微生物的營養(yǎng)代謝

微生物的營養(yǎng)代謝第1頁/共61頁第五章微生物的營養(yǎng)代謝問題——這些微生物靠什么生長？營養(yǎng)物質(zhì)代謝能量代謝第2頁/共61頁第一節(jié)微生物的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型第二節(jié)微生物的能量代謝第三節(jié)微生物的物質(zhì)代謝第3頁/共61頁一微生物的營養(yǎng)二微生物的營養(yǎng)類型三培養(yǎng)基第一節(jié)微生物的營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型第4頁/共61頁一微生物的營養(yǎng)1微生物營養(yǎng)的概念微生物的營養(yǎng)：微生物吸收利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程微生物的營養(yǎng)物質(zhì)有哪些？2微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其功能微生物的營養(yǎng)物質(zhì)：能被微生物吸收利用的物質(zhì)第5頁/共61頁水水是微生物細(xì)胞的組成成分。占細(xì)胞濕重的70～95％

水在細(xì)胞中的作用？

1營養(yǎng)物質(zhì)的溶劑，而后被吸收。2生物化學(xué)反應(yīng)的場所。微生物的營養(yǎng)第6頁/共61頁碳素養(yǎng)料糖類被微生物優(yōu)先利用。實(shí)驗(yàn)室中常用碳源？葡萄糖、蔗糖、麥芽糖發(fā)酵業(yè)常用碳源？薯干淀粉、玉米淀粉一般生產(chǎn)常用碳源？麩皮、酒糟無機(jī)碳化物－CO2、CO3-有機(jī)碳化物－糖類、有機(jī)酸、醇、纖維素等。細(xì)胞干重50％。作為碳源和能源。種類功能常用碳源微生物的營養(yǎng)第7頁/共61頁氮素養(yǎng)料功能

組成蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)的重要成分。只作N源種類

分子態(tài)源－固氮微生物

無機(jī)氮化合物－需在培養(yǎng)基中加緩沖劑

有機(jī)氮化合物－速效氮源（aa)、遲效氮源(Pro)常用氮源實(shí)驗(yàn)室常用氮源？

KNO3、NaNO3、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏。發(fā)酵常用氮源？尿素、魚粉、玉米漿、黃豆餅粉、麩皮。微生物的營養(yǎng)第8頁/共61頁礦質(zhì)元素主要元素－需求量較大，以無機(jī)鹽形式供給。P、K、S、Mg、Ca。微量元素－需求量微小。但缺少導(dǎo)致生理活性降低；過量有毒害。Cu、Zn、Mn、Mo等。▼細(xì)胞物質(zhì)的組成部分

▼激活維持酶的作用▼調(diào)節(jié)滲透壓功能種類微生物的營養(yǎng)第9頁/共61頁生長因子（生長素）實(shí)驗(yàn)室常用酵母膏、蛋白胨作為綜合生長素配制培養(yǎng)基。當(dāng)對某種微生物所需的生長因子不了解時，可加入動、植物組織液。概念：需求量不大，但對微生物的生長有特殊作用

的有機(jī)物質(zhì)。功能：各種酶的輔基成分。若缺，酶失去活性。種類：維生素類－硫胺素、生物素、核黃素等。氨基酸類－蘇氨酸、亮氨酸等。嘌呤、嘧啶類－核苷。常用生長素微生物的營養(yǎng)第10頁/共61頁二微生物的營養(yǎng)類型1微生物的營養(yǎng)類型根據(jù)微生物生長時所需的碳源及能量的來源，將微生物的營養(yǎng)類型分為四種。（1）光能無機(jī)營養(yǎng)型（2）光能有機(jī)營養(yǎng)型（3）化能無機(jī)營養(yǎng)型（4）化能有機(jī)營養(yǎng)型第11頁/共61頁（1）光能無機(jī)營養(yǎng)型(Photolithotroph)又叫自養(yǎng)微生物。又稱光能自養(yǎng)型微生物。

藻類、藍(lán)細(xì)菌、光合細(xì)菌（紫硫細(xì)菌、綠硫細(xì)菌）碳源——以CO2

為惟一碳源能源——光轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP為什么用光作能源？

光合色素——葉綠素C（主要）

類胡蘿卜素和藻膽素為輔助色素，捕捉光，保護(hù)膜免遭光氧化破壞。微生物的營養(yǎng)類型第12頁/共61頁如：藍(lán)細(xì)菌、藻類如：綠硫細(xì)菌、紫硫細(xì)菌還原CO2

