第四章 微生物的营养
第四章微生物的营养ppt
6.7
6.7
氧
20
31.1
40.2
氮
15
12.4
5.2
磷
3
硫
l
（二）元素在细胞内的存在形式
表4-2 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
蛋白质
50～80
32～75
14～5２
碳水化合物
12～28
27－63
7－40
脂肪
5～20
2～15
4～40
核酸
10～20
6～8
型： ❖ 腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为生长的碳源。 ❖ 寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生体内获得生长所需要的营
养物质。 ❖ 腐生型和寄生型之间还存在中间类型：兼性腐生型或兼性寄生型。 ❖ 如：人和动物肠道内普遍存在的大肠杆菌。
第四节 培养基
❖ 培养基，是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养 基质。
❖ 载体蛋白是多回旋折叠的跨膜蛋白质，它与被传递的分子特异结合使 其越过质膜。其机制是载体蛋白分子的构象可逆地变化，与被转运分 子的亲和力随之改变而将分子传递过去。
❖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。
三、主动运输
❖ 主动运输是指膜外低浓度物质通过细胞膜上特异性载体蛋白构型变化 进入膜内，同时消耗能量，且被运输的物质在运输前后并不发生任何 化学变化的一种物质运送方式。
1～２
无机盐
2～30
3．8～7
6～12
注：加*的为微生物鲜细胞重量的百分数，不加*的为干细胞重量的百分数
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。
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。
(推荐)大学微生物复习--第4章微生物的营养和代谢
碳源——CO2 能源，供氢体——无机物（氢、氨、硫）
例：
2NH3 + 2O2
2HNO2 + 4H+ + 能量
CO2 + 4H+
(CH2O) + H2O
微生物：硝化细菌,硫化细菌,氢细菌及铁细
菌
26
3. 光能无机营养型微生物
碳源——CO2为唯一或主要碳源 能源——光能
供氢体——H2S、Na2S2O3、水等 例：
为微生物的主要物质运输方式.能量来源可 以是跨膜质子梯度或ATP.
20
4. 基团转位 葡萄糖通过基团转位运输过程的化学反应 1）PEP+HPr 酶I 磷酸~HPr + 丙酮酸 2）磷酸~HPr + 葡萄糖 酶II 6-磷酸葡萄糖
+HPr
21
特点：
需复杂的运输酶系参与； 同主动运输，但底物在运输过程发生化学变 化。
主要用于糖及脂肪酸、核苷、碱基等物质 的运输。
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三、微生物的营养类型 细菌的营养方式 以能量来源分
光能型:以光为能源; 化能型:以物质氧化释放的能量为能源;
以可利用的供氢体 无机营养型:以无机物为供氢体; 有机营养型:以有机物为供氢体。
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微生物的营养类型 1.化能有机营养型微生物 2.化能无机营养型微生物 3.光能无机营养型微生物 4.光能有机营养型微生物
物质的量比值或还原糖与粗蛋白之比。
24
1. 化能有机营养型微生物 碳源——有机物(用于合成细胞物质) 能源，供氢体——有机物(用于分解产能) 可分为：
寄生型微生物——寄生于活的生物体（衣原 体）
腐生型微生物——以死亡的生物有机 体为 营养原料（如大肠杆菌）
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4微生物的营养
4、生长因子
指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生 物自身不能合成或合成量不足以满足机体需要的有机物。
维生素 氨基酸
酶的辅基或辅酶
嘌呤或嘧啶
合成核苷
酶的辅基或辅酶，或
5、水
生理功能： 溶剂和运输介质 参与生化反应 维持大分子的天然构象 作为热的良好导体，控制细胞内的温度变化 维持细胞的正常形态 水合作用和脱水作用控制亚基结构的组成和解离
