天科微生物各章課件5的營養(yǎng)一

第五章

微生物的營養(yǎng)本章內(nèi)容第一節(jié)，微生物的化學(xué)組成和營養(yǎng)要求第四節(jié)，培養(yǎng)基第三節(jié)，營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式第二節(jié)，微生物的營養(yǎng)類型第一節(jié)微生物細胞的化學(xué)組成和營養(yǎng)要求一、微生物細胞的化學(xué)組成微生物細胞水（70%-90%）干物質(zhì)有機物

無機物（鹽）微生物、動物、植物之間存在“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”蛋白質(zhì)、多糖、脂、核酸、維生素、有機酸等及其降解產(chǎn)物這些化學(xué)元素都來自胞外環(huán)境。微生物細胞利用這些化學(xué)元素物質(zhì)制造其細胞物質(zhì)和組分，并進一步將它們組織成為細胞結(jié)構(gòu)。細胞化學(xué)元素組成：主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵；微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。營養(yǎng)：

微生物在其生長過程中獲取生命活動所需的能量和結(jié)構(gòu)物質(zhì)的生理過程。營養(yǎng)物質(zhì)：

外界環(huán)境可為細胞提供結(jié)構(gòu)組分、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和良好生長環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)。

營養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營養(yǎng)是生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過程。概念區(qū)分：二、微生物的營養(yǎng)要素及其生理功能

碳源，氮源，能源，生長因子，無機鹽，水營養(yǎng)要素的功能：1）構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)組分和代謝產(chǎn)物的原料；2）提供能量；3）調(diào)節(jié)新陳代謝。微生物的6大營養(yǎng)要素：微生物與動植物營養(yǎng)要素的比較1、水功能：（1）營養(yǎng)物質(zhì)或代謝廢物運輸?shù)谋貍湮镔|(zhì)；（2）直接作為反應(yīng)物或產(chǎn)物參與體內(nèi)多種生化反應(yīng)；（3）水還是許多有機物中氫和氧的來源，例如烷烴分解過程；（4）許多酶促反應(yīng)必須在水溶液中才能進行；（5）水分子之間形成的氫鍵使得水成為一種很好的溫度緩沖劑。（6）水是熱的良導(dǎo)體，有利于散熱，不致于因代謝產(chǎn)熱而使細胞局部溫度上升；（7）作為活細胞中含量最高的成分，水對于維持細胞自身形狀以及生物大分子的天然結(jié)構(gòu)起著重要的作用。水在細胞中有兩種存在形式：結(jié)合水和游離水。不同生物及不同細胞結(jié)構(gòu)中游離水的含量比較

游離水的含量可用水活度aw（Wateractivity）表示。水活度：在相同溫度和壓力下，體系中溶液的水的蒸汽壓與純水的水蒸汽壓之比。微生物能在aw=0.63～0.99的條件下生長。特定微生物對aw的要求是一定的。

人體平均60%

海蟄約96%

霉菌孢子約39%幾種生物的孢子皮層約70%游離水含量

細菌芽孢微生物核心極低細菌約80%

營養(yǎng)體酵母約75%

霉菌約85%定義：凡是可以作為微生物細胞結(jié)構(gòu)或代謝產(chǎn)物中碳架來源的營養(yǎng)物質(zhì)功能:構(gòu)成細胞成分（需要量最大的元素，50%）；形成代謝產(chǎn)物和儲藏物；為異養(yǎng)型微生物提供能源。2.碳源（carbonsource）碳源譜：無機碳有機碳C.H.O型C.H.O.N型糖、有機酸、醇、脂類等（葡萄糖、蔗糖、淀粉、糖蜜等）氨基酸、簡單蛋白質(zhì)（氨基酸，明膠等）C.H型烴類（天然氣、石油、石蠟油等）C.H.O.N.X型復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等（牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等）C.O型CO2C.O.X型NaHCO3CaCO3

特點1）根據(jù)微生物利用有機碳或無機碳，可將微生物分為：異養(yǎng)微生物：有機碳自養(yǎng)微生物：無機碳2）碳源譜廣（微生物>>植物>動物）；3）最適碳源：C.H.O型，糖類（異養(yǎng)微生物）糖>有機酸，醇>脂單糖>雙糖>多糖（淀粉>纖維素,木質(zhì)素,幾丁質(zhì)）己糖>戊糖葡萄糖，果糖>甘露糖，半乳糖4）微生物對碳源利用具有選擇性混合存在葡萄糖：首先利用（速效碳源）乳糖：后利用（遲效碳源）5）不同微生物，其碳源譜不同（利用碳源物質(zhì)的能力有差別）洋蔥假單胞菌：90種以上甲烷菌：甲醇和甲烷6）異養(yǎng)微生物：碳源=能源（雙功能營養(yǎng)物）

選擇碳源原則1）根據(jù)微生物的生理機能選擇；

2）考慮經(jīng)濟效益，防止降格使用定義：凡是構(gòu)成微生物細胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮元素來源的營養(yǎng)物質(zhì)

