微生物理论课件第4章 微生物的营养

wugenfu,第四章微生物营养MicrobialNutrition,wugenfu,微生物与其他生物一样，必须从外界环境中摄取所需的各种物质才能进行新陈代谢。,那些能够满足机体生长，繁殖和完成各种生理活动所需要的物质称为微生物的营养物质。微生物获得与利用营养物质的过程通常称为营养。,wugenfu,营养物质的功能,营养物质是微生物进行生命活动的物质基础，它的主要作用有：(1)参与微生物细胞组分和代谢产物的组成(2)提供各种生命活动所需的能量(3)构成酶的活性成分在新陈代谢中起调节作用由于微生物的种类繁多，对营养的需要也多种多样，搞清它对生产实践具有重要的意义。,wugenfu,第一节微生物细胞的化学组成,分析微生物的化学组成是了解微生物营养需要的基础,1,wugenfu,第二节微生物的营养物质及其生理功能,1.碳源（Carbonsource）2.氮源（Nitrogensource)3.能源（Energysource)4.生长因子（Growthfactor)5.无机盐（Inorganicsalt)6.水(Water),wugenfu,一、碳源物质,凡可被微生物用来构成细胞组分或代谢产物中碳素来源的营养物质统称为碳源物质。其主要作用有二：（1）构成细胞组分或代谢产物的碳架（2）供给微生物生长发育所需的能量不同微生物对C源的需求不同,wugenfu,微生物可利用的碳源,糖类：葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，乳糖，甘露糖，纤维素，半纤维素，甲壳素，木质素等有机酸：乳酸，柠檬酸，延胡索酸，脂肪酸，氨基酸醇类：乙醇脂类：脂肪，磷脂烃类：天然气，石油，石蜡油CO2及碳酸盐其他：芳香族化合物，氰化物，核酸等,wugenfu,二、氮源物质,凡可被微生物用来构成菌体组分中或代谢成分中氮素来源的营养物质统称为N源物质。主要作用为合成细胞中含氮物质，一般不作能源用（少数自养细菌例外）无机氮源：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐等有机氮源：蛋白胨、酵母膏、玉米浆、鱼粉、黄豆饼、花生饼气态氮源：大气N2,wugenfu,不同微生物对氮源的需求不同：固氮微生物:氮气化能自养菌:铵盐、亚硝盐异养菌:无机氮和有机氮无机氮的利用速度比较快，称为速效氮。而豆饼粉必须降解成氨基酸或短肽才能被利用称为迟效氮。速效氮利于生长，迟效氮利于代谢产物形成。,wugenfu,微生物的生长因子,广义：指微生物在生命活动过程中必须从外界环境中摄取的，对其正常代谢必不可少的某些微量有机化合物。如维生素、氨基酸和碱基。狭义：仅指维生素，其主要的生理功能是作为酶的组成成分1).生长因子自养型微生物（auxoautotrophs)2).生长因子异养型微生物（auxoheterotrophs)3).生长因子过量合成微生物4).营养缺陷型微生物（nutritionaldeficiency),wugenfu,主要作用：（1）构成细胞的结构成分。如P、S。（2）某些生理活性物质（如酶）的组成成分。如Cu、Zn、Mg等（3）参与细胞渗透压，氢离子浓度，氧化还原电位的调节。（4）作为某些微生物的能源（如S）,四、矿质元素,wugenfu,wugenfu,五、水,（1）是微生物细胞的重要组成成分，使原生质保持溶胶状态，保证代谢正常进行。水占活细胞总量的90%左右（2）机体内的一系列生理生化反应都离不开水（3）营养物质的吸收和代谢产物的分泌都是通过水来进行的（4）能有效地控制细胞内温度的变化（5）是物质代谢的原料,wugenfu,第三节微生物的营养类型,微生物的营养类型多种多样一、自养与异养（按碳源分）自养型生物：能以简单的无机物生长异养型生物：生长时需要复杂的有机物二、光能营养与化能营养（按能源分）光能营养型：利用光能进行生长：光能化学能化能营养型：利用有机或无机物氧化过程中放出的能量三、无机营养型与有机营养型（按供氢体分）无机营养型：供氢体为无机物有机营养型：供氢体为有机物,wugenfu,根据所需碳源（供氢体）和能源的不同，微生物可分为：1.化能异养（化能有机营养型）微生物2.化能自养（化能无机营养型）微生物3.光能自养（光能无机营养型）微生物4.