第五章-微生物的營養(yǎng)a

1、第五章微生物的營養(yǎng)，本章的內(nèi)容，第一節(jié)微生物的六大營養(yǎng)元素，第四節(jié)培養(yǎng)基，第三節(jié)營養(yǎng)元素進(jìn)入細(xì)胞的方法，第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型，營養(yǎng)：為了微生物的正常生長和繁殖，在外部環(huán)境中攝取生命活動所需的能量和物質(zhì)的最基本的生理功能之一。營養(yǎng)物質(zhì)：具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)，是指完成微生物身體的生長、繁殖和各種生理活動所需的物質(zhì)。營養(yǎng)是微生物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，營養(yǎng)是生物維持其生命形態(tài)和持續(xù)的一種生理過程。概念區(qū)分：1節(jié)微生物的6個主要營養(yǎng)元素，1。細(xì)胞化學(xué)元素組成，主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵；其中前4種占細(xì)菌細(xì)胞干燥重量的90-97%，第一，微生物細(xì)胞的化學(xué)組成，微量元素：鋅、錳、鈉、氯、

2、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。構(gòu)成微生物細(xì)胞的各種化學(xué)元素的比例取決于微生物種類，微生物細(xì)胞中多種主要元素的含量(干重)，硫細(xì)菌3354硫元素；鐵細(xì)菌鐵元素；海洋細(xì)菌鈉、氯和其他元素；硅藻硅酸形成了富含(SiO2)n的細(xì)胞壁。2 .元素是細(xì)胞中的記憶形態(tài)，各種元素是細(xì)胞中主要存在的形態(tài)，1。有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、脂肪、核酸、維生素及其分解物。2 .武器：1)參與有機(jī)物構(gòu)成；2)以無機(jī)鹽的形式單獨存在于細(xì)胞質(zhì)中。3，水：約占細(xì)胞總重量的70%到90%。細(xì)胞有機(jī)，無機(jī)成分的分析方法，有機(jī)成分：1?；瘜W(xué)直接萃取-定性、定量分析2。破細(xì)胞，獲得子細(xì)胞結(jié)構(gòu)-化學(xué)分析，無機(jī)成分：細(xì)胞- 550 -灰分-定性

3、，定量分析，細(xì)胞濕重量和干重量的區(qū)別是細(xì)胞水分函數(shù)，dry weight水是細(xì)胞維持正常生命活動的必要條件，一般可占細(xì)胞質(zhì)的70%至90%。濕重量：去除細(xì)胞外表面吸附的水分后，測定其質(zhì)量，通常表示為單位培養(yǎng)液中所含細(xì)胞的質(zhì)量(g/L或mg/mL)。干燥重量：使用高溫(105)干燥、低溫真空干燥和紅外線快速干燥等，將細(xì)胞干燥到一定重量是干燥重量。微生物細(xì)胞的化學(xué)組成，細(xì)胞的化學(xué)組成往往取決于細(xì)菌年齡、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件、分析方法等。第二，微生物的營養(yǎng)素及其生理功能，營養(yǎng)元素的功能：1)構(gòu)成細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分和代謝產(chǎn)物的原料；2)提供能源；調(diào)節(jié)新陳代謝。微生物的六大營養(yǎng)元素，碳源氮源能量無機(jī)鹽生長因子

4、水，定義：滿足微生物生長和繁殖所需碳元素的營養(yǎng)稱為碳源。1 .碳源(carbon source)、大量營養(yǎng)物(macronutrients)、微生物細(xì)胞的碳含量約占干燥重量的50%，除水分外，碳源是最需要的營養(yǎng)物，也稱為很多營養(yǎng)物。細(xì)胞成分構(gòu)成；形成各種代謝產(chǎn)物及細(xì)胞儲存物質(zhì)。向從屬營養(yǎng)微生物提供能量。碳源功能：微生物可用的碳源范圍稱為碳源光譜。碳源譜：如果在這三個級別調(diào)查碳源，則數(shù)量將逐步擴(kuò)大，無法計算。元素水平、培養(yǎng)基原料水平、化合物水平、3水平：以無機(jī)碳源為主要碳源的微生物是較少種類的自生微生物。需要使用有機(jī)碳源的微生物是很多從屬營養(yǎng)微生物。，碳源光譜、有機(jī)碳、無機(jī)碳、碳源類型碳源光譜、

