微生物的營養(yǎng)類型和方式

微生物的營養(yǎng)類型和方式第一頁，共七十頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容一、微生物的營養(yǎng)二、微生物的生長三、微生物的培養(yǎng)四、對微生物生長繁殖的控制第二頁，共七十頁，2022年，8月28日本章的學習目的與要求：⑴

了解微生物細胞的化學組成及所需的營養(yǎng)物質(zhì)，微生物的四大營養(yǎng)類型及其對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。⑵

掌握微生物的生長的特點。⑶

掌握影響微生物的生長的環(huán)境因素，其調(diào)控機制在微生物培養(yǎng)和控制中的應(yīng)用。

第三頁，共七十頁，2022年，8月28日一、微生物的營養(yǎng)營養(yǎng)物質(zhì)：微生物為了生存就必須從環(huán)境中吸取各種物質(zhì)以合成細胞物質(zhì)、提供能量以及在新陳代謝中起調(diào)節(jié)作用。這些物質(zhì)就稱為營養(yǎng)物質(zhì)。營養(yǎng)的概念：有機體吸取和利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程。第四頁，共七十頁，2022年，8月28日一、微生物的營養(yǎng)類型營養(yǎng)類型：是指根據(jù)微生物生長所需的主要營養(yǎng)要素即能源和碳源的不同，而劃分的微生物類型，這種劃分是相對的。第五頁，共七十頁，2022年，8月28日依能源不同：光能營養(yǎng)型(phototrophs):光反應(yīng)產(chǎn)能化能營養(yǎng)型(chemotrophs):物質(zhì)氧化產(chǎn)能依碳源不同：異養(yǎng)型(heterotrophs):不能以CO2為主要或唯一碳源自養(yǎng)型(autotrophs):能以CO2為主要或唯一碳源第六頁，共七十頁，2022年，8月28日光能自養(yǎng)型光能異養(yǎng)型化能自養(yǎng)型化能異樣型營養(yǎng)類型能源氫供體基本碳源光無機物二氧化碳光有機物二氧化碳及簡單有機物無機物無機物二氧化碳有機物有機物有機物第七頁，共七十頁，2022年，8月28日

主要碳源：CO2，能源：光以無機物H2S、Na2S2O3作為供氫體將CO2還原成細胞物質(zhì).主要是一些含光合色素的細菌光能CO2＋2H2S[CH2O]+2S+H2O紫硫細菌光合色素1、光能自養(yǎng)型光能自養(yǎng)型微生物包括藍細菌（含葉綠素）、紅硫細菌和綠硫細菌等少數(shù)微生物（含細菌葉綠素），由于含有光合色素，因而能使光能轉(zhuǎn)變成化學能（ATP），供機體直接利用。第八頁，共七十頁，2022年，8月28日2、光能異養(yǎng)型不能以CO2為主要或唯一的碳源；以有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細胞物質(zhì)；在生長時大多數(shù)需要外源的生長因子；例如，紅螺菌屬中的一些細菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細胞物質(zhì)，同時積累丙酮。CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O第九頁，共七十頁，2022年，8月28日以CO2作為唯一或主要碳源，以無機物氧化釋放的化學能為能源,電子供體如氫氣、硫化氫、二價鐵離子或亞硝酸鹽等使CO2還原成細胞物質(zhì)。3、化能自養(yǎng)型這類微生物主要有硫化細菌、硝化細菌、氫細菌與鐵細菌。它們在自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程中起著重要的作用。第十頁，共七十頁，2022年，8月28日（1）硝化細菌:亞硝化細菌

2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H++132Kcal硝化細菌

NO2-+1/2O2

→NO3-+18.1Kcal（2）硫化細菌:通過氧化還原態(tài)的無機硫化物（H2S、S、S2O32-

、SO32-）獲得能量（硫桿菌屬，硫微螺菌屬）

H2S+1/2O2

→S+H2O+50.1KcalS+11/2O2+H2O→H2SO4+149.8Kcal第十一頁，共七十頁，2022年，8月28日（4）氫細菌：具有氫化酶，從氫的氧化獲取能量，同化CO2H2+1/2O2→H2O+56.7Kcal（3）鐵細菌：氧化Fe2+為Fe3+獲取能量并同化CO22Fe2++1/2O2+2H+→2Fe3++H2O+21.2Kcal第十二頁，共七十頁，2022年，8月28日有機碳化合物為基本碳源，有機物氧化過程中釋放的化學能為能源，有機物為供氫體基本碳源、能源物質(zhì)、能量代謝中的供氫體均為有機物。生長所需要的碳源如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等，主要是一些有機含碳化合物。有機物通常既是它們生長的碳原物質(zhì)又是能源物質(zhì)和供氫體。4、化能異養(yǎng)型第十三頁，共七十頁，2022年，8月28日微生物的營養(yǎng)類型

