第六章微生物营养与代谢

胡健扬州大学环境科学与工程学院Email:huj@yzu.edu.cn 第六章微生物营养与代谢第一节微生物营养物质和营养类型第二节微生物营养物质的吸收机制第三节培养基第四节微生物代谢

第一节微生物营养物质和营养类型 微生物营养微生物吸收必要的物质以获得能量并合成细胞物质的过程。微生物吸取生长所需的各种物质并进行代谢生长的过程。（教材P13）微生物代谢微生物体内化学反应的总和。

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能微生物营养物质碳素化合物氮素化合物矿质元素生长因子水

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 1、碳素化合物(碳源)：微生物细胞含碳量：细胞干重的50%。

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 1、碳素化合物(碳源)：微生物细胞中碳的功能：（1）构成微生物体有机分子的骨架（2）大多数微生物的能源物质

CO2 葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉有机酸、醇类、脂类有机物甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、酒糟、造纸厂亚硫酸液第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能 1、碳素化合物(碳源)：微生物可以利用的碳源种类

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 1、碳素化合物(碳源)：不同的微生物利用碳素的情况洋葱假单胞菌：九十多种碳素化合物纤维素分解菌（部分）：只利用纤维素甲烷氧化菌：甲烷、甲醇根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？

分子氮 N2（固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、蓝细菌）无机氮 NH4＋、NO3－、NO2－（多数微生物）有机氮蛋白质、多肽、氨基酸（多数微生物）牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母高、玉米浆、饼粕第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能 2、氮素化合物（氮源）氮素化合物的功能：构成细胞物质，少数微生物的能源物质。微生物可利用的氮素化合物：

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 3、矿质元素(无机盐) 为机体提供了必要的金属元素等 P、S、Fe、Mg、K、Ca (大量元素) Mn、Cu、Zn、Mo （微量元素）

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 3、矿质元素(无机盐) 主要功能：（教材P14）

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 4、生长因子生长因子是指微生物生长必需的但本身不能合成，需要从外界吸收的且需要量又很小的有机物质。

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 4、生长因子生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶生长因子分类：氨基酸核苷维生素简单蛋白酶辅酶(与酶结合松驰) 辅基(与酶结合牢固) 结合蛋白=蛋白 + 辅助因子

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 4、生长因子有关生长因子的注意点：（1）不同的微生物，它们生长所需要的生长因子各不相同克氏杆菌生物素、对氨基苯甲酸肠膜明串珠菌十七种氨基酸

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 4、生长因子（2）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化鲁毛霉：厌氧：需维生素B与生物素好氧：无需生长因子

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 4、生长因子（3）生长因子未知微生物的培养加入天然成分酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 5、水分微生物水分含量：营养细胞90%，孢子40%。

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 5、水分水分在微生物生长代谢中的功能：（教材P13-14） a. 机体内生理生化反应的基础 b. 溶剂与运输介质 c. 细胞内温度的缓冲剂作用

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 5、水分水的活度（Aw）：一定温度和压力条件下，溶液中水的蒸汽压力与同样条件(T、P)下纯水蒸汽压力之比。定义公式是： aw=Pw/P0w Pw:溶液中水的蒸汽压；P 0 w:纯水的蒸汽压溶液充分稀释时 aw=Pw/P0w=n1/（n2+n1） (n1为溶剂的摩尔数，n2为溶质摩尔数)

第一节微生物营养物质和营养类型 一、微生物营养物质及其功能 5、水分微生物最适水的活度值细菌：0.93 ~ 0.99 酵母菌：0.88~0.91 霉菌：0.80 左右

第一节微生物营养物质和营养类型 二、微生物的营养类型从营养的角度分异养型生物自养型生物所需营养物质有机物无机物生物种类动物 植物微生物属于哪类生物，自养还是异养？自养型 CO2 光能自养型化能自养型光能异养型化能异养型碳源微生物营养型有机化合物异养型光能型光能能源化能型化学能

第一节微生物营养物质和营养类型 二、微生物的营养类型 1、光能自养型（光能无机营养型）能够利用光能并以CO2作为唯一或主要碳源进行生长的微生物。基本特点： A、光合色素（叶绿素、细菌叶绿素） B、供氢体：还原性无机物，还原CO2 念珠蓝细菌

