第五章微生物的营养

怎么办？
内源调节 ☆磷酸缓冲液：pH值从6.0~7.6之间
K2HPO4+HCl KH2PO4+KOH KH2PO4+KCl K2HPO4+H2O
☆加入CaCO3：微生物大量产酸时用 +H+ +H+ CO32 – HCO3 – H2CO3 –H– –H–
CO2+H2O
外源调节：按实际需要外加酸或碱液
渗透压与等渗培养液
渗透压：恰好能阻止渗透发生的施加于溶液液面上方的额外 压强称为渗透压。与溶液中不能通过半透膜的微粒数目和 温度有关。 指溶液中溶质 微粒对水的吸 引力
半透膜只允许 溶剂通过而不 允许溶质通过。 细胞膜
渗透压与等渗培养液
等渗：胞内外溶质的渗透压相近。 高渗：胞外溶质的渗透压 >胞内。 低渗：胞外溶质的渗透压<胞内。
作用：
构成酶的组分和维持酶活性（铁：过氧化物酶等的
组分；钙：蛋白酶的激活剂）
构成细胞组分（磷－核酸、核蛋白、磷脂等） 供给某些自养微生物生长的能源物质（硫细菌、铁
细菌等）
调节某些物质运输（钾影响ATP的水解和磷的传递）
调节渗透压、PH、氧化还原电位
4、生长因子
• 生长因子：通常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 以满足机体生长需要的有机化合物。
• 一般来自动、植物体，主要包括维生素、氨基酸
与碱基三大类。
• 是辅酶和核酸的组成成分，为微生物的新陈代谢
所必需。
微生物与生长因子的关系
生长因子自养微生物：能自己合成各种生长因子，而不 需要从外界吸收任何生长因子。在自然界中，多数真菌、 放线菌和不少细菌都属于这类。 生长因子异养微生物：许多微生物缺少合成一种或几种 生长因子的能力，必须另外添加才能维持正常的生长和 发育。如，各种乳酸菌、动物致病菌、支原体、原生动 物等。
氨基酸 蛋白质 核 酸 尿 素 硝酸盐 铵 盐 NH3 N2
有机氮
氮源
无机氮
作用：合成细胞中的含氮物质；提供生理活动所需的能量。
在缺糖条件下，某些厌氧细菌能以氨基酸为能源物质：三功能营 养物 = 氮源 + 碳源 + 能源
按对氮源的要求不同，微生物可分为：
固氮微生物
利用空气中的N2合成自身所需的氨基酸及蛋白质 代表：根瘤菌、固氮蓝菌、固氮菌
自养型：在生长时以无机物质作为营养物质。
大多数微生物属于异养型生物，少数微生物属于自养型生物。
化能营养型：依靠化合物氧化释放的能量进行生长。
无机物或有机物氧化产能。
光能营养型：依靠光为能源进行生长;
少部分微生物属于光能营养型生物。
• 微生物生长所需要的营养物质的性质和能量来
源的不同，可将绝大部分微生物分为四种类型：
厌氧性微生物：低于+0.1伏条件下生长； 兼性厌氧微生物：+0.1伏以上时进行好氧呼吸, +0.1伏以下时进行发酵。
2、培养基的类型
（1）根据化学组成分类 1）天然培养基
定义：动、植物、微生物等天然有机物或它们的提 取液。 特点——化学成分还不清楚或化学成分不恒定，营 养丰富，配制容易。
如酸奶、饮料、酒、腐乳、酱类的发酵生产的原料都属 于此类。
物必需元素营养物的统称。
根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成：
大量元素：生长所需浓度为10-3~10-4mol /L的元素，包 括 P 、S、 K、 Na、Mg、Ca、Fe等。 微量元素:是指那些在微生物生长过程中起重要作用， 而机体对这些元素的需要量极其微小的元素。 通常需要量在10－6 ～ 10－8mol/L。如：锌、锰、钼、 硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
吞噬营养型：以内吞方式从外界吸取营养物质。
以取食方式分：
渗透营养型：通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸收营
养物质。 吞噬营养型：以内吞方式从外界吸取营养物质。 以取得死或活有机物分： 腐生型：利用无生命的有机物。
寄生型：从活体获得营养 。
以所需营养物浓度分： 贫养菌：在低浓度有机质的培养基上就可正常生长的细菌。 富养菌：在高浓度有机质的培养基上才可正常生长的细菌。
有机碳源主要有如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。 大多数细菌、真菌、原生动物都是化能异养微生物；所
有致病微生物均为化能异养型微生物。
营养类型 光能自养型 （光能无机营养型）
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能源
电子供体
基本碳源
实例 蓝细菌、紫硫细菌、 绿硫细菌、藻类
光
无机物
无机碳
光能异养型 （光能有机营养型）
光
有机物
有机碳
红螺菌科的细菌（紫 色无硫细菌） 硝化细菌、硫化细菌、 铁细菌、氢细菌、硫 黄细菌等
氨基酸自养微生物：不需要直接从外界吸收现成的氨基酸作氮
源，它们可把尿素、氨、铵盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行
合成需要的一切氨基酸。 代表：亚硝化菌、硝化菌、放线菌、霉菌等
氨基酸异养微生物：需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源。
代表：乳酸菌、丙酸细菌等
3、无机盐
