微生物考研微生物的营养.

第五章微生物的营养第一节，微生物的营养要求（微生物需要什么食物？）第三节，（微生物们是怎样进食的）第四节，培养基（如何给微生物准备食物）微生物的营养类型结合实验掌握如何根据需要正确地选择和使用培养基微生物吸收营养物质的主要方式及其基本特点√第二节，微生物对营养物质的吸收目的要求：通过本章的学习，掌握微生物所需要的营养物质、营养类型及微生物吸收营养的方式。要求掌握：1、微生物所需要的营养物质。2、微生物的四种营养类型。3、微生物吸收营养物质的方式。4、培养基的配制及类型重点：微生物的营养类型，微生物吸收营养物质的方式。难点：微生物吸收营养物质的各种方式。第五章微生物的营养（2学时）营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。营养物质:能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质.营养:微生物获得和利用营养物质的过程。第一节微生物的营养要求一、微生物的化学组成主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等占细菌细胞干重的97%二、微生物的营养物质碳源、氮源、能源、无机盐、生长因子和水营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成六大类。1、碳源在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质碳源谱｛有机碳无机碳异养微生物自养微生物种类碳源物质备注糖葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、半乳糖、乳糖、甘露糖、纤维二糖、纤维素、半纤维素、甲壳素、木质素等单糖优于双糖，己糖优于戊糖，淀粉优于纤维素，纯多糖优于杂多糖有机酸糖酸、乳酸、柠檬酸、延胡索酸、低级脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸等与糖类相比效果较差，有机酸较难进入细胞，进入细胞后绘导致pH下将。当环境中缺乏碳源物质时，氨基酸可被微生物作为碳源利用醇乙醇在低浓度条件下被某些酵母菌和醋酸菌利用脂脂肪、磷脂主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分解为甘油和脂肪酸而加以利用烃天然气、石油、石油馏分、石蜡油等利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充分乳化后吸收利用Co2Co2为自养微生物所利用碳酸盐NaHCO3、CaCO3、白垩等为异养微生物所利用其他芳香族化合物、氰化物、蛋白质、肽、核酸等利用这些物质的微生物在环境保护方面有重要作用目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。碳素的功能：1）组成有机分子的C架；2）为细胞提供能量。凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。2、氮源氮源｛有机氮无机氮NH3铵盐硝酸盐N2｛｛蛋白质核酸氨基酸尿素常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等3、能源能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养物或辐射能能源｛化学物质光能｛化能异养微生物的能源有机物无机物化能自养微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源4、无机盐作用酶活性中心的组成部分调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透平衡维持生物大分子和细胞结构的稳定性微量元素：是指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需要量极其微小的元素，通常需要量在10-6--10-8mol/L：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成：大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。控制细胞的氧化还原电位作为某些微生物的能源物质元素化合物形式（常用）生理功能磷KH2PO4、K2HPO4核酸、核蛋白、磷脂、辅酶及ATP等高能分子的成分，作为缓冲系统调节培养基pH硫(NH4)2SO4、MgSO4含硫氨基酸、维生素的成分，谷胱甘肽可调节胞内氧化还原电位镁MgSO4己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、核酸聚合酶等活性中性组分，叶绿素成分钙CaCl2、Ca(NO3)某些酶的辅因子，维持酶的稳定性，芽孢和某些孢子形成所需，建立细胞感受肽所需钠NaCl细胞运输系统组分，维持细胞渗透压，维持某些酶的稳定性钾KH2PO4、K2HPO4某些酶的辅因子，维持细胞渗透压，某些嗜盐细菌核糖体的稳定因子铁FeSO4细胞色素及某些酶的组分，某些铁细菌的能源物质，合成叶绿素、白喉毒素所需无机盐及生理功能元素生理功能锌存在于乙醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、醛缩酶、RNA与DNA聚合酶中锰存在于过氧化物歧化酶、柠檬酸合成酶中钼存在于硝酸还原酶、固氮酶、甲酸脱氢酶中硒存在于甘氨酸还原酶、甲酸脱氢酶中钴存在于谷氨酸变位酶中铜存在于细胞色素氧化酶中钨存在于甲酸脱氢酶中镍存在于脲酶中，为氢细菌生长所必需微量元素与生理功能5、生长因子生长因子：那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物微生物生长因子需要量／ml-1III型肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae）胆碱6ug金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）硫胺素0.5ng白喉棒杆菌（Cornebacteriumdiphtherriae）B-丙氨酸1.5ug破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridiumtetani）尿嘧啶0-4ug肠膜状串珠菌（Leuconostocmesenteroides）吡哆醛0.025ug根据生长因子的化学结构和它们在机体中的生理功能的不同，可将生长因子分为维生素、氨基酸与嘌呤及嘧啶三大类6、水生理功能:a、生化反应的介质，细胞中的生理生化反应均在水中进行c、细胞的重要组成成分，维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；f、维持细胞的膨压。