微生物學-4營養(yǎng)

1、第四章第四章微生物的營養(yǎng)微生物的營養(yǎng)營養(yǎng)物質：環(huán)境中存在的能滿足微生物生長、繁殖和環(huán)境中存在的能滿足微生物生長、繁殖和進行各種生理活動需要的物質。進行各種生理活動需要的物質。生命活動的物質基礎生命活動的物質基礎營養(yǎng)的概念：有機體吸取和利用營養(yǎng)物質的過程。有機體吸取和利用營養(yǎng)物質的過程。生命活動的起點生命活動的起點第一節(jié)第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)要求微生物的營養(yǎng)要求第二節(jié)第二節(jié) 營養(yǎng)物質進入細胞營養(yǎng)物質進入細胞第三節(jié)第三節(jié) 培養(yǎng)基培養(yǎng)基Microbial NutritionMicrobial Nutrition第一節(jié)第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)要求微生物的營養(yǎng)要求一、微生物細胞的化學組成一、微生物細胞的化學組

2、成二、營養(yǎng)物質及其生理功能二、營養(yǎng)物質及其生理功能三、微生物的營養(yǎng)類型三、微生物的營養(yǎng)類型Nutritional Requirements of Microbial Cells 一、一、 微生物細胞的化學組成微生物細胞的化學組成（一）化學元素（一）化學元素(chemical element):(chemical element):大量元素大量元素( (macroelementmacroelement) ): :碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵鐵（其中前六種占細菌細胞干重的其中前六種占細菌細胞干重的97%97%）。）。微量元素微量元素( (trace e

3、lement):trace element): 鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳鎢、鎳 、硼。、硼。 元素元素 細菌細菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 碳碳 50 49.8 47.9 氮氮 15 12.4 5.2 氫氫 8 6.7 6.7 氧氧 20 31.1 40.2 磷磷 3 硫硫 1 表表41 微生物細胞中幾種主要元素的含量（干重）微生物細胞中幾種主要元素的含量（干重）（二）元素在細胞內存在形式：（二）元素在細胞內存在形式：1 1有機物：蛋白質、糖、脂類、核酸、有機物：蛋白質、糖、脂類、核酸、 維生素及其降解產物維生素及其降解產物. . 2 2無機物：無機

4、物：1)1)參與有機物組成，參與有機物組成， 2) 2)單獨存在于細胞質內以無機鹽的形式存在單獨存在于細胞質內以無機鹽的形式存在. . 3 3、水：占細胞總重、水：占細胞總重70%70%90%90%，以游離水和結合水兩種形式存在，以游離水和結合水兩種形式存在 游離水：干重法可測得；游離水：干重法可測得； 結合水：不易蒸發(fā)、不凍結、也不能滲透結合水：不易蒸發(fā)、不凍結、也不能滲透, , 占水總量的占水總量的17%17%28% 28% 。 （三）微生物細胞化學組成含量的變化（三）微生物細胞化學組成含量的變化 主要成分主要成分 細菌細菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 7585 7080 8590（

5、占細胞鮮重的（占細胞鮮重的%） 蛋白質蛋白質 5080 3275 1415 占占 細細 碳水化合物碳水化合物 1228 2763 740 胞胞 干干 脂肪脂肪 520 215 440 重重 的的 核酸核酸 1020 6 8 1 % 無機鹽無機鹽 230 3.87 612表表42 微生物細胞的化學組成微生物細胞的化學組成此組成可因菌種的種類、菌齡、培養(yǎng)基組成、培此組成可因菌種的種類、菌齡、培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)條件、分析方法等而有所不同養(yǎng)條件、分析方法等而有所不同。水水碳源碳源氮源氮源能源能源無機鹽無機鹽生長因子生長因子營養(yǎng)物質的功能：營養(yǎng)物質的功能： 提供能量；提供能量； 提供合成原料；提供合成原料

6、； 調節(jié)代謝活動進行；調節(jié)代謝活動進行； 提供適宜代謝環(huán)境；提供適宜代謝環(huán)境；1.水水功能：功能：起到溶劑與運輸介質的作用；起到溶劑與運輸介質的作用；參與細胞內一系列化學反應；參與細胞內一系列化學反應；維持蛋白質、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構象；維持蛋白質、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構象；通過水合作用與脫水作用控制由多亞基組成的結構通過水合作用與脫水作用控制由多亞基組成的結構熱的良好導體；熱的良好導體；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%存在形式：存在形式： 結合水和游離水結合水和游離水

