第四章+微生物的营养教案

南开大学生命科学学院微生物学课程教案授课时间见教学日历授课地点新阶-202 教学对象生物科学, 生物技术, 化学学院药学系

章节第四章微生物的营养

学时分配 2学时

目的和要求

本章主要使学生掌握微生物的六大生长要素，微生物营养类型的划分及其特点，从而认识到微生物营养类型的多样性。根据不同微生物的营养要求，配制相应的、适于微生物生长的培养基，为今后进行研究和利用微生物打下理论基础。

重点、难点

营养类型的分类依据，微生物的营养类型特有的营养类型，培养基配制原则及培养基类型，营养物质运输的四种方式及特点。

教学内容 第一节微生物的营养要求

一、微生物细胞的化学组成

二、营养物质及其生理功能

1、碳源

2、氮源

3、能源

4、无机盐

5、生长因子

6、水

三、微生物的营养类型

1、光能无机自养型

2、光能有机异养型

3 、化能无机自养型

4、化能有机异养型

5、营养缺陷型

第二节微生物培养基

一、制备培养基的原则

二、培养基类型

第三节微生物营养物质跨膜运输方式一、扩散

2、光能有机异养型（photoorganoheterotrophy）

不能以CO2为主要或唯一的碳源；

以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；

在生长时大多数需要外源的生长因子；

紫色非硫细菌：

光能（ATP）

4CH30H＋2 CO26［CH2O］ + 2H2O

（碳源与供H体）细菌叶绿素

光能无机自养型和光能有机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作用。

3 、化能无机自养型（chemolithoautotrophy）

生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；

以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。

无机物氧化（ATP）

CO2＋还原态无机物［CH2O］能源、供H、供电子体皆是无机物

氢氧化细菌：H2＋O2 H2O＋ATP

铁氧化细菌：Fe2＋＋O2 Fe3＋＋ATP

亚硝化细菌：NH3＋O2 NO2－＋ATP

硝化细菌：NO2－＋O2NO3－＋ATP

硫化细菌：H2S （S）＋O2 SO42－＋ATP 还原态有机能源物质氧化释放的高能电子进入生物呼吸链，顺电子传递链传递产生ATP，逆电子传递链传递形成NAD(P)H2

4、化能有机异养型（chemoorganoheterotrophy）

生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；

生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。

所有真菌、绝大多数原核微生物属该种营养类型

兼性营养：

异养型微生物利用有机化作碳源，但也同化CO2（补偿反应）。

紫色非硫细菌：光照、厌氧行光能自养

黑暗、有氧行化能异养

增强生存能力

不同营养类型之间的界限并非绝对

异养型微生物并非绝对不能利用CO2；

自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；

有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；

例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)：

没有有机物时，同化CO2，为自养型微生物；

有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；

光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能自养型微生物；

黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能异养型微生物；

5．营养缺陷型

某些菌株发生突变(自然突变或人工诱变)后，失去合成某种(或某些)对该菌株生

长必不可少的物质(通常是生长因子如氨基酸、维生素)的能力，必须从外界环境获得

该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型(auxotroph)，相应的野生型菌

株称为原养型(prototroph)。

E.coli his-称为E.coli组氨酸营养缺陷型菌株。

营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗传学方面的研究。

第二节微生物培养基

培养基（culture medium）：人工配制的供微生物生长或产生代谢产物的营养基质。

一、制备培养基的原则

1．根据营养类型设计培养基

2．根据所需营养物质制备培养基

3．适宜C/N比值

4．适宜PH、氧化还原电位、水的活化度

5．营养物质廉价易得

6．灭菌

二、培养基的类型及应用

1、按成分不同划分：天然培养基和合成培养基

2、根据物理状态划分：固体、半固体或液体培养基

3、根据实际用途划分：

1）基础培养基(minimum medium)

在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，也称为基本培养基。

2）完全培养基(complete medium)

在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基

3）加富培养基和富集培养基（enrichment medium）

在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。

基础培养基＋某些特殊营养物质（血液、酵母浸膏、血清、动植物组织液、纤维素、石蜡油等）

根据待分离微生物的特点设计的培养基，用于从环境中富集和分离某种微生物。（由于加富培养基含有某种微生物所需特殊营养物质,因此目的微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐富集而占优势，从而容易达到分离该种微生物的目的。）4）选择培养基（selective medium）

用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基

根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。

5）鉴别培养基（differential medium）

用于鉴别不同类型微生物的培养基特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。

鉴别产淀粉酶微生物：

淀粉水解圈，证明该微生物产生淀粉酶

伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制G+细菌和一些难培养的G—细菌。在低酸度时，这二种染料结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。试样中的多种肠道菌会在EMB培养基上产生相互易区分的特征菌落，因而易于辨。例如大肠杆菌强烈分解乳糖而产生大量的混合酸，菌体呈酸性，菌落被染成深紫色，从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光。

第三节微生物营养物质跨膜运输方式

一、扩散（diffusion）

扩散分子：小分子、脂溶性分子、极性小的分子如：水、O2、CO2、乙醇、甘油、苯、脂肪酸等。

细胞膜中有含水小孔扩散过程不消耗能量、无载体蛋白参与、不能逆浓度梯度扩散扩散动力：膜内外物质浓度差。

二、促进扩散(facilitated diffusion)

营养物质跨膜运输依赖载体蛋白（渗透酶），载体蛋白在膜内外与营养物质亲和力不同，载体蛋白构形变化不需能量。

载体蛋白功能：决定跨膜物质特异性、促扩散速度。

扩散动力：膜内外物质浓度差；不能逆浓度梯度运输。

促进扩增物质：氨基酸、单糖、无机盐、维生素等

三、主动运输（active transport）

在物质运输过程中需要消耗能量

可以进行逆浓度运输

主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式

运输物质所需能量来源：

好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能；

厌氧型微生物利用化学能(ATP)；

光合微生物利用光能；

嗜盐细菌通过紫膜(purple membrane)利用光能；

1、初级主动运输（primary active transport）

H＋的膜外运输：消耗呼吸能、化学能、光能

能化膜：膜外表面高能

2、次级主动运输(secondary active transport)

同向运输(symport)

逆向运输(antiport)

单向运输(uniport)

借助质子浓度差消失释放能量，偶联其他物质主动运输。

3、基团转位(group translocation)

供能者：PEP

磷酸转移酶系统：五种蛋白：EI、Hpr、EⅡ（a, b, c）

运输物质结构改变：Glc Glc－P

厌氧型、兼性厌氧型细菌：糖、脂肪酸、核苷、碱基等。

4、Na+,K+-ATP酶(Na+,K+-ATPase)系统

四、膜泡运输(memberane vesicle transport)

膜泡运输主要存在于原生动物中，特别是变形虫(amoeba)，为这类微生物的一种营养物质的运输方式)。

本章思考题 1、 以紫色非硫细菌为例，解释微生物的营养类型可变性及对环境条件变化适应能力的

灵活性。

2、试比较营养物质进入微生物细胞的几种方式的特点。

主要参考资料 1.《微生物学》，沈萍，高等教育出版社，2000

2．周德庆，《微生物学教程》（2th ），高等教育出版社，2002

3．杨文博等主译，微生物生物学（8th ），科学出版社，2001

4．

Michael T. Madigan John M. Martinko Jack Parker ，“Brock's Biology of Microorganism 11th ”, Prentice Hall ，2006

5. Lansing M. Prescott,Donald Klein, John Harley ，“Microbiology”， McGraw- Hill Higher Education ，2005

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