定义：为微生物提供除碳、氢、氧、氮以外的各种重要生
1、光能自养型
2、化能自养型
3、光能异养型 4、化能异养型
即光能营养型、化能营养型与自养型、异养型之间的排 列组合。
1、光能自养型
定义：能以CO2、CO或CO32-为主要或唯一碳源， 以无机物作为供氢体、并利用光能进行生长的的 微生物。
1、光能自养型
藻类及蓝细菌等，以水为氢供体（自身化合价升高，受体化合 价降低），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。
1、碳源
概念：为微生物提供碳元素来源的物质。
包括：各种天然含碳有机化合物以及无机碳（CO2 和碳酸盐）等。
糖类 有机碳源 蛋白质 脂肪 有机酸 无机碳源 CO2 CO3-2
作用：构成细胞物质；提供生理活动所需的能量。 异养微生物--（双功能营养物 = 碳源 + 能源）
2、氮源
概念：指能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。
2）合成培养基 定义：化学成分完全了解的物质配制而成的培养基。 特点——组分确定。 优点是成分精确、重演性高；缺点是价格较贵、配 制繁琐。因此，一般仅用于作营养、代谢、生理、 生化、遗传、育种、菌种鉴定和生物测定等定量要 求较高的研究工作上。
3）半合成培养基 定义：既含有天然成分又含有纯化学试剂的培养基。 特点——部分组分确定。 培养真菌用的马铃薯蔗糖培养基等。
（2）根据物理状态分类 1）液体培养基 定义：不加凝固剂的的液态培养基。 用途：大规模工业生产及在实验室用于不需要挑选 单克隆的大规模养菌。水处理中的废水即可以看作 液体培养基。
2）半固体培养基 定义：液体培养基中加入0.2-0.7%的凝固剂形成的 培养基。 用途：常用于观察细菌的运动、厌氧菌的分离和菌 种鉴定等。
第四节 培养基
定义：人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖 或积累代谢产物的营养基质。
培养基的配置原则 培养基的类型及应用
任何培养基都应该具备微生物生长所需要五大营养要素：
碳源、氮源、无机盐、生长因子、水
1、培养基的配制原则
1）目的明确（选择适宜的营养物质）
• 在设计新培养基前，首先要明确配制该培养基的
光能 光合色素 [ CH2O] + H2O + 2A
2、化能自养型
无光合色素，以CO2或碳酸盐作为碳源，利用无
机物氧化放出的化学能作为生长所需的能量进行 生长。
利用电子供体如H2、H2S、Fe2+或NO2-等使CO2
还原成细胞物质。
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。如硫化细菌、硝化细菌、 氢细菌与铁细菌等。
二、化学组成
含水量＝(鲜重－干重)/鲜重
细 胞 重 量 （ 湿 重 ）
水70~90%
细胞表面水分吸干后的重量为湿重
无机盐 3-10%
碳水化合物
蛋白质
干物质 10~30%
有机物 90-97%
脂肪
DNA
元素组成---化学组成（无机盐糖类-脂肪-蛋白质等）
RNA等
为80 ℃下烘干一定时间后的恒重
三、元素比例
光能 CO2+ H2O [ CH2O] + O2 光合色素 绿硫细菌、紫硫细菌，以H2S为氢供体，产生细胞物质，并伴 随硫元素的产生。 光能 CO2+ 2H2S [ CH2O] + 2S + H2O 光合色素 光能 氢细菌 CO2+ 2H2 [ CH2O] + H2O 光合色素 通式 CO2+ 2H2A
根据微生物元素组成分析数据，得出化学组成实验式。 细菌和酵母菌C5H8NO2；霉菌C12H18NO7 真菌C10H17NO6；藻类C5H8NO2；原生动物C7H14NO3 不同类群比例不同
同一类群，环境条件不同比例不同
第二节 微生物的营养物质
营养：营--谋求，养--养生，营养--谋求养生
指微生物摄取、消化、吸收和同化能量和物质以
一般，真菌要C/N较高的培养基（似动物的“素食”）； 而细菌则要C/N较低的培养基（似动物的“荤食”）；
培养条件适宜—PH值、渗透压、氧气、二氧化碳 浓度等
• PH--各大类微生物一般都有它们合适的生长PH范围
细菌的最适PH在7.0一8.0
放线菌在7.5—8.5
酵母菌在3.8—6.0 霉菌则在4.0一5.8
水的比热高，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。
第三节 微生物的营养类型
营养类型：指根据微生物生长所需要的营养物质的性 质和能量来源的不同，而划分的微生物类型。 生长所需要的 营养物质 自养型 异养型 光能营养型 生物生长的 能量的来源
化能营养型
异养型：在生长时需要以有机物质作为营养物质。
生长因子过量合成的微生物：少数微生物在其代谢活动 中，能合成并大量分泌某些维生素等生长因子。可作为 维生素的生产菌种。
5、水
水是微生物生长所必不可少的，也是微生物的组份。 水在细胞中的生理功能主要有：
胞外 溶剂（运输介质－营养物质吸收）
生 理 功 能 胞内
溶剂（代谢产物只有溶解于水，才能通排出） 反应介质（生化反应，在水溶液中才能进行 维持膨压：细胞维持自身正常形态 组成成分：70~90%左右 调节温度
满足正常生长和繁殖需要的过程。
营养物：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。


