微生物学第四章

光能
李先磊
2(H3C)2CHOH+CO2 光合色素
2CH3COCH3+[CH2O]+H2O
光能异养型细菌在生长时大多数需要外源的生长因子
2.3 化能无机自养型（化能自养型）
Hale Waihona Puke Baidu
化学化工学 院
生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；
微生物学（MICROBIOOGY）
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。
一般功能 大量 元素
化学化工学
院
细胞内一般分子成分(如P，S， Ca，Mg，Fe等)
维持渗透压 生理调节物质 酶的激活剂
pH的稳定
微生物学（MICROBIOOGY）
无
化能自养菌的能源(S、Fe2+、
机 盐
特殊功能
NH4+、NO2-) 无 氧 呼 吸 时 的 氢 受 体 (NO3- 、
SO42-)
微量 酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn等）
机
氮 N·C·H·O 尿素、一般氨基酸、简单蛋白 尿素、蛋白胨、明胶等
质等
N·H
无 机 N·O 氮N
NH3、铵盐等 硝酸盐等 N2
(NH4)2SO4等 KNO3等 空气
李先磊
化学化工学 实验室常用的氮源: 有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母 院 膏等。生产上常用的氮源有硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕
与碳源同
有些需要维生素等 生长因子 无机盐
无机氮化物、氮
氧化无机物或利用日 光能 不需要
无机盐
无机氮化物
利用日光能 不需要 无机盐
水分
水
水
水
水
李先磊
微生物生长所需要六大营养要素： 碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子、水
1.2.1 碳源（Carbon source）
化学化工学
院
◆定义：凡可被用来构成细胞物质或代谢产物中
化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光 的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物 质环。
这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌 。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
化学化工学 通过氧化无机物取得能量，并以CO2为唯一院或主要碳源
蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。
微生物学（MICROBIOOGY）
蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟 效氮源。
无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮
源叫做速效氮源。
速效氮源，通常有利于机体的生长，迟效氮源有利于代谢产物的形成。
铵盐
氨基酸
入胞
细胞物质
蛋白胨 硝酸盐NO3
豆饼 蚕蛹粉
诱导酶
诱导酶
NH4+
分解 入胞
细胞物质
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
1.2.3无机盐（inorganic salt）
化学化工学 院
定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素 （包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式供给。
葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、 糖蜜等
天然气、石油及其不同馏份、 石蜡油等
—
CO2 NaHCO3
CO2 NaHCO3、CaCO3、等
微生物学（MICROBIOOGY）
化学化工学 院
微生物发酵中用做碳源的原料
传统种类：糖类（单糖，饴糖） 淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物 淀粉等） 麸皮 各种米糠等
代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2
◆嘌呤和嘧啶：用于合成核酸 (DNA and RNA) ◆氨基酸：蛋白质合成 ◆维生素：构成酶的辅基或辅酶
缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型”微生物。
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
化学化工学 院
根据微生物对生长因子的需要存在差异可为：
◆野生型(wild type) 原养型
不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
化学化工学 第二节 微生物培养基 院
定义：应科研或生产的需要，由人工配制的、适合 于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基 质（混合养料）。
特点：任何培养基都应具备微生物所需要的五大营 养要素，且应比例适当。所以一旦配成必须立即灭 菌。
用途：促使微生物生长；积累代谢产物；分离微生 物菌种；鉴定微生物种类；微生物细胞计数；菌种 保藏；制备微生物制品
微生物学（MICROBIOOGY）
水：70%-90%
微生物细胞
无机物（盐）
干物质 细胞化学元素组成：
有机物
蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等 及其降解产物
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等； 微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
化学化工学 培养基几乎是一切对微生物进行研究和利院用工作的基础
任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素： 碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子、水
◆常规高压蒸汽灭菌： 1.05kg/cm2,121.3℃ 15-20分钟；0.56kg/cm2,112.6℃
碳素来源的营养物质。
微生物学（MICROBIOOGY）
◆功能：提供合成细胞物质及代谢物的原料;并为整个生理活 动提供所需要能源（异养微生物）。
◆种类: 无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。 有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、
麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、 醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物 以及各种含氮的化合物。
◆硝化细菌: 亚硝化细菌 : 2NH4+ +3O2→2NO2- +2H2O + 4H++132Kcal 硝化细菌: NO2- +1/2O2 →NO3- +18.1 Kcal ◆硫化细菌: 通过氧化还原态的无机硫化物（H2S、S、 S2O32- 、SO32-）获得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属）
H2S + 1/2 O2 →S +H2O + 50.1 Kcal S + 1 1/2 O2+H2O → H2SO4+149.8 Kcal
光能自养型微生物包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫
细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，因而
能使光能转变成化学能（ATP），供机体直接利用。
2.2 光能异养型微生物
以CO2为主要碳源或唯一碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢 体，利用光能将CO2还原成细胞物质，红螺菌属中的一些细菌属于 此种营养类型。
◆营养缺陷型(auxotroph)
由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的 需要提供特定生长素物质才能生长的菌株。
李先磊
1.2.5 水
化学化工学
院
水是微生物最基本的组成分（70％—90％）
水是微生物体内和体外的溶剂（吸收营养成分和代谢废物）
水是细胞质组分，直接参与各种代谢活动
调节细胞温度和保持环境温度的稳定（比热高，传热快）
李先磊
1.1.2元素在细胞内存在形式：
化学化工学 院
微生物学（MICROBIOOGY）
上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存在于细胞中： ◆有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、
维生素及其降解产物. ◆无机物：1)参与有机物组成，
2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在.
