微生物学第章营养与代谢.ppt

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1、微生物学第章营养与代谢 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节微生物的营养、营微生物的营养、营养类型和培养基养类型和培养基微生物营养的功能微生物营养的功能营养或营养作用（营养或营养作用（nutrition）是指生物体从外部环境）是指生物体从外部环境 吸收吸收 生命生命活动所必需的物质和能量，以满足其生长和繁殖需要的一种生理活动所必需的物质和能量，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。功能。营养是一个过程。营养是一个过程。参与营养过程并参与营养过

2、程并 具有营养功能的物质具有营养功能的物质 称为营养物称为营养物(nutrient)。功能功能:参与微生物参与微生物细胞的胞的组成成 提供微生物机体提供微生物机体进行各种生理活行各种生理活动所需的能量所需的能量 形成微生物代形成微生物代谢产物的来源物的来源 营养物养物质是微生物新是微生物新陈代代谢和一切生命活和一切生命活动的物的物质基基础，失去，失去这个基个基础，生命也就停止，生命也就停止微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成元素 大量元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫 其他元素：钾、钠、钙、镁、铁、锰、铜、钴、锌、钼等 存在方式 有机物：蛋白质、糖、脂、核酸、维生素，降解产物、代谢中间产物 无机

3、盐灰分 水细胞干重的70%90%微生物细胞的营养物质微生物细胞的营养物质1.碳源（碳源（Carbon source）2.氮源（氮源（Nitrogen source)3.能源（能源（Energy source)4.生生长因子（因子（Growth factor)5.无机无机盐(Inorganic salt)6.水水(Water)微微 生生 物物 的的 碳碳 源源 被微生物利用来构成细胞物质或代谢产物中被微生物利用来构成细胞物质或代谢产物中碳架来源的营养物质碳架来源的营养物质 工业生产常用的碳源工业生产常用的碳源 微生物培养基配制常用碳源微生物培养基配制常用碳源微生物可利用的碳源微生物可利用的碳源1

4、糖糖类：葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘露糖，乳糖，甘露糖，纤维二糖，二糖，纤维素，半素，半纤维素，甲壳素，甲壳素，木素，木质素，等素，等 有机酸：有机酸：乳酸，乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高脂肪酸，高级脂脂肪酸，氨基酸，等肪酸，氨基酸，等 醇醇类：乙醇乙醇 脂脂类：脂肪，磷脂脂肪，磷脂 微生物可利用的碳源微生物可利用的碳源2烃类 天然气，石油，石油天然气，石油，石油馏分，石蜡油分，石蜡油 CO2 CO2 碳酸碳酸盐 NaHCO3,CaCO3,白垩，等白垩，等 其他其他 芳香族化合物，芳香族化合物，氰化物，蛋

5、白化物，蛋白质，肽，核酸，核酸，等等微微 生生 物物 的的 能能 源源 化能异养微生物：有机物（同碳源）化能异养微生物：有机物（同碳源）化学物质化学物质 化能自养微生物：还原态无机物化能自养微生物：还原态无机物 能源谱能源谱 （不同碳源）（不同碳源）NH NH4 4+,NO,NO2 2-,S,H,S,H2 2S,HS,H2 2,Fe,Fe2+2+等等 光能：光能自养和光能异养微生物光能：光能自养和光能异养微生物能为微生物的生命活动提供最初能量来源的物质称为 能源（能源（energy source）微微 生生 物物 的的 氮氮 源源 构成微生物细胞组成或代谢中氮素来源的营构成微生物细胞组成或代谢

6、中氮素来源的营养物质养物质。无机氮源：无机氮源：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐等铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐等 气态氮源：气态氮源：大气大气N N2 2 有机氮源：有机氮源：蛋白胨、酵母膏、玉米浆、鱼粉、蛋白胨、酵母膏、玉米浆、鱼粉、黄豆饼、花生饼等黄豆饼、花生饼等微生物的生长因子微生物的生长因子为某些微生物生长所必需、其自身又不能合成、需要为某些微生物生长所必需、其自身又不能合成、需要外源提供但需要量又很小的有机物质通称为外源提供但需要量又很小的有机物质通称为 生长因生长因子子（growth factor）狭义：维生素狭义：维生素 广义：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等广义：维生素、氨基酸、碱基、脂肪酸等

7、1).1).生长因子自养型微生物（生长因子自养型微生物（auxoautotrophs)auxoautotrophs)2).2).生长因子异养型微生物（生长因子异养型微生物（auxoheterotrophs)auxoheterotrophs)3).3).生长因子过量合成型微生物生长因子过量合成型微生物 4).4).营养缺陷型微生物（营养缺陷型微生物（nutritional deficiency)nutritional deficiency)（1）生长因子自养型微生物（）生长因子自养型微生物（auxoautotrophs）多数真菌、放线菌和不少细菌，多数真菌、放线菌和不少细菌，如大肠杆菌（如大肠杆

