1、第一章 微生物的营养,2,微生物的特点：,食谱广、胃口大,营养物质：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质,营养：微生物获得和利用营养物质的过程,营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和 延续其生命形式的一种生理过程。,3,本章内容：,第一节 微生物的营养要素,（微生物们需要吃什么？）,（微生物们是怎样吃东西的）,第二节 微生物的营养类型第三节 营养物质进入细胞的方式第四节 培养基,（如何给微生物们做饭）,4,第一节 微生物的营养要素,六大营养要素:水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源。五大营养要素:水、碳源、氮源、无机盐、生长因子。,5,一、碳源,碳源 一切
2、能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。碳源谱（spectrum of carbon sources） 若把所有微生物当作一整体来考虑，其可利用的碳源范围称为碳源谱，它可分为有机碳与无机碳两大类。某一微生物可利用的碳源范围，称为该微生物的碳源谱。,6,微生物的碳源谱,微生物的碳源谱,微生物的碳源谱,*X指除C、H、O、N外的任何其他一种或几种元素,7,二、氮源,氮源 一切能满足微生物生长繁殖所需氮元素的营养物。氮源谱 spectrum of nitrogen sources 若把所有微生物当作一整体来考虑，其可利用的氮源范围称为氮源谱。某一微生物可利用的氮源范围，称为该微生物的氮源谱。,8,微
3、生物的氮源谱,9,三、能源,能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能称为能源。,能源谱,10,单功能营养物（functional nutrient） 指某一具体营养物只具有一种营养要素功能。例如对于光合细菌而言，光辐射是单功能营养物（能源）。双功能营养物（difunctional nutrient） 指某一具体营养物兼具有二种营养要素功能。例如对于亚硝化细菌而言，还原态的无机物NH4+是双功能营养物（能源，氮源）三功能营养物（trifunctional nutrient） 指某一具体营养物兼具有三种营养要素功能。例如能够利用氨基酸作为碳源的微生物，其氨基酸往往是三功能营养物（碳源，氮
4、源，能源）。,11,四、生长因子 那些微生物生长所必需而且量很小，但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不同，可将其分为维生素、氨基酸、嘌呤及嘧啶。,五、无机盐 六、水,12,微生物营养类型的分类,第二节 微生物的营养类型,13,四种营养类型的比较,14,光能无机自养型和光能有机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。,大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；,15,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
5、生物也并非不能利用有机物进行生长；,有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；,例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)： 没有有机物时，同化CO2， 为自养型微生物； 有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物； 光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物； 黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物；,微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力,16,第三节 营养物质进入细胞的方式,影响营养物质进入细胞的因素主要有三个：（1）营养物质本身的性质 （2）微生物所处的环境 （3）微生物细
6、胞的透过屏障,17,一、扩散(diffusion),18,（参见P90）,一、扩散(diffusion),物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关,分子量小、脂溶性、极性小的 物质易通过扩散进出细胞。,扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式,水是唯一可以通过扩散 自由通过原生质膜的分子,脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子(O2、 CO2)及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。,19,（参见P91）,二、促进扩散(facilitated diffusion),被动的物质跨膜运输方式 物质运输过程中不消耗能量 参与运输的物质本身的分子结构不发生变化 不能进行逆浓度运输 运输速率与膜
7、内外物质的浓度差成正比。,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(图4-1)，而且每种载体只运输相应的 物质，具有较高的专一性。,20,（参见P91）,二、促进扩散(facilitated diffusion),载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的动态 平衡状态； 这种性质都类似于酶的作用特征，因此载体蛋白也称为透过酶；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。,21,三、主动运输(active transport),在物质运输过程中需要消耗能量可以进行逆浓度运输,主动运输是广泛存在于微生物
8、中的一种主要的物质运输方式,运输物质所需能量来源：好氧型微生物与兼性厌氧微生物直接利用呼吸能； 厌氧型微生物利用化学能(ATP)； 光合微生物利用光能； 嗜盐细菌通过紫膜(purple membrane)利用光能；,22,四、基团转位(group translocation),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。,有一个复杂的运输系统来完成物质的运输；物质在运输过程中发生化学变化；,23,（1）热稳定载体蛋白（HPr）的激活细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团通过酶的作用而把HPr激活：（2）糖经磷酸化而运入
9、细胞膜内膜外环境中的糖分子先与细胞膜外表面上的底物特异膜蛋白酶C结合，接着糖分子被由PHPr酶a酶b逐级传递来的磷酸基团激活，最后通过酶C再把这一磷酸糖释放到细胞质中。,PEP+Hpr 酶 Pyr+PHPr,24,五、Na+,K+-ATP酶(Na+,K+-ATPase)系统,25,26,第四节 培养基,培养基（medium）是人工配制的，适合微生物生长繁殖或 产生代谢产物的营养基质。,27,一、选用和设计培养基的原则和方法,在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。,（1）选择适宜的营养物质； （2）营养物质浓度及配比合适； （3）控制pH条件； （4）控制氧化还原电位；
10、 （5）原料来源的选择： 在配制培养基时应尽量利用廉价 且易于获得的原料作为培养基成分。,28,培养基中，除水外，碳源（兼能源）的含量最高，其后依次是氮源、大量元素和生长因子。它们间大体上存在着10倍序列的递减趋势，即： 要素：H2O C+能源 N源 P、S K、Mg 生长因子 含量： 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6这是因为微生物细胞内各种成分间有一较稳定的比例，而培养基中各营养要素的含量要与微生物细胞内各种成分间的含量要保持一致。因此，培养基中各营养要素的含量间遵循上述顺序。,29,二、培养基的类型及应用,1按成份不同划分,天然培养基(complex medium
11、),以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成,合成培养基(synthetic medium),是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称 化学限定培养基(chemically defined medium),30,2根据物理状态划分,固体培养基；半固体培养基；液体培养基；,31,琼脂和明胶的比较,32,3按用途划分,1）基础培养基(minimum medium),在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基， 也称为基本培养基。,2）完全培养基(complete medium),在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基,牛肉膏蛋白胨培养基就是
12、枯草芽孢杆菌等的完全培养基,33,3）加富培养基和富集培养基(enrichment medium),在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质 制成的一类营养丰富的培养基。这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等。 用来培养营养要求比较苛刻的异养型微生物，如培养百日咳博德 氏菌(Bordetella pertussis)需要含有血液的加富培养基。,根据待分离微生物的特点设计的培养基，用于从环境中富集和 分离某种微生物。（目的微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐 富集而占优势，从而容易达到分离该种微生物的目的。）,34,（参见P88）,4）鉴别培养基(
13、differential medium),5）选择培养基(selective medium),用于鉴别不同类型微生物的培养基 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。,用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不 同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要 的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。,35,4）鉴别培养基(differential medium),伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制G+细菌和一些难培养的G细菌。 在低酸度时，这二种染料结合形成沉
14、淀，起着产酸指示剂的作用。 试样中的多种肠道菌会在EMB培养基上产生相互易区分的特征菌落 ，因而易于辨。例如大肠杆菌强烈分解乳糖而产生大量的混合酸， 菌体呈酸性，菌落被染成深紫色，从菌落表面的反射光中还可看到 绿色金属闪光。,36,5）选择培养基(selective medium),37,5）选择培养基(selective medium),38,本章复习题：1. 从元素水平、分子水平和培养基原料水平列出微生物的氮源谱 2.试从元素水平、分子水平和培养基原料水平列出微生物的碳源谱3.什么是单功能营养物、双功能营养物和多功能营养物？各举一例 4.试述基团转位的分子机制。 5.试比较营养物质进入微生物细胞的几种方式的特点。,
