第四章 微生物的营养 通过本章的学习，要求掌握： 1、微生物所需要的营养物质。 2、微生物的四种营养类型。 3、微生物吸收营养物质的方式。 第四章 微生物的营养 通过本章的学习，要求掌握： 1、微生物所需要的营养物质。 2、微生物的四种营养类型。 3、微生物吸收营养物质的方式。 4、培养基 重点： 微生物的营养类型，微生物通过渗透作用吸收营养物质的几种方式，培养基 难点： 培养基的种类

第一节 微生物所需营养物质 自然界中许多物质可以被不同的微生物利用。根据其性质和作用可将微生物的营养分为： 第一节 微生物所需营养物质 自然界中许多物质可以被不同的微生物利用。根据其性质和作用可将微生物的营养分为： 碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水

一、碳源及其功能 微生物细胞中碳素含量最为稳定，占细胞干重的50% 。 1.碳源谱 无机: CO2或碳酸盐 ； 有机： 烃类；（CH） 糖类、醇类、有机酸、脂类；（CHO） 氨基酸、尿素、明胶等；（CHON） 复杂蛋白质、核酸等；（CHONX）

2.优先级 CHO最优。 3.自养和异养 自养微生物：凡能以CO2为唯一碳源 生长的微生物； 异养：凡必须以至少一种有机物为 碳源生长的微生物；

甚至有些微生物可以利用石蜡、酚、氰化物及塑料等高度不活跃的碳氢化合物和有毒物质。这些在环境保护上有重要意义。 霉菌和诺卡氏菌可以降解氰化物； 假丝酵母可以降解塑料； 假单胞菌可以降解酚类化合物。 碳素的功能: 组成有机分子的C架,为细胞提供能量。

细菌，酵母细胞中的含 N 量约占细胞干重的 7%-13%；霉菌细胞中的含N量约占细胞干重的 5% 左右。 二、氮源及其功能 细菌，酵母细胞中的含 N 量约占细胞干重的 7%-13%；霉菌细胞中的含N量约占细胞干重的 5% 左右。 N 源物质主要有： 分子氮：N2固N微生物的N源 无机氮化物：铵盐（NH3＋） 硝酸盐（NO3－） 有机氮化物：牛肉膏、蛋白胨、尿素、酪素、玉米浆、豆饼等。 N 素营养的功能：组成有机分子。

三、能源 有机物（化能异养微生物的能源） 化学物质 无机物（化能自养微生物的能源） 能源谱 辐射能（光能营养型微生物的能源）

四、矿质营养物质 大量元素： P、S、K、Mg、Ca、Na 分别参与细胞结构、能量转移、物 质代谢、调节细胞原生质的胶体状态、 调节渗透压、pH 和 Eh等功能。 微量元素：需要量为0.1mg/L或更少. 包括Fe、B、 Cu、Mn、Zn、Mo、Co、Se等。 多是辅酶、辅基的成分或酶的激活剂。

五、生长因子 是一类需要量少，但却能促进微生物生长的有机化合物的总称，主要有维生素、氨基酸、核苷。 维生素的功能： B1（硫胺素）：脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基。 B2（核黄素）：黄素蛋白的辅基，FMN、FAD 的前体。 烟酸：NAD 和 NADP 的前体，脱氢酶的辅酶。 对氨基苯甲酸：叶酸的前体。

B6（吡哆醇）：转氨酶与脱羧酶的辅基。 泛酸：CoA 的前体。 叶酸：四氢叶酸与核酸合成有关。 B12：钴酰胺辅酶。 硫辛酸：催化丙酮酸和α-酮戊二酸氧化脱羧。 维生素E：起递氢体作用。 维生素K：在氧化磷酸化中起作用。

