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1、 第 一 節(jié) 微 生 物 的 營 養(yǎng) 要 素第 二 節(jié) 微 生 物 的 營 養(yǎng) 類 型 第 三 節(jié) 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 進 入 細 胞 的 方 式第 四 節(jié) 培 養(yǎng) 基微生物的營養(yǎng) 微 生 物 細 胞 的 元 素 構(gòu) 成由 C、 H、 O、 N、 P、 S、 K、 Na、 Mg、 Ca、 Fe、 Mn、Cu、 Co、 Zn、 Mo等 組 成 。微 生 物 細 胞 的 化 學 元 素 與 其 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 微 生 物 生 長 所 需 的 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 應 該 包 含 有 組 成 細胞 的 各 種 化 學 元 素 ， 即 構(gòu) 成 細 胞 物 質(zhì) 的 碳 素 來源 的 碳 源 物 質(zhì) ， 構(gòu) 成 細

2、 胞 物 質(zhì) 的 氮 素 來 源 的 氮源 物 質(zhì) 和 一 些 含 有 K、 Na、 Mg、 Ca、 Fe、 Mn、 Cu、Co、 Zn、 Mo元 素 的 無 機 鹽 。微生物的營養(yǎng) 一 、 微 生 物 的 營 養(yǎng) 物 質(zhì)1、微生物細胞的化學組成 微 生 物 生 長 所 需 要 的 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 主 要是 以 有 機 物 和 無 機 物 的 形 式 提 供 的 ，小 部 分 由 氣 體 物 質(zhì) 供 給 。 微 生 物 的營 養(yǎng) 物 質(zhì) 按 其 在 機 體 中 的 生 理 作 用可 區(qū) 分 為 ： 碳 源 、 氮 源 、 能 源 、 無 機鹽 、 生 長 因 子 和 水 六 大 類 。 微生物

3、的營養(yǎng) 2、微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能 微生物的營養(yǎng) v在 微 生 物 生 長 過 程 中 為 微 生 物 提 供 碳 素 來 源 的物 質(zhì) 稱 為 碳 源 (source of carbon)。 v從 簡 單 的 無 機 含 碳 化 合 物 如 CO2和 碳 酸 鹽 到 各種 各 樣 的 天 然 有 機 化 合 物 都 可 以 作 為 微 生 物 的 碳源 ， 但 不 同 的 微 生 物 利 用 含 碳 物 質(zhì) 具 有 選 擇 性 ，利 用 能 力 有 差 異 。 碳 源 的 生 理 作 用v碳 源 物 質(zhì) 通 過 復 雜 的 化 學 變 化 來 構(gòu) 成 微 生 物 自身 的 細 胞 物

4、質(zhì) 和 代 謝 產(chǎn) 物 ；v同 時 多 數(shù) 碳 源 物 質(zhì) 在 細 胞 內(nèi) 生 化 反 應 過 程 中 還能 為 機 體 提 供 維 持 生 命 活 動 的 能 量 ;v但 有 些 以 又 CO2為 唯 一 或 主 要 碳 源 的 微 生 物 生長 所 需 的 能 源 則 不 是 來 自 CO2。 （ 1） 碳 源 表 5.1 微 生 物 利 用 的 碳 源 物 質(zhì)種 類 碳 源 物 質(zhì) 備 注糖 葡 萄 糖 、 果 糖 、 麥 芽 糖 、 蔗 糖 、 淀 粉 、半 乳 糖 、 乳 糖 、 甘 露 糖 、 纖 維 二 糖 、 纖維 素 、 半 纖 維 素 、 甲 殼 素 、 木 質(zhì) 素 等 單

5、 糖 優(yōu) 于 雙 糖 ， 己 糖 優(yōu) 于 戊 糖 ， 淀 粉 優(yōu) 于纖 維 素 ， 純 多 糖 優(yōu) 于 雜 多 糖 。有 機 酸 糖 酸 、 乳 酸 、 檸 檬 酸 、 延 胡 索 酸 、 低 級脂 肪 酸 、 高 級 脂 肪 酸 、 氨 基 酸 等 與 糖 類 比 效 果 較 差 ， 有 機 酸 較 難 進 入 細 胞 ，進 入 細 胞 后 會 導 致 pH下 降 。 當 環(huán) 境 中 缺 乏碳 源 物 質(zhì) 時 ， 氨 基 酸 可 被 微 生 物 作 為 碳 源利 用 。醇 乙 醇 在 低 濃 度 條 件 下 被 某 些 酵 母 菌 和 醋 酸 菌 利用 。脂 脂 肪 、 磷 脂 主 要 利

