页数：46页文件大小：206.0 KB来源： 食品微生物学ppt课件
本课件先给出微生物细胞的主要元素与化学组成数据，随后逐项讲解碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水六大营养要素及其碳源谱与氮源谱；接着按能源与碳源划分光能自养、光能异养、化能自养、化能异养四种营养类型；最后讲解培养基配制四原则、三类分类与四种吸收运输方式。
与其他高等动植物细胞一样，微生物细胞由大量元素碳、氢、氧、氮、磷、硫（这六种元素占细菌细胞干重的 97%）和微量元素铁、锰、锌等构成。
这些元素主要以如下形式存在：
水是细胞中的一种主要成分。
原文表述为「水一般可占细胞干重的 90％以上」，按常识应为占细胞鲜重的绝大部分，此处统一按鲜重口径表述，具体数值以教材表格为准。
| 灰分元素 | 固氮菌 | 酵母菌 | 霉菌 |
|---|---|---|---|
| P₂O₅ | 4.95 | 3.54 | 4.85 |
| SO₃ | 0.29 | 0.039 | 0.11 |
| K₂O | 2.41 | 2.34 | 2.81 |
| Na₂O | 0.07 | — | 1.12 |
| MgO | 0.82 | 0.428 | 0.38 |
| CaO | 0.89 | 0.383 | 0.19 |
| Fe₂O₃ | 0.08 | 0.035 | 0.16 |
| SiO₂ | — | 0.093 | 0.04 |
| CuO | — | — | — |
| 元素 | 细菌 | 酵母菌 | 霉菌 |
|---|---|---|---|
| 碳 | 50 | 49.8 | 47.9 |
| 氮 | 15 | 12.4 | 5.2 |
| 氢 | 8 | 6.7 | 6.7 |
| 氧 | 20 | 31.1 | 40.2 |
| 磷 | 3 | — | — |
| 硫 | 1 | — | — |
| 主要成分 | 细菌 | 酵母菌 | 霉菌 |
|---|---|---|---|
| 水分（占细胞鲜重的%） | 75~85 | 70~80 | 85~90 |
| 蛋白质（占细胞干重的%） | 50~80 | 32~75 | 14~15 |
| 碳水化合物（占细胞干重的%） | 12~28 | 27~63 | 7~40 |
| 脂肪（占细胞干重的%） | 5~20 | 2~15 | 4~40 |
| 核酸（占细胞干重的%） | 10~20 | 6~8 | 1 |
| 无机盐（占细胞干重的%） | 2~30 | 3.8~7 | 6~12 |
| 营养要素 | 动物（异养） | 微生物（异养） | 微生物（自养） | 绿色植物（自养） |
|---|---|---|---|---|
| 碳源 | 糖类、脂肪 | 糖、醇、有机酸等 | 二氧化碳、碳酸盐等 | 二氧化碳、碳酸盐 |
| 氮源 | 蛋白质或其降解物 | 蛋白质或其降解物 | 有机或无机氮化物、氮 | 无机氮化物、氮 |
| 能源 | 与碳同 | 与碳同 | 氧化无机物或利用日光能 | 利用日光能 |
| 生长因子 | 维生素 | 一部分需要维生素等 | 不需要 | 不需要 |
| 无机元素 | 无机盐 | 无机盐 | 无机盐 | 无机盐 |
| 水分 | 水 | 水 | 水 | 水 |
原文氮源一栏存在文字重复粘连，已按动物（异养）、微生物（异养）、微生物（自养）、绿色植物（自养）四列整理。
微生物的碳源谱：
微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同：如假单胞菌属中的某些种可以利用90 种以上不同类型的碳源物质；某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物生长。
| 类型 | 元素水平 | 化合物水平 | 培养基原料水平 |
|---|---|---|---|
| 有机碳 | C·H·O·N·X | 复杂蛋白质、核酸等 | 牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等 |
| 有机碳 | C·H·O·N | 多数氨基酸、简单蛋白质等 | 一般氨基酸、明胶等 |
| 有机碳 | C·H·O | 糖、有机酸、醇、脂类等 | 葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等 |
| 有机碳 | C·H | 烃类 | 天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等 |
| 无机碳 | C（?） | — | — |
| 无机碳 | C·O | CO₂ | CO₂ |
| 无机碳 | C·O·X | NaHCO₃ | NaHCO₃、CaCO₃、白垩等 |
| 类型 | 元素水平 | 化合物水平 | 培养基原料水平 |
|---|---|---|---|
| 有机氮 | N·C·H·O·X | 复杂蛋白质、核酸等 | 牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等 |
| 有机氮 | N·C·H·O | 尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等 | 尿素、蛋白胨、明胶等 |
| 无机氮 | N·H | NH₃、铵盐等 | (NH₄)₂SO₄ 等 |
