微生物营养和代谢
微生物的营养代谢PPT课件
例如：牛肉膏蛋白胨培养基（细菌）
牛肉膏 蛋白胨 NaCl 琼脂 水 PH
3g 10g 5g 18--20g 1000ml 7.0----7.2
培养基
（2）加富培养基（enrichment medium）
又叫营养培养基
定义：在基础培养基中加入某些特殊营养物 质制成的营养丰富的培养基。
[CH2O] + O2 ↑
如以还：绿 原硫 态细 无菌 机、硫紫化硫物细作菌氢或还电原子C供O体2 时。，
光能
CO2 + 2H2S 细→菌 [CH2O] + H2O + 2S
叶绿素
微生物的营养类型
（2）光能有机营养型（photorganotroph)
又叫异养微生物。又称光能异养型微生物。 红螺菌属.
脂肪酶
脂肪
甘油 ＋O2 CO2+H2O
脂肪酸 -O2 简单酸＋CO2+CH4
应用：屠宰场；生活污水。
3 果胶物质的分解
原果胶酶
原果胶＋H2O
可溶性果胶＋多缩戊糖
可溶性果胶＋H2O 果胶甲基酯酶 果胶酸＋甲醇
果胶酸＋H2O 多缩半乳糖酶 半乳糖醛酸
应用：麻类物质的脱胶处理
水浸——厌氧性细菌 露浸——好氧性细菌、放线菌、真菌
定义：以小分子有机物为最终电子受体的生物 氧化过程。有机物为呼吸基质的中间产物。
最终电子受体——有机物 参与的微生物——厌氧菌和兼性厌氧菌。 不经过电子传递体。 常见的发酵有
§乙醇发酵 §乳酸发酵
§丁酸发酵
乙醇发酵（生产酒精）
葡萄糖
3－磷酸甘油醛
2NAD
乙醇
1，3－二磷酸甘油酸
2NADH2
大学微生物复习--第4章 微生物的营养和代谢1
几种微生物生长的最适aw值
微生物 一般细菌 酵母菌 霉菌 嗜盐细菌 嗜盐真菌 嗜高渗酵母菌
aw
0.91 0.88 0.80 0.76 0.65 0.60
17
二、微生物吸收营养物质的方式
1. 简单扩散
物质运输的动力: 膜内外的浓度差 特点：
A. 不消耗能量
B. 不发生化学变化 C. 非特异性。
45
微生物在厌养条件下的发酵过程的前部反应
46
酵母菌的乙醇发酵
C6H12O6 + 2ADP + 2 H3PO4 2CH3CH2OH + 2 ATP + 2CO2+2H2O
47
乳酸细菌的正型乳酸发酵
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi
2CH3CHOHCOOH + 2ATP + 2H2O
48
（二）呼 吸
葡萄糖，果糖，半乳糖，甘露糖 麦芽糖，蔗糖，乳糖，纤维二糖 淀粉，纤维素，半纤维素，甲壳素
4
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
醇类：
乙醇、甲醇
脂类：
脂肪，磷脂
5
烃类： 天然气，石油，石油馏分，石蜡油 CO2： CO2 碳酸盐： NaHCO3, CaCO3, 其他： 芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽， 核酸
31
1. 适宜营养物质的选择
32
2. 营养物质浓度及配比合适（C/N） 碳氮比（C/N）：培养基中碳元素/氮元素 物质的量比值或还原糖与粗蛋白之比。
谷氨酸发酵生产： C/N=4时菌体大量繁殖，Glu积累少； C/N=3时菌体繁殖受抑，Glu大量积累。
33
3. 控 制 pH 条 件 细菌: pH7.0~8.0
微生物在营养代谢中的重要性
微生物在营养代谢中的重要性在我们生活的这个世界里，微生物虽然微小到肉眼难以察觉，但它们在营养代谢中却扮演着至关重要的角色。
无论是对人类健康、生态平衡，还是对农业生产等方面，微生物都发挥着不可或缺的作用。
首先，让我们来了解一下什么是营养代谢。
简单来说，营养代谢就是生物体获取、利用和转化营养物质的过程，以维持生命活动、生长发育和繁殖。
而微生物在这个复杂的过程中，犹如一个个精巧的“小工匠”，默默地发挥着它们独特的功能。
在人类的消化系统中，就存在着大量的微生物。
这些微生物构成了肠道菌群，对我们的营养代谢有着深远的影响。
例如，它们能够帮助分解一些我们自身难以消化的食物成分。
比如膳食纤维，我们人体无法直接消化它，但肠道中的某些微生物却拥有分解膳食纤维的能力，将其转化为短链脂肪酸等有益物质。
这些短链脂肪酸不仅能为肠道细胞提供能量，还具有调节肠道免疫、维持肠道屏障功能等重要作用。
微生物还在维生素的合成方面发挥着关键作用。
一些维生素，如维生素 K 和部分 B 族维生素，人体自身无法合成，而肠道微生物可以完成这一任务。
