北工大微生物学 第4章课件

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1、微生物在其一生的生命活动过程中,一刻不停的进行着新陈代谢活动.为了保证新陈代谢活动的正常进行,微生物必须从周围环境中吸收各种物质,这些物质称为营养物. 微生物从周围环境中吸收营养物并加以利用的过程,称为营养.,第四章 微生物的营养,第四章 微生物的营养,第一节 微生物细胞的化学组成 第二节 营养物及其功能 第三节 微生物吸收营养的方式 第四节 微生物的营养类型 第五节 微生物的培养基,第一节 微生物细胞的化学组成,（一）化学元素(chemical element): 大量元素(macroelement):碳、氢、氧、氮、 磷、硫、钾、镁、钙、铁（其中前六种占细菌细胞干重的97%）。 微量元素(

2、trace element): 锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍 、硼。,（二）微生物细胞的化学成分及分析,微生物细胞中的各种元素的存在形式：主要以 水、有机物、无机物的形式存在于细胞中 有机物：蛋白质、核酸、维生素及降解产物和中间代谢产物 无机物：细胞中与有机物质结合或单独存在的无机盐 水 微生物细胞的化学组成的影响因素：微生物种类、菌龄、培养条件,（三）元素在细胞内存在形式：,上述元素主要以水、有机物、无机盐的形式存在于细胞中： 1有机物：蛋白质、糖、脂类、核酸、 维生素及其降解产物. 2无机物：1)参与有机物组成， 2)单独存在于细胞质内以无机盐的形式存在. 3、水：约占细胞总重7

3、0%90%，以游离水和结合水两种 形式存在 游离水：干重法可测得； 结合水：不易蒸发、不冻结、也不能渗透, 占水总量的17%28% 。,一般生物能利用的，微生物能利用； 一般生物不能利用的，微生物也能利用； 对一般生物有害的，微生物还能利用。,微生物是杂食性的：,参与微生物细胞的组成 提供微生物机体进行各种生理活动所需的能量 形成微生物代谢产物的来源,功能:,营养物质是微生物新陈代谢和一切生命活动的物质基础，失去这个基础，生命也就停止。,第二节 、营养物质及其生理功能,第二节 、营养物质及其生理功能,碳源 （carbon source） 氮源（nitrogen source） 无机盐（mine

4、ral salts） 生长因子（growth factor） 水（wahtor）,营养物质及其生理功能,微生物与动植物营养要素的比较,一、碳源（Carbon source）,定义：凡可被用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质。,功能：提供合成细胞物质及代谢物的原料; 并为整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。 种类:无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。 有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、 麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、 醇类。有机酸、烃类、芳香族化合物 以及各种含碳的化合物。,微生物的碳源谱,碳源功能,C素构成细胞及代谢产物的骨架 C素是大多数微生物代谢所需的能量来

5、源,碳源种类,无机C源：CO2、碳酸盐，只能被自养微 生物利用 有机C源：各种糖类，其次是有机酸、醇类、 脂类和烃类化合物,二. 氮源（Nitrogen source ）：,凡用来构成微生物细胞物质或代谢产物中氮素来源的营养源。 种类：无机氮：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、尿素、 氨、N2等； 有机氮：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、氨基酸等）、牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等 功能： 1）提供合成细胞中含氮物，如蛋白质、核酸，以及含氮代谢物等的原料。 2）少数细菌可以铵盐、硝酸盐等氮源为能源。,微生物的氮源谱,氮源种类,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

6、微生物能利用 有机态氮：蛋白质及其降解产物 a速效氮源：实验室常用牛肉膏、蛋白 质、酵母膏做氮源 b迟效氮源：生产用玉米浆、豆 饼、葵花饼、花生饼等。,实验室常用的无机氮源有碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。 生产上常用的氮源有硝酸盐、铵盐、尿素、氨以及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼份、玉米浆等。 蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用，这种氮源叫迟效氮源。 无机氮源或以蛋白质降解产物形式存在的有机氮源可以直接被菌体吸收利用，这种氮源叫做速效氮源。 速效氮源，通常有利于机体的生长， 迟效氮源，有利于代谢产物的形成。,三.能源,凡是能够提供

7、微生物生命活动过程中需要的能量来源的物质能源. 异养微生物能源碳源 自养微生物光能自养菌-日光-能源 化能自养菌-氧化无机物-能源,能为微生物的生命活动提供最初能量来源的化学物质或辐射能。,（三）能源(energy source),异养微生物的碳源同时也是能源,四. 无机盐（inorganic salt）,定义：为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素（包括大量元素和微量元素）的物质，多以无机盐的形式共给。 大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe （微生物生长所需浓度在10-310-4mol/L） 微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co （微生物生长所需浓度在10-610-8mol

8、/L）,一般微生物生长所需要的无机盐有：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钠、钾、镁、铁等金属元素的化合物。,无机盐生理功能,构成微生物细胞的组成成分 调解微生物细胞的渗透压， PH值和氧化还原电位。 有些无机盐如S、Fe还可做为自养微生物的能源 。 构成酶活性基的组成成分，维持E活性。Mg、Ca、K是多种E的激活剂。,无机元素的来源和功能,元素人为提供形式生 理 功 能 PKH2PO4、K2HPO4核酸、磷酸和辅酶的成分 SMgSO4 含硫氨基酸、含硫维生素成分 KKH2PO4、K2HPO4酶的辅因子、维持电位差和渗透压 NaNaCl 维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要 CaCa(NO3)2、Ca

