微生物第4章 (2).ppt
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1、第四章 微生物的营养,微生物的特点:,食谱广、胃口大,营养物质:能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生 理活动所需的物质。,营养:微生物获得和利用营养物质的过程。,营养物质是微生物生存的物质基础,而营养是生物维持和 延续其生命形式的一种生理过程。,本章内容:,(微生物们需要吃什么?),第三节 营养物质进入细胞的方式,(微生物们是怎样吃东西的),第二节 培养基,(如何给微生物们做饭),第一节 微生物的营养要求,第一节 微生物的营养要求,一、微生物细胞的化学组成,微生物细胞,水:70%-90%,干物质,有机物 蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物。,无机物(盐),微生物、动物、植物之间存在
2、“营养上的统一性”,细胞化学元素组成:,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。,第一节 微生物的营养要求,二、营养物质及其生理功能,微生物与动植物营养要素的比较,第一节 微生物的营养要求,二、营养物质及其生理功能,一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素(碳骨架)的营养物,称为碳源。,碳源谱,有机碳,无机碳,异养微生物,自养微生物,蛋白质、糖类、有机酸类、醇类和脂类等。,CO2、碳酸盐等。,1.碳源,碳源的功能:构成细胞及代谢产物的骨架;是大多数微生物代谢所需的能量来源。,二、营养物质及其生理功能,1.碳源,第一节 微生物的营养
3、要求,实验室常用的几种碳源: 葡萄糖、蔗糖、乳糖、可溶性淀粉等。 工业上常用的几种碳源: 糖蜜、玉米粉、淀粉、马铃薯等。,第一节 微生物的营养要求,二、营养物质及其生理功能,凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源称为氮源。,2.氮源,氮源功能:为微生物提供合成细胞物质代谢产物的原料,氮源一般不做能源,只有硝化细菌利用铵盐,亚硝酸盐作氮源,同时也作能源。,分子态氮:固氮微生物以分子氮为唯一氮源。 无机态氮:硝酸盐、铵盐几乎所有微生物能利用。 有机态氮:蛋白质及其降解产物 。,迟效氮源和速效氮源,氨基酸自养型微生物和氨基酸异养型微生物,氮源谱,2.氮源,实验室常用的几种有机氮源:,蛋白胨,牛肉浸
4、膏,酵母浸膏,蛋白胨是蛋白类物质的消化产物,可以用酶法或者酸法水解制备。,牛肉浸膏就是牛肉浸液通过离心和过滤除去脂肪和不溶性物质,再经低温浓缩而成。,从酵母细胞中获得的一种类似于蛋白胨的物质,它采用自溶、离心或压滤、浓缩等工艺制成。,第一节 微生物的营养要求,二、营养物质及其生理功能,3.能源,能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能,称为能源。对于各种异养微生物来说,它们的能源就是其碳源。化能自养微生物的能源十分独特,它们都是一些还原态的无机物质,能利用这些能源的微生物都是一些原核生物,包括亚硝酸细菌、硝酸细菌、硫化细菌、氢细菌和铁细菌等。由于化能自养型微生物的存在,使人们扩大了对
5、生物圈的认识,改变了以往认为生物界只是直接或间接利用太阳能的旧观念。,二、营养物质及其生理功能,第一节 微生物的营养要求,4.生长因子,生长因子是一类微生物生长所必需且需求量很少,但微生物自身不能合成或合成量不足的有机物。,狭义的生长因子:维生素 广义的生长因子:维生素、氨基酸、碱基、卟啉及其 衍生物等。,二、营养物质及其生理功能,4.生长因子,维生素:有的微生物自己不能合成维生素,需要外加,主要 是B族维生素、硫胺素、叶酸、泛酸、核黄素等,如 生产味精需加生物素。,碱基:嘧啶和嘌呤是核酸和辅E的重要组分,是许多微生物必 须的生长因素。 有些微生物不仅不能合成嘧啶和嘌呤, 而且不能将补充的嘧啶
6、和嘌呤结合在核苷酸上,还必须 供给核苷酸,有的菌需补充卟啉或其衍生物,还有的菌 需供给(低碳)脂肪酸等。,氨基酸:,各种菌合成AA的能力有很大差别,一般G菌强于G,大肠杆菌自己能合成全部氨基酸,沙门氏菌能合成大部分氨基酸,有的菌合成氨基酸能力极弱,如肠道串珠菌需从外界补充17种氨基酸。,有些微生物自己不能合成某种氨基酸,必须给予补充,如赖氨酸发酵所用的黄色短杆菌不能合成环丝氨酸,为环丝氨酸缺陷型菌株,在培养基中必须添加含环丝氨酸的氮源。如豆饼水解液或毛发水解液等。,4.生长因子,二、营养物质及其生理功能,二、营养物质及其生理功能,4.生长因子,按微生物对生长因子的需要与否,可以将它们分成3种类
7、型:,生长因子自养型微生物,它们不需要从外界吸收任何生长因子,多数真菌、放线菌和不少细菌都属于这类。,生长因子异养型微生物,它们需要从外界吸收多种生长因子才能维持正常生长,如各种乳酸菌、动物致病菌、支原体和原生动物。,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,因此可作为有关维生素的生产菌种。,二、营养物质及其生理功能,5.无机盐,无机盐是微生物生长必需的一类营养物质,生理功能包括:酶活性中心的组成部分、维持大分子和细胞结构的稳定性、调节并维持细胞渗透压平衡等。 凡生长所需浓度在10-310-4mol/L范围内的元素,可称为大量元素,如P、S、K、
8、Mg、Na和Fe等。以无机盐阳离子形式被吸收,配培养基进要加磷酸盐、硫酸盐;凡所需浓度在10-610-8mol/L范围内的元素,可称为微量元素,如Cu、Zn、Mn、Co等,这些微量元素,在微生物培养中有0.1PPM就可以了,配置时不需另加。,二、营养物质及其生理功能,6.水,由于水在微生物代谢活动中的不可缺少性,所以仍把它作为营养要素来考虑。,(1)水是地球上整个生命系统存在和发展的必要条件。,(2)水在生物体内的功能,稳定生物大分子的构象,使之表现出特异的生物活性;作为体内通用的介质,使各类生物化学反应得以顺利进行;用作营养物质或代谢废物的载体,把它们输送到生物体的各有关部位;由于水的热容量
