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1、台州科技职业学院台州科技职业学院生物与食品教研室生物与食品教研室 陈江萍陈江萍20092009年年1 1月月食品微生物学食品微生物学第四章第四章 微生物营养与代谢调控微生物营养与代谢调控第一节第一节 微生物营养与营养类型微生物营养与营养类型第二节第二节 营养物质进入细胞的方式及机制营养物质进入细胞的方式及机制第三节第三节 微生物的能量代谢微生物的能量代谢第四节第四节 微生物的分解代谢微生物的分解代谢第五节第五节 微生物的代谢调节微生物的代谢调节第六节第六节 微生物代谢控制微生物代谢控制第一节第一节 微生物营养与营养类型微生物营养与营养类型 新陈代谢新陈代谢(Metabolism)(Metabo
2、lism):从外界不断从外界不断的吸收适宜的营养物质加以利用的吸收适宜的营养物质加以利用,在细胞在细胞内将其转化为新的细胞物质和储藏物资内将其转化为新的细胞物质和储藏物资,并从中获得生命活动所需的能量并从中获得生命活动所需的能量,同时排同时排出代谢产物。出代谢产物。营养物质与营养营养物质与营养u营养物质营养物质(nutrient)(nutrient)就是能够满足微生物生就是能够满足微生物生长、繁殖和完成各种生理活动所需能量的物长、繁殖和完成各种生理活动所需能量的物质质,是微生物维持生命活动的基本物质。是微生物维持生命活动的基本物质。u营养营养(nutrition)(nutrition)是微生物
3、从外界吸收营养物是微生物从外界吸收营养物质并在细胞内利用营养物质的过程。质并在细胞内利用营养物质的过程。营养物质营养物质是微生物维持生命活动的物质基是微生物维持生命活动的物质基础础,而而营养营养是微生物利用是微生物利用营养物质营养物质的生理过程的生理过程,两者互相影响两者互相影响,互相依赖。互相依赖。1.1.元素组成元素组成(1)(1)大量元素大量元素:碳碳C C、氮、氮N N、氢、氢H H、氧、氧O O、磷、磷P P、硫硫S(S(这六种元素占细菌细胞干重的这六种元素占细菌细胞干重的9797)(2)(2)常量元素常量元素:钾钾K K、钙、钙CaCa、钠、钠NaNa、镁、镁MgMg(3)(3)微
4、量元素微量元素:铁铁FeFe、锌、锌ZnZn、锰、锰MnMn、钴、钴CoCo一、微生物细胞的化学组成一、微生物细胞的化学组成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（干重的百分数）（干重的百分数）元素元素 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 碳碳 50.4 49.8 47.9 50.4 49.8 47.9 氮氮 12.3 12.4 5.24 12.3 12.4 5.24 氢氢 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 氧氧 30.52 31.1 40.16 30.52 31.1 40.16 磷磷 3 3 硫硫 1 1 微生物细胞物质中灰分元素含量的百分比微生物细胞物质中
5、灰分元素含量的百分比灰分元素灰分元素固氮菌固氮菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌P P2 2O O5 5SOSO3 3K K2 2O ONaNa2 2O OMgOMgOCaOCaOFeFe2 2O O3 3SiOSiO2 2CuOCuO4.954.950.290.292.412.410.070.070.820.820.890.890.080.08-3.543.540.0390.0392.342.34-0.4280.4280.3830.3830.0350.0350.0930.093-4.854.850.110.112.812.811.121.120.380.380.190.190.160.160.040.0
6、4-2.2.化学组成化学组成主要成分主要成分 细菌细菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 水分水分 75 7585 7085 7080 8580 859090(占细胞鲜重占细胞鲜重%)%)占占 蛋白质蛋白质 50 5080 3280 3275 1475 1415 15 细细 碳水化合物碳水化合物 12 1228 2728 2763 763 74040胞胞 脂肪脂肪 5 520 220 215 415 440 40 干干 核酸核酸 10 1020 620 68 18 1重重 无机盐无机盐 2 23 3.83 3.87 67 612 12%二、微生物生长繁殖营养要素及生理作用二、微生物生长繁殖营养要素及生理
