微生物学基础3单元三 微生物的营养与代谢电子课件.pptx

微生物学基础3单元三 微生物的营养与代谢电子课件单元三 微生物的营养与代谢微生物的营养与代谢学习目标学习目标学习目标学习目标1了解微生物的代谢方式及代谢的调节。了解微生物的代谢方式及代谢的调节。2理解微生物的营养类型。理解微生物的营养类型。3掌握微生物的营养要素及功能、微生物吸收营养物质掌握微生物的营养要素及功能、微生物吸收营养物质的方式、培养基的类型及的方式、培养基的类型及配制原则配制原则。微生物不断从外界环境中吸收营养物质，通过新陈代谢将其转化微生物不断从外界环境中吸收营养物质，通过新陈代谢将其转化为自身的细胞物质或代谢物，并从中获得各种生理活动所需要的为自身的细胞物质或代谢物，并从中获得各种生理活动所需要的能量，同时将代谢活动中产生的废物排出体外。能量，同时将代谢活动中产生的废物排出体外。能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所必需的物能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所必需的物质称为营养物质质称为营养物质。营养物质是微生物生存的物质基础。营养物质是微生物生存的物质基础。微生物吸收和利用营养物质的过程称为营养微生物吸收和利用营养物质的过程称为营养。营养是微生物维持营养是微生物维持和延续生命的一种生理过程。和延续生命的一种生理过程。单元三 微生物的营养与代谢微生物的营养与代谢项目一 微生物的培养主要内容主要内容主要内容主要内容一、微生物的一、微生物的营养养二、培养基二、培养基三、三、营养物养物质进入入细胞的方式胞的方式项目一 微生物的培养微生物吸收何种营养物质取决于微生物细胞的化学组成，微生微生物吸收何种营养物质取决于微生物细胞的化学组成，微生物细胞的化学组成和其他生物基本一致。物细胞的化学组成和其他生物基本一致。在元素组成上，都含有碳、氢、氧、氮和各种矿物质元素。在元素组成上，都含有碳、氢、氧、氮和各种矿物质元素。在化合物组成上，都含有水分、碳水化合物、蛋白质、核酸、在化合物组成上，都含有水分、碳水化合物、蛋白质、核酸、脂质类、维生素、无机盐等。脂质类、维生素、无机盐等。一、微生物的营养一、微生物的营养（一）微生物的营养物质及其生理功能（一）微生物的营养物质及其生理功能微生物微生物的的营养物质：碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水营养物质：碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水。1碳源碳源碳源是在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质。碳源是在微生物生长过程中为微生物提供碳素来源的物质。碳源的生理功能：碳源的生理功能：提供细胞物质中的碳素来源。构成微生物提供细胞物质中的碳素来源。构成微生物细胞的碳水化合物、蛋白质、脂类等，代谢产物和细胞贮藏物细胞的碳水化合物、蛋白质、脂类等，代谢产物和细胞贮藏物质等几乎都含有碳。质等几乎都含有碳。提供微生物生命活动过程中所需的能量。提供微生物生命活动过程中所需的能量。碳源物质通过微生物的分解利用，仅碳源物质通过微生物的分解利用，仅20%用于合成细胞物质，用于合成细胞物质，其余均被氧化分解并释放能量。其余均被氧化分解并释放能量。一、微生物的营养一、微生物的营养根据碳源的来源不同，可将碳源分为无机碳源和有机碳源。根据碳源的来源不同，可将碳源分为无机碳源和有机碳源。无机碳源无机碳源有有CO2、NaHCO3、CaCO3等，等，有机碳源有机碳源有糖类、醇类、有机酸、蛋白质及其分解物、脂肪和烃有糖类、醇类、有机酸、蛋白质及其分解物、脂肪和烃类等。类等。实验室中实验室中，最常利用的碳源物质是葡萄糖和蔗糖。最常利用的碳源物质是葡萄糖和蔗糖。发酵工业上，常利用各种农副产品如山芋粉、玉米粉、米糠、麸发酵工业上，常利用各种农副产品如山芋粉、玉米粉、米糠、麸皮、马铃薯、甘薯等各种野生植物的淀粉以及废糖蜜作为微生物皮、马铃薯、甘薯等各种野生植物的淀粉以及废糖蜜作为微生物廉价的碳源。这类碳源往往包含了几种营养要素。廉价的碳源。这类碳源往往包含了几种营养要素。一、微生物的营养一、微生物的营养2氮源氮源氮源是构成微生物细胞物质和代谢产物中的氮素来源。氮源是构成微生物细胞物质和代谢产物中的氮素来源。氮源的主要功能氮源的主要功能是提供合成原生质和细胞其它结构的氮素来源，一般不是提供合成原生质和细胞其它结构的氮素来源，一般不作为能源作为能源；硝化细菌硝化细菌可可利用铵盐或硝酸盐作为氮源和能源。