1、第四章 微生物的营养,细胞从外界环境中摄取化学物质，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称为营养或营养作用。,第一节 微生物细胞的化学组成,从微生物细胞的组成来看，都是含有碳、氢、氮和各种矿质元素，由这些元素组成细胞中有机和无机成分，其中主要是水分、蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸和无机盐。 微生物细胞中水分含量最多，干物质中碳、氮、氢、氧四种元素约占9097，还有矿质元素磷、铁、铜、锰等。,组成微生物细胞的各类化学元素的比例常因微生物种类的不同而不同。 不仅如此，微生物细胞的化学元素组成也常随菌龄及培养条件的不同而在一定范围内发生变化。,第二节 营养物质及其功能,营养物
2、质主要功用：供给微生物合成细胞物质的原料；用以产生能量；有的营养物如维生素主要用于调节新陈代谢。,一 、碳源,凡是构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物称为碳源。 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后成为微生物自身的细胞物质(如碳水化合物、脂、蛋白质等)和代谢产物，碳可占一般细菌细胞干重的一半。,二、氮源：,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。 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、无机和
3、有机氮。,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。 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，存在着一个明显的界限： 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一切氨基酸，称为氨基酸自养型生物。 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。,三、水,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7090%。 在微生
4、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、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。,四、无机盐,主要有P、S、 Mg、 K、 Ca、 Na、F微量元素等；无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质,它们在机体中的生理功能主要是作为酶活性中心的组成部分、维持生物大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等。,主要元素包括磷、硫、钾、镁、钙
5、、钠等。 微量元素包括锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。在配制培养基时，首选加入磷酸氢二钾和硫酸镁，基本时可以同时提供4种需要量最大的元素。,五、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,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不同,可将生长因子分为维生素(vitamin)、氨基酸与嘌呤及嘧啶三大类。 生长因子可以从酵母膏、玉米浆、麦芽汁、血液或血清中获得。,维生素 氨基酸类 嘌呤、嘧啶及其衍生物,根据微生物对生长因子的需要情况的不同，可将微生物分为生长因子自养型微生物、生长因子异养型微生物和生
6、长因子过量合成的微生物。,第三节 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，叫自养菌；不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌体内有机碳化物的，为异养菌。根据其生命活动所需能量的来源不同，可分为光能营养菌和化能营养菌。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。因此，根据微生物所需的碳源和能源不同，可将微生物分为光能自养菌、光能异养菌、化能自养菌、化能异养菌等四类。,根据碳源、能源及电子供体性质的不同可分为: 光能自养型: 以光为能源，以CO2 为唯一或主要碳源,不依赖任 何有机物即可正常生长 光能异养型:
7、 以光为能源，但生长需要一定的有机营养. 化能自养型:以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物 化能异养型:以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机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，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用,微生物的营养类型,第四节 微生物对营养物质的吸收方式,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。目前一般认为，营养物质主要以扩散、促进扩散、主动运输和基团转位四种方式通过微生物细胞膜。,一、被动扩散,指疏水性双分子层细胞膜在无载体蛋白参与下
8、，单纯依靠物理扩散方式让许多小分子、非电离分子尤其是亲水性分子被动通过的一种物质运送方式。 主要有氧、二氧化碳、乙醇和某些氨基酸分子。,二、促进扩散,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，但不消耗能量的一类扩散性运送方式。,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(carrier)的作用才能进入细胞.而且每种载体只运输相应的物质,具有较高的专一性。,三、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。,ATP,ADP,+ Pi,恢复 原构像,再循环,耗能构像改变
9、,膜上,膜外,膜内,移位,结合,1 2,主动运输特点：被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内 要消耗能量，必需有能量参加。 有膜载体参加，膜载体发生构型变化。 被运送物质不发生任何变化。,运送对象举例：氨基酸、乳糖等糖类，Na+、Ca2+等无机离子。,四、基团转移,指一类既需特异性载体蛋白的参与，又需耗能的一种物质运送方式，其特点使溶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。,运送对象举例：葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、核苷、脂肪酸等。 运送机制主要靠磷酸转移酶系统。,运输方式：,第五节 培养基,培养基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。,一、培养基的类型
10、,1.合成培养基： 由已知化学药品配成,成分和浓度都已完全知道,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,费用较高。 如：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,根据营养物质来源不同分为,2.天然培养基: 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。如动植物汁液,土壤浸出液, 等配制成培养基。配制方便，经济。 如：牛肉膏蛋白胨培养基细菌麦芽汁培养基酵母菌,牛肉膏 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，维生素，盐等。 蛋白胨 将肉，酪素或明胶用酸或蛋白酶水解后干燥而成的粉末状物质，富含有
11、机氮化合物，也含有一些维生素和碳水化合物。 酵母膏 酵母细胞的水溶性提取物浓缩而成的膏状物质 ，富含类维生素，也含有有机氮化合物和碳水化合物。,3.半合成培养基: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,如PDA培养基。如：马铃薯蔗糖培养基真菌,根据培养基物理状态分,液体培养基:配制后不加任何凝固剂。 半固体培养基:在液体培养基上加进一定凝固剂,在液体培养基中如加0.5%琼脂,可以用来观察细胞运动的特征,鉴定菌种,测定抗菌素的效价等。 固体培养基:在液体培养基中加入凝固剂(如1.5-2.0%琼脂)。固体培养基为微生物的生长提供了一个营养表面,在这个表面生长微生物可形成单个菌落,用于
12、微生物的分离,鉴定,计数,保管。 脱水培养基：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，其成分精确且使用方便。,常用的凝固剂有琼脂(agar)、明胶(gelatin)和硅胶(silica gel)。,琼脂与明胶若干特性的比较,固体培养基,液体培养基,半固体培养基,根据培养基的用途来分,基础培养基：满足一般微生物生长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。 加富培养基: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
13、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。“投其所好”,选择性培养基:根据不同的微生物对营养的特殊要求,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他微生物分离和确定。 “取其所抗” 鉴别培养基: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,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。,最常见的鉴别性培养基是伊红美蓝乳糖培养基，即EMB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究工作中有着重要
14、的用途。,二、 培养基配制原则,1.目的明确：根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基。 2.营养协调：注意营养物质的浓度比和C/N比。 （C/N比是指在微生物培养基中所含的碳源中的碳原子摩尔数与氮源中的氮摩尔数之比。）,3.理化适宜：调节适宜的pH值。pH 的内源调节：借磷酸缓冲液进行调节；以碳酸钙作备用碱进行调节。 4.经济节约：根据培养微生物的目的决定成分的量。以粗代精，以野代家，以废代好，以简代繁，以纤代糖，以国代进等等。,复习思考题,1.什么是碳源、氮源？什么是生长因子？ 2.什么是自养微生物？它们有几种主要生理类型？举例说明 3.什么是基团转移？试述其分子机制。 4.什么是选择性培养基？试举一例并分析其中的原理。 5.什么是鉴别性培养基？试以EMB培养基为例，分析其鉴别作用的原理。 6.何谓固体培养基？,