7、作用(一一)水水 游离水和结合水游离水和结合水结合水结合水:不流动、不蒸发、不冻结、不渗透不流动、不蒸发、不冻结、不渗透,不能作溶剂。不能作溶剂。(1)(1)溶剂和媒介作用溶剂和媒介作用溶剂作用溶剂作用:为营养物质或代谢产物提供溶解前提和载体。为营养物质或代谢产物提供溶解前提和载体。媒介作用媒介作用:水作为运输介质水作为运输介质,提供了运输条件。提供了运输条件。(2)(2)参与化学反应参与化学反应(3)(3)维持蛋白质和核酸等重要生物大分子结构维持蛋白质和核酸等重要生物大分子结构(4)(4)控制细胞温度控制细胞温度 比热高、传热快比热高、传热快,可调节细胞温度可调节细胞温度(5)(5)细胞物质
8、的组成成分细胞物质的组成成分,维持细胞膨胀压的必要条件维持细胞膨胀压的必要条件微生物生长所需最低相对湿度微生物生长所需最低相对湿度u霉菌霉菌(mold)65(mold)658585%u酵母菌酵母菌(yeast)88(yeast)889595%u细菌细菌(bacteria)90(bacteria)909898%u芽孢、孢子芽孢、孢子(spore)40(spore)40%凡是可被微生物利用凡是可被微生物利用,构成微生物细构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的物质称为胞和代谢产物中碳架来源的物质称为碳源碳源。1.1.碳源物质的生理功能碳源物质的生理功能(1)(1)构成细胞物质构成细胞物质(2)(2)产
9、生维持生命所需能量产生维持生命所需能量(二二)碳源碳源2.2.微生物的碳源谱微生物的碳源谱u无机含碳化合物无机含碳化合物:如如COCO2 2和碳酸盐等。和碳酸盐等。u有机含碳化合物有机含碳化合物:糖与糖的衍生物、脂类、糖与糖的衍生物、脂类、醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物以及醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的化合物。各种含氮的化合物。微生物不同微生物不同,利用含碳化合物能力不同利用含碳化合物能力不同,如假单胞菌属中的某些种可以利用如假单胞菌属中的某些种可以利用9090种以种以上不同类型碳源上不同类型碳源;而某些甲基营养型细菌只而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生
10、长。能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。类型类型元素水平元素水平化合物水平化合物水平 培养基原料水平培养基原料水平有有机机碳碳CHOCHONXNX复杂蛋白质、核酸复杂蛋白质、核酸牛肉膏、蛋白胨、花生牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等饼粉等CHOCHONN多数氨基酸、简单多数氨基酸、简单蛋白质等蛋白质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHOCHO糖、有机酸、醇、糖、有机酸、醇、脂类等脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等粉、糖蜜等CHCH烃类烃类天然气、石油及其不同天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等馏份、石蜡油等无机无机碳碳COCOCOCO2 2COCO2 2COXCOXNaHC
11、ONaHCO3 3NaHCONaHCO3 3、CaCOCaCO3 3、白垩等、白垩等微生物的碳源谱表微生物的碳源谱表3.3.微生物利用碳源物质的特点微生物利用碳源物质的特点(1)(1)不同种类微生物利用的碳源物质不同。不同种类微生物利用的碳源物质不同。(2)(2)微生物对碳源物质的利用具有选择微生物对碳源物质的利用具有选择性性葡萄糖阻遏效应葡萄糖阻遏效应选择性原则选择性原则:结构简单相对分子量小的优先结构简单相对分子量小的优先于结构复杂相对分子量大的。于结构复杂相对分子量大的。(三三)氮源氮源 凡是提供微生物营养所需氮元素的营养源凡是提供微生物营养所需氮元素的营养源,称为称为氮源氮源。微生物细
12、胞中大约含氮微生物细胞中大约含氮5%5%15%,15%,是微生物细胞蛋白质是微生物细胞蛋白质和核酸的主要成分。微生物利用它在细胞内合成氨基和核酸的主要成分。微生物利用它在细胞内合成氨基酸酸,并进一步合成蛋白质、核酸等细胞成分。无机氮源并进一步合成蛋白质、核酸等细胞成分。无机氮源一般不用作能源一般不用作能源,只有少数化能自养细菌能利用铵盐、只有少数化能自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与能源。硝酸盐作为机体生长的氮源与能源。1.1.氮源类型氮源类型(1)(1)空气中分子态氮空气中分子态氮:N:N2 2(2)(2)无机氮化合物无机氮化合物:NH:NH4 4+、NONO3 3-、尿素、尿素
