第四章.微生物的營(yíng)養(yǎng)

第四章微生物的營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)基通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求掌握：1、微生物所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。2、微生物的四種營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型。3、微生物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方式。4、培養(yǎng)基重點(diǎn)：微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型，微生物通過(guò)滲透作用吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的幾種方式，培養(yǎng)基難點(diǎn)：培養(yǎng)基的種類(lèi)微生物細(xì)胞的化學(xué)組成

無(wú)機(jī)物：小分子物質(zhì)：H2O、CO2、O2各種離子：K+、Fe2+、Mg2+、SO42-、PO43-

有機(jī)物：蛋白質(zhì)、肽、氨基酸 核酸、核苷酸 類(lèi)脂 多糖、寡糖、單糖 維生素第一節(jié)微生物所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)自然界中許多物質(zhì)可以被不同的微生物利用。根據(jù)其性質(zhì)和作用可將微生物的營(yíng)養(yǎng)分為：碳源、氮源、能源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子和水

一、碳源及其功能微生物細(xì)胞中碳素含量最為穩(wěn)定，占細(xì)胞干重的50%。碳素營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括：無(wú)機(jī)碳化物:CO2或碳酸鹽有機(jī)碳化物：糖類(lèi)：?jiǎn)翁?雙糖,寡糖,多糖醇類(lèi)：乙醇有機(jī)酸：甲酸、乙酸脂類(lèi)：

各種農(nóng)副產(chǎn)品，甚至有些微生物可以利用石蠟、酚、氰化物及塑料等高度不活躍的碳?xì)浠衔锖陀卸疚镔|(zhì)。這些在環(huán)境保護(hù)上有重要意義。霉菌和諾卡氏菌可以降解氰化物；假絲酵母可以降解塑料；假單胞菌可以降解酚類(lèi)化合物。目前在微生物分類(lèi)中已利用了148種碳素化合物進(jìn)行菌種鑒定。

碳素的功能:組成有機(jī)分子的C架,為細(xì)胞提供能量。二、氮源及其功能細(xì)菌，酵母細(xì)胞中的含N量約占細(xì)胞干重的7%-13%；霉菌細(xì)胞中的含N量約占細(xì)胞干重的5%左右。

N源物質(zhì)主要有：分子氮：N2固N(yùn)微生物的N源無(wú)機(jī)氮化物：銨鹽（NH3＋）硝酸鹽（NO3－）有機(jī)氮化物：牛肉膏、蛋白胨、尿素、酪素、玉米漿、豆餅等。

N素營(yíng)養(yǎng)的功能：組成有機(jī)分子。三、能源

能源譜化學(xué)物質(zhì)有機(jī)物（化能異養(yǎng)微生物的能源）無(wú)機(jī)物（化能自養(yǎng)微生物的能源）輻射能（光能營(yíng)養(yǎng)型微生物的能源）四、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na分別參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)、能量轉(zhuǎn)移、物質(zhì)代謝、調(diào)節(jié)細(xì)胞原生質(zhì)的膠體狀態(tài)、調(diào)節(jié)滲透壓、pH和Eh等功能。微量元素：需要量為0.1mg/L或更少.包括Fe、B、Cu、Mn、Zn、Mo、Co、Se等。多是輔酶、輔基的成分或酶的激活劑。五、生長(zhǎng)因子是一類(lèi)需要量少，但卻能促進(jìn)微生物生長(zhǎng)的有機(jī)化合物的總稱(chēng)，主要有維生素、氨基酸、核苷。維生素的功能：B1（硫胺素）：脫羧酶、轉(zhuǎn)醛酶、轉(zhuǎn)酮酶的輔基。B2（核黃素）：黃素蛋白的輔基，F(xiàn)MN、FAD的前體。煙酸：NAD和NADP的前體，脫氫酶的輔酶。對(duì)氨基苯甲酸：葉酸的前體。B6（吡哆醇）：轉(zhuǎn)氨酶與脫羧酶的輔基。泛酸：CoA的前體。葉酸：四氫葉酸與核酸合成有關(guān)。B12：鈷酰胺輔酶。硫辛酸：催化丙酮酸和α-酮戊二酸氧化脫羧。維生素E：起遞氫體作用。維生素K：在氧化磷酸化中起作用。營(yíng)養(yǎng)缺陷型

缺少合成生長(zhǎng)因素能力的微生物稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)缺陷型微生物。

在同一種微生物中會(huì)有不同的營(yíng)養(yǎng)缺陷型，如缺少合成氨基酸能力的微生物稱(chēng)為氨基酸缺陷型；缺少合成維生素能力的微生物稱(chēng)為維生素缺陷型；缺少合成堿基能力的微生物稱(chēng)為嘧啶或者嘌呤缺陷型。

