第三章微生物生長、營養與代謝第一節微生物營養物質和營養類型第二節微生物營養物質的吸收機制第三節培養基第四節微生物代謝第一節微生物營養物質和營養類型一、微生物營養物質及其功能水微生物營養物質碳源化合物氮源化合物礦質元素生長因子在自然或實驗室人工條件下，可供微生物生長、繁殖和進行各種生理活動所需要的物質（nutrient）第一節微生物營養物質和營養類型一、微生物營養物質及其功能1、碳源：細胞干重的50%。無機物有機物微生物可以利用的碳源種類微生物細胞中碳的功能：（2）大多數微生物的能源物質（1）構成微生物體有機分子的骨架第一節微生物營養物質和營養類型一、微生物營養物質及其功能甲烷氧化菌：甲烷、甲醇不同的微生物利用碳素的情況：洋蔥假單胞菌：九十多種碳素化合物纖維素分解菌（部分）：只利用纖維素第一節微生物營養物質和營養類型分子氮N2（固氮菌、根瘤菌、少數放線菌和光合細菌、藍細菌）無機氮NH4＋、NO3－、NO2－（多數微生物）有機氮蛋白質、多肽、氨基酸（多數微生物）牛肉膏、蛋白胨、尿素、酵母高、玉米漿、餅粕2、氮源氮素化合物的功能：構成細胞物質，少數微生物的能源物質。第一節微生物營養物質和營養類型一、微生物營養物質及其功能3、礦物質元素

必要的金屬元素P、S、Fe、Mg、K、Ca(大量元素)Mn、Cu、Zn、（微量元素）礦物質元素（無機鹽）作用：1、構成細胞的組成成分2、維持酶活性3、調節滲透壓第一節微生物營養物質和營養類型酶簡單蛋白結合蛋白=蛋白+輔助因子輔酶(與酶結合松馳)輔基(與酶結合牢固)一、微生物營養物質及其功能4、生長因子：是指微生物生長必需的，但本身不能合成，需要從外界吸收的且需要量又很少的有機物質。生長因子分類：氨基酸

核苷維生素生長因子功能：構成酶的輔基或輔酶第一節微生物營養物質和營養類型一、微生物營養物質及其功能有關生長因子的注意點：（1）不同的微生物，它們生長所需要的生長因子各不相同克氏桿菌生物素、對氨基苯甲酸腸膜明串珠菌十七種氨基酸（2）微生物生長需要的生長因子會隨著外界條件的變化而變化毛霉：

厭氧：需維生素B與生物素好氧：無需生長因子（3）生長因子未知微生物的培養加入天然成分酵母膏、牛肉膏或動物、植物的組織液第一節微生物營養物質和營養類型一、微生物營養物質及其功能5、水分

水分在微生物生長代謝中的功能：a.機體內生理生化反應的基礎b.溶劑與運輸介質c.細胞內溫度的緩沖劑作用微生物水分含量：營養細胞90%，孢子40%。第一節微生物營養物質和營養類型一、微生物營養物質及其功能微生物的生長必需水，但結合在分子內的水不能被微生物利用，只有游離的水才能被利用。水的活度指在一定溫度和壓力下，表示能被微生物利用的實際含水量，為物質中水分含量的活性部分或者說自由水。水的活度（Aw）：一定溫度和壓力條件下，溶液中水的蒸汽壓力與同樣條件(T)下純水蒸汽壓力之比。定義公式是：aw=Pw/P0wPw:溶液中水的蒸汽壓；P0w:純水的蒸汽壓溶液充分稀釋時aw=Pw/P0w=n1/（n2+n1）

(n1為溶劑的摩爾數，n2為溶質摩爾數)水活性與微生物生長水活性值微生物1.00-0.91多數細菌0.91-0.87多數酵母菌0.87-0.80多數霉菌0.80-0.75多數嗜鹽細菌0.75-0.65干性霉菌0.65-0.60耐滲透壓酵母菌

微生物所需要的水活度越高，在干燥的環境下就越不容易生長。所以在食品、藥品保質等研究中十分重要。例如：水活性值為0.81的蛋糕，其保質期為21℃時24天。如果水活性提高到0.85，這些指標將降低為21℃時12天。這表明是水活性值決定了微生物生長率。

第一節微生物營養物質和營養類型二、微生物的營養類型

1、光能自養型（光能無機營養型）能夠利用光能并以CO2作為唯一或主要碳源進行生長的微生物。基本特點：B、供氫體：還原性無機物，還原CO2A、光合色素（葉綠素、細菌葉綠素）實例：光菌綠素2H2S+CO2