13、(3)(3)有机氮化合物有机氮化合物:蛋白质、氨基酸蛋白质、氨基酸 固氮菌2.2.氮源物质的生理功能氮源物质的生理功能(1)(1)合成微生物细胞成分合成微生物细胞成分(2)(2)调节微生物代谢调节微生物代谢(3)(3)对于某些微生物可作为能量来源对于某些微生物可作为能量来源微生物的氮源谱表微生物的氮源谱表类型类型元素水平元素水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平有有机机氮氮NCHNCHOXOX复杂蛋白质、核酸复杂蛋白质、核酸牛肉膏、酵母膏、牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉饼粕粉、蚕蛹粉NCHNCHOO尿素、一般氨基酸、尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等简单蛋白质等尿素、蛋白胨、尿素、蛋
14、白胨、明胶等明胶等无无机机氮氮NHNHNHNH3 3、铵盐等、铵盐等(NH4)(NH4)2 2SOSO4 4等等NONO硝酸盐等硝酸盐等KNOKNO3 3等等N NN N2 2空气空气u实实验验室室常常用用氮氮源源:碳碳酸酸铵铵、硝硝酸酸盐盐、硫硫酸酸铵铵、尿尿素素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。u生生产产常常用用氮氮源源:硝硝酸酸盐盐、铵铵盐盐、尿尿素素、氨氨及及蛋蛋白白含含量量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。u迟迟效效氮氮源源:蛋蛋白白氮氮必必须须通通过过降降解解成成胨胨、肽肽、氨氨基基酸酸等等才能被
15、机体利用。有利于机体生长。才能被机体利用。有利于机体生长。u速速效效氮氮源源:无无机机氮氮源源或或以以蛋蛋白白质质降降解解产产物物形形式式存存在在的的有机氮源可直接被菌体吸收利用。有利于代谢产物形成。有机氮源可直接被菌体吸收利用。有利于代谢产物形成。u营营养养缺缺陷陷型型微微生生物物:多多数数微微生生物物可可利利用用无无机机含含氮氮化化合合物物作作为为氮氮源源,也也可可利利用用有有机机含含氮氮化化合合物物作作为为氮氮源源。但但有有些些微微生生物物没没有有将将无无机机氮氮合合成成有有机机氮氮的的能能力力,即即不不能能把把尿尿素素、铵铵盐盐等等无无机机氮氮自自行行合合成成生生长长所所需需氨氨基基酸
16、酸,而而需需从从外外界界吸吸收收现现成成氨氨基基酸酸作作为为氮氮源源才才能能生生长长,这这类类微微生生物物叫叫做做氨基酸异养型微生物氨基酸异养型微生物。3.3.微生物利用氮源物质的特点微生物利用氮源物质的特点不同种微生物利用氮源物质种类不不同种微生物利用氮源物质种类不同。同。微生物对氮源物质利用具有选择性。微生物对氮源物质利用具有选择性。选择性原则选择性原则:铵离子优于硝酸盐铵离子优于硝酸盐,氨基氨基酸优于蛋白质。酸优于蛋白质。(四四)无机盐无机盐 无机盐无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质是微生物生长必不可少的一类营养物质,它它们为机体生长提供多种重要的生理功能们为机体生长提供多种重要的
17、生理功能,包括大量元包括大量元素和微量元素。素和微量元素。u大量元素大量元素:P P、S S、K K、MgMg、CaCa、NaNa、FeFe等。等。(微生物生长所需浓度在微生物生长所需浓度在1010-3-31010-4-4mol/L)mol/L)u微量元素微量元素:CuCu、ZnZn、MnMn、MoMo、CoCo等。等。(微生物生长所需浓度在微生物生长所需浓度在1010-6-61010-8-8mol/L)mol/L)一般微生物生长所需要的无机盐有一般微生物生长所需要的无机盐有:硫酸盐、磷硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物
18、。化合物。无机盐的生理功能无机盐的生理功能 细胞一般分子成分细胞一般分子成分(P(P、S S、CaCa、Mg Mg、Fe)Fe)一般功能一般功能 渗透压的维持渗透压的维持(Na(Na+等等)生理调节物质生理调节物质 酶的激活剂酶的激活剂(Mg(Mg2+2+等等)大量元素大量元素 pH pH的稳定的稳定无无 化能自养菌的能源化能自养菌的能源(S(S、FeFe2+2+、NHNH4 4+、NONO2-2-)机机 特殊功能特殊功能 盐盐 无氧呼吸时的氢受体无氧呼吸时的氢受体(NO(NO3 3-、SOSO4 42-2-等等)酶的激活剂酶的激活剂(Cu(Cu2+2+、MnMn2+2+、ZnZn2+2+等等