第二节 培养基 一、选用和设计培养基的原则和方法 3、物理化学条件适宜 • pH； • 水活度； • 氧化还原电位；
第二节 培养基 一、选用和设计培养基的原则和方法
3、物理化学条件适宜 • 1）pH • 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。
第二节 培养基 一、选用和设计培养基的原则和方法 不同类型微生物生长对氧化还原电位(Ф)的要 求不同: • 好氧性微生物：+0.1V以上时可正常生长, 以+0.3～+0.4V为宜； • 厌氧性微生物：低于+0.1V条件下生长； • 兼性厌氧微生物：+0.1V以上时进行好氧呼 吸,+0.1V以下时进行发酵。
三、微生物的营养类型
自养型生物 生长所需要的营养物质 异养型生物 光能营养型 化能营养型
生物生长过程中能量的来源
三、微生物的营养类型
微生物营养类型(Ⅰ)
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)
微生物学 微生物的营养
最常见的鉴别性培养基是伊红美蓝乳糖
培养基，即EMB培养基。它在饮用水、 牛奶的大肠菌群数等细菌学检查和大肠 杆菌的遗传学研究工作中有着重要的用 途。
二、 培养基配制原则
1.目的明确
根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。
培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为： S 10g MgSO4.7H2O 0.5g NH4)2SO4 0.4g 0.01g H2PO4 4g CaCl2 0.25g H2O 1000ml
0.5g MgSO4.7H2O H2O 1000ml
酵母菌(麦芽汁培养基) 干麦芽粉加四倍水，在50℃--60℃保温糖化3-4小时，用碘液 试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为10。巴林，煮沸 后，沙布过滤，调PH为6.0。 霉菌（查氏合成培养基） NaNO3 3g K2HPO4 1g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g 1000ml KCl 30g 0.5g H2O
从微生物所能利用的氮源种类来看，存
在着一个明显的界限： 一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮 源的，它们能把尿素、铵盐甚至氮气等 简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸， 称为氨基酸自养型生物。 凡需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源 的微生物就是氨基酸异养型生物。
三、水
水是细胞维持正常生命活动所必不可少
3.半合成培养基:由成分已知的物质和 成分未知的天然物质配制而成的培养基, 如PDA培养基。 如：马铃薯蔗糖培养基－－真菌
根据培养基物理状态分
A. 液体培养基:配制后不加任何凝固剂。 B. 半固体培养基:在液体培养基上加进一定凝固剂,在 液体培养基中如加0.5%琼脂,可以用来观察细胞运 动的特征,鉴定菌种,测定抗菌素的效价等。 C. 固体培养基:在液体培养基中加入凝固剂(如1.52.0%琼脂)。固体培养基为微生物的生长提供了一 个营养表面,在这个表面生长微生物可形成单个菌 落,用于微生物的分离,鉴定,计数,保管。 D. 脱水培养基：指含有除水分以外的一切成分的商品 培养基，使用时只要加入适量水分并加以灭菌即可， 其成分精确且使用方便。
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。
微生物学-第四章营养与代谢
微生物的生长因子
为某些微生物生长所必需、其自身又不能合成、需要 外源提供但需要量又很小的有机物质通称为 生长因 子 （ growth factor ）
狭义：维生素 广义：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等
1).生长因子自养型微生物（auxoautotrophs) 2).生长因子异养型微生物（auxoheterotrophs) 3).生长因子过量合成型微生物 4).营养缺陷型微生物（nutritional deficiency)
• 特点：
• 有特异性的载体蛋白参与
• 需要消耗能量
