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1、微生物学第章营养与代谢微生物学第章营养与代谢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（energysource）微微 生生 物物 的
2、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（growthfactor）狭义：维生素狭义：维生素
3、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 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
4、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0.006mg，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
5、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B2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B12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（nutritionaldeficiency
6、）某些微生物的正常生长需要适量的一种某些微生物的正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长所需的生所需的生长长因子因子微微 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
7、，是维持微生物生命活动不可缺少的物质：物质：水是微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7090，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
8、加水反应过程，没有水将不能进行。如一些加水反应过程，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
9、性水的可利用性用水活度表示用水活度表示 水活度水活度w(water activity)=P/Po P:溶液的蒸汽溶液的蒸汽压压 Po:纯纯水的蒸汽水的蒸汽压压 在常温常在常温常压压下，下，纯纯水的水的aw为为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.
10、880.800.760.650.60 如果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
11、常生长，而达到长值，使菌体不能正常生长，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（simplediffusion）是一种
12、最为是一种最为简单的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
13、油和某些离子甘油和某些离子促促 进进 扩扩 散散促进扩散（促进扩散（facilitateddiffusion）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：
14、需要特异性的载体蛋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质运运输输促促进扩进扩散示意散示意图图主主 动动 吸吸 收收主动运输（主动运输（activetransport）：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
15、使其构型变化，从而完成营养物质转运；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动运运输输示意示意图图基基 团团 转转 位位基团转位（基团转位（grouptransport）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
16、与主动运输方式不同的是它有一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
17、酶酶I 磷酸磷酸HPr+丙丙酮酮酸酸 2）磷酸磷酸HPr +葡萄糖葡萄糖 酶酶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
18、生长时能量代谢过程中供氢体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
19、体进行生长的微生物通称为 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CO2，合成有机物质，进行生长、繁殖的，合成有机物
20、质，进行生长、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CO2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
21、能无机营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CO2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CO2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 能源能源光能
22、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CO2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）中的一些细菌，它们能利用异丙
23、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CO2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 微生物的微生物的营营养养类类
24、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物为电子供体微生物的