自然界中的微生物如不缺少合成生長(zhǎng)因素的能力通常稱(chēng)為野生型或原養(yǎng)型。野生型的菌株可以人工誘變使之突變而成為缺陷型菌株。利用營(yíng)養(yǎng)缺陷型定量分析各種微生物生長(zhǎng)因素的方法稱(chēng)為微生物分析法。六、水份

微生物細(xì)胞的含水量約占細(xì)胞鮮重的70～90%。

水對(duì)微生物的生理作用：

①是細(xì)胞的重要組成成分，細(xì)胞中大部分是水；②是生化反應(yīng)的介質(zhì)，細(xì)胞中的生理生化反應(yīng)均在水中進(jìn)行；③是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的良好溶劑；④水的比熱高，熱的傳導(dǎo)性好，能有效地吸收代謝過(guò)程中放出的熱，并將吸收的熱散發(fā)出去，避免導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)溫度陡然升高；⑤維持細(xì)胞的膨壓。

水的活度：

水的活度是指在相同的溫度和壓力下，溶液中水的蒸汽壓和純水的蒸汽壓之比，即：

Aw=（P溶液）／（P純水）純水的Aw=1，當(dāng)水中有溶質(zhì)時(shí)，水的活度變小。一般來(lái)說(shuō)：細(xì)菌的Aw

值>霉菌>鹽細(xì)菌>耐旱真菌微生物生長(zhǎng)需要的水的活度在0.63～0.99。當(dāng)環(huán)境中的Aw值低于微生物生長(zhǎng)需要時(shí)，微生物的生長(zhǎng)受阻，甚至停止生長(zhǎng)。第二節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型自然界生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型包括：異養(yǎng)型：以復(fù)雜的有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，動(dòng)物屬此。自養(yǎng)型：以簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，植物屬此。微生物兼有上面兩種類(lèi)型。據(jù)微生物獲取能源、碳源以及供氫體或電子供體的不同，分為四種營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型：

營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型能源碳源氫或電子供體光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型光能CO2水或還原態(tài)無(wú)機(jī)物光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型光能CO2+有機(jī)物化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型化學(xué)能CO2還原態(tài)無(wú)機(jī)物化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型化學(xué)能有機(jī)物有機(jī)物Algae,CyanobacteriaCO2+H2O

Light

+Chlorophyll

（CH2O）+O2PurpleandgreenbacteriaCO2+2H2S

Light

+bacteriochlorophyll

（CH2O）+H2O+2S

一、光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型光合細(xì)菌屬此營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型，能源：光能碳源：CO2

①產(chǎn)氧光合作用②不產(chǎn)氧光合作用

二、光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型這類(lèi)微生物具有光合色素，能利用光能，以有機(jī)物作供H體還原CO2為細(xì)胞有機(jī)物，這種類(lèi)型的微生物往往要求供給外源的生長(zhǎng)因素。紅螺菌(Rhodospirillum)屬這種營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型。

CH3

光能CH3CO2+2CH3CHOH（CH2O）n+2C=0+H2O

CH3甲基乙醇（異丙醇）丙酮 （供H體）

這種營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型的微生物在污水凈化中有重要意義，污水中的有機(jī)物可以作為供H體被降解，同時(shí)又可還原CO2為菌體有機(jī)物，獲得菌體蛋白。三、化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型

通過(guò)氧化無(wú)機(jī)物獲取能量，并以CO2為唯一或主要碳源的微生物。能量：來(lái)自無(wú)機(jī)物的氧化碳源：CO2硝化細(xì)菌從無(wú)機(jī)物的氧化獲得能量還原CO2為細(xì)胞有機(jī)物。硝化細(xì)菌分為兩大群；①亞硝化細(xì)菌群：在將銨鹽氧化為亞硝酸的過(guò)程中獲得能量。2NH4++3O22NO2+2H2O+4H++能量②硝化細(xì)菌群：在在將亞硝酸進(jìn)一步氧化為硝酸的過(guò)程中獲得能量。NO2+1/2O2NO3-+能量硫化細(xì)菌種類(lèi)：硫桿菌屬(Thiobacillus)氧化H2S，獲取能量，固定CO2合成有機(jī)物H2S+O2→H2O+S+能量鐵細(xì)菌種類(lèi)：鐵桿菌屬(Feerobacillus)將Fe2+氧化為Fe3+獲得能量同化CO2。2Fe2++1/202+2H+2Fe3++H20+能量四、化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型從有機(jī)物的氧化獲得能量還原有機(jī)物為細(xì)胞物質(zhì)，絕大多數(shù)細(xì)菌、所有真菌、原生動(dòng)物及病毒均屬此營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型。能量：來(lái)自有機(jī)物的氧化。碳源：有機(jī)物。葡萄糖丙酮酸+能量乳酸按營(yíng)養(yǎng)來(lái)源可分為:腐生型：微生物靠死的有機(jī)物為生。寄生型：微生物靠從寄主細(xì)胞獲得能量或者在寄主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行復(fù)制。如衣原體和病毒屬此。

