第四章微生物的營養(yǎng)營養(yǎng)：是指生物體從外部環(huán)境中攝取其生命活動所必需的能量和物質，以滿足其生長和繁殖需要的一種生理機能。也可指微生物獲得和利用營養(yǎng)物質的過程。p36營養(yǎng)物質及其功能營養(yǎng)物質主要功用：供給微生物合成細胞物質的原料；用以產生能量；有的營養(yǎng)物質還在新陳代謝中起調節(jié)作用。第一節(jié)微生物的營養(yǎng)物質和營養(yǎng)類型三個問題：一、微生物的營養(yǎng)物質。二、微生物的營養(yǎng)類型。三、培養(yǎng)基。一、微生物細胞的化學組成微生物細胞水：70%-90%干物質有機物:蛋白質、糖、脂、核酸、維生素等及其降解產物

無機物（鹽）細胞化學元素組成：主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等；微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。微生物、動物、植物之間存在“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”微生物的營養(yǎng)要素：碳源、氮源、無機鹽、生長因子和水微生物營養(yǎng)的特點：營養(yǎng)類型多，食譜廣，胃口大、轉化快（一）碳源

1、定義：提供微生物營養(yǎng)所需碳元素的營養(yǎng)源2、種類：

有機碳CHONXCHONCHOCH無機碳

COCOX元素水平CHONXCHONCHOCHCOCOX

化合物水平

核酸、蛋白質

蛋白質、氨基酸糖、有機酸、醇和脂類烴

CO2CaCO3

培養(yǎng)基水平

牛肉膏、蛋白胨、花生餅

明膠、蛋白水解物

葡萄糖、淀粉、糖蜜

石油大氣

CaCO3NCHOXNCHONONHN（二）氮源

1、提供微生物營養(yǎng)所需氮元素的營養(yǎng)源。2、種類：

元素水平NCHOXNCHONONHN

化合物水平

核酸、蛋白質

蛋白質

硝酸鹽

NH4+N2

培養(yǎng)基水平牛肉膏、蛋白胨、花生餅

明膠、蛋白水解物

KNO3

硫酸銨大氣三種類型的供氮無機物：

（NH4）2SO4NH4NO3KNO3

從微生物所能利用的氮源種類來看，存在著一個明顯的界限：一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮源的，它們能把尿素、銨鹽甚至氮氣等簡單氮源自行合成所需要的一切氨基酸，稱為氨基酸自養(yǎng)型生物。凡需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作氮源的微生物就是氨基酸異養(yǎng)型生物。（三）、生長因子

種類：氨基酸、維生素、堿基（核苷）、甾醇、直鏈脂肪酸、卟啉補加前體、酵母膏、血清、麥芽汁、動植物汁液1、定義：一類對微生物正常代謝必不可少且不能用簡單的碳源或氮源自行合成的（小分子）有機物。必須由外界提供才能進行生長繁殖。某些微生物生長所需要的生長因子微生物生長因子需要量/ml弱氧化醋酸桿菌對氨基苯甲酸0-10ng丙酮丁醇梭菌對氨基苯甲酸0.15ngⅢ型肺炎鏈球菌膽堿6

g腸膜狀明串珠菌吡哆醛0.025

g金黃色葡萄球菌硫胺素0.5ng腸膜狀乳桿菌胱氨酸5

g白喉棒桿菌

-丙氨酸1.5

g破傷風梭狀芽孢桿菌尿嘧啶0-4

g阿拉伯聚糖乳桿菌煙堿酸泛酸甲硫氨酸0.1

g0.02g10g糞鏈球菌葉酸精氨酸200

g50g德氏乳桿菌酪氨酸胸腺核苷8

g0-2g干酪乳桿菌生物素麻黃堿1ng0.02

g（四）、無機鹽（礦質元素）大量元素：需要量大于10-4mol/L磷、硫、鉀、鈣、鎂、鈉、鐵銅、鋅、硼、鉬、鈷、錳微量元素：需要量小于10-6mol/L

無機鹽是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質,它們在機體中的生理功能主要是：作為酶活性中心的組成部分維持生物大分子和細胞結構的穩(wěn)定性調節(jié)并維持細胞的滲透壓平衡作為某些微生物生長的能源物質等（五）、水水是細胞維持正常生命活動所必不可少的，一般可占細胞重量的70－90%。在微生物各種各樣的生理活動中必須有水參加才能進行。（一）定義：指微生物生長所需要的碳源和能源的不同而劃分的微生物類型。二、微生物的營養(yǎng)類型（二）種類：碳源：有機碳、無機碳能源：化合能、輻射能有機營養(yǎng)型無機營養(yǎng)型光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型化能無機營養(yǎng)型、化能有機營養(yǎng)型、光能無機營養(yǎng)型、光能有機營養(yǎng)型微生物的營養(yǎng)類型

