微生物营养与代谢

微生物营养微生物摄取和利用营养物质的过程。微生物代谢微生物体内发生化学反应的总和。有了营养微生物才能代谢、生长和繁殖，并为人类提供各种有益代谢产物——起点。了解微生物的营养原理，是研究和利用微生物的必要基础——培养基。第三章微生物营养与代谢第一节微生物营养物质和营养类型第二节微生物营养物质的吸收机制第三节培养基第四节微生物代谢第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能水微生物营养物质碳素化合物氮素化合物矿质元素生长因子第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物(碳源)：碳源：是微生物细胞内碳素物质或代谢产物中的C的来源。占细胞干重的50%。第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物(碳源)：微生物细胞中碳素的功能：（2）大多数微生物的能源物质（1）构成微生物体有机分子的骨架第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物(碳源)：甘薯、玉米粉、麸皮、米糠、野生植物的淀粉、酒糟、造纸厂亚硫酸液无机物（CO2）有机物葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉有机酸、醇类、脂类微生物可以利用的碳源种类——非常广泛第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能1、碳素化合物(碳源)：甲烷氧化菌：甲烷、甲醇根据不同微生物对碳素利用的情况，可以做什么工作？不同的微生物利用碳素的情况洋葱假单胞菌：九十多种碳素化合物纤维素分解菌（部分）：只利用纤维素148种碳源进行鉴定第一节微生物营养物质和营养类型一、微生物营养物质及其功能2、氮素化合物（氮源）氮源：是构成微生物细胞含氮物质或代谢产物中的N素的来源。分子氮N2（固氮菌、根瘤菌、少数放线菌和光合细菌、蓝细菌）无机氮NH4＋、NO3－、NO2－（多数微生物）有机氮蛋白质、牛肉膏、酵母膏（多数微生物）、多肽、氨基酸尿素、玉米浆、饼粕（生产实践）微生物可利用的氮素化合物：氮素化合物的功能：构成细胞物质，少数微生物的能源物质（硝化细菌——氨）。第一节微生物营养物质和营养类型3、矿质元素(无机盐—磷酸盐、硫酸盐、氯化物等)为机体提供了必要的金属元素。一、微生物营养物质及其功能第一节微生物营养物质和营养类型3、矿质元素(无机盐)主要功能：a.构成微生物细胞的多种结构成分b.参与酶的组成，构成酶的最大活性（Mg、Mn、Fe）c.维持细胞结构的稳定性（Ca、Mg）d.维持细胞渗透压平衡，有利于物质的运输(K、Na)e.部分元素可作为少数类型微生物的能源(Fe、S)P、S、Fe、Mg、K、Ca(大量元素)Mn、Cu、Zn、Mo（微量元素）一、微生物营养物质及其功能第一节微生物营养物质和营养类型4、生长因子是指微生物生长必需的但本身不能合成（或合成不足的），需要从外界吸收的且需要量又很小的有机物质。一、微生物营养物质及其功能第一节微生物营养物质和营养类型4、生长因子生长因子功能：构成酶的辅基或辅酶生长因子分类（化学结构、生理作用）：氨基酸核苷(或碱基)维生素一、微生物营养物质及其功能第一节微生物营养物质和营养类型4、生长因子特点：（1）不同的微生物，它们生长所需要的生长因子各不相同克氏杆菌生物素、对氨基苯甲酸肠膜明串珠菌十七种氨基酸一、微生物营养物质及其功能第一节微生物营养物质和营养类型4、生长因子（2）微生物生长需要的生长因子会随着外界条件的变化而变化鲁毛霉：厌氧条件下：需维生素B与生物素好氧条件下：无需生长因子一、微生物营养物质及其功能第一节微生物营养物质和营养类型4、生长因子（3）对生长因子未知微生物的培养酵母膏、牛肉膏或动物、植物的组织液加入天然成分一、微生物营养物质及其功能第一节微生物营养物质和营养类型5、水分微生物水分含量：营养细胞90%，孢子40%。生长、代谢必不可少的物质。一、微生物营养物质及其功能第一节微生物营养物质和营养类型5、水分水分在微生物生长代谢中的功能：a.机体内生理生化反应的基础b.溶剂与运输介质c.