第五章-微生物的营养与代谢课件.ppt

1、细胞从外界环境中摄取化学物质，使细胞从外界环境中摄取化学物质，使其在生长过程中获取生命活动所需的其在生长过程中获取生命活动所需的能量及其结构物质的生理过程称为能量及其结构物质的生理过程称为营营养养或或营养作用营养作用。第一节第一节 微生物的营养微生物的营养一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成从微生物细胞的组成来看，都是含有碳、从微生物细胞的组成来看，都是含有碳、氢、氧、氮和各种矿质元素（氢、氧、氮和各种矿质元素（P P、S S等），等），由这些元素组成细胞中有机和无机成分，由这些元素组成细胞中有机和无机成分，其中主要是水分、蛋白质、碳水化合物、其中主要是水分、蛋白质、碳水化合物、脂

2、肪、核酸和无机盐。脂肪、核酸和无机盐。微生物细胞中水分含量最多，干物质中微生物细胞中水分含量最多，干物质中碳、氮、氢、氧四种元素约占碳、氮、氢、氧四种元素约占90909797，还有矿质元素磷、铁、铜、锰等，还有矿质元素磷、铁、铜、锰等组成微生物细胞的各类化学元素的比例组成微生物细胞的各类化学元素的比例常因常因微生物种类微生物种类的不同而不同的不同而不同不仅如此，微生物细胞的化学元素组成不仅如此，微生物细胞的化学元素组成也常随也常随菌龄及培养条件菌龄及培养条件的不同而在一定的不同而在一定范围内发生变化范围内发生变化二、营养物质及其生理功能二、营养物质及其生理功能营养物质主要功用：营养物质主要功用

3、：供给微生物合成细胞物质的原料；供给微生物合成细胞物质的原料；用以产生能量；用以产生能量；有的营养物如维生素主要用于调节新陈代谢有的营养物如维生素主要用于调节新陈代谢碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子、水、一一 、碳源、碳源凡是构成微生物细胞和代谢产物中碳架凡是构成微生物细胞和代谢产物中碳架（碳素）来源的营养物称为碳源（碳素）来源的营养物称为碳源碳源既是微生物的组成成分，又是微生碳源既是微生物的组成成分，又是微生物的能量来源。微生物可以利用的碳源物的能量来源。微生物可以利用的碳源范围极广，分为有机碳源和无机碳源两范围极广，分为有机碳源和无机碳源两大类，糖类是最广泛利用的碳源。大类，糖类是最广泛

4、利用的碳源。碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化后成为微生物自身的细胞物质变化后成为微生物自身的细胞物质(如碳水如碳水化合物、脂、蛋白质等化合物、脂、蛋白质等)和代谢产物，碳可和代谢产物，碳可占一般细菌细胞干重的一半。占一般细菌细胞干重的一半。二、氮源：二、氮源：凡是能提供微生物生长繁殖所需氮元素凡是能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，称为氮源的营养源，称为氮源氮是组成微生物蛋白质、酶和核酸的成氮是组成微生物蛋白质、酶和核酸的成分分能利用的氮源种类十分广泛。空气中分能利用的氮源种类十分广泛。空气中分子态的氮、无机和有机氮子态的氮、无机和有机氮氮源这类

5、物质主要用来合成细胞中的含氮源这类物质主要用来合成细胞中的含氮物质，一般不作为能源，只有少数自氮物质，一般不作为能源，只有少数自养微生物能利用铵盐、硝酸盐同时作为养微生物能利用铵盐、硝酸盐同时作为氮源与能源。氮源与能源。不同种类的微生物对氮源的需要也不尽不同种类的微生物对氮源的需要也不尽相同。相同。微生物培养时最常用的有机氮源是牛肉微生物培养时最常用的有机氮源是牛肉膏、酵母膏等，蛋白胨（部分水解蛋白膏、酵母膏等，蛋白胨（部分水解蛋白质）是许多微生物良好的氮源。质）是许多微生物良好的氮源。从微生物所能利用的氮源种类来看，存在着一从微生物所能利用的氮源种类来看，存在着一个明显的界限：个明显的界限：

6、v一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮源的，一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮源的，它们能把尿素、铵盐甚至氮气等简单氮源自行它们能把尿素、铵盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸，称为合成所需要的一切氨基酸，称为氨基酸自养型氨基酸自养型生物生物v凡需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生凡需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物就是物就是氨基酸异养型生物氨基酸异养型生物v固氮微生物固氮微生物:利用分子氮利用分子氮三、能源指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。微生物的能源谱 化学物质 有机物 化能异养型微生物的能源（与C源相同）能源物质 无机物 化能自养型微生物的能源（与C