營養(yǎng)類型主要（或唯一）碳源能源代表菌

光能自養(yǎng)型二氧化碳光能藍細菌光能異養(yǎng)型有機物光能紅螺細菌化能自養(yǎng)型二氧化碳無機物硫桿菌化能異養(yǎng)型有機物有機物大腸桿菌1、化能無機營養(yǎng)型：化能無機自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無機及無光的環(huán)境中生長。能夠從無機物氧化過程中獲得能量，以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源生長。種類：硝化細菌、硫細菌、氫細菌、鐵細菌利用的無機物有H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等還原性物質。2、化能有機營養(yǎng)型：

以有機物為能源和碳源。腐生型(metatrophy)：可利用無生命的有機物(如動植物尸體和殘體)作為碳源；寄生型(paratrophy)：寄生在活的寄主機體內吸取營養(yǎng)物質,離開寄主就不能生存；在腐生型和寄生型之間還存在中間類型：兼性腐生型(facultive

metatrophy)；

兼性寄生型(facultive

paratrophy)；以光為能源，以CO2或碳酸鹽作為碳源生長。CO2+H2O光能光合色素[CH2O]+O2種類：藍細菌、藻類3、光能無機營養(yǎng)型：4、光能有機營養(yǎng)型：種類：紅螺菌科的細菌以光為能源，以簡單的有機物作為供氫體，以CO2或碳酸鹽作為碳源生長CHOH+CO2H3C光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2OH3C2不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對：有些微生物在不同生長條件下生長時,其營養(yǎng)類型也會發(fā)生改變；例如紅螺菌：光照和厭氧條件下，利用光能生長，為光能有機營養(yǎng)型；黑暗與好氧條件下，依靠有機物氧化產生的化學能生長，為化能有機營養(yǎng)型；（一）培養(yǎng)基定義是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產生代謝產物的營養(yǎng)基質。三、培養(yǎng)基任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進行滅菌處理；常規(guī)高壓蒸汽滅菌：

1.05kg/cm2

(

103KPa,15磅/吋2

)

,

121℃15-30分鐘；某些成分進行分別滅菌；過濾除菌；任何培養(yǎng)基都應該具備微生物生長所需要的營養(yǎng)要素：碳源、氮源、無機鹽、生長因子、水（二）原則

2、營養(yǎng)協(xié)調：水碳源氮源PSKMg生長因子3、物理和化學條件適宜：pH、滲透壓、氧化還原電位4、經濟節(jié)約：以粗代精、以野代家、以廢代好、以烴代糧、以纖代糖1、目的明確：細菌VS真菌、實驗室VS發(fā)酵生產、代謝產物VS菌體。1)營養(yǎng)要素：碳源、氮源、無機鹽、生長因子、水碳氮比（C/N）：培養(yǎng)基中碳元素與氮元素的物質的量比值。營養(yǎng)物質濃度及配比合適（C/N）如谷氨酸發(fā)酵生產：

C/N=4時菌體大量繁殖，Glu積累少；

C/N=3時菌體繁殖受抑，Glu大量積累。細菌：C/N=5-10：1真菌：C/N=10-20：12)pH大多數(shù)細菌、放線菌所要求的pH值為中性至微堿性（7-7.5），而酵母和霉菌則要求偏酸性（4.5-6）。微生物在生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質被分解利用和代謝產物的形成和積累，可以引起培養(yǎng)基pH值的變化例如含葡萄糖的培養(yǎng)基培養(yǎng)基pH值下降。含蛋白質或氨基酸的培養(yǎng)基pH值上升。為了維持培養(yǎng)基較為恒定的pH值，一般在配制培養(yǎng)基時加入一些緩沖劑(K2HPO4/KH2PO4)。3)滲透壓生理鹽水：0.75%NaCl對于一般性細菌：0.5-1.0%的NaCl3）氧化還原電位好氧性微生物：+0.1伏以上時可正常生長,以