8、菌（E.coli）等，都是不）等，都是不需要外界提供的生长因子自养型微需要外界提供的生长因子自养型微生物生物。（2）生长因子异养型微生物（）生长因子异养型微生物（auxoheterotrophs）它们需要多种生长因子，例如一般的乳酸菌它们需要多种生长因子，例如一般的乳酸菌都需要多种维生素。根瘤菌生长需要生物素，都需要多种维生素。根瘤菌生长需要生物素，每每 mL 培养液中只需要培养液中只需要 0.006 m g，就有显著，就有显著的促进生长作用。的促进生长作用。（3）生长因子过量合成型微生物）生长因子过量合成型微生物 有些微生物在其代谢活动中，会分泌出大量的有些微生物在其代谢活动中，会分泌出大量

9、的维生素等生长因子，因而可以作为维生素等的生维生素等生长因子，因而可以作为维生素等的生产菌。产菌。例如生产维生素例如生产维生素 B 2 的阿舒假囊酵母（的阿舒假囊酵母（Eremothecium ashbya）或棉阿舒囊霉（）或棉阿舒囊霉（Ashbya gossypii），产维生素），产维生素 B 12 的谢氏丙的谢氏丙酸杆菌（酸杆菌（Propionibacterium shermanii）及某）及某些链霉菌些链霉菌(Streptomyces spp.)等。等。（4）营养缺陷型微生物（营养缺陷型微生物（nutritional deficiency）某些微生物的正常生长需要适量的一种某些微生物的正

10、常生长需要适量的一种或几种氨基酸、维生素、碱基（或几种氨基酸、维生素、碱基（嘌呤嘌呤 或或 嘧啶嘧啶）。）。凡是不能合成上述各类物质中任何一种，凡是不能合成上述各类物质中任何一种，而需外源供给才能正常生长的，称为而需外源供给才能正常生长的，称为 营养营养缺陷型微生物缺陷型微生物。某些微生物生某些微生物生长所需的生所需的生长因子因子微微 生生 物物 的的 无无 机机 盐盐微量元素与微生物生理功能微量元素与微生物生理功能无机无机盐及其生理功能及其生理功能水水水在微生物机体中具有重要的功能，是维持微生物生命活动不可缺少的水在微生物机体中具有重要的功能，是维持微生物生命活动不可缺少的物质：物质：水是微

11、生物细胞的重要组成成分水是微生物细胞的重要组成成分:它占微生物体湿重的它占微生物体湿重的 70 90，水还供给微生物氧和氢两种元素。，水还供给微生物氧和氢两种元素。水使原生质保持溶胶状态，保证了代谢活动的正常进行水使原生质保持溶胶状态，保证了代谢活动的正常进行:当含水量当含水量减少时，原生质由溶胶变为凝胶，生命活动大大减缓，如同细菌芽孢。减少时，原生质由溶胶变为凝胶，生命活动大大减缓，如同细菌芽孢。如原生质失水过多，引起原生质胶体破坏，可导致菌体死亡。如原生质失水过多，引起原生质胶体破坏，可导致菌体死亡。水是物质代谢的原料水是物质代谢的原料:如一些加水反应过程，没有水将不能进行。如一些加水反应

12、过程，没有水将不能进行。水作为一种溶剂，能起到胞内物质运输介质的作用水作为一种溶剂，能起到胞内物质运输介质的作用:营养物质只有营养物质只有呈溶解状态才能被微生物吸收、利用，代谢产物的分泌也需要水的参呈溶解状态才能被微生物吸收、利用，代谢产物的分泌也需要水的参与。与。水又是热的良好导体水又是热的良好导体:因为水的比热高，故能有效地吸收代谢过程因为水的比热高，故能有效地吸收代谢过程中放出的热并将其迅速散发，以免胞内温度骤然升高，故而水能有效中放出的热并将其迅速散发，以免胞内温度骤然升高，故而水能有效地控制胞内温度的变化。地控制胞内温度的变化。水的可利用性水的可利用性用水活度表示用水活度表示 水活度

13、水活度w(water activity)=P/Po P:溶液的蒸汽溶液的蒸汽压 Po:纯水的蒸汽水的蒸汽压 在常温常在常温常压下，下，纯水的水的aw为1.00微生物生长所要求的微生物生长所要求的 a w 值，一般在值，一般在 0.660.99 之间，每一种微生物的生长都有一适应范围及最之间，每一种微生物的生长都有一适应范围及最适的适的 a w 值，并且这个值，并且这个 a w 值是相对恒定的。值是相对恒定的。几种微生物生长的最适几种微生物生长的最适a aw w值值 微 生 物 a w 一般细菌 酵 母 菌霉 菌嗜盐细菌嗜盐真菌嗜高渗酵母 0.91 0.880.800.760.650.60 如果