◆水：约占细胞总重70%～90%，以游离水和结合水两种形式 存在
李先磊
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
类 元素水平 型
C·H·O·N·X
有
机 碳
C·H·O·N
C·H·O
C·H
无 C(?) 机 碳 C·O
C·O·X
微生物的碳源谱
化学化工学
化合物水平
院
培养基原料水平
复杂蛋白质、核酸等 多数氨基酸、简单蛋白质等
牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉 等
一般氨基酸、明胶等
糖、有机酸、醇、脂类等 烃类 —
功能：
1）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢 物等的原料；
2）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。
李先磊
微生物的氮源谱
化学化工学 院
微生物学（MICROBIOOGY）
类 元素水平 化合物水平 型
培养基原料水平
N·C·H·O·X 复杂蛋白质、核酸等
牛肉膏、酵母膏、饼粕
有
粉、蚕蛹粉等
◆铁细菌：氧化Fe2+为Fe3+获取能量并同化CO2 2Fe2++1/2O2+2H+ →2Fe3++H2O+21.2 Kcal
◆氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能量，同化CO2 H2+ 1/2 O2 →H2O + 56.7 Kcal
李先磊
2.4 化能异养型微生物
化学化工学 院
微生物学（MICROBIOOGY）
游离水：干重法可测得； 结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透,
占水总量的17%—28% 。
化学成分分析方法：化学法直接抽提有机成分、破碎细胞后 获得亚显微结构进行分析。
李先磊
1.1.3微生物细胞化学组成含量的变化
化学化工学
此组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成院、培养条件、
分析方法等而有所不同。
微生物细胞的化学组成
多数微生物属于化能异养型，其生长所需要能量 和碳源通常来自同一种有机物。
根据化能异养型微生物利用有机物的特性，又可 以将其分为下列两种类型：
腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为 生长的碳源。
寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生 体内获得生长所需要的营养物质。
存在于寄生与腐生之间的中间过渡类型微生物， 称为兼性腐生型或兼性寄生型。
元素 特殊分子结构成分（Co、Mo等）
李先磊
1.2.4 生长因子（growth factor）：
化学化工学
院
定义:是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不
大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成
量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。不同微生物
需求的生长因子的种类和数量不同。
微生物学（MICROBIOOGY）
20-30分钟,某些成分进行分别灭菌； ◆过滤除菌 ◆干热灭菌
李先磊
1 培养基的配制原则
李先磊
1.2.2氮源（Nitrogen source ）：
化学化工学
院
凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源。
种类：①无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、
微生物学（MICROBIOOGY）
尿素、 氨、N2等； ②有机氮：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、
氨基酸等）、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、
黄豆饼粉、玉米浆等
大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe （微生物生长所需浓 度在10-3~10-4mol/L）
微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co （微生物生长所需浓度在 10-6~10-8mol/L）
一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、 氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。
李先磊
无机盐的生理功能
微生物学（MICROBIOOGY）
2、微生物的营养类型 生长所需要的营养物质
生物生长过程中能量的来源
自养型生物
异养型生物 光能营养型 化能营养型
李先磊
光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可化正常学生化长工学 光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机院营养
化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物 化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质
微生物学（MICROBIOOGY）
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
2.1光能自养型微生物
化学化工学
院 以C02作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如硫
化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物作为供氢体将CO2还原成细 胞物质，同时产生元素硫
光能
CO2＋H2S
[CH2O]+2S+H2O
光合色素
主要成分
细菌
酵母菌
霉菌
微生物学（MICROBIOOGY）
水分
（占细胞鲜重的%） 蛋白质
占 细 碳水化合物 胞 干 脂肪 重 的 核酸
% 无机盐
75~85 50~80 12~28 5~20 10~20 2~30
70~80 32~75 27~63 2~15
6~8 3.8~7
85~90 14~15
7~40 4~40
化学化工学 院
第四章 微生物的营养
微生物学（MICROBIOOGY）
李先磊
李先磊
微生物学（MICROBIOOGY）
第一节 第二节 第三节
化学化工学
微生物的营养 院
微生物的营养要求 培养基 营养物质进入细胞
第一节 微生物的营养要求 1.1 微生物的营养要素 1.1.1 微生物细胞的化学组成
化学化工学 院
1 6~12
李先磊
1.2 营养物质及其生理功能
化学化工学
微生物与动植物营养要素的比较 院
动物 （异养）
微生物
异养
自养
绿色植物 （自养）
碳源
糖类、脂肪
糖、醇、有机酸等 二氧化碳、碳酸盐等 二氧化碳
微生物学（MICROBIOOGY）
氮源
能源 生长因子 无机元素
蛋白质及其降解物
与碳源同 维生素 无机盐
蛋白质及其降解 物、有机氮化物、 无机氮化物、氮