利用铵盐或硝酸盐作为氮源和能源。氮源种类氮源种类空气中的分子氮：空气中的分子氮：少数具有固氮能力的微生物（如自生固氮菌、根少数具有固氮能力的微生物（如自生固氮菌、根瘤菌）能利用。瘤菌）能利用。无机氮化合物：无机氮化合物：如铵态氮（如铵态氮（NH4+）、硝态氮（）、硝态氮（NO3-）和简单有机氮）和简单有机氮（如尿素），绝大多数微生物均可利用（如尿素），绝大多数微生物均可利用。有机氮化合物：有机氮化合物：绝大多数寄生性微生物和部分腐生性微生物不能合绝大多数寄生性微生物和部分腐生性微生物不能合成某些必须氨基酸，必须以有机氮化合物作为氮素营养。成某些必须氨基酸，必须以有机氮化合物作为氮素营养。实验室中，常以铵盐、硝酸盐、尿素、氨基酸、牛肉膏、蛋白胨、酵母实验室中，常以铵盐、硝酸盐、尿素、氨基酸、牛肉膏、蛋白胨、酵母浸膏等简单氮化合物作为氮源浸膏等简单氮化合物作为氮源。发酵生产中，常以花生饼粉、鱼粉、血粉、蚕蛹粉、豆饼粉、玉米浆、发酵生产中，常以花生饼粉、鱼粉、血粉、蚕蛹粉、豆饼粉、玉米浆、麸皮和米糠等复杂廉价的有机氮化合物作为氮源。麸皮和米糠等复杂廉价的有机氮化合物作为氮源。一、微生物的营养一、微生物的营养3能源能源能源是指微生物生命活动过程中需要的能量来源物质。能源是指微生物生命活动过程中需要的能量来源物质。能源能源的的功能是为微生物提供能量。功能是为微生物提供能量。u异养微生物异养微生物的的碳源碳源即即能源，只有在极少数情况下，氮源作为能源或利用能源，只有在极少数情况下，氮源作为能源或利用 日光作为能源日光作为能源。u光能自养微生物的能源是光，碳源是光能自养微生物的能源是光，碳源是CO2。u化能自养微生物的能源是化能自养微生物的能源是NH4+、NO2-、S、H2和和Fe2+等还原态无机化合物，等还原态无机化合物，碳源是碳源是CO2。一、微生物的营养一、微生物的营养4无机盐无机盐无机盐的生理功能：无机盐的生理功能：构成细胞的组成成分构成细胞的组成成分；参与酶的组成、参与酶的组成、构成酶活性基或激活酶的活性构成酶活性基或激活酶的活性；调节和维持微生物的生长条调节和维持微生物的生长条件件；作为某些自养微生物的能源作为某些自养微生物的能源。微生物对其需要量在微生物对其需要量在10-310-4mol/L范围内的元素称为大量元素范围内的元素称为大量元素或常量元素，如或常量元素，如P、S、K、Ca、Na、Mg和和Fe等。等。需要量在需要量在10-610-8mol/L范围内的元素称为微量元素，如范围内的元素称为微量元素，如Co、Zn、Mo、Cu、Mn、Ni和和W等。等。由于这些元素大多以无机盐的形式提供，因而称为无机盐或矿质元素。由于这些元素大多以无机盐的形式提供，因而称为无机盐或矿质元素。培养微生物时，无机盐大多可以从培养基的有机物中得到，一般只需培养微生物时，无机盐大多可以从培养基的有机物中得到，一般只需加入适量的硫酸盐、磷酸盐或氯化物即可满足需要，其他无机盐一般加入适量的硫酸盐、磷酸盐或氯化物即可满足需要，其他无机盐一般不需另外添加，自来水和其他营养物中以杂质形式存在的数量就能满不需另外添加，自来水和其他营养物中以杂质形式存在的数量就能满足微生物生长的需要，过量添加反而会产生抑制甚至毒害。足微生物生长的需要，过量添加反而会产生抑制甚至毒害。一、微生物的营养一、微生物的营养5生长因子生长因子生长因子是指微生物生长所必需且需要量很少、但微生物自身不能生长因子是指微生物生长所必需且需要量很少、但微生物自身不能合成或合成量不合成或合成量不能能满足机体需要的有机化合物，又称生长因素。满足机体需要的有机化合物，又称生长因素。广义的生长因子广义的生长因子有有氨基酸、维生素、嘌呤和嘧啶碱基及其衍生物等，氨基酸、维生素、嘌呤和嘧啶碱基及其衍生物等，狭义的生长因子仅指维生素。狭义的生长因子仅指维生素。生长因子的功能：构成细胞的组成成分，如嘌呤、嘧啶构成核酸；生长因子的功能：构成细胞的组成成分，如嘌呤、嘧啶构成核酸；调节新陈代谢，维持生命的正常活动，如调节新陈代谢，维持生命的正常活动，如多种多种维生素是各种酶的辅维生素是各种酶的辅酶或辅基酶或辅基。微生物对生长因子的需要有三种类型：微生物对生长因子的需要有三种类型：不需要补充，多数真菌、不需要补充，多数真菌、放线菌和不少细菌都属这类；放线菌和不少细菌都属这类；需要补充，如各种乳酸菌、动物致需要补充，如各种乳酸菌、动物致病菌等等；病菌等等；能合成并大量分泌某些微生素等生长因子。能合成并大量分泌某些微生素等生长因子。在实验室或实际生产中，常用酵母膏、蛋白胨、牛肉膏、马铃薯汁、在实验室或实际生产中，常用酵母膏、蛋白胨、牛肉膏、马铃薯汁、玉米浆、麦芽汁或其他动植物浸出液等天然物质作为生长因子的来玉米浆、麦芽汁或其他动植物浸出液等天然物质作为生长因子的来源以满足微生物的需要，因此在此类培养基中一般不必另外补充。