如果肠道微生物的平衡被打破，就可能导致维生素合成不足，进而影响人体的健康。
不仅如此，微生物在生态系统的营养循环中也占据着举足轻重的地位。
在土壤中，微生物参与了有机物的分解和养分的释放。
当动植物残体进入土壤后，微生物会将这些复杂的有机物分解为简单的无机物，如氮、磷、钾等营养元素。
这些营养元素被释放到土壤中，可供植物吸收利用，从而促进植物的生长。
在氮循环中，微生物更是起到了核心作用。
固氮微生物能够将大气中的氮气转化为植物可以利用的氨态氮。
而硝化细菌和反硝化细菌则分别参与了将氨态氮转化为硝态氮以及将硝态氮还原为氮气的过程。
这一系列的转化过程，不仅维持了土壤的肥力，也保证了生态系统中氮元素的平衡。
在水生态系统中，微生物同样扮演着重要的角色。
它们能够分解水中的有机物，净化水质，维持水体的生态平衡。
如果没有微生物的参与，水体中的有机物将会积累，导致水质恶化，影响水生生物的生存。
微生物营养与代谢
第一节 微生物营养物质和营养类型
一 微生物营养物质及其功能
碳素化合物
微
氮素化合物
生
物
营
矿质元素
养
物 质
生长因子
水
第一节 微生物营养物质和营养类型
一 微生物营养物质及其功能 1 碳素化合物碳源：
碳源：是微生物细胞内碳素物质或代谢产物中的C的来源 占细胞干重的50%
第一节 微生物营养物质和营养类型 一 微生物营养物质及其功能
第一节 微生物营养物质和营养类型
一 微生物营养物质及其功能
5 水分
水的活度Aw 有效性 一定温度和压力条件下;溶液中水的蒸汽压力与同样条件T P下纯水蒸
汽压力之比
定义公式是： Aw=Pw/P0w
Pw:溶液中水的蒸汽压；P 0 w:纯水的蒸汽压
溶液充分稀释时
Aw=Pw/P0w=n1/n2+n1
n1为溶剂的摩尔数;n2为溶质摩尔数
一 微生物营养物质及其功能
4 生长因子 生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶
生长因子分类化学结构 生理作用 ： 氨基酸 核 苷或碱基 维生素
第一节 微生物营养物质和营养类型 一 微生物营养物质及其功能
4 生长因子特点：
1不同的微生物;它们生长所需要的生长因子各不相同
克氏杆菌 肠膜明串珠菌
生物素 对氨基苯甲酸 十七种氨基酸
第一节 微生物营养物质和营养类型 一 微生物营养物质及其功能
4 生长因子 2微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化
鲁毛霉：
厌氧条件下：需维生素B与生物素 好氧条件下：无需生长因子
第一节 微生物营养物质和营养类型 一 微生物营养物质及其功能
4 生长因子 3对生长因子未知微生物的培养
生物3.10微生物的类群、营养、代谢和生长
微生物的能量代谢
化能自养生物
01
利用化学反应释放的能量来合成有机物质的微生物，如硝化细
菌。
化能异养生物
02
利用有机物质氧化过程中释放的能量来合成有机物质的微生物，
如大肠杆菌。
光能自养生物
03
利用光能来合成有机物质的微生物，如藻类。
微生物的代谢途径
糖酵解途径
葡萄糖在无氧条件下被分解成丙 酮酸，产生少量能量和还原力的 代谢途径，是厌氧微生物的主要 代谢途径。
三羧酸循环
在有氧条件下，线粒体中的乙酰 CoA完全氧化成二氧化碳和水， 并释放能量的代谢途径。
戊糖磷酸途径
葡萄糖经过一系列反应生成五碳 糖和六碳糖的代谢途径，是需氧 生物的主要糖代谢途径之一。
04 微生物的生长
微生物的生长曲线
延迟期
细胞适应生长环境，不进行分 裂，数量基本不变。
对数生长期
细胞快速分裂，数量呈指数增 长。
氧气
好氧微生物需要氧气进行呼吸，厌氧微生物 则在无氧环境下生长。
微生物的生长繁殖方式
无性繁殖
通过二分裂、出芽等方式进行无性繁殖，繁殖速度快。
有性繁殖
通过配子结合形成合子，再发育成新个体，繁殖速度慢。
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03 微生物的代谢
分解代谢和合成代谢
分解代谢
微生物通过分解有机物质获取能量和营养物质的过程。这些有机物质可以是糖 类、蛋白质、脂肪等。分解代谢过程中，微生物产生能量并合成新的细胞成分。
合成代谢
微生物利用能量和营养物质合成细胞成分的过程。合成代谢过程中，微生物消 耗能量并产生新的细胞成分，如蛋白质、核酸等。
生物3.10微生物的类群、营养、 代谢和生长
第三章微生物的营养与代谢
第三章微生物的营养与代谢源
氮是组成微生物蛋白质、酶和核酸的成分 能利用的氮源种类十分广泛。空气中分子
态的氮、无机和有机氮