6、用 脂 肪 ， 在 特 定 條 件 下 將 磷 脂 分 解為 甘 油 和 脂 肪 酸 而 加 以 利 用 。 烴 天 然 氣 、 石 油 、 石 油 餾 分 、 石 蠟 油 等 利 用 烴 的 微 生 物 細 胞 表 面 有 一 種 由 糖 脂 組成 的 特 殊 吸 收 系 統(tǒng) ， 可 將 難 溶 的 烴 充 分 乳化 后 吸 收 利 用 。CO2 CO2 為 自 養(yǎng) 微 生 物 所 利 用 。碳 酸 鹽 NaHCO3、 CaCO3、 白 堊 等 為 自 養(yǎng) 微 生 物 所 利 用 。其 他 芳 香 族 化 合 物 、 氰 化 物蛋 白 質(zhì) 、 肋 、 核 酸 等 利 用 這 些 物 質(zhì) 的

7、微 生 物 在 環(huán) 境 保 護 方 面 有重 要 作 用 。當 環(huán) 境 中 缺 乏 碳 源 物 質(zhì) 時 ， 可 被 微 生 物 作為 碳 源 而 降 解 利 用 。 微生物的營養(yǎng) （ 2） 氮 源&凡 是 可 以 被 微 生 物 用 來 構(gòu) 成 細 胞 物 質(zhì) 的 或 代 謝產(chǎn) 物 中 氮 素 來 源 的 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 通 稱 為 氮 源 (source of nitrogen)物 質(zhì) 。&能 被 微 生 物 所 利 用 的 氮 源 物 質(zhì) 有 蛋 白 質(zhì) 及 其 各類 降 解 產(chǎn) 物 、 銨 鹽 、 硝 酸 鹽 、 亞 硝 酸 鹽 、 分 子 態(tài)氮 、 嘌 呤 、 嘧 啶 、 脲 、 酰

8、胺 、 氰 化 物 。&氮 源 物 質(zhì) 常 被 微 生 物 用 來 合 成 細 胞 中 含 氮 物 質(zhì) ，少 數(shù) 情 況 下 可 作 能 源 物 質(zhì) ， 如 某 些 厭 氧 微 生 物 在厭 氧 條 件 下 可 利 用 某 些 氨 基 酸 作 為 能 源 。&微 生 物 對 氮 源 的 利 用 具 有 選 擇 性 ， 如 玉 米 漿 相對 于 豆 餅 粉 ， NH4+相 對 于 NO3-為 速 效 氮 源 。 銨 鹽作 為 氮 源 時 會 導 致 培 養(yǎng) 基 pH值 下 降 ， 稱 為 生 理 酸性 鹽 ， 而 以 硝 酸 鹽 作 為 氮 源 時 培 養(yǎng) 基 pH值 會 升 高 ，稱 為 生

9、理 堿 性 鹽 。 微生物的營養(yǎng)和代謝 表 5.2 微 生 物 利 用 的 氮 源 物 質(zhì)種 類 氮 源 物 質(zhì) 備 注蛋 白 質(zhì)類 蛋 白 質(zhì) 及 其 不同 程 度 降 解 產(chǎn)物 (胨 、 肽 、 氨基 酸 等 ) 大 分 子 蛋 白 質(zhì) 難 進 入 細 胞 ， 一 些 真 菌 和 少 數(shù) 細菌 能 分 泌 胞 外 蛋 白 酶 ， 將 大 分 子 蛋 白 質(zhì) 降 解 利用 ， 而 多 數(shù) 細 菌 只 能 利 用 相 對 分 子 質(zhì) 量 較 小 其降 解 產(chǎn) 物氨 及 銨鹽 NH3、 (NH4)2SO4等 容 易 被 微 生 物 吸 收 利 用硝 酸 鹽 KNO 3等 容 易 被 微 生 物

10、吸 收 利 用分 子 氮 N2 固 氮 微 生 物 可 利 用 ， 但 當 環(huán) 境 中 有 化 合 態(tài) 氮 源時 ， 固 氮 微 生 物 就 失 去 固 氮 能 力其 他 嘌 呤 、 嘧 啶 、脲 、 胺 、 酰 胺 、氰 化 物 大 腸 桿 菌 不 能 以 嘧 啶 作 為 唯 一 氮 源 ， 在 氮 限 量的 葡 萄 糖 培 養(yǎng) 基 上 生 長 時 ， 可 通 過 誘 導 作 用 先合 成 分 解 嘧 啶 的 酶 ， 然 后 再 分 解 并 利 用 嘧 啶 可不 同 程 度 地 被 微 生 物 作 為 氮 源 加 以 利 用 微生物的營養(yǎng) （ 3） 無 機 鹽(無 機 鹽 (inorgani

11、c salt)是 微 生 物 生 長 必 不 可 少 的一 類 營 養(yǎng) 物 質(zhì) ， 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(jié) 構(gòu) 的 穩(wěn) 定 性 、 調(diào) 節(jié) 并 維 持 細 胞 的 滲 透 壓 平 衡 、 控制 細 胞 的 氧 化 還 原 電 位 和 作 為 某 些 微 生 物 生 長 的 能源 物 質(zhì) 等 (表 5.3)。(微 生 物 可 利 用 無 機 鹽 類 型(微 量 元 素(微 量 元 素 是 指 那 些 在 微 生 物 生 長 過 程 中 起 重 要 作用 ， 而 機 體 對