光叶绿素 H2O＋CO2 (CH2O)+O2↑（蓝细菌） 2H2S+CO2 (CH2O)+H2O+2S（绿硫细菌和紫硫细菌）光菌绿素第一节微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型 1、光能自养型（光能无机营养型）实例：

第一节微生物营养物质和营养类型 二、微生物的营养类型 2、光能异养型(光能有机营养型）利用光能并以有机化合物作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。基本特点： a.光合色素，光合作用 b.供氢体：有机物，还原CO2或有机物形成细胞物质紫色非硫细菌

CH3 CO2+2CHOH CH2O+2CH3COCH3+H2O CH3 光能细菌叶绿（红螺菌）第一节微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型 2、光能异养型(光能有机营养型）典型实例：光能异养型微生物在C源利用上的特殊性：以有机质作为主要C源，能利用CO2，但它不是唯一碳源。

第一节微生物营养物质和营养类型 二、微生物的营养类型 3、化能自养型(化能无机营养型）利用无机化合物氧化时释放的能量作为能源，利用CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。基本特点： a. 能源：无机物氧化 b. 供氢体：无机物，还原CO2 典型实例：硫化细菌、硝化细菌(亚硝酸菌和硝酸菌)、产甲烷菌、铁细菌 H2S、 NO2－、 H2、 Fe2+ 产甲烷细菌

第一节微生物营养物质和营养类型 二、微生物的营养类型 4、化能异养型（化能有机营养型）以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量作为能源而生长的一类微生物。基本特点： a. 能源：有机物氧化 b. 碳源：有机物苏云金杆菌

第一节微生物营养物质和营养类型 二、微生物的营养类型 4、化能异养型（化能有机营养型）化能异养型微生物的分类：（生活场所、获取养料方式） ①腐生菌：利用无生命的有机物作为营养物质。 ②寄生菌：只能在活寄主体吸收营养物生活的。 ③兼性寄主菌：既营寄生又营腐生生活的。(结核杆菌)

第一节微生物营养物质和营养类型 二、微生物的营养类型小结 1、微生物营养型划分的依据是什么？碳源能源 2、微生物营养划分的相对性同一微生物在不同培养条件下生长时，它们的营养型可能发生变化。微生物提供的环境条件能源利用情况营养型氢单胞菌单纯的无机物环境利用氢的氧化获得能量，自养生活将CO2还原成细胞物质提供有机物利用有机物获得能量异养生活红螺菌：光照利用光能作能源光能异养暗处理利用有机物氧化产能化能异养

第二节微生物营养物质的吸收机制 一、影响微生物对营养物质吸收的因素 1、第一因素：细胞膜细胞膜——选择性透膜细胞荚膜、粘液层以及细胞壁 2、第二因素：微生物细胞生活的环境 pH值、温度 (影响物质的溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性) 3、第三因素：被吸收物质的特性。分子量、溶解度

第二节微生物营养物质的吸收机制 二、微生物对营养物质的吸收方式根据微生物对物质的吸收过程：单纯扩散促进扩散主动运输基团转位是否消耗能量是否需要载体是否发生被吸收物的化学变化。。。。。。。

第二节微生物营养物质的吸收机制 二、微生物对营养物质的吸收方式 1、单纯扩散（称被动扩散）被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力，从浓度高的地区向浓度低的胞内扩散的过程。胞外胞膜胞内 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S

第二节微生物营养物质的吸收机制 二、微生物对营养物质的吸收方式 1、单纯扩散（称被动扩散）单纯扩散的特点： a. 非特异性的 b. 吸收过程不发生化学变化 c. 运输动力

第二节微生物营养物质的吸收机制 二、微生物对营养物质的吸收方式 1、单纯扩散（称被动扩散）营养物质单纯扩散能力的影响因素： a. 吸收营养物质的分子大小 b. 溶解性(脂溶性或水溶性) c. 极性大小 d. 膜外pH e. 温度。

第二节微生物营养物质的吸收机制 二、微生物对营养物质的吸收方式 2、促进扩散以细胞内外的浓度梯度为动力，在载体物质参与下，物质从浓度高的胞外向浓度低的胞内扩散。（真核微生物）胞外胞膜胞内 S S S S S S T S T S S S S S S S S S S T T S S S S S

