知識點(diǎn)1微生物的6類營養(yǎng)要素-遼寧省資源共享課

1、第四章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基Chapter 4 Microbial Nutrition and Culture medium,化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 卜寧,Chemistry and Life Science College,第四章 微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基,第一節(jié) 微生物的6類營養(yǎng)要素第二節(jié) 微生物的營養(yǎng)類型第三節(jié) 營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式第四節(jié) 培養(yǎng)基,第一節(jié) 微生物的6類營養(yǎng)要素,一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成二、營養(yǎng)物質(zhì)

2、及其生理功能,微生物是雜食性的：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；對一般生物有害的，微生物還能利用。,營養(yǎng) 生物體從外部環(huán)境中吸收生命活動所必需的物質(zhì)和能量，以滿足其生長和繁殖需要的一種生理功能。（過程）營養(yǎng)物質(zhì) 參與營養(yǎng)過程并具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)。它是一切微生物新陳代謝的基礎(chǔ)，可為微生物的生命活動提供結(jié)構(gòu)物質(zhì)、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和生理與生存環(huán)境。,微生物通過多種方式從環(huán)

3、境中吸收營養(yǎng)物質(zhì)，不同類型的營養(yǎng)物質(zhì)往往通過不同的運(yùn)輸途徑進(jìn)入細(xì)胞。 對微生物細(xì)胞組成的系統(tǒng)分析，了解微生物的營養(yǎng)需求，針對不同的微生物，根據(jù)不同的培養(yǎng)目標(biāo)，配制適合微生物“胃口”培養(yǎng)基，是培養(yǎng)和研究微生物的基礎(chǔ)。,微生物的化學(xué)組成與各成分含量基本反映了微生物生長繁殖所需求的營養(yǎng)物的種類與數(shù)量。分析微生物的化學(xué)組成與各成分?jǐn)?shù)量，是了解微生物營養(yǎng)需求的基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)微生物時，設(shè)計(jì)與配制培養(yǎng)基乃至對生長繁殖過程進(jìn)行調(diào)控的重要理

4、論依據(jù)之一。1.元素組成： C、H、O、N、P、S、K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo。其中C、H、O、N、P 、S占細(xì)胞干重的97%。,一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成,2.元素在細(xì)胞內(nèi)存在形式 (1)水：約占細(xì)胞濕重的90%,以游離水和結(jié)合水兩種形式存在 游離水：干重法可測得； 結(jié)合水：不易蒸發(fā)、不凍結(jié)、也不能滲透,占水總量的17%—28% (2)有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、

5、脂類、核酸、維生素及其降解產(chǎn)物. (3)無機(jī)鹽：參與有機(jī)物組成，單獨(dú)存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)以無機(jī)鹽的形式存在. 3.影響微生物細(xì)胞化學(xué)組成的因素(1)微生物的種類：硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌、海洋細(xì)菌含有較多的S、Fe、Cl和Na(2)菌齡：幼齡菌中含氮量較高。(3)培養(yǎng)條件：在氮源豐富的環(huán)境中生長的微生物含氮量較高。,二、6類營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能,碳源氮源無機(jī)鹽生長因子水能源,1.碳源,定義 凡可被用來構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)

6、物中碳素來源的營養(yǎng)物質(zhì)。,功能 提供合成細(xì)胞物質(zhì)及代謝物的原料;并為整個生理活動提供所需要能源（異養(yǎng)—雙功能）。,種類 無機(jī)含碳化合物：如CO2和碳酸鹽等。 有機(jī)含碳化合物：糖與糖的衍生物（多糖：如淀粉、麩皮、米糠等；飴糖；單糖）,脂類、醇類。有機(jī)酸、烴類、芳香族化合物以及各種含碳的化合物。,工業(yè) 玉米粉、面粉、麩皮、米糠、糖蜜等,實(shí)驗(yàn)室 葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、甘油、有機(jī)酸等,糖類是許

7、多微生物較易利用的碳源和能源，其次是醇類、有機(jī)酸類和脂類。,微生物對糖的利用，單糖優(yōu)于雙糖和多糖，已糖勝于戊糖，葡萄糖勝于甘露糖、半乳糖；在多糖中，淀粉明顯優(yōu)于纖維素或幾丁質(zhì)等多糖，同型多糖優(yōu)于瓊脂等雜多糖和其他聚合物（木質(zhì)素）等,定義 凡是能被微生物用來構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源。,功能 提供合成細(xì)胞中含氮物，如蛋白質(zhì)、核酸，以及含氮代謝物等的原料；少數(shù)細(xì)菌可以銨鹽、硝酸鹽等氮源為能源。,種類 無機(jī)氮：銨

8、鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、尿素、 氨、N2等； 有機(jī)氮：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物（如胨、肽、氨基酸） a.速效氮源：實(shí)驗(yàn)室常用牛肉膏、蛋白質(zhì) 、酵母膏做氮源 b.遲效氮源：生產(chǎn)用魚粉、玉米漿、豆餅、花生餅等。 氣體氮：固氮微生物以分子氮為唯一氮源,2.氮源,遲效氮源：不能被微生物直接吸收， 蛋白氮必須通過水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被機(jī)體細(xì)胞利用的有機(jī)氮源。速效氮源：無機(jī)氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)