第三節(jié)微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收細(xì)胞膜是隔離細(xì)胞內(nèi)外的主要屏障，養(yǎng)料通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程稱(chēng)膜運(yùn)輸：一、單純擴(kuò)散（也稱(chēng)自由擴(kuò)散、被動(dòng)運(yùn)送）單純擴(kuò)散不需要膜上載體蛋白參與，不消耗能量。被運(yùn)輸物質(zhì)由高濃度向低濃度運(yùn)輸。二、協(xié)助擴(kuò)散細(xì)胞質(zhì)膜上的載體蛋白與養(yǎng)料進(jìn)行可逆性結(jié)合，從而協(xié)助養(yǎng)料運(yùn)輸?shù)姆绞?。特點(diǎn)：①載體蛋白與養(yǎng)料專(zhuān)性結(jié)合；②運(yùn)輸速度比單純擴(kuò)散快；③養(yǎng)料運(yùn)輸方向是從高濃度向低濃度方向擴(kuò)散④不需消耗能量。

三、主動(dòng)運(yùn)送膜上載體蛋白與養(yǎng)料結(jié)合后，可以逆濃度梯度運(yùn)輸養(yǎng)料的方式。特點(diǎn)①運(yùn)輸方向可以逆濃度梯度進(jìn)行；②運(yùn)輸過(guò)程要消耗能量。③是微生物獲取營(yíng)養(yǎng)的主要方式Na+/K+泵(Na+/K+pump，Na+/K+ATPase)的結(jié)構(gòu)、作用原理

運(yùn)輸機(jī)制Na+/K+ATPase運(yùn)輸分為六個(gè)過(guò)程。每水解一個(gè)ATP，運(yùn)出3個(gè)Na+，輸入2個(gè)K+。Na+/K+泵工作的結(jié)果，使細(xì)胞內(nèi)的Na+濃度比細(xì)胞外低10-30倍，而細(xì)胞內(nèi)的K+濃度比細(xì)胞外高10-30倍。

四、基團(tuán)轉(zhuǎn)位:基團(tuán)轉(zhuǎn)位主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)菌中，主要用于糖的運(yùn)輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可通過(guò)這種方式運(yùn)輸?；鶊F(tuán)轉(zhuǎn)位也稱(chēng)磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（PTS）。PTS通常由5種蛋白質(zhì)組成，包括酶Ⅰ、酶Ⅱ（包括a、b和c三個(gè)亞基）和一種低相對(duì)分子質(zhì)量的熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)（HPr）。磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸酶IHpr酶ⅡA酶ⅡB酶ⅡC糖磷酸糖細(xì)胞膜膜內(nèi)膜外原生動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收---膜泡運(yùn)輸?shù)谒墓?jié)培養(yǎng)基

培養(yǎng)基(Culturemedia)：由人工配制供給微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物所用的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)叫做培養(yǎng)基。配制培養(yǎng)基的原則:目的明確營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)

條件適宜經(jīng)濟(jì)節(jié)約

1、按培養(yǎng)基的成分劃分：

⑴天然培養(yǎng)基由化學(xué)成分不完全清楚的天然物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基。如培養(yǎng)細(xì)菌的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基。用于一般實(shí)驗(yàn)或工業(yè)發(fā)酵。

⑵合成培養(yǎng)基：由化學(xué)成分已知的化合物配制而成的培養(yǎng)基。如培養(yǎng)放線菌的高氏一號(hào)合成培養(yǎng)基。一般用于要求較高的科研工作中。

⑶半合成培養(yǎng)基：由化學(xué)成分不詳和化學(xué)成分已知的化合物混合配成的培養(yǎng)基。如用來(lái)培養(yǎng)真菌的馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基。2、按物理狀態(tài)分固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基脫水培養(yǎng)基可逆固化培養(yǎng)基加入1.5％－2％的瓊脂或加入5％－12％的明膠不可逆固化培養(yǎng)基天然固化培養(yǎng)基濾膜3、按功能分：

⑴

基本培養(yǎng)基：

按照大多數(shù)微生物生長(zhǎng)需要的要求，用基本營(yíng)養(yǎng)成分配制而成的一種培養(yǎng)基。如培養(yǎng)細(xì)菌用的肉湯培養(yǎng)基

⑵

加富培養(yǎng)基：

在基本培養(yǎng)基中加入血、血清、動(dòng)物或植物組織液或基他生長(zhǎng)因素而配制而成的一類(lèi)營(yíng)養(yǎng)特別豐富的培養(yǎng)基。

⑶選擇培養(yǎng)基：

根據(jù)某種或某一類(lèi)群微生物的特殊營(yíng)養(yǎng)需要或?qū)δ撤N營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)敏感性不同而設(shè)計(jì)