第四章真菌的营养及代谢(普通真菌学).ppt

第三章真菌的营养及代谢,第一部分真菌的营养第一节消化和吸收第二节碳素营养第三节氮素营养第四节无机营养第五节维生素和生长因子第二部分真菌的代谢第一节氮代谢第二节氨基酸代谢第三节脂代谢第四节次生代谢,真菌需要吸收的营养元素有哪些？起什么作用？什么是次生代谢？举例说明真菌的几种重要的次生代谢，有什么生化作用,真菌的营养方式分为腐生性、寄生性,真菌需要营养元素：碳、氢、氧、氮、磷、钾、镁、硫、硼、锰、铜、钼、铁和锌，可能还需要钙。其它营养：硫胺素和生物素，有些真菌需要吡哆醇和肌醇德等。,第一节消化和吸收,一、消化,二、吸收1、几种重要的离子是通过主动运输被吸收的，包括阳离子和阴离子2、糖类的吸收主要靠主动吸收和简单扩散3、氨基酸的吸收靠主动运输4、有机酸的吸收通过主动运输（专门载体）和被动扩散三、酶诱导和抑制酶诱导：一些特殊功能的酶不一定在细胞中总是出现，他们需要一种特殊的营养物质诱导产生，来执行它的功能，这种现象叫酶诱导。分解产物抑制：真菌对一种营养物质的存在抑制了对另一种物质的吸收的现象。如培养基中加葡萄糖抑制对果糖的吸收。,第二节碳源,一、碳提供了两种基本功能：1、对细胞关键组分的合成提供了所需的碳素；2、碳源的氧化过程为真菌基本生命过程提供了能源二、碳源的存在形式1、单糖：葡萄糖、果糖、甘露糖等2、双糖：麦芽糖、纤维二糖、蔗糖2、大分子糖类-纤维素、淀粉、木质素3、醇类、乙醇、丙醇、丁醇、多羟醇等4、脂肪酸和碳氢化合物5、co2,三、真菌对碳源选择性：1、碳源类型的选择性糖类醇类、有机酸类等；单糖双糖和多糖单糖中，葡萄糖甘露糖半乳糖双糖中，麦芽糖，纤维二糖蔗糖在多糖中，淀粉纤维素或几丁质等纯多糖，纯多糖琼脂等杂多糖和其他聚合物(如木质素)。2、在不同的生活阶段利用不同的碳源p52表4-1,3、对碳源浓度的选择性在一定浓度范围内，浓度的增加能刺激生长，但是接近极限浓度时生长反应的变化极小。如p52图4-24、原因：营养物质的运输需要专门的载体碳源进入细胞后生化代谢途径中能量的释放和各种酶的形成P53表4-2,四、真菌对其他碳源的吸收,1、大分子糖类纤维素借助三种纤维素酶C1纤维素酶，Cx纤维素酶，纤维二糖酶淀粉淀粉酶木质素核心结构松柏醇、香豆和芥子醇。真菌降解木质素一般是在O2存在条件下，葡萄糖氧化酶可氧化相应底物产生H2O2。而在H2O2存在情况下，锰依赖过氧化物酶、木质素过氧化酶和漆酶这三种酶协同作用于连结木质素结构单元之间的醚键和酯键，木质素分解成为单个的结构单元，在此基础上，进一步催化苯丙烯醇之间的CC键断成两分子苯丙烯醇，最后苯丙烯醇断链降解为小分子化合物，完成木质素的降解。,2、醇类乙醇、丙三醇、多羟醇3、脂肪酸和其他碳氢化合物4、CO2(少数真菌的主要碳源，如头孢霉属和镰刀菌属；CO2影响真菌的形态,第三节氮素营养,一、功能合成各种关键的细胞组分，包括氨基酸、蛋白质、嘌呤、核酸、氨基葡萄糖、几丁质以及各种维生素等二、主要吸收途径氮源利用的一般途径P604-5真菌对分子氮、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、尿素和有机氮化物的利用，被划为三类或四类P60表4-6,无机盐（inorganicsalt）(矿质元素)1.概念：微生物除需要碳源和氮源外，还需要P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe、Co、Zn、Mo、Cu、Mn、Ni等元素，这些元素称为矿质元素.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。,第四节无机营养,2.功能：1)构成细胞的组分Mg，能量；2)参与并稳定真菌细胞的结构；3)保持酶的活性(Cu、Mn)，组成酶的组分，能量(Mg、Mn、Fe)；4)调节细胞渗透压（K），pH值，氧化还原电位；5）某些生物能源等Mg。,1.维生素：硫胺素（VB1)、生物素2.生长因子(growthfactor)：是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。它的需要量一般很少。