25、微生物的营营养养类类型型 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，物，原生动物原
26、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（C/NC/N）3
27、.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，GluGlu积累少；积累少
28、；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 、CaHCOCaHCO3 3 采用
29、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、废气要少原料处理后，废物、废
30、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;undefin
31、ed 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(Synthetic
32、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：含琼琼脂脂1.52%半固体培养基：含半固体培养基：含琼琼脂脂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践中，液体培
33、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琼脂与明胶的比脂与明胶的比较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成的营养
34、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)：用于从混杂的微生物群
35、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 鉴鉴 别别 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、能量代能量代谢谢中的中的贮贮能与能与递递能分子能分子二、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、次级代谢产物产产能代能代谢谢与分解代与分解代谢谢产产能代能代谢谢与
36、分解代与分解代谢谢密不可分。任何生物体的密不可分。任何生物体的生命活生命活动动都必都必须须有能量有能量驱动驱动，产产能代能代谢谢是生命是生命活活动动的能量保障。微生物的能量保障。微生物细细胞内的胞内的产产能与能量能与能量储储存、存、转换转换和利用主要依和利用主要依赖赖于氧化于氧化还还原反原反应应。化学上，物化学上，物质质加氧、脱加氧、脱氢氢、失去、失去电电子被定子被定义为义为氧化，而反之氧化，而反之则则称称为还为还原。原。发发生在生物生在生物细细胞内的氧化胞内的氧化还还原反原反应应通常被称通常被称为为生物氧化。生物氧化。微生物的微生物的产产能代能代谢谢微生物的微生物的产产能代能代谢谢即是即是细
37、细胞内化学物胞内化学物质经过质经过一系列一系列的氧化的氧化还还原反原反应应而逐步分解，同而逐步分解，同时释时释放能量的生物放能量的生物氧化氧化过过程。程。营营养物养物质质分解代分解代谢释谢释放的能量，一部分通放的能量，一部分通过过合成合成ATPATP等高能化合物而被捕等高能化合物而被捕获获，另一部分能量以，另一部分能量以电电子与子与质质子的形式子的形式转转移移给给一些一些递递能分子如能分子如NADNAD、NADPNADP、FMNFMN、FADFAD等形成等形成还还原力原力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还原力的
38、反原力的反应应，还还有一部分以有一部分以热热的的方式方式释释放。另有一部分微生物能捕放。另有一部分微生物能捕获获光能并将其光能并将其转转化化为为化学能以提供生命活化学能以提供生命活动动所需的能量。所需的能量。种种类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类：一是：一是蕴蕴含在化学物含在化学物质质（营营养物）中的化学能，二是光能。养物）中的化学能，二是光能。微生物微生物产产能途径与方式能途径与方式微生物微生物产产能代能代谢谢具有丰富的多具有丰富的多样样性，但可性，但可归纳为归纳为两两类类途径和三种方式，即途径和三种方式，即发发酵、呼吸（含有氧呼吸和无酵、呼吸（含有氧呼吸和
39、无氧呼吸）两氧呼吸）两类类通通过营过营养物分解代养物分解代谢产谢产生和生和获获得能量的得能量的途径。途径。通通过过底物水平磷酸化（底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）、）、氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidation phosphorylation)也称也称电电子子转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转换为生物通用能生物通用能源物源物质质（ATP）的的转换转换方式。方式。一、一、能量代能量代谢谢中的
40、中的贮贮能与能与递递能分子能分子在与分解代在与分解代谢谢相伴随的相伴随的产产能代能代谢谢中，起捕中，起捕获获、贮贮存和运存和运载载能量作用的重要分子是腺能量作用的重要分子是腺嘌嘌呤核苷三呤核苷三磷酸，磷酸，简简称腺苷三磷酸（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细胞内，起着胞内，起着储储存和存和传递传递能量的作用。因此能量的作用。因此,也称也称为为能量能量传递传递系系统统（energy-transmitting sy
41、stem）。）。ATP ATP ATP结结构构ATP在在细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。在生物合成过过程中，程中，ATP将其所携将其所携带带的能量提供的能量提供给给大分子的大分子的结结构元件，例如氨构元件，例如氨基酸，使基酸，使这这些元件活化，些元件活化，处处于于较较高能高能态态，为进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质等作好准等作好准备备。是是为细为细胞各种运胞各种运动动（如鞭毛运（如鞭毛运动动等）提供能量来源。等）提供能量来源。为细为细胞提供逆胞提供逆浓浓度梯度跨膜运度梯度跨膜运输营输营养物所需的自由养物所需的自由能。
