微生物的营养物质及类型.ppt
第三章第三章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基 微生物和其他生物一样是有生命的，微生微生物和其他生物一样是有生命的，微生物为了生存就必须不断地从外界环境中吸收物为了生存就必须不断地从外界环境中吸收所需要的各种营养物质，并从中获得原料和所需要的各种营养物质，并从中获得原料和能量，以便合成新的细胞和物质。同时将代能量，以便合成新的细胞和物质。同时将代谢活动产生的废物排出体外谢活动产生的废物排出体外。新陈代谢新陈代谢本章研究的内容本章研究的内容:内容：内容：1.1.微生物的营养物质微生物的营养物质 2.2.微生物的营养类型微生物的营养类型 *3.*3.微生物的培养基微生物的培养基 4.4.微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式第一节第一节 微生物的营养物质微生物的营养物质1.营养营养：微生物从周围环境中吸收营养物质，并加以微生物从周围环境中吸收营养物质，并加以利用的过程。利用的过程。微生物维持生生命活动的一种生理过程。微生物维持生生命活动的一种生理过程。2.2.营养物质营养物质(或养料或养料):):能够满足微生物生长、繁殖和完能够满足微生物生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。成各种生理活动所需的物质。参考细胞组成参考细胞组成构成酶成分构成酶成分为物质运输和进行生为物质运输和进行生理活动提供能量理活动提供能量。营养物质营养物质是微生物进行一切生命活动的物质基础，是微生物进行一切生命活动的物质基础，失去后，微生物无法生存。失去后，微生物无法生存。营养和营养物质的关系营养和营养物质的关系：相互对立统一。：相互对立统一。3.3.微生物吸收营养物质的依据微生物吸收营养物质的依据:微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成。作作用用作用作用一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成 1.1.从元素上讲从元素上讲 微生物细胞化学组成与其他高等动植物细胞一样。微生物细胞化学组成与其他高等动植物细胞一样。大量元素：大量元素：碳、氢、氧、氮、碳、氢、氧、氮、P P和和S S。细胞组成细胞组成 微量元素微量元素：K K、NaNa、MgMg、CaCa、FeFe、MnMn、CuCu、CoCo、ZnZn、MoMo等等。这些元素组成细胞的有机和无机成分。这些元素组成细胞的有机和无机成分。不同微生物各元素的含量和种类也不同，并随培不同微生物各元素的含量和种类也不同，并随培养条件、菌龄等发生变化。见下表。养条件、菌龄等发生变化。见下表。微生物细胞中几种主要元素的含量（微生物细胞中几种主要元素的含量（%）元素元素 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 碳碳 50.4 50.4 49.8 49.8 47.9 47.9 氮氮 15 15 12.4 12.4 5.24 5.24 氢氢 6.78 6.78 6.71 6.71 6.70 6.70 氧氧 30.52 30.52 31.18 31.18 40.2 40.2 磷磷 3 3 -硫硫 1 1 -2.2.从化合物水平上讲从化合物水平上讲 构成微生物细胞的元素存在形式：构成微生物细胞的元素存在形式：水分和无机盐、有机化合物水分和无机盐、有机化合物（蛋白质、蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸碳水化合物、脂肪、核酸）。