7、. 不同細胞及結構中游離水的含量有較大差別：不同細胞及結構中游離水的含量有較大差別：微生物對水的需要程度（水對微生物生長的影響）微生物對水的需要程度（水對微生物生長的影響）常用環(huán)境（或基質）中的常用環(huán)境（或基質）中的水活度值（水活度值（water activity, w）表示。所謂表示。所謂 w就是水的有效濃度。就是水的有效濃度。定義：水活度為在一定的溫度條件下，溶液的蒸汽定義：水活度為在一定的溫度條件下，溶液的蒸汽壓（材料上部壓（材料上部蒸氣相中蒸氣相中水濃度）與純水的蒸汽壓（即水濃度）與純水的蒸汽壓（即純水上部蒸氣相中水濃度）之比，純水上部蒸氣相中水濃度）之比， 即：即： w= / o 表

8、示溶液的蒸汽壓表示溶液的蒸汽壓 o表示純水的蒸汽壓表示純水的蒸汽壓在在 w為為0.600.99的環(huán)境條件均有微生物生長，但對某種微生的環(huán)境條件均有微生物生長，但對某種微生物而言，它對物而言，它對 w的要求是一定的，微生物對水的需求有相當的的要求是一定的，微生物對水的需求有相當的變化程度。即微生物不同，其變化程度。即微生物不同，其生長的最適生長的最適 w亦不同。亦不同。表表4-7 幾類微生物生長最適幾類微生物生長最適 w 微生物微生物 w一般細菌一般細菌 0.91酵母菌酵母菌 0.88霉菌霉菌 0.80噬鹽細菌噬鹽細菌 0.70噬鹽真菌噬鹽真菌 0.65嗜高滲酵母嗜高滲酵母 0.60為了表示微生

9、物生長與水的關系，有時也常用為了表示微生物生長與水的關系，有時也常用相對濕度相對濕度（RH) 的概念（的概念（ w 100= RH ）；通常也用測定蒸氣相中）；通常也用測定蒸氣相中相對濕度的方法得知溶液或物質的水活度。相對濕度的方法得知溶液或物質的水活度。 定義：凡可被用來構成細胞物質或代謝產定義：凡可被用來構成細胞物質或代謝產物中碳素來源的營養(yǎng)物質。物中碳素來源的營養(yǎng)物質。 功能：提供合成細胞物質的原料功能：提供合成細胞物質的原料; ; 為生理活動提供能源（異養(yǎng)微生物）。為生理活動提供能源（異養(yǎng)微生物）。 類類型型元素水平元素水平 化合物水平化合物水平 培養(yǎng)基原料水平培養(yǎng)基原料水平有有機機碳

10、碳CHONX復雜蛋白質、核酸等復雜蛋白質、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生餅牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等粉等CHON多數氨基酸、簡單蛋白多數氨基酸、簡單蛋白質等質等一般氨基酸、明膠等一般氨基酸、明膠等CHO糖、有機酸、醇、脂類糖、有機酸、醇、脂類等等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等糖蜜等CH烴類烴類天然氣、石油及其不同餾天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等份、石蠟油等無無機機碳碳C(?)COCO2CO2COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、等等表表4-4 微生物的碳源譜微生物的碳源譜類型類型有機碳有機碳無機碳無機碳異養(yǎng)微生物異養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物微生物工業(yè)發(fā)酵中用做碳

11、源的原料：微生物工業(yè)發(fā)酵中用做碳源的原料：傳統(tǒng)種類：糖類（單糖，飴糖）傳統(tǒng)種類：糖類（單糖，飴糖）淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物淀粉等）淀粉等）麩皮麩皮各種米糠等各種米糠等代糧發(fā)酵：纖維素、石油、代糧發(fā)酵：纖維素、石油、CO2、H2定義定義：凡用來構成菌體物質或代謝產物中氮素來源的營養(yǎng)源。：凡用來構成菌體物質或代謝產物中氮素來源的營養(yǎng)源。功能：功能： 1 1）提供合成細胞中含氮物，如蛋白質、核酸，以及含氮代謝）提供合成細胞中含氮物，如蛋白質、核酸，以及含氮代謝物等的原料；物等的原料； 2 2）少數細菌可以）少數細菌可以銨鹽、硝酸鹽等銨鹽、硝酸鹽等氮源為能源。氮源為

