重庆大学微生物学_第四章 微生物的营养和培养基

（四）生长因子(growth factor)
定义要点： • 为某些微生物维持正常代谢必不可少 • 生物体不能以简单碳源和氮源自身合成 • 由外界供给的需要较少的一类有机物质
狭义与广义生长因子： • 狭义：仅指维生素类为人、动物与微生物所必需物 • 广义：还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、
C4~C6的分枝或直链脂肪酸,有时还将氨基酸营养缺 陷突变株所需的氨基酸也算在内。
CO2
蓝细菌、
紫硫细
CO2或简 红螺菌科 单有机物
CO2 硝化.硫化. 铁.氢细菌
有机物 大多原核.
全部真核
自养微生物营养及代谢特点
营养要素
营养物类型
能源： 辐射能 (如日光能)
碳源： 氮源：
无机物，如：NH4+,NO2-,S,H2S,H2,Fe2+等
CO2 无机氮
生长因子：不需要，即自养型或合成分泌型
• 应用：利用氨基酸自养型微生物生产有用氨基 酸及单细胞蛋白质（SCP）
(三)能源与能源谱
能源：为微生物的生命活动提供能量的最初来源物
有机物：化能异养微生物的能源
化学物质
(同碳源)
能 (化能营养型) 无机物：化能自养微生物的能源
源
(异碳源)
谱 辐射能 ：光能异养与自养微生物的能源
(光能营养型)
微生物能源特点
代谢特点：含卡尔文循环
异养微生物营养要点
• 至少需提供一种量大的有机物才能满足其正常 营养需求
• 其碳源、氢供体为有机物，能源则可利用氧化 有机物或吸收日光能获得
不同营养类型之间的界限并非绝对
• 异养型微生物并非绝对不能利用CO2；自养型微生物 也并非不能利用有机物进行生长；有些微生物在不 同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变。
• 光能自养型(光能无机营养型)：以CO2为唯一碳源 及利用光能进行生长的微生物
微生物营养类型简介
营养类型 光能无机营养型 (光能自养型) 光能有机营养 (光能异养型) 化能无机营养型 (化能自养型) 化能有机营养型 (化能异养型)
能源 氢供体 光 无机物
光 有机物
无机物 无机物
有机物 有机物
碳源 实 例
生长因子提供及测定法
• 提供：若要测知微生物对生长因子需求的情况, 可由添加富含生长因子的天然原料试验，如酵 母膏、玉米浆、肝浸汁、麦芽汁或新鲜动、植 物组织液等则成本低。
• 鉴定：若须知某一生长因子异养型微生物需何 类何种生长因子,则需作生长因子谱测定。
• 测定：生长因子自养型微生物可用作维生素等 生长因子生物测定时的供试菌。
酵母膏、玉米浆富含生长因子
酵 维生素类 > 11 种 母 yeast extract 膏 氨基酸类 > 18 种 玉 氨基酸类 > 15 种 米 cornsteep liquor 浆 维生素类 > 5 种
复合维生素
用于分离培养土壤和水生菌。
维生素种类
生物素 烟碱酸
B1 PABA 泛酸 B6 B12 H2O
微生物的营养类型
营养类型名称为按能源和氢供体的顺序来表达
• 化能异养型(化能有机营养型)：需有机物为营养， 它既作碳源物作能源物，有腐生和寄生之分
• 化能自养型(化能无机营养型)：以无机物作能源 物来同化CO2合成自身所需细胞物质
• 光能异养型(光能有机营养型)：能源来自光，需 有机物作氢供来还原CO2生成细胞物质
无机盐的提供方式
• 大量元素：加入有关化学试剂，如K2HPO4及 MgSO4等
• 微量元素：为一般化学试剂中含之及天然成分 中杂质等
配置精细合成培养基要点
• 清净：所用玻璃器皿是硬质的、试剂是高纯度的。 • 防污：配置中特别小心，防止其他有机物、无机
物污染。 • 按序：依据需求一一加入无机元素，以作精细分
微生物生长因子类型
• 自养型：不需要外界提供生长因子的称生长因子自 养型微生物(auxoautotrophs)
• 异养型：必需由外界提供生长因子才能正常生长的 称生长因子异养型微生物(auxoheterotrophs)， 如乳酸菌、动物致病菌等
• 分泌型：自养型中一类能大量合成，且分泌与累积 生长因子的称生长因子过量合成型微生物 故生长因子与碳源、氮源和能源有异,并非为一 切微生物的生命活动所必需提供的营养物。
• 自养类 无机合成型:利用NH4+和NO3- 合成自身菌体