营养缺陷型 缺少合成生长因素能力的微生物称为营养缺陷型微生物。 自然界中的微生物如不缺少合成生长因素的能力通常称为野生型或原养型。

六、水份 微生物细胞的含水量约占细胞鲜重的 70～90%。 水对微生物的生理作用： ①是细胞的重要组成成分，细胞中大部分是水； ②是生化反应的介质，细胞中的生理生化反应均在水中进行； ③是营养物质和代谢产物的良好溶剂； ④水的比热高，热的传导性好，能有效地吸收代谢过程中放出的热，并将吸收的热散发出去，避免导致细胞内温度陡然升高； ⑤维持细胞的膨压。

水的活度： 水的活度是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水的蒸汽压之比，即： Aw = （P溶液）／（P纯水） 纯水的 Aw = 1，当水中有溶质时，水的活度变小。 一般来说： 细菌的 Aw 值 > 霉菌 > 盐细菌 > 耐旱真菌 微生物生长需要的水的活度在 0.63～0.99。当环境中的 Aw值低于微生物生长需要时，微生物的生长受阻，甚至停止生长。

第二节 微生物的营养类型 自然界生物的营养类型包括： 异养型：以复杂的有机物作为营养物质，动物属此。 自养型：以简单的无机物作为营养物质，植物属此。 微生物兼有上面两种类型。

据微生物获取能源、碳源以及供氢体或电子供体的不同，分为四种营养类型： 营养类型 能源 碳源 氢或电子供体 光能无机营养型 光能 CO2 水或还原态无机物 光能有机营养型 光能 CO2 + 有机物 化能无机营养型 化学能 CO2 还原态无机物 化能有机营养型 化学能 有机物 有机物

光合细菌属此营养类型， 能源：光能 碳源：CO2 ①产氧光合作用 ②不产氧光合作用 一、光能无机营养型 光合细菌属此营养类型， 能源：光能 碳源：CO2 ①产氧光合作用 Algae, Cyanobacteria CO2 + H2O Light + Chlorophyll （CH2O） +O2 ②不产氧光合作用 Purple and green bacteria CO2 + 2H2S Light + bacteriochlorophyll （CH2O） + H2O + 2S

这类微生物具有光合色素，能利用光能，以有机物作供H体还原 CO2为细胞有机物，这种类型的微生物往往要求供给外源的生长因素。 二、光能有机营养型 这类微生物具有光合色素，能利用光能，以有机物作供H体还原 CO2为细胞有机物，这种类型的微生物往往要求供给外源的生长因素。 红螺菌(Rhodospirillum)属这种营养类型。 CH3 光能 CH3 CO2+2CH3 CHOH （CH2O）n +2C=0+H2O  CH3 甲基乙醇（异丙醇） 丙酮 （供H体） 这种营养类型的微生物在污水净化中有重要意义，污水中的有机物可以作为供H体被降解，同时又可还原CO2为菌体有机物，获得菌体蛋白。

三、化能无机营养型 通过氧化无机物获取能量，并以 CO2为唯一或主要碳源的微生物。 能量：来自无机物的氧化 碳源：CO2 硝化细菌分为两大群； ①亚硝化细菌群：在将铵盐氧化为亚硝酸的过程中获得能量。2NH4++3O2 2NO2+2H2O+4H++能量 ②硝化细菌群：在在将亚硝酸进一步氧化为硝酸的过程中获得能量。NO2+1/2O2 NO3- +能量

硫化细菌 种类：硫杆菌属(Thiobacillus) 氧化H2S，获取能量，固定CO2合成有机物 H2S+O2 → H2O+S+能量 铁细菌 种类：铁杆菌属(Feerobacillus) 将Fe2+ 氧化为Fe3+ 获得能量同化CO2。 2Fe2++ 1/202+2H+ 2Fe3++H20 + 能量

四、化能有机营养型 从有机物的氧化获得能量还原有机物为细胞物质，绝大多数细菌、所有真菌、原生动物及病毒均属此营养类型。 能量：来自有机物的氧化。 碳源：有机物。 葡萄糖 丙酮酸+能量 乳酸 按营养来源可分为: 腐生型：微生物靠死的有机物为生。 寄生型：微生物靠从寄主细胞获得能量或者在寄主细胞内进行复制。如衣原体和病毒属此。

