第5章 微生物的营养

根据微生物对生长因子的需要存在差 异，可分为： 1.野生型(wild type)又称原养型 不需要生长因子而能在基础培养基上 生长的菌株。 2.营养缺陷型(auxotroph) 由于自发或诱发突变等原因从野生型 菌株产生的需要提供特定生长素物质才能 生长的菌株。
微生物与动植物营养要素的比较
动物 （异养） 碳源 氮源 能源 生长因子 无机元素 水分
红螺细菌
化能有机异养型 （化能异养型）
有机物
有机物
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) 化学能 假单胞菌属、芽孢杆菌属、 （有机物氧化) 乳酸菌属、真菌、原生动物
一、光能自养微生物(光能无机型)
如藻类、红硫细菌、绿硫细菌等都含有 色素。 CO2＋2H2A———［CH2O］＋H2O＋2A
植物和蓝细菌中的H2A单位是H2O，而细
菌中H2A为H2S或其他硫化物。
二、光能异养微生物(光能有机型) 红螺细菌能利用异丙醇作为供氢体进行光 合作用，并积累丙酮。 CO2＋(CH3)2CHOH——2CH3COCH3＋［CH2O］ ＋H2O (异丙醇) （丙酮）
二、氮源（nitrogen sourc）
1.概念 凡是构成微生物细胞物质或代谢产 物中氮素来源的营养物质称为氮源。 2.作用 主要提供合成原生质和细胞其他结 构的原料，一般不提供能源。只有硝化细菌能利 用铵盐、硝酸盐作为氮源和能源。 3.来源 各类微生物以各种复杂程度不同的 氮化合物合成自己的高分子化合物。 常用有机氮源：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。 蛋白质一般不是微生物的良好氮源。
一般微生物需要的无机盐类必
微量元素及功能
在粗放的培养条件下，水和其他营养 物质中的微量元素即能满足其需要。
四、水（water）
1.功能：
（1）水是微生物机体的重要组成成分；
（2）直接参加代谢反应，也是代谢反应的
内部介质和溶剂；
（3）调节细胞的温度和维持细胞膨压。
2.水的活度（water activity ，aw） 定义：在一定的温度条件下，溶液的
单纯扩散的特点： 1.非特异性的吸收方式，顺浓度梯度扩散
2.营养物质不发生结构上的变化
3.速率较慢 4.无载体参与 5.可运送的物质：H2O、CO2、O2等
促进扩散的特点：
1.结构上不发生的变化 2.不消耗能量 3.速率由浓度差决定 4.需载体（透过酶）参与 5.高度的特异性 6.有“饱和效应” 7.可运送的物质：氨基酸、单糖、维生素、 无机盐、甘油等
第二节
1.概念
营养物质
一、碳源（carbon source）
凡能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.作用 构成细胞物质和供给微生物生长
发育所需的能量（异养微生物）。 3.常用碳源 糖类、醇类、有机酸、脂肪、
烃类等其中糖类是最好的碳源。生产中常用的 碳源是农副产品和工业废弃物。
四、化能异养微生物(化能有机)
这类微生物所需要的能源来自有机物氧
化所产生的化学能，它们的碳源也主要是有
机化合物，氮源可以是有机氮化合物，也可
以是无机氮化合物。大部分微生物都属于这
种类型。
化能异养微生物又可分为腐生和寄生
两类。还有中间类型，称为兼性腐生或兼性
寄生。
第五节
培养基
定义：培养基是人工配制的适合于不同微生
第五章 微生物的营养
第一节 微生物的化学组成 第二节 营养物质 第三节 营养物质透过细胞
第四节 微生物的营养类型
第五节 培养基
第一节
微生物的化学组成
一、水分（细胞75%〜80%，芽胞40%）
1.结合水：
2.非结合水：
二、固体成分(15%〜25%，包括有机物
和矿物质两类)
（一）有机物：主要由碳、氢、氧、氮 等4种元素组成，占干物质的90%〜97%。
作业
