第四章真菌的營養(yǎng)及代謝(普通真菌學(xué))【優(yōu)選內(nèi)容】

1、第三章 真菌的營養(yǎng)及代謝,第一部分 真菌的營養(yǎng) 第一節(jié) 消化和吸收 第二節(jié) 碳素營養(yǎng) 第三節(jié) 氮素營養(yǎng) 第四節(jié) 無機(jī)營養(yǎng) 第五節(jié) 維生素和生長因子 第二部分 真菌的代謝 第一節(jié) 氮代謝 第二節(jié) 氨基酸代謝 第三節(jié) 脂代謝 第四節(jié) 次生代謝,1,行業(yè)借鑒#,真菌需要吸收的營養(yǎng)元素有哪些？起什么作用？ 什么是次生代謝？舉例說明真菌的幾種重要的次生代謝，有什么生化作用,2,行業(yè)借鑒#,真菌的營養(yǎng)方式分為腐生性、寄生性,3,行業(yè)借鑒#,真菌需要營養(yǎng)元素：碳、氫、氧、氮、磷、鉀、鎂、硫、硼、錳、銅、鉬、鐵和鋅，可能還需要鈣。 其它營養(yǎng)：硫胺素和生物素，有些真菌需要吡哆醇和肌醇德等。,4,行業(yè)借鑒#,第一

2、節(jié) 消化和吸收,一、消化,5,行業(yè)借鑒#,二、吸收 1、幾種重要的離子是通過主動(dòng)運(yùn)輸被吸收的，包括陽離子和陰離子 2、糖類的吸收主要靠主動(dòng)吸收和簡單擴(kuò)散 3、氨基酸的吸收靠主動(dòng)運(yùn)輸 4、有機(jī)酸的吸收通過主動(dòng)運(yùn)輸（專門載體）和被動(dòng)擴(kuò)散 三、酶誘導(dǎo)和抑制 酶誘導(dǎo)：一些特殊功能的酶不一定在細(xì)胞中總是出現(xiàn)，他們需要一種特殊的營養(yǎng)物質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生，來執(zhí)行它的功能，這種現(xiàn)象叫酶誘導(dǎo)。 分解產(chǎn)物抑制：真菌對(duì)一種營養(yǎng)物質(zhì)的存在抑制了對(duì)另一種物質(zhì)的吸收的現(xiàn)象。如培養(yǎng)基中加葡萄糖抑制對(duì)果糖的吸收。,6,行業(yè)借鑒#,第二節(jié) 碳 源,7,行業(yè)借鑒#,一、碳提供了兩種基本功能： 1、對(duì)細(xì)胞關(guān)鍵組分的合成提供了所需的碳素；

3、2、碳源的氧化過程為真菌基本生命過程提供了能源 二、碳源的存在形式 1、單糖：葡萄糖、果糖、甘露糖等 2、雙糖：麥芽糖、纖維二糖、蔗糖 2、大分子糖類-纖維素、淀粉、木質(zhì)素 3、醇類、乙醇、丙醇、丁醇、多羥醇等 4、脂肪酸和碳?xì)浠衔?5、co2,8,行業(yè)借鑒#,三、真菌對(duì)碳源選擇性： 1、碳源類型的選擇性 糖類醇類、有機(jī)酸類等 ；單糖雙糖和多糖 單糖中，葡萄糖甘露糖半乳糖 雙糖中，麥芽糖，纖維二糖蔗糖 在多糖中，淀粉纖維素或幾丁質(zhì)等純多糖， 純多糖瓊脂等雜多糖和其他聚合物(如木質(zhì)素)。 2、在不同的生活階段利用不同的碳源p52表 4-1,9,行業(yè)借鑒#,3、對(duì)碳源濃度的選擇性 在一定濃度范圍