微生物细胞组成微生物细胞组成水水干物质干物质无机物（盐）无机物（盐）有机物有机物：蛋白质、碳水：蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸化合物、脂肪、核酸微生物细胞中几种主要化合物的含量（微生物细胞中几种主要化合物的含量（%）组组 成成细菌细菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌 水水 分分758570 8085 90固固形形物物(占占总固总固形物形物)蛋白质蛋白质50 8032 7514 15糖糖 类类12 2827 637 40脂脂 类类5 202 154 40核核 酸酸10 206 86 12无机元素无机元素2 303.87-二、微生物的营养二、微生物的营养物质及生理功能物质及生理功能 微生物和其他生物一样，在生活过程中，不断地从微生物和其他生物一样，在生活过程中，不断地从外界吸收营养物质，合成细胞成分和提供代谢所需能量。外界吸收营养物质，合成细胞成分和提供代谢所需能量。1.1.微生物必须吸收充足水分。（微生物必须吸收充足水分。（水分）水分）2.2.需需要要碳碳源源构构成成细细胞胞有有机机物物碳碳架架，并并提提供供能能量量（碳碳源源）3.3.需要合成蛋白质、氨基酸。（需要合成蛋白质、氨基酸。（氮源）氮源）4.4.需需要要多多种种矿矿物物质质元元素素和和一一些些生生长长因因子子才才能能行行正正常常生生长长发育。（发育。（无机盐和生长因子）。无机盐和生长因子）。微微生生物物在在生生长长过过程程中中需需要要不不断断从从环环境境中中摄摄取取的的营营养养物物质和获得能量，决定了质和获得能量，决定了微生物营养的六大要素：微生物营养的六大要素：水、碳源、氮源、能源、无机盐和生长因子水、碳源、氮源、能源、无机盐和生长因子1.1.水分水分存在形式存在形式:结合水和游离水，占细胞干重的结合水和游离水，占细胞干重的70709090。作用作用：1.1.参与细胞呼吸和光合作用。参与细胞呼吸和光合作用。2.2.细胞的重要组成。细胞的重要组成。3.3.细胞内生化反应的良好介质。细胞内生化反应的良好介质。4.4.良好的溶剂和介质。良好的溶剂和介质。5.5.调节细胞的温度，保持细胞内环境的稳定。调节细胞的温度，保持细胞内环境的稳定。特点特点：（：（1 1）微生物种类不同，含水量也不同。）微生物种类不同，含水量也不同。（2 2）同种微生物在不同发育时期和不同的环境）同种微生物在不同发育时期和不同的环境中，水分含量也不同。中，水分含量也不同。幼龄菌幼龄菌衰老型衰老型休眠体休眠体.碳源碳源：概念概念微生物生长提供碳素来源的物质微生物生长提供碳素来源的物质 种类种类无机碳化合物无机碳化合物COCO2 2和碳酸盐和碳酸盐有机碳化合物有机碳化合物淀粉、纤维素、半纤维素、淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、脂肪、氨基酸、蛋白果胶、脂肪、氨基酸、蛋白质、有机酸质、有机酸作用作用为机体完成整个生理活动和机体生长为机体完成整个生理活动和机体生长提供提供能量能量 常用常用实验室实验室葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、甘油和一些有机酸。甘油和一些有机酸。发酵工业发酵工业饴糖和淀粉饴糖和淀粉 3.3.氮源氮源概念概念能供给微生物氮素来源。能供给微生物氮素来源。种类种类简单的无机氮简单的无机氮：NHNH3 3。复杂的有机氮：复杂的有机氮：蛋白质及其水解产物，胨、肽、蛋白质及其水解产物，胨、肽、氨基酸等。氨基酸等。常用常用培养基培养基：铵盐、硝酸盐、尿素、牛肉膏、蛋白胨、：铵盐、硝酸盐、尿素、牛肉膏、蛋白胨、多肽、多肽、氨基酸和蛋白质氨基酸和蛋白质 工业发酵：工业发酵：黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆和酵母粉。黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆和酵母粉。作用作用构成微生物细胞物质或代谢产物中氮素成分的营构成微生物细胞物质或代谢产物中氮素成分的营养物质。养物质。4.4.无机盐无机盐概念概念微生物生长、代谢必不可少的一类营养物质。微生物生长、代谢必不可少的一类营养物质。作用作用作为酶活性中心的组成部分。如作为酶活性中心的组成部分。如铁铁过氧化酶，过氧化酶，钙钙蛋白酶。蛋白酶。构成微生物细胞的各种组分。构成微生物细胞的各种组分。