14、微生物生长环境的如果微生物生长环境的 a w 值大于菌体值大于菌体生长的最适生长的最适 a w 值，细胞就会吸水膨胀，值，细胞就会吸水膨胀，甚至引起细胞破裂。甚至引起细胞破裂。反之，如果环境反之，如果环境 a w 值小于菌体生长的值小于菌体生长的最适最适 a w 值，则细胞内的水分就会外渗，值，则细胞内的水分就会外渗，造成质壁分离，使细胞代谢活动受到抑造成质壁分离，使细胞代谢活动受到抑制甚至引起死亡。制甚至引起死亡。人们为了抑制有害微生物生长，往往加人们为了抑制有害微生物生长，往往加人高浓度食盐或蔗糖，降低环境中的人高浓度食盐或蔗糖，降低环境中的 a w 值，使菌体不能正常生长，而达到长值，使

15、菌体不能正常生长，而达到长久保存食品的目的。久保存食品的目的。二、微生物吸收营养物质的机制二、微生物吸收营养物质的机制简单扩散（简单扩散（Simple diffusion)Simple diffusion)促进扩散（促进扩散（Facilitated diffusionFacilitated diffusion）主动吸收（主动吸收（Active transportActive transport）基团转位（基团转位（Group translocation)Group translocation)简简 单单 扩扩 散散简单扩散（简单扩散（simple diffusion）是一种最为是一种最为简单的

16、营养物质吸收进入细胞的方式。在简单简单的营养物质吸收进入细胞的方式。在简单扩散中，营养物质在扩散通过细胞膜的过程中扩散中，营养物质在扩散通过细胞膜的过程中不消耗能量，也不发生化学变化。不消耗能量，也不发生化学变化。物质扩散的动力物质扩散的动力:膜内外的浓度差膜内外的浓度差 特点：特点：不消耗能量不消耗能量 不发生化学变化不发生化学变化 非特异性。仅依膜上小孔的大小非特异性。仅依膜上小孔的大小 和形状对被扩和形状对被扩散的物质分子的大小和形状具有选择性散的物质分子的大小和形状具有选择性 被运输的物质是小分子量和脂溶性物，水，气体、被运输的物质是小分子量和脂溶性物，水，气体、甘油和某些离子甘油和某

17、些离子促促 进进 扩扩 散散促进扩散（促进扩散（facilitated diffusion）中，营养物质进入细胞的）中，营养物质进入细胞的运输过程中，需要借助位于膜上的一种载体蛋白的参与，并运输过程中，需要借助位于膜上的一种载体蛋白的参与，并且每种载体蛋白只运输相应的物质。且每种载体蛋白只运输相应的物质。借助膜上的载体蛋白，具有高度的立体专一性。载体蛋白能借助膜上的载体蛋白，具有高度的立体专一性。载体蛋白能促进物质运输，但不能进行逆浓度梯度运输。促进物质运输，但不能进行逆浓度梯度运输。常见于真核微生物，如厌氧生活的酵母菌中。常见于真核微生物，如厌氧生活的酵母菌中。特点：特点：需要特异性的载体蛋

18、白需要特异性的载体蛋白 不消耗能量不消耗能量 可加快运输速度，但不能逆浓度运输可加快运输速度，但不能逆浓度运输物物质运运输促促进扩散示意散示意图主主 动动 吸吸 收收主动运输（主动运输（active transport）：营养物质的运输）：营养物质的运输 过程需要消耗能量，并且可以逆浓度梯度运输。过程需要消耗能量，并且可以逆浓度梯度运输。与促进扩散的重要区别是在促进扩散中载体蛋白与促进扩散的重要区别是在促进扩散中载体蛋白分子构型改变不需要能量，它在被运输物质与载体分子构型改变不需要能量，它在被运输物质与载体分子之间通过相互作用使其构型变化，从而完成营分子之间通过相互作用使其构型变化，从而完成营

19、养物质转运；但在主动运输中，载体分子构型变化养物质转运；但在主动运输中，载体分子构型变化以消耗能量为前提，因此主动运输是一个耗能过程。以消耗能量为前提，因此主动运输是一个耗能过程。特点：特点：有特异性的载体蛋白参与有特异性的载体蛋白参与 需要消耗能量需要消耗能量 可以逆浓度梯度运输可以逆浓度梯度运输 微生物的主要物质运输微生物的主要物质运输方式方式 微生物主微生物主动运运输示意示意图基基 团团 转转 位位基团转位（基团转位（group transport）是一种既需要载体是一种既需要载体蛋白又需要消耗能量的物质运输方式。其与主动运蛋白又需要消耗能量的物质运输方式。其与主动运输方式不同的是它有一