1.以紫色非硫细菌为例，解释微生物营 养类型的可变性及对环境条件变化适应能力 的灵活性。 2.如果从环境分离得到能利用苯作为碳 源和能源的微生物纯培养物，如何设计实验？ 3.设计实验利用某微生物对某一样品维 生素B12的含量进行分析。
微生物的营养类型(Ⅱ)
营养类型 电子供体 光能无机自养型 H2、 2S、 2O H S或H （光能自养型） 光能有机异养型 有机物 （光能异养型） 化能无机自养型 H2、H2S、Fe2+、 （化能自养型） NH3或NO2碳源 CO2
有机物 CO2
能源 光能
光能 化学能 (无机物氧化)
举例 着色细菌、蓝细菌、藻类
划分依据 营养类型 碳源 自养型(autotrophs) 异养型(heterotrophs) 能源 光能营养型(phototrophs) 化能营养型(chemotrophs) 电子供体 无机营养型(lithotrophs) 有机营养型(organotrophs) 特点 以CO2 为唯一或主要碳源 以有机物为碳源 以光为能源 以有机物氧化释放的化学能为能源 以还原性无机物为电子供体 以有机物为电子供体
常用的凝固剂有琼脂、明胶、硅胶等，
但理想的凝固剂应具备以下条件：
（1）不被微生物液化、分解和利用； （2）在微生物生长的温度范围内保持固体状态； （3）凝固点的温度对微生物无害； （4）不因消毒灭菌而破坏；
（5）配制方便，价格低廉；
（6）透明度好、粘着力强。 此外，病毒、立克次氏体、依原体为专性寄生， 必须用活的细胞和组织培养。
糖类、脂肪 蛋白质及其降解物 与碳源同 维生素 无机盐 水
微生物
异养 糖、醇、有机酸等 蛋白质及其降解 物、有机氮化物、 无机氮化物、氮 与碳源同 有些需要维生素等 生长因子 无机盐 水 自养 二氧化碳、碳酸盐等 无机氮化物、氮 氧化无机物或利用日 光能 不需要 无机盐 水
绿色植物 （自养）
二氧化碳 无机氮化物 利用日光能 不需要 无机盐 水
这些微生物生长时大多需要外源的生长因
素。
三、化能自养微生物(化能无机型)
这些微生物的能源来自无机物氧化所 产生的化学能，碳源是CO2或碳酸盐。 硫细菌： H2S＋1/2O2——S＋H2O＋50.1千卡 S＋3/2O2＋H2O——SO4＝＋2H+＋149.8 千卡 氢细菌： H2＋1/2O2——H2O＋56.7千卡. 铁细菌： Fe2＋——Fe3＋＋e＋能量
4.核酸 包括DNA（占干重的3%）和RNA （占干重的10%）两大类，与遗传和变异有关。 5.其他化合物 包括一些维生素、生长因 素、色素和某些细菌中的抗菌素等化合物。 （二）矿物质(灰分)：占干物质的3%〜10% 左右。 1.大量元素 磷、钾、硫、钙、镁、铁。 2.微量元素 锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、 铜、钨、镍 、硼。 它们一部分参与有机物的组成，一部分则 组成无机盐类。
是利用ATP的能量将Na+由细胞内泵出胞外，并将K+
Na+，K+-ATP酶系统示意图
主动运输的特点： 1.消耗能量 2.逆浓度梯度进行 3.需载体蛋白参 4.高度的特异性 5.可运送的物质：单糖、双糖、氨基酸、有 机酸、H+、Cl-、Na+、 K+等
第四节 微生物的营养类型
根据微生物所需要的能源、碳源的不同，将微 生物的营养类型分为四大类： 微生物营养类型(Ⅰ)
三、无机盐类（mineral salts）
1.功能 (是微生物生长不可缺少的营养物质)：
（1）构成细胞的组成成分；
（2）作为酶的组成成分；
（3）维持酶的作用
（4）调节细胞渗透压、氢离子浓度、氧化还原 电位； （5）某些自养微生物可利用无机盐作为能源 (氧化无机物产生的化学能)。
2.作用及来源
须人为提供
1.蛋白质(50%〜80%)
包括单纯蛋白 (球蛋白、
清蛋白)和复合蛋白(核蛋白、糖蛋白、脂蛋白)
根据功能分：结构蛋白和储备蛋白。