源以满足微生物的需要，因此在此类培养基中一般不必另外补充。一、微生物的营养一、微生物的营养微生物细胞的含水量很高，细菌、酵母菌和霉菌的营养体分别微生物细胞的含水量很高，细菌、酵母菌和霉菌的营养体分别为为80%、75%和和85%左右，霉菌孢子约左右，霉菌孢子约39%，细菌芽孢核心部分含，细菌芽孢核心部分含水量低于水量低于30%。6水水水的生理功能：水的生理功能：微生物细胞物质的组成成分；微生物细胞物质的组成成分；细胞中营养物质细胞中营养物质和代谢产物的溶剂与运输介质；和代谢产物的溶剂与运输介质；细胞中各种生化反应必须以水为细胞中各种生化反应必须以水为介质才能完成；介质才能完成；水的比热高，是热的良好导体，能有效吸收代谢水的比热高，是热的良好导体，能有效吸收代谢过程中产生的热量并及时将热散发出体外，有利于维持细胞内温度过程中产生的热量并及时将热散发出体外，有利于维持细胞内温度和保持环境温度的稳定；和保持环境温度的稳定；能维持蛋白质、核酸等生物大分子结构能维持蛋白质、核酸等生物大分子结构的稳定和酶的活性；的稳定和酶的活性；能维持一定的渗透压，维持细胞的正常态。能维持一定的渗透压，维持细胞的正常态。一、微生物的营养一、微生物的营养（二）微生物的营养类型（二）微生物的营养类型根据碳源的性质不同，微生物根据碳源的性质不同，微生物可可分为自养型微生物和异养型微生分为自养型微生物和异养型微生物。自养型微生物以物。自养型微生物以CO2为主要碳源或唯一碳源；异养型微生物为主要碳源或唯一碳源；异养型微生物以有机物为主要碳源。以有机物为主要碳源。根据能源的性质不同，微生物根据能源的性质不同，微生物可可分为光能型微生物和化能型微生分为光能型微生物和化能型微生物。能利用光能，将光能转化为化学能的微生物为光能型微生物；物。能利用光能，将光能转化为化学能的微生物为光能型微生物；必须利用化合物的氧化还原反应产能的微生物为化能型微生物。必须利用化合物的氧化还原反应产能的微生物为化能型微生物。根据碳源、能源和氢供体性质的不同，微生物可分为光能自养型根据碳源、能源和氢供体性质的不同，微生物可分为光能自养型（光能无机营养型）、光能异养型（光能有机营养型）、化能自（光能无机营养型）、光能异养型（光能有机营养型）、化能自养型（化能无机营养型）和化能异养型（化能有机营养型）四种养型（化能无机营养型）和化能异养型（化能有机营养型）四种营养类型（营养类型（如下表如下表）。）。一、微生物的营养一、微生物的营养表微生物的营养类型表微生物的营养类型*NH4+、NO2-、S0、H2S、H2、Fe2+等。等。一、微生物的营养一、微生物的营养 1光能自养型光能自养型这类微生物利用光作为生长所需要的能源，以这类微生物利用光作为生长所需要的能源，以CO2作为唯一碳源或作为唯一碳源或主要碳源。以还原性无机化合物（如主要碳源。以还原性无机化合物（如H2O、H2S、Na2S2O3等）为等）为供氢体，还原供氢体，还原CO2，生成有机物质。，生成有机物质。光能自养型微生物主要是一些蓝细菌、红硫细菌、绿硫细菌等少数光能自养型微生物主要是一些蓝细菌、红硫细菌、绿硫细菌等少数微生物，它们都含有光合色素，能够进行光合作用，将光能转变为微生物，它们都含有光合色素，能够进行光合作用，将光能转变为化学能（化学能（ATP）供细胞直接利用。例如蓝细菌利用）供细胞直接利用。例如蓝细菌利用H2O作为供氢体，作为供氢体，在光照下同化在光照下同化CO2，放出，放出O2；绿硫细菌和紫硫细菌以；绿硫细菌和紫硫细菌以H2S或硫代硫或硫代硫酸盐等还原态硫化物作为供氢体，还原酸盐等还原态硫化物作为供氢体，还原CO2，并得到硫。，并得到硫。一、微生物的营养一、微生物的营养2光能异养型光能异养型这类微生物利用光作为能源，以有机碳化合物（甲酸、乙酸、这类微生物利用光作为能源，以有机碳化合物（甲酸、乙酸、丁酸、甲醇、异丙醇、丙酮酸和乳酸）作为主要碳源和供氢体，丁酸、甲醇、异丙醇、丙酮酸和乳酸）作为主要碳源和供氢体，但不能以但不能以CO2作为主要或唯一的碳源。作为主要或唯一的碳源。如，红螺细菌利用异丙如，红螺细菌利用异丙醇作为供氢体，进行光合作用，并积累丙酮。醇作为供氢体，进行光合作用，并积累丙酮。一、微生物的营养一、微生物的营养3化能自养型化能自养型这类微生物的能源来自无机物氧化所产生的化学能。碳源是这类微生物的能源来自无机物氧化所产生的化学能。碳源是CO2或碳酸盐。或碳酸盐。常见的化能自养型微生物有硫（化）细菌、硝化细菌、氢细菌、常见的化能自养型微生物有硫（化）细菌、硝化细菌、氢细菌、铁细菌、一氧化碳细菌和甲烷氧化细菌等。