12、能源。3.3.氮源氮源（Nitrogen source Nitrogen source ）：類類型型 元素水平元素水平化合物水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平培養(yǎng)基原料水平有有機機氮氮NCHOX復雜蛋白質、核酸等復雜蛋白質、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等粉、蠶蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、簡單蛋白尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質等質等尿素、蛋白胨、明膠等尿素、蛋白胨、明膠等無無機機氮氮NHNH3、銨鹽等銨鹽等(NH4)2SO4等等NO硝酸鹽等硝酸鹽等KNO3等等NN2空氣空氣表表 45 微生物的氮源譜微生物的氮源譜類型類型固氮微生物固氮微生物氨基酸異養(yǎng)微生物氨基酸異養(yǎng)微生物

13、氨基酸自養(yǎng)微生物氨基酸自養(yǎng)微生物 實驗室常用的無機氮源實驗室常用的無機氮源有有碳酸銨、硝酸鹽、硫碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。酸銨、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生產上常用的氮源生產上常用的氮源有硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨有硝酸鹽、銨鹽、尿素、氨以及蛋白含量較高的魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生以及蛋白含量較高的魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿等。餅份、玉米漿等。 4.能源能源能源：能為微生物的生命活動提供最初能量來源營養(yǎng)能源：能為微生物的生命活動提供最初能量來源營養(yǎng)物或輻射能物或輻射能能源譜能源譜化學物質化學物質輻射能輻射能化能異養(yǎng)微生物的能源化能異養(yǎng)微生物的能源

14、有機物有機物無機物無機物化能自養(yǎng)微生物的能源化能自養(yǎng)微生物的能源光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源5 .5 .無機鹽（無機鹽（inorganic saltinorganic salt）大量元素：大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe （微生物生長所需（微生物生長所需濃度在濃度在10-310-4mol/L）微量元素：微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co （微生物生長所需濃度在（微生物生長所需濃度在10-610-8mol/L） 一般微生物生長所需要的無機鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、一般微生物生長所需要的無機鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素的化

15、合物。氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素的化合物。無機鹽的生理功能：無機鹽的生理功能：參與微生物中氨基酸和酶的組成；參與微生物中氨基酸和酶的組成；調節(jié)微生物的原生質膠體狀態(tài)，維持調節(jié)微生物的原生質膠體狀態(tài)，維持細胞的滲透與平衡細胞的滲透與平衡酶的激活劑。酶的激活劑。作用作用6.6.生長因子（生長因子（growth factorgrowth factor）：）：定義定義:是一類對微生物正常生活所不可缺少而需要量又不是一類對微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能合成大，但微生物自身不能合成,需要額外加入的有機物質。需要額外加入的有機物質。包括：包括：維生素維生素氨基酸氨基酸其

16、它：核苷；肌醇；膽堿等其它：核苷；肌醇；膽堿等根據微生物對生長因子的需要存在差異根據微生物對生長因子的需要存在差異，可分為：可分為：1. 野生型野生型(wild type) 原養(yǎng)型原養(yǎng)型 不需要生長因子不需要生長因子而能在基礎培養(yǎng)基上生長的菌株。而能在基礎培養(yǎng)基上生長的菌株。2. 營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型(auxotroph) 由于自發(fā)或誘發(fā)突變等原因從野生型菌株產生的需由于自發(fā)或誘發(fā)突變等原因從野生型菌株產生的需要提供特定生長素物質才能生長的菌株。要提供特定生長素物質才能生長的菌株。3. 生長因子過量合成型生長因子過量合成型三、微生物的營養(yǎng)類型三、微生物的營養(yǎng)類型異養(yǎng)型生物異養(yǎng)型生物自養(yǎng)型生物自

