環(huán)境細(xì)胞微生物學(xué)第四章ppt課件

1、第四章 微生物生理第二節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)本節(jié)根本實(shí)際知識(shí)1了解微生物的細(xì)胞化學(xué)組成.2掌握微生物的營(yíng)養(yǎng)要素及其功能。營(yíng)養(yǎng)nutrition。微生物從環(huán)境中攝取其生命活動(dòng)所必需的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長(zhǎng)繁衍的一種最根本的生理功能。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(nutrient)：那些可以滿足微生物機(jī)體生長(zhǎng)、繁衍和完成各種生理活動(dòng)所需的物質(zhì)稱為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(nutrient)。 一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成n營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是微生物構(gòu)成菌體細(xì)胞的根本原料，也是獲得能量以及維持其它代謝機(jī)能必需的物質(zhì)根底。微生物吸收何種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)取決于微生物細(xì)胞的化學(xué)組成。微生物細(xì)胞的化學(xué)組成 微生物細(xì)胞水：水：70%-90%干物

2、質(zhì)有機(jī)物90%-97%：蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素等及其降解產(chǎn)物無機(jī)物3%-10%鹽 n不同微生物含水率不同n細(xì)菌：75-85g/100gn酵母菌： 70-85g/100gn霉菌： 85-90g/100gn芽孢： 40g/100g二、微生物的六種營(yíng)養(yǎng)要素n微生物需求的營(yíng)養(yǎng)，從營(yíng)養(yǎng)要素的程度來看，與動(dòng)物包括人和植物都非常類似，它們之間存在著營(yíng)養(yǎng)上的一致性。n六種營(yíng)養(yǎng)要素：n碳源、n氮源、n能源、n生長(zhǎng)因子、n無機(jī)鹽n水。動(dòng)物動(dòng)物（異養(yǎng)）（異養(yǎng)）微生物微生物綠色植物綠色植物（自養(yǎng)）（自養(yǎng)）異養(yǎng)異養(yǎng)自養(yǎng)自養(yǎng)碳源碳源糖類、脂肪糖類、脂肪糖、醇、有機(jī)糖、醇、有機(jī)酸等酸等COCO2 2、碳酸鹽等、碳酸鹽

3、等COCO2 2、碳酸鹽、碳酸鹽氮源氮源蛋白質(zhì)及其降蛋白質(zhì)及其降解物解物蛋白質(zhì)或其降蛋白質(zhì)或其降解物、有機(jī)氮、解物、有機(jī)氮、無機(jī)氮、氮無機(jī)氮、氮無機(jī)氮、氮無機(jī)氮、氮無機(jī)氮化物無機(jī)氮化物能源能源與碳源同與碳源同與碳源同與碳源同氧化無機(jī)物或氧化無機(jī)物或利用日光能利用日光能利用日光能利用日光能生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子維生素維生素部分需要維生部分需要維生素等生長(zhǎng)因子素等生長(zhǎng)因子不需要不需要不需要不需要無機(jī)元素?zé)o機(jī)元素?zé)o機(jī)鹽無機(jī)鹽無機(jī)鹽無機(jī)鹽無機(jī)鹽無機(jī)鹽無機(jī)鹽無機(jī)鹽水分水分水水水水水水水水微生物和動(dòng)物、植物營(yíng)養(yǎng)要素的比較一水分一水分n地球上一切生命系統(tǒng)都是以水為根底的系統(tǒng)。由于水有一系列為生命活動(dòng)所必需的優(yōu)良的