12、這 些 元 素 的 需 要 量 極 其 微 小 的 元 素 ，通 常 需 要 量 在 10-6-10-8mol/L (培 養(yǎng) 基 中 含 量 )。 微量 元 素 一 般 參 與 酶 的 組 成 或 使 酶 活 化 (表 5.4)。 表 5.3 無 機 鹽 及 其 生 理 功 能元 素 化 合 物 形 式 (常 用 ) 生 理 功 能磷 KH2PO4， K2HPO4 核 酸 、 核 蛋 白 、 磷 脂 、 輔 酶 及 ATP等 高 能 分 子 的成 分 ， 作 為 緩 沖 系 統(tǒng) 調(diào) 節(jié) 培 養(yǎng) 基 pH。硫 (NH4)2SO4， MgSO4 含 硫 氨 基 酸 (半 胱 氨 酸 、 甲 硫 氨

13、 酸 等 )、 維 生 素 的成 分 ， 谷 胱 甘 肽 可 調(diào) 節(jié) 胞 內(nèi) 氧 化 還 原 電 位 。鎂 MgSO4 己 糖 磷 酸 化 酶 、 異 檸 檬 酸 脫 氫 酶 、 核 酸 聚 合 酶 等活 性 中 心 組 分 ， 葉 綠 素 和 細 菌 葉 綠 素 成 分 。鈣 CaCl 2， Ca(NO3)2 某 些 酶 的 輔 因 子 ， 維 持 酶 (如 蛋 白 酶 )穩(wěn) 定 性 ， 芽孢 和 某 些 孢 子 形 成 所 需 ， 建 立 細 菌 感 受 態(tài) 所 需 。鈉 NaCl 細 胞 運 輸 系 統(tǒng) 組 分 ， 維 持 細 胞 滲 透 壓 ， 維 持 某 些酶 的 穩(wěn) 定 性 。鉀

14、KH2PO4， K2HPO4 某 些 酶 的 輔 因 子 ， 維 持 細 胞 滲 透 壓 ， 某 些 嗜 鹽 細菌 核 糖 體 的 穩(wěn) 定 因 子 。鐵 FeSO4 細 胞 色 素 及 某 些 酶 的 組 分 ， 某 些 鐵 細 菌 的 能 源 物質(zhì) ， 合 成 葉 綠 素 、 白 喉 毒 素 所 需 。 表 5.4 微 量 元 素 與 生 理 功 能元 素 生 理 功 能鋅 存 在 于 乙 醇 脫 氫 酶 、 乳 酸 脫 氫 酶 、 堿 性 磷 酸 酶 、 醛 縮 酶 、RNA與 DNA聚 合 酶 中錳 存 在 于 過 氧 化 物 歧 化 酶 、 檸 檬 酸 合 成 酶 中鉬 存 在 于 硝

15、 酸 鹽 還 原 酶 、 固 氮 酶 、 甲 酸 脫 氫 酶 中硒 存 在 于 甘 氨 酸 還 原 酶 、 甲 酸 脫 氫 酶 中鈷 存 在 于 谷 氨 酸 變 位 酶 中銅 存 在 于 細 胞 色 素 氧 化 酶 中鎢 存 在 于 甲 酸 脫 氫 酶 中鎳 存 在 于 脲 酶 中 ， 為 氫 細 菌 生 長 所 必 需 | 生 長 因 子 (growth factor)通 常 指 那些 微 生 物 生 長 所 必 需 而 且 需 要 量很 小 ， 但 微 生 物 自 身 不 能 合 成 或合 成 量 不 足 以 滿 足 機 體 生 長 需 要的 有 機 化 合 物 。微生物的營養(yǎng) （ 4）

16、生 長 因 子 | 根 據(jù) 生 長 因 子 的 化 學 結(jié) 構(gòu) 和 它 們 在 機 體 中的 生 理 功 能 的 不 同 ， 可 將 生 長 因 子 分 為 維生 素 (vitamin)、 氨 基 酸 與 嘌 呤 與 嘧 啶 三 大類 (見 表 5.5)。| 維 生 素 在 機 體 中 所 起 的 作 用 主 要 是 作 為 酶的 輔 基 或 輔 酶 參 與 新 陳 代 謝 ；| 有 些 微 生 物 自 身 缺 乏 合 成 某 些 氨 基 酸 的 能力 ， 因 此 必 須 在 培 養(yǎng) 基 中 補 充 這 些 氨 基 酸或 含 有 這 些 氨 基 酸 的 小 肽 類 物 質(zhì) ， 微 生 物才 能

17、 正 常 生 長 ； | 嘌 呤 與 嘧 啶 作 為 生 長 因 子 在 微 生 物 機 體 內(nèi)的 作 用 主 要 是 作 為 酶 的 輔 酶 或 輔 基 ， 以 及用 來 合 成 核 苷 、 核 苷 酸 和 核 酸 。微生物的營養(yǎng) 表 5.5 維 生 素 及 其 在 代 謝 中 的 作 用 化 合 物 代 謝 中 的 作 用對 氨 基 苯 甲 酸 四 氫 葉 酸 的 前 體 ， 一 碳 單 位 轉(zhuǎn) 移 的 輔 酶生 物 素 催 化 羧 化 反 應 的 酶 的 輔 酶輔 酶 M 甲 烷 形 成 中 的 輔 酶葉 酸 四 氫 葉 酸 包 括 在 一 碳 單 位 轉(zhuǎn) 移 輔 酶 中泛 酸 輔 酶

