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1、微生物的生长与代谢-1第一节第一节 微生物的营养与营养类型（微生物的营养与营养类型（3 3个学时）个学时）第二节第二节 微生物的代谢（部分自学）微生物的代谢（部分自学）第三节第三节 境微生物的生长繁殖（境微生物的生长繁殖（3 3个学时）个学时）第四节第四节 环境因素对微生物生长的影响环境因素对微生物生长的影响(3(3个学时个学时)第第3 3章章 微生物的生长与代谢微生物的生长与代谢1 1、碳源、碳源凡是构成微生物细胞和代谢产物中凡是构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源碳架来源的的营养物称为碳源。营养物称为碳源。碳源既是微生物的组成成分，又是微生物的能碳源既是微生物的组成成分，又是微生物的能量来源
2、。微生物可以利用的碳源范围极广，分量来源。微生物可以利用的碳源范围极广，分为有机碳源和无机碳源两大类，糖类是最广泛为有机碳源和无机碳源两大类，糖类是最广泛利用的碳源。利用的碳源。碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化后成为微生物自身的细胞物质后成为微生物自身的细胞物质(如碳水化合物、如碳水化合物、脂、蛋白质等脂、蛋白质等)和代谢产物，碳可占一般细菌和代谢产物，碳可占一般细菌细胞干重的一半。细胞干重的一半。2、氮源：、氮源：凡是能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，凡是能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源，称为氮源。称为氮源。氮是组成微生物蛋白质、酶
3、和核酸的成分。氮是组成微生物蛋白质、酶和核酸的成分。能利用的氮源种类十分广泛。空气中分子态的氮、能利用的氮源种类十分广泛。空气中分子态的氮、无机和有机氮。无机和有机氮。氮源这类物质主要用来合成细胞中的含氮物质，氮源这类物质主要用来合成细胞中的含氮物质，一般不作为能源，只有少数自养微生物能利用一般不作为能源，只有少数自养微生物能利用铵盐、硝酸盐同时作为氮源与能源。铵盐、硝酸盐同时作为氮源与能源。不同种类的微生物对氮源的需要也不尽相同。不同种类的微生物对氮源的需要也不尽相同。微生物培养时最常用的有机氮源是牛肉膏、酵微生物培养时最常用的有机氮源是牛肉膏、酵母膏等，蛋白胨（部分水解蛋白质）是许多微母膏
4、等，蛋白胨（部分水解蛋白质）是许多微生物良好的氮源。生物良好的氮源。从微生物所能利用的氮源种类来看，存在着一个明显从微生物所能利用的氮源种类来看，存在着一个明显的界限：的界限：v一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮源的，它们能一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮源的，它们能把尿素、铵盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的把尿素、铵盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸，称为一切氨基酸，称为氨基酸自养型生物氨基酸自养型生物。v凡需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物就是凡需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物就是氨基酸异养型生物氨基酸异养型生物。3、无机盐、无机盐主要元素主要元素(10(1
5、0-3-31010-4-4mol/L)mol/L)包括磷、硫、钾、镁、钙、钠等。包括磷、硫、钾、镁、钙、钠等。微量元素微量元素(1010-6-61010-8-8mol/L)mol/L)包括锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨等。包括锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨等。培养基时，首选加入磷酸氢二钾和硫酸镁，基本时可以同时提供培养基时，首选加入磷酸氢二钾和硫酸镁，基本时可以同时提供4 4种需要种需要量最大的元素。量最大的元素。4、生长因子、生长因子生长因子生长因子通常指那些微生物生长所必需且需要量很小通常指那些微生物生长所必需且需要量很小,而而且微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需且微生物自身不
6、能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。要的有机化合物。根据生长因子的化学结构和它们在机体中的生理功能的根据生长因子的化学结构和它们在机体中的生理功能的不同不同,可将生长因子分为可将生长因子分为维生素维生素(vitamin)(vitamin)、氨基酸与嘌、氨基酸与嘌呤及嘧啶呤及嘧啶三大类。三大类。生长因子可以从酵母膏、玉米浆、麦芽汁、血液或血清生长因子可以从酵母膏、玉米浆、麦芽汁、血液或血清中获得。中获得。5 5、水、水水是细胞维持正常生命活动所必不可少的，一般可占细水是细胞维持正常生命活动所必不可少的，一般可占细胞重量的胞重量的707090%90%。在微生物各种各样的生理活动中必须
7、有水参加才能进行。在微生物各种各样的生理活动中必须有水参加才能进行。水是一种最优良的溶剂，可保证几乎一切生物化学反水是一种最优良的溶剂，可保证几乎一切生物化学反应的进行；应的进行；水可维持各种生物大分子结构的稳定性，并参与某些水可维持各种生物大分子结构的稳定性，并参与某些重要的生物化学反应；重要的生物化学反应；水还有许多优良的物理性质，诸如高比热、高汽化热、水还有许多优良的物理性质，诸如高比热、高汽化热、高沸点以及固态时密度小于液态等，都是保证生命活高沸点以及固态时密度小于液态等，都是保证生命活动十分重要的特性。动十分重要的特性。（三）培养基（三）培养基培养基培养基是人工配制的适合于不同微生物
8、生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营养基质。长繁殖或积累代谢产物营养基质。一、培养基的类型一、培养基的类型 1.1.合成培养基合成培养基：由已知化学药品配成由已知化学药品配成,成分和浓成分和浓度都已完全知道度都已完全知道,每一次配制也基本恒定。这种培养每一次配制也基本恒定。这种培养基成分精确，重复性强，多用于实验室基成分精确，重复性强，多用于实验室,费用较高。费用较高。如：如：高氏一号培养基（淀粉硝酸盐培养基）放线菌高氏一号培养基（淀粉硝酸盐培养基）放线菌 察氏培养基（蔗糖硝酸盐培养基）真菌察氏培养基（蔗糖硝酸盐培养基）真菌（1）根据成分来源不同分为）根据成分来源不同分为2.