+0.3～+0.4伏為宜；厭氧性微生物：低于+0.1伏條件下生長；兼性厭氧微生物：+0.1伏以上時進行好氧呼吸,+0.1伏以下時進行發(fā)酵。3）氧化還原電位氧化還原電位與氧分壓和pH有關,也受某些微生物代謝產物的影響增加通氣量(如振蕩培養(yǎng)、攪拌)提高培養(yǎng)基的氧分壓；在培養(yǎng)基中加入抗壞血酸（0.1%）、硫化物(0.025%)、半胱氨酸(<0.05%)、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等還原性物質可降低氧分壓。4、經濟節(jié)約配制培養(yǎng)基時應盡量利用廉價且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基成份,特別是在發(fā)酵工業(yè)中,以降低生產成本。以粗代精以“野”代“家”以廢代好以烴代糧以纖代糖以無機氮代蛋白對微生物來說，各種粗原料營養(yǎng)更加完全，效果更好。而且在經濟上也節(jié)約。以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、薯芋等都是富含淀粉質的野生植物，可以部分取代糧食用于工業(yè)發(fā)酵的碳源。以工農業(yè)生產中易污染環(huán)境的廢棄物作為培養(yǎng)微生物的原料。例如，糖蜜(制糖工業(yè)中含有蔗糖的廢液)、乳清(乳制品工業(yè)中含有乳糖的廢液)、豆制品工業(yè)廢液及黑廢液(造紙工業(yè)中含有戊糖和己糖的亞硫酸紙漿)等都可作為培養(yǎng)基的原料。工業(yè)上的甲烷發(fā)酵主要利用廢水、廢渣作原料,大量的農副產品或制品，如麩皮、米糠、玉米漿、酵母浸膏、酒糟、豆餅、花生餅、蛋白胨等都是常用的發(fā)酵工業(yè)原料。以石油或天然氣副產品代替糖質原料來培養(yǎng)微生物。生產石油蛋白將石油產品轉化成一些產值更高的高級醇、脂肪酸、環(huán)烷酸等化工產品和若干合成物；開發(fā)利用纖維素這種世界上含量最豐富的可再生資源。將大量的纖維素農副產品轉變?yōu)閮?yōu)質飼料、工業(yè)發(fā)酵原料、燃料及人類的食品及飲料。以大氣氮、銨鹽、硝酸鹽或尿素等一類非蛋白質或非氨基酸廉價原料用作發(fā)酵培養(yǎng)基的原料，讓微生物轉化成菌體蛋白質或含氮的發(fā)酵產物供人們利用。三、培養(yǎng)基（三）培養(yǎng)基種類

1、根據(jù)化學組成：天然培養(yǎng)基和合成培養(yǎng)基

天然培養(yǎng)基(complexmedium)以化學成分還不清楚或化學成分不恒定的天然有機物組成如：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基－－細菌麥芽汁培養(yǎng)基－－酵母菌三、培養(yǎng)基是由化學成份完全了解的物質配制而成的培養(yǎng)基，也稱化學限定培養(yǎng)基(chemicallydefinedmedium)，這種培養(yǎng)基成分精確，重復性強，多用于實驗室。合成培養(yǎng)基(syntheticmedium)K2HPO41.4gKH2PO40.6g（NH4）2SO41.0gMgSO40.1gCaCl20.1g葡萄糖5g水1000mlpH7.5

高氏一號培養(yǎng)基（淀粉硝酸鹽培養(yǎng)基）－－－放線菌察氏培養(yǎng)基（蔗糖硝酸鹽培養(yǎng)基）－－－真菌

3.半合成培養(yǎng)基:由成分已知的物質和成分未知的天然物質配制而成的培養(yǎng)基。如：馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基（PDA培養(yǎng)基）－－真菌三、培養(yǎng)基2、根據(jù)物理狀態(tài)：固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基