d、热的良好导体；水的比热高，能有效地吸收代谢过程中放出的热，并将吸收的热散发出去，避免细胞内温度陡然升高e、营养物质和代谢产物的良好溶剂与运输介质b、参与细胞内一系列化学反应；水的活度是指在一定的温度和压力下，溶液的蒸汽压力和纯水的蒸汽压力之比，即：w=（P溶液）／（P纯水）微生物生长需要的水的活度在0.63～0.99。当环境中的w值低于微生物生长需要时，微生物的生长受阻，甚至停止生长。一般来说，细菌生长需要的w值霉菌盐细菌耐旱真菌第二节微生物的营养类型自然界生物的营养类型包括：异养型：以复杂的有机物作为营养物质，动物属此。自养型：以简单的无机物作为营养物质，植物属此。微生物兼有上面两种类型。微生物的营养类型划分依据营养类型特点碳源自养型（autotrophs）以CO2为唯一或主要碳源异养型（heterotrophs）以有机物为碳源能源光能营养型（phototrophs）以光为能源化能营养型（chemotrophs）以有机物氧化释放的化学能为能源电子供体无机营养型（lithotrophs）以还原性无机物为电子供体有机营养型（organotrophs）以有机物为电子供体根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为：光能无机自养型(photolithoautotrphy)光能有机异养型(photoorganoheterotrphy)化能无机自养型(chemolithoautotrphy)化能有机自养型(chemoorganoheterotrophy)据微生物获取能源、碳源以及供氢体或电子供体的不同，分为四种营养类型：营养类型能源碳源氢或电子供体光能无机自养型光能CO2水或还原态无机物光能有机异养型光能CO2+有机物化能无机自养型化学能CO2还原态无机物化能有机异养型化学能有机物有机物1．光能无机自养型（光能自养型）能以CO2为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如H2、H2S、S或H2O等作为电子供体，使CO2还原为细胞物质；例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。CO2+2H2S光能光合色素[CH2O]+2S+H2OAlgae,CyanobacteriaCO2+H2OLight+Chlorophyll（CH2O）+O2PurpleandgreenbacteriaCO2+2H2SLight+bacteriochlorophyll（CH2O）+H2O+2S光合细菌属此营养类型，能源：光能碳源：CO2①产氧光合作用藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。②不产氧光合作用红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。2．光能有机异养型（光能异养型）以有机物为碳源；以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O不能以CO2为主要或唯一的碳源；这种营养类型的微生物在污水净化中有重要意义，污水中的有机物可以被作为供H体被降解，同时又可还原CO2为菌体有机物，获得菌体蛋白。3．化能无机自养型（化能自养型）生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等无机物作为电子供体使CO2还原成细胞物质。化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全没有有机物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；硝化细菌属硝化菌种，两大群①亚硝化细菌群：将铵盐氧化为亚硝酸。②硝化细菌群：将亚硝酸进一步氧化为硝酸；获取能量后，硝化细菌将CO2合成为有机碳硫化细菌种类：硫化杆菌氧化H2S，获取能量，固定CO2合成有机物H2S+O2→H2O+S+能量铁细菌种类：铁杆菌将Fe2+氧化为Fe3+获得能量来同化CO2。4．化能有机异养型（化能异养型）生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；腐生型:利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体)作为碳源寄生型:寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存.不同营养类型之间的界限并非绝对异养型微生物并非绝对不能利用CO2；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；例如紫色非硫细菌(purplenonsulphurbacteria)：没有有机物时，同化CO2，为自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力营养类型电子供体碳源能源举例光能无机自养型H2、H2S、S或H2OCO2光能着色细菌、蓝细菌、藻类光能有机异养型有机物有机物光能红螺细菌化能无机自养型H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-CO2化学能（无机物氧化）氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌属、硝化杆菌属、甲烷杆菌属、醋酸杆菌属化能有机异养型有机物有机物化学能（有机物氧化）假单胞菌属、芽孢杆菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物微生物的营养类型5．营养缺陷型某些菌株发生突变(自然突变或人工诱变)后，失去合成某种(或某些)对该菌株生长必不可少的物质(常是生长因子如氨基酸、维生素)的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型(auxotroph)，相应的野生型菌株称为原养型(prototroph)。经常用来进行微生物遗传学方面的研究。利用营养缺陷型定量分析各种微生物生长因素的方法称为微生物分析法。缺少合成生长因素能力的微生物称为营养缺陷型微生物。营养缺陷型缺少合成氨基酸能力的微生物称为氨基酸缺陷型；缺少合成维生素能力的微生物称为维生素缺陷型；缺少合成碱基能力的微生物称