19、)微量元素微量元素 特殊分子结构成分特殊分子结构成分(Co(Co、MoMo等等)1.1.概念概念 生长因子生长因子(growth factor):(growth factor):指那些微生物生长所必指那些微生物生长所必需而且需要量很小需而且需要量很小,但微生物自身不能合成但微生物自身不能合成,必须在培养必须在培养基中加入的有机营养物。生长因子有维生素、氨基酸、基中加入的有机营养物。生长因子有维生素、氨基酸、嘌呤、嘧淀嘌呤、嘧淀及衍生物及衍生物,此外还有甾醇、此外还有甾醇、胺类、脂肪酸胺类、脂肪酸等。等。而狭义的生长因子仅指维生素。缺少这些生长因子会影而狭义的生长因子仅指维生素。缺少这些生长因子
20、会影响各种酶的活性响各种酶的活性,新陈代谢不能正常进行。新陈代谢不能正常进行。缺乏合成生缺乏合成生长因子能力的微生物称长因子能力的微生物称“营养缺陷型营养缺陷型”微生物。微生物。(五五)生长因子生长因子2.2.生长因子种类生长因子种类(1)(1)维生素维生素(2)(2)氨基酸氨基酸(3)(3)碱基及其衍生物碱基及其衍生物根据微生物对生长因子需求不同根据微生物对生长因子需求不同,将微生物将微生物分成两类分成两类:u生长因子自养型微生物生长因子自养型微生物u生长因子异养型微生物生长因子异养型微生物 生物生物营养营养动物动物(异养异养)微生物微生物 绿色植物绿色植物 (自养自养)异养异养 自养自养
21、碳源碳源糖类脂肪糖类脂肪糖、醇、有机酸等糖、醇、有机酸等COCO2 2、碳酸盐等、碳酸盐等COCO2 2、碳酸盐、碳酸盐 氮源氮源蛋白质或蛋白质或其降解物其降解物蛋白质或其降解物蛋白质或其降解物有机或无机氮化物、有机或无机氮化物、氮氮无机氮化物、无机氮化物、氮氮无机氮化物无机氮化物 能源能源与碳同与碳同与碳同与碳同氧化无机物或氧化无机物或利用日光能利用日光能利用日光能利用日光能生长因子生长因子维生素维生素一部分需要维生素等一部分需要维生素等不需要不需要不需要不需要无机元素无机元素无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐无机盐 水分水分水水水水水水水水微生物和动、植物营养要素比较微生物和动、植
22、物营养要素比较三、微生物的营养类型三、微生物的营养类型根据微生物对碳源的要求是无机碳化合物还是有机根据微生物对碳源的要求是无机碳化合物还是有机化合物可把微生物分为化合物可把微生物分为:u自养型微生物自养型微生物u异养型微生物异养型微生物根据微生物生命活动中能量来源不同根据微生物生命活动中能量来源不同,将微生物分为：将微生物分为：利用吸收的营养物质的降解产生的化学能利用吸收的营养物质的降解产生的化学能,称为称为化化能型微生物能型微生物。吸收光能来维持其生命活动吸收光能来维持其生命活动,称为称为光能型微生物光能型微生物。将碳源物质的性质和代谢能量的将碳源物质的性质和代谢能量的来源结合起来微生物可分
23、为：来源结合起来微生物可分为：光能自养型微生物光能自养型微生物 光能异养型微生物光能异养型微生物 化能自养型微生物化能自养型微生物 化能异养型微生物化能异养型微生物(一一)光能自养型微生物光能自养型微生物(Photoautotrophs)(Photoautotrophs)利用光能为能源利用光能为能源,以以COCO2 2或可溶性或可溶性碳酸盐碳酸盐COCO3 32-2-作为唯一的碳源或主要碳作为唯一的碳源或主要碳源源,以无机化合以无机化合H H2 2O O、H H2 2S S、NaNa2 2S S2 2O O2 2 为供为供氢体氢体,还原还原COCO2 2生成有机物质。生成有机物质。高等绿色植物
24、和蓝细菌高等绿色植物和蓝细菌CO2 +2H2O CH2O+H2O+O2 光光叶绿素叶绿素链珠蓝细菌链珠蓝细菌光合细菌光合细菌(绿硫细菌绿硫细菌)CO2 +2H2S CH2O+H2O+2S 光光光合色素光合色素通式通式CO2 +2H2A CH2O+H2O+2A 光光光合色素光合色素(二二)化能自养型微生物化能自养型微生物(Chemoautotrophs)(Chemoautotrophs)这一类微生物有氧化一些无机物这一类微生物有氧化一些无机物(H(H2 2S S、FeCOFeCO3 3、NHNH4 4+、NONO3 3-)的能力的能力,利用氧化无机物时利用氧化无机物时产生的能量产生的能量(化学能
