲醇作为C源，而洋葱假单胞杆菌却能利用90多种含C化合物。
16.对于异养微生物来说，含C、H、O、N的化合物既是C源,又是N源。
如氨基酸对乳酸菌来说既是C源、N源又是能源。
17.生长因子是微生物生长所必需的物质。
18.生长因子包括维生素，氨基酸，碱基等，存于天然物质酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液等。
如谷氨酸发酵生产时添加生物素，即生长因子是生物素。
微生物的营养要求
无机盐
大量元素 微量元素
1常量元素macroelements
凡是生长所需浓度在10-4～10-3mol／L 培养基中含量范围
内的元素;可称为常量元素;
例如P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等&
元素
人为提供形式
生理功能
P
KH2PO4 磷酸二氢钾 K2HPO4 磷酸氢二钾
核酸、磷酸和辅酶的成分
含硫氨基酸半胱氨酸、甲硫氨酸等和含硫维
微生物细胞中几种主要元素的含量（干重%）
元素
细菌
酵母菌
真菌
碳
～50
～50
～48
氮
～15
～12
～5
氢
～8
～7
～7
氧
～20
～31
～40
磷
～3
──
──
硫
～1
──
──
硫细菌sulfur bacteria、铁细菌iron bacteria和 海洋细菌marine bacteria相对于其他细菌则含有较 多的硫、铁和钠、氯等元素; 硅藻Diatom需要硅酸 来构建富含SiO2n的细胞壁&
化合物
生长因子在代谢中的作用
代谢中的作用
对氨基苯甲酸 四氢叶酸的前体;一碳单位转移的辅酶
生物素
催化羧化反应的酶的辅酶
辅酶M 叶酸 泛酸 硫辛酸 尼克酸 吡哆素B6 核黄素B2 钻胺素B12 硫胺素B1 维生素K 氧肟酸
甲烷形成中的辅酶 四氢叶酸包括在一碳单位转移辅酶中 辅酶A的前体 丙酮酸脱氢酶复合物的辅基 NAD、NADP的前体;它们是许多脱氢酶的辅酶 参与氨基酸和酮酶的转化 黄素单磷酸FMN和FAD的前体;它们是黄素蛋白的辅基 辅酶B12包括在重排反应里为谷氨酸变位酶 硫胺素焦磷酸脱羧酶、转醛醇酶和转酮醇酶的辅基 甲基酮类的前体;起电子载体作用如延胡索酸还原酶 促进铁的溶解性和向细胞中的转移
微生物的营养教程
营养缺陷型菌株是指该菌株发生了某种生 长因子合成能力的基因突变，由于不能合 成该生长因子，因而不能在基本培养基上 生长 。
（二）微生物的营养类型——典型类型
营养类型 光能无机自养型 能源 光能 电子供体 H2、H2S S、H2O 有机物 碳源 CO2 举例 蓝藻、藻类 紫（绿）硫细菌 红螺细菌（如紫色 无硫细菌
谷氨酸棒状杆菌合 成谷氨酸的途径
葡萄糖
黄色短杆菌合成赖氨 酸的途径
天冬氨酸
天冬氨酸激酶
抑制
中间产物Ⅰ 中间产物
中间产物Ⅱ
高丝氨酸 脱氢酶
α-酮戊二酸 抑制 谷氨酸脱氢酶 NH4+
谷氨酸
高丝氨酸 甲硫 氨酸 苏氨酸
+
赖氨酸
（五）、微生物的群体生长曲线
• 细菌的群体生长
1. 2. 3. 4.
