独

立侵染性；朊病毒（prion）是在研究羊瘙痒病是发现的，是一类不含核酸的传染性蛋白质 分子。

病毒与人类实践的关系极为密切。噬菌体对发酵工业的危害很大，因此应加以控制；昆 虫病毒可以用于生物防治；而病毒在基因工程中的应用主要有：噬菌体作为原核生物基因工 程的载体；动物DNA病毒作为动物基因工程的载体；植物DNA病毒作为植物基因工程的载体；

昆虫DNA病毒作为真核生物基因工程的载体。

第四章 微生物的营养和培养基

学习要点

4.1 微生物的六类营养要素

一、碳源

凡是被用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质均可作碳源。其主要功能

是；构成细胞及代谢产物的骨架；是大多数微生物代谢所需的能量来源。碳源的种类包括： 无机含碳化合物，如CO2和碳酸盐等；有机含碳化合物：糖类、脂类、有机酸以及各种含 氮的化合物。二、氮源

氮源是用来构成菌体物质或代谢产物中氮素来源的营养物质。其主要功能有：提供合成 细胞中含氮物，如蛋白质、核酸以及含氮代谢物等的原料；少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮 源作为能源。如，硝化细菌。氮源的种类包括：分子态氮，只有固氮微生物以分子态氮作为 唯一氮源；无机态氮，包括硝酸盐、铵盐等，几乎所有的微生物都能利用；有机态氮，主要 是蛋白质及其降解产物。

三、能源

能源为微生物生命活动提供最初的能量来源的物质。微生物的能源种类包括化学能和光 能，如，化能异养微生物利用有机物，化能自养微生物利用无机物，光能营养微生物利用光 能作为能源。

四、生长因子

生长因子是一类调节微生物正常代谢必不可少，但又不能自行合成的极微量的有机物。 主要包括维生素、AA、碱基等。其主要功能是参与合成核酸和辅酶，如嘌呤和嘧啶。提供生

长因子的物质包括酵母膏、玉米浆、麦芽汁、复合维生素等营养物质。

五、无机盐

为微生物细胞的生长提供碳、氮源以外的多种重要的元素物质，多以无机盐的形式供给。 其主要功能有：构成微生物细胞的组分；调节微生物细胞的渗透压，pH值和氧化还原电位； 有些无机盐，如S、Fe还可作为自养微生物的能源；构成酶活性基的组分，维持酶活性。无

机盐的种类有大量元素 S、P、K 、Na、Ca、Mg、Fe（以无机盐阳离子形式被吸收，配培养

基时要加磷酸盐、硫酸盐）和微量元素 Zn、Cu、Mn、Co、Mo等（在微生物培养中的浓度很

低，自来水中的就够用，不需另加）。

六、水

微生物细胞的含水量约占细胞鲜重的70－90％，水以游离态或结合态存在。其作用包括：

是细胞生化反应的良好介质；营养物质和代谢产物都必须溶解在水里，才能被吸收或排出细 胞外；水的比热高，能有效的吸收代谢过程中放出的热量，不致使细胞的温度骤然上升；维 持细胞的膨压（控制细胞形态）。

4. 2 微生物的营养类型

微生物营养类型的划分方法很多，依碳源不同，微生物可以分为自养型（autotrophs） （能以CO2为主要或唯一碳源）和异养型（heterotrophs）（不能以CO2为主要或唯一碳源）。 依能源的不同，微生物可以分为光能营养型（phototrophs）（利用光反应产能）和化能营养 型（chemotrophs）（利用物质氧化产能）。较多的是按它们对能源、氢供体和碳源的需要将 微生物分成四种营养类型：

一、光能无机营养型

以C02作为唯一碳源或主要碳源，并利用光能，以无机物如水、硫化氢、硫代硫酸钠或 其他无机硫化物为供氢体，还原CO2合成细胞有机物质的微生物叫光能自养微生物。光能自

养型微生物包括蓝细菌（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）， 由于它们含有光合色素，因而能使光能转变成化学能（ATP），供机体直接利用。二、化能无

机营养型

以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源，以氧化无机物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。这类微生物主要有硫

化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。

三、光能有机营养型以CO2和简单有机物为基本碳源，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。四、化能有机

营养型

这类微生物以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的化学能为能源，以 有机物作为供氢体进行生长的微生物，称为化能异养微生物。多数微生物属于化能异养型， 其生长所需要能源和碳源通常来自同一种有机物。其中，化能异养型又依据所利用的有机物 特性，分为腐生型和寄生型。

营养类型的划分不是绝对的，不同生活条件下，可相互转变。

4.3 营养物进入细胞的方式

一、单纯扩散（simple diffusion）

依靠细胞内外溶液的浓度差，顺浓度梯度运输；不消耗能量；不需载体蛋白；被运输的 物质无特异性。如，水、二氧化碳、氧气、甘油、乙醇等的运输。

二、促进扩散（facilitated diffusion）

借助载体蛋白顺浓度梯度运输；不消耗能量；被运输的物质有特异性；载体蛋白（渗透 酶）有底物的特异性，是诱导产生的。如，硫酸根、磷酸根、糖（真核）的运输。

三、主动运输（active transport）

物质逆浓度梯度运输；消耗能量；需载体蛋白；被运输的物质有特异性。如，氨基酸、 乳糖、钠、钙等物质的运输。主动运输是微生物吸收营养物的主要方式。其运输过程是：膜 载体与被运送物质结合成载体复合物进入膜内，在能量的参与下，载体发生构型变化，亲合 力降低，运输的营养物质被释放出来，运输过程中营养物质不发生任何变化。

在上述3种方式中，被运输的溶质分子都不发生改变。

四、基团转位（group translocation）

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（如，糖在运输的过程中发生了磷酸化）。主要是用于单（或双）糖与糖的衍 生物，碱基以及核苷与脂肪酸的运输。这种运输方式是微生物通过磷酸转移酶系统，即磷酸 烯醇式丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统，来完成的。具体的运送分两步进行:

1. 热稳载体蛋白(HPr)的激活。HPr是一种低分子量的可溶性蛋白，结合在细胞膜上，

具有高能磷酸载体的作用。细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基团通过酶 1的作用把HPr激活。

2. 糖经磷酸化后运入细胞膜内。膜外环境中的糖先与外膜表面的酶2结合，再被转运

到内膜表面。这时，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通过酶2的作用将糖-磷酸释放到细胞内。 酶2是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择作用，因此细胞膜上可诱导出 一系列与底物分子相应的酶2。

4. 4培养基（medium）

由人工配制供微生物生长繁殖或积累代谢产物所用的营养物质叫培养基。

一、培养基的类型

1. 根据对培养基成分的了解程度不同分

（1）天然培养基(complex medium)：利用化学成分还不完全清楚或不恒定的天然物质， （如肉汤、蛋白胨、麦芽汁、酵母汁、豆芽汁、玉米粉、牛奶、血清等）制成的培养基，除 实验室使用外，更适宜于在生产上培养微生物及其产品。