6第4章微生物的营养-11-30.

第4章微生物的营养第一节微生物细胞的化学组成和营养要求第二节微生物的营养类型第三节培养基的配制第四节微生物吸收营养物质的机制目的要求了解微生物细胞的化学组成。掌握微生物营养物质的来源及其功能。掌握微生物营养类型的划分。掌握微生物的膜运输方式。掌握培养基的配制原则和方法，培养基的种类。熟悉各类不同营养类型微生物的实例。营养(Nutrition):微生物主动摄取和利用营养物质的过程称为营养。营养物质（Nutrient):能满足微生物生长、繁殖而进行各种生理活动所需要的物质统称为营养物质。营养物质的功能1.提供能量2.提供原材料；3.调节代谢第一节微生物细胞的化学组成和营养要求一.微生物细胞的元素组成C、H、O、N和各种矿质元素。1．水分(含水量占细胞鲜重)细菌：5%一85%，酵母：70%一85%，丝状真菌：85～90%，细菌芽胞：40%。2．干物质中的元素组成（%）元素BacteriaYeastMoldC5049.847.9N1512.45.2H86.76.7O2031.140.2P3--S1--二.微生物细胞中的有机化合物依作用可分为：1.结构成分：蛋白质、多糖、核酸、类脂；2.贮存物质：多糖、脂类，如淀粉、糖原、脂肪、PHB；3.代谢底物和产物：糖、氨基酸、核苷酸、有机酸、维生素。微生物细胞中主要有机物的含量(%)细菌酵母霉菌蛋白质50～8032～7514～52核酸10～206～81（？）碳水化合物12～2827～637～40类脂5～202～154～40三.微生物营养物质的来源及其功能微生物营养物质：1．水2．碳源3.氮源4．矿质元素5．生长因子1．水是组成成分—保持细胞正常的胶体状态；是代谢反应的介质—营养物质必须先溶于水，才能被吸收进细胞内；是代谢反应的参加者；比热高—可有效地吸收代谢中所放出的热；热的良导体—有利于散热、调节细胞温度。2．碳源碳源：凡可构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物质称为碳源。可根据微生物可利用的碳源形式将微生物分成两大类——1)无机营养型微生物2)化能有机营养型微生物。无机营养型微生物——二氧化碳为唯一碳源。化能有机营养型微生物——必须以有机物为必需碳源：糖类（单糖、寡糖、多糖）、有机酸、醇、脂、烃及芳香化合物。氨基酸既是氮源，又是碳源。常用的碳源物质主要有萄萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、甘油和有机酸。（二氧化碳）发酵工业中常用：饴糖、米粉、玉米粉淀粉、米糠、纤维素。3．氮源氮源：满足微生物生长和代谢中对氮的需求的物质。氮素是蛋白质的基本成分，少数细菌可利用氮源物质获得能量。3种类型1）固氮微生物；2）氨基酸自养型微生物；3）氨基酸异养型微生物。1）固氮微生物可利用分子态氮(N2)为唯一氮源，合成全部含氮有机物。有：自生固氮菌共生固氮菌联合固氮菌2）氨基酸自养型可用无机氮(NH3，NO3-)或尿素为唯一氮源，合成细胞全部含氮有机物，是数量最多的类群。3）氨基酸异养型不能合成某些必需氨基酸，因而必需从环境中吸收这些氨基酸才能进行生长代谢的一类微生物。金黄葡萄球菌——需色氨酸、胱氨酸；乳酸细菌属——需谷氨酸、天门冬氨酸等氨基酸。常用的氮源物质实验室：铵盐、硝酸盐、尿素、蛋白胨、多肽、氨基酸、蛋白质；工业上：鱼粉、豆饼粉、蚕蛹、玉米浆酵母粉作为有机氮源。4．矿质元素1）大量元素——P、K、Ca、Mg、S、Na分别参与细胞结构物质的组成、能量转移、代谢反应、调节胶体状态及细胞透性。2）微量元素—Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Co等多是辅酶和辅基的成分，或是酶的激活剂。5．生长因子除了上述4类营养物质以外，一类虽用量少却能明显促进微生物生长的有机化合物的总称。主要：维生素、氨基酸、核苷类(碱基)。野生型菌株和营养缺陷型菌株野生型菌株（wildtype）：不需要生长因子就能在基础培养基(除了糖类外不含其他有机物)上生长的菌株.