7、源不同）辐射能 光能自养和光能异养微生物的能源营养功能：单功能、双功能和三功能四、无机盐四、无机盐主要有主要有P P、S S、MgMg、K K、CaCa、NaNa、F F微量元微量元素等；无机盐是微生物生长素等；无机盐是微生物生长必不可少必不可少的一类的一类营养物质营养物质,它们在机体中的生理功能主要是作它们在机体中的生理功能主要是作为为酶活性中心的组成部分酶活性中心的组成部分、维持生物大分子维持生物大分子和细胞结构的稳定性和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞的渗调节并维持细胞的渗透压平衡透压平衡、控制细胞的氧化还原电位控制细胞的氧化还原电位和和作为作为某些微生物生长的能源物质某些微生物生长的能

8、源物质等。等。主要元素包括磷、硫、钾、镁、钙、铁等主要元素包括磷、硫、钾、镁、钙、铁等微量元素包括铜、锌、钠、硼、锰、氯、微量元素包括铜、锌、钠、硼、锰、氯、钼、钴、硅等。钼、钴、硅等。在配制培养基时，首选加入磷酸氢二钾和在配制培养基时，首选加入磷酸氢二钾和硫酸镁，基本时可以同时提供硫酸镁，基本时可以同时提供4种需要量种需要量最大的元素。最大的元素。五、生长因子五、生长因子生长因子生长因子通常指那些微生物生长所必需且通常指那些微生物生长所必需且需要需要量很小量很小,而且微生物而且微生物自身不能合成自身不能合成或或合成量不足合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物以满足机体生长需要的有机化合物根

9、据生长因子的化学结构和它们在机体中的生根据生长因子的化学结构和它们在机体中的生理功能的不同理功能的不同,可将生长因子分为维生素可将生长因子分为维生素(vitamin)(vitamin)、氨基酸与嘌呤及嘧啶三大类、氨基酸与嘌呤及嘧啶三大类生长因子可以从酵母膏、玉米浆、麦芽汁、血生长因子可以从酵母膏、玉米浆、麦芽汁、血液或血清中获得液或血清中获得维生素维生素氨基酸类氨基酸类嘌呤、嘧啶及其衍生物嘌呤、嘧啶及其衍生物(碱基碱基)六、水六、水水是细胞维持正常生命活动所必不可少水是细胞维持正常生命活动所必不可少的，一般可占细胞重量的的，一般可占细胞重量的707090%90%。在微生物各种各样的生理活动中必

10、须有在微生物各种各样的生理活动中必须有水参加才能进行。水参加才能进行。水是一种最优良的溶剂，可保证几乎一切生水是一种最优良的溶剂，可保证几乎一切生物化学反应的进行物化学反应的进行水可维持各种生物大分子结构的稳定性，并水可维持各种生物大分子结构的稳定性，并参与某些重要的生物化学反应参与某些重要的生物化学反应水还有许多优良的物理性质，诸如高比热、水还有许多优良的物理性质，诸如高比热、高汽化热、高沸点以及固态时密度小于液态高汽化热、高沸点以及固态时密度小于液态等，都是保证生命活动十分重要的特性等，都是保证生命活动十分重要的特性QUESTION请找出附录中各种培养基中的碳源、氮源、无机盐等。根据微生物

11、对碳源的要求不同，可将其分根据微生物对碳源的要求不同，可将其分为自养菌和异养菌两大营养类型为自养菌和异养菌两大营养类型凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的，凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的，叫叫自养菌自养菌；不能利用无机碳而需要有机碳才能；不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌体内有机碳化物的，为合成菌体内有机碳化物的，为异养菌异养菌根据其生命活动所需能量的来源不同，可根据其生命活动所需能量的来源不同，可分为分为光能营养菌光能营养菌和和化能营养菌化能营养菌。前者是从。前者是从光线中获得能量，后者则从化学物质氧化光线中获得能量，后者则从化学物质氧化中取得能量中取得能量因此，根据微生物所需的碳源

12、和能源因此，根据微生物所需的碳源和能源不同，可将微生物分为不同，可将微生物分为光能自养菌、光能光能自养菌、光能异养菌、化能自养菌、化能异养菌等异养菌、化能自养菌、化能异养菌等四类。四类。光能自养型光能自养型:以光为能源，以以光为能源，以COCO2 2 为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源,不依赖任不依赖任 何有机物即可正常生长何有机物即可正常生长光能异养型光能异养型:以光为能源，但生长需要一定的有机以光为能源，但生长需要一定的有机营养营养 化能自养型化能自养型:以无机物的氧化获得能量，生长不依赖以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物有机营养物化能异养型化能异养型:以有机物的氧化获得能量，生长