迟缓期（调整期） 对数生长期 稳定生长期 衰亡期
29．微生物产生的具有温室效应的气体有 哪些? (2分) A．C02 B．H2. C．CH4 D．N20 【目前大气中主要的温室气体有六种： CO2、CH4、N2O、HFCs、PFCs、SF6。 ACD
衰亡期：死亡率大于出生率，细胞出现多种形态， 甚至畸形，有些细胞开始解体，释放出代谢产物。 连续培养
影响微生物生长的环境因素：温度、氧、PH
光能营养型微生物是指能够以日光作为能源的微 生物。 对
在筛选抗青霉菌株时，须在培养基中加入青霉素， 其作用是 A筛选 B诱变 D以上答案都不对
Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ筛选又诱变
•微生物的营养
（一）微生物的营养要求 1. 碳源：有机碳源（双功能营养物）和无机碳源 能源物质，构成菌体和代谢产物 2. 氮源【无机氮源：铵盐和硝酸盐是常利用的氮源， 有机氮源：酵母膏、蛋白胨、牛肉膏】： 构成菌体和代谢产物，硝化细菌的能源物质 3. 无机盐类【Pb 、 Mg 、 S 、 P 、 Fe、Co、Zn 等】：维持酶活力，调节渗透压、pH值等 4. 水：溶解营养物质和代谢产物 5. 特殊生长因子：微生物生长不可缺少的微量有机物 【生物素、维生素、氨基酸、碱基等】： 构成酶和核酸的组成部分，促进生命活动 6. 能源
微生物的营养与生长
第二节 微生物的生长
主要内容： 微生物的个体生长 微生物群体生长 环境因素对微生物生长的影响及其原理
一、微生物生长的概念及其测定 1 、生长
单细胞生物有机体细胞组分和结构在量的方面的增加。
繁殖
单细胞生物细胞数目的增多；多细胞生物通过形成有性、无性孢子使个体数目增多.
发育
从生长到繁殖，是生物的构造和机能从简单到复杂、从量变到质变的发展过程，这一过 程称为发育。
工业应用：获取大量菌体或代谢产物。可以通过补 料或调节pH值延长此时期。
4、衰亡期（declined phase） 生长出现负增长，即新生细胞数＜死亡的细胞数，
现象：形态多样，如菌体畸形等；有的微生物 出现自溶；有的微生物开始产生或放出对 人类有用的抗生素等次生代谢物。
原因：生活环境越来越不利。 研究的意义：预测达到的菌数，了解不同时期
1、延迟期（lag phase）： 特点： 数目几乎不增加，或稍有减少，但细胞体积增长较快，代谢活跃，细胞内物质增加， 对外界抗性下降。 原因：调整代谢以适应新的环境条件，合成诱导酶，积累必要的中间产物等 影响延迟期长短的因素： 菌种：繁殖速度较快的菌种的延迟期一般较短； 接种物菌龄：用对数生长期的菌种接种时，其延迟期较短，甚至检查不到延迟期； 接种量：一般来说，接种量增大可缩短甚至消除延迟期 培养基成分：在营养成分丰富的天然培养基上生长的延迟期比在合成培养基上生 长时间短；接种后培养基成分有较大变化时，会使延迟期加长，所以发酵工业上尽量使 发酵培养基的成分与种子培养基接近。 缩短延迟期的措施： 增加接种量 采用最适菌龄 加入某些成分 选育繁殖快的菌种
二、微生物的生长曲线及在食品工业中应用 微生物群体生长 细菌纯培养群体生长规律
将少量单细胞纯培养接种到恒定容积的液体培养基中培养，定时取样计数，以培养时 间为横坐标，细菌数的对数为纵坐标所绘制出的曲线，叫群体生长曲线。 实际上是繁殖曲线。从群体研究上反映个体的状况。
微生物的营养
培养基的类型及应用
天然培养基
培养基含有化学成分还不清楚或化学成 分不恒定的天然有机物
按成分划分
牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基、 LB培养基
合成培养基
由化学成分完全了解的物质配制而成 的培养基， 高氏1号合成培养基培养查、氏合成培 养基
固体培养基
凝固剂－凝胶、硅胶等 微生物的分离、鉴定、活菌计 数及菌种保藏
加富培养基 按用途 划分
鉴别培养基
大肠杆菌强烈分解乳糖而产生大量的混 合酸，菌体呈酸性，菌落被染成深紫色， 从菌落表面的反射光中还可看到绿色金
属金属闪光。
选择培养基
选择培养基
用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中 分离出来的培养基，根据不同种类微生物的特殊 营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培 养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑 制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的 生长
分析方法
1、化学法 2、亚显微结构分析法
煅烧法
无机物： 无机盐
水： 占细胞总重量75%-90%
①水 ②碳源 1、营养物质 ③氮源 ④无机盐 ⑤生长因子 有些细菌需要 2、温度
细菌生长条件
3、PH
①对氧气要求：专性需氧菌 微需氧菌 4、对气体要求 兼性厌氧菌 专性厌氧菌 ②对CO2要求： 5% CO2
一、微生物细胞的化学组成
第 一 节 微 生 物 的 营 养 要 求
化学元素－构成微生物细胞的物质基础
主要元素： 碳、氢、氮、氧、磷、硫 钾、钠、铁、镁、钙等 微量元素： 锌、锰、钠、氯、钼、硒、铜、 钴、钨、镍、硼、
第 一 节 微 生 物 的 营 养 生物等
配制培养基的原则
控制pH条件
培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微 生物的生长繁殖或产生代谢产物。通常培养条件：细菌与 放线菌：pH7~7.5； 酵母菌和霉菌：pH4.5~6范围内生长； 为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓 冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