广义的生长因子除了维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4C6的分枝或直链脂肪酸，以及需要量较大的氨基酸；狭义的生长因子一般仅指维生素。,第五节维生素和生长因子,第六节培养基（culturemedium）,1、选择适宜的营养物质首先考虑不同微生物营养需要，如：酵母菌麦芽汁培养基；霉菌一般用马铃薯-琼脂培养基（PDA)，用于培养霉菌的加入蔗糖，用于培养酵母菌的加入葡萄糖食用菌的培养一般适用马铃薯-蔗糖-琼脂培养基2、营养物质浓度及配比合适C：N影响大,（一）选用和设计培养基的原则和方法,3、pH霉菌和酵母4.56。氨基酸、肽、蛋白两性电解质也有缓冲作用。4、氧还电位（）好氧生物0.1V以上可以生长，一般0.30.4V适宜厌氧在低于0.1V生长兼性在0.1V以上好氧呼吸，低于0.1V发酵通过控制通气量或加氧化剂增加，加还原剂降低,5、原料来源廉价、易得、降低成本6、灭菌处理培养基高压蒸汽1.05kg/cm2，121.31530不耐热的如：含G的0.56kg/cm2，112.61530对糖要求较高的可用过虑除菌或间歇灭菌；培养基灭菌前后对pH调整泡沫中的空气层形成隔热层使菌难杀死，加消泡剂或延长灭菌时间,1.按成分分：天然培养基（complexmedium）LB和麦芽汁培养基等，成本低，实验室和工业使用广。合成培养基（syntheticmedium）化学成分了解，如：高氏号和查氏培养基，重复性好、成本高、微生物在上面生长较慢，适于实验室进行营养需要、代谢、分类、菌种选育、遗传分析等,（二）培养基的类型及应用,2.根据物理状态分：固体、半固体、液体固体培养基（solidmedium)常用的：琼脂、明胶、硅胶固体培养基用途：分离、鉴定、活菌计数、菌种保藏等半固体培养基（semisolidmedium)0.20.7琼脂含量用于：运动特征、分类鉴定、噬菌体效价滴定液体培养基（liquidmedium)用于：大规模工业发酵、实验室基础理论和应用方面研究,3.按用途分：基础、加富、鉴别、选择、分析培养基基础培养基（minimummedium)加富培养基（enrichmentmedium)在基础培养基添加特殊营养物质，如：血清、动植物组织液、酵母浸膏等。用于培养苛刻的异养微生物及富集分离某种微生物。鉴别培养基（differentialmedium)加某种化学物质，发生特殊化学反应，产生特征变化，如：明胶培养基鉴别是否产蛋白酶；H2S用于产H2S菌的鉴别；等选择培养基（selectivemedium)将某种微生物从混合物中分离出，有利于需要菌生长，抑制不需要的微生物。,真菌培养基类型,GausesSyntheticAgar（高氏合成一号琼脂）KNO31gSolublestarch（可溶性淀粉）20g，K2HPO40.5gMgSO4.7H2O0.5gNaCl0.5gFeSO40.01g，Agar（琼脂）20gwater（水）1000mlpH7.2-7.4适用范围：白黄链霉菌等各种链霉菌属真菌黄豆芽琼脂培养基黄豆芽100克琼脂15克葡萄糖20克水1000毫升适用：酵母，曲霉,MMNMedium(MMN培养基)CaCl20.05g、MgSO40.15gNaCl0.025gFeCl3(1%)1.2ml、KH2PO40.5g、VitamibB1(硫胺素)100g、(NH4)2HPO40.25g、Wort(12Be)100ml、Glucose(葡萄糖)10-15gCitricacid(柠檬酸)0.2g；Distilledwater(蒸馏水)900mlpH5.5(左右)适用范围：蜜环菌,StarchAgar(淀粉琼脂)Solublestarch(可溶性淀粉)10g、NaNO31g；MgCO31g、K2HPO40.3g、NaCl0.5gAgar(琼脂)20g、Distilledwater(蒸馏水)1000ml适用范围：园弧青霉、少根根霉、日本根霉、爪哇根霉,4、食用菌菌种培养基配方一马铃薯蔗糖-琼脂培养基20%马铃薯煮汁1000毫升蔗糖20克琼脂18克使用该培养基对pH值要求不严格，可以不测定。配方二综合马铃薯培养基20%马铃薯煮汁1000毫升；磷酸二氢钾3克硫酸镁1.5克葡萄糖20克，维生素10毫克；琼脂18克。