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1、第第四章四章微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基一、教学目的与要求一、教学目的与要求n学习和掌握学习和掌握微生物的营养要素、营养类型，微生物微生物的营养要素、营养类型，微生物吸收营养物质的机制；吸收营养物质的机制；熟悉熟悉培养基的种类和设计、培养基的种类和设计、选用培养基的原则、方法。选用培养基的原则、方法。二、二、教学内容：教学内容：n1、微生物的、微生物的6类营养要素类营养要素()n2、微生物的营养类型、微生物的营养类型()n3、营养物质进入细胞的方式、营养物质进入细胞的方式()n4、培养基培养基的种类、设计选用培养基的原则和方法的种类、设计选用培养基的原则和方法 3个概念：个概念：营
2、养营养：营养物营养物微生物的营养物微生物的营养物w元素水平：元素水平：20种左右，以种左右，以C、H、O、N、S、P为主；为主；w营养要素：营养要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和和水水第第四章四章微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基第一节第一节 微生物的微生物的6类营养要素类营养要素一、碳源一、碳源二、氮源二、氮源三、能源三、能源四、生长因子四、生长因子五、无机盐五、无机盐六、水六、水概念：概念：碳源谱碳源谱：一、碳源一、碳源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C H O N X*复杂的蛋白质、核酸等
3、复杂的蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等等C H O N多数氨基酸、简单蛋白质等多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等C H O糖糖、有机酸、醇、脂类等、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜糖蜜C H烃类烃类天然气、石油及其不同馏份天然气、石油及其不同馏份等等无无机机碳碳C(？)C OCO2CO2C O XNaHCO3、CaCO3等等NaHCO3、CaCO3、白垩等白垩等二、氮源二、氮源概念概念n占细胞干重的占细胞干重的12-15%，为，为主要营养物主要营养物。氮源谱氮源谱n一切微生物可利用的氮源范围。一切微生
4、物可利用的氮源范围。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机有机氮氮N C H O X复杂的蛋白质、核酸等复杂的蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、粕饼粉牛肉膏、酵母膏、粕饼粉等等N C H O尿素、尿素、氨基酸氨基酸、简单蛋白质等、简单蛋白质等尿素、尿素、蛋白胨蛋白胨、明胶等、明胶等无无机机氮氮N HNH4、铵盐等、铵盐等(NH4)2SO4等等N O硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等NN2 空气空气三、能源三、能源概念：概念：n 能源谱能源谱化学物质化学物质辐射能：辐射能：有机物：有机物：无机物：无机物：化能异养化能异养微生物的能源微生物的能源(同同碳源碳源)化能自养
5、化能自养微生物的能源微生物的能源(不同于不同于碳源碳源)光能自养光能自养和和光能异养光能异养微生物的能源微生物的能源四、生长因子四、生长因子概念概念n广义：广义：维生素维生素、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、类、C4C6的直链或分支脂肪酸及氨基酸、辅酶等。的直链或分支脂肪酸及氨基酸、辅酶等。类型类型n生长因子自养型微生物生长因子自养型微生物w n生长因子异养型微生物生长因子异养型微生物w n生长因子过量合成微生物生长因子过量合成微生物w 五、无机盐五、无机盐 细胞内一般分子成分细胞内一般分子成分(P(P、S S、MgMg、CaCa、FeFe等等)生理调节物质生
6、理调节物质化能自养菌的能源化能自养菌的能源(S(S、Fe Fe 2 2 +、NHNH4 4+、NONO2 2-等等)无氧呼吸时的氢受体无氧呼吸时的氢受体(NO(NO3 3-、SOSO4 4 2 2 -等等)酶的激活剂酶的激活剂(Cu(Cu2+2+、MnMn2+2+、ZnZn2+2+等等)特殊的分子结构成分特殊的分子结构成分(Mo(Mo、CoCo等等)一般功能一般功能特殊功能特殊功能大量元素大量元素微量元素微量元素K2HPO4MgSO4六、水六、水水是营养物质么？特点？水是营养物质么？特点？n是一种最优良的溶剂是一种最优良的溶剂 n是微生物细胞的主要化学组成是微生物细胞的主要化学组成 n有许多优
7、良的物理性质有许多优良的物理性质 水活度：水活度：n微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。n指在同温同压下，某溶液的蒸气压指在同温同压下，某溶液的蒸气压(P)与纯水蒸气压与纯水蒸气压P0)之比，等于该溶液的百分相对湿度值之比，等于该溶液的百分相对湿度值(ERH)。第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型 微生物营养类型的分类微生物营养类型的分类分类标准分类标准 营养类型营养类型1。以能源分。以能源分 光能营养型光能营养型 化能营养型化能营养型2。以氢供体分。以氢供体分 无机营养型无机营养型 有机营养型有机营养型3。以碳源分。以碳源分 自养型自养型
