微生物的营养物质及类型

第三章微生物的营养和培养基微生物和其他生物一样是有生命的，微生物为了生存就必须不断地从外界环境中吸收所需要的各种营养物质，并从中获得原料和能量，以便合成新的细胞和物质。同时将代谢活动产生的废物排出体外—。新陈代谢本章研究的内容:内容：1.微生物的营养物质2.微生物的营养类型*3.微生物的培养基4.微生物对营养物质的吸收方式第一节微生物的营养物质1.营养：微生物从周围环境中吸收营养物质，并加以利用的过程。微生物维持生生命活动的一种生理过程。2.营养物质(或养料):能够满足微生物生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。①参考细胞组成②构成酶成分③为物质运输和进行生理活动提供能量。营养物质是微生物进行一切生命活动的物质基础，失去后，微生物无法生存。营养和营养物质的关系：相互对立统一。3.微生物吸收营养物质的依据:微生物细胞的化学组成。作用作用一、微生物细胞的化学组成1.从元素上讲微生物细胞化学组成与其他高等动植物细胞一样。大量元素：碳、氢、氧、氮、P和S。细胞组成微量元素：K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等。这些元素组成细胞的有机和无机成分。不同微生物各元素的含量和种类也不同，并随培养条件、菌龄等发生变化。见下表。微生物细胞中几种主要元素的含量（%）元素细菌酵母菌霉菌碳50.449.847.9氮1512.45.24氢6.786.716.70氧30.5231.1840.2磷3------硫1------2.从化合物水平上讲构成微生物细胞的元素存在形式：水分和无机盐、有机化合物（蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸）。微生物细胞组成水干物质无机物（盐）有机物：蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸微生物细胞中几种主要化合物的含量（%）组成细菌酵母菌霉菌水分75～8570～8085～90固形物(占总固形物)蛋白质50～8032～7514～15糖类12～2827～637～40脂类5～202～154～40核酸10～206～86～12无机元素2～303.8～7---二、微生物的营养物质及生理功能微生物和其他生物一样，在生活过程中，不断地从外界吸收营养物质，合成细胞成分和提供代谢所需能量。1.微生物必须吸收充足水分。（水分）2.需要碳源构成细胞有机物碳架，并提供能量（碳源）3.需要合成蛋白质、氨基酸。（氮源）4.需要多种矿物质元素和一些生长因子才能行正常生长发育。（无机盐和生长因子）。微生物在生长过程中需要不断从环境中摄取的营养物质和获得能量，决定了微生物营养的六大要素：水、碳源、氮源、能源、无机盐和生长因子1.水分存在形式:结合水和游离水，占细胞干重的70～90％。作用：1.参与细胞呼吸和光合作用。2.细胞的重要组成。3.细胞内生化反应的良好介质。4.良好的溶剂和介质。5.调节细胞的温度，保持细胞内环境的稳定。特点：（1）微生物种类不同，含水量也不同。（2）同种微生物在不同发育时期和不同的环境中，水分含量也不同。幼龄菌＞衰老型＞休眠体２.碳源：概念微生物生长提供碳素来源的物质种类无机碳化合物CO2和碳酸盐有机碳化合物淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、脂肪、氨基酸、蛋白质、有机酸作用为机体完成整个生理活动和机体生长提供能量常用实验室葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、甘油和一些有机酸。发酵工业饴糖和淀粉3.氮源概念能供给微生物氮素来源。种类简单的无机氮：NH3。复杂的有机氮：蛋白质及其水解产物，胨、肽、氨基酸等。常用培养基：铵盐、硝酸盐、尿素、牛肉膏、蛋白胨、多肽、氨基酸和蛋白质工业发酵：黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆和酵母粉。作用构成微生物细胞物质或代谢产物中氮素成分的营养物质。4.无机盐概念微生物生长、代谢必不可少的一类营养物质。作用①作为酶活性中心的组成部分。如铁→过氧化酶，钙→蛋白酶。②构成微生物细胞的各种组分。磷→核酸③调节并维持细胞的渗透压平衡、pH和控制细胞的氧化还原位。如氯化钠。④作为某些微生物生长的能源物质。如铁→铁细菌能源物质。种类磷酸盐、硫酸盐、氯化物，以及含有钠、钾、钙、镁、铁等金属元素的化合物。5.生长因子指微生物生命活动不可缺少的，本身又不能自行合成，必须从外界供给的微量有机物。概念特点微生物自身不能合成，必须由外源供给。作用①提供微生物细胞重要物质(构成细胞成分。如嘌呤、嘧啶构成核酸)。②参与代谢，维持生命的正常活动，如维生素构成酶的辅基。种类维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶及其衍生物、卟啉及其衍生物、固醇、胺类以及脂肪酸等。第二节微生物的营养类型微生物种类繁多，不同的微生物对营养的需要差异很大，根据微生物生长需要碳源、能源及电子供体性质的不同，将微生物的营养类型分为四种：光能无机自养型、光能有机异养型、化能无机自养型、化能有机异养型。