營養(yǎng)類型能源碳源實例光能自養(yǎng)型光能CO2藍細菌紫硫細菌綠硫細菌藻類光能異養(yǎng)型光能CO2

及簡單有機物紅螺細菌化能自養(yǎng)型無機物CO2硝化細菌硫化細菌鐵細菌氫細菌化能異養(yǎng)型有機物有機物絕大多數(shù)微生物，原生動物第十四頁，共七十頁，2022年，8月28日水(Water)碳源（Carbonsource）氮源（Nitrogensource)無機鹽(Inorganicsalt)生長因子（Growthfactor)能源（Energysource)參與微生物細胞的組成提供微生物機體進行各種生理活動所需的能量形成微生物代謝產(chǎn)物的來源按照營養(yǎng)物質(zhì)在機體中的生理作用不同，可以分成六大類。二、微生物的營養(yǎng)要素第十五頁，共七十頁，2022年，8月28日（一）水生理功能主要有①起到溶劑與運輸介質(zhì)的作用；②參與細胞內(nèi)一系列化學反應(yīng)；③維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；⑤通過水合作用與脫水作用控制由多亞基組成的結(jié)構(gòu)④熱的良好導(dǎo)體；第十六頁，共七十頁，2022年，8月28日幾種生物的游離水含量人體：~60%海蟄：~96%微生物孢子營養(yǎng)體霉菌孢子：~39%細菌芽孢：皮層：~70%核心：極低細菌：~80%酵母：~75%霉菌：~85%◆水在細胞中有兩種存在形式：結(jié)合水和自由水.

◆不同細胞及不同細胞結(jié)構(gòu)中自由水的含量有較大差別：游離水：干重法可測得；結(jié)合水：不易蒸發(fā)、不凍結(jié)、也不能滲透第十七頁，共七十頁，2022年，8月28日（二）碳源◆定義：凡可被用來構(gòu)成細胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中碳素來源的營養(yǎng)物質(zhì)。◆功能：提供合成細胞物質(zhì)及代謝物的原料;并為整個生理活動提供所需要能源（異養(yǎng)微生物）?！舴N類:無機含碳化合物：如CO2和碳酸鹽等。有機含碳化合物：葡萄糖等第十八頁，共七十頁，2022年，8月28日對于為數(shù)眾多的化能異養(yǎng)微生物來說，碳源是兼有能源功能營養(yǎng)物。微生物利用的碳源物質(zhì)主要有糖類、有機酸、醇、脂類、烴、CO2及碳酸鹽等。第十九頁，共七十頁，2022年，8月28日功能：

1）提供合成細胞中含氮物，如蛋白質(zhì)、核酸，以及含氮代謝物等的原料；2）氮源一般不做能源，只有硝化細菌利用銨鹽，亞硝酸鹽作氮源,同時也作能源。同時也做能源。（三）氮源定義：凡用來構(gòu)成菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮素來源的物質(zhì)第二十頁，共七十頁，2022年，8月28日類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機氮N·C·H·O·X復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、酵母膏、魚粉N·C·H·O尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質(zhì)等尿素、蛋白胨、明膠等無機氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3等NN2空氣

微生物的氮源譜

第二十一頁，共七十頁，2022年，8月28日（四）無機鹽大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe

（微生物生長所需濃度在10-3~10-4mol/L）微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生長所需濃度在10-6~10-8mol/L）定義：為微生物細胞生長提供碳、氮源以外的多種重要元素的物質(zhì)，多以無機鹽的形式供給。第二十二頁，共七十頁，2022年，8月28日無機鹽功能構(gòu)成微生物細胞的組成成分調(diào)解微生物細胞的滲透壓，PH值和氧化還原電位有些無機鹽如S、Fe還可做為自養(yǎng)微生物的能源構(gòu)成酶活性基的組成成分，維持E活性。Mg、Ca、K是多種E的激活劑第二十三頁，共七十頁，2022年，8月28日（五）生長因子定義:是一類對微生物正常生活所不可缺少微量有機營養(yǎng)物質(zhì)。作用：輔酶或酶活化所需種類：微生物、氨基酸、嘌呤堿和嘧啶堿。第二十四頁，共七十頁，2022年，8月28日（六）能源定義:提供微生物生命活動所需能量的物質(zhì)第二十五頁，共七十頁，2022年，8月28日微生物生長因子需要量（ml-1