第三章微生物的营养与代谢
氮源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 氮源与能源。
第三章微生物的营养与代谢
主要元素包括磷、硫、钾、镁、钙、铁等
微量元素包括铜、锌、钠、硼、锰、氯、 钼、钴、硅等。
在配制培养基时，首选加入磷酸氢二钾和 硫酸镁，基本时可以同时提供4种需要量 最大的元素。
第三章微生物的营养与代谢
五、生长因子
生长因子通常指那些微生物生长所必需且需要 量很小,而且微生物自身不能合成或合成量不足 以满足机体生长需要的有机化合物
❖ 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
❖ 固氮微生物:利用分子氮
第三章微生物的营养与代谢
三、能源
指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。
微生物的能源谱
化学物质 有机物 化能异养型微生物的能源（与C源相同）
能源物质
无机物 化能自养型微生物的能源（与C源不同）
在微生物各种各样的生理活动中必须有 水参加才能进行。
第三章微生物的营养与代谢
水是一种最优良的溶剂，可保证几乎一切生 物化学反应的进行
水可维持各种生物大分子结构的稳定性，并 参与某些重要的生物化学反应
水还有许多优良的物理性质，诸如高比热、 高汽化热、高沸点以及固态时密度小于液态 等，都是保证生命活动十分重要的特性
碳源既是微生物的组成成分，又是微生 物的能量来源。微生物可以利用的碳源 范围极广，分为有机碳源和无机碳源两 大类，糖类是最广泛利用的碳源。
微生物的营养与代谢1
微生物细胞中主要元素含量(占干重%)
元素 ----细菌 ----酵母菌 ----霉菌
C ------50.4 ---- 49.8 ---- 47.9 H -----6.7-------6.7- ---- 6.7 O ----- 30.5 ----31.1 ---- 40.2 N ------12.3- ----12.4 ---- 5.2 --C:N -4～5:1-----4～5:1-----9～10:1
----CaO----------0.89-------0.64---------0.38-------0.19 ----MgO----------0.82-------0.48---------0.43-------0.38 ----Na2O---------0.07-------0.16---------—---------1.12 ----SO3----------0.29-------—-----------0.04-------0.11
11Biblioteka （1）蛋白质、肽和氨基酸
蛋白质在微生物体内的含量约达干重的50%。蛋白 质是重要的细胞结构物质。 --如组蛋白与DNA 结合构成真核微生物细胞的染 色体； --与RNA结合构成核糖体； --与磷脂共同构成细胞质膜和细胞器的膜结构； --以鞭毛蛋白形式构成鞭毛等。 许多种蛋白质和多肽本身就是酶或辅酶，它们在 细胞的代谢过程中起着重要的催化作用。
7
微生物细胞中灰分元素含量(%)
---灰分元素-----固氮菌-----醋酸细菌-----酵母菌-----霉菌 ----P2O5---------4.95-------2.71---------3.54-------4.85
----K2O----------2.41-------1.28---------2.34-------2.81
第五章微生物的营养与代谢介绍
由光照引起的电子传递作用与磷酸化作用相偶联而生成ATP 的过程，即将光能转化为化学能的过程。
非环式光 合磷酸化
真核生物：藻类及绿色植物 原核生物：蓝细菌
光能营养 微生物
环式光合 磷酸化
真细菌：光合细菌
紫膜光合磷酸化：嗜盐菌
1、非环式光合磷酸化
特点： ①有氧条件下进行 ②有PSⅠ和PS Ⅱ2个光合系统 ③同时产生还原力、ATP和O2 ④还原力来自H2O的光解
控制在适宜的范围之内； ➢ 灭菌处理：培养基应无菌。 ➢ 经济节约：所用原料应遵循经济节约、来源广泛的原则。
复合培养基
含有化学成分还不清楚或化学成 分不恒定的天然有机物
细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：
牛肉膏 3g 蛋白胨 10g NaCl 5g H2O 1000ml
按
成
分
化学成分不详和化学成分已知
不
半合成培养基 的化合物配成的培养基。