细胞体内温度的缓冲剂作用一、微生物营养物质及其功能第一节微生物营养物质和营养类型5、水分水的活度（Aw）（有效性）一定温度和压力条件下，溶液中水的蒸汽压力与同样条件(T、P)下纯水蒸汽压力之比。溶液充分稀释时Aw=Pw/P0w=n1/（n2+n1）(n1为溶剂的摩尔数，n2为溶质摩尔数)定义公式是：Aw=Pw/P0wPw:溶液中水的蒸汽压；P0w:纯水的蒸汽压一、微生物营养物质及其功能第一节微生物营养物质和营养类型5、水分微生物最适水的活度值细菌：0.93~0.99酵母菌：0.88~0.91霉菌：0.80左右正常：0.66~0.99特殊营养条件——氧一、微生物营养物质及其功能适宜aw值范围微生物类群实例最适aw值0.97—0.96革兰氏阴性杆菌假单胞菌属0.97不动杆菌属大肠埃希氏菌0.95—0.91大多数细菌枯草芽孢杆菌梭菌属0.95乳杆菌属0.94链球菌属0.94—0.87酵母菌产朊假丝酵母酿酒酵母0.940.90—0.86革兰氏阴性球菌微球菌属0.90金黄色葡萄球菌0.860.93—0.80霉菌黑根霉黑曲霉0.930.80—0.75嗜盐细菌盐生盐杆菌0.750.65—0.60耐(嗜)高渗酵母菌鲁氏酵母0.62各种微生物最低水的活度值第一节微生物营养物质和营养类型5、水分一、微生物营养物质及其功能从营养的角度分异养型生物自养型生物所需要营养物质有机物无机物生物种类动物植物第一节微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型微生物属于哪类生物，自养还是异养？微生物营养型自养型异养型能源碳源CO2有机化合物光能型化能型光能化学能光能自养型化能自养型光能异养型化能异养型第一节微生物营养物质和营养类型1、光能自养型（光能无机营养型）能够利用光能并以CO2作为唯一或主要碳源进行生长的微生物念珠蓝细菌基本特点：B、供氢体：还原性无机物，还原CO2A、光合色素（叶绿素、细菌叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素）蓝细菌二、微生物的营养类型实例：光叶绿素H2O＋CO2(CH2O)+O2↑（蓝细菌）光菌绿素2H2S+CO2(CH2O)+H2O+2S（绿硫细菌和紫硫细菌）第一节微生物营养物质和营养类型1、光能自养型（光能无机营养型）二、微生物的营养类型第一节微生物营养物质和营养类型2、光能异养型(光能有机营养型）利用光能并以有机化合物作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。紫色非硫细菌基本特点：b.供氢体：有机物，还原CO2或有机物形成细胞物质a.光合色素，光合作用二、微生物的营养类型第一节微生物营养物质和营养类型二、微生物的营养类型2、光能异养型(光能有机营养型）光能异养型微生物在C源利用上的特殊性：以有机质作为主要C源，能利用CO2，但它不是唯一碳源。光能细菌叶绿（红螺菌）CH3CO2+2CHOHCH2O+2CH3COCH3+H2OCH3典型实例：第一节微生物营养物质和营养类型3、化能自养型(化能无机营养型）利用无机化合物氧化时释放的能量作为能源，利用CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长的一类微生物。产甲烷细菌典型实例：硫化细菌、硝化细菌、氢细菌、铁细菌H2S、NO2－、H2、Fe基本特点：a.能源：无机物氧化b.供氢体：无机物，还原CO2二、微生物的营养类型问题水中的紫硫细菌所需的硫化氢从何而来呢?湖底淤泥中的SRBA．腐蚀性点蚀穿孔铁表面的电化学反应电极极化•提问：SRB腐蚀的机理是什么？•FeS消耗Fe2+、吞吃铁表面的氢层•尤其是对油田注水井的套管、埋地管线腐蚀，缩短其寿命，同时腐蚀产生的FeS还会堵塞油井，这些都给油田系统造成了十分巨大的经济损失第一节微生物营养物质和营养类型4、化能异养型（化能有机营养型）以有机化合物为碳源，利用有机化合物氧化过程中产生的能量作为能源而生长的一类微生物。苏云金杆菌基本特点：a.能源：有机物氧化b.碳源：有机物多数二、微生物的营养类型第一节微生物营养物质和营养类型4、化能异养型（化能有机营养型）化能异养型微生物的分类（生活场所、获取养料方式）：③兼性寄生菌：既营寄生又营腐生生活的(结核杆菌)。②寄生菌：只能在活寄主体吸收营养物生活的。①腐生菌：利用无生命的有机物作为营养物质(大多数)。