20、个复杂的运输酶系统来完成输方式不同的是它有一个复杂的运输酶系统来完成物质的运输，同时底物在运输过程中发生化学结构物质的运输，同时底物在运输过程中发生化学结构变化。变化。一种主动运输类型一种主动运输类型 需复杂的运输酶系参与需复杂的运输酶系参与 底物在运输过程发生化学变化底物在运输过程发生化学变化 主要存在于厌氧和兼性厌氧细菌中主要存在于厌氧和兼性厌氧细菌中主要用于糖及脂肪酸、核苷、碱基等物质的运输，主要用于糖及脂肪酸、核苷、碱基等物质的运输，如葡萄糖（见图）如葡萄糖（见图）葡萄糖通过基团转位葡萄糖通过基团转位 运输过程的化学反应运输过程的化学反应1）PEP+HPr 酶I 磷酸磷酸HPr+丙丙酮

21、酸酸 2）磷酸磷酸HPr +葡萄糖葡萄糖 酶II 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 +HPr 基团转位运输葡萄糖示意图基团转位运输葡萄糖示意图三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型根据微生物生长所需要的碳源物质的性质，根据微生物生长所需要的碳源物质的性质，可将微生物分成可将微生物分成 自养型自养型（autotroph）与与 异异养型养型（heterotroph）两大类。两大类。根据微生物生长所需能量来源的不同进行分根据微生物生长所需能量来源的不同进行分类，可分成类，可分成 化能营养型化能营养型(chemotroph)与与 光能光能营养型营养型(phototroph)。根据其生长时能量代谢过程中供氢体

22、性质的根据其生长时能量代谢过程中供氢体性质的不同来分，将微生物分成不同来分，将微生物分成 有机营养型有机营养型（organotroph）与与 无机营养型无机营养型(lithotroph)。综合而言，微生物的营养类型可分为：综合而言，微生物的营养类型可分为：1.1.化能有机营养型微生物化能有机营养型微生物 2.2.化能无机营养型微生物化能无机营养型微生物 3.3.光能无机营养型微生物光能无机营养型微生物 4.4.光能有机营养型微生物光能有机营养型微生物化能有机营养型微生物化能有机营养型微生物以适宜的有机碳化合物为基本碳源，以有机物氧化过程中释放的化学能为能源，以有机物为供氢体进行生长的微生物通称

23、为 化能有机营养型化能有机营养型。又称为 化能异养型化能异养型。可分为：可分为：寄生型微生物寄生型微生物寄生于活的生物体寄生于活的生物体 腐生型微生物腐生型微生物以死亡的生物有机体为以死亡的生物有机体为营养原料营养原料 自然界中绝大部分的微生物为化能有机营养型微自然界中绝大部分的微生物为化能有机营养型微生物生物化能无机营养型微生物化能无机营养型微生物 化能无机营养型化能无机营养型 又称又称 化能自养型化能自养型。这是一类这是一类能氧化某种还原态的无机物质，利用所释放的化学能氧化某种还原态的无机物质，利用所释放的化学能还原能还原 CO 2，合成有机物质，进行生长、繁殖的，合成有机物质，进行生长、

24、繁殖的微生物。微生物。该类微生物的特点是能以该类微生物的特点是能以 CO 2 作为生长的主要作为生长的主要碳源或唯一碳源，不需要有机养料；其所能利用的碳源或唯一碳源，不需要有机养料；其所能利用的能源物质与供氢体均是无机性质的。例如硝酸细菌、能源物质与供氢体均是无机性质的。例如硝酸细菌、氢细菌、硫化细菌、硫化细菌、铁细菌等均属于化氢细菌、硫化细菌、硫化细菌、铁细菌等均属于化能无机营养型微生物。能无机营养型微生物。例：例：2NH 2NH3 3+2O+2O2 2 2HNO 2HNO2 2+4H+4H+能量能量 CO CO2 2+4H+4H+(CH (CH2 2O)+HO)+H2 2O O 光能无机营

25、养型微生物光能无机营养型微生物光能无机营养型光能无机营养型 又称为又称为 光能自养型光能自养型。这是一这是一类含有光合色素、能以类含有光合色素、能以 CO 2 作为唯一或主要作为唯一或主要碳源并利用光能进行生长的微生物。它们能以碳源并利用光能进行生长的微生物。它们能以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物，以及水作为供氢体，使物，以及水作为供氢体，使 CO 2 还原成细胞还原成细胞物质。藻类、蓝细菌、绿硫细菌和紫硫细菌就物质。藻类、蓝细菌、绿硫细菌和紫硫细菌就属于这类微生物。属于这类微生物。碳源碳源COCO2 2为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源 能源