5、微生物的碳源光譜、簡單、復(fù)合、元素水平上，碳源分為7類，性質(zhì)、從屬營養(yǎng)微生物：有機(jī)碳自養(yǎng)微生物：無機(jī)碳，1)根據(jù)微生物，可以使用有機(jī)碳或無機(jī)碳將微生物分為以下幾類，6)廣泛碳源譜(微生物植物動物)；3)微生物對碳源進(jìn)行選擇性混合，使用葡萄糖：先利用(快速碳源)乳糖：使用后(稍后碳源)，5)從屬營養(yǎng)微生物：碳源=能源(雙功能營養(yǎng))，4)對其他微生物、碳源的利用能力也不同，c碳?xì)浠衔?、碳?xì)浠衔镆部杀晃⑸镉米魈荚?，微生物氧化的碳?xì)浠衔锏脑S多中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物是重要的工業(yè)原料。石油污染清除，石油開采，碳源選擇原則，1)根據(jù)微生物的生理功能選擇；2)考慮到經(jīng)濟(jì)利益，防止向下使用。請盡量不要使用貴

6、重的氮源“CHON”和“CHONX”類型作為廉價的碳源。發(fā)酵產(chǎn)業(yè)最常用的碳源葡萄糖、淀粉、廢糖蜜、麥麩和米糠定義為氮源，提供微生物生長和繁殖所需的氮。2 .氮源(nitrogen source)，氮是構(gòu)成重要生命物質(zhì)蛋白質(zhì)和核酸等的主要元素，氮占細(xì)菌干重量的12% 15%，同時也是微生物的主要營養(yǎng)素。細(xì)胞成分構(gòu)成(需要量為碳源二級)；構(gòu)成代謝產(chǎn)物。一些滋養(yǎng)體的能量。(硝化細(xì)菌：氨和亞硝酸鹽、氮源和能源)、氮源功能：微生物的氮源譜、微生物可用的氮源種類，也比動物和植物的范圍更廣，從屬營養(yǎng)微生物利用氮源的順序，NCHO或NC hox NH no n，微生物利用的氮源：實驗室延遲活性氮源，生理酸性鹽

7、：使用(NH4)2SO4作為唯一氮源時，如果利用NH4，培養(yǎng)基的pH值就會減少，被稱為“生理酸性鹽”。 生理堿性鹽：使用KNO3作為氮源時，NO3 -利用后培養(yǎng)基的pH值升高，被稱為“生理堿性鹽”。使用NH4NO3作為氮源可以避免pH的急劇上升，但NH4+的吸收速度快，NO3-的吸收落后，因此培養(yǎng)基pH先下降后上升?？梢杂肗2作為氮源合成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的微生物稱為固氮微生物。(1)研究固氮是生物學(xué)領(lǐng)域的重要課題。目的：通過遺傳工程將微生物的固氮基因轉(zhuǎn)移到高等植物的基因組中，并利用n。固氮微生物，如果對這兩個主題的研究成功，農(nóng)業(yè)將發(fā)生革命性的變化。氨基酸滋養(yǎng)生物(Amino acid autotrop