III型肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）膽堿6ug 金黃色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）硫胺素0.5ng 白喉棒桿菌（Cornebacteriumdiphtherriae）B-丙氨酸1.5ug 破傷風梭狀芽孢桿菌（Clostridiumtetani）尿嘧啶 0-4ug 腸膜狀串珠菌（Leuconostocmesenteroides）吡哆醛 0.025ug第二十六頁，共七十頁，2022年，8月28日三、微生物的培養(yǎng)基培養(yǎng)基是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。碳源、氮源、無機鹽、能源、生長因子、水第二十七頁，共七十頁，2022年，8月28日（一）培養(yǎng)基的配制原則1、培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營養(yǎng)特點（有的放矢）2、營養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當（營養(yǎng)協(xié)調(diào)）3、物理化學條件適宜（條件適宜）4、根據(jù)培養(yǎng)目的選擇原料及其來源（經(jīng)濟節(jié)約）第二十八頁，共七十頁，2022年，8月28日培養(yǎng)的種類培養(yǎng)的目的培養(yǎng)的規(guī)模1、有的放矢第二十九頁，共七十頁，2022年，8月28日2、營養(yǎng)協(xié)調(diào)●濃度過高——微生物的生長起抑制作用，濃度過小——不能滿足微生物生長的需要?！裉嫉龋–/N）直接影響微生物生長與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時的一個重要指標；碳源中的碳原子的mol數(shù)氮源中所含的氮原子的mol數(shù)C/N比值=第三十頁，共七十頁，2022年，8月28日3、條件適宜各類微生物的最適生長pH值各不相同：

細菌：7.0~8.0 放線菌：7.5~8.5

酵母菌：3.8~6.0 霉菌：4.0~5.8

在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，pH值會發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基pH值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：外源調(diào)節(jié)：加酸HCL或堿液NaoH內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。（1）pH:第三十一頁，共七十頁，2022年，8月28日☆磷酸緩沖液：pH值從6.4~7.2之間K2HPO4+H+KH2PO4+K+KH2PO4+OH-K2HPO4+H2O☆加入CaCO3：

CO32–HCO3–H2CO3CO2+H2O+H+–H–+H+–H–☆培養(yǎng)基中所含氨基酸、肽、蛋白質(zhì)等物質(zhì)也可起到緩沖作用。第三十二頁，共七十頁，2022年，8月28日（2）滲透壓和aw 等滲溶液 適宜微生物生長 高滲溶液 細胞發(fā)生質(zhì)壁分離 低滲溶液 細胞吸水膨脹，直至破裂第三十三頁，共七十頁，2022年，8月28日4、經(jīng)濟節(jié)約以粗代精以野代家以廢代好以國代進以簡代繁以氮代朊以烴代糧以纖代糖5、無菌狀態(tài)第三十四頁，共七十頁，2022年，8月28日◆稱量

(高溫滅菌時易分解或變色的成分需另行配制)◆溶解:自來水或蒸溜水

(防止無機物之間的沉淀)◆pH調(diào)節(jié):鹽酸或氫氧化鈉(1N以下)◆滅菌(高壓滅菌)（二）培養(yǎng)基的配制步驟

配制方法因培養(yǎng)基種類不同而變化第三十五頁，共七十頁，2022年，8月28日高壓蒸氣滅菌一般培養(yǎng)基:

1.05Kg/cm2,121.3℃,15-30min

含糖培養(yǎng)基:

0.56Kg/cm2,112.6℃,15-30min

培養(yǎng)基的滅菌任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進行滅菌處理；第三十六頁，共七十頁，2022年，8月28日（三）培養(yǎng)基的類型及其應(yīng)用細菌培養(yǎng)基放線菌培養(yǎng)基霉菌培養(yǎng)基酵母菌培養(yǎng)基

