课程名称：微生物学 班级：生物工程1101 (第十一讲) 章节标题：第四章微生物营养和培养基 第一节微生物的六类营养要索 第二节微生物的营养类型 目的要求：1.了解微生物营养物质和营养的概念 2.掌握微生物的六大营养要素的类型各自的功能。 教学重点：1.碳源和氨源的概念及功能 2.其它营养元素的功能 3.微生物营养类型的划分方法 教学难点：碳源和氮源作为最重要的营养物质的功能 教学方法：多媒体讲授及讨论法 内容提要及课时分配 1.营养要素概述 20分钟 2.六大营养要素的概念和生理功能 60分钟 3.微生物营养类型的划分方法 20分钟 4.小结 5分钟 主讲教师：赵萌萌 授课日期：2013年4月2日 兰州交通大学化学与生物工程学院
第一节微生物的6类营养要素 四、生长因子 微生物生长必需的微量有机物质称为生长因子(growth factor)。有时生长 因子也称为生长素，主要包括维生素、氨基酸和碱基（嘧啶和嘌呤）。生长因子不 提供能量，也不参与细胞结构组成，所以他们在细胞中是微量的。它们大多为酶 的组成分，与微生物代谢有着密切关系。 维生素是最先发现的生长因子，也是狭义的生长因子。广义的生长因子除了 维生素外还有碱基、甾醇等等。氨基酸也是许多微生物都需要的生长因子，因为 他们缺乏合成氨基酸的能力，必须在培养基中补充这些氨基酸或含有这些氨基酸 的短肽才能生长。不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。有些如大肠杆菌能合 成自己所需要的全部氨基酸，不需要补充。有些细菌如伤寒沙门氏菌能合成所需 的大部分氨基酸，仅需补充色氨酸。还有些细菌合成氨基酸的能力极弱，如肠膜 明串珠南需要从外界补充17种氨基酸和多种维生素。一般地说，革兰氏阴性细 菌合成氨基酸的能力比革兰氏阳性细菌强。碱基也是许多微生物所需要的生长因 子，主要作用是构成核酸和辅酶、辅基。嘌呤和嘧啶进入细胞后必须转变为核苷 和核苷酸才能被利用。 按微生物与生长因子间的关系（也就是微生物对生长因子需要与否）将微生 物分为3种类型 一是生长因子自养型微生物：能自身合成各种生长素，不需外界供给。 二是生长因子异养型微生物：它们自身缺乏合成一种或多种生长素的能 力，需外源提供所需生长素才能生长。 三是生长因子过量合成微生物，它们在代谢活动中向细胞外分泌大量的维 生素等生长因子，可用于维生素的生产。 五、无机盐 矿质元素是微生物生命活动不可缺少的物质。微生物细胞中的矿质元素，占 细胞干重的3%~10%。其主要功能：构成微生物的细胞结构：酶活性基的组成分 和酶的激活剂：调节细胞渗透压、p州值和氧化还原电位：化能自养菌的能源(S、 Fe2+等)。 磷：合成核酸、核蛋白、磷脂及许多酶与辅酵。磷酸盐还是重要的缓冲剂
硫：是胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸等氨基酸的重要组成元素，是构成蛋白 质的重要单元。硫及硫化物还是某些自养微生物的能源。 镁：是构成某些酶的活性成分，是构成细菌光合色素的重要元素，还具有稳 定核糖体和细胞质膜的作用。 铁：是固氨酶、过氧化氢醇、过氧化物酶、细胞色素、细胞色素氧化酶的组 成元素。还是某些铁细菌生长的能源。铁对细菌毒素形成的影响很大。如：白喉 棒杆菌在含铁充足的培养基中基本上不形成白喉毒素，在缺铁的培养基上则产生 大量毒素。因此，在白喉杆菌所生存的组织中，铁的浓度控制着毒索的产生和疾 病的症状。 钾：是许多酶的活化剂。他对原生质体胶质特性、细胞质膜透性有重要的调 控作用。钾也参与细胞内许多物质的运输系统的组成。 钙：主要参与调节细胞质的胶体状态、降低细胞膜的透性、调节pH值等。 他是许多酶的激活剂。他还是细菌芽孢的重要组成成分，在细南芽孢耐热性方面 起者重要作用。 六、水 水是一切生物生存的基本条件。水是许多营养物质的溶剂，营养物质进入细 胞和代谢废物排出细胞均以水为媒介。水能维持生物大分子结构稳定和酶活性， 细胞内的一切生化反应均在水介质系统中进行。水是蓝细菌等少数微生物还原 C02时的供氢体。一定量的水分是维持细胞膨胀压的必要条件。