17、養(yǎng)型生物生長所需要的營養(yǎng)物質生長所需要的營養(yǎng)物質生物生長過程中能量的來源生物生長過程中能量的來源光能營養(yǎng)型光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型劃劃分分依依據據 營營養(yǎng)養(yǎng)類類型型 特特點點碳碳源源 自自養(yǎng)養(yǎng)型型(autotrophs) 以以CO2 為為唯唯一一或或主主要要碳碳源源 異異養(yǎng)養(yǎng)型型(heterotrophs) 以以有有機機物物為為碳碳源源能能源源 光光能能營營養(yǎng)養(yǎng)型型(phototrophs) 以以光光為為能能源源 化化能能營營養(yǎng)養(yǎng)型型(chemotrophs) 以以有有機機物物氧氧化化釋釋放放的的化化學學能能為為能能源源電電子子供供體體 無無機機營營養(yǎng)養(yǎng)型型(lithotrophs) 以

18、以還還原原性性無無機機物物為為電電子子供供體體 有有機機營營養(yǎng)養(yǎng)型型(organotrophs) 以以有有機機物物為為電電子子供供體體按能量來源分 根據微生物生長所需碳源物質的性質分 根據生物合成中供氫體的性質分根據碳源、能源及電子供體性質的不同根據碳源、能源及電子供體性質的不同，可將微生物分為：可將微生物分為：光能無機自養(yǎng)型光能無機自養(yǎng)型(photolithoautotrphy)光能有機異養(yǎng)型光能有機異養(yǎng)型(photoorganoheterotrphy)化能無機自養(yǎng)型化能無機自養(yǎng)型(chemolithoautotrphy)化能有機自養(yǎng)型化能有機自養(yǎng)型(chemoorganoheterotro

19、phy)主要類群：藻類、紫硫細菌、綠硫細菌、藍細菌等主要類群：紫色非硫細菌、紅螺菌主要類群：硫氧化細菌、硝化細菌、氫細菌、鐵細菌真菌、大多數非光合作用的細菌1 1光能無機自養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）光能無機自養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）能以能以CO2為主要唯一或主要碳源；為主要唯一或主要碳源；進行光合作用獲取生長所需要的能量；進行光合作用獲取生長所需要的能量；以無機物如以無機物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，等作為供氫體或電子供體，使使CO2還原為細胞物質；還原為細胞物質；例如，藻類及藍細菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），例如，藻類及藍細菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進行產氧型的光

20、合作用，合成細胞物質。而紅硫細菌，以進行產氧型的光合作用，合成細胞物質。而紅硫細菌，以H2S為為電子供體，產生細胞物質，并伴隨硫元素的產生。電子供體，產生細胞物質，并伴隨硫元素的產生。CO2+ + 2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O + 2S+ + 2S+ H2O2 2光能有機異養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）光能有機異養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）不能以不能以CO2為主要或唯一的碳源；為主要或唯一的碳源；以有機物作為供氫體，利用光能將以有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細胞物質；還原為細胞物質；在生長時大多數需要外源的生長因子；在生長時大多數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

21、供氫體，將例如，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，同時積累丙酮。還原成細胞物質，同時積累丙酮。CHOH +CHOH + CO2H H3 3C CH H3 3C C2光能光能光合色素光合色素2 2 CHCH3 3C0CHC0CH3 3 + + CH2O + + H2O3 3化能無機自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）化能無機自養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）生長所需要的能量來自無機物氧化過程中放出的化學能；生長所需要的能量來自無機物氧化過程中放出的化學能；以以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長時，利用或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長時，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或或NONO2

22、 2- -等作為電子供體使等作為電子供體使CO2還原還原成細胞物質。成細胞物質。化能無機自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無機及無化能無機自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無機及無光的環(huán)境中生長。它們廣泛分布于土壤及水環(huán)境中光的環(huán)境中生長。它們廣泛分布于土壤及水環(huán)境中, ,參參與地球物質循環(huán)；與地球物質循環(huán)；4 4化能有機異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）化能有機異養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）生長所需要的能量均來自有機物氧化過程中放出的化學能；生長所需要的能量均來自有機物氧化過程中放出的化學能；生長所需要的碳源主要是一些有機化合物，如淀粉、生長所需要的碳源主要是一些有機化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等。糖類、纖維素

23、、有機酸等。有機物通常既是碳源也是能源；有機物通常既是碳源也是能源；大多數細菌、真菌、原生動物都是化能有機異養(yǎng)型微生物；大多數細菌、真菌、原生動物都是化能有機異養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能有機異養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能有機異養(yǎng)型微生物；根據利用有機物的特性分： 腐生菌；利用無生命的有機物為生長碳源。 寄生菌：從寄主體內獲得生長所需的營養(yǎng)物質。 兼性菌：既可腐生又可營寄生生活的微生物。不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對異養(yǎng)型微生物并非絕對不能利用異養(yǎng)型微生物并非絕對不能利用CO2；自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機物進行生長；自養(yǎng)型微生物也并非不能利用有機物