凝固劑：土豆塊、明膠、瓊脂、硅膠等化學成分營養(yǎng)價值分解性融化溫度凝固溫度常用濃度透明度黏著力耐加壓滅菌瓊脂聚半乳糖的硫酸酯無罕見約96℃約45℃1.5%～2%高強強明膠蛋白質作氮源極易約25℃約20℃5%～12%高強弱固體培養(yǎng)基瓊脂濃度；1.5％～2.0％半固體培養(yǎng)基瓊脂濃度；0.2％～0.7％半固體培養(yǎng)基:在液體培養(yǎng)基上加進一定凝固劑,在液體培養(yǎng)基中如加0.5%左右瓊脂,可以用來觀察細胞運動的特征,鑒定菌種,測定抗菌素的效價等。

固體培養(yǎng)基:在液體培養(yǎng)基中加入1.5-2.0%瓊脂。固體培養(yǎng)基為微生物的生長提供了一個營養(yǎng)表面,在這個表面生長微生物可形成單個菌落,用于微生物的分離,鑒定,計數(shù),保管。按物理狀態(tài)分類液體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基

液體培養(yǎng)基固體斜面培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基三、培養(yǎng)基3、根據(jù)培養(yǎng)基功能：基本培養(yǎng)基和完全培養(yǎng)基、選擇性培養(yǎng)基和鑒別培養(yǎng)基K2HPO41.4gKH2PO40.6g（NH4）2SO41.0gMgSO40.1gCaCl20.1g葡萄糖5g水1000mlpH7.5

基本培養(yǎng)基：在一定條件下含有某種微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質的培養(yǎng)基，稱為基本培養(yǎng)基。

三、培養(yǎng)基3、根據(jù)培養(yǎng)基功能：牛肉膏：3.0g蛋白胨：10gNaCl：5gpH:7.2蒸餾水1000ml完全培養(yǎng)基：在一定條件下含有某種微生物生長繁殖所需的所有營養(yǎng)物質的培養(yǎng)基。三、培養(yǎng)基3、根據(jù)培養(yǎng)基功能：

選擇性培養(yǎng)基：根據(jù)待分離微生物的特點，加入某種選擇壓力的培養(yǎng)基，用于從環(huán)境中富集和分離某種特定功能的微生物。投其所好，取其所抗選擇性培養(yǎng)基三、培養(yǎng)基3、根據(jù)培養(yǎng)基功能：

鑒別性培養(yǎng)基：用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基特定的化學反應，產生明顯的特征性變化，根據(jù)這種特征性變化,可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來。蛋白胨：10g磷酸氫二鉀2g乳糖：10g2%伊紅Y溶液10ml0.65%美藍溶液：20ml蒸餾水:1000ml瓊脂：20gpH:7.2伊紅美藍培養(yǎng)基：三、培養(yǎng)基

在低酸度時，這二種染料結合形成沉淀呈紫色，起著產酸指示劑的作用。

選擇性培養(yǎng)基和鑒別性培養(yǎng)基區(qū)別的例如枯草芽孢桿菌：一般培養(yǎng)：肉湯培養(yǎng)基或LB培養(yǎng)基；觀察芽孢：生孢培養(yǎng)基；發(fā)酵培養(yǎng)基：蔗糖等產蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產酶培養(yǎng)基；北京棒桿菌（發(fā)酵生產谷氨酸）：碳氮比為4/1時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；碳氮比為3/1時，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產量則大量增加。三、培養(yǎng)基對于同一個菌株，根據(jù)不同的目的選擇不同的培養(yǎng)基實驗室的常用培養(yǎng)基：細菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（或簡稱普通肉湯培養(yǎng)基）；放線菌：高氏1號合成培養(yǎng)基培養(yǎng)（100ppm重鉻酸鉀）；酵母菌：豆芽汁培養(yǎng)基；霉菌：查氏合成培養(yǎng)基；PDA培養(yǎng)基影響營養(yǎng)進入細胞的因素營養(yǎng)物質本身的性質微生物所處環(huán)境微生物的透過屏障第二節(jié)營養(yǎng)物質的吸收p.40