微生物营养类型(1)划分依据营养类型特点碳源自养型以CO2为唯一或主要碳源异养型以有机物为碳源能源光能营养型以光为能源化能营养型以物质氧化释放的化学能为能源（一）按生长所需要的碳源的不同,有两种:1.异养型（有机型）微生物：在生长时需要以现成有机物质（如单糖、双糖、淀粉、纤维素、有机酸）作为碳源。特点：不能在完全无机的环境中生活。2.自养型（无机型）微生物：在生长时利用简单的无机物质（CO2或无机碳酸盐）为营养物质,不需要外界供给有机物。特点:(1)不需要有机养料,可生活在完全无机环境中。(2)将无机碳源转化为细胞的有机物。动物?异养型生物植物、微生物?异养型和自养型多数微生物?异养型，少数微生物?自养型。(二)按生长时能量的来源不同,有两种类型：1.化能营养型生物：依靠物质氧化过程中释放的能量,作为能源来进行生长。利用物：NH3，NO2、H2S、S、H2。2.光能营养型生物：依靠光能进行生长（三）依据微生物代谢所需要的能源和碳源及电子供体性质不同，把微生物分为以下四种类型：1.光能无机营养型(光能自养型微生物)2.光能有机营养型(光能异养型微生物)3.化能无机型(化能自养型微生物)4.化能有机营养(化能异养型微生物)1.光能无机营养型也叫光能自养型微生物，以C02作为唯一或主要碳源，并利用光能，以无机物（如水、硫化氢、硫代硫酸钠）作为供氢体将CO2还原成细胞物质。特点:在微生物细胞中有光合色素,能够利用光能进行光合作用。如光合细菌（绿硫细菌和紫色细菌）光能CO2＋2H2S[CH2O]+2S+H2O不产氧气菌绿素?蓝细菌：光能CO2＋H2O[CH2O]+O2(产氧气)藻类和蓝细菌叶绿素光能自养型微生物：蓝细菌（含叶绿素）、紫色细菌和绿色细菌等（含有光合色素），能使光能转变成化学能（ATP），供机体直接利用。2.光能有机营养型也叫光能异养型微生物，利用光作为能源，以有机物作为碳源和供氢体，将CO2还原成碳水化合物。如红螺菌：利用异丙醇作为供氢体进行光合作用，并积累丙酮。反应式如下：光能2(CH3)2CHOH+CO22CH3COCH3+[CH2O]+H2O光合色素（菌绿素）3.化能无机营养型也称化能自养型微生物，利用氧化无机物（如H2S、FeCO3、NH4+、NO2-等）所产生的能量作为能源，CO2作为碳源，合成自身需要的有机含碳化合物。特点：在产能过程中都需要大量氧气参加。(１)硝化细菌亚硝酸细菌2NH４＋＋2O22HNO2-+4H++能量能CO2+4H+[CH2O]+H2O（2）铁细菌铁细菌2FeCO3+3H20+1/2O22Fe(OH)3+2CO2+能量能量CO2+H2O[CH2O]+O2这类微生物：硫化细菌、硝化细菌与铁细菌、氢细菌4.化能有机营养型或称化能异养型微生物,所需要能量和碳源均来自有机物。包括：全部放线菌、真菌和大部分细菌、病毒。总结：?上述四大营养型微生物是人为划分，存在着中间过渡的和兼性的类型，它们之间无严格界限，也不是不变的。?如红螺细菌、铁细菌和氢细菌等都具有一种以上营养类型，在某一特定条件下可转化。微生物的营养类型（Ⅰ）划分依据营养类型特点碳源自养型以CO2为唯一或主要碳源异养型以有机物为碳源能源光能营养型以光为能源化能营养型以物质氧化释放的化学能为能源电子供体无机营养型以还原性无机物为电子供体有机营养型以有机物为电子供体光能自养型以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长光能异养型以光为能源，但生长需要一定的有机营养物质化能自养型以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物质化能异养型以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质微生物的营养类型（Ⅱ）营养类型电子供体碳源能源代表菌光能无机自养型Ｈ２、Ｈ２ＳＳ或Ｈ２０CO2光能光合细菌（蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌）、藻类光能有机异养型有机物有机物光能红螺菌化能无机自养型Ｈ２、Ｈ２Ｓ、Ｆe2+、ＮＨ３或ＮＯ2-CO２化学能（无机物氧化）氢细菌、硫杆菌、铁细菌亚硝化单胞菌属、硝化细菌化能有机异养型有机物有机物化学能（有机物氧化）细菌(大部分)和所有放线菌、真菌、原生动物本节要点一、营养：微生物从周围环境中吸收营养物质，并加以利用过程。营养物质(或养料):能够满足微生物生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。二、微生物营养的六大要素：水、碳源、氮源、能源、矿物质和生长素。三、根据微生物生长需要碳源、能源及电子供体性质的不同，将微生物的营养类型分为四种：1.光能无机营养型：也叫光能自养型微生物,以C02为唯一或主要碳源,并利用光能,以无机物作为供氢体将CO2还原成细胞物质。2.光能有机营养型：也叫光能异养型微生物，利用光作为能源，以有机物作为碳源和供氢体，将CO2还原成碳水化合物。3.化能无机营养型：也称化能自养型微生物,利用氧化无机物所产生的能量作为能源，CO2作为碳源，合成自身需要的有机含碳化合物。4.化能有机营养型：或称化能异养型微生物,生长所需要能量和碳源均来自有机物。作业：1.什么叫营养和营养物质？2.微生物的生长繁殖需要哪些营养成分？3.什么是光能自养菌、光能异养菌、化能自养菌和化能异营养菌？是如何进行划分的?