微生物学第四章

功能：
1）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；
2）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。
李先磊
微生物的氮源谱
化学化工学 院
微生物学（MICROBIOOGY）
类 元素水平 化合物水平 型
培养基原料水平
N·C·H·O·X 复杂蛋白质、核酸等
牛肉膏、酵母膏、饼粕
有
粉、蚕蛹粉等
李先磊
1.2.2氮源（Nitrogen source ）：
化学化工学
院
凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源。
种类：①无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、
微生物学（MICROBIOOGY）
尿素、 氨、N2等； ②有机氮：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、
氨基酸等）、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、
黄豆饼粉、玉米浆等
◆嘌呤和嘧啶：用于合成核酸 (DNA and RNA) ◆氨基酸：蛋白质合成 ◆维生素：构成酶的辅基或辅酶
缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型”微生物。
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
化学化工学 院
根据微生物对生长因子的需要存在差异可为：
◆野生型(wild type) 原养型
不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株
化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光 的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物 质环。
这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌 。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
化学化工学 通过氧化无机物取得能量，并以CO2为唯一院或主要碳源
铵盐
氨基酸
入胞
细胞物质
蛋白胨 硝酸盐NO3
豆饼 蚕蛹粉
诱导酶
诱导酶
NH4+
分解 入胞
细胞物质
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
1.2.3无机盐（inorganic salt）
化学化工学 院
定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素 （包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式供给。
微生物学（MICROBIOOGY）
2、微生物的营养类型 生长所需要的营养物质
生物生长过程中能量的来源
自养型生物
异养型生物 光能营养型 化能营养型
李先磊
光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可化正常学生化长工学 光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机院营养
化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物 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
化学化工学 院
第四章 微生物的营养
微生物学（MICROBIOOGY）
李先磊
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
第一节 第二节 第三节
化学化工学
微生物的营养 院
微生物的营养要求 培养基 营养物质进入细胞
第一节 微生物的营养要求 1.1 微生物的营养要素 1.1.1 微生物细胞的化学组成
化学化工学 院
◆铁细菌：氧化Fe2+为Fe3+获取能量并同化CO2 2Fe2++1/2O2+2H+ →2Fe3++H2O+21.2 Kcal
◆氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能量，同化CO2 H2+ 1/2 O2 →H2O + 56.7 Kcal
李先磊
2.4 化能异养型微生物
化学化工学 院
微生物学（MICROBIOOGY）
光能
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2(H3C)2CHOH+CO2 光合色素
2CH3COCH3+[CH2O]+H2O
光能异养型细菌在生长时大多数需要外源的生长因子
2.3 化能无机自养型（化能自养型）
化学化工学 院
生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；
微生物学（MICROBIOOGY）
以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、 H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作为电子供体使CO2还原成细胞物 质。
机
氮 N·C·H·O 尿素、一般氨基酸、简单蛋白 尿素、蛋白胨、明胶等
质等
N·H
无 机 N·O 氮N
NH3、铵盐等 硝酸盐等 N2
(NH4)2SO4等 KNO3等 空气
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化学化工学 实验室常用的氮源: 有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母 院 膏等。生产上常用的氮源有硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕
◆硝化细菌: 亚硝化细菌 : 2NH4+ +3O2→2NO2- +2H2O + 4H++132Kcal 硝化细菌: NO2- +1/2O2 →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 + 1/2 O2 →S +H2O + 50.1 Kcal S + 1 1/2 O2+H2O → H2SO4+149.8 Kcal
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微生物学（MICROBIOOGY）
化学化工学 第二节 微生物培养基 院
定义：应科研或生产的需要，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（混合养料）。
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
微生物学（MICROBIOOGY）
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
2.1光能自养型微生物
化学化工学
院 以C02作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如硫
化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物作为供氢体将CO2还原成细 胞物质，同时产生元素硫
光能
CO2＋H2S
[CH2O]+2S+H2O
光合色素
主要成分
细菌
酵母菌
霉菌
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水分
（占细胞鲜重的%） 蛋白质
占 细 碳水化合物 胞 干 脂肪 重 的 核酸
% 无机盐
75~85 50~80 12~28 5~20 10~20 2~30
70~80 32~75 27~63 2~15
6~8 3.8~7
85~90 14~15
7~40 4~40
大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe （微生物生长所需浓 度在10-3~10-4mol/L）
微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co （微生物生长所需浓度在 10-6~10-8mol/L）
一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、 氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。
李先磊
无机盐的生理功能
微生物学（MICROBIOOGY）
水：70%-90%
微生物细胞
无机物（盐）
干物质 细胞化学元素组成：
有机物
蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等 及其降解产物
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、动物、植物之间存在“营养上的统一性”
葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、 糖蜜等
天然气、石油及其不同馏份、 石蜡油等
—
CO2 NaHCO3
CO2 NaHCO3、CaCO3、等
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化学化工学 院
微生物发酵中用做碳源的原料
传统种类：糖类（单糖，饴糖） 淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物 淀粉等） 麸皮 各种米糠等
代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2
游离水：干重法可测得； 结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透,
占水总量的17%—28% 。
化学成分分析方法：化学法直接抽提有机成分、破碎细胞后 获得亚显微结构进行分析。
李先磊
1.1.3微生物细胞化学组成含量的变化
化学化工学
此组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成院、培养条件、
分析方法等而有所不同。
微生物细胞的化学组成
光能自养型微生物包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫
细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，因而
能使光能转变成化学能（ATP），供机体直接利用。
2.2 光能异养型微生物
以CO2为主要碳源或唯一碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢 体，利用光能将CO2还原成细胞物质，红螺菌属中的一些细菌属于 此种营养类型。
◆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。
李先磊
1.2.5 水
化学化工学
院
水是微生物最基本的组成分（70％—90％）
水是微生物体内和体外的溶剂（吸收营养成分和代谢废物）
水是细胞质组分，直接参与各种代谢活动
调节细胞温度和保持环境温度的稳定（比热高，传热快）
李先磊
1.1.2元素在细胞内存在形式：
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微生物学（MICROBIOOGY）
上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存在于细胞中： ◆有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、
维生素及其降解产物. ◆无机物：1)参与有机物组成，
2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在.
◆水：约占细胞总重70%～90%，以游离水和结合水两种形式 存在
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