18、A的 前 體硫 辛 酸 丙 酮 酸 脫 氫 酶 復 合 物 的 輔 基尼 克 酸 NAD、 NADP的 前 體 ， 它 們 是 許 多 脫 氫 酶 的 輔 酶吡 哆 素 (B 6) 參 與 氨 基 酸 和 酮 酶 的 轉(zhuǎn) 化核 黃 素 (B2) 黃 素 單 磷 酸 (FMN)和 FAD的 前 體 ， 它 們 是 黃 素 蛋 白 的 輔 基鈷 胺 素 (B12) 輔 酶 B12包 括 在 重 排 反 應 里 (為 谷 氨 酸 變 位 酶 )硫 胺 素 (B1) 硫 胺 素 焦 磷 酸 脫 羧 酶 、 轉(zhuǎn) 醛 醇 酶 和 轉(zhuǎn) 酮 醇 酶 的 輔 基維 生 素 K 甲 基 酮 類 的 前 體 ， 起

19、 電 子 載 體 作 用 (如 延 胡 索 酸 還 原 酶 )氧 肟 酸 促 進 鐵 的 溶 解 性 和 向 細 胞 中 的 轉(zhuǎn) 移 微生物的營養(yǎng) （ 5） 水S水 是 微 生 物 生 長 所 必 不 可 少 的 。 水 在 細 胞 中 的 生 理功 能 主 要 有 ：S起 到 溶 劑 與 運 輸 介 質(zhì) 的 作 用 ， 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 的 吸 收 與 代謝 產(chǎn) 物 的 分 泌 必 須 以 水 為 介 質(zhì) 才 能 完 成 ；S參 與 細 胞 內(nèi) 一 系 列 化 學 反 應 ；S維 持 蛋 白 質(zhì) 、 核 酸 等 生 物 大 分 子 穩(wěn) 定 的 天 然 構(gòu) 象 ；S因 為 水 的 比 熱 高 ，

20、 是 熱 的 良 好 導 體 ， 能 有 效 地 吸 收代 謝 過 程 中 產(chǎn) 生 的 熱 并 及 時 地 將 熱 迅 速 散 發(fā) 出 體 外 ，從 而 有 效 地 控 制 細 胞 內(nèi) 溫 度 的 變 化 ；S保 持 充 足 的 水 分 是 細 胞 維 持 自 身 正 常 形 態(tài) 的 重 要 因素 ；S微 生 物 通 過 水 合 作 用 與 脫 水 作 用 控 制 由 多 亞 基 組 成的 結(jié) 構(gòu) ， 如 酶 、 微 管 、 鞭 毛 及 病 毒 顆 粒 的 組 裝 與 解離 。 S 水 的 有 效 性S 常 以 水 活 度 值 (water activity, w)表 示 。S 水 活 度 值

21、 是 指 在 一 定 的 溫 度 和 壓 力 條 件 下 ， 溶液 的 蒸 氣 壓 力 與 同 樣 條 件 下 純 水 蒸 氣 壓 力 之 比 ，即 w Pw P0w式 中 Pw代 表 溶 液 蒸 氣 壓 力 ， P0w代 表 純 水 蒸 氣 壓 力 。S 純 水 w為 1.00， 溶 液 中 溶 質(zhì) 越 多 ， w越 小 。S 微 生 物 一 般 在 w為 0.60-0.99的 條 件 下 生 長 ， w過 低 時 ， 微 生 物 生 長 的 遲 緩 期 延 長 ， 比 生 長 速率 和 總 生 長 量 減 少 。S 微 生 物 不 同 ， 其 生 長 的 最 適 w不 同 (表 5.6)。

22、 一般 而 言 ， 細 菌 生 長 最 適 w較 酵 母 菌 和 霉 菌 高 ，而 嗜 鹽 微 生 物 生 長 最 適 w則 較 低 。微生物的營養(yǎng) 表 5.6 幾 類 微 生 物 生 長 最 適 w微 生 物 w一 般 細 菌 0.91酵 母 菌 0.88霉 菌 0.80嗜 鹽 細 菌 0.76嗜 鹽 真 菌 0.65嗜 高 滲 酵 母 0.60微生物的營養(yǎng) 一 、 光 能 無 機 營 養(yǎng) 型 (photolithoautotrophy)二 、 光 能 有 機 營 養(yǎng) 型(photoorganoheterophy)三 、 化 能 無 機 營 養(yǎng) 型(chemolithoautotrophy)