8、h):是微生物，能自行合成所有必需的氨基酸，對非氨基酸氮源(例如尿素、銨鹽、硝酸鹽、氮)進(jìn)行繁育和代謝。所有動物和許多從屬營養(yǎng)微生物都是氨基酸從屬營養(yǎng)類型，“氨基酸從屬營養(yǎng)生物”:年左右開始，需要將現(xiàn)成的氨基酸吸收到氮源的微生物。所有綠色植物和許多微生物都是氨基酸滋養(yǎng)型的。，能譜：為微生物生命活動提供早期能量來源的營養(yǎng)物質(zhì)或輻射能，3。能源(energy source)、(從屬營養(yǎng)微生物的能源為碳源)、光能傳遞微生物、光能自身營養(yǎng)微生物、輻射能：光能營養(yǎng)類型、化學(xué)物質(zhì)：化學(xué)能營養(yǎng)類型、有機(jī)物：從屬營養(yǎng)微生物(能源=碳源)、無機(jī)物，(還原狀態(tài)礦物質(zhì)：NH4，NO2-，H2S，H2，F(xiàn)e2)，單功

9、能營養(yǎng)物：光(能量)雙功能營養(yǎng)物：葡萄糖(c源能量)NH4(氮源能量)多功能營養(yǎng)物：生長因子(growth factor)，窄生長因子：通常僅指維生素。廣義生長因子：除維生素外，基本、卟啉及其衍生物、甾醇、胺、C4-C6的分枝或直鏈脂肪酸，需要量大的氨基酸。作為輔酶或輔助機(jī)制參與代謝；核酸和蛋白質(zhì)的成分。功能，(1)維生素，(2)氨基酸，(3)基本，(4)其他生長因子，生長因子類型：(1)維生素B6(吡啶醛)，吡啶醛磷酸酯是一些氨基轉(zhuǎn)移酶和氨基酸二羧酸據(jù)了解，微生物的維生素需要量一般為1 5 g/ml，最先發(fā)現(xiàn)的生長因子是維生素，目前很多維生素起到了生長因子的作用。維生素大部分是構(gòu)成酶的輔助或

10、輔酶，需要的量很少，但缺乏維生素微生物不能正常生長。(2)在大多數(shù)情況下，氨基酸被微生物吸收和利用。有時需要氨基酸作為生長因子，但不能通過細(xì)胞膜，吸收小肽。微生物對氨基酸的需要量一般為20。g/mL，有些微生物由于缺乏合成特定氨基酸或特定氨基酸的酶，無法合成生長所需的氨基酸，通常需要從外來供給這樣的氨基酸才能生長。(3)堿基是構(gòu)成核酸和部分輔酶的成分，是很多微生物需要的生長因子。微生物對堿的需要量一般為10 20g/ml，(4)其他生長因子，某些微生物的生長需要非常特殊的物質(zhì)生長因子。例如，流感嗜血桿菌作為生長因子需要卟啉環(huán)，因此必須在包含紅細(xì)胞的培養(yǎng)基中生長。一些酵母和真菌的生長需要肌醇。部

11、分肺炎球菌生長需要膽堿等。生長因子是重要的營養(yǎng)素，但與碳源、氮源、能源不同，并非任何微生物都需要從外部吸收。(1)生長因子和滋養(yǎng)型微生物(auxoautotroths)不需要向外界提供生長因子。大部分真菌、放線菌和大腸桿菌等很多細(xì)菌。(2)生長因子從屬營養(yǎng)微生物(auxoheterotrophs)需要從外部吸收多種生長因子，以保持正常生長。乳酸菌需要維生素、流感嗜血桿菌中的卟啉和衍生物等，(3)作為生長因子過度合成的微生物，部分微生物在代謝活動中合成了大量維生素和其他生長因子，可用作維生素等生產(chǎn)菌。亞鍋假膠囊酵母產(chǎn)生維生素B2，不同微生物對生長因子的需要可以分為以下幾類：在特定菌株發(fā)生突變(自