蛋白； 有机型:则利用尿素为自身的氮源。 • 异养型：可利用其他生物的氨基酸分解、组装成自身 蛋白质等有用物质
氨基酸自养型微生物的重要性
• 定义：即具有利用外界简单无机氮源物合成自 身所需氨基酸能力的生物
• 类型：所有的植物和很多微生物为氨基酸自养 型生物
• 能源营养物 energy source
• 生长因子 growth source
• 无机盐 mineral source
•水 water
（一）碳源
• 碳源：碳源是为微生物营养提供所需的碳元素 （碳架）的营养源。
• 碳源谱：可以利用的碳源范围
元素
CHONX CHON CHO CH C CO COX
霉菌约 85% 霉菌孢子：约 39% 细菌芽孢：芽孢核心极低
第二节
微生物的 营养类型
微生物的营养类型的分类
营养类型划分标准不一，则营养类型称谓各异。
划分标准
以能源为主 供氢体为主 以碳源为主 合成氨基酸 以取食方式 猎取死、活 所需营养浓度 以生长因子
营养类型
光能/化能(phototroph/chemotroph) 无机/有机(lithotroph/organotroph) 自养/异养(autotroph/heterotroph) 氨自/氨异(amino acid auto-/~hetero-) 渗透/吞噬(osmotroph/phageocytosis) 腐生/寄生(saprophytism/parasitism) 贫养/富养(oligotroph/eutroph) 营缺/野生 (auxotroph/wild type) 营缺/原养 (auxotroph /prototroph)
（五）无机盐
• 定义：为微生物提供除碳、氮以外的各种重要生物 必需元素营养物的统称
凡生长所需浓度在 10-3~10-4mol/L 的元素称为 类 大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等 型 而生长所需浓度在 10-6~10-8mol/L 的元素称为
微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo和 Co等
析
（六）水--生命体的源泉
水是生命体最基本的要素 最大营养物 需求量最大的营养物
含量可达细胞的70~90%
水功能
起到溶剂与运输介质的作用； 参与细胞内一系列化学反应; 维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定
然构象; 热的良好导体； 通过水合作用与脱水作用控制由多亚
基组成的结构。
微生物的含水量
细菌约 80% 营养体 酵母约 75%
• 微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境 条件变化的适应能力，如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)：
类型 化合物水平
有
机 千种以上 碳
无
无
机少
碳少
培养基原料水平
700余万种
无 少 少
微生物碳源谱特点
• 类型：有机（异养）和无机（自养）两大类 • 谱广：碳源谱很广 >> 动、植物界的总和 • 最佳碳源：为 C • H • O 型有机物。 • 合理使用： C • H • O •N 和C • H • O •N •X
第四章
微生物的营养 和培养基
学时安排：2学时
要求:
1、掌握微生物所需要的营养物质及其功能 2、掌握微生物的营养类型 3、了解物质进出微生物细胞的方式及机理 4、掌握制备培养基的基本原则、培养基的种类及
其应用
重点：微生物的营养物质及其功能，培养基的
种类及其应用
营养(Nutrition)概念
• 始点:是生命体活动的始点 • 过程:从外界摄取能量和物质的过程 • 基础:为生命活动提供物质基础 • 功能:满足生物体生长和繁殖需要的一种最基本生
化合物水平
原料水平
NCHOX
NCHO NO NH N
有机 无机
上千种 数十种
数万种 几十种
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
微生物氮源谱特点
• 类型：微生物氮源类型可分为无机氮、有机氮 两类。
• 谱广：微生物利用氮的氮源很广，大于动、植 物之和。
含量