它们分别以还原态铁细菌、一氧化碳细菌和甲烷氧化细菌等。它们分别以还原态硫化物（硫化物（S、H2S、S2O32-等）、等）、NH3、NO2-、H2、Fe2+、CO和和CH4作为能源。如，亚硝酸细菌能从氧化氨为亚硝酸中获得能作为能源。如，亚硝酸细菌能从氧化氨为亚硝酸中获得能量，用以还原量，用以还原CO2，形成碳水化合物。，形成碳水化合物。化能自养型微生物可以生活在完全无机的环境中，分别氧化各化能自养型微生物可以生活在完全无机的环境中，分别氧化各自合适的还原态的无机物，一般需消耗自合适的还原态的无机物，一般需消耗ATP，以取得同化，以取得同化CO2时时所需的能量。这类菌的生长速度较为缓慢。所需的能量。这类菌的生长速度较为缓慢。一、微生物的营养一、微生物的营养 4化能异养型化能异养型这类微生物以有机化合物为能源，碳源和氢供体也是有机化合物，这类微生物以有机化合物为能源，碳源和氢供体也是有机化合物，即同一种有机化合物的代谢既可供给能量，也可以供给碳架物质。即同一种有机化合物的代谢既可供给能量，也可以供给碳架物质。其氮素营养可以是有机物（如蛋白质），也可以是无机物（如硝其氮素营养可以是有机物（如蛋白质），也可以是无机物（如硝酸铵等）。酸铵等）。化能异养型微生物包括绝大多数的细菌、全部放线菌和真菌以及化能异养型微生物包括绝大多数的细菌、全部放线菌和真菌以及原生动物等。可分为腐生和寄生两种类型。原生动物等。可分为腐生和寄生两种类型。微生物营养类型的划分不是绝对的，很多情况下取决于生长环境。微生物营养类型的划分不是绝对的，很多情况下取决于生长环境。微生物营养类型的可变性有利于提高微生物对环境条件的适应能力。微生物营养类型的可变性有利于提高微生物对环境条件的适应能力。二、培养基二、培养基培养基是指经人工配制、适合微生物生长繁殖或积累代谢产物培养基是指经人工配制、适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。的营养基质。良好的培养基都应具备微生物生长所需要的六大营养要素，且良好的培养基都应具备微生物生长所需要的六大营养要素，且其间的比例合适；能充分发挥微生物的代谢合成能力，使微生其间的比例合适；能充分发挥微生物的代谢合成能力，使微生物正常生长达到最佳的实验、科研和生产目的。物正常生长达到最佳的实验、科研和生产目的。二、培养基二、培养基（一）配制培养基的原则（一）配制培养基的原则1明确培养的目的明确培养的目的在设计新培养基时，首先要明确培养何种菌、获取何产物、是用于实验室在设计新培养基时，首先要明确培养何种菌、获取何产物、是用于实验室科学研究还是大规模生产、是进行一般研究还是作精细的生理生化或遗传科学研究还是大规模生产、是进行一般研究还是作精细的生理生化或遗传学研究、是用作学研究、是用作“种子种子”培养基还是用作发酵培养基培养基还是用作发酵培养基培养细菌、放线菌、酵母菌和霉菌的培养基不同。培养细菌常用牛肉膏蛋培养细菌、放线菌、酵母菌和霉菌的培养基不同。培养细菌常用牛肉膏蛋白胨培养基；培养放线菌常用高氏一号培养基；培养酵母常用麦芽汁培养白胨培养基；培养放线菌常用高氏一号培养基；培养酵母常用麦芽汁培养基；培养霉菌常用马铃薯培养基和察氏培养基。病毒等专性寄生菌不能在基；培养霉菌常用马铃薯培养基和察氏培养基。病毒等专性寄生菌不能在人工制备的培养基上生长，必须用鸡胚、细胞培养和动物培养等方法培养。人工制备的培养基上生长，必须用鸡胚、细胞培养和动物培养等方法培养。培养自养型微生物的培养基应完全是简单无机盐，培养异养型微生物的培培养自养型微生物的培养基应完全是简单无机盐，培养异养型微生物的培养基至少要有一种有机物作为碳源和能源。养基至少要有一种有机物作为碳源和能源。实验室中作一般培养时，选用营养丰富、取材与制备均较方便的天然培养实验室中作一般培养时，选用营养丰富、取材与制备均较方便的天然培养基；进行精细的生理、代谢或遗传等研究用时，选用合成培养基。基；进行精细的生理、代谢或遗传等研究用时，选用合成培养基。发酵生产上为获取大量优良菌种而制备的种子培养基，除了营养丰富和含发酵生产上为获取大量优良菌种而制备的种子培养基，除了营养丰富和含氮量较高外，还应加入能使菌种适应以后发酵条件的基质。氮量较高外，还应加入能使菌种适应以后发酵条件的基质。二、培养基二、培养基2协调营养物质的配比协调营养物质的配比大多数异养微生物所需的各营养要素的比例大多数异养微生物所需的各营养要素的比例为为：水：水碳源碳源氮源氮源 P、SK、Mg 生长因子，其中碳源和氮源比例（生长因子，其中碳源和氮源比例（C/N比）最为重要。比）最为重要。