微生物细胞化学组成和营养要求共39页
微生物的营养要求
这类微生物能利用有机物迅 速繁殖，常用于污水处理。
例如，红螺菌属中的一些细菌就是这一营养类型的代表： 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。
H3C
光能
2
CHOH+CO2 H3C
光合色素
2 CH3C0CH3 + [CH2O] +H2O
水在微生物细胞内的生理功能 （1）水是细胞的重要组成成分。
（2）水直接参与代谢反应，许多反应都涉及脱水和水合。
（3）维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象。
（4）水的比热高，是热的良好导体，能有效地吸收代谢过程中产 生的热并及时地将热迅速散发出体外，从而有效地控制细胞内温度 的变化；
微生物生长环境中水的有效性常以水活度值（aw）表示，水 活度值是指在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸气压力与 同样条件下纯水蒸气压力之比，
细胞湿重(wet weight)与干重(dry weight)之差为细胞含水量， 常以百分率表示：（湿重-干重）/湿重×100% 。
湿重：将细胞外表面所吸附的水份除去后称量所得重
量。一般以单位培养液中所含细胞重量表示 （克/升或毫克/毫升）。
干重：采用高温（105℃）烘干、低温真空干燥和红外
线快速烘干等方法将细胞干燥至恒重即为～。
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
微生物学营养教学教材
凡需要从外界吸收现成的氨基酸做氮源的微生物叫做氨 基酸异养型微生物。
三、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。微生物所能利用的能源范围叫能源谱。分为化学物质 和辐射能两类。
微生物的能源谱：
化学物质 能源谱：
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）
微量元素
特殊分子结构成分（Co、Mo等）
无机元素的来源和功能
元素 人为提供形式
生理功能
P
KH2PO4、K2HPO4
核酸、磷酸和辅酶的成分
S
MgSO4 含硫氨基酸、含硫维生素成分
K
KH2PO4、K2HPO4
酶的辅因子、维持电位差和渗透压
Na NaCl 维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要
Ca
Ca(NO3)2、CaCl2
一、碳源（carbon source）
凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源， 称为碳源。可分为有机碳源和无机碳源。碳源是微生物需要 量最大的营养物，又称大量营养物。
碳源物质的功能 构成细胞物质；为机体提供整个生
理活动所需要的能量（异养微生物）。
微生物的碳源谱 微生物可利用的碳源范围 。
无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。 有机含碳化合物：糖与糖的衍生物、脂类、醇类。有机 酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的化合物。 微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单 胞菌属中的某些种可以利用90种以上的不同类型的碳源物质； 而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进 行生长。
四、生长因子（growth factor）
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。
第五章 微生物营养
2、化能自养型微生物
2 NH 3 3O 2 2 H 2O
亚硝酸细菌
2 HNO2 4 H 4OH 能量
CO 2 4 H CH 2O H 2O
3、光能异养型微生物
光 CO 2 2CH 3CHOH CH 2O H 2O 2CH 3COCH 3 光合色素
镁
MgSO4
钙 钠 钾 铁
CaCl2,Ca(NO3)2 NaCl KH2PO4,K2HPO4 Fe SO4
微量元素
缺乏：
导致细胞生理活性降低，甚至停止生长。
过量： 对机体产生毒害作用，特别是单独一种微量元素过 量时产生的危害大。
微量元素与生理功能
元素 锌 锰 生理功能 存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、醛缩 酶、RNA与DNA聚合酶中 存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中
厌氧菌－－在厌氧和糖类缺乏条件下，可作氮源提供能量
（2）固氮微生物可以利用分子态的氮合成所需的物质
（3）速效氮源：以还原态氮或可降解产物等形式存在。 可直接接收、利用 迟效氮源：蛋白质等需经降解方被机体吸收利用。 利用产物的积累。
C/N比：是指微生物培养基中所含的碳源中碳原子的摩 尔数与氮源中氮原子的摩尔数之比。
次级主动运输 是指初级主动运输过程中偶联其他物质的运输。 同向：物质与质子通过同一载体按同一方向运输。
逆向：物质与质子通过同一载体按相反方向运输。
一、培养基配制的原则