0.2 mg 2.0 mg 1.0 mg 1.0 mg 0.5 mg 5.0 mg 2.0 mg 100 ml
生长因子的生理机能
构成酶的辅基、辅酶，参与氧化还原反应等 • 维生素 构成酶辅基的前体物，参与转移氨等反应
构成酶辅酶的前体物，参与糖及脂肪合成等 • 甾醇：枝原体等膜的结构成分 • 脂肪酸： • 氨基酸：营养缺陷型细菌的必需营养与生长因子
• 能源谱广：微生物能源谱大于植物，更大于动物。 • 独特类型：化能自养菌是生物界最独特生物类型，
能利用一些还原态的无机物，例如,NH4+、NO2-、S、 H2S、H2和Fe2+等。
单功能营养物：光辐射、CO2、N2等 • 分类 双功能营养物：NH4+、纯葡萄糖等
多功能营养物：氨基酸、牛肉膏、蛋白胨等
• 最适氮源：微生物最适氮源序列为：N•C•H•O > N •H >N • O >N
• 切莫降格：不要降格、级使用氮源物。 • 以aa分型：即有氨基酸自养型与异养型微生物
之分。
微生物的营养类型
• 两大类型：在氮源上自养型微生物即为氨基酸自养类 (Amino acid autotrophs)和异养型微生物即为氨基酸异 养类(Amino acid heterotriphs) 固氮型:利用空气氮合成氨为菌体吸收；
确保良好的生理环境等
研究微生物营养的重要性
• 研究的基础：是开发和研究微生物的基础， • 设计的依据：筛选微生物培养基的理论依据， • 实践的必须：为生产实践提供经济、节约和高
效益的应用培养基。
第一节
微生物的6类 营养要素
一、微生物细胞的化学组成
细 胞
微 生 物
水：70%-90% 干物质 无机物（盐）
型碳源物不应降格使用 • 利用差异：微生物间利用碳源谱能力差异大 • 双功能 C：异养菌的碳源等于能源，碳源常是
双 功能营养物(difuctional nutrient）
致病菌的碳源特点
• 要求高：必须利用各种有机营养物为碳源 • 需血清：不少种类致病菌需动物血清、组织或宿
主自身作为培养基 • 供 CO2：有些种类常需要提供10%（V/V）CO2 才
有机物：蛋白质、糖、脂、核酸、
维生素等及其降解产物
元细 素胞 水化 平学
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、wk.baidu.com、 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”
二、微生物的六种营养要素
• 碳源营养物 carbon source
• 氮源营养物 Nitrogen source
能长好
选用碳源的原则
• 忌纯粹：切忌营养上的“纯粹”、莫以纯粹才 能称“营养要素”
• 求效益：讲究科研和生产的经济效益与综合利 用，求生态效应。
• 莫降格：切莫降格使用碳原,尤如将牛肉干当 柴烧等。
（二）氮源
• 氮源：为微生物生长繁殖等提供所需氮元素的营养 物,是构成蛋白质与核酸的主要元素。
• 氮源谱：
无机盐功能
大 细胞结构成分(S、P、Ca、Mg、Fe 等) 量 生理活性调节物(Na+--维持渗透压；Mg2+--酶激等) 元 化能自养菌的能源(S、fe2+、NH4+、 NO2- 等) 素 无氧呼吸的受体( NO2- 、SO4 2-等)
微量 酶的激活剂(Cu2+ 、Mn2+ 、Zn2+ ) 元素 特殊分子结构成分(Co、Mo)
理功能
微生物的营养及特点
• 营养：微生物获得和利用营养物质的过程 • 营养物：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和
完成各种生理活动所需的物质 • 微生物营养的特点：食谱广、胃口大 • 广谱：微生物的营养物很广，包括非常规物质形
式的光辐射能等
营养物 的功能
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
维生素及其生功能
维生素类 转移的对象
代谢功能
B1硫胺素 乙醛基
B2核黄素 B5烟酸 B6吡哆醇 B12维生素
氢、电子 氢、电子 氨基 羧基、甲基
泛酸 叶酸 生物素(H)
酰基 甲基 羧基
脱羧酶、转醛酶、
转酮酶的辅基 FMN和FAD的前体等 NAD和NADP的前体等 转氨、脱羧酶辅基等 钴酰胺辅酶, 参与一碳基传递等 辅酶A的前体等 参与一碳基转递等 羧化酶的辅基, CO2固定中作用