第三节 微生物对营养物质的吸收 细胞膜是隔离细胞内外的主要屏障，养料通过细胞膜进入细胞的过程称膜运输： 第三节 微生物对营养物质的吸收 细胞膜是隔离细胞内外的主要屏障，养料通过细胞膜进入细胞的过程称膜运输： 一、单纯扩散（也称自由扩散、被动运送） 单纯扩散不需要膜上载体蛋白参与，不消耗能量。 被运输物 质由高浓 度向低浓 度运输。

二、协助扩散 细胞质膜上的载体蛋白与养料进行可逆性结合，从而协助养料运输的方式。 特点： ①载体蛋白与养料专性结合； ②运输速度比单纯扩散快； ③养料运输方向是从高浓度向低浓度方向扩散 ④不需消耗能量。

三、主动运送 膜上载体蛋白与养料结合后，可以逆浓度梯度运输养料的方式。 特点 ①运输方向可以逆浓度梯度进行； ②运输过程要消耗能量。 ③是微生物获取营养的主要方式

Na+/K+泵(Na+/K+ pump， Na+/K+ ATPase)的结构、作用原理 运输机制 Na+/K+ ATPase运输分为六个过程。每水解一个ATP， 运出3个Na+ ， 输入2个K+ 。Na+ /K+泵工作的结果，使细胞内的Na+浓度比细胞外低10-30倍，而细胞内的K+浓度比细胞外高10-30倍。

四、基团转位: 基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。基团转位也称磷酸转移酶系统（PTS）。PTS通常由5种蛋白质组成，包括酶Ⅰ、酶Ⅱ（包括a、b和c三个亚基）和一种低相对分子质量的热稳定蛋白质（HPr）。 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 酶I Hpr 酶ⅡA 酶ⅡB 酶ⅡC 糖 磷酸糖 细胞膜 膜内 膜外

原生动物对营养物质的吸收---膜泡运输

第四节 培养基 培养基(Culture media)：由人工配制供给微生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养基质叫做培养基。 第四节 培养基 培养基(Culture media)：由人工配制供给微生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养基质叫做培养基。 配制培养基的原则: 目的明确 营养协调 条件适宜 经济节约

1、按培养基的成分划分： ⑴天然培养基 由化学成分不完全清楚的天然物质配制而成的培养基。如培养细菌的牛肉膏蛋白胨培养基。用于一般实验或工业发酵。 ⑵合成培养基： 由化学成分已知的化合物配制而成的培养基。如培养放线菌的高氏一号合成培养基。一般用于要求较高的科研工作中。 ⑶半合成培养基： 由化学成分不详和化学成分已知的化合物混合配成的培养基。如用来培养真菌的马铃薯蔗糖培养基。

2、按物理状态分 可逆固化培养基 加入1.5％－2％的琼脂 或加入5％－12％的明胶 固体培养基 不可逆固化培养基 天然固化培养基 滤膜 液体培养基 半固体培养基 脱水培养基

3、按功能分： ⑴ 基本培养基： 按照大多数微生物生长需要的要求，用基本营养成分配制而成的一种培养基。如培养细菌用的肉汤培养基 ⑵ 加富培养基： 在基本培养基中加入血、血清、动物或植物组织液或基他生长因素而配制而成的一类营养特别丰富的培养基。 ⑶ 选择培养基： 根据某种或某一类群微生物的特殊营养需要或对某种营养物质敏感性不同而设计出来的一类培养基。 ⑷ 鉴别培养基： 用以鉴别不同微生物的培养基，称为鉴别培养基。

EMB培养基的作用原理 G－ 产酸力强， G＋：受抑制 菌落透射光下紫色， 反射光下呈绿色光泽 能发酵乳糖，产酸 产酸力弱，菌落棕色 不发酵乳糖，不产酸，菌落无色透明