• 可以逆浓度梯度运输
• 微生物的主要物质运输方式
微生物主动运输示意图
基团转位
• 基团转位（ group transport ） 是一种既需要载体 蛋白又需要消耗能量的物质运输方式。其与主动运 输方式不同的是它有一个复杂的运输酶系统来完成 物质的运输，同时底物在运输过程中发生化学结构 变化。
• 例： 2NH3 + 2O2 • CO2 + 4H+
2HNO2 + 4H+ + 能量 (CH2O) + H2O
光能无机营养型微生物
• 光能无机营养型 又称为 光能自养型 。 这是一 类含有光合色素、能以 CO 2 作为唯一或主要 碳源并利用光能进行生长的微生物。它们能以 无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化 物，以及水作为供氢体，使 CO 2 还原成细胞 物质。藻类、蓝细菌、绿硫细菌和紫硫细菌就 属于这类微生物。
微量元素与微生物生理功能
无机盐及其生理功能
水
水在微生物机体中具有重要的功能，是维持微生物生命活动不可缺少的 物质：
• ① 水是微生物细胞的重要组成成分:它占微生物体湿重的 70 ％ ～ 90 ％，水还供给微生物氧和氢两种元素。
第四章名词解释
姓名：白静静学号：2017215435 第四章名词解释⏹第76页✓微生物的营养( nutrition):这是微生物生理学的重要研究领域，主要研究内容是阐明营养物质在微生物生命活动过程中的生理功能，以及微生物细胞从外界环境摄取营养物质的具体机制。
（第一段）✓营养物质( nutrient )：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理话动所需的物质,而微生物获得和利用营养物质的过程称为营养。
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。
（第一段）✓化学元素( chemical element)：构成微生物细胞的物质基础。
根据微生物生长时对各种化学元素的需要量的大小，分为主要元素( macro element )，微量元素(micro element）。
（第二段）⏹第77页✓灰分( ash constituent)：分析细胞无机成分时一般将干细胞在高温炉(550C)中焚烧成灰，所得到的灰是各种无机元素的氧化物。
（第一段）✓碳源( carbon source)：在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质。
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、蛋白质等)和代谢产物，碳可占细菌细胞干重的一半。
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。
但是有此以CO,作为唯一或主要碳源的微生物生长所需的能源则并非来自碳源物质。
（第四段）✓甲基营养型(methylotrophs)微生物：只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物作为碳源物质。
微生物利用的碳源物质主要有糖、有机酸、醇、脂、烃、碳酸盐等。
（第六段）⏹第78页✓氮源(nitrogen source)：为微生物提供氮素的物质，这类物质主要用来合成细胞中的含氮物质，一般不作为能源，只有少数自养微生物能利用铵盐、硝酸盐同时作为氙源与能源。
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。
微生物营养
微生物菌体的化学组成——元素水平
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等
占细胞干重的97%
微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等
细菌 C元素 N元素 50% 15%
酵母 49.8% 12.4%
霉菌 47.9% 5.2%
H元素
O元素 P元素 S元素
8%
20% 3% 1%
6.7%
31%
6.7%
40%
合计
97%
第一节 微生物的6类营养要素 按照营养物质在菌体中的生理作用的不同，可以将 它们分成六大类。
营养六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水
无论从元素水平还是营养要素水平，微生物的营养要求 与摄食型的动物（含人类）和光合自养型的植”
