基础微生物学课件23.ppt

第五章 微生物的营养,营养物质：微生物为了生存就必须从环境中吸取各种物质以合成细胞物质、提供能量以及在新陈代谢中起调节作用。这些物质就称为营养物质。 营养的概念：有机体吸取和利用营养物质的过程。,第一节 微生物的营养要求 第二节 微生物的营养类型 第三节 营养物质的跨膜运输 第四节 培养基,Microbial Nutrition,第一节 微生物的营养要求,一、微生物细胞的化学组成 二、营养物质及其生理功能 三、微生物的营养类型,Nutritional Requirements of Microbial Cells,一、 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(trace element): 锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍 、硼。,表41 微生物细胞中几种主要元素的含量（干重）,The Major Elements,At an elementary level, the nutritional requirements of a bacterium such as E. coli are revealed by the cells elemental composition, which consists of C, H, O, N, S. P, K, Mg, Fe, Ca, Mn, and traces of Zn, Co, Cu, and Mo. These elements are found in the form of water, inorganic ions, small molecules, and macromolecules which serve either a structural or functional role in the cells. The general physiological functions of the elements are outlined in the Table below.,Trace Elements,Trace Elements Trace elements are metal ions required by certain cells in such small amounts that it is difficult to detect (measure) them, and it is not necessary to add them to culture media as nutrients. Trace elements are required in such small amounts that they are present as “contaminants“ of the water or other media components. As metal ions, the trace elements usually act as cofactors for essential enzymatic reactions in the cell. One organisms trace element may be anothers required element and vice-versa, but the usual cations that qualify as trace elements in bacterial nutrition are Mn, Co, Zn, Cu, and Mo.,（二）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70%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% 。,（三）微生物细胞化学组成含量的变化,表42 微生物细胞的化学组成,此组成可因菌种的种类、菌龄、培养基组成、培养条件、分析方法等而有所不同。,分析细胞有机、无机成分的方式,有机成分： 1. 化学法直接抽提-定性、定量分析 2. 破碎细胞，获得亚细胞结构-化学分析 无机成分： 细胞-550-灰分-定性、定量分析,二、营养物质及其生理功能,碳源 氮源 无机盐 生长因子 水,（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 以及各种含氮的化合物。,表4-4 微生物的碳源谱,微生物工业发酵中用做碳源的原料,传统种类：糖类（单糖，饴糖） 淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物 淀粉等） 麸皮 各种米糠等 代粮发酵：纤维素、石油、CO2、H2,可以用作洋葱假单胞菌唯一碳源的化合物有: 碳水化合物及其衍生物：19种 脂肪酸：11种 二羧酸：9种 其它有机酸：12种 伯醇：3种 氨基酸：12种 其它氮化合物：13种 无氮环状化合物：9种,微生物不同，利用上述含碳化合物的能力不同，如假单胞菌属中的某些种可以利用90种以上的不同类型的碳源物质；而某些甲基营养型细菌只能利用甲醇或甲烷等一碳化合物进行生长。,凡用来构成菌体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。,（二）氮源（Nitrogen source ）：,表 45 微生物的氮源谱,硝酸盐NO3 NH4+,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。,铵 盐 氨基酸 入胞 细胞物质 蛋白胨,豆 饼 蚕蛹粉,分解 入胞 细胞物质,诱导酶,诱导酶,生理酸式盐和生理碱式盐,（三）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/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。,无机盐的生理功能：,无机元素的来源和功能,（四）生长因子（growth factor）：,定义: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。,categories: Growth factors are organized into three categories:,1. purines and pyrimidines: required for synthesis of nucleic acids (DNA and RNA) 2. amino acids: required for the synthesis of proteins 3. vitamins: needed as coenzymes and functional groups of certain enzymes,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（leuconostoc 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) 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,水的生理功能： P80 1. 2. 3. 4. 5. 6.,（五）水（water）,水在细胞中有两种存在形式： 结合水和游离水. 不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别：,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（