25、化学能),),把把COCO2 2或可溶性的碳酸盐或可溶性的碳酸盐COCO3 32-2-还原成有机碳化物。有还原成有机碳化物。有氢细菌、硫细菌、氢细菌、硫细菌、铁细菌、氨细菌和亚硝酸细菌铁细菌、氨细菌和亚硝酸细菌共五类。他们在共五类。他们在产能过程中产能过程中,需要大量氧气需要大量氧气,所以所有的化能自所以所有的化能自养型微生物均为养型微生物均为好氧菌好氧菌。亚硝酸细菌亚硝酸细菌2NH3 +2O2 2HNO2+4H+能 CO2 +4H+能 CH2O+H2O(三三)光能异养型微生物光能异养型微生物(Photoheterotrophs)(Photoheterotrophs)少数微生物具有光合色素利用
26、少数微生物具有光合色素利用光能把光能把COCO2 2还原为碳水化合物还原为碳水化合物,但必须但必须以某种有机物为供氢体。这类微生物以某种有机物为供氢体。这类微生物生长时大多需要外源性的生长因子。生长时大多需要外源性的生长因子。深红螺菌深红螺菌2(CH3)2CHOH+CO22(CH3)2CO+CH2O+H2O光光 光合色素光合色素紫色非硫细菌紫色非硫细菌(四四)化能异养型微生物化能异养型微生物(Chemoheterotrophs)(Chemoheterotrophs)这种类型的微生物其能源和碳源都这种类型的微生物其能源和碳源都来自于有机物。能源来自有机物的氧化来自于有机物。能源来自有机物的氧化分
27、解分解,ATP,ATP通过氧化磷酸化产生通过氧化磷酸化产生,碳源直碳源直接来自有机碳化合物。包括绝大多数的接来自有机碳化合物。包括绝大多数的细菌细菌,全部的放线菌、真菌和原生动物。全部的放线菌、真菌和原生动物。根据生态习性不同分为：根据生态习性不同分为：腐生型腐生型:从无生命的有机物获得营从无生命的有机物获得营养物质。养物质。寄生型寄生型:必须寄生在活的有机体内必须寄生在活的有机体内,从宿主体内获得营养物质才能生从宿主体内获得营养物质才能生活。活。寄生型又可分为：寄生型又可分为：绝对寄生绝对寄生:只能在一定活的生物体内只能在一定活的生物体内寄生生活的。寄生生活的。兼性寄生兼性寄生:能生活在活的
28、生物体上能生活在活的生物体上,又又能在死的有机残体上生长能在死的有机残体上生长,同时也可在同时也可在人工培养基上生长的人工培养基上生长的。微生物营养类型一览表微生物营养类型一览表光能自养型光能自养型化能自养型化能自养型光能异养型光能异养型化能异养型化能异养型碳源碳源COCO2 2、COCO3 3-COCO2 2、COCO3 3-小分子有机小分子有机物物有机物有机物能源能源光能光能无机物的氧无机物的氧化化光能光能有机物氧化有机物氧化降解降解供氢体供氢体H H2 2O O、H H2 2S S无机物无机物小分子有机小分子有机物物有机物有机物代表种代表种蓝细菌蓝细菌硝化细菌硝化细菌红螺菌红螺菌真菌真菌
29、四、微生物的培养基四、微生物的培养基 根据微生物对营养物质的需要根据微生物对营养物质的需要,经过人工经过人工配制的适合不同微生物生长繁殖或积累代配制的适合不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质称为谢产物的营养基质称为培养基培养基。(一一)培养基配置的基本原则培养基配置的基本原则1.1.培养基配置的目的培养基配置的目的2.2.符合微生物菌种的营养特点符合微生物菌种的营养特点3.3.控制营养物质比例及其浓度控制营养物质比例及其浓度4.4.控制酸碱度控制酸碱度5.5.控制氧化还原电位控制氧化还原电位6.6.控制营养物质来源控制营养物质来源7.7.选择适宜的灭菌处理方法选择适宜的灭菌处理方法(二二
30、)培养基的类型及应用培养基的类型及应用 1.1.根据营养成分来源分类根据营养成分来源分类天然培养基天然培养基 用天然有机物配制而成培养基。如牛肉膏、麦用天然有机物配制而成培养基。如牛肉膏、麦芽汁、豆芽汁、麦曲汁、马铃薯、玉米粉、麸皮、花生饼粉芽汁、豆芽汁、麦曲汁、马铃薯、玉米粉、麸皮、花生饼粉等。天然培养基配制方便、营养全面而丰富、价格低廉等。天然培养基配制方便、营养全面而丰富、价格低廉,适适合于各类异养微生物生长合于各类异养微生物生长,并适于大规模培养微生物。但成并适于大规模培养微生物。但成分复杂分复杂,不同单位生产的或同一单位不同批次所提供的产品不同单位生产的或同一单位不同批次所提供的产品
31、成分也不稳定成分也不稳定,一般自养型微生物不能在这类培养基上生长。一般自养型微生物不能在这类培养基上生长。合成培养基合成培养基 由化学成分完全了解的物质配制而成由化学成分完全了解的物质配制而成,也称化也称化学限定培养基。如察氏培养基就属于此类。此类培养基成分学限定培养基。如察氏培养基就属于此类。此类培养基成分精确、重复性较强精确、重复性较强,一般用于实验室进行营养代谢、分类鉴一般用于实验室进行营养代谢、分类鉴定和菌种选育等。但配制料复杂定和菌种选育等。但配制料复杂,微生物在此类培养基上生微生物在此类培养基上生长缓慢长缓慢,成本较高成本较高,不适宜用于大规模生产。不适宜用于大规模生产。半合成培养