9、2.天然培养基天然培养基:化学成分不完全了解或化学化学成分不完全了解或化学成分不恒定的天然有机物配制的培养基。如动成分不恒定的天然有机物配制的培养基。如动植物汁液植物汁液,土壤浸出液土壤浸出液,等配制成培养基。配等配制成培养基。配制方便，经济。制方便，经济。如：牛肉膏蛋白胨培养基细菌如：牛肉膏蛋白胨培养基细菌 麦芽汁培养基酵母菌麦芽汁培养基酵母菌牛肉膏牛肉膏 瘦牛肉组织浸出汁浓缩而成的膏状物瘦牛肉组织浸出汁浓缩而成的膏状物质，富含水溶性碳水化合物，有机氮化合物，质，富含水溶性碳水化合物，有机氮化合物，维生素，盐等。维生素，盐等。蛋白胨蛋白胨 将肉，酪素或明胶用酸或蛋白酶水解将肉，酪素或明胶用酸
10、或蛋白酶水解后干燥而成的粉末状物质，富含有机氮化合物，后干燥而成的粉末状物质，富含有机氮化合物，也含有一些维生素和碳水化合物。也含有一些维生素和碳水化合物。酵母膏酵母膏 酵母细胞的水溶性提取物浓缩而成的酵母细胞的水溶性提取物浓缩而成的膏状物质膏状物质 ，富含类维生素，也含有有机氮化，富含类维生素，也含有有机氮化合物和碳水化合物。合物和碳水化合物。3.3.半合成培养基半合成培养基:由成分已知的物质和由成分已知的物质和成分未知的天然物质配制而成的培养基成分未知的天然物质配制而成的培养基,如如PDAPDA培养基。培养基。如：如：马铃薯蔗糖培养基真菌马铃薯蔗糖培养基真菌（2）根据培养基物理状态分）根据
11、培养基物理状态分A.A.固体培养基固体培养基:在液体培养基中加入凝固剂在液体培养基中加入凝固剂(如如1.5-2.0%1.5-2.0%琼脂琼脂)。固体培养基为微生物的生长提供了一个营养表面。固体培养基为微生物的生长提供了一个营养表面,在这个在这个表面生长微生物可形成单个菌落表面生长微生物可形成单个菌落,用于微生物的分离用于微生物的分离,鉴定鉴定,计数计数,保管。保管。B.B.半固体培养基半固体培养基:在液体培养基上加进一定凝固剂在液体培养基上加进一定凝固剂,在液体培在液体培养基中如加养基中如加0.5%0.5%琼脂琼脂,可以用来观察细胞运动的特征可以用来观察细胞运动的特征,鉴定鉴定菌种菌种,测定抗
12、菌素的效价等。测定抗菌素的效价等。C.C.液体培养基液体培养基:配制后不加任何凝固剂。配制后不加任何凝固剂。D.D.脱水培养基：脱水培养基：指含有除水分以外的一切成分的商品培养基，指含有除水分以外的一切成分的商品培养基，使用时只要加入适量水分并加以灭菌即可，其成分精确且使用时只要加入适量水分并加以灭菌即可，其成分精确且使用方便。使用方便。常用的凝固剂有琼脂常用的凝固剂有琼脂(agar)(agar)、明胶、明胶(gelatin)(gelatin)和硅胶和硅胶(silica gel)(silica gel)。化学化学成分成分营养营养价值价值分解分解性性融化融化温度温度凝固凝固温度温度常用常用浓度浓
13、度透明透明度度黏黏着着力力耐加耐加压灭压灭菌菌琼琼脂脂聚半乳聚半乳糖的硫糖的硫酸酯酸酯无无罕见罕见约约9696 约约40401.5%1.5%2%2%高高强强强强明明胶胶蛋白质蛋白质作氮源作氮源极易极易约约2525 约约20205%5%12%12%高高强强弱弱 琼脂与明胶若干特性的比较琼脂与明胶若干特性的比较琼脂与明胶若干特性的比较琼脂与明胶若干特性的比较粘液型菌落粘液型菌落菌膜菌沉淀均匀浑浊均匀浑浊对照固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基半固体培养基半固体培养基（3）根据培养基的用途来分）根据培养基的用途来分基础培养基：基础培养基：满足一般微生物生长繁殖所需要的营养物质。满足一般微生物生长
14、繁殖所需要的营养物质。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。加富培养基加富培养基:在自然界中各种微生物通常是混杂在一起的，在自然界中各种微生物通常是混杂在一起的，了解了某一些微生物的营养要求，配制适合这种微生物生长了解了某一些微生物的营养要求，配制适合这种微生物生长而不适合其他微生物生长的培养基，就达到了从自然界中分而不适合其他微生物生长的培养基，就达到了从自然界中分离这种微生物的目的，这种培养基就称为加富培养基。一般离这种微生物的目的，这种培养基就称为加富培养基。一般常加入血、血清或动植物提取液等。常加入血、血清或动植物提取液等。“投其所好投其所好投
15、其所好投其所好”选择性培养基选择性培养基:根据不同的微生物对营养的特殊根据不同的微生物对营养的特殊要求要求,或对物理化学条件的抗性而设计的培养基或对物理化学条件的抗性而设计的培养基,利用这一类培养基可以把需要微生物从混杂的其利用这一类培养基可以把需要微生物从混杂的其他微生物分离和确定。他微生物分离和确定。“取其所抗取其所抗”鉴别培养基鉴别培养基:在培养基中加入某种特殊化学物质在培养基中加入某种特殊化学物质,某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物物,而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应物