13、依赖于以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质有机营养物质光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用作用微生物的营养类型微生物的营养类型 营养类型营养类型 光能自养型光能自养型 二氧化碳二氧化碳 光能光能 蓝细菌蓝细菌 光能异养型光能异养型 有机物有机物 光能光能 红螺细菌红螺细菌 化能自养型化能自养型 二氧化碳二氧化碳 无机物无机物 硫杆菌硫杆菌 化能异养型化能异养型 有机物有机物 有机物有机物 大肠杆菌大肠杆菌 外界环境的营养物质只有被微生物吸收到外界环境的营养物

14、质只有被微生物吸收到细胞内，才能被微生物分解与利用，微生物细胞内，才能被微生物分解与利用，微生物生长过程中产生的一些代谢产物也必须分泌生长过程中产生的一些代谢产物也必须分泌到细胞外，在这两个过程中，细胞膜起着重到细胞外，在这两个过程中，细胞膜起着重要作用。目前一般认为，营养物质主要以要作用。目前一般认为，营养物质主要以单单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位四四种方式通过微生物细胞膜种方式通过微生物细胞膜。指疏水性双分子层细胞膜在无载指疏水性双分子层细胞膜在无载体蛋白参与下，单纯依靠物理扩体蛋白参与下，单纯依靠物理扩散方式让许多小分子、非电离分散方式让许多小

15、分子、非电离分子尤其是亲水性分子被动通过的子尤其是亲水性分子被动通过的一种物质运送方式。一种物质运送方式。扩散驱动力：浓度梯度，不需要扩散驱动力：浓度梯度，不需要外界提供任何形式的能量外界提供任何形式的能量主要有氧、二氧化碳、乙醇和某主要有氧、二氧化碳、乙醇和某些氨基酸分子。些氨基酸分子。二、促进扩散指溶质在运送过程中，必须借助存指溶质在运送过程中，必须借助存在于细胞膜上的底物特异载体蛋白在于细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助，但不消耗能量的一类扩散的协助，但不消耗能量的一类扩散性运送方式。性运送方式。促进扩散与被动扩散的主要区别在促进扩散与被动扩散的主要区别在于通过促进扩散进行跨膜运输的物于通

16、过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助于质需要借助于载体载体(carrier)(carrier)的作用的作用才能进入细胞才能进入细胞.而且每种载体只运输而且每种载体只运输相应的物质相应的物质,具有较高的具有较高的专一性专一性。三、主动运输三、主动运输指一类须提供能量并通过细胞膜指一类须提供能量并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，上特异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方式。入膜内的一种运送方式。ATP ADP +Pi 恢复恢复原构像原构像再循环再循环耗能构像耗能构像 改变改变膜上膜外膜内移位移位结合结合12主动运输特点主动运输特点：

17、1.1.被运送的物质可被运送的物质可逆浓度梯度逆浓度梯度进入进入细胞内细胞内 2.2.要要消耗能量消耗能量，必，必需有能量参加。需有能量参加。3.3.有有膜载体膜载体参加，参加，膜载体发生构型膜载体发生构型变化。变化。4.4.被运送物质不发被运送物质不发生任何变化。生任何变化。运送对象举例：氨基酸、乳糖等糖类，运送对象举例：氨基酸、乳糖等糖类，Na+、Ca2+等无机离子等无机离子四、基团转位指一类既指一类既需特异性载体蛋白需特异性载体蛋白的参的参与，又需与，又需耗能耗能的一种物质运送方的一种物质运送方式，其特点使溶质在运送前后还式，其特点使溶质在运送前后还会发生会发生分子结构的变化分子结构的变

18、化，因此不，因此不同于一般的主动运送。同于一般的主动运送。运送对象举例：葡萄糖、果糖、甘露糖、运送对象举例：葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等。嘌呤、核苷、脂肪酸等。运送机制主要靠磷酸转移酶系统。运送机制主要靠磷酸转移酶系统。运输方式运输方式 浓度浓度载体载体耗能耗能运送分子运送分子发生变化发生变化单纯扩散单纯扩散 高高低低不需要不需要不耗能不耗能不变化不变化促进扩散促进扩散 高高低低需要需要不耗能不耗能不变化不变化主动运输主动运输 低低高高需要需要耗能耗能不变化不变化基团转位基团转位 低低高高需要需要耗能耗能变化变化 培养基培养基是人工配制的适合于不同微生是人工配制的适合于不同微生物