• 配制培养基时，常使用生长因子丰富的天 然物质制备物作为补充生长因子的培养基 成分。 如：酵母膏、玉米浆、麦芽汁、肝浸液等。
五、无机盐
P、S、K、Mg、Na、Fe：10-3---10-4 Cu、Zn、Mn、Mo、Co等：10-6----10-8
K2HPO4 + MgSO4
凡是提供微生物生长繁殖所需要氮元
素营养源，称为氮源(nitrogen source)。 细胞的干物质中氮含量仅次于碳和氧。 氮是组成核酸和蛋白质的重要元素， 氮对微生物的生长发育有着重要的作 用。
微生物细胞中大约含氮5％～13％，它是微生物细胞蛋白蛋和核 酸的主要成分。氮素对微生物的生长发育有着重要的意义，微生物 利用它在细胞内合成氨基酸和碱基，进而合成蛋白质、核酸等细胞 成分，以及含氮的代谢产物。无机的氮源物质一般不提供能量，只 有极少数的化能自养型细菌如硝化细菌可利用铵态氮和硝态氮在提 供氮源的同时，通过氧化产生代谢能。 微生物营养上要求的氮素物质可以分为三个类型： 1．空气中分子态氮 只有少数具有固氮能力的微生物（如自生固氮 菌、根瘤菌）能利用。 2．无机氮化合物 如铵态氮（NH4+）、硝态氮（NO3-）和简单的有 机氮化物（如尿素），绝大多数微生物可以利用。 3．有机氮化合物 大多数寄生性微生物和一部分腐生性微生物需以 有机氮化合物（蛋白质、氨基酸）为必需的氮素营养。。 在实验室和发酵工业生产中，我们常常以铵盐、硝酸盐、牛肉膏、 蛋白胨、酵母膏、鱼粉、血粉、蚕蛹粉、豆饼粉、花生饼粉作为微 生物的氮源。
第四章 微生物的营养与培养基
N.CHO
N.H N.O N
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
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。
4.生长因子 生长因子：是一类调节微生物正常代谢必须，且不能 用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。需要量一般 很少。
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、玉米浆等 实验室培养微生物常用的氮源：铵盐、硝酸 盐、蛋白胨和肉汤等
微生物的氮源谱
类型 有 机 氮 无 机 氮 元素 N.CHO.X 化合物 复杂蛋白质, 核酸等 尿素,氨基酸 ,简单蛋白质 等 NH3,NH4+ 等 NO3-1 N2 培养基原料 牛肉膏,酵母 膏,饼粉及蚕 蛹粉等 尿素,蛋白胨, 明胶等 (NH4)2SO4, NH4NO3等 KNO3等 空气
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
细胞膜外
S S S
Enz2
细胞膜
S
Enz2
细胞膜内
~
HPr
P
Enz1+ PEP 丙酮酸
Enz2
☆加入CaCO3： +H+ +H+ CO32 – HCO3 – H2CO3 – – –H –H
CO2+H2O
微生物的营养
无机氮源：NH4+、氨盐、硝酸盐
有机氮源：尿素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等
实验室常用：碳酸氨、硝酸盐、牛肉膏、酵母膏、
蛋白胨、胰酪蛋白等 生产实践：豆饼粉、花生饼粉、蚕蛹粉、玉米浆等
4.无机盐
矿质元素的化合物为无机盐，在微生物的生命活动中 起着十分重要的作用。 主要功能：构成细胞组分和能量转移（磷、硫） 作为酶的组成成分或激活剂（如铁、镁） 调节酸碱度、细胞透性、渗透压等（如钾、钠、钙）
自养型的微生物碳源和能源来自不同物质
异养型微生物碳源来自于有机物——同时是能 源
主要碳源是葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和淀
粉。其中最常用的是葡萄糖。其次是有机酸、 醇和脂类。 生产实践中：常用农副产品和工业废弃物为碳 源，如玉米粉、米糠、麸皮、马铃薯、酱渣等
三.氮源
氮主要是组成核酸和蛋白质的重要元素
（四）调节氧和二氧化碳浓度
好氧菌：表面培养；通风培养 厌氧菌：配制培养基时常加入一些还原剂或其他 除氧方法
（五）用料经济
该培养基的应用目的，即：
是培养菌体还是积累代谢产物？ 是实验室种子培养还是大规模发酵？ 代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？