⑤需要载体参与，一般具有专一性
Embeded protein
载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的动 态平衡状态； 这种性质都类似于酶的作用特征（米氏曲线），因此载体蛋白也 称为透性酶； 透性酶大都是诱导酶,只有在环境中存在机体生长所需的营养物质 时，相应的透过酶才合成。
通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、 单糖、维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载 体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的 运输由一种以上的载体蛋白来完成。
水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子， 脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体（O2、CO2）及某些 氨基酸在一定程度上也可通过自由扩散进出细胞。
2．促进扩散
营养物通过与细胞膜上载体蛋白（也称作透过酶 permease）的可逆性结合来加快其传递速度
特 点
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 ③不能进行逆浓度运输 ④膜内外物质的浓度差越大运输速率越大
3．主动运输
主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物 质运输方式。
在代谢能的推动下，通过膜上特殊载体蛋白逆养料浓 度梯度吸收营养物质的过程
◆在物质运输过程中需要消耗能量 ◆可以进行逆浓度运输，可使细胞内浓度远远大于胞外
细胞膜外
细胞膜
恢复原 构象 再 循 环 结 合 移位 改构 变象
细胞膜内
ADP+Pi ATP
（1）ATP动力型，ATP驱动的输送
直接利用ATP或与其有关的高能磷酸键 化合物的能力。 最典型的是真核细胞膜的Na+-K+-ATP酶 (Na+-K+-ATPase)系统。
第一章
微生物的营养与生长
主要内容
1.1 微生物的营养
1.2 物质跨膜运输
1.3 微生物的生长与分化 1.4 微生物的培养与生长动力学 1.5 影响微生物生长的环境因素
第一节 微生物的营养
营养:微生物获得和利用营养物质的过程。 营养物质: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. 营养物质是微生物生存的物质基础 营养是微生物维持和延续其生命形式的一种 生理过程。
2.氮源
凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中 氮素来源的营养物质称为氮源。
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
按氮源的不同可以把微生物分为：
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
硫胺素
B-丙氨酸 尿嘧啶
0.5ng
1.5ug 0-4ug
肠膜状串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）
吡哆醛
0.025ug
主要的生长因子
◆维生素：构成酶的辅基或辅酶，主要是B族维 生素，硫胺素（脱羧酶），核黄素（黄素蛋 白酶），泛酸（组成辅酶A，转移乙酰基）， 烟酸（NAD，NADP），吡哆素（氨基酸的消旋、 转氨和脱羧），叶酸（核酸和蛋白合成）， 生物素（羧化酶，参与糖代谢和脂肪酸合 成），钴胺素（参与甲硫氨酸和TMP的甲基合 成）；维生素K（氧化磷酸化和光合磷酸化中 电子传递）；硫辛酸（丙酮酸脱氢酶系和a－ 酮戊二酸脱氢酶系辅酶，转酰基）
1．简单扩散
由于原生质膜是一种半透性膜，单纯扩散是指营养物 质靠细胞内外浓度为动力，通过原生质膜上的小孔， 以透析或扩散的形式从高浓度区向低浓度区的扩散。 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； 特点 ③运输速率与膜内外物质的浓度差成正比
④非特异性物质吸收方式,可运送的养料有限：水、溶 于水的气体，分子量小，脂溶性、极性小的营养物质 ⑤不
[CH2O] + 2 S + H2O
2．光能有机异养型（光能异养型）
不能以CO2为主要或唯一的碳源；一般同时以CO2和简 单的有机物为碳源； 以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质
在生长时大多数需要外源的生长因子；
例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2 还原成细胞物质，同时积累丙酮。
◆氨基酸：蛋白质合成，细胞壁合成需要D－ 氨基酸 ◆嘌呤和嘧啶：用于合成核酸 (DNA and RNA) ◆脂肪酸及膜成分：供合成细胞膜
5.矿物元素
参与微生物中氨基酸和酶的组成；酶的激 活剂 作用 维持微生物细胞的原生质胶体状态，调节 渗透压、氢离子浓度、氧化还原电位 供给自养微生物能源
根据微生物对矿质元素需要量大小可以分成
生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量 很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足 以满足机体生长需要的有机化合物
微 生 物
III型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae） 生长因子 需要量（ml-1） 胆碱 6ug