16、质发生特定的化学反应,产生明显的特征性变产生明显的特征性变化化,根据这种特征性变化根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他可将该种微生物与其他微生物区分开来。微生物区分开来。最常见的鉴别性培养基是最常见的鉴别性培养基是伊红美蓝乳糖培养伊红美蓝乳糖培养伊红美蓝乳糖培养伊红美蓝乳糖培养基基基基，即，即EMBEMB培养基。它在饮用水、牛奶的大肠培养基。它在饮用水、牛奶的大肠菌群数等细菌学检查和大肠杆菌的遗传学研菌群数等细菌学检查和大肠杆菌的遗传学研究工作中有着重要的用途。究工作中有着重要的用途。用于鉴别不同类型微生物的培养基，在培养基中加入某用于鉴别不同类型微生物的培养基，在培养基中加入某种特殊化学
17、物质，某种微生物在培养基中生长后能产生种特殊化学物质，某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物，而这种代谢产物可以与培养基中的特殊某种代谢产物，而这种代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征性变化，化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化，可将该种微生物与其他微生物区根据这种特征性变化，可将该种微生物与其他微生物区分开来。分开来。二、培养基的配制原则二、培养基的配制原则（一）培养基组分满足微生物的需要（目的明确）（一）培养基组分满足微生物的需要（目的明确）（二）营养物的浓度与比例应恰当（营养协调）（二）营养物的浓度与比例应恰当（营养
18、协调）（三）物理化学条件适宜（条件适宜）（三）物理化学条件适宜（条件适宜）（四）根据培养目的选择原料及其来源（经济节约）（四）根据培养目的选择原料及其来源（经济节约）（一）培养基组分满足微生物的需要（一）培养基组分满足微生物的需要即根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。即根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。不同营养类型的微生物，其对营养物的需求不同营养类型的微生物，其对营养物的需求差异很大。如自养型微生物的培养基完全可以（或差异很大。如自养型微生物的培养基完全可以（或应该）由简单的无机物质组成。异养做生物的培养应该）由简单的无机物质组成。异养做生物的培养基至少需要含有一种有机物质，但
19、有机物的种类需基至少需要含有一种有机物质，但有机物的种类需适应所培养菌的特点。适应所培养菌的特点。按按微微生生物物的的主主要要类类群群来来说说，它它们们所所需需要要的的培培养养基成分也不同：基成分也不同：细菌：细菌：牛肉膏蛋白胨培养基牛肉膏蛋白胨培养基 放线菌：放线菌：高氏一号培养基高氏一号培养基 真菌：真菌：查氏合成培养基查氏合成培养基 酵母菌：酵母菌：麦芽汁麦芽汁 当对试验菌营养需求特点不清楚的时候，可以当对试验菌营养需求特点不清楚的时候，可以采用采用生长谱生长谱法进行测定。法进行测定。（二）营养物的浓度与比例应恰当（二）营养物的浓度与比例应恰当 浓度过高浓度过高微生物的生长起抑制作用，微
20、生物的生长起抑制作用，浓度过小浓度过小不能满足微生物生长的需要。不能满足微生物生长的需要。碳氮比（碳氮比（C/NC/N）直接影响微生物生长与繁殖及代）直接影响微生物生长与繁殖及代谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的谢物的形成与积累，故常作为考察培养基组成时的一个重要指标。一个重要指标。C/NC/N比值比值=碳源中的碳原子的碳源中的碳原子的molmol数数氮源中所含的氮原子的氮源中所含的氮原子的molmol数数 应注意各营养物质之间的浓度比；培养基中各营应注意各营养物质之间的浓度比；培养基中各营养物质之间的浓度比直接影响微生物的生长与繁养物质之间的浓度比直接影响微生物的生长与繁殖和（或）
21、代谢产物的形成与积累，尤其是碳氮殖和（或）代谢产物的形成与积累，尤其是碳氮比（比（C CN N）的影响更为明显。）的影响更为明显。例：在谷氨酸生产中例：在谷氨酸生产中 C/N C/N 4/14/1时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累少；C/N C/N 3/1 3/1 时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大时，菌体生长受抑制，而谷氨酸大量增加。量增加。还应注意：速效性氮（或碳）源与迟效性氮还应注意：速效性氮（或碳）源与迟效性氮（或碳）源的比例；各种金属离子间的比例（影（或碳）源的比例；各种金属离子间的比例（影响营养物质的渗透和其他代谢活动）。响营养物质的渗透和其他代谢活动）。培养