✓ Respiration chain 呼吸链：指从葡萄糖或其他氧化型化合 物上脱下的氢（电子）经过一系列按照氧化还原势由低到高
顺序排列的氢（电子）传递体，定向有序的传递系统。
特点：物质氧化产生的质子和电子，通过一系列电子传递体，传给末
端电子受体，并在此过程中生成ATP，即电子传递与磷酸化相偶联
光合磷酸化
2、抑制性选择培养基
培养基中加入某种化学物质，这种化学物质没有营养作用， 对所需分离的微生物无害，但可以抑制或杀死其他微生物。 如结晶紫、抗生素等。
鉴别培养基
在成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生明 显显色反应的指示剂，从而达到只需肉眼就能方 便地从近似菌落中找出目的菌落的培养基。
伊红美蓝乳糖培养基（EMB培养基）
磷酸烯醇 式丙酮酸
大学微生物复习-第4章微生物的营养和代谢
微
生 物
第
的 能 量
三 章
代
谢
生物氧化
生物氧化是微生物体内有机物质氧化分解的过 程，释放能量供微生物生长和繁殖。
生物氧化的主要场所是线粒体，其中包含多种 酶和辅酶，能够催化有机物质氧化分解。
生物氧化过程中会产生二氧化碳和水，同时释 放能量供微生物利用。
氧化磷酸化
氧化磷酸化是微生物体内能量代谢的重要过程，通过氧化磷酸 化作用，微生物能够将有机物质氧化分解产生的能量转化为 ATP。 氧化磷酸化过程中，电子从有机物质传递给氧分子，同时生成 ATP，为微生物提供能量。 氧化磷酸化作用是微生物体内最主要的能量来源之一，对于微 生物的生长和繁殖至关重要。
利用化学物质氧化还原反应释放的能量将有机物 质转化为自身所需物质的营养方式。 总结词
详细描述
微
生 物
第
的 代 谢
二 章
途
径
有氧呼吸
总结词
有氧呼吸是微生物在有氧环境中进行的一种氧化代谢途径，通过氧化有机物或无机物来获取能量。
详细描述
有氧呼吸过程中，微生物利用氧气将有机物氧化成二氧化碳和水，同时释放能量。这个过程需要特定的 酶来催化，并需要氧气作为电子受体。有氧呼吸是大多数微生物的能量来源，对于维持生命活动至关重
要。
无氧呼吸
总结词
无氧呼吸是微生物在无氧环境中进行的一种氧化 代谢途径，通过发酵或厌氧呼吸来获取能量。
详细描述
无氧呼吸过程中，微生物在没有氧气的情况下， 通过发酵或厌氧呼吸来获取能量。发酵是微生物 将有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放能 量。厌氧呼吸则是微生物通过氧化有机物或无机 物来获取能量，但不需要氧气参与。无氧呼吸在 缺氧环境中较为常见，对于某些微生物来说是唯
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。
5微生物的营养代谢
特点
（2）、促进扩散
① 营养物质本身的分子结构不发生变化 ②需要特异载体蛋白参与 特 点 ③不消耗能量，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
通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、 物质运输过程中不消耗能量。 维生素及无机盐等。一般微生物通过专一的载体蛋白运 载体蛋白通过构象变化改变与被运输物质之间的亲和力大小，使 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。 两者之间发生可逆性结合与分离。
P - HPr +糖→糖-P +HPr
①营养物质在扩散过程改变，发生磷酸化反应； ②消耗能量； 特点 ③需要特异性载体蛋白参与； ④逆浓度运输；
四种运送营养方式的比较
比较项目 特异载体蛋白 运送速度 溶质运送方向 平衡时内外浓度 运送分子 能量消耗 运送前后溶质分子 载体饱和效应 与溶质类似物 运送抑制剂 运送对象举例 糖 单纯扩散 无 慢 由浓至稀 内外相等 无特异性 不需要 不变 无 无竞争性 无 水 , O2 CO2,甘油, 促进扩散 有 快 由浓至稀 内外相等 特异性 不需要 不变 有 有竞争性 有 糖,SO42PO4 主动运输 有 快 由稀至浓 内部高 特异性 需要 不变 有 有竞争性 有 氨基酸,乳糖 Na+,Ca+ 基团移位 有 快 由稀至浓 内部高 特异性 需要 改变 有 有竞争性 有 葡萄糖,嘌呤 果糖,甘露
功能：
提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及 含氮代谢物等的原料；少数细菌可以铵盐、硝酸 盐等氮源为能源。
