《第二章微生物的营养资料教程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章微生物的营养资料教程（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微生物在新陈代谢活动中需要从外界获取能量和营养物质，在体内转化为自身的细胞成分并获得可利用的能量，同时将代谢废物排出体外。 环境中存在的能满足微生物生长、繁殖和进行各种生理活动需要的物质统称为营养物质。 微生物主动摄取和利用营养物质的过程称为营养，营养是微生物生命活动中和外界物质交换过程。,能否作为微生物的营养物质需具备三个条件： 该物质能否借助各种方法通过细胞膜进入细胞； 细胞内是否含有能使该化合物直接组合成原生质的酶或是经化学变化后化合物能否变成适于组成原生质的分子； 物质经过代谢作用后能否产生能量。,第一节 微生物营养物质,一、碳源 二、氮源 三、矿质养料 四、生长因子 五、水份,一、碳
2、源,概念：凡可构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物质称为碳源。微生物利用碳源的情况多种多样。 无机营养型微生物可以二氧化碳为唯一碳源。 化能有机营养型微生物必须以有机物为必需碳源：糖类（单糖、寡糖、多糖）、有机酸、醇、脂、烃及芳香化合物。氨基酸既是氮源，又是碳源。 常用的碳源物质主要有萄萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、甘油和有机酸。 发酵工业中常用：饴糖、米粉、玉米粉、淀粉、米糠、纤维素。,三、矿质养料,大量元素 主要有P、K、Ca、Mg、S、Na。 分别参与细胞结构物质的组成、能量转移、代谢反应、调节胶体状态及细胞透性。,P：核酸、磷脂、ATP、CoA、NAD、NADP、FAD、 TP
3、P（羧化辅酶）和FMN（黄素辅酶）是细胞 中主要含磷化合物，磷酸盐还可调节pH。 S：含S氨基酸、CoA、B1、硫辛酸的组成元素， 包含在蛋白质、辅酶和辅基中，在细胞化学 组成和代谢活性等方面有重要作用。S、H2S 是硫细菌的能源物质。,Mg：参与组成叶绿素、菌绿素等光合色素，是 一些酶的激活剂和调节剂，是核糖体和膜结 构的稳定剂，对某些重金属的毒害作用有一 定拮抗作用。,K： 虽不参与细胞结构，但它是许多酶作用的 激活剂，调控细胞原生质的胶体状态和细 胞膜的透性，细胞内K+浓度远大于胞内。 Na：主要维持细胞的渗透压，在海洋和噬盐微 生物细胞内含有较高浓度的Na+。 Ca：参与调节细胞生理状
4、态，如维持细胞胶体 状态，降低膜的通透性，调节pH，拮抗金 属离子毒性，蛋白酶的激活剂，芽胞的组 分，与抗热性有关。,微量元素 多是辅酶和辅基的成分，或是酶激活剂。 常需添加Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Co等。 一般情况，水及其他成分中作为杂质已含有足够的微量元素，过量加入反而有害。,Fe：细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧 化氢酶、过氧化物酶的活性基成分。 Zn：乙醇和乳酸脱氢酶活性基成分。 Cu：多酚氧化酶的活性中心。 Mo：参与构成固氮酶和硝酸还原酶。 Mn：多种酶的激活剂。 W、Ni：与甲酸脱氢酶、尿酶的活性有关。,四、生长因子,概念：一些用量虽少却能明显促进微生物生长的 有机化合物
5、称生长因子。 主要有维生素、氨基酸、核苷类(碱基)。 不需要生长因子而能在基础培养基(除了糖类外不含其他有机物)上生长的菌株叫野生型菌株； 由自发突变或诱发突变等原因从野生型产生的需要特定生长因子的菌株叫营养缺陷型菌株。,维生素 一般需要浓度：1-50ng/ml 维生素B1（硫胺素）、维生素B2（核黄素）、维生素B3（泛酸）、维生素B5（烟酸）、维生素B6（吡哆素）、维生素B11（叶酸）、维生素B12（钴胺素）、生物素（H）、维生素K、维生素C、硫辛酸。,氨基酸 一般需要浓度：20-50ug/ml 二十种氨基酸 氨基酸自养型生物、氨基酸异养型生物。,核苷类(碱基) 一般需要浓度：200-200