23、四 、 化 能 有 機 營 養(yǎng) 型(chemoorganoheterotrophy) 微生物的營養(yǎng) 第 二 節(jié) 微 生 物 的 營 養(yǎng) 類 型 微生物的營養(yǎng)一、光能無機營養(yǎng)型|光 能 無 機 營 養(yǎng) 型 也 稱 光 能 自 養(yǎng) 型 ，這 是 一 類 能 以 CO2為 唯 一 碳 源 或 主 要碳 源 并 利 用 光 能 進 行 生 長 的 的 微 生 物 ，它 們 能 以 無 機 物 如 水 、 硫 化 氫 、 硫 代硫 酸 鈉 或 其 他 無 機 化 合 物 為 電 子 供 體 ，使 CO2固 定 還 原 成 細 胞 物 質(zhì) ， 并 且 伴隨 元 素 氧 （ 硫 ） 的 釋 放 。 藻 類

24、、 藍 細 菌 和 光 合 細 菌 屬 于 這 一 類 營 養(yǎng) 類型 。 藻 類 和 藍 細 菌 ： 2222 OOCH葉 綠 素光 能OHCO這 與 高 等 植 物 光 合 作 用 是 一 致 的 。 2SOHOCH菌 綠 素光 能S2HCO 2222 這 與 藻 類 、 藍 細 菌 和 高 等 植 物 是 不 同 的 。光 合 細 菌 微生物的營養(yǎng) 微生物的營養(yǎng)二、光能有機營養(yǎng)型|光 能 有 機 營 養(yǎng) 型 或 稱 光 能 異 養(yǎng) 型 ， 這 類 微 生 物不 能 以 CO2作 為 唯 一 碳 源 或 主 要 碳 源 ， 需 以 有 機 物作 為 供 氫 體 ， 利 用 光 能 將 CO2

25、還 原 為 細 胞 物 質(zhì) 。|紅 螺 屬 的 一 些 細 菌 就 是 這 一 營 養(yǎng) 類 型 的 代 表： OHOCHCOCH2CH 光 合 色 素光 能COCHOH)2(CH 2233 223 光 能 有 機 營 養(yǎng) 型 細 菌 在 生 長 時 通 常 需 要 外 源 的生 長 因 子。 微生物的營養(yǎng)三、化能無機營養(yǎng)型z 化 能 無 機 營 養(yǎng) 型 或 稱 化 能 自 養(yǎng) 型 ， 這 類 微 生物 利 用 無 機 物 氧 化 過 程 中 放 出 的 化 學 能 作 為 它 們生 長 所 需 的 能 量 ， 以 CO2或 碳 酸 鹽 作 為 的 唯 一 或主 要 碳 源 進 行 生 長 ，

26、利 用 電 子 供 體 如 氫 氣 、 硫 化氫 、 二 價 鐵 離 子 或 亞 硝 酸 鹽 等 使 CO2還 原 成 細 胞物 質(zhì) 。z 屬 于 這 類 微 生 物 的 類 群 有 硫 化 細 菌 、 硝 化 細菌 、 氫 細 菌 與 鐵 細 菌 等 （ 參 見 微 生 物 的 產(chǎn) 能 方式 ） 。 例 如 氫 細 菌 ： 56.7千 卡OHO21H 222 微生物的營養(yǎng)四、化能有機營養(yǎng)型(化 能 有 機 營 養(yǎng) 型 或 稱 化 能 異 養(yǎng) 型 ， 這 類 微 生 物生 長 所 需 的 能 量 來 自 有 機 物 氧 化 過 程 放 出 的 化 學能 ， 生 長 所 需 要 的 碳 源 主

27、要 是 一 些 有 機 化 合 物 ，如 淀 粉 、 糖 類 、 纖 維 素 、 有 機 酸 等 ， 也 即 化 能 有機 營 養(yǎng) 型 微 生 物 里 的 有 機 物 通 常 既 是 它 們 生 長 的碳 源 物 質(zhì) 又 是 能 源 物 質(zhì) 。(大 多 數(shù) 微 生 物 屬 于 化 能 有 機 營 養(yǎng) 型 ： 絕 大 多 數(shù) 的細 菌 、 全 部 真 菌 、 原 生 動 物 以 及 病 毒 。(如 果 化 能 有 機 營 養(yǎng) 型 微 生 物 利 用 的 有 機 物 不 具 有生 命 活 性 ， 則 是 腐 生 型 ； 若 是 生 活 在 生 活 細 胞 內(nèi)從 寄 生 體 內(nèi) 獲 得 營 養(yǎng) 物

28、質(zhì) ， 則 是 寄 生 型 。 微 生 物 營 養(yǎng) 類 型 劃 分表 5.7微 生 物 營 養(yǎng) 類 型 ( )劃 分依 據(jù) 營 養(yǎng) 類 型 特 點碳 源 自 養(yǎng) 型 (autotrophs) 以 CO2為 唯 一 或 主 要 碳 源異 養(yǎng) 型 (heterotrophs) 以 有 機 物 為 碳 源能 源 光 能 營 養(yǎng) 型 (phototrophs) 以 光 為 能 源化 能 營 養(yǎng) 型 (chemotrophs) 以 有 機 物 氧 化 釋 放 的 化 學 能為 能 源電 子供 體 無 機 營 養(yǎng) 型 (lithotrophs) 以 還 原 性 無 機 物 為 電 子 供 體有 機 營 養(yǎng)

