微生物的营养

微生物的营养(microbialnutrition)享学课堂微生物的营养营养：微生物从外界环境中摄取对其生命活动必需的能量和物质，以满足正常生长和繁殖需要的一种最基本的生理功能。营养物：具有营养功能的物质。营养物的作用：1、供给微生物合成细胞物质的原料；2、产生微生物在合成反应及生命活动中所需要的能量；3、调节新陈代谢。（一）细胞化学元素组成：整个生物界大体相同，主要是C、H、O、N（占干重90－97%），C占约50%，C/N一般是5:1。主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。一、微生物细胞的化学组成微生物细胞中几种主要元素的含量（干重的％）元素细菌酵母菌真菌碳5049.847.9氢877氮1512.45.2氧2031.140.2磷3——硫1——组成细胞的各类化学元素的比例不是一成不变的，常因微生物种类、培养条件及菌龄的不同而在一定范围内发生变化。（二）细胞的化学成分:上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存在于细胞中1.有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素及其降解产物。2.无机物：(1)参与有机物组成。(2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在。3.水：约占细胞总重70%～90%，游离水和结合水两种形式微生物细胞的化学组成主要成分细菌酵母菌霉菌水分75~8570~8085~90（占细胞湿重的%）蛋白质50~8032~7514~15占细碳水化合物12~2827~637~40胞干脂肪5~202~154~40重的核酸10~206~81%无机盐2~303.8~76~12营养物质及其生理功能营养物质按照它们在微生物体内的生理作用不同，分为六大类即碳素化合物（碳源）、氮素化合物(氮源)、能源、水分、无机盐类和生长因子。1、碳源定义：凡是能满足微生物生长繁殖所需要碳元素的营养物质。功能：构成微生物自身的细胞物质及代谢产物；是异养微生物代谢所需的能量来源。种类:无机碳源：如CO2和碳酸盐等。有机碳源：蛋白质、核酸、糖类、有机酸、醇、脂类、烃类、芳香族化合物等等（各种含碳的有机化合物）。微生物的碳源谱类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机碳C·H·O·N·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等C·H·O·N多数氨基酸、简单蛋白质等一般氨基酸、明胶等C·H·O糖、有机酸、醇、脂类等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等C·H烃类天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等无机碳C(?)——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3等微生物的碳源谱可分为有机碳和无机碳两大类，能利用有机碳源的微生物，都是异养微生物，能以无机碳源作为主要碳源的微生物，则属于自养微生物。对异养微生物而言，其最适碳源是“C.H.O”型，其中糖类最易被利用，其次是有机酸类、醇类和脂类。在糖类中，单糖优于双糖和多糖。在单糖中，已糖优于戊糖，葡萄糖、果糖优于甘露糖、半乳糖；在多糖中，淀粉优于纤维素和几丁质，纯多糖则优于琼脂等杂多糖。微生物工业发酵中用碳源的原料传统种类：糖类（单糖，饴糖）淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物、淀粉等）麸皮各种米糠等代粮发酵：纤维素环保应用：有些有毒的含碳物质如氰化物、酚等能被某些细菌分解与利用，可以利用这类细菌来处理它们。定义：凡是能够提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。功能：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；少数化能自养微生物可利用铵盐、硝酸盐等无机氮源作能源。种类：无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、N2等；有机氮：核酸、蛋白质及其降解产物。2、氮源类型元素水平化合物水平培养基原料水平有机氮N·C·H·O·X复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等尿素、蛋白胨、明胶等无机氮N·HNH3、铵盐等(NH4)2SO4等N·O硝酸盐等KNO3等NN2空气微生物的氮源谱一般来讲，异养微生物对氮源的利用顺序是：“N.C.H.O”或“N.C.H.O.X”“N.H”类“N.O”“N”。实验室常用的氮源碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、胰酪蛋白、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。生产上常用的氮源硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆、麸皮等。不需要利用氨基酸作为氮源，能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸，这种微生物称为氨基酸自养型生物。有些微生物需要从外界吸收现成的氨基酸作为氮源才能生长，这类微生物叫做氨基酸异养型生物，也叫营养缺陷型。3、能源定义：能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。种类：（1）化学物质：有机物——化能异养微生物的能源（同碳源）；无机物——化能自养微生物的能源（不同于碳源），如NH4+，NO2-，S，H2S，H2和Fe2+等，这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌，在自然界物质转换过程中起着重要的作用。