二、微生物的营养类型第一节微生物营养物质和营养类型小结1、微生物营养型划分的依据是什么？碳源能源2、微生物营养划分的相对性同一微生物在不同培养条件下生长时，它们的营养型可能发生变化。微生物提供的环境条件能源利用情况营养型假单胞菌单纯的无机物环境利用氢的氧化获得能量，自养生活将CO2还原成细胞物质提供有机物利用有机物获得能量异养生活红螺菌：光照利用光能作能源光能异养暗处理利用有机物氧化产能异养生活二、微生物的营养类型第二节微生物营养物质的吸收机制一、影响微生物对营养物质吸收的因素1、第一因素：细胞膜细胞膜——选择性透膜（防止外流）细胞荚膜、粘液层以及细胞壁2、第二因素：微生物细胞生活的环境pH值、温度(溶解度、细胞膜的流动性和运输系统的活性)3、第三因素：被吸收物质的特性。分子量、溶解度、非极性、脂溶性第二节微生物营养物质的吸收机制是否消耗能量是否需要载体是否发生被吸收物的化学变化。。。。。。。单纯扩散促进扩散主动运输基团转位根据微生物对物质的吸收过程的特点：一、影响微生物对营养物质吸收的因素第二节微生物营养物质的吸收机制1、单纯扩散（称被动扩散）被吸收物质依靠其在细胞内外的浓度梯度为动力，从浓度高的地区向浓度低的胞内扩散的过程。SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外胞膜胞内SSS最简单、纯物理二、微生物对营养物质的吸收方式第二节微生物营养物质的吸收机制1、单纯扩散（称被动扩散）单纯扩散的特点：SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外胞膜胞内SSSc.不需要能量a.非特异性的b.吸收过程不发生化学变化二、微生物对营养物质的吸收方式第二节微生物营养物质的吸收机制1、单纯扩散（称被动扩散）营养物质单纯扩散能力的影响因素：SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS胞外胞膜胞内SSSa.吸收营养物质的分子大小b.溶解性(脂溶性或水溶性)c.极性大小（膜内外极性表面）d.膜外pHe.温度。水、气体、无机盐、甘油等小分子——不是主要的吸收方式二、微生物对营养物质的吸收方式第二节微生物营养物质的吸收机制SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内2、促进扩散以细胞内外的浓度梯度为动力，在载体物质参与下，物质从浓度高的胞外向浓度低的胞内扩散（真核微生物——糖类物质）。TSTST糖、氨基酸、金属离子等二、微生物对营养物质的吸收方式第二节微生物营养物质的吸收机制SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内2、促进扩散与单纯扩散的相同点：TSTSTc.无需代谢能。a.被动的扩散。b.无化学变化。二、微生物对营养物质的吸收方式第二节微生物营养物质的吸收机制二、微生物对营养物质的吸收方式SSSSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内2、促进扩散促进扩散独有的特点：载体使营养物质的扩散加快，它会影响该营养物质在膜内外建立浓度的动态平衡状态吗？TSTSTa.载体的专一性b.运输速率提高第二节微生物营养物质的吸收机制3、主动运输以代谢能为动力，在载体蛋白的参与下，将物质从胞外向胞内转运。SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内TSTST糖、氨基酸、有机酸、Na+、K+、硫酸根、磷酸根等二、微生物对营养物质的吸收方式第二节微生物营养物质的吸收机制3、主动运输主动运输同促进扩散的共同点：SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内TSTSTa.载体b.载体构型的变化。二、微生物对营养物质的吸收方式第二节微生物营养物质的吸收机制3、主动运输主动运输与促进扩散的不同点：SSSSSSSSSSSSTSSSSSS胞外胞膜胞内TSTSTa.动力——代谢能b.载体构型变化原理——需要能量二、微生物对营养物质的吸收方式第二节微生物营养物质的吸收机制4、基团转位：被吸收物质以微生物的代谢能为动力，通过一个复杂的运输系统从胞外转运到胞内，并发生化学变化（厌氧细菌