第二节微生物营养物质的吸收机制 二、微生物对营养物质的吸收方式 2、促进扩散与单纯扩散的相同点： a.被动的扩散。 b.无化学变化。 c.无需代谢能。

第二节微生物营养物质的吸收机制 二、微生物对营养物质的吸收方式 2、促进扩散促进扩散独有的特点：载体使营养物质的扩散加快，它会影响该营养物质在膜内外建立浓度的动态平衡状态吗？ a. 载体的专一性 b. 运输速率提高

第二节微生物营养物质的吸收机制 二、微生物对营养物质的吸收方式 3、主动运输以代谢能为动力，在载体参与下，将物质从胞外向胞内转运。胞外胞膜胞内 S S S S S S T S T S S S S S S S T T S S S S S S

第二节微生物营养物质的吸收机制 二、微生物对营养物质的吸收方式 3、主动运输主动运输同促进扩散的共同点： a. 载体 b. 载体构型的变化。

第二节微生物营养物质的吸收机制 二、微生物对营养物质的吸收方式 3、主动运输主动运输与促进扩散的不同点： a. 动力 b. 载体构型变化原理

第二节微生物营养物质的吸收机制 二、微生物对营养物质的吸收方式 4、基团转位：被吸收物质以微生物的代谢能为动力，通过一个复杂的运输系统从胞外转运到胞内，并发生化学变化。（厌氧细菌和兼性厌氧细菌）大肠杆菌磷酸转移酶体系与葡萄糖的运输

第二节微生物营养物质的吸收机制 三、几种主要营养物质的吸收 1、糖：促进扩散、基团转位、主动运输。 2、肽与氨基酸：主动运输（主要方式）、促进扩散（次要方式） 3、离子：主动运输

第三节培养基 培养基: (教材Ｐ１６) 是人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质。培养基的作用：为微生物提供理想的人工培养环境，以进行微生物生命活动规律的研究和微生物生物制品的生产。

牛肉膏蛋白胨培养基 高氏一号培养基马丁氏培养基或蔡氏培养基细菌放线菌霉菌生理特点不同营养要求不同第三节培养基一、配制培养基的基本原则 1、适合不同微生物的营养特点。 (1)从营养型的角度看自养微生物合成能力强简单的无机物异养微生物合成能力弱至少提供一种有机物 (2)从类群的角度看

第三节培养基 一、配制培养基的基本原则 2、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。 (1) 浓度适中原则大量元素 10-3-10-4 mol/L 微量元素 10-6-10-8 mol/L

第三节培养基 一、配制培养基的基本原则 2、调配好培养基中各种营养成分的比例和浓度。 (2) 营养比例原则 a. C/N 不同的微生物，所需营养物C/N不同。细菌、酵母菌细胞的C/N=5:1，而霉菌=10:1（？）同一种微生物在不同C/N培养基培养时，表现不同。短棒杆菌的谷氨酸发酵　　培养基C/N=4:1，菌体繁殖； C/N=3:1，谷氨酸形成 b. 其它营养的比例（矿质元素、氨基酸）水处理中进水的BOD5∶N∶P(教材P16)

第三节培养基 一、配制培养基的基本原则 3、控制培养条件影响 pH O2 CO2 渗透压培养条件微生物生长繁殖影响微生物培养体系

第三节培养基 一、配制培养基的基本原则 (1) 培养基的pH值的控制。 a.根据各类微生物的特点来调节培养基的pH值。霉菌、酵母菌适于酸性， (pH4.5-6.0左右) 细菌、放线菌喜中性或偏碱性 (pH7.0-7.5左右)

磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸(配制培养时加入)磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸(配制培养时加入) 磷酸盐缓冲作用的反应式为： H+(强酸)+HPO 4= (弱碱) H2PO 4 - (弱酸) OH-(强碱)+H2PO4 -(弱酸) HPO 4 = (弱碱)+H2O 碳酸钙（配制培养基时加入）酸或碱（培养过程中加入）第三节培养基一、配制培养基的基本原则 (1) 培养基的pH值的控制。 b.使用pH值缓冲剂

第三节培养基 一、配制培养基的基本原则 (2) O2浓度的调节由微生物与氧气的关系形成了三类微生物：专性好氧性微生物专性厌氧性微生物兼性厌氧的微生物实践对策：专性好氧性微生物：空气提供氧气、工业上采用通气装置。专性厌氧性微生物：采用理化方法除氧、向培养体系加入还原剂（胱氨酸、巯基乙酸钠、Na2S和抗坏血酸）

第 六 章 微生物营养与代谢