☆用于培养菌体的培养基营养应丰富，氮源含量宜 高（碳氮比低）； ☆用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比 种子培养基稍低；若代谢产物是次级代谢产物时要 考虑是否加入特殊元素或特定的代谢产物；
第二节 微生物的营养类型和吸收方式
一、微生物的营养类型
依据微生物所需的碳源及能源不同将其 分为四种类型 光能自养型 化能自养型 光能异养型 化能异养型
微生物营养与能量代谢
【学时1】第四章微生物营养和能量代谢§4-1 微生物营养一、营养物质微生物与人类营养要求相似，对微生物细胞化学成分及分泌物分析为：1.营养元素大量元素包括C、H、O、N、P、S、Ca、Mg、K、Fe、Na；微量元素包括Mn、Mo、Cu、Zn、Co。
一般含量超过10—4mol/L的为大量元素，低于该浓度的为微量元素。
硅藻土中含Si大于50%，所以大量元素和微量元素只是统计数。
2.营养物质包括碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水。
（1）碳源种类：糖（单糖、双糖、多糖）、醇、酸、脂肪、烃类、纤维素。
有些微生物能利用无机碳CO2、CO、CO32—等。
作用：一部分作为碳架结构；另一部分做能量来源：G彻底分解生成CO2、H2O和ATP。
（2）氮源种类：有机氮有AA、蛋白质、核酸；无机氮有NH4+、NO3—；分子氮N2（由N2→NH3→NH4+，工业氮=1/4生物固氮量）作用：细胞结构成分和合成原生质（3）能源凡是能提供微生物生命活动所需能量来源物质。
异养微生物碳源就是能源，只少数情况氮源充当能源或利用日光作为能源。
对自养微生物来说，光能自养菌需要日光作能源；化能自养菌利用氧化无机物而获得能量。
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）化学物质（化能营养型）能源谱光能（光能营养型）：光能自养和光能异养微生物的能源化能自养微生物的能源为还原态的无机物：NH4+、NO2—、S、H2S、H2、Fe2+，包括的微生物种类为亚硝酸细菌、硝酸细菌、硫化细菌、硫细菌、氢细菌、铁细菌。
某一具体营养物可同时兼具有几种营养要素功能：光能是单功能营养物（能源），NH4+是双功能营养物（能源、氮源），AA类则是三功能营养物（C、N、能源）。
（4）矿质营养（无机盐，除C、N外的元素）主要元素：S、P、Fe、Mg、Ca、Na、K；微量元素：Zn、Mn、Mo、Co。
对于大量元素需加入相应的化学试剂，首选K2HPO4和MgSO4，它们可同时提供4种需要量大的元素，其他需要量较小的不必专门添加。
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如Na+ 与质子通 过同一载体按相 反方向进行运输
单向运输
在能化膜质子浓度差（或电势差）消失过 程中，某种物质单独通过某一载体进行的 次级主动运输。
运输结果通常导致胞 内阳离子（如K+）积 累或阴离子浓度降低
（3）ATP结合性盒式转运蛋白系统
2.主动运输的特点
低浓度→高浓度 主动运输，消耗细胞能量，营养物质能逆浓度运输 需要特异性的载体蛋白，被运输的物质与载体蛋白 有高度的特异性，是特异性的营养物质吸收方式
广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式
主动运输的能量来源
• 好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用 呼吸能
• 厌氧型微生物利用化学能（ATP） • 光合微生物利用光能
• 光合微生物吸收光能后，光能激发产生的电子在 电子传递过程中，伴随质子外排（外排动力为光 能）
• 嗜盐细菌紫膜上的细菌视紫红质吸收光能后，导 致质子外排（外排动力为光能）
能 化 膜
细胞通过消耗呼吸能或化学能或光能，引起胞内质 子（或其他离子）外排，在原生质膜内外建立质子 浓度差（或电势差），使膜处于充能状态。
3.主动运输的具体方式
初级主动运输 次级主动运输 ATP结合性盒式转运蛋白系统 Na+，K+- ATP酶系统
基团转位 铁载体运输
（1）初级主动运输
概念
初级主动运输是一种质子的主动运输方式，由电 子传递系统、ATP酶或细菌视紫红质引起的胞内 质子（或其他离子）的外排，结果导致原生质膜 内外建立质子浓度差（或电势差），使膜处于充 能状态，即形成能化膜。此过程需要消耗呼吸能、 化学能或光能。
微生物学
一、影响营养物质进入细胞的因素 营养物质本身的性质
分子质量、溶解性、电负性、极性等