24、進行生長；有些微生物在不同生長條件下生長時有些微生物在不同生長條件下生長時,其營養(yǎng)類型也會發(fā)生改變；其營養(yǎng)類型也會發(fā)生改變；例如紫色非硫細菌例如紫色非硫細菌(purple nonsulphur bacteria)：沒有有機物時，同化沒有有機物時，同化CO2， 為為自養(yǎng)型微生物；自養(yǎng)型微生物；有機物存在時，利用有機物進行生長，為有機物存在時，利用有機物進行生長，為異養(yǎng)型微生物異養(yǎng)型微生物；光照和厭氧條件下，利用光能生長，為光照和厭氧條件下，利用光能生長，為光能營養(yǎng)型微生物；光能營養(yǎng)型微生物；黑暗與好氧條件下，依靠有機物氧化產生的化學能生長，為黑暗與好氧條件下，依靠有機物氧化產生的化學能生長，為化

25、能營養(yǎng)型微生化能營養(yǎng)型微生物物微生物營養(yǎng)類型的可變性無疑有利于提高其對環(huán)境條件變化的適應能力微生物營養(yǎng)類型的可變性無疑有利于提高其對環(huán)境條件變化的適應能力第二節(jié)營養(yǎng)物質進入細胞的方式第二節(jié)營養(yǎng)物質進入細胞的方式營養(yǎng)物質能否進入細胞取決于三個方面的因素：營養(yǎng)物質能否進入細胞取決于三個方面的因素：營養(yǎng)物質本身的性質（相對分子量、質量、溶解性、營養(yǎng)物質本身的性質（相對分子量、質量、溶解性、電負性等電負性等微生物所處的環(huán)境（溫度、微生物所處的環(huán)境（溫度、PHPH等）；等）；微生物細胞的透過屏障（原生質膜、細胞壁、莢微生物細胞的透過屏障（原生質膜、細胞壁、莢膜等）。膜等）。根據物質運輸過程的特點根據物質

26、運輸過程的特點，可將物質的運輸方式分為可將物質的運輸方式分為單純擴散單純擴散促進擴散促進擴散主動運輸主動運輸穿膜運輸穿膜運輸膜泡運輸膜泡運輸基團轉位基團轉位一單純擴散一單純擴散被輸送的物質，靠細胞內外濃度為動力，以透析被輸送的物質，靠細胞內外濃度為動力，以透析或擴散的形式從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的擴散?；驍U散的形式從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的擴散。特點特點沒有發(fā)生反應；沒有發(fā)生反應；不耗能；順濃度差；不耗能；順濃度差；不需載體；不需載體；運輸速率較慢運輸速率較慢水是唯一可以通過擴散自由通過原生質膜的分子，水是唯一可以通過擴散自由通過原生質膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些氣體（脂肪酸、乙醇、甘油、一些氣

27、體（O2O2、CO2CO2）及某些及某些氨基酸在一定程度上也可通過自由擴散進出細胞。氨基酸在一定程度上也可通過自由擴散進出細胞。 二促進擴散二促進擴散特特點點不消耗能量；順濃度梯度；不消耗能量；順濃度梯度；不發(fā)生變化不發(fā)生變化需要載體參與需要載體參與運輸速率提高，飽和效應運輸速率提高，飽和效應定義：營養(yǎng)物通過與細胞膜上載體蛋白的可定義：營養(yǎng)物通過與細胞膜上載體蛋白的可逆性結合從高濃度環(huán)境進入低濃度環(huán)境的傳逆性結合從高濃度環(huán)境進入低濃度環(huán)境的傳遞過程。遞過程。 通過促進擴散進入細胞的營養(yǎng)物質主要有氨基酸通過促進擴散進入細胞的營養(yǎng)物質主要有氨基酸、單糖、維生素及無機鹽等。、單糖、維生素及無機鹽等。