水的比热高，又 是热的良好导体，能有效地吸收代谢过程中产生的热量，使细胞温度不致于骤然 升高，能有效调节细胞内的温度。 微生物细胞内的水分有游离态和结合态两种形式，两者的生理功能不同。结 合水不流动，不易蒸发，不冻结，不能作为溶剂，也不渗透。游离水与之相反。 微生物细胞内游离与结合水的比例大约为4：1。微生物可利用的水用水活度来表 示(Q),Q如是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸气压和纯水的蒸气压的 比即an=P溶液/P纯水微生物生长所需的水活度通常在0.63-0.99之间，细菌 水活度较高为0.8，酵母菌次之，耐旱的微生物水活度为0.6。 第二节微生物的营养类型 由于微生物种类繁多，其营养类型比较复杂，人们常在不同层次和侧重点上
对微生物营养类型进行划分。人们通常依据微生物获取能源、碳源、氢或电子供 体不同，绝大部分微生物分为4种营养类型：光能无机营养型、光能有机营养型， 化能无机营养型和化能有机营养型，仅根倨碳源可将微物生分为自养型和异养型 两类。 一、光能无机自养型 又称光能自养型。可在完全无机的环境中生长，具有光合色素，以C0,为碳 源，光做能源，无机物为供H体还原C02合成细胞有机物质的微生物叫光能自养 微生物。藻类、蓝细菌和光合细菌属于这种类型。光合色素是一切光合微生物特 有的色素，主要有叶绿素（或菌绿素）、类胡罗卜素和藻胆素3大类，其中叶绿素 或菌绿素为主要的光合色素，类胡萝卜素和藻胆素的主要功能为捕获光能并在强 光照射时保护叶绿素。光能自养型微生物的光合作用分为产氧北合作用和不产氧 光合作用两种类型。 Hl20+C02 -(CH20)+02 2H2S+C02 —(CH20)+H20+2S Na2Sz03+2C02+3Hh20 (CH2O)+NazSO.+H2SOa 二、光能有机异养型 又叫光能自养型。是一类具有光合色素。能利用光做能源，以有机化合物为 供H体，还原C02,合成细胞物质的微生物，称光能异养微生物。这一类群与光 能无机营养型微生物的主要区别在于氢和电子供体的来源。 光能异养微生物能利用C02,但必须在有机物存在的条件下，才能生长，人 工培养还需供给生长因素。目前已用这类微生物，如红螺菌来净化高浓度有机废 水，这对处理污水、净化环境，很有发展前途。 三、化能无机自养型 又叫化能自养型。在完全无机的环境中生长发育，以无机化合物氧化为时释 放的能量为能源，以C02或碳盐为碳源，合战细胞物质的微生物叫化能自养微生 物。化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。它 们广泛分布于土壤及水环境中，参与地球物质循环：这类细菌包括硫细菌、硝化 细菌、H细菌、铁细菌等，硫细菌和硝化细菌与生产密切相关。 如Fe0硫杆菌可把Fe0氧化成Fe,Fe氧化率达95一100%并放出能量
Fe2+ Fe3+e+Q 用氧化亚铁硫杆菌氧化黄铁矿时，可以生成硫酸和硫酸高铁，硫酸高铁是强 氧化剂和溶剂可以溶解矿物，如溶解铜矿析出铜元素，用这类微生物来开矿冶金 称为细菌冶金，是开采贫矿和尾矿的有效办法，用细菌浸出F的速度比完全氧 化快56-60倍。 四、化能有机异养型 又叫化能异养型。这类微生物以有机化合物（如淀粉、糖类、纤维素、有机 酸等)为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量为能源，以有机或无机含 氮化合物为氨源，合成细胞物质。这类微生物称为化能异养微生物。以有机物为 电子供体。有机物通常既是碳源也是能源 由于栖息场所和摄取养料不同，可将异养微生物分为腐生型和寄生型两大 类。 腐生型：利用无生命的有机物获得营养物质。 寄生型：从活的寄生体内获取营养物质，如病毒.。 中间类型（兼性腐生或兼性寄生）：如结核杆地菌、痢疾杆菌就是兼性寄生 菌。 不同营养类型之间的界限并非是绝对的，实际上存在许多中间过渡和兼性类 型。异养型微生物并非绝对不能利用C02:自养型微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：