9、大,故可用来调节温度、平衡温度;对体内各运动部位起润滑作用。,3、物理化学条件适宜,水活度,在天然环境中,微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。 一般用在一定的温度和压力条件下,溶液的蒸汽压力与同样条 件下纯水蒸汽压力之比表示,即: w=Pw/Pow 纯水w为1.00,溶液中溶质越多,w越小。,微生物一般在w为0.600.99的条件下生长, w过低时, 微生物生长的迟缓期延长,比生长速率和总生长量减少。 微生物不同,其生长的最适w不同。,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,微生物营养类型(),第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,微生物的营养类型(),第一节 微生物的营
10、养要求,三、微生物的营养类型,1光能无机营养型(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等作为供氢体或电子供体, 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+ H2O,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,2光能有机营养型(光能异养型),不能以CO2为主要或唯一的碳源;,以有机物作为供氢体,利用光能将CO2还原为
11、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 + CO2,H3C,H3C,2,光能,光合色素,2 CH3C0CH3 + CH2O + H2O,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,3化能无机营养型(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,可在完全无机及无光的 环境中生长。 它们广泛分布于土壤及水
12、环境中,参与地球物质循环;,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,4化能有机营养型(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;,第一节 微生物的营养要求,三、微生物的营养类型,4化能有机营养型(化能异养型),腐生型(metatrophy):,可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(paratrophy):,寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离
13、开寄主就不能生存;,在腐生型和寄生型之间还存在中间类型: 兼性腐生型(facultive metatrophy); 兼性寄生型(facultive paratrophy);,三、微生物的营养类型,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(purple nonsulphur bacteria): 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;
14、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,三、微生物的营养类型,第一节 微生物的营养要求,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(通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)。 营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗传学方面的研究。,第二节 培养基,培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础,培养基(
15、medium)是人工配制的,适合微生物生长繁殖或 产生代谢产物的营养基质。,任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素:,碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水,任何培养基一旦配成,必须立即进行灭菌处理,常规高压蒸汽灭菌: 某些成分进行分别灭菌; 过滤除菌;,一、选用和设计培养基的原则和方法,在微生物学研究和生长实践中,配置合适的培养基是一项最基本的要求。,1、选择适宜的营养物质 2、营养物的浓度及配比合适 3、物理、化学条件适宜 4、经济节约 5、精心设计、试验比较,一、选用和设计培养基的原则和方法,1、选择适宜的营养物质,培养不同的微生物必须采用不同的培养条件; 培养目的不同,原料的
16、选择和配比不同;,实验室的常用培养基: 细菌: 牛肉膏蛋白胨培养基(或简称普通肉汤培养基); 放线菌:高氏1号合成培养基培养; 酵母菌:麦芽汁培养基; 霉菌: 查氏合成培养基;,实验室一般培养:普通常用培养基; 遗传研究:成分清楚的合成培养基; 生理、代谢研究:选用相应的培养基配方;,例如枯草芽孢杆菌: 一般培养:肉汤培养基或LB培养基; 自然转化:基础培养基; 观察芽孢:生孢子培养基; 产蛋白酶:以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基;,一、选用和设计培养基的原则和方法,2、营养物质浓度及配比合适,营养物质的浓度适宜; 营养物质之间的配比适宜;,高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能 维持
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