4、內(nèi)，濃度的增加能刺激生長，但是接近極限濃度時(shí)生長反應(yīng)的變化極小。如p52圖 4-2 4、原因： 營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸需要專門的載體 碳源進(jìn)入細(xì)胞后生化代謝途徑中能量的釋放和各種酶的形成P53 表4-2,10,行業(yè)借鑒#,四、真菌對(duì)其他碳源的吸收,1、大分子糖類 纖維素借助三種纖維素酶 C1纖維素酶，Cx纖維素酶，纖維二糖酶 淀粉淀粉酶 木質(zhì)素核心結(jié)構(gòu)松柏醇、 香豆和芥子醇。 真菌降解木質(zhì)素一般是在 O2 存在條件下， 葡萄糖氧化酶可氧化相應(yīng)底物產(chǎn)生 H2O2。 而在 H2O2存在情況下， 錳依賴過氧化物酶、木質(zhì)素過氧化酶和漆酶這三種酶協(xié)同作用于連結(jié)木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元之間的醚鍵和酯鍵， 木質(zhì)素分解成為單個(gè)

5、的結(jié)構(gòu)單元， 在此基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步催化苯丙烯醇之間的 C C鍵斷成兩分子苯丙烯醇， 最后苯丙烯醇斷鏈降解為小分子化合物， 完成木質(zhì)素的降解。,11,行業(yè)借鑒#,12,行業(yè)借鑒#,13,行業(yè)借鑒#,2、醇類乙醇、丙三醇、多羥醇 3、脂肪酸和其他碳?xì)浠衔?4、CO2 (少數(shù)真菌的主要碳源，如頭孢霉屬和鐮刀菌屬；CO2影響真菌的形態(tài),14,行業(yè)借鑒#,第三節(jié) 氮素營養(yǎng),15,行業(yè)借鑒#,一、功能 合成各種關(guān)鍵的細(xì)胞組分，包括氨基酸、蛋白質(zhì)、嘌呤、核酸、氨基葡萄糖、幾丁質(zhì)以及各種維生素等 二、主要吸收途徑 氮源利用的一般途徑P60 4-5 真菌對(duì)分子氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨、尿素和有機(jī)氮化物的利用，

6、被劃為三類或四類P60表4-6,16,行業(yè)借鑒#,無機(jī)鹽（inorganic salt）(礦質(zhì)元素) 1.概念：微生物除需要碳源和氮源外，還需要P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe、Co、Zn、Mo、Cu、Mn、Ni等元素，這些元素稱為礦質(zhì)元素.其中包括： 1）大量元素： Mg 、P、K、 S、 Ca等。 2）微量元素：Fe、Zn、Cu、Mn等。,第四節(jié) 無機(jī)營養(yǎng),17,行業(yè)借鑒#,2. 功能： 1)構(gòu)成細(xì)胞的組分Mg ，能量； 2)參與并穩(wěn)定真菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)； 3)保持酶的活性(Cu、Mn)，組成酶的組分，能量(Mg、Mn、Fe)； 4)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓（K），pH值，氧化還原電位； 5）某些生物

7、能源等Mg。,18,行業(yè)借鑒#,1.維生素：硫胺素（VB1)、生物素 2.生長因子(growth factor)：是一類對(duì)微生物正常代謝必不可少且不能用簡單的碳源或氮源自行合成的有機(jī)物。它的需要量一般很少。 廣義的生長因子除了維生素外，還包括堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4C6的分枝或直鏈脂肪酸，以及需要量較大的氨基酸； 狹義的生長因子一般僅指維生素。,第五節(jié) 維生素和生長因子,19,行業(yè)借鑒#,20,行業(yè)借鑒#,21,行業(yè)借鑒#,第六節(jié) 培養(yǎng)基（culture medium）,1、選擇適宜的營養(yǎng)物質(zhì) 首先考慮不同微生物營養(yǎng)需要，如： 酵母菌麥芽汁培養(yǎng)基；霉菌一般用馬鈴薯-瓊脂培養(yǎng)基（P