19、生长繁殖或积累代谢产物营养基质。物生长繁殖或积累代谢产物营养基质。根据不同微生物的营根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。养需要配制不同的培养基。2 2注意营养物质的浓度注意营养物质的浓度比和比和C/NC/N比。比。（C/NC/N比是指在微生物培比是指在微生物培养基中所含的碳源中的碳原子摩尔数与养基中所含的碳源中的碳原子摩尔数与氮源中的氮原子的摩尔数之比。）氮源中的氮原子的摩尔数之比。）调节适宜的调节适宜的pHpH值。值。各种微生物的各种微生物的pHpH根据培养微生物的目的决定根据培养微生物的目的决定成分的量。以粗代精，以野代家，以废代成分的量。以粗代精，以野代家，以废代好，以简代繁，以纤

20、代糖，以国代进等等。好，以简代繁，以纤代糖，以国代进等等。6.灭菌处理灭菌处理各种微生物的各种微生物的pHpH微生物种类最低pH值最适pH值最高pH值细菌和放线菌酵母菌霉菌5.02.51.57.08.03.86.03.06.010.08.010.0 1.1.合成培养基：合成培养基：由已知化学药品配成由已知化学药品配成,成分成分和浓度都已完全知道和浓度都已完全知道,每一次配制也基本恒定。每一次配制也基本恒定。这种培养基成分精确，重复性强，多用于实验这种培养基成分精确，重复性强，多用于实验室室,费用较高。费用较高。如：如：2.2.天然培养基天然培养基:化学成分不完全了解或化化学成分不完全了解或化学

21、成分不恒定的天然有机物配制的培养学成分不恒定的天然有机物配制的培养基。如动植物汁液基。如动植物汁液,土壤浸出液土壤浸出液,等配制等配制成培养基。配制方便，经济。成培养基。配制方便，经济。如：如：牛肉膏牛肉膏 瘦牛肉组织浸出汁浓缩而成的膏瘦牛肉组织浸出汁浓缩而成的膏状物质，富含水溶性碳水化合物，有机状物质，富含水溶性碳水化合物，有机氮化合物，维生素，盐等。氮化合物，维生素，盐等。蛋白胨蛋白胨 将肉，酪素或明胶用酸或蛋白酶将肉，酪素或明胶用酸或蛋白酶水解后干燥而成的粉末状物质，富含有水解后干燥而成的粉末状物质，富含有机氮化合物，也含有一些维生素和碳水机氮化合物，也含有一些维生素和碳水化合物。化合物

22、。酵母膏酵母膏 酵母细胞的水溶性提取物浓缩而酵母细胞的水溶性提取物浓缩而成的膏状物质成的膏状物质 ，富含类维生素，也含有，富含类维生素，也含有有机氮化合物和碳水化合物。有机氮化合物和碳水化合物。3.3.半合成培养基半合成培养基:由成分已知的物质和由成分已知的物质和成分未知的天然物质配制而成的培养基成分未知的天然物质配制而成的培养基,如如PDAPDA培养基。培养基。如：如：A.液体培养基液体培养基:配制后不加任何凝固剂。配制后不加任何凝固剂。B.B.半固体培养基半固体培养基:在液体培养基上加进一定在液体培养基上加进一定凝固剂凝固剂,在液体培养基中如加在液体培养基中如加0.5%0.5%琼脂琼脂,可

23、可以用来观察细胞运动的特征以用来观察细胞运动的特征,鉴定菌种鉴定菌种,测测定抗菌素的效价等。定抗菌素的效价等。C.C.固体培养基固体培养基:在液体培养基中加入凝固剂在液体培养基中加入凝固剂(如如1.5-2.0%1.5-2.0%琼脂琼脂)。固体培养基为微生。固体培养基为微生物的生长提供了一个营养表面物的生长提供了一个营养表面,在这个在这个表面生长微生物可形成单个菌落表面生长微生物可形成单个菌落,用于用于微生物的分离微生物的分离,鉴定鉴定,计数。计数。D.D.脱水培养基脱水培养基：指含有除水分以外的一切：指含有除水分以外的一切成分的商品培养基，使用时只要加入适成分的商品培养基，使用时只要加入适量水