4、理化特性。n水是一種優(yōu)良的溶劑。物質(zhì)運(yùn)輸和生化反響的媒介n水可維持生物大分子構(gòu)造的穩(wěn)定，并參與某些重要的生物化學(xué)反響，有時(shí)，水那么是某些反響的終產(chǎn)物。n水的高比熱、高氣化熱、高沸點(diǎn)和固態(tài)水的密度小于液態(tài)水的特性保證了地球上一切生命活動(dòng)的正常進(jìn)展。微生物所含水分以游離水和結(jié)合水兩種形狀存在，兩者的生理作用不同。結(jié)合水不具有普通水的特性，不能流動(dòng)，不易蒸發(fā)，不凍結(jié)，不能作為溶劑，也不能浸透。微生物細(xì)胞中的結(jié)合態(tài)水約束于原生質(zhì)的膠體系統(tǒng)之中，成為細(xì)胞物質(zhì)的組成成份，是微生物細(xì)胞生活的必要條件。n游離水那么與之相反，具有普通水的特性，能流動(dòng)，容易從細(xì)胞中排出，并能作為溶劑，協(xié)助水溶性物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。微生

5、物細(xì)胞游離態(tài)的水同結(jié)合態(tài)的比例為41。 游離水是細(xì)胞吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和排出代謝產(chǎn)物的溶劑及生化反響的介質(zhì)；一定量的水分又是維持細(xì)胞浸透壓的必要條件。由于水的比熱高又是熱的良導(dǎo)體，能有效地調(diào)理細(xì)胞內(nèi)的溫度。微生物假設(shè)缺乏水分，那么會(huì)影響代謝作用的進(jìn)展。二碳源物質(zhì)二碳源物質(zhì)n碳源物質(zhì)：凡能供應(yīng)微生物碳素營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)稱為碳源。n碳源主要作用：構(gòu)成細(xì)胞的含碳物質(zhì)碳架和供應(yīng)微生物生長(zhǎng)、繁衍及運(yùn)動(dòng)所需的能量。n微生物對(duì)碳素化合物的需求是極為廣泛的，根據(jù)碳素的來源不同，可將碳源物質(zhì)分為無機(jī)碳源物質(zhì)和有機(jī)碳源物質(zhì)。n糖類是較好的碳源，尤其是單糖葡萄糖、果糖、雙糖蔗糖、麥芽糖、乳糖，絕大多數(shù)微生物都能利用。所以我們?cè)?/p>

6、制造培育基時(shí)常參與葡萄糖、蔗糖作為碳源。n簡(jiǎn)單的有機(jī)酸、氨基酸、醇、醛、酚等含碳化合物也能被許多微生物利用。n淀粉、果膠、纖維素等，這些有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)分解代謝提供小分子碳架外，還產(chǎn)生能量供合成代謝需求的能量，所以部分碳源物質(zhì)既是碳源物質(zhì)，同時(shí)又是能源物質(zhì)。n在微生物發(fā)酵工業(yè)中，常根據(jù)不同微生物的需求，利用各種農(nóng)副產(chǎn)品如玉米粉、米糠、麥麩、馬鈴薯、甘薯以及各種野生植物的淀粉，作為微生物消費(fèi)廉價(jià)的碳源。這類碳源往往包含了幾種營(yíng)養(yǎng)要素。微生物的碳源譜微生物的碳源譜類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機(jī)碳C H O N X復(fù)雜蛋白質(zhì)，核酸等牛肉膏、蛋白胨等CH O N多數(shù)氨基酸，簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)等一般氨

7、基酸、明膠等C H O糖、有機(jī)酸、醇、脂類等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等C H烴類天然氣、石油及其不同餾分等C OCO2CO2qX指除C、H、O、N外的任何其他一種或幾種元素三氮源物質(zhì)：凡可以提供應(yīng)微生物含氮三氮源物質(zhì)：凡可以提供應(yīng)微生物含氮物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)物稱為氮源。物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)物稱為氮源。 微生物細(xì)胞中大約含氮微生物細(xì)胞中大約含氮513，它是微生物細(xì)胞蛋白，它是微生物細(xì)胞蛋白質(zhì)和核酸的主要成分。質(zhì)和核酸的主要成分。氮素對(duì)微生物的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要的意義，微生物利用它氮素對(duì)微生物的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要的意義，微生物利用它在細(xì)胞內(nèi)合成氨基酸和堿基，進(jìn)而合成蛋白質(zhì)、核酸等細(xì)在細(xì)胞內(nèi)合成氨基酸和堿基，進(jìn)而合成