26、能源光能光能 供氢体供氢体HH2 2S S、NaNa2 2S S2 2SOSO3 3和其他无机硫化和其他无机硫化物、水物、水 光能有机营养型微生物光能有机营养型微生物光能有机营养型光能有机营养型 又可称为又可称为 光能异养型光能异养型。有少数含有光合色有少数含有光合色素的微生物种类，能利用光能为能源，还原素的微生物种类，能利用光能为能源，还原 CO 2 合成细胞物合成细胞物质，同时又必须以某种有机物质作为光合作用中的供氢体，因质，同时又必须以某种有机物质作为光合作用中的供氢体，因而被称为光能有机营养型。例如红螺菌属（而被称为光能有机营养型。例如红螺菌属（Rhodospirillum）中的一些细

27、菌，它们能利用异丙醇作为供氢体，使）中的一些细菌，它们能利用异丙醇作为供氢体，使 CO 2 还还原成细胞物质，同时积累丙酮。光能异养型细菌在生长时大多原成细胞物质，同时积累丙酮。光能异养型细菌在生长时大多数需要外源的生长因。数需要外源的生长因。碳源碳源COCO2 2 能源能源光光 供氢体供氢体必须以某种有机物作光合作用的供氢体必须以某种有机物作光合作用的供氢体 例：例：Rhodospirillum Rhodospirillum COCO2 2+2CH+2CH3 3CHOHCHCHOHCH3 3 (CH (CH2 2O)+O)+2CH 2CH3 3COCHCOCH3 3+H+H2 2O O 微生

28、物的微生物的营养养类型型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（Autotrophs）以以CO2为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源异养型（异养型（Heterotrophs）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（Phototrophs）以光为能源以光为能源化能营养型（化能营养型（Chemotrophs）以以有有机机物物氧氧化化释释放放的的化化学学能能为能源为能源电子供体电子供体无机营养型（无机营养型（Lithotrophs）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（Organotrophs）以有机物为电子供体以有机

29、物为电子供体微生物的微生物的营养养类型型 2营养类型营养类型电子供体电子供体 碳源碳源能能 源源 例例 样样光光能能无无机机自自养型养型H2,H2S,S,H2O CO2光能光能色色细细菌菌，蓝蓝细菌，藻类细菌，藻类光光能能有有机机异异养型养型有机物有机物有机物有机物 光能光能红螺细菌红螺细菌化化能能无无机机自自养型养型H2,H2S,Fe2+，NH3 或或NO2-CO2化化学学能能（无无机物氧化）机物氧化）氢氢细细菌菌，硫硫杆菌，杆菌，硝硝化化细细菌菌，大大多多数数产产甲甲烷菌烷菌化化能能有有机机异异养型养型有机物有机物 有机物有机物 化化学学能能（有有机物氧化）机物氧化）大大多多数数微微生生物

30、，物，原生动物原生动物四、培四、培 养养 基基培养基培养基MediumMedium：是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质积累代谢产物的营养基质 培养基约有数千种，依据：培养基约有数千种，依据：微生物种类不同，所需营养不同微生物种类不同，所需营养不同 使用目的不同使用目的不同 营养物质的来源不同营养物质的来源不同 培养基的物理状态不同培养基的物理状态不同培养基的培制原则培养基的培制原则（一）、配制培养基的原则（一）、配制培养基的原则 1.1.选择适宜的营养物质选择适宜的营养物质 2.2.营养物质浓度及配比合适（营养物质浓度及配比合适（

31、C/NC/N）3.3.控制控制pHpH条件条件 4.4.控制氧化还原电位（控制氧化还原电位（redox potentialredox potential）5.5.原料来源的选择原料来源的选择 6.6.灭菌处理灭菌处理适宜营养物质的选择适宜营养物质的选择营养物质浓度及配比合适营养物质浓度及配比合适（C/NC/N）碳氮比（碳氮比（C/NC/N）：培养基中碳元素与氮元素的）：培养基中碳元素与氮元素的 物质的量比值，有时也指培物质的量比值，有时也指培 养基中还原糖与粗蛋白之比。养基中还原糖与粗蛋白之比。如谷氨酸发酵生产：如谷氨酸发酵生产：C/N=4 C/N=4时菌体大量繁殖，时菌体大量繁殖，GluGl