6、0ug/ml 四种核苷类(碱基),五、水份,水是细胞重要组分，保持细胞正常的胶体状态； 是代谢反应的重要介质，营养物质必须先溶于水， 才能被吸收进细胞内； 水的比热高，可有效地吸收代谢中所放出的热； 水又是热的良导体，有利于散热、调节细胞温度。,氧,氧是好氧性微生物不可缺少的营养物质之 一，它参与某些物质代谢中的加氧反应。 氧是物质有氧降解中最终的电子受体，从这个过程中产生能量。 根据微生物对氧的需求有： 专性好氧微生物、专性厌氧微生物、兼性好氧或兼性厌氧微生物、微好氧性微生物等。,专性厌氧微生物不能在有氧环境中生存,专性厌氧微生物体内缺少超氧物歧化酶和过氧化氢酶。在微生物体内氧化还原作用下，
7、氧还原生成超氧基（O2）化合物，H+和过氧化氢（H2O2）这些物质对微生物有毒害作用，但好氧或兼性厌氧微生物体内有超氧物歧化酶和过氧化氢酶，可将这些物质分解，反应过程如下两式： 超氧物歧化酶 2O+2H+ H2O+O2 （1） 过氧化氧酶 2H2O2 2H2O+O2 （2） 某些兼性厌氧菌体内只有超氧物歧化酶，可进行反应（1）。代谢过程中产生的H2O2在氧化其它代谢产物过程中被分解。所以不再产生毒害作用。 不同生物体内超氧物歧化酶与过氧化氢酶的活性不同。,氧可以改变氧化还原电势（Eh），当环境中有氧时，随着氧浓度增加，胞外Eh升高。厌氧微生物要求环境中Eh应低于0.1V，当Eh超过此值时，其正
8、常代谢活动就不能进行，生命将终止。 好氧微生物在氧浓度很高时，体内还原 型烟酰胺核苷酸类物质浓度降低，由此推测在有氧条件下，厌氧微生物体内还原型烟酰胺核苷酸类物该减少，从而影响其代谢过程致使不能生长。,第二节 微生物的营养类型,一、光能无机营养型 二、光能有机营养型 三、化能无机营养型 四、化能有机营养型,尽管对微生物营养类型的划分存在一些不同的意见，但基本上是根据能量来源和合成必要代谢物质的能力来划分的。 根据能源来分根据能源来分 光能营养型 化能营养型 寄生营养型 根据合成必要代谢物质的能力来分 自养型 异养型 低能营养型,光能营养型 主要借光化学反应获得能量，这种营养型可分为两类： 光能
9、无机营养型，依赖外来的无机氢给体而生长。如绿色硫细菌主要以无机硫化物作为供氧体。 光能有机营养型，依赖外来的有机氢给体而生长，如红螺菌属可以从丙酮酸、琥珀酸等有机酸作为供氢体，同时也作为碳源。,化能营养型 完全借暗化学反应获得能量，也分为两类： 化能无机营养型：借氧化外来无机物而生长； 化能有机营养型：借氧化或发酵外来的有机物质而生长。,寄生营养型 由寄主细胞提供能量，根据寄主细胞的不同，可分为三个类型： 细菌营养型，只能在细菌细胞内生长； 植物营养型，只能在植物细胞内生长； 动物营养型，只能在动物细胞内生长。,自养型 能合成所有必要的代谢物质，又分为： 专性自氧型，有还原氧化态有机营养物的能
10、力； 半自类型，需要供给一种或几种还原态的有机营养物才能生长，因为此型不能还原氧化态的有机营养物。,异养型 不能合成所有必需的代谢物质，需要供给一种或几种生长因子或维生素，才能生长。,低能营养型 依靠寄生结构的重组进行繁殖的一些自我复制单位（如噬菌体、病毒等）,1964年，在美国冷泉港召开的讨论会曾建议，把微生物摄取营养的方式加以综合，提出四种方法，即： 光能无机营养型 光能有机营养型 化能无机营养型 化能有机营养型,微生物在营养类型上比高等生物复杂。通常依据微生物获取能源、碳源、氢、或电子供体方式，可以区分为四种营养方式。 营养类型 能源 碳源 氢供体 实例 光能自养 光能 CO2 H2O/
11、还原态无机物 蓝细菌、紫硫细菌等 光能异养 光能 CO2 有机物 红螺菌科的细菌 化能自养 化学能 CO2 还原态无机物 硝化细菌、铁细菌等 化能异养 化学能 有机物 有机物 大多数细菌、全部真菌,上述营养类型划分的意见，都是从一定的角度提出来的，因此在一定意义上讲是正确的，都有其所依据的客观事实，都能说明一些问题。但如果对细菌这一类微生物的全部生活方式进行详尽的分析，那么就会发现营养类型之间的界线并不那么明显。例如深红螺菌既能利用太阳光能，也能利用有机物氧化的能量。又如草酸极毛杆菌靠有机物质氧化反应（蚁酸的氧化）为唯一能源，但又依靠CO2同化作用生活，象这样的微生物是自养型还是异养型？另外还