(CH2O)+H2O+2S

（綠硫細菌和紫硫細菌）第一節微生物營養物質和營養類型第一節微生物營養物質和營養類型二、微生物的營養類型2、光能異養型(光能有機營養型）利用光能并以有機化合物作為唯一或主要碳源進行生長的一類微生物。紫色非硫細菌基本特點：b.供氫體：有機物，還原CO2或有機物形成細胞物質a.光合色素，光合作用第一節微生物營養物質和營養類型二、微生物的營養類型2、光能異養型(光能有機營養型）光能異養型微生物在C源利用上的特殊性：以有機質作為主要C源，

有時候也能利用CO2。光能（紫色非硫細菌）CH3CO2+2CHOHCH2O+2CH3COCH3+H2O

CH3典型實例：第一節微生物營養物質和營養類型二、微生物的營養類型3、化能自養型(化能無機營養型）

利用無機化合物氧化時釋放的能量作為能源，利用CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進行生長的一類微生物。產甲烷細菌典型實例：硫化細菌、硝化細菌(亞硝酸菌和硝酸菌)、產甲烷菌、鐵細菌H2S、NO2－、H2、Fe2+基本特點：

a.能源：無機物氧化b.供氫體：無機物，還原CO2第一節微生物營養物質和營養類型二、微生物的營養類型4、化能異養型（化能有機營養型）以有機化合物為碳源，利用有機化合物氧化過程中產生的能量作為能源而生長的一類微生物。蘇云金桿菌基本特點：a.能源：有機物氧化b.碳源：有機物第一節微生物營養物質和營養類型二、微生物的營養類型微生物營養型自養型異養型能源碳源CO2有機化合物光能型化能型光能化學能光能自養型化能自養型光能異養型化能異養型第一節微生物營養物質和營養類型二、微生物的營養類型微生物營養劃分的相對性同一微生物在不同培養條件下生長時，它們的營養型可能發生變化。微生物提供的環境條件能源利用情況營養型氫單胞菌單純的無機物環境利用氫的氧化獲得能量，自養生活將CO2還原成細胞物質提供有機物利用有機物獲得能量異養生活紫色非硫菌：光照利用光能作能源光能異養

暗處理利用有機物氧化產能化能異養第二節微生物營養物質的吸收機制一、影響微生物對營養物質吸收的因素1、第一因素：細胞壁、細胞膜細胞膜——選擇性透膜細胞莢膜、粘液層以及細胞壁2、第二因素：微生物細胞生活的環境pH值、溫度、抑制劑、促進劑3、第三因素：被吸收物質的特性。

分子量、溶解度(影響物質的溶解度、細胞膜的流動性和運輸系統的活性)第二節微生物營養物質的吸收機制二、微生物對營養物質的吸收方式是否消耗能量是否需要載體是否發生被吸收物的化學變化。。。。。。。單純擴散促進擴散主動運輸基團轉位根據微生物對物質的吸收過程：第二節微生物營養物質的吸收機制二、微生物對營養物質的吸收方式1、單純擴散（稱被動擴散）

被吸收物質依靠其在細胞內外的濃度梯度為動力，從濃度高的地區向濃度低的胞內擴散的過程。SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外胞膜胞內SSS第二節微生物營養物質的吸收機制二、微生物對營養物質的吸收方式1、單純擴散（稱被動擴散）單純擴散的特點：c.運輸動力：濃度梯度a.非特異性的b.吸收過程不發生化學變化a.吸收營養物質的分子大小b.溶解性(脂溶性或水溶性)c.極性大小d.膜外pHe.溫度。

營養物質單純擴散能力的影響因素：第二節微生物營養物質的吸收機制二、微生物對營養物質的吸收方式SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞內2、促進擴散

以細胞內外的濃度梯度為動力，在載體物質參與下，物質從濃度高的胞外向濃度低的胞內擴散。（氨基酸、單糖、維生素）TSTST第二節微生物營養物質的吸收機制二、微生物對營養物質的吸收方式2、促進擴散

與單純擴散的相同點：c.無需代謝能。a.被動的擴散。b.無化學變化。a.載體的專一性b.運輸速率提高促進擴散獨有的特點：第二節微生物營養物質的吸收機制二、微生物對營養物質的吸收方式3、主動運輸

以代謝能為動力，在載體參與下，將物質從胞外向胞內轉運。SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞內TSTST第二節微生物營養物質的吸收機制二、微生物對營養物質的吸收方式3、主動運輸主動運輸同促進擴散的共同點：