8、蛋白質(zhì)、核酸等細(xì)胞成分，以及含氮的代謝產(chǎn)物。胞成分，以及含氮的代謝產(chǎn)物。無機(jī)的氮源物質(zhì)普通不提供能量，只需極少數(shù)的化能自養(yǎng)無機(jī)的氮源物質(zhì)普通不提供能量，只需極少數(shù)的化能自養(yǎng)型細(xì)菌如硝化細(xì)菌可利用銨態(tài)氮和硝態(tài)氮在提供氮源的同型細(xì)菌如硝化細(xì)菌可利用銨態(tài)氮和硝態(tài)氮在提供氮源的同時(shí)，經(jīng)過氧化產(chǎn)生代謝能。時(shí)，經(jīng)過氧化產(chǎn)生代謝能。 根據(jù)微生物對(duì)氮源的需求，可以分為四類：根據(jù)微生物對(duì)氮源的需求，可以分為四類：1.1.固氮微生物固氮微生物: :利用分子氮合本錢身的氨基利用分子氮合本錢身的氨基酸和蛋白質(zhì)，如自生固氮菌、根瘤菌、固酸和蛋白質(zhì)，如自生固氮菌、根瘤菌、固氮藍(lán)細(xì)菌。氮藍(lán)細(xì)菌。2 2利用無機(jī)氮為氮源的微生

9、物利用無機(jī)氮為氮源的微生物 如利用如利用NH3NH3、銨鹽、銨鹽NH4+NH4+、亞硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮NO2-NO2-、硝態(tài)氮硝態(tài)氮NO3-NO3-微生物。亞硝化細(xì)菌，硝微生物。亞硝化細(xì)菌，硝化細(xì)菌，大腸桿菌等化細(xì)菌，大腸桿菌等3 3氨基酸異養(yǎng)微生物：不能水解蛋白質(zhì)，氨基酸異養(yǎng)微生物：不能水解蛋白質(zhì)，不能利用簡(jiǎn)單無機(jī)氮合成蛋白質(zhì)，必需供不能利用簡(jiǎn)單無機(jī)氮合成蛋白質(zhì)，必需供應(yīng)某些現(xiàn)成的氨基酸才干生長(zhǎng)繁衍。乳酸應(yīng)某些現(xiàn)成的氨基酸才干生長(zhǎng)繁衍。乳酸菌，丙酸細(xì)菌菌，丙酸細(xì)菌4.4.有機(jī)氮化合物有機(jī)氮化合物 大多數(shù)寄生性微生物和大多數(shù)寄生性微生物和一部分腐生性微生物需以有機(jī)氮化合物一部分腐生性微生物需以有

10、機(jī)氮化合物蛋白質(zhì)、氨基酸為必需的氮素營(yíng)養(yǎng)。蛋白質(zhì)、氨基酸為必需的氮素營(yíng)養(yǎng)。 在實(shí)驗(yàn)室和發(fā)酵工業(yè)消費(fèi)中，我們經(jīng)常以銨鹽、硝酸鹽、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、魚粉、血粉、蠶蛹粉、豆餅粉、花生餅粉作為微生物的氮源。類型元素水平化合物水平培養(yǎng)基原料水平有機(jī)氮NCHOX 復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、酵母膏等NCHO尿素、一般氨基酸、簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)等尿素、蛋白胨、明膠等無機(jī)氮NH NH3、銨鹽等(NH4)2SO4等NO 硝酸鹽等KNO3NN2空氣qX指除C、H、O、N外的任何其他一種或幾種元素微生物氮源譜微生物氮源譜四無機(jī)元素四無機(jī)元素n微生物細(xì)胞中的礦物元素約占干重的310左右。n無機(jī)鹽生理功能：n它是微生物細(xì)胞