42、能。在在DNA、RNA、蛋白蛋白质质等生物合成中，保等生物合成中，保证证基因信基因信息的正确息的正确传递传递，ATP也以特殊方式起着也以特殊方式起着递递能作用等等。能作用等等。在在细细胞胞进进行某些特异性生物行某些特异性生物过过程如固定氮素程如固定氮素时时提供提供能量。能量。烟烟酰酰胺胺辅辅酶酶NADNAD与与NADPNADP烟烟酰酰胺腺胺腺嘌嘌呤二核苷酸（呤二核苷酸（nicotinamideadenine dinucleotide,NAD，辅辅酶酶I）和烟和烟酰酰胺腺胺腺嘌嘌呤二核苷呤二核苷酸磷酸（酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotidephosphate,
43、NADP，辅辅酶酶）为为物物质质与能量代与能量代谢谢中起重要作用的中起重要作用的脱脱氢氢酶酶的的辅辅酶酶 作作为电为电子子载载体，在能量代体，在能量代谢谢的各种的各种酶酶促氧化促氧化-还还原原反反应应中中发挥发挥着能量的着能量的暂储暂储、运、运载载与与释释放等重要功能。放等重要功能。其氧化形式分其氧化形式分别为别为NAD和和NADP，在能量代在能量代谢谢氧化途径中作氧化途径中作电电子受体。子受体。还还原形式原形式为为NADH和和NADPH，在能量代在能量代谢还谢还原途径中作原途径中作电电子供体子供体 烟烟酰酰胺胺辅辅酶酶的的结结构和氧化构和氧化还还原状原状态态黄素黄素辅辅酶酶FMNFMN与与F
44、ADFAD黄素黄素单单核苷酸（核苷酸（flavin mononucleotide,FMN）和黄和黄素腺素腺嘌嘌呤二核苷酸（呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide，FAD）是核黄素是核黄素(riboflavin，即即维维生素生素B2)在生物体内在生物体内的存在形式，是的存在形式，是细细胞内一胞内一类类称称为为黄素蛋白的氧化黄素蛋白的氧化还还原原酶酶的的辅辅基，因此也称基，因此也称为为黄素黄素辅辅酶酶。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嗪缩合物。合物。由于在异咯由于在异咯嗪嗪的的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泼的的双双键键
45、，故易，故易发发生氧化生氧化还还原反原反应应。因此，它有氧化型和。因此，它有氧化型和还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的氧化的氧化还还原构型原构型黄素黄素辅辅酶酶的生理功能的生理功能黄素黄素辅辅酶酶与与许许多不同的多不同的电电子受体和供体子受体和供体一起，通一起，通过过3 3种不同的氧化种不同的氧化还还原状原状态态参与参与电电子子转转移反移反应应，在，在细细胞的物胞的物质质与能量代与能量代谢谢的氧化的氧化还还原原过过程中程中发挥传递电发挥传递电子与子与氢氢的功能，促的功能，促进进糖、脂肪和蛋白糖、脂肪和蛋白质质的代的代谢谢。分解代分解代谢谢和合成代和合成代谢
46、谢的关系的关系 酶酶的的组组成与分成与分类类 单单聚体蛋白聚体蛋白 酶酶蛋白蛋白 寡聚体蛋白寡聚体蛋白:谷谷酰酰胺合成胺合成酶酶 多聚体蛋白多聚体蛋白:丙丙酮酮酸脱酸脱氢氢酶酶 酶酶 辅辅基基:血血红红素素 辅辅因子因子 辅辅酶酶:NAD,FAD,生物素等生物素等 激活激活剂剂:金属离子金属离子 胞内胞内酶酶 酶酶 胞外胞外酶酶 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)(三三)无机物氧化无机物氧化(Oxidation ofOxidation of inor
47、ganics inorganics)(四四)光能转换光能转换(PhotoPhotoconversion)conversion)（一）（一）发发 酵酵发发酵酵: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长过程中程中获获得能得能量的一种方式量的一种方式.在在发发酵酵过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质又是氧化又是氧化还还原反原反应过应过程中的程中的电电子最子最终终受体受体,并且并且这这种作种作为电为电子最子最终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质不不完全氧化的中完全氧化的中间产间产物物 工工业发业发酵酵:是指微生物在有氧或无氧条件下通是指微生
48、物在有氧或无氧条件下通过过物物质质的分的分解与合成两个代解与合成两个代谢过谢过程将某些物程将某些物质转变质转变成某些成某些产产物的物的整个整个过过程程化能异养代谢中糖的降解化能异养代谢中糖的降解（一）葡萄糖降解，形成丙酮酸的途径（一）葡萄糖降解，形成丙酮酸的途径 1.1.EMPEMP途径途径（EmbdenEmbden-meyerhofmeyerhof-parnasparnas pathway)pathway)2.HMP2.HMP途径途径（Hexose monophospateHexose monophospate pathway)pathway)3.ED3.ED途径途径(EntnerEntne
49、r-doudoroffdoudoroff)4.WD4.WD途径途径 EMP途径（二磷酸己糖途径）EMP途径是绝大多数生物所共有的基本代谢途途径是绝大多数生物所共有的基本代谢途径，因而也是酵母菌、真菌和多数细菌所具有的代径，因而也是酵母菌、真菌和多数细菌所具有的代谢途径。在有氧条件下，谢途径。在有氧条件下，EMP途径与途径与TCA途径连途径连接，并通过后者把丙酮酸彻底氧化成接，并通过后者把丙酮酸彻底氧化成02和和H2O。在。在无氧条件下，丙酮酸进一步代谢后产生乳酸或乙醇无氧条件下，丙酮酸进一步代谢后产生乳酸或乙醇等发酵产物。等发酵产物。EMP途径以途径以1分子葡萄糖为起始底物，历经分子葡萄糖为起
50、始底物，历经10步反应，产生步反应，产生4分子分子ATP，由于在反应的第一阶，由于在反应的第一阶段消耗段消耗2分子分子ATP，故净得，故净得2分子分子ATP；同时生；同时生成成2分子分子NADH2和为分子丙酮酸。和为分子丙酮酸。EMP途径即可为微生物提供能量，也可为微生途径即可为微生物提供能量，也可为微生物合成代谢提供碳架，并在一定条件下可逆合成多物合成代谢提供碳架，并在一定条件下可逆合成多糖。糖。HMPHMP途径途径 （单单磷酸己糖途径，磷酸磷酸己糖途径，磷酸戊糖途径戊糖途径-PPP-PPP途径）途径）是从 6-磷酸葡萄糖为起始底物，即在单磷酸己糖基础上开始降解，故称为单磷酸己糖途径，简称为