磷磷核酸核酸调节并维持细胞的渗透压平衡、调节并维持细胞的渗透压平衡、pHpH和控制细胞的氧和控制细胞的氧化还原位。如氯化钠。化还原位。如氯化钠。作为某些微生物生长的能源物质。如铁作为某些微生物生长的能源物质。如铁 铁细菌铁细菌能源物质。能源物质。种类种类磷酸盐、硫酸盐、氯化物，以及含有钠、钾、磷酸盐、硫酸盐、氯化物，以及含有钠、钾、钙、镁、铁等金属元素的化合物。钙、镁、铁等金属元素的化合物。5.5.生长因子生长因子指微生物生命活动不可缺少的，本身又不能指微生物生命活动不可缺少的，本身又不能自行合成，必须从外界供给的微量有机物。自行合成，必须从外界供给的微量有机物。概念概念特点特点微生物自身不能合成，必须由外源供给。微生物自身不能合成，必须由外源供给。作用作用提供微生物细胞重要物质提供微生物细胞重要物质(构成细胞成分。如构成细胞成分。如嘌呤、嘧啶构成核酸嘌呤、嘧啶构成核酸)。参与代谢，参与代谢，维持生命的正常活动，如维生素构维持生命的正常活动，如维生素构成酶成酶的辅基。的辅基。种类种类 维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶及其衍生物、卟啉维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶及其衍生物、卟啉及其衍生物、固醇、胺类以及脂肪酸等。及其衍生物、固醇、胺类以及脂肪酸等。第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型 微生物种类繁多，不同的微生物对营养的需要差异微生物种类繁多，不同的微生物对营养的需要差异 很大，根据微生物生长需要很大，根据微生物生长需要碳源、能源及电子供体性质碳源、能源及电子供体性质 的不同，将微生物的营养类型分为四种：的不同，将微生物的营养类型分为四种：光能无机自养型、光能有机异养型、化能无机自养型、光能无机自养型、光能有机异养型、化能无机自养型、化能有机异养型化能有机异养型。微生物营养类型微生物营养类型(1)(1)划分依据划分依据 营养类型营养类型 特特 点点 碳源碳源 自养型自养型 以以COCO2 2为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源 异养型异养型 以有机物为碳源以有机物为碳源 能源能源 光能营养型光能营养型 以光为能源以光为能源 化能营养型化能营养型 以物质氧化释放的化学能为能源以物质氧化释放的化学能为能源（一）按生长所需要的碳源的不同（一）按生长所需要的碳源的不同,有有两种两种:1.1.异养型（异养型（有机型有机型）微生物）微生物：在生长时需要以现成有机物质（如单糖、双糖、淀在生长时需要以现成有机物质（如单糖、双糖、淀粉、纤维素、有机酸）作为粉、纤维素、有机酸）作为碳源碳源。特点特点：不能在完全无机的环境中生活。不能在完全无机的环境中生活。2.2.自养型（自养型（无机型无机型）微生物）微生物：在生长时利用简单的无：在生长时利用简单的无机物质（机物质（COCO2 2或无机碳酸盐）为营养物质或无机碳酸盐）为营养物质,不需要外界不需要外界供给有机物。供给有机物。特点特点:(1):(1)不需要有机养料不需要有机养料,可生活在完全无机环境中。可生活在完全无机环境中。(2)(2)将无机碳源转化为细胞的有机物。将无机碳源转化为细胞的有机物。动物动物异养型生物异养型生物 植物、微生物植物、微生物异养型和自养型异养型和自养型 多数多数微生物微生物异养型，少数微生物异养型，少数微生物自养型。自养型。(二二)按按生长时生长时能量的来源能量的来源不同不同,有有两种两种类型类型：1.1.化能营养型生物化能营养型生物：依靠：依靠物质氧化物质氧化过程中释放的过程中释放的能量能量,作为能源来进行生长。作为能源来进行生长。利用物：利用物：NHNH3 3，NONO2 2、H H2 2S S、S S、H H2 2。2.2.光能营养型生物光能营养型生物：依靠光能进行生长：依靠光能进行生长 （三）（三）依据微生物代谢所需要的依据微生物代谢所需要的能源能源和和碳源碳源及电子供体性质及电子供体性质不同，把微生物分为以下不同，把微生物分为以下四种四种类型：类型：1.1.