供物：提供置换与增生细胞的结构物质；
供能：供应生命活动的能量；
调节：提供各种代谢调节物；确保良好的生理环境等。
第二节 微生物的营养物质
微生物的营养物质按其在机体中的生理作用可 区分为：
1、碳源 2、氮源 3、无机盐 4、生长因子 5、水
3、光能异养型
定义：以有机物为主要碳源或唯一碳源，以有机物 （异丙醇）作为供氢体，利用光能将CO2还原成细 胞物质的一类厌氧微生物。

2(H3C)2CHOH+CO2
光能
2CH3COCH3+[CH2O]+H2O
光合色素
光能有机营养型细菌在生长时通常需要外源的生长因子。
4、化能异养型
定义：生长所需的能量来自有机物氧化过程放出 的化学能，生长所需要的碳源主要是一些有机化 合物的一类微生物。
氧化还原电位
氧化还原电位用来反映水溶液中所有物质表现出来的 宏观氧化-还原性。氧化还原电位越高，氧化性越强， 电位越低，氧化性越弱。电位为正表示溶液显示出一 定的氧化性，为负则说明溶液显示出还原性。
不同类型微生物生长对氧化还原电位的要求不同 好氧性微生物：+0.1伏以上时可正常生长,以+0.3～+0.4伏为宜；
目的，例如，要培养何菌、获何产物、用于实验 室作科学研究还是用于大规模的生产应用等等。
• 目的不同，培养基的成本控制、成分比例控制的
精细程度都会有很大差异。
2）营养协调--碳氮比，浓度高-抑制生长、浓度低-不满足
•
在各种微生物的细胞中，其不同成分或元素间有较稳 定比例。
细菌和酵母菌：C5H8O2N；霉菌：C12H18O7N
第五章 微生物的营养
主要内容：

微生物细胞的化学组成
微生物营养类型及所需营养物质 微生物获得营养的途径

培养基的类型及配置原则
第一节 微生物细胞的化学组成
一、元素组成
主要元素：碳、氢、氧、氮、硫、磷、钾、镁、钙、铁、氯等 微量元素：铜、锌、锰、钼、硒、钴等
其中C、H、O、N、S、P六种元素占微生物细胞干重的97%；
化能自养型 无机物 （化能无机营养型）
无机物
无机碳
化能异养型 有机物 （化能有机营养型）
有机物
有机碳
绝大多数细菌和全部 真核微生物
以供氢体分：
无机营养型：以无机物为氢供体。 有机营养型：以有机物为供氢体。 以生长因子的需求分： 原养型或野生型：不需要从外界吸收任何生长因子。 营养缺陷型：需要从外界吸收一种或几种生长因子。 以取食方式分： 渗透营养型：通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸收营 养物质。