碳氮比（碳氮比（C/N比）是指培养基中所含比）是指培养基中所含C原子的摩尔浓度与原子的摩尔浓度与N原子的摩原子的摩尔浓度之比，不同的微生物菌种要求不同的尔浓度之比，不同的微生物菌种要求不同的C/N比。如细菌和酵母比。如细菌和酵母菌培养基中的菌培养基中的C/N比约为比约为5/1，霉菌培养基中的，霉菌培养基中的C/N比约为比约为10/1。还需注意无机盐的量及其平衡。很多无机盐在低浓度时为微生物生还需注意无机盐的量及其平衡。很多无机盐在低浓度时为微生物生长所必须，但在高浓度时则可能抑制微生物的生长；无机盐的比例长所必须，但在高浓度时则可能抑制微生物的生长；无机盐的比例不适当也会影响微生物的生长，如不适当也会影响微生物的生长，如K2HPO4与与KH2PO4浓度的比例失浓度的比例失调会影响培养基的缓冲能力。调会影响培养基的缓冲能力。二、培养基3注意适宜的理化条件注意适宜的理化条件（1）pH 各类微生物都有它们适宜的生长各类微生物都有它们适宜的生长pH范围。一般范围。一般来说来说，细菌的最适，细菌的最适pH为为7.08.0，放，放线菌最适线菌最适pH 7.58.5，酵母菌，酵母菌为为pH 3.86.0,霉菌为霉菌为4.05.8。微生物在生长繁殖和代谢过程中，引起培养基微生物在生长繁殖和代谢过程中，引起培养基pH发生变化，如不适当调节，就会抑发生变化，如不适当调节，就会抑制或杀死自身。因此在配制培养基时，要加入一定的缓冲物质，以维持制或杀死自身。因此在配制培养基时，要加入一定的缓冲物质，以维持pH的相对恒的相对恒定，常用的缓冲物质主要有磷酸盐类和碳酸盐类。定，常用的缓冲物质主要有磷酸盐类和碳酸盐类。磷酸盐类：由一氢和二氢磷酸盐（如磷酸盐类：由一氢和二氢磷酸盐（如K2HPO4与与KH2PO4）的等摩尔溶液（）的等摩尔溶液（pH6.8）组）组成的磷酸缓冲液，不仅起缓冲作用，还兼有磷源和钾源作用。成的磷酸缓冲液，不仅起缓冲作用，还兼有磷源和钾源作用。碳酸钙（碳酸钙（CaCO3）：）：CaCO3在中性环境中的溶解度极低，加入培养基中后，不影响在中性环境中的溶解度极低，加入培养基中后，不影响培养基培养基pH的变化的变化；微生物生长过程中不断产酸时，微生物生长过程中不断产酸时，CaCO3就会解离，游离出就会解离，游离出CO32-与与H+形成碳酸，缓解培养基形成碳酸，缓解培养基pH的降低。大量产酸时，一般加入的降低。大量产酸时，一般加入CaCO3进行调节。进行调节。在培养基中还存在一些天然的缓冲系统，如氨基酸、肽、蛋白质都属于两性电解质，在培养基中还存在一些天然的缓冲系统，如氨基酸、肽、蛋白质都属于两性电解质，也可起缓冲剂的作用。也可起缓冲剂的作用。二、培养基 （2）渗透压）渗透压 绝大多数微生物适宜于等渗溶液中生长绝大多数微生物适宜于等渗溶液中生长。当环境中渗透压低于细胞原生质的渗透压时，细胞会出现吸水膨当环境中渗透压低于细胞原生质的渗透压时，细胞会出现吸水膨胀甚至破裂胀甚至破裂。当环境渗透压高于原生质渗透压时，会导致细胞膜与细胞壁分开。当环境渗透压高于原生质渗透压时，会导致细胞膜与细胞壁分开。当培养嗜盐微生物时，常加入适量当培养嗜盐微生物时，常加入适量NaCl以提高培养基的渗透压，以提高培养基的渗透压，培养嗜渗透微生物（如高渗酵母）时加入接近饱和量的蔗糖以提培养嗜渗透微生物（如高渗酵母）时加入接近饱和量的蔗糖以提高渗透压。高渗透压。二、培养基4经济节约经济节约在工业生产中，选择培养基的原料时，除了必须考虑容易被微在工业生产中，选择培养基的原料时，除了必须考虑容易被微生物利用以及满足工艺要求外，还应考虑经济效果，应尽量减生物利用以及满足工艺要求外，还应考虑经济效果，应尽量减少主粮的利用，采用以副产品代用原材料的方法。少主粮的利用，采用以副产品代用原材料的方法。例如发酵工业生产中碳源的代用方向主要是以纤维水解物、废例如发酵工业生产中碳源的代用方向主要是以纤维水解物、废糖蜜等代替淀粉、葡萄糖等。氮源的代用方向以花生饼、豆饼糖蜜等代替淀粉、葡萄糖等。氮源的代用方向以花生饼、豆饼等代替黄豆粉、蛋白胨等。等代替黄豆粉、蛋白胨等。根据微生物对营养要求的不同特点，选择合适的培养原料，既根据微生物对营养要求的不同特点，选择合适的培养原料，既满足微生物生长的需要，又能获得优质高产的代谢产物，同时满足微生物生长的需要，又能获得优质高产的代谢产物，同时也符合增产节约、因地制宜的效果，是大规模生产必须遵守的也符合增产节约、因地制宜的效果，是大规模生产必须遵守的原则。原则。二、培养基（二）培养基的类型（二）培养基的类型1根据对培养基成分的了解来分根据对培养基成分的了解来分（1）合成培养基）合成培养基 指利用已知化学成分及数量的化学物质配制而成的培养指利用已知化学成分及数量的化学物质配制而成的培养基。