32、基半合成培养基 用一部分天然有机物为碳源、氮源及生长素用一部分天然有机物为碳源、氮源及生长素,并适当补充无机盐类并适当补充无机盐类,这样配制的培养基称为半合成培养基这样配制的培养基称为半合成培养基。如实验室使用马铃薯、蔗糖培养基。此类培养基用途最广。如实验室使用马铃薯、蔗糖培养基。此类培养基用途最广,大多数微生物都在此类培养基上生长。大多数微生物都在此类培养基上生长。2.2.根据物理状态分类根据物理状态分类液体培养基液体培养基 各种营养物溶于水各种营养物溶于水,混合成水溶液混合成水溶液,调节调节pH,pH,呈液体状。液体培养基培养微生物呈液体状。液体培养基培养微生物,通过搅拌可增通过搅拌可增加
33、培养基通气量加培养基通气量,同时使营养物分布均匀同时使营养物分布均匀,有利于微生有利于微生物生长和积累代谢产物。常用于大规模工业化生产和物生长和积累代谢产物。常用于大规模工业化生产和实验室观察微生物生长特征及应用研究。实验室观察微生物生长特征及应用研究。固体培养基固体培养基 液体培养基中加入适量凝固剂液体培养基中加入适量凝固剂,如琼脂如琼脂(1.5%(1.5%2.0%)2.0%)、明胶等煮沸冷却、明胶等煮沸冷却,使其凝成固体状。使其凝成固体状。常作为观察、鉴定、活菌计数和分离纯化微生物的培常作为观察、鉴定、活菌计数和分离纯化微生物的培养基。养基。半固体培养基半固体培养基 加入少量凝固剂加入少量
34、凝固剂(0.35%(0.35%0.4%0.4%琼脂琼脂)成半固体状。常用来观察微生物运动特征、分类鉴定成半固体状。常用来观察微生物运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定等。及噬菌体效价滴定等。微生物在液体培养基中微生物在液体培养基中沉沉淀淀生生长长混混浊浊生生长长表表面面生生长长固体培养基中固体培养基中细菌的生长情况细菌的生长情况菌落菌落(S型型)菌苔菌苔菌落菌落(R型型)半半固固体体体体培培养养基基中中混浊生长混浊生长沿穿刺线生长沿穿刺线生长有菌毛有菌毛细菌细菌无菌毛无菌毛细菌细菌3.3.根据用途分类根据用途分类(1)(1)实验室用培养基实验室用培养基基础培养基基础培养基 能满足一般微生物生长繁
35、殖之需要。如牛肉膏蛋能满足一般微生物生长繁殖之需要。如牛肉膏蛋白胨琼脂是培养细菌的基础培养基白胨琼脂是培养细菌的基础培养基;马铃薯葡萄糖琼脂是培养马铃薯葡萄糖琼脂是培养霉菌的基础培养基霉菌的基础培养基;麦芽汁琼脂是培养酵母菌的基础培养基。麦芽汁琼脂是培养酵母菌的基础培养基。加富培养基加富培养基 在普通培养基里加过血、血清、动物在普通培养基里加过血、血清、动物(植物植物)组织组织液或其他营养物质液或其他营养物质(生长因子生长因子)的一类营养丰富的培养基的一类营养丰富的培养基,用以用以培养某种或某类营养要求苛刻的异养微生物。培养某种或某类营养要求苛刻的异养微生物。鉴别培养基鉴别培养基 普通培养基中
36、加入能与某种代谢产物发生反应的普通培养基中加入能与某种代谢产物发生反应的指示剂或化学药品指示剂或化学药品,从而产生某种明显的特征性变化从而产生某种明显的特征性变化,以区别不以区别不同的微生物。同的微生物。选择培养基选择培养基 是用来将某种微生物从混杂的微生物群体中分离是用来将某种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要求或对某种出来的培养基。根据不同种类微生物的特殊营养要求或对某种化学物质的敏感性不同化学物质的敏感性不同,在培养基中加入特殊的营养物质或化在培养基中加入特殊的营养物质或化学物质以抑制不需要微生物的生长学物质以抑制不需要微生物的生长,而促进某种需要
37、菌的生长而促进某种需要菌的生长,这类培养基叫选择培养基。这类培养基叫选择培养基。(2)(2)生产用培养基生产用培养基u孢子培养基孢子培养基u种子培养基种子培养基u发酵培养基发酵培养基(三三)培养基的配制过程培养基的配制过程u配制前的准备配制前的准备u配制方法的选择配制方法的选择1.1.实验室用培养基实验室用培养基营养物质的溶解方式营养物质的溶解方式酸碱度的调节方法酸碱度的调节方法灭菌方法灭菌方法2.2.生产用培养基生产用培养基除杂除杂原料粉碎原料粉碎热处理热处理影响营养物质进入细胞的因素：影响营养物质进入细胞的因素：1.1.营养物质本身的性质营养物质本身的性质2.2.微生物所处的环境微生物所处