微生物利用的氮源物质
种类 氮源物质 备注 大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌 蛋白质及其不同程 和少数细菌能分泌胞外蛋白酶，将大 蛋白质类 度降解产物(胨、肽、 分子蛋白质降解利用，而多数细菌只 氨基酸等) 能利用相对分子质量较小其降解产物。 氨及铵盐 NH3、(NH4)2SO4等 容易被微生物吸收利用。
6.5第五章微生物的营养和代谢
二、微生物的营养类型
形态结构 微生物的多样性
营养类型
营养物质
需要什么？
营养类型
怎么消耗？
能能营养型
碳源不同
自养型：CO2 异养型:有机物
光能自养型（光能无机营养型）
营 养
光能异养型（光能有机营养型）
类 型 化能自养型（化能无机营养型）
第一节 微生物的营养物质和营养类型
一、微生物的营养
1、微生物营养的概念 微生物营养(nutrition)：微生物从环境中摄取生命活动所必需的 能量和物质以满足其生长繁殖需要的一种生理过程,是一切生命 活动的基础。
2、微生物的营养物质及其功能 微生物营养物质：能被微生物吸收利用的物质
水
微生物生长所需的重要成分，在细胞的化学成分中含量最多。 含量（因种类、生活条件和发育时期不同有差异）
半合成培养基：部分天然材料，部分纯化学试剂 优点：配制方便，微生物生长良好 常用：马铃薯蔗糖培养基
根据物理状态不同 固体培养基 凝固体培养基：在液体培养基中，加入凝固剂 琼脂，明胶等 天然固体培养基：固体营养物，如麸皮，米糠等
用途：菌种分离、鉴定、选种、育种、菌种保存 半固体培养基
琼脂0.2%-0.5% 用途：细菌运动的观察，噬菌体效价测定，
选择培养基（selective medium） 定义：根据某种微生物生长的特殊要求或对某些化学、物理因素
的抗性而设计的培养基。 特点：在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质以抑
制不需要的微生物的生长，利于所需要的微生物的生长。 目的：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。
例如：加青霉素、四环素、链霉素分离酵母菌和霉菌。
微生物的代谢与营养需求
微生物的代谢与营养需求微生物是指那些不能用肉眼直接观察到的微小生物体，包括细菌、真菌、病毒等。
尽管微生物的个体微小，但它们在生态系统中扮演着重要角色。
微生物通过代谢活动实现其生命活动，并具有各种营养需求。
本文将探讨微生物代谢和其营养需求的相关内容。
一、微生物的代谢类型微生物的代谢类型主要包括两种：厌氧代谢和好氧代谢。
1.厌氧代谢厌氧代谢指微生物在缺氧或氧气有限的环境中进行代谢活动。
典型的例子是厌氧呼吸，其中微生物使用无氧电子受体代替氧气作为最终电子受体，产生能量。
此外，还包括发酵代谢，微生物通过发酵过程将有机物转化为能量和代谢产物。
2.好氧代谢好氧代谢指微生物在氧气充足的环境中进行代谢活动。
其中最典型的是呼吸过程，微生物利用氧气作为最终电子受体来产生能量。
好氧代谢比厌氧代谢产生更多的能量，因此在营养丰富的环境中，微生物通常采用好氧代谢。
二、微生物的营养需求微生物的营养需求包括能源源、碳源、氮源、矿物质和生长因子等。
1.能源源微生物的能源源主要有有机物和无机物两种。
光合微生物通过光合作用将光能转化为化学能，用以合成有机物质。
而化能微生物则通过氧化有机物或无机物来获取能量。
2.碳源微生物的碳源可以是无机碳（如CO2）或有机碳（如葡萄糖）。
光合微生物主要通过固定CO2来合成有机物；而化能微生物则以有机物为碳源，通过降解有机物来获取碳源。
3.氮源微生物的氮源可以是无机氮（如硝酸盐、氨）或有机氮（如氨基酸、蛋白质）。
氮是构成生物体中重要的元素之一，对微生物的正常生长和代谢都至关重要。
4.矿物质微生物的矿物质需求包括多种元素，如磷、钾、钙、镁、铁等。
这些矿物质在微生物的酶促反应和细胞功能中起到重要的作用，缺乏某种矿物质会影响微生物的生长和代谢。
5.生长因子生长因子是微生物生长和代谢所必需的有机物，如维生素和氨基酸等。
由于微生物无法合成某些生长因子，需要从外部环境中摄取，否则无法进行正常的生长和代谢。
结语微生物的代谢和营养需求对其生存和生长至关重要。
高中生物课件《微生物的营养、代谢和生长》
食品添加剂：如乳酸菌、酵母菌等，可以提供营养物质和改善食品口感
食品检测：利用微生物的生物传感器技术，快速检测食品中的有害物质， 如农药残留、重金属等
微生物在环境保护中的应用