此类培养基成分精确，重复性强。一般用于实验室进行的营养代谢、遗基。此类培养基成分精确，重复性强。一般用于实验室进行的营养代谢、遗传育种、分类鉴定和生物测定等定量要求较高的研究。缺点是价格较贵、配传育种、分类鉴定和生物测定等定量要求较高的研究。缺点是价格较贵、配制麻烦，一般微生物在合成培养基上生长缓慢制麻烦，一般微生物在合成培养基上生长缓慢，不适于大量生产不适于大量生产。（2）天然培养基）天然培养基 指采用动植物组织或微生物细胞或它们的提取物或消化指采用动植物组织或微生物细胞或它们的提取物或消化产物等天然有机物配制而成的营养基，无法确切知道其中的成分。产物等天然有机物配制而成的营养基，无法确切知道其中的成分。此类此类培养培养基取材广泛，营养丰富，配制方便，价格低廉；缺点是基取材广泛，营养丰富，配制方便，价格低廉；缺点是其其具体成分不清楚，具体成分不清楚，产品成分不稳定，不适合于精细的科学实验产品成分不稳定，不适合于精细的科学实验。适合配制实验室用的各种基本适合配制实验室用的各种基本培养基及大规模生产中的种子培养基或发酵培养基。培养基及大规模生产中的种子培养基或发酵培养基。（3）半合成培养基）半合成培养基 既含有天然成分又含有纯化学试剂，称为半合成培养既含有天然成分又含有纯化学试剂，称为半合成培养基。在生产和实验室中使用最多的是半合成培养基，大多数微生物都在此类基。在生产和实验室中使用最多的是半合成培养基，大多数微生物都在此类培养基上生长。培养基上生长。二、培养基2根据培养基的物理状态来分根据培养基的物理状态来分（1）液体培养基）液体培养基 各种营养物质溶解于水中，各种营养物质溶解于水中，呈呈液体状态的培养基。这类液体状态的培养基。这类培养基有利于微生物的生长和积累代谢产物，常用于实验室中观察微生培养基有利于微生物的生长和积累代谢产物，常用于实验室中观察微生物生长特征和研究生理生化特性以及大规模的工业化生产物生长特征和研究生理生化特性以及大规模的工业化生产。（2）固体培养基）固体培养基 呈固体状态的培养基。在液体培养基中加入一定量的凝呈固体状态的培养基。在液体培养基中加入一定量的凝固剂，如琼脂（固剂，如琼脂（1.5%2.0%）、明胶（）、明胶（5%12%）等）等，煮沸冷却凝结煮沸冷却凝结。固体培养基可用于菌种分离鉴定、菌落计数、检验杂交、选种育种、菌固体培养基可用于菌种分离鉴定、菌落计数、检验杂交、选种育种、菌种保藏、抗生素等生物活性物质的生物测定，等等。种保藏、抗生素等生物活性物质的生物测定，等等。（3）半固体培养基）半固体培养基 在液体培养基中加入少量凝固剂（琼脂量一般为在液体培养基中加入少量凝固剂（琼脂量一般为0.20.7）制成的半固体状态的培养基。半固体培养基呈现出容器倒放时）制成的半固体状态的培养基。半固体培养基呈现出容器倒放时不致流下、在剧烈振荡后能破散的状态。常用来观察细菌的运动，鉴定不致流下、在剧烈振荡后能破散的状态。常用来观察细菌的运动，鉴定菌种，噬菌体的效价滴定和保存菌种。菌种，噬菌体的效价滴定和保存菌种。二、培养基（1）基）基础培养基培养基 指含有一般微生物生指含有一般微生物生长繁殖所需的基本繁殖所需的基本营养物养物质的的培养培养基基。牛肉膏蛋白。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基培养基是最常用的基础培养基。培养基。3根据培养基的用途来分根据培养基的用途来分（2）富集培养基）富集培养基 培养基中加入目的菌特别需要的营养物质而使它们富培养基中加入目的菌特别需要的营养物质而使它们富集以达到选择目的集以达到选择目的。目的菌迅速生长繁殖，而逐渐淘汰其它非目的菌。目的菌迅速生长繁殖，而逐渐淘汰其它非目的菌。二、培养基（3）选择性培养基）选择性培养基 在培养基中加入某种化学物质以抑制非目的菌的生长，在培养基中加入某种化学物质以抑制非目的菌的生长，而促进目的菌的生长。常用的抑制物质有染料和抗生素。如而促进目的菌的生长。常用的抑制物质有染料和抗生素。如SS琼脂培养基，琼脂培养基，由于加入了胆盐等抑制剂，对沙门氏菌等肠道致病菌无抑制作用，而对其他由于加入了胆盐等抑制剂，对沙门氏菌等肠道致病菌无抑制作用，而对其他肠道细菌有抑制作用。肠道细菌有抑制作用。3根据培养基的用途来分根据培养基的用途来分（4）鉴别培养基培养基 根据微生物能否利用培养基中某种根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，通养成分，通过指示指示剂的的显色反色反应，用以，用以鉴别不同微生物的培养基不同微生物的培养基。