22、基中各种元素的比例需要平衡。培养基中各种元素的比例需要平衡。（三）物理化学条件适宜（三）物理化学条件适宜1、pH:各类微生物的最适生长各类微生物的最适生长pH值各不相同：值各不相同：细细 菌：菌：7.08.0 放线菌：放线菌：7.58.5酵母菌：酵母菌：3.86.0 霉霉 菌：菌：4.05.8 在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质在微生物的生长和代谢过程中，由于营养物质的利用和代谢产物的形成与积累，培养基的初始的利用和代谢产物的形成与积累，培养基的初始pH值会发生改变。值会发生改变。为了维持培养基为了维持培养基pHpH值的相对恒定，通常采用值的相对恒定，通常采用下列两种方式：下列两种方式：
23、内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶内源调节：在培养基里加一些缓冲剂或不溶性的碳酸盐；调节培养基的碳氮比。性的碳酸盐；调节培养基的碳氮比。外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸外源调节：按实际需要不断向发酵液流加酸或碱液。或碱液。磷酸缓冲液：磷酸缓冲液：pHpH值从值从6.07.66.07.6之间之间K K2 2HPOHPO4 4+HCl KH+HCl KH2 2POPO4 4+KCl+KClKHKH2 2POPO4 4+KOH K+KOH K2 2HPOHPO4 4+H+H2 2O O 加入加入CaCOCaCO3 3：COCO3 32 2 HCO HCO3 3 H H2 2COCO3 3
24、COCO2 2+H+H2 2O O+H+H+H H+H+H+H H培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。培养基中所含氨基酸、肽、蛋白质等物质也可起到缓冲作用。2 2、渗透压和、渗透压和a aw w渗透压渗透压等渗溶液等渗溶液适宜微生物生长适宜微生物生长高渗溶液高渗溶液细胞发生质壁分离细胞发生质壁分离低渗溶液低渗溶液细胞吸水膨胀，直至破裂细胞吸水膨胀，直至破裂 3 3、氧化还原电势、氧化还原电势 各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：各种微生物对培养基的氧化还原电势的要求：好氧微生物：好氧微生物：+0.3+0.4V,(+0.3+0.4V,(在在0.1V0.1V以上的环境中均以上
25、的环境中均能生长能生长)；厌氧微生物：只能在；厌氧微生物：只能在+0.1V+0.1V以下生长；兼性厌氧以下生长；兼性厌氧微生物：微生物：+0.1V+0.1V以上呼吸、以上呼吸、+0.1V+0.1V以下发酵以下发酵 培养基是多氧化还原偶的复杂电化学系统，测出的培养基是多氧化还原偶的复杂电化学系统，测出的E Eh h值仅代表其综合结果。值仅代表其综合结果。对微生物影响最大的是：分子氧和分子氢的浓度对微生物影响最大的是：分子氧和分子氢的浓度 培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫培养基中常用的还原剂：巯基乙酸、抗坏血酸、硫化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏糖醇等。化氢、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫苏
26、糖醇等。（四）根据培养基的应用目的选择原料及其来源（四）根据培养基的应用目的选择原料及其来源该培养基的应用目的，即：该培养基的应用目的，即：是培养菌体还是积累代谢产物？是培养菌体还是积累代谢产物？是实验室种子培养还是大规模发酵？是实验室种子培养还是大规模发酵？代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？代谢产物是初级代谢产物还是次级代谢产物？用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮用于培养菌体种子的培养基营养应丰富，氮源含量宜高（碳氮比低）；源含量宜高（碳氮比低）；用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般用于大量生产代谢产物的培养基其氮源一般应比种子培养基稍低，（但若发酵产物是含氮化应比种子培养基稍低