32、u积累少；积累少；C/N=3 C/N=3时菌体繁殖受抑，时菌体繁殖受抑，GluGlu大量积累。大量积累。控控 制制 pH pH 条条 件件 细菌细菌:ph7.08.0:ph7.08.0 放线菌：放线菌：pH78.5 pH78.5 酵母菌酵母菌:ph3.86.0:ph3.86.0 霉菌：霉菌：pH4.06.0 pH4.06.0维持培养基维持培养基pHpH的方法的方法使用磷酸缓冲剂：使用磷酸缓冲剂：K K2 2HPOHPO4 4/Na/Na2 2HPOHPO4 4:KHKH2 2POPO4 4/NaH/NaH2 2POPO4 4 采用采用“备用碱备用碱”CaCO”CaCO3 3 、CaHCOCaH

33、CO3 3 采用弱酸盐：柠檬酸盐、乳酸盐等采用弱酸盐：柠檬酸盐、乳酸盐等 采用液氨或盐酸采用液氨或盐酸 控制氧化还原电位控制氧化还原电位（redox potential）好氧微生物：好氧微生物：+0.1V+0.1V。一般。一般+0.3+0.4V+0.3+0.4V 厌氧微生物：厌氧微生物：+0.1+0.1以下以下 兼性微生物：兼性微生物：+0.1+0.1以上好氧呼吸；以上好氧呼吸；+0.1+0.1以以 下进行发酵下进行发酵 原料来源的选择原料来源的选择经济节约原则经济节约原则 原料来源要广泛原料来源要广泛 原料要易处理，处理成本要低原料要易处理，处理成本要低 原料处理后，废物、废液、废气要少原料

34、处理后，废物、废液、废气要少 灭灭 菌菌 处处 理理高压蒸汽灭菌：高压蒸汽灭菌：1.05kg/cm21.05kg/cm2，121.5121.5，1530min1530min。注意：高温灭菌对营养物质的破坏及注意：高温灭菌对营养物质的破坏及pHpH变化。变化。不耐热物质的灭菌：不耐热物质的灭菌：115 115，1530min 1530min。间歇灭菌间歇灭菌 （二）、培养基的类型及应用（二）、培养基的类型及应用根据组成分划分根据组成分划分 根据物理状态划分根据物理状态划分 根据使用用途划分根据使用用途划分按成分不同划分培养基按成分不同划分培养基天然培养基（天然培养基（Complex medium

35、;undefined Complex medium;undefined medium)medium)：指用化学成分并不十分清楚或化学成指用化学成分并不十分清楚或化学成分不恒定的天然有机物质配制而成培养基。分不恒定的天然有机物质配制而成培养基。半合成培养基半合成培养基(Semi-defined medium)(Semi-defined medium)：指一类主指一类主要用已知化学成分的试剂配制，同时又添加某些未要用已知化学成分的试剂配制，同时又添加某些未知成分的天然物质制备而成的培养基。知成分的天然物质制备而成的培养基。合成培养基合成培养基(Synthetic medium;defined(Sy

36、nthetic medium;defined medium)medium)：由化学成分完全了解的物质配制而成的由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基。培养基。根据物理状态划分培养基根据物理状态划分培养基固体培养基：含固体培养基：含琼脂脂1.52%半固体培养基：含半固体培养基：含琼脂脂0.20.7%。这种培养这种培养基常分装于试管中灭菌后用于穿刺接种观察基常分装于试管中灭菌后用于穿刺接种观察被培养微生物的运动性、趋化性研究、厌氧被培养微生物的运动性、趋化性研究、厌氧菌培养、菌种保藏等。菌培养、菌种保藏等。液体培养基液体培养基：呈液体状态的培养基。无论在呈液体状态的培养基。无论在实验室还是生产实

37、践中，液体培养基被广泛实验室还是生产实践中，液体培养基被广泛应用。应用。培养基固化物培养基固化物琼脂与明胶的比脂与明胶的比较按使用用途划分培养基按使用用途划分培养基基础培养基基础培养基(Minimum medium)(Minimum medium)：含有一般微生物生长繁含有一般微生物生长繁殖所需基本营养成分的培养基称为基础培养基。殖所需基本营养成分的培养基称为基础培养基。加富培养基加富培养基(Enrichment medium)(Enrichment medium)：指在基础培养基中指在基础培养基中加入某些特殊需要的营养成分配制而成的营养更为丰富的培养基。加富培加入某些特殊需要的营养成分配制而

38、成的营养更为丰富的培养基。加富培养基一般用于培养对营养要求比较苛刻的微生物。养基一般用于培养对营养要求比较苛刻的微生物。鉴别培养基鉴别培养基(Differential medium)(Differential medium)：用于鉴别不同微生用于鉴别不同微生物类型微生物的培养基称为鉴别培养基。鉴别培养基主要用于微生物的分物类型微生物的培养基称为鉴别培养基。鉴别培养基主要用于微生物的分类鉴定和分离或筛选产生某种或某些代谢产物的微生物菌株。类鉴定和分离或筛选产生某种或某些代谢产物的微生物菌株。选择培养基选择培养基(Selective medium)(Selective medium)：用于从混杂的