（2）辐射能（光能营养型）：光能自养和光能异养微生物的能源。4、生长因子定义：微生物正常生活不可缺且需要量不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有机营养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。主要包括：维生素、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4~C6的分枝脂肪酸，以及氨基酸营养缺陷突变株所需要的氨基酸。作用：主要作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢。维生素转移的对象代谢功能硫胺素(B1)乙醛基焦磷酸硫胺素是脱羧酶、转醛酶、转酮酶的辅基，与a－酮酸的氧化脱羧和酮基转移有关吡哆醇(B6)氨基磷酸吡哆醛是氨基酸消旋酶、转氨酶与脱羧酶的辅基，参与氨基酸的消旋、脱羧和转氨叶酸甲基即辅酶F(四氢叶酸)，参与一碳基的转移，与合成嘌呤、嘧啶、核甘酸、丝氨酸和甲硫氨酸有关维生素B12羧基，甲基钴酰胺辅酶，参与一碳基的转移，与甲硫氨酸和胸苷酸有关维生素的生理功能维生素微生物的种硫胺素(B1)Bacillusanthracis(炭疽芽孢杆菌)核黄素Clostridiumtetani(破伤风杆菌)烟酸Brucellaabortus(流产布鲁氏杆菌)吡哆酸(B6)Lactobacillusspp.(各种乳酸杆菌)生物素Leuconostocmesenteroides(肠膜状明串珠菌)泛酸Proteusmorganii(摩氏变形杆菌)叶酸Leuconostocdextranicum(葡聚糖明串珠菌)钴胺酸(B12)Lactobacillusspp.维生素KBacteroidesmelaninogenicus(产黑素拟杆菌)若干细菌所需要的维生素按照微生物对生长因子的需要与否，可把微生物分成3种类型：1.生长因子自养型微生物：不需要从外界吸收任何生长因子的微生物。包括多数真菌、放线菌和部分细菌。2.生长因子异养型微生物：需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长。如：乳酸菌、支原体和原生动物。3.生长因子过量合成的微生物：少数微生物在其代谢活动中，能合成并大量分泌某些维生素等生长因子。可作为生产维生素的菌种。5、无机盐为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素的物质，多以无机盐的形式供给。大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生长所需浓度在10-3~10-4mol/L）微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生长所需浓度在10-6~10-8mol/L）无机盐的生理功能细胞内一般分子成分（P、S、Ca、Mg、Fe等）一般功能渗透压的维持（Na+等）生理调节物质酶的激活剂（Mg2+等）大量元素pH的稳定无化能自养菌的能源（S、Fe2+、NH4+、NO2-等）机特殊功能盐无氧呼吸时的氢受体（NO3-、SO42-等）酶的激活剂（Cu2+、Mn2+、Zn2+等）微量元素特殊分子结构成分（Co、Mo等）元素人为提供形式生理功能PKH2PO4、K2HPO4核酸、磷酸和辅酶的成分SMgSO4含硫氨基酸、含硫维生素成分KKH2PO4、K2HPO4酶的辅因子、维持电位差和渗透压NaNaCl维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要CaCa(NO3)2、CaCl2胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和真菌孢子形成MgMgSO4固氮酶辅因子、叶绿素成分FeFeSO4Cyt成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素所需MnMnSO4超氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖异构酶等的辅因子CuCuSO4氧化酶、酪氨酸酶的辅因子CoCoSO4VB12复合物的成分、肽酶的辅因子ZnZnSO4碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子Mo(NH4)6Mo7O24固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分无机元素的来源和功能微生物细胞含水约占细胞鲜重的70－90％。功能：细胞中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，才能被吸收或排出体（细胞）外。维持生物大分子稳定的天然构象。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）。6、水水在细胞中有两种存在形式：结合水和游离不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别：几种生物的游离水含量人体：~60%海蛰：~96%微生物孢子营养体霉菌孢子：~39%细菌芽孢：皮层：~70%核心：~40%细菌：~80%酵母：~75%霉菌：~85%异养型生物自养型生物生长所需主要碳源生长过程中的电子供体无机营养型有机营养型生长过程中能量的来源光能营养型化能营养型微生物的营养类型根据微生物生长所需要的主要的营养物质划分。根据碳源、能源及电子供体性质不同分为：１.光能无机自养型２.光能有机异养型３.化能无机自养型４.化能有机异养型最常见的分类营养类型能源氢供体基本碳源实例光能无机营养型光无机物CO2蓝细菌,紫硫细菌,（光能自养型）绿硫细菌,藻类光能有机营养型光有机物CO2及简红螺菌科的细菌（光能异养型）单有机物（紫色无硫细菌）化能无机营养型无机物*无机物CO2硝化细菌,硫化细（化能自养型）菌,铁细菌,氢细菌,硫磺细菌等化能有机营养型有机物有机物有机物绝大多数细菌和（化能异养型）全部真核微生物