先配制20%马铃薯煮汁，方法同上。在煮汁中加入上述各种组分，加热溶解后补足水分，调整pH值到6。分装，灭菌，备用。该培养基用于培养和保存灵芝、平菇、香菇等食用菌菌种。,第二部分真菌的代谢,一、碳代谢（一）糖酵解三个途径(1)EMP途径（葡萄糖酵解）真菌主要的途径(2)HMP途径（戊糖磷酸途径）少数真菌的主要途径，如某些红酵母(3)ED途径比较少见，只在几种，真菌中存在，如卡尔黑霉（Caldariomycesfumago），小麦网腥黑粉菌(Tilletiacaries）产生能量较少个途径(1)、EMP途径(2)、HMP(3)、ED,由表可见，在真菌细胞中，有的同时存在多条途径来降解葡萄糖，有的只有一种。在某一具体条件下，拥有多条途径的某种微生物究竟经何种途径代谢，对发酵产物影响很大。,C6H12O62CH3COCOOH2CH3CHO2CH3CH2OH,NAD,NADH2,-2CO2,EMP,2ATP,乙醇脱氢酶,酵母菌的乙醇发酵：,该乙醇发酵过程只在pH3.54.5以及厌氧的条件下发生。啤酒酵母是乙醇发酵的典型代表，毛霉、根霉、青霉，一些子囊菌，担子菌等都能产生乙醇,（二）乙醇发酵,C6H12O62CH3COCOOH2CH3CHO2CH3CHOOH,NAD,NADH2,-2CO2,EMP,2ATP,乳酸脱氢酶,壶菌纲，卵菌纲的一些好养性真菌和一些在无氧条件下也可生存的真菌,（三）乳酸发酵,（四）有氧呼吸,二、真菌碳化合物的合成（自学）,三、次生代谢产物,（一）什么是次生代谢微生物在一定的生长期里合成的一些对微生物本身无明显作用的物质代谢。（二）次生代谢的特点产物极端专一在自身生命机体中没有明显功能机体生长受限制时产生,（三）真菌次生代谢的应用1.真菌次生代谢与真菌细胞分化次生代谢产物已发展成了各种在自身保卫、细胞分化和生存等方面具明显作用的“功能性物质”2.真菌植物相互关系与次生代谢一些植物病原真菌侵入寄主植物后，在特定的环境和生理条件下，能胁迫寄主产生在正常情况下不能发现的小分子的抗菌物质“植物保卫素”真菌产生的诱导物多是细胞壁降解物葡聚糖、糖蛋白、小肽、脱乙酰几丁质、花生四烯酸等不饱和脂肪酸。,一些真菌刺激植物的伤口后也可分泌一些十分有用的化学物质，如某些霉菌刺激白木香树伤口，使其分泌芳香物质并积结为沉香。有的霉菌侵入龙血树和安息香树后，可加速血竭和安息香的分泌。3.真菌昆虫相互关系与次生代谢真菌产生神经毒素干扰昆虫神经系统或促使释放一些能改变昆虫行为的物质，使昆虫出现对真菌孢子扩散有利的行为。如蝗噬虫霉引起的蝗虫“趋顶”行为，冬虫夏草、古尼虫草和罗伯茨虫草等感染的寄主昆虫在初夏子实体出土时头部向上的极性现象。,（四）真菌几个重要次生代谢,1、类胡萝卜素存在形式：B-胡萝卜素和酸性类胡萝卜素笄霉菌，三孢布拉霉，好食脉孢菌及菌核、青霉等都可产生类胡萝卜素2、赤霉素在真菌中存在赤霉素A1，A2，A4，A7，A9合成前体是垅牛儿焦磷酸。生物合成仍处于推测阶段3、青霉素存在形式：6-氨基青霉烷酸（6-APA)为基础的一组相关化合物前体：6-APA产黄青霉突变菌株，点青霉、氨苄青霉。,4、头孢霉素核心结构：7-氨基头孢霉素烷酸，顶头孢霉（Cephalosporiumacremonium）的次生产物5、黄曲霉素真菌产生的有毒代谢产物合成前体：丙二酸单酰辅酶A黄曲霉（Aspergillusflavus）和寄生曲霉（A.parasticus）产生的目前分离出十二多种，B1毒性最强。特性：不溶于水，而溶于氯仿、甲醇、苯等有机溶剂，在紫外光下B1、B2呈蓝色荧光。G1、G2呈黄绿色荧光。,1）甾体化合物：又称类固醇化合物，外形似“甾”。2）真菌代表性的甾体化合物：胆甾醇(C27骨架)、麦角甾醇(C28骨架)、豆甾醇(C29骨架)和羊毛甾醇(C30骨架)。羊毛甾醇是较原始的结构类型,在许多真菌中它是胆甾醇、麦角甾醇、豆甾醇以及其他甾体化合物的生物合成前体。真菌中以麦角甾醇的生物合成途径研究较为清楚，由于胆甾醇和豆甾醇广泛分布于高等植物中，因此它们在高等植物中的合成途径比较清楚。,6、甾体化合物,3）甾体化合物的功能细胞膜的重要组成成分甾体直接影响膜的流动性，并参与细胞膜的识别和调节细胞的生理功能一些真菌的甾体化合物具有很好的抗菌活性，如从黄花蒿内生真菌