28、一般微生物通過專一的載體蛋白運輸相應的物一般微生物通過專一的載體蛋白運輸相應的物質，但也有微生物對同一物質的運輸由一種以上的載質，但也有微生物對同一物質的運輸由一種以上的載體蛋白來完成。體蛋白來完成。 or active ansport 三主動運輸三主動運輸它的重要特點是物質運輸過程中它的重要特點是物質運輸過程中需要消耗能量和載體，需要消耗能量和載體，而且可以進行逆濃度運輸而且可以進行逆濃度運輸。定義：在代謝能的推動下，通過膜上特殊載體定義：在代謝能的推動下，通過膜上特殊載體蛋白消耗代謝能量逆濃度梯度吸收營養(yǎng)物質的過程。蛋白消耗代謝能量逆濃度梯度吸收營養(yǎng)物質的過程。Na+-K+-ATPase是

29、是存在于原生質膜上的一種重要存在于原生質膜上的一種重要離子通道蛋白離子通道蛋白功能功能: 利用利用ATP能量將能量將Na+由細胞內由細胞內“泵泵”出胞外出胞外,并將并將K+“泵泵”入胞內。入胞內。 維持維持“高鉀低鈉高鉀低鈉”作用步驟作用步驟:1. ATP酶酶(E)在細胞內側與在細胞內側與3個個Na+結合結合,同時消耗能量同時消耗能量;2. 磷酸化磷酸化ATP酶酶(E+)構象變化將構象變化將Na+排除胞外排除胞外,并與并與2個個K+ 結合結合;3. K+激發(fā)激發(fā)E+脫磷酸化恢復為脫磷酸化恢復為E, 同時將同時將K+運入細胞運入細胞.該酶由大小兩個亞基組成該酶由大小兩個亞基組成e.g.：磷酸烯醇

30、式丙酮酸：磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖轉移酶運輸系統(tǒng)（磷酸糖轉移酶運輸系統(tǒng)（PTS）PTS 通常由五種蛋白質組成，包括通常由五種蛋白質組成，包括:酶酶I、酶酶II（a、b、c三三亞基）和熱穩(wěn)定蛋白質（亞基）和熱穩(wěn)定蛋白質（HPr）反應式：反應式：四基團轉位四基團轉位基團轉位是另一種類型的主動運輸，它與主動運輸方式的基團轉位是另一種類型的主動運輸，它與主動運輸方式的不同之處在于它有一個復雜的運輸系統(tǒng)來完成物質的運輸，而不同之處在于它有一個復雜的運輸系統(tǒng)來完成物質的運輸，而物質在運輸過程中發(fā)生化學變化。物質在運輸過程中發(fā)生化學變化。 E1PEP-P + HPr HPr-p + 丙酮酸丙酮酸 E2P -

31、 HPr +糖糖糖糖-P +HPr在酶在酶的作用的作用下下HPr被激活被激活在酶在酶的作用下的作用下P-HPr將將磷酸轉移給糖磷酸轉移給糖四種運輸營養(yǎng)物質方式的比較四種運輸營養(yǎng)物質方式的比較比較項目比較項目單純擴散單純擴散 促進擴散促進擴散主動運輸主動運輸基團轉位基團轉位特異載體蛋白特異載體蛋白運輸速度運輸速度物質運輸方向物質運輸方向胞內外濃度胞內外濃度運輸分子運輸分子能量消耗能量消耗運輸后物質的結構運輸后物質的結構無無慢慢由濃至稀由濃至稀相等相等無特異性無特異性不需要不需要不變不變有有快快由濃至稀由濃至稀相等相等特異性特異性不需要不需要不變不變有有快快由稀至濃由稀至濃胞內濃度高胞內濃度高特異

32、性特異性需要需要不變不變有有快快由稀至濃由稀至濃胞內濃度高胞內濃度高特異性特異性需要需要改變改變膜泡運輸膜泡運輸 第三節(jié)培養(yǎng)基第三節(jié)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生代培養(yǎng)基是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產生代謝產物的營養(yǎng)基質。謝產物的營養(yǎng)基質。培養(yǎng)基幾乎是一切對微生物進行研究和利用工作的基礎培養(yǎng)基幾乎是一切對微生物進行研究和利用工作的基礎任何培養(yǎng)基都應該具備微生物生長所需要六大營養(yǎng)要素：任何培養(yǎng)基都應該具備微生物生長所需要六大營養(yǎng)要素：碳源、氮源、無機鹽、能源、生長因子、水碳源、氮源、無機鹽、能源、生長因子、水任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進行滅菌處理任何培養(yǎng)基一旦配成，必