例如，用于例如，用于鉴别肠道杆菌中某道杆菌中某些些细菌的伊菌的伊红美美蓝（EMB）是典型的）是典型的鉴别培养基培养基，大大肠杆菌杆菌强烈分解乳糖烈分解乳糖时能能产生大量有机酸，生大量有机酸，其其菌落呈紫黑色有菌落呈紫黑色有绿色金属光色金属光泽；沙沙门氏菌和志氏菌和志贺氏菌氏菌不不发酵乳糖，而形成无色菌落。酵乳糖，而形成无色菌落。二、培养基表表3-2 几种常用的鉴别培养基几种常用的鉴别培养基三、营养物质进入细胞的方式三、营养物质进入细胞的方式1 1单纯扩散单纯扩散单纯扩散单纯扩散单纯扩散，又称被动转运或自由扩散，是物质进出细胞最简单的一种方式。单纯扩散，又称被动转运或自由扩散，是物质进出细胞最简单的一种方式。其特点是物质由高浓度区向低浓度区扩散其特点是物质由高浓度区向低浓度区扩散，是一种单纯的物理扩散作用，不是一种单纯的物理扩散作用，不需要能量需要能量。具有。具有非特异性，没有运载蛋白（渗透酶）参与非特异性，没有运载蛋白（渗透酶）参与。因此，单纯扩散因此，单纯扩散不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式，一些小分子物质，如不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式，一些小分子物质，如O2、CO2、水、乙醇、甘油和某些氨基酸，可通过单纯扩散透过细胞膜。水、乙醇、甘油和某些氨基酸，可通过单纯扩散透过细胞膜。微生物吸收营养物质主要有微生物吸收营养物质主要有4种方式。种方式。三、营养物质进入细胞的方式三、营养物质进入细胞的方式2 2促进扩散促进扩散促进扩散促进扩散促进扩散与单纯扩散相似，也是一种被动的物质跨膜运输方式。细胞膜上的促进扩散与单纯扩散相似，也是一种被动的物质跨膜运输方式。细胞膜上的载体蛋白与相应的营养物结合，从高浓度环境进入低浓度环境，运输过程中载体蛋白与相应的营养物结合，从高浓度环境进入低浓度环境，运输过程中不消耗能量。通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生不消耗能量。通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。促进扩散在真核细胞中要比原核细胞中更为普遍。素及无机盐等。促进扩散在真核细胞中要比原核细胞中更为普遍。三、营养物质进入细胞的方式三、营养物质进入细胞的方式3 3主动运输主动运输主动运输主动运输主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。通过细胞膜上的载体蛋白逆浓主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。通过细胞膜上的载体蛋白逆浓度梯度运输营养物质，在运输过程中需消耗能量。膜上的渗透酶与胞外的营度梯度运输营养物质，在运输过程中需消耗能量。膜上的渗透酶与胞外的营养物质特异性结合，形成复合体。复合体旋转养物质特异性结合，形成复合体。复合体旋转180从膜外转移到细胞膜内从膜外转移到细胞膜内表面，消耗能量，使渗透酶的构型发生变化，减弱载体蛋白与营养物质的亲表面，消耗能量，使渗透酶的构型发生变化，减弱载体蛋白与营养物质的亲和力，释放营养物；渗透酶构型变化后，再次获得能量恢复原状，增强亲和和力，释放营养物；渗透酶构型变化后，再次获得能量恢复原状，增强亲和力，结合位置朝向膜外，重复进行主动运输。力，结合位置朝向膜外，重复进行主动运输。三、营养物质进入细胞的方式三、营养物质进入细胞的方式4 4基团移位基团移位基团移位基团移位基团移位是一种既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的物质运送方式，其基团移位是一种既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的物质运送方式，其特点是物质在运送前后会发生分子结构的变化，有化学基团转移到被转运的特点是物质在运送前后会发生分子结构的变化，有化学基团转移到被转运的物质上。基团移位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要运输糖及其物质上。基团移位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要运输糖及其衍生物、脂肪酸、核苷酸、碱基等。衍生物、脂肪酸、核苷酸、碱基等。项目二 微生物的代谢主要内容主要内容一、微生物代谢概述一、微生物代谢概述二、微生物能量代谢的主要方式二、微生物能量代谢的主要方式三、微生物的次级代谢三、微生物的次级代谢四、微生物的代谢调节四、微生物的代谢调节一、微生物代谢概述一、微生物代谢概述 新陈代谢：新陈代谢：一般泛指生物与周围环境进行物质交换和能量一般泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。