27、，（但若发酵产物是含氮化合物时，有时还应提高培养基的氮源含量）；若合物时，有时还应提高培养基的氮源含量）；若代谢产物是次级代谢产物时要考虑是否加入特殊代谢产物是次级代谢产物时要考虑是否加入特殊元素或特定的代谢产物；元素或特定的代谢产物；当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应当所设计的是大规模发酵用的培养基时，应重视培养基中各成份的来源和价格，应选择来源重视培养基中各成份的来源和价格，应选择来源广泛、价格低廉广泛、价格低廉 的原料，提倡以粗代精，以废的原料，提倡以粗代精，以废代好。代好。三、设计培养基的方法三、设计培养基的方法1.1.生态模拟：生态模拟：调查所培养菌的生态条件，查看调查所培养菌的
28、生态条件，查看“嗜嗜好好”，对，对“症症”下料下料初级天然培养基。初级天然培养基。2.2.查阅文献：查阅、分析文献，调查前人的工作资料，查阅文献：查阅、分析文献，调查前人的工作资料，借鉴人家的经验，以便从中得到启发设计有自己特借鉴人家的经验，以便从中得到启发设计有自己特色的培养基配方。色的培养基配方。3.3.精心设计：借助优选法或正交试验设计法等方法。精心设计：借助优选法或正交试验设计法等方法。4 4、实验比较：、实验比较：不同培养基配方的选择比较不同培养基配方的选择比较 单种成分来源和数量的比较单种成分来源和数量的比较 几种成分浓度比例调配的比较几种成分浓度比例调配的比较 小型试验放大到大型
29、生产条件的比较小型试验放大到大型生产条件的比较 pH pH和温度试验和温度试验配置培养基时应注意的几个问题及解决方法：配置培养基时应注意的几个问题及解决方法：1 1、沉淀、沉淀2 2、胶体强度的破坏、胶体强度的破坏3 3、褐色物质的形成、褐色物质的形成4 4、pHpH发生变化发生变化 培养基的灭菌培养基的灭菌 高压蒸气灭菌高压蒸气灭菌一般培养基一般培养基:1.05 Kg/cm:1.05 Kg/cm2 2,121.3,15-30 min,121.3,15-30 min含糖培养基含糖培养基:0.56 Kg/cm:0.56 Kg/cm2 2,112.6,15-30 min,112.6,15-30 m
30、in过滤灭菌过滤灭菌,分别灭菌分别灭菌,间歇灭菌的应用间歇灭菌的应用器皿的灭菌：干热空气：器皿的灭菌：干热空气：160 160，2 2 小时小时无菌室的消毒：紫外光；化学药物熏蒸（苯酚；无菌室的消毒：紫外光；化学药物熏蒸（苯酚；高锰酸钾高锰酸钾+甲醛）甲醛）二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型根据微生物对碳源的要求不同，可将其分为自养根据微生物对碳源的要求不同，可将其分为自养菌和异养菌两大营养类型。菌和异养菌两大营养类型。凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的，叫凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的，叫自自养菌养菌；不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌体；不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌
31、体内有机碳化物的，为内有机碳化物的，为异养菌异养菌。根据其生命活动所需能量的来源不同，可分为根据其生命活动所需能量的来源不同，可分为光能营养菌光能营养菌和和化能营养菌化能营养菌。前者是从光线中获得能。前者是从光线中获得能量，后者则从化学物质氧化中取得能量。量，后者则从化学物质氧化中取得能量。因此，根据微生物所需的碳源和能源不同，可因此，根据微生物所需的碳源和能源不同，可将微生物分为将微生物分为光能自养菌、光能异养菌、化能自养光能自养菌、光能异养菌、化能自养菌、化能异养菌等菌、化能异养菌等四类。四类。根据碳源、能源及电子供体性质的不同可分为根据碳源、能源及电子供体性质的不同可分为:光能自养型光能
32、自养型:以光为能源，以以光为能源，以COCO2 2 为唯一或主要碳源为唯一或主要碳源,不不依赖任依赖任 何有机物即可正常生长何有机物即可正常生长光能异养型光能异养型:以光为能源，但生长需要一定的有机营养以光为能源，但生长需要一定的有机营养.化能自养型化能自养型:以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物营养物化能异养型化能异养型:以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质营养物质光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生长，光能自养型和光能异养型微生物可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用在地球早