時，以還原態(tài)無機(jī)硫化物作氫或電子供體。

CO2+H2O→[CH2O]+O2↑

CO2+2H2S→[CH2O]+H2O+2S光能葉綠素光能細(xì)菌葉綠素如何將無機(jī)物還原為有機(jī)物的？微生物的營養(yǎng)類型第13頁/共61頁（2）光能有機(jī)營養(yǎng)型（photorganotroph)又叫異養(yǎng)微生物。又稱光能異養(yǎng)型微生物。紅螺菌屬.1碳源——有機(jī)物作供氫體和碳源，要有CO2存在。2能源——光具有光合色素CO2＋2

CH3CH3CHOH[CH2O]+2CH3COCH3+H2O光能光合色素凈化高濃度有機(jī)廢水。微生物的營養(yǎng)類型第14頁/共61頁（3）化能無機(jī)營養(yǎng)型（chemolithotroph)又叫自養(yǎng)微生物。又稱化能自養(yǎng)型微生物。

氫細(xì)菌、硫化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硝化細(xì)菌。分布在土壤、水域中，在自然界物質(zhì)轉(zhuǎn)化中作用重大。碳源——以CO2為惟一碳源。能源——無機(jī)物氧化產(chǎn)生能量。產(chǎn)能有限，生長遲緩。微生物的營養(yǎng)類型第15頁/共61頁硝化細(xì)菌2NH3+2O2

CO2+4H+氫細(xì)菌生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。鐵細(xì)菌氧化黃鐵礦，生成硫酸溶解礦石。細(xì)菌冶金。2HNO2+4H++ATP[CH2O]+H2O微生物的營養(yǎng)類型第16頁/共61頁（4）化能有機(jī)營養(yǎng)型(chemoorganotroph)又叫異養(yǎng)微生物。又稱化能異養(yǎng)型微生物。

絕大多數(shù)細(xì)菌、放線菌和全部真菌、病毒。如大腸桿菌，枯草桿菌，鏈霉菌，根霉，曲霉。碳源——有機(jī)物能源——有機(jī)物氧化獲得。微生物的營養(yǎng)類型第17頁/共61頁2各類微生物的營養(yǎng)特性（1）

細(xì)菌的營養(yǎng)特性（2）放線菌的營養(yǎng)特性（3）酵母菌的營養(yǎng)特性（4）霉菌的營養(yǎng)特性（5）病毒的營養(yǎng)特性微生物可以利用各種營養(yǎng)物質(zhì)，但就某一種微生物來說，它們所能利用的物質(zhì)有一定范圍。微生物的營養(yǎng)類型第18頁/共61頁（1）細(xì)菌的營養(yǎng)特性（類型多樣）自養(yǎng)型

光能：紫硫菌、綠硫菌、藍(lán)細(xì)菌

化能：硝化細(xì)菌異養(yǎng)型

所有腐生菌和寄生菌（2）放線菌的營養(yǎng)特性

異養(yǎng)型各種不同碳源－糖、淀粉、甘油、檸檬酸等微生物的營養(yǎng)類型第19頁/共61頁（3）酵母菌的營養(yǎng)特性異養(yǎng)型

糖、有機(jī)酸、甘油、石油作碳源。絕大多數(shù)酵母菌不能利用淀粉作碳源。（4）霉菌的營養(yǎng)特性

異養(yǎng)型

碳源、氮源廣。（5）病毒的營養(yǎng)特性

專性寄生，生活在一定的活細(xì)胞組織內(nèi)。微生物的營養(yǎng)類型第20頁/共61頁三培養(yǎng)基1培養(yǎng)基的類型2微生物培養(yǎng)常用培養(yǎng)基3微生物培養(yǎng)培養(yǎng)基的概念：人工配制的適合于微生物生長繁殖的營養(yǎng)基質(zhì)。用什么培養(yǎng)微生物？

——培養(yǎng)基第21頁/共61頁1培養(yǎng)基的類型根據(jù)化學(xué)組成分類（1）天然培養(yǎng)基培養(yǎng)基（2）合成培養(yǎng)基（3）半合成培養(yǎng)基第22頁/共61頁根據(jù)物理狀態(tài)分類（1）固體培養(yǎng)基培養(yǎng)基（2）半固體培養(yǎng)基（3）液體培養(yǎng)基第23頁/共61頁根據(jù)特定用途分類培養(yǎng)基（1）基礎(chǔ)培養(yǎng)基（minimummedium）（2）加富培養(yǎng)基（enrichmentmedium）（3）選擇培養(yǎng)基（selectivemedium）（4）鑒別培養(yǎng)基（differentialmedium）第24頁/共61頁培養(yǎng)基（1）基礎(chǔ)培養(yǎng)基（minimummedium）微生物所需基本營養(yǎng)物質(zhì)相同。定義：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。例如：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（細(xì)菌）