污水处理：微生物 可以降解污水中土 壤质量
生物降解：微生物 可以降解塑料、橡 胶等难以降解的物 质，减少环境污染
生物能源：微生物 可以产生生物燃料 ，如乙醇、沼气等 ，替代化石燃料， 减少温室气体排放
微生物在农业中的应用
生物农药：微生物可以抑制 有害微生物的生长，减少农 药使用
生物肥料：微生物可以分解 有机物质，提高土壤肥力
适应性：微生物对不同环境的适应能力，包括营养、温度、pH值等
抗性机制：微生物通过改变自身代谢途径、产生抗性物质等方式来抵抗环 境变化 适应性机制：微生物通过改变自身代谢途径、产生适应性物质等方式来适 应环境变化
微生物的应用
微生物在食品工业中的应用
发酵食品：如酸奶、面包、啤酒等，通过微生物发酵产生独特的风味和口 感
生物修复：微生物可以降解 土壤中的污染物，改善土壤
环境
生物能源：微生物可以产生 生物能源，如沼气、乙醇等
微生物在医药卫生中的应用
抗生素：微生物产生的抗生素可 以杀死或抑制其他微生物的生长
益生菌：微生物制成的益生菌可 以调节肠道菌群，改善消化系统 健康
添加标题
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疫苗：微生物制成的疫苗可以预 防疾病
生物制药：微生物可以生产一些 药物，如胰岛素、生长激素等
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微生物在营养代谢中的重要性与应用
微生物在营养代谢中的重要性与应用在我们生活的这个丰富多彩的世界里，微生物虽然微小到肉眼难以察觉，但它们在营养代谢中却扮演着极其重要的角色，并有着广泛的应用。
首先，让我们来了解一下什么是微生物。
微生物包括细菌、真菌、病毒、原生生物等众多类群。
它们体积微小，结构简单，却拥有强大的生命活力和独特的代谢方式。
微生物在营养代谢中的重要性体现在多个方面。
其一，微生物在自然界的物质循环中起着关键作用。
例如，土壤中的细菌和真菌能够分解动植物的遗体和排泄物，将其中的有机物转化为无机物，如二氧化碳、水和各种矿物质。
这些无机物又可以被植物吸收利用，重新合成有机物质，从而完成自然界的碳、氮、磷等元素的循环。
没有微生物的参与，这些物质循环将会受到阻碍，生态系统的平衡也将被打破。
其二，微生物对于人类和动物的营养获取也至关重要。
在人类的肠道中，存在着大量的有益微生物，如双歧杆菌和乳酸菌等。
这些微生物能够帮助我们消化食物，合成一些维生素，如维生素 K 和 B 族维生素等。
它们还可以调节肠道的免疫系统，维持肠道的健康环境。
对于动物来说，瘤胃中的微生物能够帮助反刍动物消化纤维素等难以分解的物质，从而为动物提供能量和营养。
其三，微生物在食品生产中发挥着重要作用。
比如，发酵食品的制作就依赖于微生物的代谢活动。
酸奶的制作离不开乳酸菌，它能够将牛奶中的乳糖发酵为乳酸，使牛奶凝固并产生独特的风味。
在酿造业中，酵母菌通过发酵将葡萄糖转化为酒精和二氧化碳，从而生产出美酒。
此外，微生物还可以用于生产酱油、醋、腐乳等各种传统食品，丰富了我们的饮食文化。
除了在营养代谢中的重要性，微生物还有着广泛的应用。
在农业领域，微生物肥料和微生物农药的应用越来越受到关注。
微生物肥料含有能够固氮、解磷、解钾的微生物，它们可以提高土壤的肥力，减少化学肥料的使用，降低环境污染。
微生物农药则利用一些对害虫具有致病性的微生物，如苏云金芽孢杆菌，来防治病虫害，具有高效、低毒、环保等优点。
第三章 微生物的营养与代谢
3.鉴别培养基
根据微生物的代谢特点，通过指示剂的显
色反应用以鉴别不同微生物的培养基。
第二节 微生物酶
生化反应多数是在特定酶的参与下进行的 酶促反应。具有很强的催化活性和高度专一性， 称为生物催化剂。酶的主要成分是蛋白质，结 构有两种：
单纯蛋白酶：单成分酶，它本身就是具有
催化活力的蛋白质。
结合蛋白酶：双成分酶，由蛋白质和非蛋
最好的能源为葡萄糖，其他糖类代谢产生
能量的速度慢。发酵工业选用玉米粉、米糠、
麦麸、马铃薯、甘薯和野生淀粉，作为廉价碳 源。
（二）氮源 氮源：能提供微生物细胞组成成分或代谢 产物中的氮素来源的营养物质。 合成氨基酸和碱基，进而合成蛋白质、核 酸等细胞成分。地球氮循环从微生物固氮作用 开始。发酵工业中常用鱼粉、血粉、蚕蛹粉、 豆饼粉和花生饼粉。
质的膜囊，膜囊游离于细胞质中。专一性不强，
摄取物质被胞内酶逐步分解。
胞吐作用 胞吞作用
胞饮作用
四、培养基
培养基：人工配制适合微生物生长、繁殖
和积累代谢产物所需要的营养基质。根据不同
