第三章微生物與營養(yǎng)

第三章微生物生長、營養(yǎng)與代謝第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型第二節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機制第三節(jié)培養(yǎng)基第四節(jié)微生物代謝第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型一、微生物營養(yǎng)物質(zhì)及其功能水微生物營養(yǎng)物質(zhì)碳源化合物氮源化合物礦質(zhì)元素生長因子在自然或?qū)嶒炇胰斯l件下，可供微生物生長、繁殖和進行各種生理活動所需要的物質(zhì)（nutrient）第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型一、微生物營養(yǎng)物質(zhì)及其功能1、碳源：細胞干重的50%。無機物有機物微生物可以利用的碳源種類微生物細胞中碳的功能：（2）大多數(shù)微生物的能源物質(zhì)（1）構(gòu)成微生物體有機分子的骨架第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型一、微生物營養(yǎng)物質(zhì)及其功能甲烷氧化菌：甲烷、甲醇不同的微生物利用碳素的情況：洋蔥假單胞菌：九十多種碳素化合物纖維素分解菌（部分）：只利用纖維素第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型分子氮N2（固氮菌、根瘤菌、少數(shù)放線菌和光合細菌、藍細菌）無機氮NH4＋、NO3－、NO2－（多數(shù)微生物）有機氮蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸（多數(shù)微生物）牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母高、玉米漿、餅粕2、氮源氮素化合物的功能：構(gòu)成細胞物質(zhì)，少數(shù)微生物的能源物質(zhì)。第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型一、微生物營養(yǎng)物質(zhì)及其功能3、礦物質(zhì)元素

必要的金屬元素P、S、Fe、Mg、K、Ca(大量元素)Mn、Cu、Zn、（微量元素）礦物質(zhì)元素（無機鹽）作用：1、構(gòu)成細胞的組成成分2、維持酶活性3、調(diào)節(jié)滲透壓第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型酶簡單蛋白結(jié)合蛋白=蛋白+輔助因子輔酶(與酶結(jié)合松馳)輔基(與酶結(jié)合牢固)一、微生物營養(yǎng)物質(zhì)及其功能4、生長因子：是指微生物生長必需的，但本身不能合成，需要從外界吸收的且需要量又很少的有機物質(zhì)。生長因子分類：氨基酸

核苷維生素生長因子功能：構(gòu)成酶的輔基或輔酶第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型一、微生物營養(yǎng)物質(zhì)及其功能有關(guān)生長因子的注意點：（1）不同的微生物，它們生長所需要的生長因子各不相同克氏桿菌生物素、對氨基苯甲酸腸膜明串珠菌十七種氨基酸（2）微生物生長需要的生長因子會隨著外界條件的變化而變化毛霉：

厭氧：需維生素B與生物素好氧：無需生長因子（3）生長因子未知微生物的培養(yǎng)加入天然成分酵母膏、牛肉膏或動物、植物的組織液第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型一、微生物營養(yǎng)物質(zhì)及其功能5、水分

水分在微生物生長代謝中的功能：a.機體內(nèi)生理生化反應(yīng)的基礎(chǔ)b.溶劑與運輸介質(zhì)c.細胞內(nèi)溫度的緩沖劑作用微生物水分含量：營養(yǎng)細胞90%，孢子40%。第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型一、微生物營養(yǎng)物質(zhì)及其功能微生物的生長必需水，但結(jié)合在分子內(nèi)的水不能被微生物利用，只有游離的水才能被利用。水的活度指在一定溫度和壓力下，表示能被微生物利用的實際含水量，為物質(zhì)中水分含量的活性部分或者說自由水。水的活度（Aw）：一定溫度和壓力條件下，溶液中水的蒸汽壓力與同樣條件(T)下純水蒸汽壓力之比。定義公式是：aw=Pw/P0wPw:溶液中水的蒸汽壓；P0w:純水的蒸汽壓溶液充分稀釋時aw=Pw/P0w=n1/（n2+n1）