| 无机氮 | N·O | 硝酸盐等 | KNO₃ 等 |
| 无机氮 | N | N₂ | 空气 |
常用无机氮源与有机氮源：
微生物的能源谱：
化能自养微生物的能源物质是一些还原态的无机物质：
缺乏合成生长因子能力的微生物称为「营养缺陷型」微生物；各种维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶的生理功能见教材。
大量元素：
大量元素（续）：
微量元素：
水分是生物细胞的主要化学成分，其生理功能表现为：
动物属于异养型生物；微生物既有异养型也有自养型，大多数微生物属于异养型，少数属于自养型；动物和大部分微生物属于化能营养型，植物和少部分微生物属于光能营养型。
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以 CO₂ 作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如硫化氢、硫代硫酸钠或其他无机硫化物作为供氢体将 CO₂ 还原成细胞物质，同时产生元素硫：
光能 ＋ CO₂ ＋ H₂S —（光合色素）→ [CH₂O] ＋ 2S ＋ H₂O
包括蓝细菌（含叶绿素）、红硫细菌和绿硫细菌等少数微生物（含细菌叶绿素），由于含有光合色素，能使光能转变成化学能（ATP）供机体直接利用。
以 CO₂ 为主要碳源或唯一碳源，以有机物（如异丙醇）作为供氢体，利用光能将 CO₂ 还原成细胞物质；红螺菌属中的一些细菌属于此种营养类型。
光能 ＋ 2(CH₃)₂CHOH ＋ CO₂ —（光合色素）→ 2CH₃COCH₃ ＋ [CH₂O] ＋ H₂O
光能异养型细菌在生长时大多数需要外源的生长因子。
以 CO₂ 或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以无机物氧化释放的化学能为能源，利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使 CO₂ 还原成细胞物质。
这类微生物主要有：
它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。
多数微生物属于化能异养型，生长所需能量和碳源通常来自同一种有机物。
注意要点：
例如微生物的谷氨酸发酵中：
各类微生物生长的最适 pH 各不相同：
维持 pH 相对恒定的两种方式：
配制培养基时应尽量考虑利用价廉并且易于获得的原料作为培养基的成分，特别是在工业发酵中培养基用量很大，更应考虑到这一点，以便降低产品成本。
科研与生产中常用的凝固剂有琼脂、明胶和硅胶三种；除在液体培养基中加入凝固剂之外，一些由天然的固体基质制成的培养基也属于固体培养基。
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微生物吸收营养物质的方式主要有：
扩散是非特异性的营养物质吸收方式：营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散。
在促进扩散过程中：
促进扩散多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。
物质在主动运输的过程中：
不同微生物主动运输所需能量的来源不同：
主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。
初级主动运输是一种由电子传递系统、ATPase 或细菌视紫红质引起的质子运输方式。不同营养类型的微生物初级主动运输的方式不同（好氧情况、厌氧情况、光合微生物），但最终造成细胞膜内外质子浓度差，使膜处于充能状态。
在细胞膜内外质子浓度差消失的过程中偶联其他物质的运输，即次级主动运输。
根据质子与其他物质运输的方向差异分为三种形式：
基团转位是一种特殊的主动运输：与普通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发生了化学变化，其余特点与主动运输相同。
基团转位主要存在于厌氧微生物中，也主要用于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷与脂肪酸的运输。
大肠杆菌吸收糖依赖于磷酸烯醇式丙酮酸—糖磷酸转移酶系统，运输步骤如下：
Na⁺,K⁺—ATPase 系统是位于细胞膜上的一种离子通道蛋白，其作用是通过该蛋白构象的改变，把细胞内的 Na⁺ 运出细胞，同时将 K⁺ 运回细胞内，即实现 Na⁺ 与 K⁺ 的置换。
细胞内高浓度 K⁺ 是许多酶的活性和蛋白质合成所必需的。
胞吞摄取颗粒状物质，胞饮摄取液体或溶解性物质，属于真核微生物特有的吸收方式。
| 比较项目 | 单纯扩散 | 促进扩散 | 主动运输 | 基团转位 |
|---|---|---|---|---|
| 特异载体蛋白 | 无 | 有 | 有 | 有 |
| 运输速度 | 慢 | 快 | 快 | 快 |
| 物质运输方向 | 由浓至稀 | 由浓至稀 | 由稀至浓 | 由稀至浓 |
| 胞内外浓度 | 相等 | 相等 | 胞内浓度高 | 胞内浓度高 |
| 运输分子 | 无特异性 | 特异性 | 特异性 | 特异性 |
| 能量消耗 | 不需要 | 不需要 | 需要 | 需要 |
| 运输后物质的结构 | 不变 | 不变 | 不变 | 改变 |
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