1、根據(jù)所培養(yǎng)微生物的微生物類群來分第三十七頁，共七十頁，2022年，8月28日★-1細菌培養(yǎng)基——營養(yǎng)肉湯（nutrientbroth)：牛肉膏3g；水1000ml；蛋白胨5g；pH7.2~7.4放線菌培養(yǎng)基——高氏1號：可溶性淀粉20g；KNO31g;K2HPO41g

MgSO40.5gNaCl1g;FeSO4?7H2O0.5g

水1000ml;pH7.2~7.4霉菌培養(yǎng)基——查氏（zapek)培養(yǎng)基：蔗糖30g;KCl0.5g;MgSO4.H2O0.5g;FeSO40.5g水1000ml;K2HPO41g;NaNO33g;pH6.7酵母菌培養(yǎng)基——麥芽汁培養(yǎng)基

第三十八頁，共七十頁，2022年，8月28日根據(jù)不同的微生物的營養(yǎng)要求配制針對強的培養(yǎng)基。培養(yǎng)化能自養(yǎng)型的氧化硫桿菌的培養(yǎng)基組成為：S10gMgSO4.7H2O0.5gNH4)2SO40.4gFeSO40.01gH2PO44gCaCl20.25gH2O1000ml培養(yǎng)化能異養(yǎng)的大腸桿菌一種培養(yǎng)基是由下列化學成分組成：葡萄糖5gNH4H2PO41gNaCl5gMgSO4.7H2O0.2gK2HPO41gH2O1000ml第三十九頁，共七十頁，2022年，8月28日2、根據(jù)培養(yǎng)基成分分為按成分不同劃分天然培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基含用化學成分還不清楚或化學成分不恒定的天然有機物牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽汁培養(yǎng)基化學成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基高氏1號培養(yǎng)基、查氏培養(yǎng)基半組合培養(yǎng)基第四十頁，共七十頁，2022年，8月28日原材料產(chǎn)品特點營養(yǎng)成分牛肉膏beefextract瘦牛肉加熱抽提并濃縮而成的膏狀物富含水溶性動物組織的營養(yǎng)物，如糖類、有機含氮物、水溶性維生素和無機鹽等蛋白胨

(peptone)由酪素或明膠等蛋白質(zhì)經(jīng)酸或酶(胰蛋白酶、胃蛋白酶或木瓜蛋白酶等)水解而成。是營養(yǎng)豐富的有機氮源，其中還含有若干維生素和糖類。如胰酶水解的酪蛋白約含總氮12.9%，氨基氮6.6%酵母膏

yeastextract)由酵母細胞水提取物濃縮而成的膏狀物富含B族維生素，也含豐富的有機氮和碳化物瓊脂

(agar)從某些海藻(有十幾種紅藻)中加熱提取出來的復(fù)雜糖類是配制固體培養(yǎng)基時最常用的凝固劑，無營養(yǎng)價值第四十一頁，共七十頁，2022年，8月28日（1）天然培養(yǎng)基（Complexmedium）

（forthegrowthofbacteria）ComponentAmountFunctionofcomponent牛肉膏1.5gSourceofvitaminsandothergrowthfactors酵母膏3.0gSourceofvitaminsandothergrowthfactors蛋白胨6.0gSourceofaminoacids,N,S,andP瓊脂15.0gInertsolidifyingagentwater1000mlpH6.6第四十二頁，共七十頁，2022年，8月28日第四十三頁，共七十頁，2022年，8月28日（2）合成培養(yǎng)基（Definedmedium）

（forthegrowthofThiobacillusthiooxidans,alithoautotrophicbacterium(硫桿菌)）ComponentAmountFunctionofcomponentNH4Cl0.52gNsourceKH2PO40.28gPandKsourceMgSO47H2O0.25gSandMg++sourceCaCl22H2O0.07gCa++sourceElementalSulfur1.56gEnergysourceCO25%*Csourcewater1000mlpH3.0第四十四頁，共七十頁，2022年，8月28日（3）半組合培養(yǎng)基(semi-definedmedium)：

在合成培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上添加些天然成份，以更有效地滿足微生物對營養(yǎng)物的需要，如馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基。第四十五頁，共七十頁，2022年，8月28日3、按物理狀態(tài)不同劃分固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑，使其成為固體狀態(tài)，瓊脂含量一般為1.5%-2.0%瓊脂含量一般為0.2%-0.7%不加任何凝固劑半固體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基常用來進行微生物的分離、鑒定、活菌計數(shù)及菌種保藏觀察微生物的運動特征、分類鑒定及噬菌體效價滴定