8、 异养型异养型4。以合成氨基酸能力分。以合成氨基酸能力分 氨基酸自养型氨基酸自养型 氨基酸异养型氨基酸异养型5。以生长因子分。以生长因子分 原养型或野生型原养型或野生型 营养缺陷型营养缺陷型6。以取食方式分。以取食方式分 渗透营养型渗透营养型 吞噬营养型吞噬营养型7。以取得死或活有机物分。以取得死或活有机物分 腐生腐生 寄生寄生第二节第二节 微生物的营养类型微生物的营养类型微生物的营养类型微生物的营养类型营养类型营养类型能能 源源氢供体氢供体 基基 本本 碳碳 源源实实 例例光能无机营养型光能无机营养型(光能自养型光能自养型)蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类光能
9、有机营养型光能有机营养型(光能异养型光能异养型)红螺菌科的细菌即紫色非硫细菌红螺菌科的细菌即紫色非硫细菌化能无机营养型化能无机营养型(化能自养型化能自养型)硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、梳硝化细菌、硫化细菌、铁细菌、氢细菌、梳黄细菌等黄细菌等化能有机营养型化能有机营养型(化能异养型化能异养型)绝大多数细菌和全部真核微生物绝大多数细菌和全部真核微生物n：H2O、H2S、NaS2O3等等n*：NH4+、NO2-、S、H2S、Fe2+等等第三节第三节 营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式一、单纯扩散一、单纯扩散二、促进扩散二、促进扩散三、主动运送三、主动运送四、基团移位四、基团移位一、
10、单纯扩散一、单纯扩散概念概念n又称又称被动运送被动运送或或自由扩散自由扩散，特点特点n驱动力：驱动力：n纯粹物理过程：纯粹物理过程：n扩散物质：为扩散物质：为O2、CO2、水、水溶性小分子、水、水溶性小分子(乙醇、甘乙醇、甘油油)、某些离子、某些离子(Na+)和某些氨基酸分子和某些氨基酸分子n无特异性无特异性或或选择性选择性，单纯扩散模式图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内细胞膜上细胞膜上特点特点n驱动力：驱动力：二、促进扩散二、促进扩散概念概念n扩散物质：糖类、甘油、氨基酸和维生素等扩散物质：糖类、甘油、氨基酸和维生素等n有特异性有特异性或或选择性选择性，促进扩散模式图促进扩散模
11、式图细胞膜上细胞膜上细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象恢复原构象移位移位再再循循环环结结合合构构象象改改变变特点特点n 驱动力：外界能量驱动力：外界能量n n 扩散物质：离子、一些糖类扩散物质：离子、一些糖类(单糖、双糖单糖、双糖)、氨基酸和、氨基酸和有机酸等有机酸等n 有有特异性特异性或选择性，或选择性，三、主动运送三、主动运送概念概念主动运送模式图主动运送模式图细胞膜上细胞膜上细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象恢复原构象移位移位再再循循环环结结合合构构象象改改变变ADP+PiADP+PiATPATP四、基团移位（转移）四、基团移位（转移）概念概念特点特点n 驱动力：驱动力：
12、n n有有特异性特异性或或选择性选择性，n 扩散物质：各种糖类扩散物质：各种糖类(葡萄糖、果糖、甘露糖和葡萄糖、果糖、甘露糖和N-乙乙酰葡糖胺等酰葡糖胺等)、核苷酸、碱基、脂肪酸等、核苷酸、碱基、脂肪酸等P基团移位模式图基团移位模式图细胞膜上细胞膜上细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内酶酶c c酶酶b b酶酶a aHPrHPr酶酶PPPEPPyrPPHPrHPrP糖糖项目项目酶酶酶酶HPr组分组分1种种酶酶a酶酶b酶酶c1种种位置位置细胞质细胞质 细胞质细胞质细胞膜细胞膜 细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜底物特异性底物特异性无无无无有有有有无无第三节营养物质进入细胞的方式第三节营养物质进入细胞的方式讨论题
13、讨论题1：基团移位中各酶比较：基团移位中各酶比较第三节营养物质进入细胞的第三节营养物质进入细胞的方式方式讨论题讨论题2：4种运输营养物质方式的比较种运输营养物质方式的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送主动运送基团移位基团移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平衡时胞内外浓度平衡时胞内外浓度运输分子运输分子能量消耗能量消耗运输后物质的结构运输后物质的结构与溶质类似物与溶质类似物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无竞争性无竞争性有有快快由浓至稀由浓至稀相等相等特异性特异性不需要不需要不变不变有有竞争性竞争性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竞争性竞争性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有有竞争性竞争性