2.糖(10%〜30%) 有一部分构成核糖含于核酸 中，其余为多糖，也有少数单糖。 糖类是一般微生物的重要碳素来源，除供作细 胞构造的重要成分外，也是细胞所需能量的来源。 3.脂类(3%〜7% ，多者可达40%) 胞壁、细胞膜和细胞质中。 多存在与细
牛肉膏 3g，蛋白胨 10g，NaCl 5g，琼脂 15~20g ， 水 1000mL， pH 7.4~7.6
(二)按培养基的用途分： 1.基本培养基 2.富集培养基 3.加富培养基 5.鉴别培养基 4.选择培养基 6.完全培养基
7.补充培养基 (三)按培养基的物理状态分： 1.液体培养基 2.固体培养基 3.半固体培养基
物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。
特点：任何培养基都应具备微生物所需要 的五大营养要素，且应比例适当。所以一旦配 成必须立即灭菌。
用途：促使微生物生长；积累代谢产物； 分离微生物菌种；鉴定微生物种类；微生物细 胞计数；菌种保藏；制备微生物制品。
一、配制培养基的原则
1.根据不同微生物的营养需要配制。 ①培养自养型微生物所用的培养基应完全是简 单的无机物。 ②培养异养型微生物所用的培养基至少需要一 种有机物。 ③就微生物各主要类群来说又各有不同。 2.注意各营养物质的浓度、配比。 3.调节最适pH。 4.根据培养目的合理使用原料。 5.对于特殊要求的培养基还要作特殊的处理。 如防沉淀可加入螯合剂等。
蒸汽压（材料上部蒸气相中水浓度）与纯
水的蒸汽压（即纯水上部蒸气相中水浓度）
之比。
aw＝P溶液／P纯水
P——蒸汽压
微生物生长最适aw 微生物 一般细菌 酵母菌 霉菌 噬盐细菌 噬盐真菌 嗜高渗酵母 aw 0.91 0.88 0.80 0.70 0.65 0.60
五、生长因素 （growth factor） 定义:是一类对微生物正常生活所不可 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
a.同向运输
主动运输示意图 b.逆向运输
c.单项运输
3.基团转位
如许多糖及其衍生物在运输过程中被磷酸转 移酶系统（PTS）磷酸化，这个酶系统包括EI(非 特异性)、EII(特异性)和热稳定的可溶性蛋白 (HPr)。
大肠杆菌PTS运输系统
4.Na+，K+-ATP酶系统 泵入胞内。
Na+，K+-ATP酶的功能
物需求的生长因子的种类和数量不同。
缺乏合成生长因子能力的微生物称为营
养缺陷型微生物。
根据化学结构及代谢功能可分为三类：
1.维生素 多数维生素是辅酶的组成结构。
2.氨基酸
是许多微生物生长所需要的生长
因素，这与它们缺乏合成这些氨基酸的酶有关。 微生物需要氨基酸的最高浓度为20〜50µ g/mL。 3.嘌呤和嘧啶 才能被利用。 生长因素的微生物分析法 主要功能是构成核酸和辅酶， 它们进入细胞后，必须先转变成核苷和核苷酸后
第三节 营养物质透过细胞
公认的细胞质膜模型：
疏水的膜蛋白和不连续的脂双层的镶嵌结构。
脂溶性物质顺着细胞膜内外侧 一、单纯扩散(被动扩散) 浓度差转运的过程。 二、促进扩散 非脂溶性物质或亲水性物质 借助细胞膜上的膜蛋白的帮 三、主动运输 主动运输是指物质逆浓度梯度， 助顺浓度梯度或顺电化学浓 在载体的协助下，在能量的作用 1.初级主动运输 度梯度, 不消耗ATP进入膜内 下运进或运出细胞膜的过程。 的一种运输方式。 2.次级主动运输 a.同向运输 b.逆向运输 c.单项运输 Na+ k+
二、培养基的类型和用途 （一）根据培养基的成分分为：
1.合成培养基
2.半合成培养基
3.天然培养基
培养基 氧化亚铁硫杆菌 (NH4)2HPO4 3.00g，KCl 0.10g，MgSO4· 2O0.50g， 7H
FeSO4· 2O 44.3g， 7H
蒸馏水1 000mL，pH2.0
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牛肉膏蛋白胨培养基