營養(yǎng)物質進入細胞的方式簡單擴散（Simplediffusion)促進擴散（Facilitateddiffusion）主動吸收（Activetransport）基團轉運（Grouptranslocation)膜泡運輸(Memberanevesicletransport)一、被動擴散(Simplediffusion)指疏水性雙分子層細胞膜在無載體蛋白參與下，單純依靠物理擴散方式讓許多小分子、非電離分子尤其是親水性分子被動通過的一種物質運送方式。主要有氧、二氧化碳、乙醇和某些氨基酸分子。動力：物質在膜兩側的濃度差;物質運輸過程中不消耗能量;參與運輸?shù)奈镔|本身的分子結構不發(fā)生變化;不能進行逆濃度運輸;運輸速率與膜內外物質的濃度差成正比。一、擴散(diffusion)擴散并不是微生物細胞吸收營養(yǎng)物質的主要方式,乙醇、甘油、苯、一些氣體分子(O2、CO2)及某些氨基酸在一定程度上可通過擴散進出細胞。二、促進擴散(facilitateddiffusion)促進擴散模式圖細胞膜細胞膜外細胞膜內恢復原構象移位再循環(huán)結合構象改變動力：物質在膜兩側的濃度差；物質運輸過程中不消耗能量；運輸速率與膜內外物質的濃度差成正比；有載體(carrier)的參與，而且每種載體只運輸相應的物質，具有較高的專一性。

通過促進擴散進行跨膜運輸?shù)奈镔|需要借助與載體蛋白

(通透酶)或通道蛋白的作用才能進入細胞。載體蛋白通過構象的改變運輸相應的物質，具有較高的專一性；載體蛋白只影響物質的運輸速率，并不改變該物質在膜內外形成的動態(tài)平衡狀態(tài)；載體蛋白大都是誘導酶，只有在環(huán)境中存在機體生長所需的營養(yǎng)物質時，相應的載體才合成。微生物的細胞膜上已分離出了多種載體蛋白，可以運輸不同種類的糖（如葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖）、多種氨基酸（如亮氨酸、苯丙氨酸、精氨酸等）和維生素。二、促進擴散(facilitateddiffusion)通道蛋白通常并不與底物分子結合，通道蛋白主要橫跨膜形成親水通道，允許適宜大小的分子和帶電荷的離子順離子梯度通過。絕大多數(shù)通道蛋白形成有選擇性開關的多次跨膜通道。通道蛋白普遍存在于細胞生物中，如大腸桿菌中的甘油運輸體（glyceroltransporter）(GlpF)，水特異的親水性通道（aquaporin-Z）、動力敏感離子通道（mechanosensitive）(MscL)和電位敏感離子通道（voltage-sensitiveionchannel）等。離子選擇性:不同通道對不同離子的通透性不同。這是由通道的結構所決定的，只允許具有特定離子半徑和電荷的離子通過。根據(jù)離子選擇性的不同，通道可分為鈉通道、鈣通道、鉀通道、氯通道等。但通道的離子選擇性只是相對的而不是絕對的，比如，鈉通道除主要對Na+通透外，對NH4+也通透，甚至于對K+也稍有通透。水通道1988年Agre在分離純化紅細胞膜上的Rh血型抗原時，發(fā)現(xiàn)了一個28KD的疏水性跨膜蛋白，稱為CHIP28(Channel-Formingintegralmembraneprotein)

2003年，Agre與離子通道的研究者RoderickMacKinnon共享諾貝爾化學獎。三、主動運輸(activetransport)在物質運輸過程中需要消耗能量主動運輸是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質運輸方式可以進行逆濃度運輸需要特定的載體蛋白通過這種方式運輸方式吸收的營養(yǎng)物質：有糖類（乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等）、氨基酸、核苷、鈉離子等。

ABC轉運器（ABCtransporter）最早發(fā)現(xiàn)于細菌，是細菌質膜上的一種運輸ATP酶（transportATPase），屬于一個龐大而多樣的蛋白家族，每個成員都含有兩個高度保守的ATP結合區(qū)（ATPbindingcassette），故名ABC轉運器,他們通過結合ATP發(fā)生二聚化，ATP水解后解聚，通過構象的改變將與之結合的底物轉移至膜的另一側。ABC轉運器大腸桿菌中78個基因（占全部基因的5%）編碼ABC轉運器蛋白，在動物中可能更多。雖然每一種ABC轉運器只轉運一種或一類底物，但是其蛋白家族中具有能轉運離子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白質的成員。ABC轉運器還可催化脂雙層的脂類在兩層之間翻轉，這在膜的發(fā)生和功能維護上具有重要的意義。四、基團轉位(grouptranslocation)主要用于糖及脂肪酸、核苷、堿基等物質的運輸，如葡萄糖一種主動運輸類型需復雜的運輸酶系參與底物在運輸過程發(fā)生化學變化主要存在于