33、須立即進行滅菌處理；常規(guī)高壓蒸汽滅菌：常規(guī)高壓蒸汽滅菌： 1.05kg/cm2,121.315-30分鐘；分鐘；0.56kg/cm2,112.615-30分鐘分鐘一、選用和設計培養(yǎng)基的原則和方法一、選用和設計培養(yǎng)基的原則和方法目的明確目的明確營養(yǎng)協調營養(yǎng)協調理化適宜理化適宜經濟節(jié)約經濟節(jié)約1.目的明確目的明確根據不同的微生物的營養(yǎng)要求配制針對強的培養(yǎng)基。根據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：培養(yǎng)化能自養(yǎng)型的氧化硫桿菌的培養(yǎng)基組成為：S S 10g 10g MgSOMgSO4 4.7H.7H2 2O O 0.5g 0.5g （NHNH4 4) )

34、2 2SOSO4 4 0.4g 0.4g FeSOFeSO4 4 0.01g 0.01g KHKH2 2POPO4 4 4g 4g CaClCaCl2 2 0.25g 0.25g H H2 2O O 1000ml1000ml培養(yǎng)化能異養(yǎng)的大腸桿菌培養(yǎng)化能異養(yǎng)的大腸桿菌LBLB培養(yǎng)基：培養(yǎng)基：蛋白胨蛋白胨1 1酵母膏酵母膏0.5%0.5%NaClNaCl1 1pHpH7.07.0常見的培養(yǎng)四大類微生物的培養(yǎng)基常見的培養(yǎng)四大類微生物的培養(yǎng)基細菌（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）：細菌（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）：牛肉膏牛肉膏 3 3g g 蛋白胨蛋白胨 10 10g g NaClNaCl 5g H 5g H2 2O

35、 O 1000ml1000ml放線菌（高氏放線菌（高氏1 1號）號）淀粉淀粉 20 20g K2HPO4 0.5g g K2HPO4 0.5g NaClNaCl 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g KNO3 1g FeSO4 0.01g H2O 1000ml0.5g KNO3 1g FeSO4 0.01g H2O 1000ml酵母菌酵母菌( (麥芽汁培養(yǎng)基麥芽汁培養(yǎng)基) )干麥芽粉加四倍水，在干麥芽粉加四倍水，在50-6050-60保溫糖化保溫糖化3-43-4小時，用碘液小時，用碘液試驗檢查至糖化完全為止，調整糖液濃度為試驗檢查至糖化完全為止，調整糖液濃度

36、為1010。巴林，煮沸。巴林，煮沸后，沙布過濾，調后，沙布過濾，調PHPH為為6.06.0。霉菌（查氏合成培養(yǎng)基）霉菌（查氏合成培養(yǎng)基）N a N O 3 3 g K 2 H P O 4 1 g N a N O 3 3 g K 2 H P O 4 1 g K C lK C l 0 . 5 g 0 . 5 g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g 蔗糖蔗糖 30 30g H2O g H2O 1000ml1000ml2.營養(yǎng)協調營養(yǎng)協調濃度合適：濃度過低時不能滿足微生物正常生長所需，濃度濃度合適：濃度過低時不能滿足微生物正常生長

37、所需，濃度過高時則可能對微生物生長起抑制作用。過高時則可能對微生物生長起抑制作用。配比合適：直接影響微生物的生長繁殖和代謝產物的形配比合適：直接影響微生物的生長繁殖和代謝產物的形成和積累，其中碳氮比（成和積累，其中碳氮比（C/N）的影響較大。的影響較大。碳氮比指培養(yǎng)基中碳元素與氮元素的物質的量比值，有時也碳氮比指培養(yǎng)基中碳元素與氮元素的物質的量比值，有時也指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白之比。指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白之比。例如，在利用微生物發(fā)酵生產谷氨酸的過程中，培例如，在利用微生物發(fā)酵生產谷氨酸的過程中，培養(yǎng)基碳氮比為養(yǎng)基碳氮比為4/1時，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；時，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；當培