光能无机营养型光能无机营养型(光能自养型微生物光能自养型微生物)2.2.光能有机营养型光能有机营养型(光能异养型微生物光能异养型微生物)3.3.化能无机型化能无机型(化能自养型微生物化能自养型微生物)4.4.化能有机营养化能有机营养(化能异养型微生物化能异养型微生物)1.1.光能无机营养型光能无机营养型 也叫光能自养型微生物，以也叫光能自养型微生物，以C0C02 2作为唯一作为唯一或主要碳源，并利用光能，以无机物（如水、硫化氢、或主要碳源，并利用光能，以无机物（如水、硫化氢、硫代硫酸钠）作为供氢体将硫代硫酸钠）作为供氢体将COCO2 2还原成细胞物质。还原成细胞物质。特点特点:在微生物细胞中有光合色素在微生物细胞中有光合色素,能够利用光能进行光合作用。能够利用光能进行光合作用。如如光合细菌光合细菌（绿硫细菌和紫色细菌）（绿硫细菌和紫色细菌）光能光能 COCO2 22H2H2 2S CHS CH2 2O+2S+HO+2S+H2 2O O不产氧气不产氧气 菌绿素菌绿素n蓝细菌：蓝细菌：光能光能 COCO2 2H H2 2O CHO CH2 2O+OO+O2 2 (产氧气产氧气)藻类和蓝细菌藻类和蓝细菌 叶绿素叶绿素 光能自养型微生物：光能自养型微生物：蓝细菌（含叶绿素）、紫色细菌和绿色蓝细菌（含叶绿素）、紫色细菌和绿色细菌等（含有光合色素），能使光能转变成化学能（细菌等（含有光合色素），能使光能转变成化学能（ATPATP），供），供机体直接利用机体直接利用。2.2.光能有机营养型光能有机营养型也也叫叫光光能能异异养养型型微微生生物物，利利用用光光作作为为能能源源，以以有有机机物物作为碳源和供氢体，将作为碳源和供氢体，将COCO2 2还原成还原成碳水化合物碳水化合物。如如红红螺螺菌菌：利利用用异异丙丙醇醇作作为为供供氢氢体体进进行行光光合合作作用用，并并积累丙酮。反应式如下：积累丙酮。反应式如下：光能光能 2(CH2(CH3 3)2 2CHOH+COCHOH+CO2 2 2CH2CH3 3COCHCOCH3 3+CH+CH2 2O+HO+H2 2O O 光合色素（菌绿素）光合色素（菌绿素）3.3.化能无机营养型化能无机营养型 也也称称化化能能自自养养型型微微生生物物，利利用用氧氧化化无无机机物物（如如H H2 2S S、FeCOFeCO3 3、NHNH4+4+、NONO2-2-等等）所所产产生生的的能能量量作作为为能能源源，COCO2 2作作为为碳碳源源，合合成成自自身需要的有机含碳化合物。身需要的有机含碳化合物。特点：特点：在产能过程中都需要大量氧气参加。在产能过程中都需要大量氧气参加。()硝化细菌硝化细菌 亚硝酸细菌亚硝酸细菌 2NH2NH2O2O2 2 2HNO2HNO2 2-+4H+4H+能量能量能能 COCO2 2+4H+4H+CH2O+H2O（2 2）铁细菌）铁细菌铁细菌铁细菌2FeCO2FeCO3 3+3H+3H2 20+1/2O0+1/2O2 2 2Fe(OH)2Fe(OH)3 3+2CO+2CO2 2+能量能量 能量能量 CO CO2 2+H+H2 2O O CHCH2 2O O+O+O2 2 这类微生物：这类微生物：硫化细菌、硝化细菌与铁细菌、氢细菌硫化细菌、硝化细菌与铁细菌、氢细菌4.4.化能有机营养型化能有机营养型 或或称称化化能能异异养养型型微微生生物物,所所需需要要能能量量和和碳碳源源均均来来自自有机物。有机物。包括：包括：全部放线菌、真菌和大部分细菌、病毒。全部放线菌、真菌和大部分细菌、病毒。总结：总结：n上述四大营养型微生物是人为划分，存在着上述四大营养型微生物是人为划分，存在着中间过渡的和兼性的类型，它们之间无严格中间过渡的和兼性的类型，它们之间无严格界限，也不是不变的。界限，也不是不变的。n如红螺细菌、铁细菌和氢细菌等都具有一种如红螺细菌、铁细菌和氢细菌等都具有一种以上营养类型，在某一特定条件下可转化。以上营养类型，在某一特定条件下可转化。