29、 型 (organotrophs) 以 有 機 物 為 電 子 供 體 表 5.8 微 生 物 的 營 養(yǎng) 類 型 ( )營 養(yǎng) 類 型 電 子 供 體 碳 源 能 源 代 表 類 群光 能 無 機 營 養(yǎng) 型 H2、 H2S、 S、或 H2O CO2 光 能 著 色 細 菌 、 藍 細 菌 、 藻類光 能 有 機 營 養(yǎng) 型 有 機 物 有 機 物 光 能 紅 螺 細 菌化 能 無 機 營 養(yǎng) 型 H 2、 H2S、Fe2+、 NH3、或 NO-2 CO2 化 學 能(無 機 物 氧 化 ) 氫 細 菌 、 硫 桿 菌 、亞 硝 化 單 胞 菌 屬(Nitrosomonas)、 硝 化桿 菌

30、 屬 (Nitrobacter)、甲 烷 桿 菌 屬(Methanobacterium)、醋 酸 桿 菌 屬(Acetobacter)化 能 有 機 營 養(yǎng) 型 有 機 物 有 機 物 化 學 能(有 機 物 氧 化 ) 假 單 胞 菌 屬 、 芽 孢 桿 菌屬 、 乳 酸 菌 屬 、 真 菌 、原 生 動 物 &影 響 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 進 入 細 胞 的 因 素 &營 養(yǎng) 物 質(zhì) 本 身 的 性 質(zhì) &微 生 物 所 處 的 環(huán) 境 &微 生 物 細 胞 的 透 過 屏 障(permeability barrier) 微生物的營養(yǎng) 第 三 節(jié) 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 進 入 細 胞 l簡 單 擴 散

31、 （ Simple Diffusion）l被 動 擴 散 （ Passive Transport） l主 動 運 輸 （ Active Transport）l基 團 轉(zhuǎn) 位 （ Group Translocation） 微生物的營養(yǎng) 物 質(zhì) 運 輸 的 機 制 Candida albicans 微生物的營養(yǎng) |Simple diffusion is the net movement of small molecules or ions from an area of higher concentration to an area of lower concentration. |Diffusi

32、on is powered by the potential energy of a concentration gradient and does not require the expenditure of metabolic energy. Examples include the transport of oxygen and carbon dioxide into and out of cells. 微生物的營養(yǎng) 微生物的營養(yǎng)和代謝Simple Diffusion, Step 1 Simple Diffusion, Step 2 微生物的營養(yǎng)和代謝 Free Water Passin

33、g Through Membrane Pores When a solute such as sugar dissolves in water, i t f o r m s w e a k hydrogen bonds w i t h w a t e r molecules. While free, unbound water molecules are small enough to pass through membrane pores, water molecules bound to solute are n o t . . 微生物的營養(yǎng)和代謝 Transport of Substan

34、ces Across a Membrane by Uniporters 微生物的營養(yǎng)和代謝 Transport of Substances Across a Membrane by Uniporters Uniporters are transport proteins that transports a substance from one side of the membrane to the other. Since no energy is required for this type of transport, it is known as passive transport. 微生

35、物的營養(yǎng)和代謝 Transport of Substances Across a Membrane by Antiporters Transport of SubstancesAcross a Membrane by Antiporters 微生物的營養(yǎng)和代謝 Transport of Substances Across a Membrane by Symporters Transport of Substances Across a Membrane by Symporters |PASSIVE TRANSPORT The transport of substances across a m

36、embrane by protein transporters (also called carrier proteins) from areas of higher concentration to lower concentration. No energy is required. Passive transport, also known as facilitated diffusion, is the transport of substances across the membrane by means uniporters. 微生物的營養(yǎng) 微生物的營養(yǎng)和代謝 Transport

37、of Substances Across a Membrane by Uniporters 微生物的營養(yǎng)和代謝 Passive Transport of Substances Across a Membrane |ACTIVE TRANSPORT:The cell uses transporter proteins (carrier molecules, antiporters or symporters ) and energy from a proton motive force or the breakdown of ATP to transport substances across

38、a membrane against the concentration gradient. Active transport allows cells to accumulate needed substances even when the concentration is lower outside.微生物的營養(yǎng) 微生物的營養(yǎng)和代謝 Active TransportProton Motive Force A symporter transports protons (H+) and a substrate across the membrane. The movement of prot

39、ons across the membrane (proton motive force) provides the energy. |An example of an ATP-dependent active transport found in various gram-negative bacteria is the ATP-binding cassette (ABC) system. This involves substrate-specific binding proteins located in the bacterial periplasm, the gel-like sub

40、stance between the bacterial cell wall and cytoplasmic membrane. 微生物的營養(yǎng) 微生物的營養(yǎng)和代謝 Active Transport, Step 1 This form of active transport involves both transporter proteins and the energy provided by the hydrolysis of ATP. A specific periplasmic-binding protein carries the substance to be transported