微生物所处的环境
温度、pH、物质环境（诱导剂、抑制剂、结构类似物）
微生物细胞的透过屏障
糖被、G+菌细胞壁、质膜对营养物质的透性
透过屏障
• 由原生质膜、细胞壁、荚膜及粘液层等组成的具 有保护机体及控制物质进出细胞的屏障；
概念
存在于原生质膜上的一种离子通道蛋白， 利用ATP的能量将胞内Na+“泵”出胞外， 而将胞外K+“泵”入胞内，也称Na+，K+ 泵。
过程
• ATP酶（E）在细胞内侧与Na+结合同时消耗能量 • 磷酸化ATP酶（E+）构象变化，转向膜外，将
Na+排除胞外，并与K+ 结合 • K+激发E+脱磷酸化，转向膜内，恢复为E，同时
好氧微生物或兼性厌氧微生物、厌氧微生物、光 合微生物和嗜盐菌的初级主动运输方式不同
过程
• 好氧型微生物和兼性厌氧微生物在有氧氧化过程 中，释放的电子在位于原生质膜上的电子传递链 上传递的过程中，伴随质子外排（外排动力为呼 吸能）
• 厌氧型微生物在发酵过程中产生ATP，在位于原 生质膜上的ATP酶的作用下，ATP水解生成ADP 和磷酸，伴随质子外排（外排动力为ATP ）
• 细胞壁及糖被层可以看成是一个透性膜，在营养 物质运送上不起多大作用，细胞壁仅简单的排阻 分子量过大的溶质（＞600Da）进入；
• 原生质膜是一种选择性的半透膜，是控制物质进 出细胞的主要屏障。
二、营养物质的运输方式
（一）扩散 1.扩散的概念
物质通过原生质膜，从高浓度胞外（内） 环境向低浓度胞内（外）进行运输的过程。
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。
促进扩散与载体
• 载体具有较高的专一性，只运输相应的物质。 • 被运输物质与载体之间亲和力大小变化是通过载
体分子构象变化实现的。
• 载体蛋白也称为透过酶。载体自身在跨膜运输过 程中不发生化学变化，载体只影响物质的运输速 率。被运输物质在膜内外浓度差越大，促进扩散 的速率越快，但是当被运输物质浓度过高而使载 体蛋白饱和时，运输速率就不再增加。
将K+运入细胞
ATP酶的磷酸化与去磷酸化
（5）基团转位 概念
物质通过载体帮助，在一个较复杂的运输 系统的作用下进行的跨膜主动运输，被运 输物质在该过程中化学性质发生改变。
（二）促进扩散
1.促进扩散的概念
借助原生质膜上特异性的载体蛋白，使物 质通过原生质膜，从高浓度胞外（内）环 境向低浓度胞内（外）进行运输的过程。
2.促进扩散的特点
高浓度→低浓度
被动运输，不消耗细胞能量，动力来自参与促进扩散 的物质在膜内外的浓度差。
需要特异性的载体蛋白（透过酶）协助扩散，被运 输的物质与载体蛋白有高度的特异性，是特异性的 营养物质吸收方式
ATP结合性盒式转运蛋白（ABC转运蛋白）
利用ATP的能量跨膜转运物质而不改变其 化学性质的膜蛋白复合体，需要一种质膜 外底物结合蛋白来行使功能。
过程
ATP结合性盒 式转运蛋白系统
ABC转运蛋白
2个疏水性跨膜域 2个核苷酸结合结构域
特异性溶质结合蛋白
溶质 参见P96图4-3
ATP
（4）Na+，K+- ATP酶系统- Na+，K+泵
好 氧 微 生 物 或 兼 性 厌 氧 微 生 物
（2）次级主动运输
概念
通过初级主动运输建立的能化膜在质子浓 度差（或电势差）消失的过程中，偶联其 它物质的运输
同向运输
逆向运输
单向运输
同向运输
某种物质与质子通过同一载体以相同方向进 行的次级主动运输
大肠杆菌中，通过这种方 式运输的物质主要有丙氨 酸、丝氨酸、甘氨酸、谷 氨酸、半乳糖、岩藻糖蜜 二糖、阿拉伯糖、乳酸、 葡萄糖醛酸及某些阴离子 （如HPO42-）等
2.扩散的特点
高浓度→低浓度 细胞被动运输，不消耗细胞的能量。动力来自参与扩 散的物质在膜内外的浓度差。
不需要载体，是非特异性的营养物质吸收方式
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、苯、一些气体分子（ O2、CO2 ） 及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞
扩散动画视频
• 透过酶大都是诱导酶，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。
细胞膜外
细胞膜
恢复原构象 再 循 环
结
合
构
象
结 合
改 变
移位
细胞膜内
促进扩散模式图
促进扩散动画视频
（三）主动运输
1.主动运输的概念
是微生物吸收营养物质的主要机制。物质 逆浓度梯度运输，需要特异性载体蛋白， 运输过程需要消耗细胞能量。