(n1為溶劑的摩爾數(shù)，n2為溶質(zhì)摩爾數(shù))水活性與微生物生長水活性值微生物1.00-0.91多數(shù)細菌0.91-0.87多數(shù)酵母菌0.87-0.80多數(shù)霉菌0.80-0.75多數(shù)嗜鹽細菌0.75-0.65干性霉菌0.65-0.60耐滲透壓酵母菌

微生物所需要的水活度越高，在干燥的環(huán)境下就越不容易生長。所以在食品、藥品保質(zhì)等研究中十分重要。例如：水活性值為0.81的蛋糕，其保質(zhì)期為21℃時24天。如果水活性提高到0.85，這些指標(biāo)將降低為21℃時12天。這表明是水活性值決定了微生物生長率。

第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型二、微生物的營養(yǎng)類型

1、光能自養(yǎng)型（光能無機營養(yǎng)型）能夠利用光能并以CO2作為唯一或主要碳源進行生長的微生物。基本特點：B、供氫體：還原性無機物，還原CO2A、光合色素（葉綠素、細菌葉綠素）實例：光菌綠素2H2S+CO2

(CH2O)+H2O+2S

（綠硫細菌和紫硫細菌）第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型二、微生物的營養(yǎng)類型2、光能異養(yǎng)型(光能有機營養(yǎng)型）利用光能并以有機化合物作為唯一或主要碳源進行生長的一類微生物。紫色非硫細菌基本特點：b.供氫體：有機物，還原CO2或有機物形成細胞物質(zhì)a.光合色素，光合作用第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型二、微生物的營養(yǎng)類型2、光能異養(yǎng)型(光能有機營養(yǎng)型）光能異養(yǎng)型微生物在C源利用上的特殊性：以有機質(zhì)作為主要C源，

有時候也能利用CO2。光能（紫色非硫細菌）CH3CO2+2CHOHCH2O+2CH3COCH3+H2O

CH3典型實例：第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型二、微生物的營養(yǎng)類型3、化能自養(yǎng)型(化能無機營養(yǎng)型）

利用無機化合物氧化時釋放的能量作為能源，利用CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長的一類微生物。產(chǎn)甲烷細菌典型實例：硫化細菌、硝化細菌(亞硝酸菌和硝酸菌)、產(chǎn)甲烷菌、鐵細菌H2S、NO2－、H2、Fe2+基本特點：

a.能源：無機物氧化b.供氫體：無機物，還原CO2第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型二、微生物的營養(yǎng)類型4、化能異養(yǎng)型（化能有機營養(yǎng)型）以有機化合物為碳源，利用有機化合物氧化過程中產(chǎn)生的能量作為能源而生長的一類微生物。蘇云金桿菌基本特點：a.能源：有機物氧化b.碳源：有機物第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型二、微生物的營養(yǎng)類型微生物營養(yǎng)型自養(yǎng)型異養(yǎng)型能源碳源CO2有機化合物光能型化能型光能化學(xué)能光能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型光能異養(yǎng)型化能異養(yǎng)型第一節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)和營養(yǎng)類型二、微生物的營養(yǎng)類型微生物營養(yǎng)劃分的相對性同一微生物在不同培養(yǎng)條件下生長時，它們的營養(yǎng)型可能發(fā)生變化。微生物提供的環(huán)境條件能源利用情況營養(yǎng)型氫單胞菌單純的無機物環(huán)境利用氫的氧化獲得能量，自養(yǎng)生活將CO2還原成細胞物質(zhì)提供有機物利用有機物獲得能量異養(yǎng)生活紫色非硫菌：光照利用光能作能源光能異養(yǎng)

暗處理利用有機物氧化產(chǎn)能化能異養(yǎng)第二節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機制一、影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)吸收的因素1、第一因素：細胞壁、細胞膜細胞膜——選擇性透膜細胞莢膜、粘液層以及細胞壁2、第二因素：微生物細胞生活的環(huán)境pH值、溫度、抑制劑、促進劑3、第三因素：被吸收物質(zhì)的特性。

分子量、溶解度(影響物質(zhì)的溶解度、細胞膜的流動性和運輸系統(tǒng)的活性)第二節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機制二、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式是否消耗能量是否需要載體是否發(fā)生被吸收物的化學(xué)變化。。。。。。。單純擴散促進擴散主動運輸基團轉(zhuǎn)位根據(jù)微生物對物質(zhì)的吸收過程：第二節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機制二、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式1、單純擴散（稱被動擴散）