38、養(yǎng)基碳氮比為當培養(yǎng)基碳氮比為3/1時，菌體繁殖受到抑制，谷氨時，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產量則大量增加。酸產量則大量增加。3.理化適宜理化適宜pH水活度水活度氧化還原電位氧化還原電位a. pH通常培養(yǎng)條件：通常培養(yǎng)條件：細菌與放線菌：細菌與放線菌：pH77.5酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.56范圍內生長范圍內生長為了維持培養(yǎng)基為了維持培養(yǎng)基pH的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，或在進行工業(yè)發(fā)酵時補加酸、堿。緩沖劑，或在進行工業(yè)發(fā)酵時補加酸、堿。磷酸緩沖液：磷酸緩沖液：pH值從值從6.07.6之間之間K2HPO4+HCl KH2PO4+KClKH2PO

39、4+KOH K2HPO4+H2O加入加入CaCO3(備用堿）：備用堿）：CO32 HCO3 H2CO3 CO2+H2O+H+H+H+H滲透壓等滲溶液 適宜微生物生長高滲溶液 細胞發(fā)生質壁分離低滲溶液 細胞吸水膨脹，直至破裂大多數微生物適合在等滲的環(huán)境下生長，而有的菌如大多數微生物適合在等滲的環(huán)境下生長，而有的菌如Staphylococcus aureus則能在則能在3mol/L NaCl的高滲溶的高滲溶液中生長。能在高鹽環(huán)境（液中生長。能在高鹽環(huán)境（2.86.2/L NaCl）生長的生長的微生物常被稱為微生物常被稱為嗜鹽微生物（嗜鹽微生物（Halophiles）。aw：水分活度（水分活度（wa

40、ter activity）各種微生物生長的水分活度：各種微生物生長的水分活度：0.60.99之間之間aw=PP0細菌細菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌微生物微生物生長的生長的最低最低aw一般：一般：0.900.98嗜鹽菌：嗜鹽菌：0.75（約（約5.5mol/LNaCl）一般一般 ：0.870.91高滲酵母：高滲酵母：0.610.65（飽和蔗糖液）飽和蔗糖液）Saccharomyces rouxii(魯氏酵母魯氏酵母)：0.60一般：一般：0.800.87耐旱菌：耐旱菌：0.650.75Xeromyces bisporus（雙孢旱霉）：雙孢旱霉）：0.60c. 氧化還原電位氧化還原電位氧化還原電位又稱氧

41、化還原電勢（氧化還原電位又稱氧化還原電勢（redox potential），），是度量是度量某氧化還原系統(tǒng)中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢某氧化還原系統(tǒng)中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢的一種指標，其單位是的一種指標，其單位是V（伏）或伏）或mV（毫伏）。毫伏）。不同類型微生物生長對氧化還原電位的要求不同不同類型微生物生長對氧化還原電位的要求不同好氧性微生物：好氧性微生物：+0.1+0.1伏以上時可正常生長伏以上時可正常生長, ,以以+0.3+0.3+0.4+0.4伏為宜；伏為宜；厭氧性微生物：低于厭氧性微生物：低于+0.1+0.1伏條件下生長；伏條件下生長；兼性厭氧微生物：兼性厭氧

42、微生物：+0.1+0.1伏以上時進行好氧呼吸伏以上時進行好氧呼吸, , +0.1 +0.1伏以下時進行發(fā)酵。伏以下時進行發(fā)酵。4. 經濟節(jié)約經濟節(jié)約以粗代精以粗代精以野代家以野代家以廢代好以廢代好以國代進以國代進以簡代繁以簡代繁以氮代朊以氮代朊以烴代糧以烴代糧以纖代糖以纖代糖二、培養(yǎng)基的類型及應用二、培養(yǎng)基的類型及應用培養(yǎng)基種類繁多，根據其成分、物理狀態(tài)和用培養(yǎng)基種類繁多，根據其成分、物理狀態(tài)和用途可將培養(yǎng)分成多種類型。途可將培養(yǎng)分成多種類型。按成分不同劃分按成分不同劃分天然培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基含用化學成分還不清楚或化含用化學成分還不清楚或化學成分不恒定的天然有機物學成分不恒定的天然有機物牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽汁培養(yǎng)基汁培養(yǎng)基化學成分完全了解的物質配化學成分完全了解的物質配制而成的培養(yǎng)基制而成的培養(yǎng)基高氏高氏