24、分并加以灭菌即可，其成分精确且量水分并加以灭菌即可，其成分精确且使用方便。使用方便。常用的凝固剂有琼脂常用的凝固剂有琼脂(agar)(agar)、明胶、明胶(gelatin)(gelatin)和硅胶和硅胶(silica gel)(silica gel)。粘液型菌落菌膜菌沉淀均匀浑浊对照固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基半固体培养基半固体培养基基础培养基：基础培养基：满足一般微生物生长繁殖所需满足一般微生物生长繁殖所需要的营养物质。牛肉膏蛋白胨培养基是最常要的营养物质。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。用的基础培养基。加富培养基加富培养基:在自然界中各种微生物通常是混在自然界中各种微

25、生物通常是混杂在一起的，了解了某一些微生物的营养要杂在一起的，了解了某一些微生物的营养要求，配制适合这种微生物生长而不适合其他求，配制适合这种微生物生长而不适合其他微生物生长的培养基，就达到了从自然界中微生物生长的培养基，就达到了从自然界中分离这种微生物的目的，这种培养基就称为分离这种微生物的目的，这种培养基就称为加富培养基。一般常加入血、血清或动植物加富培养基。一般常加入血、血清或动植物提取液等。提取液等。选择培养基选择培养基:根据不同的微生物对营养根据不同的微生物对营养的特殊要求的特殊要求,或对物理化学条件的抗性或对物理化学条件的抗性而设计的培养基而设计的培养基,利用这一类培养基可利用这一

26、类培养基可以把需要微生物从混杂的其他微生物分以把需要微生物从混杂的其他微生物分离和确定。离和确定。“取其所抗取其所抗”鉴别培养基鉴别培养基:在培养基中加入某种特殊化学在培养基中加入某种特殊化学物质物质,某种微生物在培养基中生长后能产生某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物某种代谢产物,而这种代谢产物可以与培养而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应基中的特殊化学物质发生特定的化学反应,产生明显的特征性变化产生明显的特征性变化,根据这种特征性变根据这种特征性变化化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。可将该种微生物与其他微生物区分开来。最常见的鉴别性培养基是最常见的鉴别

27、性培养基是，即，即EMBEMB培养基。培养基。它在饮用水、牛奶的大肠菌群它在饮用水、牛奶的大肠菌群数等细菌学检查和大肠杆菌的数等细菌学检查和大肠杆菌的遗传学研究工作中有着重要的遗传学研究工作中有着重要的用途。用途。EMB agar contains bile salts and dyes which inhibit growth of gram-positive bacteria.Growth on EMB agar is a useful diagnostic tool to distinguish between lactose fermenters and nonfermenters w

28、hich will appear colorless.第四节 微生物的代谢代谢概述代谢概述一一、代谢类型、代谢类型1、分解代谢（异化作用、异化代谢）、分解代谢（异化作用、异化代谢）指营养物质在分解酶催化下，将细指营养物质在分解酶催化下，将细胞中胞中大分子大分子物质降解成物质降解成小分子小分子物质，并物质，并在此过程在此过程产生能量产生能量。代谢概述代谢概述一一、代谢类型、代谢类型 分解代谢分分解代谢分3个阶段：个阶段：1 将蛋白质、多糖、脂类等将蛋白质、多糖、脂类等大分子大分子营养物质营养物质 降解成降解成aa、单糖及脂肪酸等、单糖及脂肪酸等小分子小分子物质。物质。2 进一步降解成更为简单的进

29、一步降解成更为简单的乙酰辅酶乙酰辅酶A、丙、丙 酮酸酮酸以及能进入以及能进入TCA的某些中间产物。的某些中间产物。3 通过通过TCA循环将第二阶段产物完全降解为循环将第二阶段产物完全降解为 H2OCO2。代谢概述代谢概述一一、代谢类型、代谢类型2、合成代谢（同化作用、同化代谢）、合成代谢（同化作用、同化代谢）指在合成酶催化下，不同的指在合成酶催化下，不同的小分子小分子物质被合成为复杂物质被合成为复杂大分子大分子的过程。在此的过程。在此过程要过程要消耗能量消耗能量，合成代谢生成微生物，合成代谢生成微生物所必需的各种大分子。所必需的各种大分子。代谢概述代谢概述一一、代谢类型、代谢类型3、分解代谢与合成代谢的关系、分解代谢与合成代谢的关系 两者相互联系，共同促进了生物个两者相互联系，共同促进了生物个体的生长繁殖。体的生长繁殖。复杂分子复杂分子 简单分子简单分子 +ATP+ATP+H(还原力还原力)