营养缺陷型菌株（auxotroph）：野生型菌株由于自发突变或诱发突变等原因而产生的需要特定生长因子才能生长的菌株。第二节微生物的营养类型光能自养型光能异养型化能自养型化能异养型标准通常依据微生物获取能源、碳源、氢、或电子供体方式。ECH光能自养光能CO2H2O/还原态无机物光能异养光能CO2有机物化能自养化学能CO2还原态无机物化能异养化学能有机物有机物1.光能无机营养型photolithotroph又称光能自养型微生物。是一类具有光合色素，利用光能为能源，以水或还原态无机物为供氢体同化二氧化碳的生物。藻类、蓝细菌和光合细菌属于这种类型。满江红鱼腥蓝细菌(Anabaenaazollae)光合作用的种类1）产氧光合作用——叶绿素CO2十H2O[CH2O]十O2↑2）不产氧光合作用——菌绿素CO2十2H2S[CH2O]十H2O＋2SSS2O3-2还原态无机硫化物藻类、蓝细菌叶绿素光合细菌菌绿素2.光能有机营养型(Photoorganotroph)又称光能异养型是一类具有光合色素，利用光能，以简单的有机物为供氢体同化二氧化碳的生物。如紫色非硫细菌中的红螺菌：CH3CO2十2CH3一CHOH[CH2O]十2CH3COCH3十H2O这一类群不能以硫化物为唯一电子供体，需同时供给某些简单的有机物和少量维生素才能生长。在有光、厌氧条件下为光能异养，在黑暗、好氧条件下进行化能异养。光能菌绿素黄褐红螺菌嗜酸红假单胞菌3.化能无机营养型chenolithotroph化能自养型该类微生物氧化无机物获取能量，以CO2为唯一或主要碳源，因能量的限制，生长缓慢，有机物一般对其有毒害作用。1）硝化细菌氧化铵盐或亚硝酸获得能量的一类严格化能自养的微生物类群。分为：亚硝化细菌和硝化细菌群亚硝化细菌群该类微生物可将铵盐氧化为亚硝酸，以获取能量2NH4+十3022NO2-十2H2O＋4H+十148Kcal亚硝化螺菌属、亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属海洋亚硝化球菌Nitrosococcusoceanus硝化细菌群该类微生物可将NO2-进一步氧化为硝酸，以获取能量。NO2-十1/202NO3-十48.1Kcal硝化杆菌属、硝化球菌属、硝化刺菌属维氏硝化杆菌Nitrobacterwinogradskyi2）硫化细菌该类微生物能氧化还原态无机硫化物H2S、S、S2O3-和SO3-等以获取能量的一类微生物。好氧、兼厌氧细菌。多数为专性的化能自养菌:H2S十1/2O2H2O十S十50.lKcalS十3/2O2十H2OH2SO4十149.8Kcal氧化硫硫杆菌Thiobacillusthiooxidans代表类群硫杆菌属、硫小杆菌属、硫微螺菌属。氧化硫硫杆菌因产酸可使环境pH降至2.0以下，因而可从含硫废矿渣中回收铜等有色金属，用于细菌冶金。利用氧化铁硫杆菌进行低品位铜矿冶金3）铁细菌铁细菌可将Fe2+氧化为Fe3+以获取能量:2Fe2+＋1/2O2十2H+2Fe3+＋H2O＋21.2Kcal铁细菌多分布于温泉、池塘、河流等含二价铁较高的水体中，代表类群：铁杆菌属、嘉氏铁细菌属。将水溶性的亚铁氧化成红色高铁沉淀4）氢细菌该类微生物具有氢化酶能氧化氢以获取能量：H2十1/202H2O十56.7Kcal4.化能有机营养型chemoorganotroph化能异养型该类微生物以有机物为能源和碳源。C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋E或C6H12O6发酵不同产物能第三节培养基的配制PreparationofMedium培养基:是一种人工配制的适合不同微生物生长繁殖或合成代谢产物的营养基质.。由于各类微生物所需营养不同，所以培养基的种类也很多。1.配制培养基的原则1)根据微生物的营养需要：营养类型、营养要求2)营养物的浓度和配比3)调节适宜的pH值：微生物要求一定的pH值，微生物的生长会改变培养基的pH值常用的缓冲剂：磷酸缓冲剂（pH6.0～7.6），CaCO34)考虑培养目的2.