光能异养（光能有机营养型）微生物,wugenfu,化能异养型微生物,碳源有机物能源有机物可分为：寄生型微生物寄生于活的生物体腐生型微生物以死亡的生物有机体为营养原料自然界中绝大部分的微生物为化能有机营养型微生物,wugenfu,化能自养型微生物,碳源CO2能源来自氧化某种还原态无机物例：2NH3+2O22HNO2+4H+能量CO2+4H+(CH2O)+H2O,wugenfu,光能自养型微生物,碳源CO2为唯一或主要碳源能源光能供氢体水、H2S、Na2S2O3和其他无机物例：CO2+H2OCH2O+O22CO2+H2S+2H2O2CH2O+H2SO4CO2+2H2SCH2O+H2O+2S藻类和蓝细菌,wugenfu,光能异养型微生物,碳源CO2能源光供氢体有机物例：红螺菌属Rhodospirillum,(CH2O)+2CH3COCH3+H2O,CO2+2CH3CHOHCH3,wugenfu,微生物的营养类型1,wugenfu,微生物的营养类型2,wugenfu,第四节培养基,培养基：是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质,wugenfu,培养基的配制原则,（一）、配制培养基的原则1、根据不同微生物的营养需求配制不同的培养基2、注意各种营养物质的浓度和配比（如C/N）3、调节适宜的物理化学条件（pH，氧化还原电位redoxpotential等）4、根据培养的目的来配制,wugenfu,碳氮比（C/N）：指碳原子的摩尔数/氮原子的摩尔数，而不是碳源重量/氮源重量，如NH3中N占82%，培养微生物时C/N比要合适如谷氨酸发酵生产：C/N=4时菌体大量繁殖，Glu积累少；C/N=3时菌体繁殖受抑，Glu大量积累。,营养物质浓度及配比合适（C/N）,wugenfu,控制pH条件,细菌:pH7.0-8.0放线菌：pH7-8.5酵母菌:pH3.8-6.0霉菌：pH4.0-6.0,wugenfu,维持培养基pH的方法,使用磷酸缓冲剂：K2HPO4/Na2HPO4:KH2PO4/NaH2PO4采用“备用碱”CaCO3、CaHCO3采用弱酸盐：柠檬酸盐、乳酸盐等采用液氨或盐酸,wugenfu,控制氧化还原电位（redoxpotential）,好氧微生物：+0.1V。一般+0.3+0.4V厌养微生物：+0.1以下兼性厌养微生物：+0.1以上好氧呼吸；+0.1以下进行发酵,wugenfu,根据培养目的,如分离土壤中纤维素分解菌纤维素粉5g，酵母膏0.5g，水解酪素0.5g，蒸馏水1000ml，NaNO31g,Na2HPO4.7H2O1.18g,KH2PO40.9g,MgSO4.7H2O0.5g,KCl0.5g,pH6.8纤维素粉先经1NHCl冷处理12h水洗至中性，以去除其它碳源。,wugenfu,二、设计培养基的四种方法,1、生态模拟根据微生物生长的天然环境来模拟培养基如最初细菌生长的肉汤中，就可用肉汤作为细菌的培养基酵母适宜长在水果如葡萄上，可用葡萄汁或苹果汁等来培养酵母放线菌适宜长在土壤中，可用土壤浸出液来培养，要调查某一土壤中有多少微生物最好用土壤浸出液，并模拟其他土壤中的条件如pH，氧化还原电位等,wugenfu,2、查阅文献要注重前人的科学经验，当然可改进3、精心设计对多种因素进行反复比较，反复试验，可用优选法或正交试验法4、试验比较无论你设计得多好，最终要接受实践的检验。有时小试好，大试不一定好。所以试验的规模一般都遵循由定性到定量，由小到大逐步扩大的原则。如先用生长谱法,然后用摇瓶试验，最后用大罐发酵试验,wugenfu,三、培养基的类型及其应用,根据组成成分划分根据物理状态划分根据使用用途划分,wugenfu,按成分不同划分培养基,天然培养基（Complexmedium;undefinedmedium)合成培养基(Syntheticmedium;definedmedium)半合成培养基(Semi-definedmedium),wugenfu,根据物理状态划分培养基,固体培养基：含琼脂1.52%半固体培养基：含琼脂0.20.7%液体培养基,wugenfu,按使用用途划分培养基,基本培养基(Minimummedium)加富培养基(Enrichmentmedium)鉴别培养基(Differentialmedium)选择培养基(Selectivemedium),wugenfu,第五节微生物的营养运输,培养基中的营养物只有被微生物吸收到细胞内才能逐步利用，产生的代谢产物只有及时地分泌到胞外，避免在胞内积累产生毒害，微生物才能正常生长。物质通过细胞膜有四种方式：简单扩散（Simplediffusion)促进扩散（Facilitateddiffusion）主动运输（Activetransport）基团转位（Grouptranslocation),wugenfu,简单扩散,物质扩散的动力:膜内外的浓度差特点：不消耗能量不发生化学变化非特异性。仅依膜上小孔的大小和形状对被扩散的物质分子的大小和形状具有选择性被运输的物质是小分子量和脂溶性物，水，气体、甘油和某些离子,wugenfu,促进扩散,借助膜上的载体蛋白，具有高度的立体专一性。载体蛋白能促进物质运输，但不能进行逆浓度梯度运输。常见于真核微生物，如厌养生活的酵母菌中。特点：需要特异性的载体蛋白不消耗能量可加快运输速度，但不能逆浓度运输,wugenfu,主动运输,有特异性的载体蛋白参与需要消耗能量可以逆浓度梯度运输微生物的主要物质运输方式,wugenfu,微生物主动运输示意图,wugenfu,基团转位,一种主动运输类型需复杂的运输酶