微生物的营养要求，加入适当种类和数量的营
养物，注意碳氮比、酸碱度、氧化还原电位。
（一）根据成分划分
1.天然培养基
解酶在细胞质中；呼吸酶在中间体上或线粒体
上；蛋白合成酶在核蛋白体上。
三、微生物酶在食品工业中的应用
动植物蛋白酶水解生产蛋白肽；烘焙工业
中对淀粉和蛋白质改良；果胶酶澄清果汁。
Better dough makes better bread
For bigger, better-looking baked goods
兼性寄生：既能在活生物体上生活，又能
在死的有机残体上生长。
微生物在营养代谢中的重要性与应用前景
微生物在营养代谢中的重要性与应用前景在我们生活的这个广袤世界中，微生物虽然微小到肉眼难以察觉，但它们在营养代谢方面却发挥着极其重要的作用，并且拥有着广阔的应用前景。
首先，让我们来了解一下微生物在营养代谢中的重要性。
微生物在生态系统的物质循环和能量流动中扮演着关键角色。
比如说，在碳循环中，微生物通过分解有机物将二氧化碳释放到大气中，同时也能将大气中的二氧化碳固定为有机物质。
在氮循环里，某些微生物能够进行固氮作用，将大气中的氮气转化为植物可利用的氮化合物，而另一些微生物则参与硝化和反硝化过程，维持着氮元素在生态系统中的平衡。
微生物对于动物和人类的营养代谢也至关重要。
在我们的肠道中，存在着大量的微生物群落，被称为肠道菌群。
这些微生物可以帮助我们消化一些难以分解的食物成分，合成某些维生素，如维生素 K 和 B 族维生素。
它们还能够调节肠道的免疫系统，影响我们对营养物质的吸收和利用。
微生物在土壤营养代谢方面的作用同样不可小觑。
土壤中的微生物能够分解有机肥料，将其转化为植物可吸收的养分。
它们还能促进土壤结构的形成和改善，提高土壤的肥力和保水能力，为植物的生长提供良好的环境。
接下来，我们看看微生物在营养代谢中的应用前景。
在农业领域，微生物肥料和微生物农药的应用越来越广泛。
微生物肥料富含有益微生物，可以改善土壤质量，提高作物产量和品质。
微生物农药则具有低毒、高效、环保等优点，能够有效防治病虫害，减少化学农药的使用。
在食品工业中，微生物的应用也十分多样。
例如，发酵食品的制作就依赖于微生物的代谢作用。
酸奶、泡菜、酱油、醋等都是通过微生物发酵制成的，不仅改善了食品的口感和风味，还增加了食品的营养价值。
在环境保护方面，微生物可以用于污水和垃圾的处理。
一些特定的微生物能够分解污水中的有机物和有害物质，净化水质。
同时，微生物还可以分解垃圾中的有机物，实现垃圾的减量化和资源化。
在医药领域，微生物更是发挥着重要作用。
许多抗生素就是由微生物产生的。
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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丙酮酸代谢的多样性
丙酮酸在有氧条件下通过TCA循环被彻 底氧化成CO2和H2O；在无氧条件下进行 发酵作用 。
发酵有酒精发酵和乳酸发酵，其中乳酸 发酵又分为同型乳酸发酵和异型乳酸发 酵
微生物营养和代谢
酒精发酵
丙酮酸在无氧条件下生成乙醇的过程。酵 母菌发酵反应式：
C6H12O6 ＋ ADP＋Pi 2CO2 + 2ATP
乙酰辅酶A经过依一系列的氧化、脱羧。 最终生成CO2和H2O并产生能量的过程。 它是由H.A.Krebs正式提出的，因此由称 为Krebs循环。
共生成3个NADH，1个FADH2，1个GTP，
微生物营养和代谢
TCA循环图
微生物营养和代谢
进入呼吸链
三羧酸循环中生成的NADH和FADH2 进入 呼吸链，将H+和电子交给O2生成水并产生 能量。
同型乳酸发酵与异型乳酸发酵的 比较
类型
同型
异型
途径 产物
EMP 2乳酸
1乳酸 1乙醇 1CO2 HMP 1乳酸 1乙酸 1CO2
产能/1 葡萄糖
2ATP
1ATP
2ATP
菌种代表属
latobacillus delbriickii(德氏乳杆菌） Streptococcus faecalis(粪链球菌） Leuconostoc mesenteroides(肠膜明串珠菌）
微生物营养和代谢
乳酸发酵反应式
同型乳酸发酵： C6H12O6 ＋ 2ADP＋2Pi
2CH3CHOHCOOH + 2ATP 异型乳酸发酵： C6H12O6 ＋ ADP＋Pi
CH3CHOHCOOH＋CH3CH2OH＋CO2 + ATP
微生物营养和代谢
异型乳酸发酵过程
A.两岐双岐杆微生菌物营;B养.和明代谢串珠菌
图见P52
微生物营养和代谢