9、Cl2胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和 真菌孢子形成 MgMgSO4 固氮酶辅因子、叶绿素成分 FeFeSO4Cyt成分；合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素所需 MnMnSO4超氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖异构酶等的辅因子 CuCuSO4 氧化酶、酪氨酸酶的辅因子 ZnZnSO4 碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子 Mo(NH4)6Mo7O24 固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分,无机盐的生理功能,五. 生长因素（growth factor）,定义:它是一类对微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用简单的碳源或氮源合成，或合成量不足以满足机体生长需要的有

10、机营养物质。不同微生物需求的生长因子的种类和数量不同。,缺乏合成生长因子能力的微生物称为营养缺陷型微生物,主要包括：维生素 氨基酸 碱基,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（是B族中的一种即VH）。,五. 生长因素（growth factor）,氨基酸 有些微生物自己不能合成某种AA，必须给予补充，如赖AA发酵所用的黄色短杆菌不能合成环丝AA，为环丝AA缺陷型菌株，在培养基中必须添加含环丝AA的氮源。如豆饼水解液或毛发水解液等。 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AA，沙门氏菌

11、能合成大部分AA，有的菌合成AA能力极弱，如肠道串珠菌需从外界补充19种AA。,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。,最早发现的生长因子是维生素，目前已经发现许多维生素都能起生长因子的作用。维生素大部分是构成酶的辅基或辅酶，需要量很少，但是缺少维生素微生物不能正常生长。 有些微生物缺乏或丧失合成某种或某些氨基酸的酶，所以不能合成生长所必需的氨基酸，这类微生物被称为“氨基酸缺陷型”。 例如：肠膜明串珠菌（leu

12、conostoc mesenteroides）常常需要由外源供给多种氨基酸才能生长。 另外有些微生物生长还需要其它特殊的成分，例如某些乳酸杆菌生长需要核苷；某些酵母菌和真菌生长需要肌醇；某些肺炎球菌生长需要胆碱等。,根据微生物对生长因子的需要存在差异，可分为：,1. 野生型(wild type) 又称原养型 不需要生长因子而能在基础培养基上生长的菌株 2. 营养缺陷型(auxotroph) 由于自发或诱发突变等原因从野生型菌株产生的需要提供特定生长素物质才能生长的菌株,六. 水（water）,微生物细胞含水约占细胞鲜重的7090，水作用是多方面的。,水活度的表示方法,水活度的表示方法,微生物可

13、利用的水，用水活度来表示（Qw），Qw是指在相同的温度和压力下，溶液中水的蒸气压和纯水的蒸气压的比即an=P溶液/P纯水，微生物生长所需的水活度通常在0.630.99之间，细菌水活度较高为0.8，酵母菌次之，耐旱的微生物水活度为0.6，水中溶质越高水活度越低。,微生物对水的需要程度（水对微生物生长的影响）常用环境（或基质）中的水活度值（water activity, w）表示。所谓w就是水的有效浓度。 定义：水活度为在一定的温度条件下，溶液的蒸汽压（材料上部蒸气相中水浓度）与纯水的蒸汽压（即纯水上部蒸气相中水浓度）之比， 即：w=/ o 表示溶液的蒸汽压 o表示纯水的蒸汽压 在w为0.600.

14、99的环境条件均有微生物生长，但对某种微生物而言，它对w的要求是一定的，微生物对水的需求有相当的变化程度。即微生物不同，其生长的最适w亦不同。,几类微生物生长最适w,为了表示微生物生长与水的关系，有时也常用相对湿度（RH) 的概念（ w 100= RH ）；通常也用测定蒸气相中相对湿度的方法得知溶液或物质的水活度。,水的功能,1.水是细胞中生化反应的良好介质；营养物质和代谢产物都必须溶解在水里，才能被吸收或排出体（细胞）外。 2.参与细胞的一系列化学反应 3.维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然的构象。 4.水的比热高，能有效的吸收代谢过程中放出的热量，不致使细胞的温度骤然上升。 5.水能维

15、持细胞的膨压（控制细胞形态） 6.水合与脱水控制多亚基组成的细胞结构，如酶、微管、鞭毛及病毒颗粒的组装与解离。,第三节微生物吸收营养物质的方式,营养物质的吸收与代谢产物的分泌，涉及到物质的运输、营养物吸收至胞内被利用、代谢物分泌到胞外以免积累，这就是物质运输过程。,第三节微生物吸收营养物质的方式,一.微生物吸收营养的机制: 在营养物质运送方面，细胞壁仅简单地排阻分子量过大(600Da)的溶质进入, 而具有磷脂双分子层和嵌合蛋白分子的细胞膜则是控制营养物质进入和排除的主要屏障。 通透性与吸收是不同概念 一般大分子先水解为小分子，再吸收 脂溶性物质：易透过 离子化合物：弱快强慢（极性）,第三节微生物吸收营养物质的方式,单纯扩散（simple diffusion） 促进扩散（facilitated diffusion） 主动运输(active transport) 基团移位(group translocation),二. 微生物吸收营养的方式,1、单纯扩散(simple diffusion or passive diffusion),特点： 扩散是非特异性的营养物质吸收方式：如营养物质通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散； 在扩散过程中营养物质的结构不发生变化：即既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化；,1、单纯扩散(simple dif