11、構(gòu)造物質(zhì)不可短少的組成成分n許多無機(jī)礦物質(zhì)元素構(gòu)成酶的活性基團(tuán)或酶的激活劑n并具有調(diào)理細(xì)胞的浸透壓，調(diào)理酸堿度和氧化復(fù)原電位等n供應(yīng)自養(yǎng)微生物能源n微量元素所需濃度在10-610-8 mol/L有鉬、鋅、錳、鈷、銅、硼、碘、鎳、溴、釩等，普通在培育基中含有0.1mg/L或更少就可以滿足需求。nFe實(shí)踐上介于大量元素和微量元素之間，故放兩處均可。 微生物需求的無機(jī)礦質(zhì)元素分為大量元素和微量元素：錳多種酶的激活劑是黃嘌呤氧化酶的組分銅多酚氧化酶、乳糖酶及抗壞血酸氧化酶的組分鈷參與維生素B12的組成鋅乙醇脫氫酶和乳酸脫氫酶的活性基，是酶的激活劑鉬、釩促進(jìn)固氮作用鎳對(duì)產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)有特別意義n大量礦質(zhì)

12、元素所需濃度在10-310-4 mol/L是磷、硫、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等。磷、硫的需求量很大，磷是微生物細(xì)胞中許多含磷細(xì)胞成分，如核酸、核蛋白、磷脂、三磷酸腺苷ATP、輔酶的重要元素。硫是細(xì)胞中含硫氨基酸及生物素、硫胺素等輔酶的重要組成成分。鉀、鈉、鎂是細(xì)胞中某些酶的活性基團(tuán)，并具有調(diào)理和控制細(xì)胞質(zhì)的膠體形狀、細(xì)胞質(zhì)膜的通透性和細(xì)胞代謝活動(dòng)的功能。磷磷n在細(xì)胞中對(duì)微生物合成核酸、核蛋白、磷脂、代謝都起著極其重要的作用。n是輔酶、輔酶、輔酶A、各種腺苷磷酸等的組分。n在糖代謝磷酸化過程中其關(guān)鍵性的作用。n腺苷磷酸中的高能磷酸鍵在能量?jī)?chǔ)存和傳送中起重要作用。n磷酸鹽是重要的緩沖劑。n磷酸鹽可促進(jìn)宏

13、大芽孢桿菌的芽孢發(fā)芽和發(fā)育。硫硫n是含硫氨基酸的組成成分n一些酶的活性基含有巰基-SHn硫和硫化物是好氧硫細(xì)菌的能源鎂鎂n酶的活化劑糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氫酶、肽酶、羧化酶n光合細(xì)菌葉綠素和藻類葉綠素的重要組成部分n在細(xì)胞中期穩(wěn)定核糖體、細(xì)胞質(zhì)膜和核酸的作用鐵鐵n鐵是過氧化氫酶、過氧化物酶、細(xì)胞色素、細(xì)胞色素氧化酶等的組分。n鐵是細(xì)胞色素和鐵氧化復(fù)原蛋白的組成，是電子載體。n鐵是鐵細(xì)菌的能源，從氧化鐵的過程中獲得能量。n不同微生物對(duì)鐵的需求量不同。n大腸桿菌2mg/L，n活性污泥2mg/L ，n破傷風(fēng)桿菌、梭狀芽孢桿菌等厭氧菌0.5-0.6 mg/L 。n假設(shè)缺鐵，對(duì)大腸桿菌的影響有兩方面：n