微生物的营养类型（微生物的营养类型（）划分依据划分依据 营养类型营养类型 特特 点点 碳源碳源 自养型自养型 以以COCO2 2为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源 异养型异养型 以有机物为碳源以有机物为碳源 能源能源 光能营养型光能营养型 以光为能源以光为能源 化能营养型化能营养型 以物质氧化释放的化学能为能源以物质氧化释放的化学能为能源电子供体电子供体 无机营养型无机营养型 以还原性无机物为电子供体以还原性无机物为电子供体 有机营养型有机营养型 以有机物为电子供体以有机物为电子供体光能自养型光能自养型以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长光能异养型光能异养型以光为能源，但生长需要一定的有机营养物质以光为能源，但生长需要一定的有机营养物质化能自养型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质以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物质化能异养型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的营养类型（微生物的营养类型（）营养类型营养类型电子供体电子供体碳源碳源能源能源代表菌代表菌光能无机自光能无机自养型养型、或或COCO2 2光能光能光合细菌（蓝细菌、光合细菌（蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细紫硫细菌、绿硫细菌）、藻类菌）、藻类光能有机异光能有机异养型养型有机物有机物有机物有机物光能光能红螺菌红螺菌化能无机自化能无机自养型养型、e e2+2+、或或2 2-COCO化学能（无化学能（无机物氧化）机物氧化）氢细菌、硫杆菌、氢细菌、硫杆菌、铁细菌亚硝化单胞铁细菌亚硝化单胞菌属、硝化细菌菌属、硝化细菌化能有机异化能有机异养型养型有机物有机物有机物有机物化学能（有化学能（有机物氧化）机物氧化）细菌细菌(大部分大部分)和所和所有放线菌、真菌、有放线菌、真菌、原生动物原生动物本节要点本节要点一、营养营养：微生物从周围环境中吸收营养物质，并加以利用过程。微生物从周围环境中吸收营养物质，并加以利用过程。营养物质营养物质(或养料或养料):):能够满足微生物生长、繁殖和完成各种生能够满足微生物生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。理活动所需的物质。二、微生物营养的六大要素：二、微生物营养的六大要素：水、碳源、氮源、能源、矿物质和水、碳源、氮源、能源、矿物质和生长素。生长素。三、根据微生物生长需要三、根据微生物生长需要碳源、能源及电子供体性质碳源、能源及电子供体性质的不同，将的不同，将微生物的营养类型分为四种：微生物的营养类型分为四种：1.1.光能无机营养型：光能无机营养型：也叫光能自养型微生物也叫光能自养型微生物,以以C0C02 2为唯一或主要为唯一或主要碳源碳源,并利用光能并利用光能,以无机物作为供氢体将以无机物作为供氢体将COCO2 2还原成细胞物质。还原成细胞物质。2.2.光能有机营养型：光能有机营养型：也叫光能异养型微生物，利用光作为能源，也叫光能异养型微生物，利用光作为能源，以有机物作为碳源和供氢体，将以有机物作为碳源和供氢体，将COCO2 2还原成碳水化合物。还原成碳水化合物。3.3.化能无机营养型：化能无机营养型：也称化能自养型微生物也称化能自养型微生物,利用氧化无机物所利用氧化无机物所产生的能量作为能源，产生的能量作为能源，COCO2 2作为碳源，合成自身需要的有机含作为碳源，合成自身需要的有机含碳化合物。碳化合物。4.4.化能有机营养型：化能有机营养型：或称化能异养型微生物或称化能异养型微生物,生长所需要能量和生长所需要能量和碳源均来自有机物。碳源均来自有机物。作业：作业：1.1.什么叫营养和营养物质？什么叫营养和营养物质？2.2.微生物的生长繁殖需要哪些营养成分？微生物的生长繁殖需要哪些营养成分？3.3.什么是光能自养菌、光能异养菌、化能自养什么是光能自养菌、光能异养菌、化能自养菌和化能异营养菌？是如何进行划分的菌和化能异营养菌？是如何进行划分的?