33、期生态环境的演化过程中起重要作用微生物的营养类型微生物的营养类型 营养类型营养类型 主要（或唯一）主要（或唯一）主要（或唯一）主要（或唯一）碳源碳源碳源碳源 能源能源能源能源 代表菌代表菌代表菌代表菌 光能自养型光能自养型光能自养型光能自养型 二氧化碳二氧化碳 光能光能 蓝细菌蓝细菌 光能异养型光能异养型光能异养型光能异养型 有机物有机物 光能光能 红螺细菌红螺细菌 化能自养型化能自养型化能自养型化能自养型 二氧化碳二氧化碳 无机物无机物 硫杆菌硫杆菌 化能异养型化能异养型化能异养型化能异养型 有机物有机物 有机物有机物 大肠杆菌大肠杆菌 1 1、光能自养型微生物、光能自养型微生物 以以C0C
34、02 2作作为为唯唯一一碳碳源源或或主主要要碳碳源源，并并利利用用光光能能，以以无无机机物物如如硫硫化化氢氢、硫硫代代硫硫酸酸钠钠或或其其他他无无机机硫硫化化物物作作为为供供氢氢体体将将COCO2 2还原成细胞物质，同时产生元素硫还原成细胞物质，同时产生元素硫 光能光能 CO CO2 2H H2 2S CHS CH2 2O+2S+HO+2S+H2 2O O 光合色素光合色素 光能自养型微生物包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌光能自养型微生物包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，因而能使光能转变成化
35、学能（光合色素，因而能使光能转变成化学能（ATPATP），供机体），供机体直接利用。直接利用。2 2、光能异养型微生物、光能异养型微生物 以以COCO2 2为为主主要要碳碳源源或或唯唯一一碳碳源源，以以有有机机物物（如如异异丙丙醇醇）作作为为供供氢氢体体，利利用用光光能能将将COCO2 2还还原原成成细细胞胞物物质质，红红螺螺菌菌属属中中的的一一些些细细菌菌属属于于此此种种营养类型。营养类型。光能光能 2(H3C)2(H3C)2 2CHOH+COCHOH+CO2 2 2CH 2CH3 3COCHCOCH3 3+CH+CH2 2O+HO+H2 2O O 光合色素光合色素 光光能能异异养养型型细细
36、菌菌在在生生长长时时大大多多数数采采要要外外源源的的生长因子生长因子 光能异养型微生物光能异养型微生物 利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）利用光能，以简单有机物（醇、有机酸）为供氢体同化为供氢体同化CO2 CHCH3 3 光能光能COCO2 2+2CH+2CH2 2-CHOH-CH-CHOH-CH2 2O+2CHO+2CH3 3COCHCOCH3 3+H+H2 2O O 菌绿素菌绿素例：红螺菌属（例：红螺菌属（RhodospirillumRhodospirillum）3 3、化能自养型微生物、化能自养型微生物 以以COCO2 2或或碳碳酸酸盐盐作作为为唯唯一一或或主主要要碳碳源源，以以无无机
37、机物物氧氧化化释释放放的的化化学学能能为为能能源源,，利利用用电电子子供供体体如如氢氢气气、硫硫化化氢氢、二二价价铁铁离离子子或或亚亚硝硝酸酸盐盐等等使使COCO2 2还原成细胞物质。还原成细胞物质。这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。中起着重要的作用。化能无机营养型化能无机营养型 通过氧化无机物取得能量，并以通过氧化无机物取得能量，并以COCO2 2为唯一或为唯一或主要碳源主要碳源（1 1）硝化细菌硝化细菌:亚硝化细菌亚硝化细菌 2NH 2NH4 4+3O+3
38、O2 22NO2NO2 2-+2H+2H2 2O+4HO+4H+132Kcal+132Kcal硝化细菌硝化细菌 NO NO2 2-+1/2O+1/2O2 2 NO NO3 3-+18.1 Kcal+18.1 Kcal（2 2）硫化细菌）硫化细菌:通过氧化还原态的无机通过氧化还原态的无机硫化物（硫化物（H H2 2S S、S S、S S2 2O O3 32-2-、SOSO3 32-2-）获）获得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属）得能量（硫杆菌属，硫微螺菌属）H H2 2S+OS+O2 2 S+H S+H2 2O+50.1 KcalO+50.1 Kcal S+1 O S+1 O2 2+H+H2 2O H