8、DA)，用于培養(yǎng)霉菌的加入蔗糖，用于培養(yǎng)酵母菌的加入葡萄糖食用菌的培養(yǎng)一般適用馬鈴薯-蔗糖-瓊脂培養(yǎng)基 2、營養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適 C：N影響大,（一） 選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法,22,行業(yè)借鑒#,3、pH 霉菌和酵母4.56。 氨基酸、肽、蛋白兩性電解質(zhì)也有緩沖作用。 4、氧還電位（） 好氧生物0.1V以上可以生長，一般0.30.4V適宜厭氧在低于0.1V生長 兼性在0.1V以上好氧呼吸，低于0.1V發(fā)酵 通過控制通氣量或加氧化劑增加，加還原劑降低,23,行業(yè)借鑒#,5、原料來源 廉價(jià)、易得、降低成本 6、滅菌處理 培養(yǎng)基高壓蒸汽1.05kg/cm2，121.31530 不耐熱的如：含G

9、的0.56kg/cm2，112.6 1530 對(duì)糖要求較高的可用過慮除菌或間歇滅菌； 培養(yǎng)基滅菌前后對(duì)pH調(diào)整 泡沫中的空氣層形成隔熱層使菌難殺死，加消泡劑或延長滅菌時(shí)間,24,行業(yè)借鑒#,1.按成分分： 天然培養(yǎng)基（complex medium） LB和麥芽汁培養(yǎng)基等，成本低，實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)使用廣。 合成培養(yǎng)基（synthetic medium） 化學(xué)成分了解，如：高氏號(hào)和查氏培養(yǎng)基，重復(fù)性好、成 本高、微生物在上面生長較慢，適于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行營養(yǎng)需 要、代謝、分類、菌種選育、遺傳分析等,（二） 培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用,25,行業(yè)借鑒#,2.根據(jù)物理狀態(tài)分：固體、半固體、液體 固體培養(yǎng)基（solid

10、medium) 常用的：瓊脂、明膠、硅膠 固體培養(yǎng)基用途：分離、鑒定、活菌計(jì)數(shù)、菌種保藏等 半固體培養(yǎng)基（semisolid medium) 0.20.7瓊脂含量 用于：運(yùn)動(dòng)特征、分類鑒定、噬菌體效價(jià)滴定 液體培養(yǎng)基（liquid medium) 用于：大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵、實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面研究,26,行業(yè)借鑒#,3.按用途分：基礎(chǔ)、加富、鑒別、選擇、分析培養(yǎng)基 基礎(chǔ)培養(yǎng)基（minimum medium) 加富培養(yǎng)基（enrichment medium) 在基礎(chǔ)培養(yǎng)基添加特殊營養(yǎng)物質(zhì)，如：血清、動(dòng)植物組織液、酵母浸膏等。用于培養(yǎng)苛刻的異養(yǎng)微生物及富集分離某種微生物。 鑒別培養(yǎng)基（differ

11、ential medium) 加某種化學(xué)物質(zhì)，發(fā)生特殊化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生特征變化，如：明膠培養(yǎng)基鑒別是否產(chǎn)蛋白酶；H2S用于產(chǎn)H2S菌的鑒別；等 選擇培養(yǎng)基（selective medium) 將某種微生物從混合物中分離出，有利于需要菌生長，抑制不需要的微生物。,27,行業(yè)借鑒#,真菌培養(yǎng)基類型,Gauses Synthetic Agar （高氏合成一號(hào)瓊脂） KNO3 1g Soluble starch（可溶性淀粉） 20g ，K2HPO4 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g NaCl 0.5g FeSO4 0.01g ，Agar （瓊脂） 20g water （水） 1000ml pH