糖酵解中能量的产生
生成2个NADH和2个ATP， 注：在真核生物中，NADH进入线粒体要
经过甘油磷酸穿梭系统，细胞质中磷酸二 羟丙酮被催化氧化成3-磷酸甘油酸才能进 入线粒体，再被重新氧化成磷酸二羟丙酮， 但在线粒体中的3-磷酸甘油酸脱氢酶的辅 基是FAD，为此只能产生2个ATP， 故而1 分子的葡萄糖酵解只能产生6个ATP。
第二章
微生物的营养与代谢（2）
主要内容
己糖的分解 丙酮酸代谢的多样性； 无机养料的同化； 大分子前体物质的合成； 细胞结构成分大分子物质的合成
微生物营养和代谢
己糖的分解
葡萄糖的有氧分解经历了四个阶段： 糖酵解——乙酰辅酶A的生成——三羧酸
循环——进入呼吸链产能
微生物营养和代谢
糖酵解的EM途径
微生物营养和代谢
能量计算
经过糖酵解和TCA循环，一个分子的葡萄 糖被彻底氧化成CO2和H2O，可产生38个 ATP，（真核生物中只产生36个ATP，因 为在线粒体中，3-磷酸甘油酸脱氢酶的辅 基是FAD）。
微生物营养和代谢
能量计算
酵解（1分子葡萄糖
2分子丙酮酸）
2个FADH（或NADH）＋ 2ATP
糖酵解可以通过不同途径，最一般的是 EMP途径。这条途径是生物界所共有的。 一个分子的葡萄糖在不需要氧的条件下， 转化成1，6-二磷酸果糖，随后在醛缩酶 的作用下，裂解并由此生成两个分子的丙 酮酸的过程。
微生物营养和代谢
EM途径的反应式
反应式：C6H12O6 + 2NAD+ +2Pi + 2ADP 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ +2ATP
乙酰辅酶A是脂肪酸合成的原料，TCA循环中的 三羧酸和二羧酸也为其他生物合成提供原料， 与氨基酸、嘌呤、嘧啶合成有关，因此TCA循 环是糖、脂肪和蛋白质等代谢的桥梁；
反应中生产大量的能量，同时分子氧不直接参 与循环，但TCA循环必须在有氧条件下才能进 行。
微生物营养和代谢
三羧酸循环在微生物代谢中的枢 纽地位
1分子丙酮酸 1个NADH
1分子乙酰辅酶A
1分子乙酰辅酶A
3 CO2＋H2O
3个NADH＋1个FADH＋1个GTP
共计产生36～38个ATP
微生物营养和代谢
TCA循环特点
在TCA循环中生产一系列二羧酸和三羧酸化合 物，最后又生产草酰乙酸。结果是乙酰辅酶A被 分解成CO2，NADH，和FADH2。
丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系的催化下氧化脱 羧、脱氢生成乙酰辅酶A.
CH3COCOOH + CoASH + NAD+
丙酮酸脱氢酶系
CH3CO~ScoA + NADH + H+ + CO2
微生物营养和代谢
丙酮酸脱氢酶系组成
丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸转乙酰基酶和 二氢硫辛酸脱氢酶
微生物营养和代谢
TCA循环
油穿梭
NADH + H+
NAD+
①
磷酸二羟丙酮
α-磷酸甘油
线粒体 内膜
磷酸二羟丙酮
α-磷酸甘油
②
FADH2
FAD
CoQ b c1 c aa3 O2
①胞液中α-磷酸甘油脱氢酶(辅酶为NAD+) ②线粒体内α-微磷生物酸营养甘和代油谢 脱氢酶(辅基为FAD)
乙酰辅酶A的生成
两个关键性酶：磷酸核糖酸激酶和核酮 糖二磷酸羧化酶是两个关键性酶。
该过程称为卡尔文循环。
2CH3CH2OH +
微生物营养和代谢
乳酸发酵
乳酸细菌利用葡萄糖在无氧条件下产生乳酸的 过程 。
同型乳酸发酵：葡萄糖经EM途径降解为丙酮酸， 丙酮酸在乳酸脱氢酶作用下被NADH + H+ 还原 为乳酸，如乳杆菌属、链球菌属的多数细菌。
异型乳酸发酵：该过程中有磷酸酮糖裂解，并 且有乙醇和CO2生成。
latobacillus brevis(短乳杆菌）
微生物营养和代谢
微生物的合成代谢
是指从简单的小分子物质合成复杂的大分 子物质的过程。合成代谢必须具备三要素： 小分子前体物质、能量和还原力。
微生物营养和代谢
合成代谢与分解代谢的区别
酶系不同； 分解代谢是产能反应，合成代谢是放能反
应； 在真核生物中合成代谢和分解代谢发生在
不同的细胞区域内；而在原核生物细胞中 没有分区，分解代谢和合成代谢主要是由 不同的酶系完成的。
微生物营养和代谢
无机养分的同化
——CO2的同化
自养微生物的唯一碳源是CO2 CO2同化，自养生物对CO2的固定
6CO2 + 12NAD（P）H2＋ 18ATP 酶 C6H12O6 + 12NAD（P）+ ＋18ADP +18Pi