39、O H2 2SOSO4 4+149.8 Kcal+149.8 Kcal（3 3）铁细菌：氧化铁细菌：氧化Fe2+Fe2+为为Fe3+Fe3+获取能量并同化获取能量并同化 CO2 CO2 2Fe 2Fe2+2+O+O2 2+2H+2H+2Fe2Fe3+3+H+H2 2O+21.2 KcalO+21.2 Kcal（4 4）氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能氢细菌：具有氢化酶，从氢的氧化获取能 量，同化量，同化COCO2 2 H H2 2+O+O2 2 HH2 2O+56.7 KcalO+56.7 Kcal 4 4、化能异养型微生物、化能异养型微生物 多多数数微微生生物物属属于于化化能能异异养养型
40、型，其其生生长长所所需需要要能能量量和碳源通常来自同一种有机物。和碳源通常来自同一种有机物。根根据据化化能能异异养养型型微微生生物物利利用用有有机机物物的的特特性性，又又可可以以将将其分为下列两种类型：其分为下列两种类型：腐腐生生型型微微生生物物：利利用用无无生生命命活活性性的的有有机机物物作作为为生长的碳源。生长的碳源。寄寄生生型型微微生生物物：寄寄生生在在生生活活的的细细胞胞内内，从从寄寄生生体内获得生长所需要的营养物质。体内获得生长所需要的营养物质。存存在在于于寄寄生生与与腐腐生生之之间间的的中中间间过过渡渡类类型型微微生生物物，称称为为兼性腐生型或兼性寄生型。兼性腐生型或兼性寄生型。关
41、于营养类型的定义：关于营养类型的定义：自养微生物：不依赖任何有机营养物即可正常生自养微生物：不依赖任何有机营养物即可正常生 活的微生物活的微生物异养微生物：至少需要提供一种大量有机物才能异养微生物：至少需要提供一种大量有机物才能 满足其正常营养要求的微生物（即满足其正常营养要求的微生物（即 其碳源必须是有机物，供氢体是有其碳源必须是有机物，供氢体是有 机物，能源可以是氧化有机物活利机物，能源可以是氧化有机物活利 用日光能）用日光能）三、营养物质的摄取三、营养物质的摄取 外界环境的营养物质只有被微生物吸收到细外界环境的营养物质只有被微生物吸收到细胞内，才能被微生物分解与利用，微生物生长过胞内，才
42、能被微生物分解与利用，微生物生长过程中产生的一些代谢产物也必须分泌到细胞外，程中产生的一些代谢产物也必须分泌到细胞外，在这两个过程中，细胞膜起着重要作用。目前一在这两个过程中，细胞膜起着重要作用。目前一般认为，营养物质主要以般认为，营养物质主要以单纯扩散、促进扩散、单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位主动运输和基团转位四种方式通过微生物细胞四种方式通过微生物细胞膜。膜。被输送的物质，靠细胞内外浓度为动力，以透析被输送的物质，靠细胞内外浓度为动力，以透析或扩散的形式从高浓度区向低浓度区的扩散。或扩散的形式从高浓度区向低浓度区的扩散。特点：特点：扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物扩散是非
43、特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散；向低浓度的胞内扩散；（1）单纯扩散在在扩扩散散过过程程中中营营养养物物质质的的结结构构不不发发生生变变化化：即即既既不不与与膜膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化；上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化；物物质质运运输输的的速速率率较较慢慢：速速率率与与胞胞内内外外营营养养物物质质的的浓浓度度差差有有关关，即即随随细细胞胞膜膜内内外外该该物物质质浓浓度度差差的的降降低低而而减减小小，直直到胞内外物质浓度相同；到胞内外物质浓度相同；不需要载
44、体参与；不需要载体参与；扩扩散散是是一一个个不不需需要要代代谢谢能能的的运运输输方方式式：因因此此，物物质质不不能能进行逆浓度运输。进行逆浓度运输。可可运运送送的的养养料料有有限限：限限于于水水、溶溶于于水水的的气气体体，及及分分子子量量小，脂溶性、极性小的营养物质。小，脂溶性、极性小的营养物质。细胞膜外 细胞膜 细胞膜内 单纯扩散模式图单纯扩散模式图（2）促进扩散指溶质在运送过程中，必须借助存在于细胞膜指溶质在运送过程中，必须借助存在于细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助，但不消耗能量上的底物特异载体蛋白的协助，但不消耗能量的一类扩散性运送方式。的一类扩散性运送方式。促进扩散与被动扩散的主要区别