12、要指出的是随着环境条件的变化，微生物营养类型可以转移，如氢细菌在有机物质存在下，能积极利用有机物质从化能无机自养类型转移到化能有机异养型，没有有机物质存在时，营养型则可以逆转。,光能无机营养型 光能无机营养型又称光能自养型。 是一类具有光合色素，能利用光能并能 以水/还原态无机物作为供氢体同化二氧化碳的生物。 藻类、蓝细菌和光合细菌属于这种类型。 光合色素是一切光合生物特有的色素，主要有叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素，后两者为辅助色素，功能是捕获光能，并在强光下可保护叶绿素。,1. 产氧光合作用,藻类、蓝细菌内含叶绿素，可进行： CO2十H2O CH2O十O2 绿 藻：叶绿素b，类胡萝卜素。 生存
13、条件：光、水、N 红 藻：叶绿素a，藻胆素 无机盐、CO2、pH中 蓝细菌：叶绿素a，类胡萝卜素，藻胆素 性至微碱。,光 能,叶绿素,2. 不产氧光合作用,光合细菌：细胞内含有与叶绿素类似的菌绿素，但不能进行以H2O为供氧体的非环式光合磷酸化作用，不产O2，光合细菌以还原态无机硫化物(如H2S、S或S2O3-2等)作为电子供体来同化CO2，在细胞内或外积累元素硫: CO2十2H2S CH2O十H2O2S 紫色细菌：只含菌绿素a或菌绿素b 绿色细菌：含菌绿素c、d、e和菌绿素a（次要） 生存条件：光、厌养、水、二氧化碳、H2/硫化合物，在次表层水域，表层水有蓝细菌、藻类。,光 能,菌 绿 素,二
14、、光能有机营养型,该类型不能以无机物作为供氢体，需要简单的有机物为供氢体来同化CO2，如紫色非硫细菌中的红螺菌： CH3 CO2十2CH3一CHOH CH2O十2CH3COCH3十H2O 这一类群不能以硫化物为唯一电子供体，需同时供给某些简单的有机物和少量维生素才能生长。在有光、厌养条件下为光能异养，在黑暗、好养条件下进行化能异养。,光 能,菌 绿 素,三、化能无机营养型 1. 硝化细菌 2. 硫化细菌 3. 铁细菌 4. 氢细菌,该类微生物氧化无机物获取能量，以CO2为唯一或主要碳源，因能量的限制，生长缓慢，有机物一般对其有毒害作用。,1.硝化细菌,亚硝化细菌群（亚硝化螺菌属、亚硝化单胞菌属
15、、亚硝化球菌属）：该类微生物可将铵盐氧化为亚硝酸，以获取能量: 2NH4+十302 2NO2-十2H2O4H+ 十 148Kcal 硝化细菌群：硝化杆菌属、硝化球菌属、硝化刺菌属，该类微生物可将NO2-进一步氧化为硝酸，以获取能量: NO2-十1/202 NO3-十 48.1 Kcal,2.硫化细菌,该类微生物能氧化还原态无机硫化物H2S、S、S2O3-和SO3-等以获取能量，好氧、兼厌养细菌，多数为化能自养菌: H2S十1/2O2 H2O十S十50.l Kcal S十3/2O2十H2O H2SO4十149.8 Kcal 代表类群：硫杆菌属、硫小杆菌属、硫微螺菌属 氧化硫硫杆菌因产酸可使环境p
16、H降至2.0以下，因而可从含硫废矿渣中回收铜等有色金属，用于细菌冶金。,3.铁细菌,铁细菌可将Fe2+氧化为Fe3+以获取能量: 2Fe2+1/2O2十2H+ 2Fe3+H2O21.2 Kcal 铁细菌多分布于温泉、池塘、河流等含二价铁较高的水体中， 代表类群：铁杆菌属、嘉氏铁细菌属。 4.氢细菌 该类微生物具有氢化酶能氧化氢以获取能量： H2十1/2 02 H2O十56.7 Kcal,四、化能有机营养型,该类微生物以有机物为能源和碳源，种类最多，作用最强。 绝大多数细菌、全部真菌和原生动物属本类型。 不同类群需要的碳源、氮源、矿质元素和生长因子表现出极大差异。 C6H12O66O2 6CO26H2OE 或C6H12O6 发酵不同