38、的环境3.3.微生物细胞的透过屏障微生物细胞的透过屏障第二节第二节 营养物质进入细胞的营养物质进入细胞的方式及机制方式及机制一、细胞膜的通透性一、细胞膜的通透性 细胞膜允许物质透过的特性称为细胞膜允许物质透过的特性称为通透通透性性。膜容易透过某些物质而不容易透过另膜容易透过某些物质而不容易透过另一些物质一些物质,这种现象称为这种现象称为选择性通透选择性通透。大大分子的化合物分子的化合物(淀粉、蛋白质淀粉、蛋白质),),必需经微必需经微生物分泌的胞外酶水解成小分子的可溶性生物分泌的胞外酶水解成小分子的可溶性物质后才能透过。物质后才能透过。物质运输物质运输二、营养吸收方式二、营养吸收方式1.1.被
39、动扩散被动扩散(简单扩散简单扩散)利用浓度差利用浓度差,从高向低扩散从高向低扩散,不消耗能不消耗能量量,非特异性非特异性(无选择性无选择性),),速度慢。速度慢。单纯扩单纯扩散的物质的主要是一些小分子的物质散的物质的主要是一些小分子的物质,如如水、一些气体水、一些气体(O(O2 2、COCO2 2)、有些无机离子、有些无机离子及水溶性的小分子物质及水溶性的小分子物质(尿素、甘油、乙尿素、甘油、乙醇等醇等)。细胞质细胞质非特异性通道非特异性通道 2.2.促进扩散促进扩散 利用浓度差利用浓度差,不消耗能量不消耗能量,多见于真核生物。有一多见于真核生物。有一种载体像渡船一样运输种载体像渡船一样运输,
40、可大大加快速度可大大加快速度,这种载体是这种载体是一种蛋白质一种蛋白质,称为称为透过酶透过酶/渗透酶渗透酶。3.3.主动运输主动运输 在提供能量的前提下在提供能量的前提下,有酶参与下有酶参与下,可可将营养物质逆浓度运送。将营养物质逆浓度运送。NaNa+,K,K+-ATP-ATP酶系统酶系统NaNa+,K,K+-ATP-ATP系统系统位于细胞膜上的一种离位于细胞膜上的一种离子通道蛋白子通道蛋白,其作用是通过该蛋白构象的其作用是通过该蛋白构象的改变改变,把细胞内的把细胞内的NaNa运出细胞运出细胞,同时将同时将K K+运回细胞内运回细胞内,即实现了即实现了NaNa+与与K K+的置换。细的置换。细
41、胞内高浓度胞内高浓度K K+是许多酶的活性和蛋白质是许多酶的活性和蛋白质合成所必须的。合成所必须的。Na+,K+-ATPNa+,K+-ATP酶系统示意图酶系统示意图 4.4.基团转移基团转移 在能量参加下在能量参加下,将营养物结构作些改变将营养物结构作些改变,使之不使之不能透过细胞膜而留在体内能透过细胞膜而留在体内,可逆浓度的把胞外营养可逆浓度的把胞外营养物质积累在细胞内。主要是糖和糖衍生物被磷酸化。物质积累在细胞内。主要是糖和糖衍生物被磷酸化。5.5.胞饮作用胞饮作用原生动物吸收营养物质的方式原生动物吸收营养物质的方式,有胞吞和胞饮两种类型。有胞吞和胞饮两种类型。胞饮作用胞饮作用(pinoc
42、ytosis)(pinocytosis)也叫内吞作用也叫内吞作用,是指物质吸附在质膜上是指物质吸附在质膜上,然后通过膜的内折而转移到细胞内的攫取物质及液体的过程。胞然后通过膜的内折而转移到细胞内的攫取物质及液体的过程。胞饮作用是植物细胞吸收水分、矿质元素和其他物质的方式之一。饮作用是植物细胞吸收水分、矿质元素和其他物质的方式之一。胞饮作用是非选择性吸收胞饮作用是非选择性吸收,它在吸收水分的同时它在吸收水分的同时,把水分中的物质把水分中的物质一起吸收进来一起吸收进来,如各种盐类和大分子物质甚至病毒。如各种盐类和大分子物质甚至病毒。胞饮作用过程胞饮作用过程:当物质吸附在质膜时当物质吸附在质膜时,质
43、膜内陷质膜内陷,液体和物质便进液体和物质便进入入,然后质膜内折然后质膜内折,逐渐包围着液体和物质逐渐包围着液体和物质,形成小囊泡形成小囊泡,并向细胞并向细胞内部移动。内部移动。囊泡把物质转移给细胞的方式有两种：囊泡把物质转移给细胞的方式有两种：u囊泡在移动过程中囊泡在移动过程中,其本身在细胞内溶解消失其本身在细胞内溶解消失,把物质留在细把物质留在细胞质内胞质内;u囊泡一直向内移动囊泡一直向内移动,到液泡膜后将物质交给液泡。到液泡膜后将物质交给液泡。1.1.细胞内外营养物质的浓度差。细胞内外营养物质的浓度差。2.2.营养物的特性营养物的特性(1)(1)大分子不易通过大分子不易通过,需被酶水解成小
44、分需被酶水解成小分 子后才能被吸收。子后才能被吸收。(2)(2)脂溶性的较水溶性的更易通过。脂溶性的较水溶性的更易通过。(3)(3)不易电离的较易电离的易通过。不易电离的较易电离的易通过。三、影响营养物进入的因素三、影响营养物进入的因素四种运输营养物质方式比较四种运输营养物质方式比较比较项目比较项目单纯扩散单纯扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转位基团转位特异载体蛋白特异载体蛋白运输速度运输速度物质运输方向物质运输方向胞内外浓度胞内外浓度运输分子运输分子能量消耗能量消耗运后物质结构运后物质结构无无慢慢由浓至稀由浓至稀相等相等无特异性无特异性不需要不需要不变不变有有快快由浓至稀由浓至稀相等