。功能構(gòu)成細胞組分（需要量僅次于碳源，~12%）；構(gòu)成代謝產(chǎn)物；某些自養(yǎng)菌的能源（如硝化細菌：氨和亞硝酸鹽兼氮源和能源）氮源譜無機氮N.H，N.O，N有機氮N.C.H.ON.C.H.O.X尿素、氨基酸、蛋白胨，明膠復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸（牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、魚粉、餅粉、蠶蛹粉、玉米漿等）硫酸胺、硝酸鉀、氨、氮氣3.氮源（nitrogensource）生理酸性鹽:當以（NH4）2SO4為唯一氮源時，NH4＋被利用后，培養(yǎng)基的pH下降，稱為“生理酸性鹽”；生理堿性鹽:當以KNO3為氮源時，NO3－被利用后，培養(yǎng)基的pH上升，稱為“生理堿性鹽”。

利用NH4NO3為氮源，可以避免pH急劇升降，但是，NH4＋的吸收快，NO3—的吸收滯后，所以，培養(yǎng)基pH會先降后升?！鞍被嶙责B(yǎng)型生物”（Aminoacidautotroph）:凡是能將非氨基酸類的簡單氮源（例如尿素、銨鹽、硝酸鹽和氮氣）自行合成生長代謝所需要的一切氨基酸的微生物?！鞍被岙愷B(yǎng)型生物”（Aminoacidheterotroph）:凡需要從外界吸收現(xiàn)成氨基酸作氮源的微生物。

所有的動物和大量異養(yǎng)微生物是氨基酸異養(yǎng)型的，而所有綠色植物和很多微生物是氨基酸自養(yǎng)型的。遲效性氮源:不能直接被菌體利用的氮源。反之則被稱為“速效性氮源”。

氮源一般只提供合成細胞質(zhì)和細胞中其他結(jié)構(gòu)的原料，不作為能源。只有少量細菌，如硝化細菌能利用銨鹽、硝酸鹽作氮源和能源。某些梭菌對糖的利用不活躍，可以利用氨基酸為唯一的能源。宏量元素：P、S、K、Mg、Na、Ca等（10-3~10-4mol/L）；微量元素：Fe、Zn、Mn、Mo、Co、Cu、Ni等（10-6~10-8mol/L）其中：Fe是介于微量元素和宏量元素之間的元素。功能①構(gòu)成細胞的組成成分；②作為酶的活性中心；③維持酶的活性；④調(diào)節(jié)細胞滲透壓，氫離子濃度和氧化還原電位；⑤作為某些自養(yǎng)菌的能源。

4.無機鹽（inorganicsalt）(1)磷：合成核酸、磷脂、一些輔酶（NAD，NADP，CoA等）及高能磷酸化合物的重要原料。一般都以K2HPO4和KH2PO4的形式人為地提供。(2)硫:某些氨基酸（如半胱氨酸和蛋氨酸）、輔酶因子（如輔酶A，生物素，硫辛酸和硫胺素）和谷胱甘肽的組成成分。也是某些自養(yǎng)菌的能源物質(zhì)。微生物從含硫化合物中得到硫。一般人為的提供形式為MgSO4。(3)鎂:一些酶（如己糖激酶，異檸檬酸脫氫酶，羧化酶和固氮酶）的激活劑，是光合細菌菌綠素的組成成分；具有穩(wěn)定核糖體、細胞膜和核酸的作用。缺乏鎂，細胞生長就會停止。微生物可以利用硫酸鎂或其他鎂鹽。(4)鉀：不參加細胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成，但它是許多酶（如果糖激酶）的激活劑，與原生質(zhì)的膠體特性和細胞膜的透性有關(guān)。鉀在胞內(nèi)的濃度比胞外高許多倍。各種無機鉀鹽，尤其是磷酸鉀鹽（磷酸二氫鉀，磷酸氫二鉀）可作為鉀源。(5)鈣：一般不參與微生物的細胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)（除細菌芽孢外），但它是某些酶（如蛋白酶類）的激活劑，還參與細胞膜通透性的調(diào)節(jié)。各種水溶性的鈣鹽，如CaCl2及CaCO3等都是微生物的鈣元素來源。(6)鈉：與細胞滲透壓調(diào)節(jié)有關(guān)。胞內(nèi)濃度低，而胞外濃度高。對嗜鹽菌來說，鈉除了維持細胞的滲透壓外，還與營養(yǎng)物的吸收有關(guān)，如吸收葡萄糖就需要Na＋的幫助。(7)微量元素：與酶活性有關(guān)，或參與酶的組成，或是許多酶的調(diào)節(jié)因子。鐵：過氧化氫酶、過氧化物酶、細胞色素和細胞色素氧化酶的組成元素，也是鐵細菌的能源，鐵含量太低會影響白喉桿菌形成白喉毒素；銅：多酚氧化酶和抗壞血酸氧化酶的成分；鋅：醇脫氫酶、乳酸脫氫酶、肽酶和脫羧酶的輔助因子；鈷：參與維生素B12的組成；鉬：參與固氮酶的組成；錳：超氧化物酶的激活劑。