45、在于通过促进促进扩散与被动扩散的主要区别在于通过促进扩散进行跨膜运输的物质需要借助与载体扩散进行跨膜运输的物质需要借助与载体(carrier)(carrier)的作用才能进入细胞的作用才能进入细胞.而且每种载体而且每种载体只运输相应的物质只运输相应的物质,具有较高的专一性。具有较高的专一性。促进扩散模式图促进扩散模式图细胞膜细胞膜细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变（3）主动运输）主动运输指一类须提供能量并通过细胞膜上特异性载体蛋指一类须提供能量并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运白构象的变化，而使膜外环境中低浓度的溶质运入膜内的一种运送方式
46、。入膜内的一种运送方式。ATP ADP +Pi 恢复恢复原构像原构像再循环再循环耗能构像耗能构像 改变改变膜上膜外膜内移位移位结合结合12主动运输特点主动运输特点：1.1.被运送的物质可被运送的物质可逆浓度梯度进入逆浓度梯度进入细胞内细胞内 2.2.要消耗能量，必要消耗能量，必需有能量参加。需有能量参加。3.3.有膜载体参加，有膜载体参加，膜载体发生构型膜载体发生构型变化。变化。4.4.被运送物质不发被运送物质不发生任何变化。生任何变化。细胞膜外 细胞膜 细胞膜内 主动运输模式图主动运输模式图ADP+PiATP恢复原构象再循环结合构象改变移位 NaNa+-K-K+-ATP-ATP酶系统酶系统N
47、aNa+-K-K+-ATPase-ATPase是存在于原生质膜上的一种重要离是存在于原生质膜上的一种重要离子通道蛋白子通道蛋白功能功能:n利用利用ATPATP能量将能量将NaNa+由细胞内由细胞内“泵泵”出胞外出胞外,并将并将K K+“泵泵”入胞内。入胞内。n该酶由大小两个亚基组成（该酶由大小两个亚基组成（MW:12MW:12万万,5.5,5.5万）万）（4）基团转移指一类既指一类既需特异性载体蛋白的参与，的参与，又需又需耗能的一种物质运送方式，其特点使溶的一种物质运送方式，其特点使溶质在运送前后还会发生质在运送前后还会发生分子结构的变化，因此不同于一般的主动运送。因此不同于一般的主动运送。运
48、送对象举例：葡萄糖、果糖、甘露糖、运送对象举例：葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等。嘌呤、核苷、脂肪酸等。运送机制主要靠磷酸转移酶系统。运送机制主要靠磷酸转移酶系统。基因转位是一种特殊的主动运输，与普通基因转位是一种特殊的主动运输，与普通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了化学变化（生了化学变化（糖在运输的过程中发生了磷酸糖在运输的过程中发生了磷酸化化）。其余特点与主动运输相同。）。其余特点与主动运输相同。基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中，也主要是用于单（或双）糖与糖的衍生菌中，也主要是用于单（
49、或双）糖与糖的衍生物，以及核苷与脂肪散的运输物，以及核苷与脂肪散的运输 运送机制运送机制:是依靠磷酸转移酶系统是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯即磷酸烯醇式丙酮酸醇式丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统己糖磷酸转移酶系统.运送步骤运送步骤:（1 1）热稳载体蛋白）热稳载体蛋白(HPr)(HPr)的激活的激活 细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）的）的磷酸基团把磷酸基团把HPrHPr激活。激活。酶酶1 1 PEP+HPr PEP+HPr 丙酮酸丙酮酸+P-HPr+P-HPr HPr HPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜
50、上，具有高能磷酸载体的作用。胞膜上，具有高能磷酸载体的作用。（2 2）糖被磷酸化后运入膜内）糖被磷酸化后运入膜内 膜外环境中的糖先与外膜表面的酶膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2 2结合，结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被再被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPrP-HPr上的上的磷酸激活，并通过酶磷酸激活，并通过酶2 2的作用将糖的作用将糖-磷酸释放到磷酸释放到细胞内。细胞内。酶酶2 2 P-HPr+P-HPr+糖糖 糖糖-P+HPr-P+HPr 酶酶2 2是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导物具有特异性选择作用，因此细胞