41、 to a membrane-spanning transporter. 微生物的營養(yǎng)和代謝 Active Transport, Step 2 The molecule to be transported across the membrane enters the transporter protein system and a molecule of ATP enters the ATP binding site of the ATP-hydrolyzing protein. 微生物的營養(yǎng)和代謝 Active Transport, Step 3 Energy provided by the

42、 hydrolysis of ATP into ADP, phosphate, and energy moves the molecule across the membrane. Active Transport, Step 4 The carrier protein releases the molecule being transported and the transporter system is ready to be used again Active Transport of Substances Across a Membrane:The ATP-Binding Casset

43、te Transport System In the ATP-binding cassette (ABC) system of transport, a high affinity binding protein located in the periplasm between the cytoplasmic membrane and the cell wall picks up the substance to be transported and carries it to the membrane spanning transporter. The actual transport ac

44、ross the membrane is powered by the energy provided by the breakdown of ATP by an ATP-hydrolyzing protein | Group Translocation:A special form of active transport that can occur in prokaryotes. A substance is chemically altered during transport across a membrane so that once inside, the membrane bec

45、omes impermeable to that substance and it remains within the cell.| An example of group translocation in bacteria is the phosphotransferase system. A high-energy phosphate group from phosphoenolpyruvate (PEP) is transferred by a series of enzymes to glucose. The final enzyme both phosphorylates the

46、glucose and transports it across the membrane as glucose 6-phosphate. 微生物的營養(yǎng) Group Translocation, Step 1When bacteria use the process of group translocation to transport glucose across their membrane, a high-energy phosphate group from phosphoenolpyruvate (PEP) is transferred to the glucose molecule

47、 to form glucose-6-phosphate Group Translocation, Step 2 A high-energy phosphate group from PEP is transferred to the glucose molecule to form glucose-6-phosphate. Group Translocation, Step 3The glucose-6-phosphate is transported across the membrane. Group Translocation, Step 4Once the glucose has b

48、een converted to glucose-6-phosphate and transported across the membrane, it can no longer be transported back out. Active Transport of Substances Across a Membrane:Group TranslocationA high-energy phosphate group from phosphoenolpyruvate (PEP) is transferred by a series of enzymes to glucose. The f

49、inal enzyme both phosphorylates the glucose and transports it across the membrane as glucose 6-phosphate. 一 、 什 么 是 培 養(yǎng) 基二 、 配 制 培 養(yǎng) 基 的 原 則 三 、 培 養(yǎng) 基 的 類 型 以 及 應 用 微生物的營養(yǎng)第四節(jié) 培養(yǎng)基 l 培 養(yǎng) 基 (culture medium)是 人 工 配 制 的 ， 適 合微 生 物 生 長 繁 殖 或 產(chǎn) 生 代 謝 產(chǎn) 物 的 營 養(yǎng) 基 質(zhì) 。l 無 論 是 以 微 生 物 為 材 料 的 研 究 ， 還 是 利 用 微 生

50、 物生 產(chǎn) 生 物 制 品 ， 都 必 須 進 行 培 養(yǎng) 基 的 配 制 ， 它 是微 生 物 學 研 究 和 微 生 物 發(fā) 酵 生 產(chǎn) 的 基 礎 。 l 培 養(yǎng) 基 中 應 含 滿 足 微 生 物 生 長 發(fā) 育 的 ： 水 分 、 碳源 、 氮 源 、 生 長 因 子 以 及 基 本 的 離 子 ， 磷 、 硫 、鈉 、 鈣 、 鎂 、 鉀 和 鐵 及 各 種 微 量 元 素 。l 此 外 ， 培 養(yǎng) 基 還 應 具 有 適 宜 的 酸 堿 度 (pH值 )和 一定 緩 沖 能 力 及 一 定 的 氧 化 還 原 電 位 和 合 適 的 滲 透壓 。微生物的營養(yǎng)一、什么是培養(yǎng)基 選

51、擇 適 宜 的 營 養(yǎng) 物 質(zhì)l 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 濃 度 及 配 比 合 適l 控 制 pH條 件l 控 制 氧 化 還 原 電 位 (redoxpotential)l 原 料 選 擇l 滅 菌 處 理微生物的營養(yǎng)二、配制培養(yǎng)基的原則 (NH4)2SO4MgSO47H2O FeSO4K H2PO4CaCl2SH2OpH滅 菌 條 件 0.40.5 0.0140.251010007.0 121 ,20min微生物的營養(yǎng) | 天 然 培 養(yǎng) 基 (complex medium) 這 類培 養(yǎng) 基 含 有 化 學 成 分 還 不 清 楚 或 化 學成 分 不 恒 定 的 天 然 有 機 物 ， 也