無機鹽離子的提供方式常量元素：K2HPO4，MgSO4（提供4種主要元素）微量元素：自來水，玻璃器皿定義

微生物生長不可缺少的(自身不能合成或合成量不足以滿足微生物生長需要的)微量有機物質(zhì)稱為生長因子（growthfactor），一般包括維生素、氨基酸及嘌吟、嘧啶等。功能

作為輔酶或輔基參與代謝；核酸和蛋白質(zhì)的成分。5.生長因子（growthfactor）核黃素：梭菌屬，假絲酵母屬等維生素B12：鏈霉菌屬，丙酸桿菌屬，假單胞菌屬輔酶A：短桿菌屬維生素C：葡萄糖酸桿菌屬，歐文氏菌屬，棒桿菌屬維生素D：酵母屬有些微生物能夠合成大量的維生素，可采用工業(yè)發(fā)酵法生產(chǎn)如何提供生長因子？天然培養(yǎng)基半合成培養(yǎng)基酵母膏（19種氨基酸，維生素）玉米漿（20種氨基酸，6種維生素）肝浸汁麥芽汁合成培養(yǎng)基添加配制的維生素復(fù)合液生長因子的微生物學(xué)分析法圖5-1培養(yǎng)基中維生素B12的濃度和需維生素B12微生物生長間的關(guān)系。培養(yǎng)物的光密度和生長量成正比

能源譜：

化學(xué)物質(zhì)：化能營養(yǎng)型

有機物：化能異養(yǎng)微生物（能源=碳源）

無機物：化能自養(yǎng)微生物

還原態(tài)無機物氧化提供能量。（還原態(tài)無機物：NH4+，NO-2，H2S，H2，F(xiàn)e2+）輻射能：光能營養(yǎng)型

光能自養(yǎng)微生物光能異養(yǎng)微生物為微生物生命活動提供最初能量來源的物質(zhì)或輻射能6.能源（energysource）單功能營養(yǎng)物：光（能源）雙功能營養(yǎng)物：葡萄糖(C源，能源)多功能營養(yǎng)物：酵母膏（C源，N源，生長因子等）第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型異養(yǎng)型(heterotrophs):以有機物為碳源自養(yǎng)型(autotrophs):以CO2為唯一或主要碳源生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)(碳源)生物生長過程中能量的來源光能營養(yǎng)型(phototrophs):以光為能源化能營養(yǎng)型(chemotrophs):以有機物氧化釋放的化學(xué)能為能源提供供氫體（電子供體）的不同無機營養(yǎng)型(lithotrophs):以還原性無機物為供氫體有機營養(yǎng)型(organotrophs):以有機物為供氫體根據(jù)微生物所利用碳源、能源的不同，可分為四種基本營養(yǎng)類型：1.光能自養(yǎng)型2.光能異養(yǎng)型3.化能自養(yǎng)型4.化能異養(yǎng)型1．光能自養(yǎng)型（光能無機營養(yǎng)型）

能以CO2為唯一或主要碳源；

通過光合作用獲取生長所需能量；

以無機物（如H2、H2S、S等）作為供氫體，使CO2還原為細胞物質(zhì)；

例如，藻類及藍細菌。同植物一樣，以水為供氫體，進行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細胞物質(zhì)。而紅硫細菌，以H2S為供氫體，產(chǎn)生細胞物質(zhì)，并伴隨硫元素的產(chǎn)生。CO2+2H2A光能光合色素[CH2O]+2A+H2O2．光能異養(yǎng)型（光能有機營養(yǎng)型）

不能以CO2為主要或唯一的碳源；

以有機物為供氫體，通過光能將CO2還原為細胞物質(zhì)；

生長時大多數(shù)需要外源的生長因子。

例如，紅螺菌屬中的一些細菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細胞物質(zhì)，同時積累丙酮。CHOH

+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O光能自養(yǎng)型和光能異養(yǎng)型微生物可利用光能生長，在地球早期生態(tài)環(huán)境的演化過程中起重要作用。目前在高濃度有機廢水的處理中應(yīng)用意義重大。代表菌種主要的氫供體主要碳源生長條件綠硫細菌H2S,H2SO3,H2CO2厭氣,明紅硫細菌H2S,H2SO3,H2,也利用有機物CO2,有機物厭氣,明紅螺菌H2,主要利用有機物CO2,主要是有機物厭氣,明好氣,明好氣,暗表光合菌種類及其特性菌3.化能自養(yǎng)型（化能無機營養(yǎng)型）

生長所需能量來自無機物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能；

以CO2或碳酸鹽為唯一或主要碳源；以H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作供氫體，使CO2還原成細胞物質(zhì)。

化能自養(yǎng)型只存在于微生物中，可在完全無機及無光的環(huán)境中生長。它們廣泛分布于土壤及水環(huán)境中,參與地球物質(zhì)循環(huán)。2NH3＋3O2＋2H2O2HNO2＋4H+＋4OH－＋能量亞硝酸細菌CO2＋4H+[CH2O]＋H2O4.化能異養(yǎng)型（化能有機營養(yǎng)型）

生長所需能量來自有機物氧