交换的过程。发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。的总和。新陈代谢新陈代谢=分解代谢分解代谢+合成代谢合成代谢 分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、三磷酸腺苷（化，产生简单分子、三磷酸腺苷（ATPATP）形式的能量和还）形式的能量和还原力的作用。原力的作用。合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATPATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子的过程。形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子的过程。一、微生物代谢概述一、微生物代谢概述 新陈代谢的共同特点：新陈代谢的共同特点：（1 1）在温和条件下进行）在温和条件下进行(由酶催化由酶催化)；（2 2）反应步骤繁多，但相互配合、有条不紊、彼此协调，且逐步）反应步骤繁多，但相互配合、有条不紊、彼此协调，且逐步进行，表征了新陈代谢具有严格的顺序性；进行，表征了新陈代谢具有严格的顺序性；（3 3）对内外环境具有高度的调节功能和适应功能。）对内外环境具有高度的调节功能和适应功能。物质代谢：物质在体内转化的过程。物质代谢：物质在体内转化的过程。能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化。这些能量能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化。这些能量是用于维持微生物的生理活动或合成代谢所需的。是用于维持微生物的生理活动或合成代谢所需的。一、微生物代谢概述一、微生物代谢概述按物质转化方式分：按物质转化方式分：分解代谢（异化作用）：指细胞将大分子物质（细胞的分解代谢（异化作用）：指细胞将大分子物质（细胞的衰老物质和吸收的营养物质）降解成小分子物质，并产生衰老物质和吸收的营养物质）降解成小分子物质，并产生一些中间产物作为合成细胞物质的基础原料，最终将废物一些中间产物作为合成细胞物质的基础原料，最终将废物排出体外，在这个过程中产生能量，一部分能量以热的形排出体外，在这个过程中产生能量，一部分能量以热的形式散失，另一部分以高能磷酸键的形式贮存在三磷酸腺苷式散失，另一部分以高能磷酸键的形式贮存在三磷酸腺苷（ATPATP）中。中。合成代谢（同化作用）：是指细胞利用简单的小分子物合成代谢（同化作用）：是指细胞利用简单的小分子物质（从外界吸收的营养物质）合成复杂大分子（新的细胞质（从外界吸收的营养物质）合成复杂大分子（新的细胞物质和贮藏物质）的过程。在这个过程中要消耗能量。是物质和贮藏物质）的过程。在这个过程中要消耗能量。是微生物生长、发育的物质基础微生物生长、发育的物质基础 。一、微生物代谢概述一、微生物代谢概述按代谢产物在机体中作用不同分：按代谢产物在机体中作用不同分：初级代谢：提供能量、前体、结构物质等生命活动所必须初级代谢：提供能量、前体、结构物质等生命活动所必须的代谢物的代谢类型；是维持微生物正常生命活动的生理的代谢物的代谢类型；是维持微生物正常生命活动的生理活性物质或能量的代谢。产物：氨基酸、核苷酸等。活性物质或能量的代谢。产物：氨基酸、核苷酸等。次级代谢：在一定生长阶段出现非生命活动（非细胞结构次级代谢：在一定生长阶段出现非生命活动（非细胞结构物质和维持微生物正常生命活动的非必需物质）所必需的物质和维持微生物正常生命活动的非必需物质）所必需的代谢类型；代谢类型；产物：抗生素、色素、激素、生物碱、毒素维生素等。产物：抗生素、色素、激素、生物碱、毒素维生素等。二、微生物能量代谢的主要方式二、微生物能量代谢的主要方式（一）生物氧化（一）生物氧化 能量代谢是新陈代谢中的核心问题。能量代谢是新陈代谢中的核心问题。中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对一切生中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对一切生命活动都能使用的能源命活动都能使用的能源ATPATP。分解代谢是物质在生物体中经过一系列的氧化还原反应，逐分解代谢是物质在生物体中经过一系列的氧化还原反应，逐步分解并释