12、7.2-7.4 適用范圍：白黃鏈霉菌等各種鏈霉菌屬真菌 黃豆芽瓊脂培養(yǎng)基 黃豆芽 100克 瓊脂 15克 葡萄糖 20克 水 1000毫升 適用：酵母，曲霉,28,行業(yè)借鑒#,MMN Medium (MMN培養(yǎng)基) CaCl2 0.05g、 MgSO4 0.15g NaCl 0.025g FeCl3 (1%) 1.2ml 、KH2PO4 0.5g 、Vitamib B1 (硫胺素) 100g 、(NH4)2HPO4 0.25g 、Wort (12 Be) 100ml 、Glucose (葡萄糖) 10-15g Citric acid (檸檬酸) 0.2g ；Distilled water (蒸

13、餾水) 900ml pH 5.5 (左右) 適用范圍：蜜環(huán)菌,29,行業(yè)借鑒#,Starch Agar (淀粉瓊脂) Soluble starch (可溶性淀粉) 10g、 NaNO3 1g ；MgCO3 1g 、K2HPO4 0.3g、NaCl 0.5g Agar (瓊脂) 20g、Distilled water (蒸餾水) 1000ml 適用范圍：園弧青霉、少根根霉、日本根霉、爪哇根霉,30,行業(yè)借鑒#,4、食用菌菌種培養(yǎng)基 配方一 馬鈴薯蔗糖-瓊脂培養(yǎng)基 20%馬鈴薯煮汁 1000毫升 蔗糖 20克 瓊脂 18克 使用該培養(yǎng)基對(duì)pH值要求不嚴(yán)格，可以不測定。 配方二 綜合馬鈴薯培養(yǎng)基 2

14、0%馬鈴薯煮汁 1000毫升 ；磷酸二氫鉀 3克 硫酸鎂 1.5克 葡萄糖 20克， 維生素 10毫克 ；瓊脂 18克 。 先配制20%馬鈴薯煮汁，方法同上。在煮汁中加入上述各種組分，加熱溶解后補(bǔ)足水分，調(diào)整pH值到6。分裝，滅菌，備用。 該培養(yǎng)基用于培養(yǎng)和保存靈芝、平菇、香菇等食用菌菌種。,31,行業(yè)借鑒#,第二部分 真菌的代謝,一、碳代謝 （一）糖酵解三個(gè)途徑 (1) EMP途徑（葡萄糖酵解） 真菌主要的途徑 (2) HMP途徑（戊糖磷酸途徑） 少數(shù)真菌的主要途徑，如某些紅酵母 (3) ED途徑 比較少見，只在幾種，真菌中存在，如卡爾黑霉（Caldariomyces fumago），小麥網(wǎng)

15、腥黑粉菌(Tilletia caries）產(chǎn)生能量較少 個(gè)途徑 (1)、EMP途徑 (2)、HMP (3)、ED,32,行業(yè)借鑒#,由表可見，在真菌細(xì)胞中，有的同時(shí)存在多條途徑來降解葡萄糖，有的只有一種。在某一具體條件下，擁有多條途徑的某種微生物究竟經(jīng)何種途徑代謝，對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物影響很大。,33,行業(yè)借鑒#,C6H12O6 2CH3COCOOH 2CH3CHO 2CH3CH2OH,NAD,NADH2,-2CO2,EMP,2ATP,乙醇脫氫酶,酵母菌的乙醇發(fā)酵：,該乙醇發(fā)酵過程只在pH3.54.5以及厭氧的條件下發(fā)生。 啤酒酵母是乙醇發(fā)酵的典型代表，毛霉、根霉、青霉，一些子囊菌，擔(dān)子菌等都能產(chǎn)生乙醇