a.載體b.載體構型的變化。a.動力b.載體構型變化原理主動運輸與促進擴散的不同點：第二節微生物營養物質的吸收機制二、微生物對營養物質的吸收方式4、基團轉位：

被吸收物質以微生物的代謝能為動力，通過一個復雜的運輸系統從胞外轉運到胞內，并發生化學性質的變化。（厭氧細菌和兼性厭氧細菌）大腸桿菌磷酸轉移酶體系與葡萄糖的運輸第二節微生物營養物質的吸收機制三、幾種主要營養物質的吸收1、糖：促進擴散、基團轉位、主動運輸。2、肽與氨基酸：主動運輸（主要方式）、促進擴散（次要方式）3、離子：主動運輸第三節培養基第三節培養基培養基:是人工配制的適合微生物生長繁殖或積累代謝產物的營養物質。培養基的作用：1、為微生物提供理想的人工培養環境，2、進行微生物生命活動規律的研究3、微生物生物制品的生產。1、按照培養基成分分：

a.合成培養基第三節培養基培養基的類型高氏一號合成培養基

淀粉

20.0克KNO31.0克K2HPO40.5克MgSO4·7H2O0.5克NaCl0.5克FeSO4·7H2O溶液2滴（10%）蒸餾水1000毫升1、按照培養基成分分：第三節培養基二、培養基的類型b.天然培養基

牛肉膏蛋白胨培養基

牛肉膏3.0克蛋白胨10.0克食鹽5.0克蒸餾水（自來水）1000毫升2、按照培養用途：第三節培養基培養基的類型b.富集培養基(增殖培養基）為分離某種微生物配制出的適合它生長而不利于其他微生物生長的培養基。c.鑒別培養基根據微生物的代謝特點，通過指示劑的呈色反應，用以鑒別不同微生物的培養基。（伊紅-甲基藍培養基鑒別大腸桿菌(菌落小,綠色光澤)和產氣腸桿菌(菌落大,灰棕色)）a.基本培養基將多種微生物都需要的營養物質配而成培養基。3、按照培養基的物理性狀第三節培養基培養基的類型b.液體培養基未加凝固劑呈液態的培養基稱為液體培養基。c.半固體培養基在液體培養基中加入少量瓊脂（0.2-0.5%）。a.固體培養基在液體培養基中加入凝固劑使呈固體狀態，稱為固體培養基。(瓊脂1.5-2%)按培養基成分分按培養基的用途分按物理性狀分第三節培養基培養基的類型培養基類型合成培養基天然培養基基本培養基富集培養基鑒別培養基固體培養基液體培養基半固體培養基第三節培養基配制培養基的基本原則1、不同的微生物適合的營養特點。

(1)從營養型的角度看生理特點不同細菌放線菌霉菌營養要求不同牛肉膏蛋白胨培養基高氏一號培養基馬丁氏培養基或蔡氏培養基(2)從類群的角度看自養微生物合成能力強簡單的無機物異養微生物合成能力弱至少提供一種有機物第三節培養基一、配制培養基的基本原則2、調配好培養基中各種營養成分的比例和濃度。

營養比例原則a.C/Nb.其它營養的比例（礦質元素、氨基酸）同一種微生物在不同C/N培養基培養時，表現不同。短棒桿菌的谷氨酸發酵培養基C/N=4:1，菌體繁殖；C/N=3:1，谷氨酸形成不同的微生物，所需營養物C/N不同。細菌、酵母菌細胞的C/N=5:1，而霉菌=10:1大量元素10-3-10-4mol/L微量元素10-6-10-8mol/L第三節培養基一、配制培養基的基本原則3、控制培養條件pHO2CO2滲透壓微生物生長繁殖培養條件影響影響微生物培養體系(1)培養基的pH值的控制。

第三節培養基一、配制培養基的基本原則根據各類微生物的特點來調節培養基的pH值。霉菌、酵母菌適于酸性，(pH4.5-6.0左右)細菌、放線菌喜中性或偏堿性(pH7.0-7.5左右)由微生物與氧氣的關系形成了三類微生物：

專性好氧性微生物專性厭氧性微生物

兼性厭氧的微生物第三節培養基一、配制培養基的基本原則實踐對策：專性好氧性微生物：空氣提供氧氣、工業上采用通氣裝置。專性厭氧性微生物：采用理化方法除氧、向培養體系加入還原劑（胱氨酸、巰基乙酸鈉、Na2S和抗壞血酸）(2)O2濃度的調節第四節微生物的代謝

微生物代謝是指微生物吸收營養物質維持生命和增殖并降解基質的一系列化學反應過程。

微生物的代謝物質代謝能量代謝產能代謝耗能代謝分解代謝合成代謝

物質代謝:物質在體內的消化、吸收、運轉、分解等與生理有關的化學過程。糖類代謝，脂肪代謝，蛋白質代謝分解代謝中，有機物在微生物作用下，發生氧化,放熱和酶降解過程，使結構復雜的大分子降解；

合成代謝中，微生物利用營養物及分解代謝中釋放的能量，發生還原吸熱及酶的合成過程，使微生物生長增殖。大分子物質的有氧分解代謝葡萄糖的無氧分解代謝氨基酸的合成代謝能量代謝（energymetabolism）就是從能量方面來觀察物質代謝。