39、微生物群用于从混杂的微生物群落中选择性地分离某种或某类微生物而配制的培养基称为选择性培养基。落中选择性地分离某种或某类微生物而配制的培养基称为选择性培养基。一一 些些 鉴 别 培培 养养 基基第第 二二 节节微微 生生 物物 的的 代代 谢谢 Microbial metabolism微生物的代谢微生物的代谢一、一、能量代能量代谢中的中的贮能与能与递能分子能分子二、微生物的主要产能方式二、微生物的主要产能方式 三、化能异养代谢中糖的降解三、化能异养代谢中糖的降解 四、微生物合成细胞物质四、微生物合成细胞物质 五、次级代谢产物五、次级代谢产物产能代能代谢与分解代与分解代谢产能代能代谢与分解代与分解

40、代谢密不可分。任何生物体的密不可分。任何生物体的生命活生命活动都必都必须有能量有能量驱动，产能代能代谢是生命是生命活活动的能量保障。微生物的能量保障。微生物细胞内的胞内的产能与能量能与能量储存、存、转换和利用主要依和利用主要依赖于氧化于氧化还原反原反应。化学上，物化学上，物质加氧、脱加氧、脱氢、失去、失去电子被定子被定义为氧化，而反之氧化，而反之则称称为还原。原。发生在生物生在生物细胞内的氧化胞内的氧化还原反原反应通常被称通常被称为生物氧化。生物氧化。微生物的微生物的产能代能代谢微生物的微生物的产能代能代谢即是即是细胞内化学物胞内化学物质经过一系列一系列的氧化的氧化还原反原反应而逐步分解，同而

41、逐步分解，同时释放能量的生物放能量的生物氧化氧化过程。程。营养物养物质分解代分解代谢释放的能量，一部分通放的能量，一部分通过合成合成ATPATP等高能化合物而被捕等高能化合物而被捕获，另一部分能量以，另一部分能量以电子与子与质子的形式子的形式转移移给一些一些递能分子如能分子如NADNAD、NADPNADP、FMNFMN、FADFAD等形成等形成还原力原力NADHNADH、NADPHNADPH、FMNHFMNH和和FADHFADH，参与，参与生物合成中需要生物合成中需要还原力的反原力的反应，还有一部分以有一部分以热的的方式方式释放。另有一部分微生物能捕放。另有一部分微生物能捕获光能并将其光能并将

42、其转化化为化学能以提供生命活化学能以提供生命活动所需的能量。所需的能量。种种类繁多的微生物所能利用的能量有两繁多的微生物所能利用的能量有两类：一是：一是蕴含在化学物含在化学物质（营养物）中的化学能，二是光能。养物）中的化学能，二是光能。微生物微生物产能途径与方式能途径与方式微生物微生物产能代能代谢具有丰富的多具有丰富的多样性，但可性，但可归纳为两两类途径和三种方式，即途径和三种方式，即发酵、呼吸（含有氧呼吸和无酵、呼吸（含有氧呼吸和无氧呼吸）两氧呼吸）两类通通过营养物分解代养物分解代谢产生和生和获得能量的得能量的途径。途径。通通过底物水平磷酸化（底物水平磷酸化（substrate level

43、phosphorylation）、氧化磷酸化）、氧化磷酸化(oxidation phosphorylation)也称也称电子子转移磷酸化移磷酸化(electron transfer phosphorylation)和光合磷酸化和光合磷酸化(photo-phosphorylation)三种化能与光能三种化能与光能转换为生物通用能生物通用能源物源物质（ATP）的）的转换方式。方式。一、一、能量代能量代谢中的中的贮能与能与递能分子能分子在与分解代在与分解代谢相伴随的相伴随的产能代能代谢中，起捕中，起捕获、贮存和运存和运载能量作用的重要分子是腺能量作用的重要分子是腺嘌呤核苷三呤核苷三磷酸，磷酸，简称腺

44、苷三磷酸（称腺苷三磷酸（adenosine triphosphate,即即ATP）。）。ATP是由是由ADP（腺苷（腺苷二磷酸）和无机磷酸合成的。二磷酸）和无机磷酸合成的。ATP、ADP和无机磷酸广泛存在于和无机磷酸广泛存在于细胞内，起着胞内，起着储存和存和传递能量的作用。因此能量的作用。因此,也称也称为能量能量传递系系统（energy-transmitting system）。）。ATP ATP ATP结构构ATP在在细胞中的功能胞中的功能 提供生物合成所需的能量。在生物合成提供生物合成所需的能量。在生物合成过程中，程中，ATP将其所携将其所携带的能量提供的能量提供给大分子的大分子的结构元件