14、影響酶的合成：缺鐵不能合成甲酸脫氫酶不能催化甲酸分解為H2和CO2。分解葡萄糖時(shí)，只產(chǎn)酸不產(chǎn)氣。)n影響細(xì)胞分裂：缺鐵，核物質(zhì)只增長(zhǎng)、延伸而不分裂，整個(gè)細(xì)胞呈絲狀生長(zhǎng)。假設(shè)在污水處置中，大腸桿菌呈絲狀生長(zhǎng)，就會(huì)引起污泥膨脹。鈣n蛋白酶的激活劑，細(xì)菌芽孢的重要組成部分n在細(xì)菌芽孢熱穩(wěn)定性中起關(guān)鍵性作用，與細(xì)胞壁穩(wěn)定性有關(guān)n在活性污泥中，鈣與菌體間的凝聚有關(guān)鉀鉀n許多酶的激活劑n對(duì)磷的傳送、ATP的水解、蘋果酸的脫羧反響器重要作用n與原生質(zhì)的膠體特性和細(xì)胞膜的透性有關(guān)n促進(jìn)糖類代謝大量元素大量元素微量元素微量元素普通功能普通功能特殊功能特殊功能酶的激活劑Cu2+、Mn2+ 、Zn2+等特殊分子構(gòu)呵

15、斥分Co、Mo等細(xì)胞內(nèi)普通分子成分P、S、Ca、Mg、Fe等浸透壓的維持Na+等生理調(diào)理物質(zhì)酶的激活劑 Mg2+等pH的穩(wěn)定化能自養(yǎng)菌的能源S、 Fe2+、NH4+、NO2-)無氧呼吸時(shí)的氫受體NO3- 、SO42-等 無機(jī)鹽的生理功能非常重要無機(jī)鹽的生理功能非常重要( (五五) ) 生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子 生長(zhǎng)因子是微生物維持正常生命活動(dòng)所不可短少的、微量的特殊有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，這些物質(zhì)在微生物本生長(zhǎng)因子是微生物維持正常生命活動(dòng)所不可短少的、微量的特殊有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，這些物質(zhì)在微生物本身不能合成，必需在培育基中參與。身不能合成，必需在培育基中參與。 短少這些生長(zhǎng)因子就會(huì)影響各種酶的活性，新陳代謝就不能正常進(jìn)

16、展。短少這些生長(zhǎng)因子就會(huì)影響各種酶的活性，新陳代謝就不能正常進(jìn)展。 生長(zhǎng)因子是指維生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等特殊有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物。而狹義的生長(zhǎng)因子僅指維生素。這些微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被微生物吸收后，普通不被分解，而是直接參與或調(diào)理代謝反響。 在自然界中自養(yǎng)型細(xì)菌和大多數(shù)腐生細(xì)菌、霉菌都能本人合成許多生長(zhǎng)輔助物質(zhì)，不需求另外供應(yīng)就能正常生長(zhǎng)發(fā)育。各種微生物與生長(zhǎng)因子的關(guān)系可分為以下幾類：各種微生物與生長(zhǎng)因子的關(guān)系可分為以下幾類：n1生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型微生物n多數(shù)真菌、放線菌和不少細(xì)菌都是不需求外界提供生長(zhǎng)因子的生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型微生物。 n2生長(zhǎng)因子異養(yǎng)型微生物n它們需求多種生長(zhǎng)因子，如乳酸細(xì)菌、各種動(dòng)物致病菌、原生動(dòng)物和支原體等。n生長(zhǎng)因子異養(yǎng)型的微生物可用作維生素等生長(zhǎng)因子生物測(cè)定時(shí)的檢驗(yàn)菌n3生長(zhǎng)因子過量合成微生物n有些微生物在其代謝活動(dòng)中，會(huì)分泌出大量的維生素等生長(zhǎng)因子，因此，它們可以作為維生素等的消費(fèi)菌。維生素種類含量生物素0.2mg煙堿酸2.0mgB11.0mg對(duì)氨基苯甲酸1.0mg泛酸0.5mgB65.0mgB122.0mgH20100ml用于培育土壤和水生細(xì)菌的復(fù)合維生素液用于培育土壤和水生細(xì)菌的復(fù)合維生素液六能源：能為微生物提供最初能量來源六能源：能為微生物