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）
白喉棒杆菌（Corynebacterium diphtherriae） 破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani）
◆铁细菌：氧化Fe2+为Fe3+获取能量并同化CO2
◆氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能量，同化CO2
H2 + 0.5 O2 → H2O + 56.7 Kcal
4．化能有机异养型（化能异养型）
生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的 化学能； 生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、 糖类、纤维素、有机酸等。 有机物通常既是碳源也是能源； 大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型 微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生 物；
1.碳源
在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质
有机碳 无机碳
异养微生物
碳源谱
｛
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。 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。 目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主 要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。 目前可再生的生物质资源的深度开发利用提上 日程，如玉米秸秆、糖蜜、山芋等，主要含纤 维素、多糖和淀粉等，为发酵中潜在的碳源。 废水废物中的环境有毒物质也可以作为碳源。
7. 氧
好氧微生物必需的营养成分！是物质有氧 降解的最终电子受体，在此过程中产能！ 分类：专性好氧、专性厌氧、兼性好氧
厌氧微生物在有氧环境下不能生存原因： （1）缺少超氧化物歧化酶和过氧化氢酶 （2）氧可以使胞外的氧化还原电势升高。
第二节 物质跨膜运输
虽然细胞有细胞壁和荚膜等结构，但物质 的吸收和分泌主要由细胞膜控制。 对于大分子营养物质有特定的方式。 代谢产物的分泌
它们通过氧化无机物取得能量，并以CO2为唯一或主要碳源
◆硝化细菌:
亚硝化细菌:2 NH4+ + 3 O2 → 2 NO2- + 2 H2O + 4 H+ + 132 Kcal 硝化细菌:NO2- + 0.5 O2 → NO3- + 18.1 Kcal
◆硫化细菌:
通过氧化还原态的无机硫化物（H2S、S、 S2O32- 、 SO32-）获得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属） H2S + 0.5 O2 → S + H2O + 50.1 Kcal S + 1.5 O2 + H2O → H2SO4 + 149.8 Kcal 2 Fe2+ + 0.5 O2 + 2 H+ → 2 Fe3+ + H2O + 21.2 Kcal
3.混合营养微生物
1．光能无机自养型（光能自养型）
能以CO2为唯一或主要碳源；
进行光合作用获取生长所需要的能量；
以无机物如H2、H2S、S和硫代硫酸钠等作为供氢 体或电子供体，使CO2还原为细胞物质；
例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢 体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌 和绿硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元 素的产生。绿硫细菌反应如下：
大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。 微量元素：通常需要量在10-6--10-8mol/L：锌、锰、 氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
6.水--生理功能
①起到溶剂与运输介质的作用；
水活度
②代谢原料：参与细胞内一系列化学反应； ③维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；
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 ⑥细胞的主要成分，维持原生质为溶胶状态
一、微生物的营养类型
划分依据 碳源 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) 特点 以CO2 为唯一或主要碳源 以有机物为主要碳源 以光为能源 以物质氧化释放 的化学能为能源 还原性无机物 有机物
小分子营养物质进入细胞的方式
营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素
①营养物质本身的性质（相对分子量、质量、溶 解性、电负性等） ②微生物所处的环境（温度、pH等）
③微生物细胞的透过屏障（原生质膜、细胞壁、 荚膜等）
根据物质运输过程的特点，可将物质的运输 方式分为：
简单扩散 (simple diffusion or passive diffusion) 促进扩散 (facilitated diffusion) 主动运输 (active transport) 基团转位 (group translocation)