被吸收物質(zhì)依靠其在細胞內(nèi)外的濃度梯度為動力，從濃度高的地區(qū)向濃度低的胞內(nèi)擴散的過程。SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外胞膜胞內(nèi)SSS第二節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機制二、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式1、單純擴散（稱被動擴散）單純擴散的特點：c.運輸動力：濃度梯度a.非特異性的b.吸收過程不發(fā)生化學(xué)變化a.吸收營養(yǎng)物質(zhì)的分子大小b.溶解性(脂溶性或水溶性)c.極性大小d.膜外pHe.溫度。

營養(yǎng)物質(zhì)單純擴散能力的影響因素：第二節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機制二、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞內(nèi)2、促進擴散

以細胞內(nèi)外的濃度梯度為動力，在載體物質(zhì)參與下，物質(zhì)從濃度高的胞外向濃度低的胞內(nèi)擴散。（氨基酸、單糖、維生素）TSTST第二節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機制二、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式2、促進擴散

與單純擴散的相同點：c.無需代謝能。a.被動的擴散。b.無化學(xué)變化。a.載體的專一性b.運輸速率提高促進擴散獨有的特點：第二節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機制二、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式3、主動運輸

以代謝能為動力，在載體參與下，將物質(zhì)從胞外向胞內(nèi)轉(zhuǎn)運。SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞內(nèi)TSTST第二節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機制二、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式3、主動運輸主動運輸同促進擴散的共同點：

a.載體b.載體構(gòu)型的變化。a.動力b.載體構(gòu)型變化原理主動運輸與促進擴散的不同點：第二節(jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機制二、微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式4、基團轉(zhuǎn)位：

被吸收物質(zhì)以微生物的代謝能為動力，通過一個復(fù)雜的運輸系統(tǒng)從胞外轉(zhuǎn)運到胞內(nèi)，并發(fā)生化學(xué)性質(zhì)的變化。（厭氧細菌和兼性厭氧細菌）大腸桿菌磷酸轉(zhuǎn)移酶體系與葡萄糖的運輸?shù)诙?jié)微生物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機制三、幾種主要營養(yǎng)物質(zhì)的吸收1、糖：促進擴散、基團轉(zhuǎn)位、主動運輸。2、肽與氨基酸：主動運輸（主要方式）、促進擴散（次要方式）3、離子：主動運輸?shù)谌?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積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)物質(zhì)。培養(yǎng)基的作用：1、為微生物提供理想的人工培養(yǎng)環(huán)境，2、進行微生物生命活動規(guī)律的研究3、微生物生物制品的生產(chǎn)。1、按照培養(yǎng)基成分分：

a.合成培養(yǎng)基第三節(jié)培養(yǎng)基培養(yǎng)基的類型高氏一號合成培養(yǎng)基

淀粉

20.0克KNO31.0克K2HPO40.5克MgSO4·7H2O0.5克NaCl0.5克FeSO4·7H2O溶液2滴（10%）蒸餾水1000毫升1、按照培養(yǎng)基成分分：第三節(jié)培養(yǎng)基二、培養(yǎng)基的類型b.天然培養(yǎng)基

牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基

牛肉膏3.0克蛋白胨10.0克食鹽5.0克蒸餾水（自來水）1000毫升2、按照培養(yǎng)用途：第三節(jié)培養(yǎng)基培養(yǎng)基的類型b.富集培養(yǎng)基(增殖培養(yǎng)基）為分離某種微生物配制出的適合它生長而不利于其他微生物生長的培養(yǎng)基。c.鑒別培養(yǎng)基根據(jù)微生物的代謝特點，通過指示劑的呈色反應(yīng)，用以鑒別不同微生物的培養(yǎng)基。（伊紅-甲基藍培養(yǎng)基鑒別大腸桿菌(菌落小,綠色光澤)和產(chǎn)氣腸桿菌(菌落大,灰棕色)）a.基本培養(yǎng)基將多種微生物都需要的營養(yǎng)物質(zhì)配而成培養(yǎng)基。3、按照培養(yǎng)基的物理性狀第三節(jié)培養(yǎng)基培養(yǎng)基的類型b.液體培養(yǎng)基未加凝固劑呈液態(tài)的培養(yǎng)基稱為液體培養(yǎng)基。c.半固體培養(yǎng)基在液體培養(yǎng)基中加入少量瓊脂（0.2-0.5%）。a.固體培養(yǎng)基在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑使呈固體狀態(tài)，稱為固體培養(yǎng)基。(瓊脂1.5-2%)按培養(yǎng)基成分分按培養(yǎng)基的用途分按物理性狀分第三節(jié)培養(yǎng)基培養(yǎng)基的類型培養(yǎng)基類型合成培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基富集培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基第三節(jié)培養(yǎng)基配制培養(yǎng)基的基本原則1、不同的微生物適合的營養(yǎng)特點。

(1)從營養(yǎng)型的角度看生理特點不同細菌放線菌霉菌營養(yǎng)要求不同牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基高氏一號培養(yǎng)基馬丁氏培養(yǎng)基或蔡氏培養(yǎng)基(2)從類群的角度看自養(yǎng)微生物合成能力強簡單的無機物異養(yǎng)微生物合成能力弱至少提供一種有機物第三節(jié)培養(yǎng)基一、配制培養(yǎng)基的基本原則2、調(diào)配好培養(yǎng)基中各種營養(yǎng)成分的比例和濃度。

營養(yǎng)比例原則a.C/Nb.其它營養(yǎng)的比例（礦質(zhì)元素、氨基酸）同一種微生物在不同C/N培養(yǎng)基培養(yǎng)時，表現(xiàn)不同。短棒桿菌的谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基C/N=4:1，菌體繁殖；C/N=3:1，谷氨酸形成不同的微生物，所需營養(yǎng)物C/N不同。細菌、酵母菌細胞的C/N=5:1，而霉菌=10:1大量元素10-3-10-4mol/L微量元素10-6-10-8mol/L第三節(jié)培養(yǎng)基一、配制培養(yǎng)基的基本原則3、控制培養(yǎng)條件pHO2CO2滲透壓微生物生長繁殖培養(yǎng)條件影響影響微生物培養(yǎng)體系(1)培養(yǎng)基的pH值的控制。

第三節(jié)培養(yǎng)基一、配制培養(yǎng)基的基本原則根據(jù)各類微生物的特點來調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH值。霉菌、酵母菌適于酸性，(pH4.5-6.0左右)細菌、放線菌喜中性或偏堿性(pH7.0-7.5左右)由微生物與氧氣的關(guān)系形成了三類微生物：

專性好氧性微生物專性厭氧性微生物

兼性厭氧的微生物第三節(jié)培養(yǎng)基一、配制培養(yǎng)基的基本原則實踐對策：專性好氧性微生物：空氣提供氧氣、工業(yè)上采用通氣裝置。專性厭氧性微生物：采用理化方法除氧、向培養(yǎng)體系加入還原劑（胱氨酸、巰基乙酸鈉、Na2S和抗壞血酸）(2)O2濃度的調(diào)節(jié)第四節(jié)微生物的代謝

微生物代謝是指微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)維持生命和增殖并降解基質(zhì)的一系列化學(xué)反應(yīng)過程。

微生物的代謝物質(zhì)代謝能量代謝產(chǎn)能代謝耗能代謝分解代謝合成代謝

物質(zhì)代謝:物質(zhì)在體內(nèi)的消化、吸收、運轉(zhuǎn)、分解等與生理有關(guān)的化學(xué)過程。糖類代謝，脂肪代謝，蛋白質(zhì)代謝分解代謝中，有機物在微生物作用下，發(fā)生氧化,放熱和酶降解過程，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子降解；

合成代謝中，微生物利用營養(yǎng)物及分解代謝中釋放的能量，發(fā)生還原吸熱及酶的合成過程，使微生物生長增殖。大分子物質(zhì)的有氧分解代謝葡萄糖的無氧分解代謝氨基酸的合成代謝能量代謝（energymetabolism）就是從能量方面來觀察物質(zhì)代謝。