培养基的种类1）按培养基成分划分1.1天然培养基：天然物质。牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、豆芽汁、马铃薯，营养成分丰富，可满足多种微生物生长的需要。1.2合成培养基：化学纯。NaCl,K2HPO4，成分确定，用来进行精确实验，1.3半合成培养基：天然物质和化学纯2）按培养基的物理状态划分2.1固体培养基：1.5～2.0%的凝固剂，琼脂的特性：无毒，不可利用，良好的凝固温度96℃/45℃，微酸，耐热性强缺点：不抗酸2.2半固体培养基：0.5%琼脂，用来研究细菌的运动性、生理特征等。2.3液体培养基：用来进行各种生理研究，培养大量菌体。3）按其他特殊用途划分3.1加富培养基3.2选择培养基：根据微生物的特殊营养要求或对一些物理化学条件的抗性而设计的培养基以提高分离效果。如添加抗菌素、化学试剂。0.3%牛胆酸钠——抑G+0.01-0.015%重铬酸钾——抑G-30u/ml的链霉素或四环素——抑细菌（不抑真菌）30u/ml的制霉菌素——抑真菌（不抑细菌）3.3鉴别培养基：含有某种代谢产物指示剂的培养基可使从菌落形态上难以区别的不同微生物培养后呈现出显著差别，因而有助于快速鉴别某种微生物。伊红美兰培养基：大肠杆菌发酵乳糖变色小金属产气杆菌发酵乳糖变色大棕色肠道致病菌不发酵乳糖不着色第四节微生物吸收营养物质的机制复杂的有机物小分子有机物细胞（细胞壁细胞膜）胞外酶多为适应酶，主要有：淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、几丁质酶、蛋白酶、核酸酶、脂酶。胞外酶膜磷脂双分子层的障碍1、膜脂对非脂溶性物质的障碍2．紧密排列的脂类双分子层对大分子物质的障碍3．膜对带电荷物质的障碍小分子物质的跨膜运输根据物质运输的特点：1、能量的消耗与否；2、物质运输的方向；3、有无载体蛋白的参与四种方式：1、被动扩散；2、促进扩散；3、主动运输；4、基团转运。被动运输（passivetransport）主动运输（activetransport）被动运输（passivetransport）物质通过扩散运动从细胞膜浓度高的一侧向细胞膜浓度低的一侧扩散，不需要细胞提供能量或不消耗能量的过程，最终使细胞内外物质浓度趋于动态平衡。方式：被动扩散；促进扩散。主动运输（activetransport）方式是在消耗能量的状况下，物质从浓度低的一侧穿过细胞膜向高浓度一侧运输的过程。主动运输是微生物从外界环境中获得营养物质的重要方式。方式：主动运输基团转运1被动扩散（passivediffusion）物质:水分子;非电离分子（如一些气体分子O2、CO2）;小的极性分子（如乙醇和一些氨基酸分子）。条件：浓度差动力：浓度差特点：非特异性、慢速度：1、被运输物质在细胞内外的浓度差；2、被运输物质的性质；3、外部环境因素如pH、离子强度和温度等。2促进扩散（facilitateddiffusion）物质：非脂溶性的分子；带电荷的大分子物质；各种离子。条件：浓度差；有膜运输蛋白的参与。动力：浓度差特点：快速、专一性、饱和性。速度：易受各种影响蛋白质性质的环境因素的影响。促进扩散和被动扩散的动力学比较3主动运输（activetransport）主动运输是消耗能量，逆浓度梯度，并在载体蛋白的作用下，特异性运输物质的一种运输方式。物质：无机离子、有机离子、糖类（乳糖、葡萄糖、麦芽糖和蜜二糖等）能量：ATP的水解、各种质子梯度、光能。类型：ATP动力型（ATP-linkedIonMotivepumps）质子动力型（proton-motiveforce）钠钾泵:是一种ATP酶，通过能量代谢，改变酶的构型，以把Na+排出胞外，把K+运进细胞。徐孝华：p105•同向传递：是通过一个单一载体同时同方向运输两种物质。如大肠杆菌中乳糖的运输即是载体蛋白在H+浓度梯度推动下，H+与乳糖共运输进入胞内。•反向运输：由同一载体