1、选择适宜的营养物质 2、营养物质浓度及配比合适 3、控制pH条件 4、控制氧化还原电位 5、原料来源的选择 6、灭菌处理
二、培养基的类型及应用 天然培养基 按成分不同划分 合成培养基
固体培养基
按物理状态分
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。
第四章_微生物营养
• 无机盐
• 生长因子
Mineral source
Growth source
• 水
Water
1. 碳源（carbon source）
碳源（carbon source）凡是提供微生物营养所需的 碳元素（碳架）的营养源，称为～。
第四章
微生物的营养
第一节 微生物的营养要求
1.1 微生物细胞的化学组成 1.2 营养物质及其生理功能 1.3 微生物的营养类型(nutritional types)
第二节 培养基
2.1 选用和设计培养基的原则和方法 2.2 培养基的类型及应用
第三节 营养物质如何进入细胞
3.1 扩散(diffusion) 3.2 促进扩散(facilitated diffusion) 3.3 主动运输(active transport) 3.4 膜泡运输(memberane vesicle transport）
真菌
48(45~55) 6(4~7) 32(25~40) 49(40~55) 8(5~10) 5(2~8) 6(4~10)
• *只有用快速增长的细胞进行分析才可获取这一高值
原核微生物细胞的化学成分
分子名称 所占干重 %
96 55 5 9.1 3.1 20.5 3.5 0.5 2 0.5 1
所含分子数/细胞
化能自养菌的能源(S、Fe 2+ 、NH 4+ 、 NO2- 等)
无氧呼吸的受体( NO2- 、SO4 2-等)
酶的激活剂(Cu 2+ 、Mn 2+ 、Zn 2+ ) 特殊分子结构成分(Co、Mo)
无机盐的提供方式
微生物细胞的化学组成
微生物细胞的化学组成微生物细胞是一种微小的生物单位，它们是构成所有生命体的基本单元。
微生物细胞的化学组成非常复杂，包括各种有机分子和无机物质。
本文将详细介绍微生物细胞的化学组成，以及这些成分在细胞中的重要作用。
微生物细胞主要由水和有机分子组成。
水是细胞内的主要成分，占据了细胞的大部分体积。
水在细胞中起到溶解和运输物质的作用，同时也是许多生化反应的媒介。
有机分子是微生物细胞的重要组成部分。
其中，蛋白质是细胞内最丰富的有机分子。
蛋白质由氨基酸组成，它们通过肽键连接在一起。
蛋白质在细胞中扮演着多种角色，包括结构支持、酶催化、信号传递等。
核酸是另一类重要的有机分子，包括DNA和RNA。
DNA是细胞中遗传信息的载体，RNA则参与基因表达和蛋白质合成过程。
碳水化合物是微生物细胞的另一个重要组成部分。
碳水化合物包括单糖、双糖和多糖等，它们是细胞的能量来源。
同时，碳水化合物还参与细胞表面的识别和信号传递。
脂质是微生物细胞的主要结构成分。
细胞膜是由磷脂双层构成的，磷脂分子由亲水头部和疏水尾部组成。
细胞膜起到维持细胞内外环境的稳定性和选择性通透性的作用。
此外，脂质还参与细胞内的信号传递和能量储存。
微生物细胞中还含有许多无机物质，如离子和金属离子。
这些无机物质在细胞内起到调节细胞内外环境和维持细胞功能的作用。
例如，钠离子和钾离子参与神经传导和细胞膜的稳定性。
微生物细胞的化学组成是高度有序和复杂的，不同的细胞类型和物种可能有不同的化学组成。
然而，这些成分共同作用，使细胞能够正常生存和功能。
微生物细胞的化学组成对细胞的结构和功能起着重要的调节作用。
总结起来，微生物细胞的化学组成包括水、有机分子和无机物质。
有机分子主要包括蛋白质、核酸和碳水化合物，它们在细胞内起到多种重要作用。
脂质是细胞的主要结构成分，细胞膜由磷脂双层构成。
无机物质参与调节细胞内外环境和维持细胞功能。
微生物细胞的化学组成是细胞正常功能和生存的基础，对于细胞的生命活动起着重要的调节作用。
微生物学 第五章 微生物的营养
第十一授课单元一、教学目的:此章为要求学生掌握的重点内容之一，使学生了解六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式、微生物的营养类型、营养物质进入细胞的四种主要方式、选用设计培养基的原则、培养基的种类。
本教学单元的教学目的是使学生了解微生物的六类生长要素及其功能, 掌握微生物营养类型特点.通过本章节的学习，了解微生物的营养与微生物发酵工业的关系。
二、教学内容: (第五章微生物的营养第一节微生物的化学组成及营养要求第二节微生物的营养类型)1.微生物细胞的化学组成和营养要求：重点介绍碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式。
并通过实例介绍如何根据碳源、氮源的不同筛选工业微生物菌种。
2.微生物的营养类型：介绍根据碳源和能源划分的四种营养类型，即光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型。
三、教学重点、难点及其处理重点：1. 使学生了解碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式；主要通过平时常见的培养基为例加以说明。