牛肉膏3g蛋白胨10gNaCl5g瓊脂18--20g水1000mlPH7.0----7.2

第25頁/共61頁培養(yǎng)基（2）加富培養(yǎng)基（enrichmentmedium）又叫營養(yǎng)培養(yǎng)基定義：在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。例如：加入血清、血液、酵母浸膏、動植物組織液作用：培養(yǎng)異養(yǎng)型微生物富集、分離微生物第26頁/共61頁（3）選擇培養(yǎng)基（selectivemedium）定義：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。特點(diǎn)：加入相應(yīng)的特殊營養(yǎng)物質(zhì)或化學(xué)物質(zhì)，抑制不需要微生物的生長，利于所需要微生物的生長。第27頁/共61頁◎缺氮培養(yǎng)基——分離固氮微生物◎加入數(shù)滴10%酚——分離放線菌◎加青霉素、四環(huán)素、鏈霉素——分離酵母菌、霉菌第28頁/共61頁加富培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基的區(qū)別加富培養(yǎng)基：增加分離的微生物的數(shù)量，形成生長優(yōu)勢。選擇培養(yǎng)基：抑制不需要的微生物的生長，使所需要的微生物增殖。第29頁/共61頁（4）鑒別培養(yǎng)基（differentialmedium）定義：鑒別不同微生物類型的培養(yǎng)基。特點(diǎn)：加入某種特殊化學(xué)物質(zhì)，微生物生長后產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物特殊化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物化學(xué)反應(yīng)明顯特征變化區(qū)分作用：快速分類鑒定分離篩選某微生物菌種第30頁/共61頁2微生物培養(yǎng)常用培養(yǎng)基（1）培養(yǎng)許多異養(yǎng)型細(xì)菌（包括兼性寄生細(xì)菌）

牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（2）培養(yǎng)放線菌

高氏一號培養(yǎng)基（3）培養(yǎng)酵母菌、霉菌

麥芽汁、豆芽汁、馬鈴薯汁培養(yǎng)基（4）許多霉菌的分離、鑒定

察氏培養(yǎng)基培養(yǎng)基第31頁/共61頁3微生物培養(yǎng)好氧培養(yǎng)

厭氧培養(yǎng)（1）好氧培養(yǎng)以空氣作為氧的來源。實(shí)驗(yàn)室的固體平板培養(yǎng)和斜面培養(yǎng)。搖瓶培養(yǎng)：液體撞擊瓶壁增氧。

三角頩、搖床發(fā)酵罐培養(yǎng)：強(qiáng)制通風(fēng)增氧培養(yǎng)基第32頁/共61頁厭氧袋法厭氧罐法厭氧培養(yǎng)箱培養(yǎng)（2）厭氧培養(yǎng)隔絕空氣、驅(qū)除氧氣。培養(yǎng)基第33頁/共61頁第二節(jié)微生物的能量代謝一細(xì)胞中的氧化還原反應(yīng)與能量產(chǎn)生二微生物的呼吸類型三微生物與氧氣的關(guān)系第34頁/共61頁一細(xì)胞中的氧化還原反應(yīng)與能量產(chǎn)生1細(xì)胞中的氧化還原反應(yīng)AH22H++2e+A(氧化）

B+2H++2eBH2（還原）

AH2+BA+BH2（氧化還原）第35頁/共61頁2細(xì)胞中ATP的合成ATP——三磷酸腺苷ADP——二磷酸腺苷

ATPADP+Pi+能量(伴隨能源物質(zhì)的分解）放能產(chǎn)能ADP結(jié)合一個磷酸生成ATP，為磷酸化。第36頁/共61頁二微生物的呼吸類型呼吸作用的定義生物氧化中，呼吸基質(zhì)脫下的氫和電子經(jīng)載體傳遞最終交給受體的生物學(xué)過程。主要呼吸基質(zhì)：葡萄糖、果糖。有哪些呼吸類型呢？？第37頁/共61頁

依據(jù)最終電子受體的不同有三種1有氧呼吸2無氧呼吸3發(fā)酵第38頁/共61頁1有氧呼吸

最終電子受體——氧氣O2

參與的微生物——需氧和兼性厭氧微生物。

呼吸基質(zhì)（底物）化能異養(yǎng)微生物——有機(jī)物化能自養(yǎng)微生物——無機(jī)物定義：微生物氧化底物時以分子氧作為最終電子受體的氧化作用。第39頁/共61頁以－呼吸基質(zhì)是葡萄糖為例說明葡萄糖糖酵解丙酮酸三羧酸循環(huán)CO2、NADPHNADO2H+、e-H2O呼吸鏈NAD+大量ATP（38個）兩個特點(diǎn)葡萄糖徹底氧化產(chǎn)能量大NADFAD輔酶Q細(xì)胞色素b、c、a、a3第40頁/共61頁呼吸鏈（電子傳遞鏈）的作用：a傳遞電子b將傳遞電子時釋放的能量合成ATP。第41頁/共61頁注意：原核微生物的呼吸鏈位于細(xì)胞膜上，有氧呼吸在細(xì)胞膜上進(jìn)行。真核微生物的呼吸鏈在線粒體膜上，有氧呼吸在線粒體中進(jìn)行。第42頁/共61頁2無氧呼吸