12、然突變或人工誘變)后，失去了對特定(或部分)合成至關(guān)重要的物質(zhì)(通常是氨基酸、維生素等)的拯救能力，必須從外部環(huán)境中獲取該物質(zhì)，以便生長和繁殖。這種變種叫營養(yǎng)不良型，相應(yīng)的野生菌株叫原陽。營養(yǎng)不足型，營養(yǎng)不足型菌株常用于微生物遺傳學(xué)研究，如何提供生長因子？天然培養(yǎng)基，酵母膏(19氨基酸，維生素)；玉米漿(20氨基酸，6維生素)；肝汁；麥芽汁；其他新鮮的運動，植物的果汁。，添加合成培養(yǎng)基，準(zhǔn)備維生素復(fù)合液，制造微生物培養(yǎng)基時，通常以富含生長因子的天然物質(zhì)為原料，確保微生物的需要。許多元素：p、s、k、Mg、Na、Ca、Fe等(10-3到10-4mol/l)；微量元素：Zn、Mn、Mo、Co、Cu

13、、Ni等(10-610-8mol/L)，功能，細(xì)胞組成；作為酶活性中心；保持酶活性；細(xì)胞滲透壓、氫離子濃度和氧化還原電位調(diào)節(jié)；作為特定微生物的能量物質(zhì)。無機(jī)鹽或無機(jī)元素(inorganic salt)，主要可以向微生物提供碳和氮源以外的各種重要元素。(1)磷：合成核酸、磷脂、一些輔酶(NAD、NADP、CoA等)和高能磷酸化合物的重要原料。通常以K2HPO4和KH2PO4的形式人為提供。(2)硫：特定氨基酸、輔酶因子(輔酶a，生物素，硫胺素，硫胺素)和谷胱甘肽的組成，例如半胱氨酸和蛋氨酸。也是一些自養(yǎng)菌的能源物質(zhì)。微生物從含硫化合物中獲得硫。通常，人為的交付形式是MgSO4。(3)鎂：是一些酶

14、的活化劑，如六糖激酶、異檸檬酸脫氫酶、羧化酶和氮分解酶，是光合細(xì)菌綠色的成分。起到穩(wěn)定核糖體、細(xì)胞膜、核酸的作用。鎂不足會停止細(xì)胞生長。微生物可以利用硫酸鎂或其他鎂鹽。(4)鉀：不參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成，但是與原生質(zhì)的膠體特性和細(xì)胞膜通透性有關(guān)的很多酶(如果是糖基激酶的話)的活化劑。鉀的細(xì)胞內(nèi)濃度比細(xì)胞外濃度高很多倍。各種無機(jī)鉀鹽，尤其是磷酸鉀(磷酸二氫鉀，磷酸二鉀)，可以作為鉀的來源。(5)鈣：一般不參與微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)(細(xì)菌孢子除外)，但它是蛋白酶等特定酶的活化劑，也參與細(xì)胞膜通透性的調(diào)節(jié)。各種水溶性鈣鹽，如CaCl2和CaCO3，是微生物的鈣來源。(6)鈉：與細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)有關(guān)。細(xì)胞內(nèi)

15、濃度低，細(xì)胞外濃度高。嗜鹽細(xì)菌除了維持細(xì)胞的滲透壓外，鈉還與吸收葡萄糖等營養(yǎng)素有關(guān)。吸收葡萄糖需要na的幫助。以NaCl形式提供。(8)微量元素：與酶活性有關(guān)，或與酶的組成或許多酶的調(diào)節(jié)因子有關(guān)。銅：多酚氧化酶和抗壞血酸氧化酶的組成；鋅：酒精脫氫酶、乳酸脫氫酶、肽酶和脫羧酶的輔助因子；鈷：參與維生素B12的組成；鉬：參與氮分解酶的組成；錳：超氧化物酶活化劑。(7)鐵：過氧化氫酶、過氧化物酶、細(xì)胞色素和細(xì)胞色素氧化酶的組成部分，也是鐵細(xì)菌的能量，鐵含量過低，白喉會形成白喉毒素；FeSO4提供。提供微量元素：自來水，玻璃制品，6，水，功能：(1)營養(yǎng)或代謝廢物運輸?shù)谋匦栉镔|(zhì)；(2)直接參與身體的各種生化反應(yīng)，作為反應(yīng)物或產(chǎn)物。(3)許多酶反應(yīng)必須在水溶液中