2. 根据碳源、能源的不同，将微生物分为四种基本营养类型：就微生物而言, 地球上几乎没有不被微生物所利用的一种物质, 但就其一类微生物来说, 它们所需要的营养物质则是有一定范围的. 根据微生物对碳源、能源的不同, 可分为自养微生物和异养微生物两类.自养微生物靠无机营养而活, 利用二氧化碳(或碳酸盐)作为唯一或主要的碳源, 还原二氧化碳为有机物(细胞物质), 所需要的能量来自光或无机物的氧化.异养微生物不能在完全无机物的环境下生长, 主要碳源来自有机物, 但可以固定二氧化碳, 它的合成反应所需要的能量来自有机物的氧化. 例如:光能自养型：以光为能源，以CO2或碳酸盐为唯一或主要碳源光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养物化能自养型：以无机物的氧化获得能量，以CO2或碳酸盐为唯一或主要碳源化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质难点:根据碳源、能源的不同，将微生物分为四种基本营养类型。
微生物细胞化学组成和的营养需要
情境：配养基的制备任务：微生物细胞的化学组成和营养需要知识点：微生物细胞的化学组成和营养需要课程：食品微生物技术微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成微生物细胞水:70%-90%干物质有机物蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物无机物（盐）微生物动物植物之间存在“营养上的统一性”细胞化学元素组成: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化学组成成分析表明，与其他高等动植物细胞一样，细胞也是常量元素碳、氢、氧、氮、磷、硫（这六种元素占细菌细胞干重的97％）和微量元素钼、锰、锌、钴等构成。
微生物细胞中这些元素主要以蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它们的降解产物、代谢产物等有机物质，水和无机盐等无机物质的形式存在。
水是细胞中的一种主要成分，一般可占细胞干重的80％以上。
微生物细胞中碳、氢、氧、氮的含量（以干物质计％）微生物种类C N H O 细菌/ Bacteria5015820酵母/ Yeast49.812.4 6.731.1霉菌/ Mold47.9 5.2 6.740.2微生物细胞的化学组成主要成分细菌酵母菌霉菌水分75－85 70－80 85－90（占细胞鲜重的%）蛋白质50－80 32－75 14－15占细碳水化合物12－28 27－63 7－40胞干脂肪5－20 2－15 4－40 重的核酸10－20 6－8 1%无机盐2－30 3.8－7 6－12微生物的营养需要二、微生物的营养需要营养物质：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：微生物从环境中吸收营养物质并加以利用的过程。
微生物的六大营养物质：碳源、氮源、能源、无机元素、生长因子、水分。
（对异养微生物来讲，因碳源提供能量，故也可认为其有五大营养物质）。
微生物和动物、植物营养要素的比较生物类型营养要素动物（异养）微生物绿色植物（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、碳酸盐氮源蛋白质或其降解物蛋白质或其降解物有机或无机氮化物、氮无机氮化物、氮气无机氮化物能源与碳源同与碳源同氧化无机物或利用日光能利用日光能生长因子维生素一部分需要维生素等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1.碳源凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源。
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。
第四章 微生物的营养
成份
氧化硫硫 大肠杆菌 牛肉膏蛋 高氏一号 查氏合成 LB
主要
杆菌培养基 培养基 白胨培养基 合成培养基 培养基 培养基 作用
牛肉膏
5
碳源（能源）、氮源、
无机盐、生长因子
蛋白胨
10
10
氮源、碳源（能源）、生长因子
酵母浸膏
5
生长因子、氮源、碳源（能源）
葡萄糖
5
碳源（能源）
蔗糖
30
第32页，共66页。
4、经济节约
（参见P85）
配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料作为培 养基成份，特别是在发酵工业中，以降低生产成本。
有机物
H2、H2S、Fe2+、 NH3或NO2-
碳源
CO2
有机物
CO2
化能有机异养型 （化能异养型）
有机物
有机物
能源
光能
举例
着色细菌、蓝细菌、藻类
光能
红螺细菌
化学能 (无机物氧化)
化学能 （有机物氧化)
氢细菌、硫杆菌、亚硝化单 胞菌属(Nitrosomonas)、甲 烷杆菌属 (Methanobacterium) 、醋杆 菌属(Acetobacter) 假单胞菌属、芽孢杆菌属、 乳酸菌属、真菌、原生动物
1、选择适宜的营养物质
2、营养物的浓度及配比合适
3、物理、化学条件适宜
4、经济节约
5、精心设计、试验比较
第19页，共66页。
1、选择适宜的营养物质
培养不同的微生物必须采用不同的培养条件； 培养目的不同，原料的选择和配比不同；
实验室的常用培养基：
细菌： 牛肉膏蛋白胨培养基
（或简称普通肉汤培养基）；