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微生物的营养笔记

第三部分微生物生理学

微生物生理活动包括：

摄取和合成营养物质；细菌的新陈代谢；细菌的生长繁殖。

第五章微生物生理学

（一）微生物的营养

第一节引言

营养作用（营养）:

指微生物细胞从外界环境摄取化学物质使其在生长过程中获取生命活动所需的能量及其结构物质的生理过程.

营养物质:

能够满足微生物生长繁殖及其他生命活动所需的物质称为营养物质.

第二节营养物质

一、营养物质及其生理功能

（一）、碳源（Carbonsource）

◆定义：

凡可被用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质。

◆功能：

提供合成细胞物质及代谢物的原料;并为整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。

◆种类:

无机含碳化合物：

如CO2和碳酸盐等。

有机含碳化合物：

糖与糖的衍生物（多糖:

如淀粉、麸皮、米糠等;饴糖;单糖）,脂类、醇类.有机酸、烃类、芳香族化合物.以及各种含氮的化合物。

（二）氮源（Nitrogensource）：

凡用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养源。

种类：

无机氮：

铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、尿素、氨、N2等；

有机氮：

蛋白质及其降解产物（如胨、肽、氨基酸等）、牛肉膏、鱼粉、花

生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等.

功能：

1）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料；

2）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。

（三）能源:

指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能.

微生物的能源谱：

有机物:

化能异养微生物的能源（同碳源）

无机物:

化能自养微生物的能源（不同于碳源）

辐射能：

光能自养和光能异养微生物的能源

有机营养物常有双功能或三功能作用，既是异养微生物的能源，又是它们的碳源或氮源。

辐射能是单功能的，只为光能微生物提供能源。

（四）无机盐（inorganicsalt）

定义：

为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式共给。

大量元素：

P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生长所需浓度在10-3~10-4mol/L）

微量元素：

Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生长所需浓度在10-6~10-8mol/L）

（五）生长因子（growthfactor）：

定义:

是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。

根据生长因子与微生物的关系可以分为:

生长因子自养型微生物、生长因子异样型微生物、生长因子过量合成微生物.

根据微生物对生长因子的需要存在差异，可分为：

1.野生型（wildtype）（原养型）：

不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株.

2.营养缺陷型（auxotroph）：

由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株.

（六）水分：

水分是生物细胞的主要化学成分，其重要的生理功能表现在下列几个方面：

1.细胞的构成成分2.一系列生理生化反应的反应介质

3.参与许多生理生化反应4.有效地控制细胞内的温度变化

二.营养物质进出微生物细胞的方式:

1.单纯扩散

单纯扩散是非特异性的营养物质吸收方式，在扩散过程中营养物质的结构不发生变化。

物质运输的速率与胞内外营养物质的浓度差有关，物质不能进行逆浓度梯度运输。

膜的特性、膜上含水小孔的大小和形状对被扩散的营养物质分子的种类、大小有一定的选择性。

2.易化扩散（促进扩散facilitateddiffusion）

在促进扩散过程中营养物质本身在分子结构上也不会发生变化，不消耗能量，故不能进行逆浓度运输，运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定。

需要细胞膜上的载体蛋白（透过酶）参与物质运输，透过酶大都是诱导酶,只有在环境中存在机体生长所需的营养物质时，相应的透过酶才合成；被运输的物质有高度的立体专一性。

3.主动运输（activetransport）

物质在主动运输的过程中消耗代谢能，可以进行逆浓度梯度运输，需要载体蛋白参与，对被运输的物质有高度的立体专一性。

主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。

主动运输的方式：

初级主动运输、次级主动运输、Na+,K+---ATPase系统

（1）初级主动运输:

（primaryactivetransport）

是一种由电子传递系统、ATPase或细菌视紫红质引起的质子运输方式。

不同营养类型的微生物初级主动运输的方式不同，但最终造成细胞膜内外质子浓度差，使膜处于充能状态。

（2）次级主动运输（secondaryactivetransport）:

在细胞膜内外质子浓度差消失的过程中，偶联其它物质的运输，即次级主动运输。

次级主动运输根据在质子浓度差消失过程中，质子与其它物质运输的方向差异，分为同向运输、逆向运输、单向运输三种形式。

同向运输（symport）、逆向运输（antiport）、单向运输（uniport）

（3）Na+,K+-ATP酶（Na+,K+-ATPase）系统

4.基团转位

基团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生了化学变化。

其余特点与主动运输相同。

比较项目

单纯扩散

促进扩散

主动运输

基团转位

特异载体蛋白

运输速度

物质运输方向

胞内外浓度

运输分子

能量消耗

运输后物质的结构

无

慢

由浓至稀

相等

无特异性

不需要

不变

有

快

由浓至稀

相等

特异性

不需要

不变

有

快

由稀至浓

胞内浓度高

特异性

需要

不变

有

快

由稀至浓

胞内浓度高

特异性

需要

改变

三.培养基

（一）.概念:

培养基:

是为人工培养微生物而制备的,提供微生物以合适营养条件的基质。

它是进行科学研究，发酵生产微生物制品等的基础。

（二）培养基的种类及其应用

1.按培养微生物的类群与营养类型来分

培养细菌:

肉膏蛋白胨培养基培养放线菌:

高氏1号培养基

培养酵母菌霉菌:

察氏培养基培养真菌:

PDA综合培养基

2.按培养基成分的了解程度分类

合成培养基（syntheticmedium）：

也称化学限定培养基（chemicallydefinedmedium），是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，该类培养基的组成成分精确、重复性强，但微生物生长较慢，且价格昂贵。

故一般用于在实验室范围内进行有关微生物营养需要、代谢、分类鉴定和生物测定以及菌种选育、遗传分析等定量要求较高的研究工作。

缺点:

配制麻烦,成本较高。

天然培养基：

利用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物质（如牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、土壤浸提液、豆芽汁、玉米粉、麸皮、牛奶、血清等）制成的培养基，天然培养基比较经济，除实验室经常使用外，更适宜于在生产上用来大规模地培养微生物和生产微生物产品。

缺点:

所用物质的成分不稳定,营养成分难以控制,实验结果重复性差.

半合成培养基:

化学成分部分确定,用纯化学剂和天然物质配制成半合成培养基,如培养真菌用的马铃薯蔗糖培养基。

2.根据培养基的物理状态来分类

固体培养基：

在液体培养基中加入1.5-2.0%的凝固剂（琼脂或明胶）制成的呈固体状态的培养基。

常用于微生物的分离、纯化、计数等方面的研究。

半固体培养基：

在液体培养基中加入0.2-0.7％的琼脂构成的培养基。

常用于微好氧细菌的培养或细菌运动能力的确定，以进行菌种鉴定、运动能力观察和噬菌体效价滴定等方面的实验工作。

液体培养基：

液体培养基不含任何凝固剂，它常用于大规模的工业生产以及在实验室进行微生物生理代谢等基本理论的研究工作。

3.按照培养基的功能来分

选择培养基：

选择培养基是根据某种或某一类群微生物的特殊营养需要或对某种化合物的敏感性不同,而加入不妨碍目的微生物的生长而抑制非目的微生物的生长的物质以达到选择目的的一类培养基。

利用这种培养基可以将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来。

鉴别培养基：

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，从而产生某种明显的特征性变化，而将目的微生物的菌落于同一平板上的其他微生物菌落区分开来的培养基.

加富培养基：

加富培养基是指在普通培养基里加入血、血清、动物（或植物）组织液或其他营养物质（或生长因子）等微生物特别需要的营养物质的一类营养丰富的培养基，用以培养筛选某种或某类营养要求苛刻的异养微生物.

三.培养基的制备原则

1.有的放矢2.营养协调3.条件适宜4.经济节约

（四）.培养基的制备方法

1.生态模拟:

研究某种微生物的培养条件；

2.查阅文献:

设计特定微生物的培养基配方

3.精心设计:

掌握实验的设计方法.

4.试验比较:

确定特定微生物的最佳培养条件；

第三节微生物的营养类型

根据生长所需要的营养物质的性质，可将生物分成两种基本的营养类型

异养型生物：

在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质.

自养型生物：

在生长时能以简单的无机物质作为营养物质.

根据生长时能量的来源不同，又可将生物分成两种类型:

化能营养型生物：

依靠化合物氧化释放的能量进行生长.

光能营养型生物：

依靠光能进行生长.

1．光能无机自养型（光能自养型）

能以CO2为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质；

2．光能有机异养型（光能异养型）

不能以CO2为主要或唯一的碳源；以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；

3.化能自养型微生物

多数微生物属于化能异养型,其生长所需要能量和碳源通常来自同一种有机物。

根据化能异养型微生物利用有机物的特性,又可以将其分为下列两种类型：

4.化能异养型微生物

生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；

生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。

腐生型（metatrophy）：

可利用无生命的有机物（如动植物尸体和残体）作为碳源；

寄生型（paratrophy）：

寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存；

在腐生型和寄生型之间还存在中间类型：

兼性腐生型（facultivemetatrophy）；兼性寄生型（facultiveparatrophy）；

不同营养类型之间的界限并非绝对

异养型微生物并非绝对不能利用CO2；

自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；