16、,（二）乙醇發(fā)酵,34,行業(yè)借鑒#,C6H12O6 2CH3COCOOH 2CH3CHO 2CH3CHOOH,NAD,NADH2,-2CO2,EMP,2ATP,乳酸脫氫酶,壺菌綱，卵菌綱的一些好養(yǎng)性真菌和一些在無氧條件下也可生存的真菌,（三）乳酸發(fā)酵,35,行業(yè)借鑒#,（四）有氧呼吸,二、真菌碳化合物的合成（自學(xué)）,36,行業(yè)借鑒#,三、次生代謝產(chǎn)物,（一）什么是次生代謝 微生物在一定的生長期里合成的一些對(duì)微生物本身無明顯作用的物質(zhì)代謝。 （二）次生代謝的特點(diǎn) 產(chǎn)物極端專一 在自身生命機(jī)體中沒有明顯功能 機(jī)體生長受限制時(shí)產(chǎn)生,37,行業(yè)借鑒#,（三）真菌次生代謝的應(yīng)用 1.真菌次生代謝與真菌細(xì)

17、胞分化次生代謝產(chǎn)物已發(fā)展成了各種在自身保衛(wèi)、細(xì)胞分化和生存等方面具明顯作用的 “功能性物質(zhì)” 2.真菌植物相互關(guān)系與次生代謝 一些植物病原真菌侵入寄主植物后， 在特定的環(huán)境和生理?xiàng)l件下， 能脅迫寄主產(chǎn)生在正常情況下不能發(fā)現(xiàn)的小分子的抗菌物質(zhì) “植物保衛(wèi)素”真菌產(chǎn)生的誘導(dǎo)物多是細(xì)胞壁降解物葡聚糖、 糖蛋白、 小肽、 脫乙酰幾丁質(zhì)、 花生四烯酸等不飽和脂肪酸。,38,行業(yè)借鑒#,一些真菌刺激植物的傷口后也可分泌一些十分有用的化學(xué)物質(zhì)， 如某些霉菌刺激白木香樹 傷口， 使其分泌芳香物質(zhì)并積結(jié)為沉香。有的霉菌侵入龍血樹 和安息香樹 后， 可加速血竭和安息香的分泌。 3.真菌昆蟲相互關(guān)系與次生代謝 真菌

18、產(chǎn)生神經(jīng)毒素干擾昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)或促使釋放一些能改變昆蟲行為的物質(zhì)， 使昆蟲出現(xiàn)對(duì)真菌孢子擴(kuò)散有利的行為。如蝗噬蟲霉 引起的蝗蟲 “趨頂” 行為， 冬蟲夏草 、古尼蟲草 和羅伯茨蟲草 等感染的寄主昆蟲在初夏子實(shí)體出土?xí)r頭部向上的極性現(xiàn)象。,39,行業(yè)借鑒#,（四）真菌幾個(gè)重要次生代謝,1、類胡蘿卜素 存在形式：B-胡蘿卜素和酸性類胡蘿卜素 笄霉菌，三孢布拉霉，好食脈孢菌及菌核、青霉等都可產(chǎn)生類胡蘿卜素 2、赤霉素 在真菌中存在赤霉素A1，A2，A4，A7，A9 合成前體是垅牛兒焦磷酸。生物合成仍處于推測階段 3、青霉素 存在形式：6-氨基青霉烷酸（6-APA)為基礎(chǔ)的一組相關(guān)化合物 前體： 6-APA 產(chǎn)黃青霉突變菌株，點(diǎn)青霉、氨芐青霉。,40,行業(yè)借鑒#,4、頭孢霉素 核心結(jié)構(gòu)：7-氨基頭孢霉素烷酸，頂頭孢霉（Cephalosporium acremonium）的次生產(chǎn)物 5、黃曲霉素真菌產(chǎn)生的有毒代謝產(chǎn)物 合成前體：丙二酸單酰輔酶A 黃曲霉（Aspergillus flavus）和寄生曲霉（A. parasticus）產(chǎn)生的目前分離出十二多種，B1毒性最強(qiáng)。 特性：不溶于水，而溶于氯仿、甲醇、苯等有機(jī)溶劑，在紫外光下B1、B2呈藍(lán)色熒光。G1、G2呈黃綠色熒光。,41,行業(yè)借鑒#,42,行業(yè)借鑒#,43,行業(yè)借鑒#,1）