45、相等特异性特异性不需要不需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要不变不变有有快快由稀至浓由稀至浓胞内浓度高胞内浓度高特异性特异性需要需要改变改变类型类型浓度浓度梯度梯度能量能量需要需要载体载体渗透酶渗透酶平衡点平衡点实例实例单纯单纯扩散扩散顺顺否否无无不改变不改变水气体分水气体分子子促进促进扩散扩散顺顺否否有有不改变不改变金属离子金属离子氨基酸氨基酸主动主动运输运输逆逆是是有有改变改变大部分大部分物质物质基团基团转移转移逆逆是是有有改变改变糖类糖类四种运输营养物质方式比较四种运输营养物质方式比较第三节第三节 微生物的能量代谢微生物的能量代谢新陈代谢新陈代谢(
46、Metabolism)(Metabolism)一般泛指生物与周围环境进行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。物质交换和能量交换的过程。生物小分子合成生物大分子生物小分子合成生物大分子 合成代谢合成代谢 (同化同化)耗能耗能 能量能量 物质物质新陈代谢新陈代谢 产能产能 代谢代谢 代谢代谢 分解代谢分解代谢 (异化异化)生物大分子分解生物小分子生物大分子分解生物小分子 新陈代谢特点新陈代谢特点:(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)反应步骤繁多反应步骤繁多,相互配合、有条不紊、彼此协调相互配合、有条不紊、彼此协调,逐逐步进行步进行,具有
47、严格顺序性具有严格顺序性;(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。有机物有机物(化能异养菌化能异养菌)最初能源最初能源 日日 光光(光能自养菌光能自养菌)通用能源通用能源 无机物无机物(化能自养菌化能自养菌)一、底物水平磷酸化一、底物水平磷酸化 物质生物氧化过程中物质生物氧化过程中,生成一些含有高能键的化合生成一些含有高能键的化合物物,这些化合物直接偶联这些化合物直接偶联ATPATP或或GTPGTP合成合成,这种产生这种产生ATPATP等等高能分子的方式称高能分子的方式称底物水平磷酸化。底物水平磷酸化。u糖分解代谢过程中糖分解代谢过程中,甘油
48、醛甘油醛-3-3-磷酸脱氢并磷酸化生成磷酸脱氢并磷酸化生成甘油酸甘油酸-1,3-1,3-二磷酸二磷酸,在分子中形成一个高能磷酸基团在分子中形成一个高能磷酸基团,在酶催化下在酶催化下,甘油酸甘油酸-1,3-1,3-二磷酸可将高能磷酸基团转给二磷酸可将高能磷酸基团转给ADP,ADP,生成甘油酸生成甘油酸-3-3-磷酸与磷酸与ATPATP。u甘油酸甘油酸-2-2-磷酸脱水生成烯醇丙酮酸磷酸时磷酸脱水生成烯醇丙酮酸磷酸时,在分子内在分子内形成一个高能磷酸基团形成一个高能磷酸基团,然后再转移到然后再转移到ADPADP生成生成ATPATP。u三羧酸循环中产生的高能硫酯化合物琥珀酰辅酶三羧酸循环中产生的高能
49、硫酯化合物琥珀酰辅酶A A在在酶的作用下水解成琥珀酸酶的作用下水解成琥珀酸,同时使同时使GDPGDP磷酸化为磷酸化为GTP,GTPGTP,GTP再与再与ADPADP作用生成作用生成ATPATP。通式通式:X XP+ADPX+ATPP+ADPX+ATP二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化基质基质脱氢酶化合物脱氢酶化合物呼吸链呼吸链H H+浓度较浓度较高的区域高的区域(一一)氧化还原酶系氧化还原酶系1.NADH(1.NADH(烟酰胺嘌呤二核苷酸烟酰胺嘌呤二核苷酸)是体内很多脱是体内很多脱氢酶的辅酶氢酶的辅酶,连接三羧酸循环和呼吸链连接三羧酸循环和呼吸链,其功其功能是将代谢过程中脱下来的氢交给黄素蛋白。能是
50、将代谢过程中脱下来的氢交给黄素蛋白。2.2.黄素蛋白黄素蛋白:含含FMNFMN或或FADFAD的蛋白质的蛋白质,每个每个FMNFMN或或FADFAD可接受可接受2 2个电子个电子2 2个质子。呼吸链上具个质子。呼吸链上具有有FMNFMN为辅基的为辅基的NADHNADH脱氢酶脱氢酶,以以FADFAD为辅基的为辅基的琥珀酸脱氢酶。琥珀酸脱氢酶。3.3.辅酶辅酶Q:Q:是脂溶性小分子量的醌类化合物是脂溶性小分子量的醌类化合物,通过氧化和还原传递电子。有通过氧化和还原传递电子。有3 3种氧化还原种氧化还原形式即氧化型醌形式即氧化型醌Q,Q,还原型氢醌还原型氢醌(QH(QH2 2)和介于两和介于两者之者