9、物形式存在的有機(jī)氮源可以被微生物細(xì)胞直接吸收和利用的有機(jī)氮源。 速效氮源通常有利于機(jī)體的生長， 遲效氮源有利于代謝產(chǎn)物的形成。生理酸性鹽：由于其陽離子中的氮被微生物選擇性吸收利用而造成培養(yǎng)基的pH下降的鹽。如(NH4)2SO4 生理堿性鹽：由于其陰離子中的氮被微生物選擇性吸收利用而造成培養(yǎng)基的pH上升的鹽。如NaNO3,生理功能參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成；參與酶的組成及調(diào)節(jié)酶的活性；參與

10、能量轉(zhuǎn)移；調(diào)節(jié)并維持細(xì)胞滲透壓的平衡；作為某些微生物的能源物質(zhì),3.無機(jī)鹽類,大量（主要/宏量）元素： P、S、K、Na、Ca、Mg等， 需要量：10-3~10-4M微量元素 ： Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等， 需要量： 10-6~10-8M,一般微生物生長所需要的無機(jī)鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素的化合物。,無機(jī)元素的來源和功能,元素人為提供形式生 理 功

11、能PKH2PO4、K2HPO4核酸、磷酸和輔酶的成分SMgSO4含硫氨基酸、含硫維生素成分KKH2PO4、K2HPO4酶的輔因子、維持電位差和滲透壓NaNaCl維持滲透壓、某些細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌需要CaCa(NO3)2、CaCl2胞外酶穩(wěn)定劑、蛋白酶輔因子、細(xì)菌芽孢和 真菌孢子形成MgMgSO4固氮酶輔因子、葉綠素成分FeFeSO4Cyt成分；合成葉綠素

12、、白喉毒素和氯高鐵血紅素所需MnMnSO4超氧化物歧化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖異構(gòu)酶等的輔因子CuCuSO4氧化酶、酪氨酸酶的輔因子ZnZnSO4堿性磷酸酶、脫氫酶、肽酶、脫羧酶輔因子Mo(NH4)6Mo7O24 固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原酶的成分,微生物生長所必需，但不能用簡單的碳氮源自行合成的微量有機(jī)物質(zhì)。不同微生物需求的生長因子的種類和數(shù)量不同。 種類：維生素、氨基酸、堿基 需要量：

13、 維生素：1—50ug/L 氨基酸：20—50ug/L 堿 基：10—20ug/L 核苷或核苷酸：200—2000ug/L,4.生長因子,缺乏合成生長因子能力的微生物稱為營養(yǎng)缺陷型微生物,根據(jù)微生物對生長因子的需要存在差異，可分為：,1.野生型(原養(yǎng)型) 不需要生長因子而能在基礎(chǔ)培養(yǎng)基上生長的菌株稱野生型菌或原養(yǎng)型。2.營養(yǎng)缺陷型 某些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變)后，失去合

14、成某種(或某些)對該菌株生長必不可少的物質(zhì)(通常是生長因子如氨基酸、維生素)的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質(zhì)才能生長繁殖，這種突變型菌株稱為營養(yǎng)缺陷型。,注：營養(yǎng)缺陷型菌株經(jīng)常用來進(jìn)行微生物遺傳學(xué)方面的研究。,培養(yǎng)基中添加生長因子的措施 由于對某些微生物所需的生長因子不了解，因此常在培養(yǎng)基里添加富含生長因子的物質(zhì) 酵母膏，牛肉膏，玉米漿，肝浸汁，麥芽汁,水的生理功能細(xì)胞的重要組分，維持細(xì)胞正常形態(tài)微生物進(jìn)行代謝活動的

15、介質(zhì) 參與細(xì)胞內(nèi)一系列生化反應(yīng)調(diào)節(jié)和控制細(xì)胞溫度維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象,5.水,環(huán)境中水的存在狀態(tài) 結(jié)合水：與溶質(zhì)或其它分子結(jié)合而不能被微生物所利用狀態(tài)的水； 游離水：可以被微生物所利用的水 水活度 在一定溫度和壓力下，溶液的蒸氣壓力與 同樣條件下純水蒸氣壓力之比。 aw= p/p0 p：溶液蒸氣壓力

16、 p0：純水蒸氣壓力 微生物生長要求：aw=0.63-0.99,,在常溫常壓下，純水的aw為1.00。當(dāng)溶質(zhì)溶解在水中以后，使分子間的引力增加，冰點(diǎn)下降，沸點(diǎn)上升，蒸汽壓下降， aw變小。 溶液濃度與水活度成反比，溶質(zhì)越多， aw越小，反之， aw越大。,,幾類微生物生長最適aW,6.能源,能為微生物生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物質(zhì)或輻射能。能源譜 化學(xué)物質(zhì)