45、，例如氨构元件，例如氨基酸，使基酸，使这些元件活化，些元件活化，处于于较高能高能态，为进一步装配成一步装配成生物大分子蛋白生物大分子蛋白质等作好准等作好准备。是是为细胞各种运胞各种运动（如鞭毛运（如鞭毛运动等）提供能量来源。等）提供能量来源。为细胞提供逆胞提供逆浓度梯度跨膜运度梯度跨膜运输营养物所需的自由养物所需的自由能。能。在在DNA、RNA、蛋白、蛋白质等生物合成中，保等生物合成中，保证基因信基因信息的正确息的正确传递，ATP也以特殊方式起着也以特殊方式起着递能作用等等。能作用等等。在在细胞胞进行某些特异性生物行某些特异性生物过程如固定氮素程如固定氮素时提供提供能量。能量。烟烟酰胺胺辅酶N

46、ADNAD与与NADPNADP烟烟酰胺腺胺腺嘌呤二核苷酸（呤二核苷酸（nicotinamideadenine dinucleotide,NAD，辅酶I）和烟）和烟酰胺腺胺腺嘌呤二核苷呤二核苷酸磷酸（酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotidephosphate,NADP，辅酶）为物物质与能量代与能量代谢中起重要作用的中起重要作用的脱脱氢酶的的辅酶 作作为电子子载体，在能量代体，在能量代谢的各种的各种酶促氧化促氧化-还原原反反应中中发挥着能量的着能量的暂储、运、运载与与释放等重要功能。放等重要功能。其氧化形式分其氧化形式分别为NAD和和NADP，在能量代，在能量代谢

47、氧化途径中作氧化途径中作电子受体。子受体。还原形式原形式为NADH和和NADPH，在能量代，在能量代谢还原途径中作原途径中作电子供体子供体 烟烟酰胺胺辅酶的的结构和氧化构和氧化还原状原状态黄素黄素辅酶FMNFMN与与FADFAD黄素黄素单核苷酸（核苷酸（flavin mononucleotide,FMN）和黄）和黄素腺素腺嘌呤二核苷酸（呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide，FAD）是核黄素）是核黄素(riboflavin，即，即维生素生素B2)在生物体在生物体内的存在形式，是内的存在形式，是细胞内一胞内一类称称为黄素蛋白的氧化黄素蛋白的氧化还原原酶的的辅基，因此也

48、称基，因此也称为黄素黄素辅酶。核黄素是核醇与核黄素是核醇与7,8-二甲基异咯二甲基异咯嗪缩合物。合物。由于在异咯由于在异咯嗪的的1位和位和5位位N原子上具有两个活原子上具有两个活泼的的双双键，故易，故易发生氧化生氧化还原反原反应。因此，它有氧化型和。因此，它有氧化型和还原型两种形式原型两种形式，FMN和FAD的分子结构FAD和和FMN的氧化的氧化还原构型原构型黄素黄素辅酶的生理功能的生理功能黄素黄素辅酶与与许多不同的多不同的电子受体和供体子受体和供体一起，通一起，通过3 3种不同的氧化种不同的氧化还原状原状态参与参与电子子转移反移反应，在，在细胞的物胞的物质与能量代与能量代谢的氧化的氧化还原原

49、过程中程中发挥传递电子与子与氢的功能，促的功能，促进糖、脂肪和蛋白糖、脂肪和蛋白质的代的代谢。分解代分解代谢和合成代和合成代谢的关系的关系 酶的的组成与分成与分类 单聚体蛋白聚体蛋白 酶蛋白蛋白 寡聚体蛋白寡聚体蛋白:谷谷酰胺合成胺合成酶 多聚体蛋白多聚体蛋白:丙丙酮酸脱酸脱氢酶 酶 辅基基:血血红素素 辅因子因子 辅酶:NAD,FAD,生物素等生物素等 激活激活剂:金属离子金属离子 胞内胞内酶 酶 胞外胞外酶 二、微生物主要产能方式二、微生物主要产能方式(一一)发酵发酵(Fermentation)(Fermentation)(二二)呼吸呼吸(Respiration)(Respiration)

50、(三三)无机物氧化无机物氧化(Oxidation of inorganics)(Oxidation of inorganics)(四四)光能转换光能转换(Photo(Photoconversion)conversion)（一）（一）发发 酵酵发酵酵:是微生物在无氧条件下的生是微生物在无氧条件下的生长过程中程中获得能得能量的一种方式量的一种方式.在在发酵酵过程中有机物既是被氧化的基程中有机物既是被氧化的基质又是氧化又是氧化还原反原反应过程中的程中的电子最子最终受体受体,并且并且这种作种作为电子最子最终受体的有机物通常都是被氧化基受体的有机物通常都是被氧化基质不不完全氧化的中完全氧化的中间产物物