最終電子受體——無機(jī)物（NO3-、NO2-、CO2等）

定義：微生物氧化底物，底物氧化脫下的氫和電子經(jīng)呼吸鏈傳遞最終交給無機(jī)化合物的過程。

參與的微生物——厭氧菌和兼性厭氧菌。呼吸基質(zhì)（底物）——有機(jī)物第43頁/共61頁以硝酸鹽還原菌還原葡萄糖為例說明：基質(zhì)－H2基質(zhì)（葡萄糖）－2e-－2H+脫氫酶脫氫酶－2H傳遞體－2H傳遞體－2e－2e+2eNO3-NO2-+H2O相應(yīng)還原酶生成的能量少。第44頁/共61頁無氧呼吸的利與弊？糞池、秸稈產(chǎn)甲烷CO3=CH4水稻田爛秧SO4=H2S土壤氮肥的損失NO3-NO2-（有毒性）第45頁/共61頁3發(fā)酵定義：以小分子有機(jī)物為最終電子受體的生物氧化過程。有機(jī)物為呼吸基質(zhì)的中間產(chǎn)物。最終電子受體——有機(jī)物參與的微生物——厭氧菌和兼性厭氧菌。不經(jīng)過電子傳遞體。常見的發(fā)酵有

§乙醇發(fā)酵

§乳酸發(fā)酵§丁酸發(fā)酵第46頁/共61頁乙醇發(fā)酵（生產(chǎn)酒精）葡萄糖3－磷酸甘油醛1，3－二磷酸甘油酸2NAD2NADH2丙酮酸脫羧酶乙醛乙醇ATPCO2產(chǎn)能量少（2個ATP)，大部分儲存在乙醇中。酵母菌第47頁/共61頁三微生物與氧氣的關(guān)系1需氧（好氣）微生物2厭氧（嫌氣）微生物3兼性厭氧微生物第48頁/共61頁1需氧微生物呼吸類型－有氧呼吸培養(yǎng)方式－固體表面，液體淺層，通氣，振蕩。如－青霉，枯草桿菌等多種細(xì)菌放線菌真菌第49頁/共61頁2厭氧微生物呼吸類型－無氧呼吸和發(fā)酵培養(yǎng)方式－抽真空；在N2、H2條件下;固體穿刺。如：乳酸桿菌，梭狀芽孢桿菌，產(chǎn)甲烷桿菌為生么有氧氣不能生活？原因：有氧存在，代謝產(chǎn)生H2O2和O2-,H2O2有毒，該類微生物沒有分解H2O2的氧化酶第50頁/共61頁3兼性厭氧微生物呼吸類型－無氧時發(fā)酵；有氧時有氧呼吸。培養(yǎng)方式－具體實(shí)驗(yàn)要求而定。如：大腸桿菌，酵母菌。第51頁/共61頁第三節(jié)微生物的物質(zhì)代謝一微生物的分解代謝二微生物合成的次生代謝產(chǎn)物第52頁/共61頁一微生物的物質(zhì)分解1碳水化合物的分解多糖：單糖：雙糖：麥芽糖葡萄糖CO2+H2OCO2+H2O葡萄糖葡萄糖CO2+H2O麥芽糖麥芽糖酶淀粉淀粉酶麥芽糖酶各種細(xì)菌、放線菌，曲霉、根霉等應(yīng)用：釀造業(yè)第53頁/共61頁

2脂類的分解脂肪脂肪酶甘油脂肪酸＋O2-O2CO2+H2O簡單酸＋CO2+CH4應(yīng)用：屠宰場；生活污水。第54頁/共61頁

3果膠物質(zhì)的分解原果膠＋H2O原果膠酶可溶性果膠＋多縮戊糖可溶性果膠＋H2O果膠甲基酯酶果膠酸＋甲醇果膠酸＋H2O多縮半乳糖酶半乳糖醛酸應(yīng)用：麻類物質(zhì)的脫膠處理水浸——厭氧性細(xì)菌露浸——好氧性細(xì)菌、放線菌、真菌第55頁/共61頁二微生物合成的次生代謝產(chǎn)物次生代謝：微生物合成一些對其本身的生命活動沒有明確功能