大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)及在實驗室進行微生物的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面的研究第四十六頁，共七十頁，2022年，8月28日細菌在不同培養(yǎng)基上的生長第四十七頁，共七十頁，2022年，8月28日瓊脂和明膠的區(qū)別第四十八頁，共七十頁，2022年，8月28日4、按用途不同劃分基礎(chǔ)培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基加富培養(yǎng)基第四十九頁，共七十頁，2022年，8月28日

加富培養(yǎng)基(Selectiveenrichmentmedium)for

growthofextremehalophiles(極端噬鹽生物

)ComponentAmountFunctionofcomponentCasaminoacids7.5gSourceofaminoacids,N,SandPYeastextract10.0gSourceofgrowthfactorsTrisodiumcitrate3.0gCandenergysourceKCl2.0gK+sourceMgSO47H2O20.0gSandMg++sourceFeCl20.023gFe++sourceNaCl250gNa+sourceforhalophilesandinhibitorytononhalophileswater1000mlpH7.4第五十頁，共七十頁，2022年，8月28日鑒別性培養(yǎng)基(differentialmedium)：用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基，在普通培養(yǎng)基中加入能與某種代謝產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)的指示劑或化學藥品，從而產(chǎn)生某種明顯的特征性變化，以區(qū)別不同的微生物，例：伊紅美蘭乳糖培養(yǎng)基（EosinMethyleneBlue）第五十一頁，共七十頁，2022年，8月28日一些鑒別培養(yǎng)基第五十二頁，共七十頁，2022年，8月28日伊紅美蘭乳糖培養(yǎng)基(EosinMethyleneblue)蛋白胨10g乳糖5gK2HPO42g伊紅Y0.4g美蘭0.065g水1000mlpH=7.2第五十三頁，共七十頁，2022年，8月28日G+菌受抑制G-菌能發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸(菌落有色)不發(fā)酵乳糖不產(chǎn)酸，菌落無色透明產(chǎn)酸力強，菌落呈紫綠色金屬光澤產(chǎn)酸力弱，菌落棕色腸桿菌屬克雷伯氏菌屬哈夫尼菌屬沙雷伯氏菌屬變形菌屬沙門氏菌屬志賀氏菌屬大腸桿菌試樣EMB在鑒別各種腸道桿菌中的作用：第五十四頁，共七十頁，2022年，8月28日EMB(EosinMethyleneBlue)Figure14.Left:Escherichiacolicells.Right:E.colicoloniesonEMBAgar.

第五十五頁，共七十頁，2022年，8月28日四、物質(zhì)進出微生物細胞的方式營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌，涉及到物質(zhì)的運輸、營養(yǎng)物吸收至胞內(nèi)被利用、代謝物分泌到胞外以免積累，這就是物質(zhì)運輸過程。

第五十六頁，共七十頁，2022年，8月28日自由擴散促進擴散主動運輸基團轉(zhuǎn)位第五十七頁，共七十頁，2022年，8月28日一、自由擴散(simplediffusion)特點：1、擴散是非特異性的：由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)擴散2、物質(zhì)運輸?shù)乃俾瘦^慢：速率與胞內(nèi)外營養(yǎng)物質(zhì)的濃度差有關(guān)

3、不需要載體和代謝能

4、可運送的養(yǎng)料有限：限于水、溶于水的氣體，及分子量小，脂溶性、極性小的營養(yǎng)物質(zhì)。K為擴散系數(shù)，A為膜面積，C為濃度D為膜厚度。第五十八頁，共七十頁，2022年，8月28日自由擴散模式圖細胞膜外細胞膜內(nèi)細胞膜第五十九頁，共七十頁，2022年，8月28日三營養(yǎng)物通過與細胞膜上載體蛋白的可逆性結(jié)合來加快其傳遞速度的方式二、促進擴散

(facilitateddiffusion/transport)特點：不消耗代謝能量，故不能進行逆濃度運輸運輸?shù)乃俾视砂麅?nèi)外該物質(zhì)的濃度差決定需要細胞膜上的載體蛋白（透過酶）參與物質(zhì)運輸被運輸?shù)奈镔|(zhì)與載體蛋白有高度的特異性輸送機制：被輸送的物質(zhì)與相應(yīng)的載體之間存在一種親和力第六十頁，共七十頁，2022年，8月28日第六十一頁，共七十頁，20