52、稱 非 化學 限 定 培 養(yǎng) 基 (chemically undefined medium)。 | 合 成 培 養(yǎng) 基 (synthetic medium)是 由 化學 成 分 完 全 了 解 的 物 質(zhì) 配 制 而 成 的 培養(yǎng) 基 ， 也 稱 化 學 限 定 培 養(yǎng) 基 。 微生物的營養(yǎng)三、培養(yǎng)基的類型以及應用 1、 按 成 分 不 同 劃 分 根 據(jù) 培 養(yǎng) 基 中 凝 固 劑 的 有 無 及 含 量 的 多 少 ，可 將 培 養(yǎng) 基 劃 分 為 固 體 培 養(yǎng) 基 、 半 固 體 培 養(yǎng)基 和 液 體 培 養(yǎng) 基 三 種 類 型 。 理 想 的 凝 固 劑 應 具 備 以 下 條 件

53、： 不 被 所 培養(yǎng) 的 微 生 物 分 解 利 用 ； 在 微 生 物 生 長 的 溫度 范 圍 內(nèi) 保 持 固 體 狀 態(tài) ， 在 培 養(yǎng) 嗜 熱 細 菌 時 ，由 于 高 溫 容 易 引 起 培 養(yǎng) 基 液 化 ， 通 常 在 培 養(yǎng)基 中 適 當 增 加 凝 固 劑 來 解 決 這 一 問 題 ； 凝固 劑 凝 固 點 溫 度 不 能 太 低 ， 否 則 將 不 利 于 微生 物 的 生 長 ； 凝 固 劑 對 所 培 養(yǎng) 的 微 生 物 無毒 害 作 用 ； 凝 固 劑 在 滅 菌 過 程 中 不 會 被 破壞 ； 透 明 度 好 ， 粘 著 力 強 ； 配 制 方 便 且價 格 低

54、 廉 。微生物的營養(yǎng) 2、 根 據(jù) 物 理 狀 態(tài) 劃 分 常 用 的 凝 固 劑 有 瓊 脂 (agar)、 明 膠 (gelatain)和 硅 膠(silica gel)。 表 5.9列 出 瓊 脂 和 明 膠 的 一 些 主 要 特 征 。 表 5.9 瓊 脂 與 明 膠 主 要 特 征 比 較內(nèi) 容 瓊 脂 明 膠常 用 濃 度 (%) 1.5 2 5 12熔 點 ( ) 96 25凝 固 點 ( ) 40 20pH 微 酸 酸 性灰 分 (%) 16 14 15氧 化 鈣 (%) 1.15 0氧 化 鎂 (%) 0.77 0氮 (%) 0.4 18.3微 生 物 利 用 能 力 絕

55、大 多 數(shù) 微 生 物 不 能 利 用 許 多 微 生 物 能 利 用微生物的營養(yǎng) l 基 礎 培 養(yǎng) 基 (minimum medium)基 礎 培 養(yǎng) 基 是含 有 一 般 微 生 物 生 長 繁 殖 所 需 的 基 本 營 養(yǎng) 物 質(zhì)的 培 養(yǎng) 基 。 | 加 富 培 養(yǎng) 基 (enrichment medium) 也 稱 營 養(yǎng)培 養(yǎng) 基 ， 即 在 基 礎 培 養(yǎng) 基 中 加 入 某 些 特 殊 營 養(yǎng)物 質(zhì) 制 成 的 一 類 營 養(yǎng) 豐 富 的 培 養(yǎng) 基 ， 這 些 特 殊營 養(yǎng) 物 質(zhì) 包 括 血 液 、 血 清 、 酵 母 浸 膏 、 動 植 物組 織 液 等 。| 鑒 別

56、 培 養(yǎng) 基 (differential medium) 是 用 于 鑒別 不 同 類 型 微 生 物 的 培 養(yǎng) 基 。 在 培 養(yǎng) 基 中 加 入某 種 特 殊 化 學 物 質(zhì) ， 某 種 微 生 物 在 培 養(yǎng) 基 中 生長 后 能 產(chǎn) 生 某 種 代 謝 產(chǎn) 物 ， 而 這 種 代 謝 產(chǎn) 物 可以 與 培 養(yǎng) 基 中 的 特 殊 化 學 物 質(zhì) 發(fā) 生 特 定 的 化 學反 應 ， 產(chǎn) 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 。 微生物的營養(yǎng) 3、 按 用 途 劃 分 | 選 擇 培 養(yǎng) 基 (selective medium) 是 用 來將 某 種 或 某 類 微 生 物 從 混 雜 的 微 生 物 群 體中 分 離 出 來 的 培 養(yǎng) 基 。| 一 種 類 型 選 擇 培 養(yǎng) 基 是 依 據(jù) 某 些 微 生 物 的特 殊 營 養(yǎng) 需 求 設 計 的 。| 另 一 類 選 擇 培 養(yǎng) 基 是 在 培 養(yǎng) 基 中 加 入 某 種化 學 物 質(zhì) ， 這 種 化 學 物 質(zhì) 沒 有 營 養(yǎng) 作 用 ，對 所 需 分 離 的 微 生 物 無 害 ， 但 可 以 抑 制 或殺 死 其 他 微 生 物 。 微生物的營養(yǎng)