微生物的营养

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节 微生物的营养,微生物的特点：,食谱广、胃口大,营养物质,：,能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质,营养：微生物获得和利用营养物质的过程,营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。,一、微生物细胞的化学组成,微生物细胞,水：,70%-90%,干物质,有机物,蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物,无机物（盐）,微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”,细胞化学元素组成：,主要元素,：,碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、钠、铁等；微量元素,：,锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。,化学元素比例因菌种、培养条件等有所不同，如：幼龄菌含,N,高，硫细菌较多,S,，铁细菌较多,Fe,。,二、微生物的营养物与营养类型,1.,碳源,（,source of carbon,）,提供碳素的物质，一般也是能源物质。,微生物对碳源选择性：,糖类一般是良好碳源和能源，对不同糖利用不同。,E.coli,在葡萄糖和半乳糖培养基生长，前者为速效碳源，后者为迟效碳源。,工业发酵一般用糖蜜、淀粉、饴糖等，为节约采用纤维素这种广泛存在的物质培养微生物。,不同菌种利用碳源能力不同，如：假单孢菌属中的一些菌株能利用,90,多种碳源；甲基营养型只利用甲醇、甲烷等一碳化合物为能源物质。,碳源（能源）,糖类：单糖好于双糖，双糖好于多糖。,已糖（葡萄糖、果糖）好于戊糖，纯多糖好于杂多糖,速效氮源,：铵盐和硝酸盐类氮源被利用能力强，可直接被吸收利用。,2.,氮源,凡能供给微生物生长繁殖所需氮元素的营养物,氮源物质：,合成含氮物质，一般不作为能源，只有少数自养型利用铵盐、硝酸盐作为氮源和能源。,可利用的氮源：蛋白质及其降解物、铵盐、硝酸盐、,N,2,、嘌呤等。,常用的蛋白质类氮源：蛋白胨、鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼粉、牛肉膏、酵母膏等。,对蛋白质氮源利用的选择性：玉米浆是速效氮源，利于菌体生长；花生饼粉和黄豆饼粉是迟效氮源，利于代谢产物积累。,氮源,功能,酶活性中心的组成部分,维持生物大分子和细胞结构稳定性,调节渗透压,控制氧化还原电位,作为某些生物能源,3.,无机盐,维生素,辅酶,氨基酸,缺乏合成某种,aa,能力补充,aa,。如：肠膜明串珠菌需,17,种,aa,嘌呤和嘧啶,辅酶及合成核苷等,4.,生长因子,量少、自身不能合成或合成量不能满足机体生长需要的有机化合物。,维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶,1,）溶剂和运输介质，参与营养物质吸收及代谢物分泌,2,）参与细胞内的生化反应,3,）维持蛋白质、核酸稳定天然构象,4,）热的良好导体，控制细胞内温度变化,5,）维持细胞自身正常形态,6,）控制酶、微管、鞭毛等多亚基结构组装和解离,5.,水,微生物与动植物营养要素的比较,动物,（异养）,微生物,绿色植物,（自养）,异养,自养,碳源,糖类、脂肪,糖、醇、有机酸等,二氧化碳、碳酸盐等,二氧化碳,氮源,蛋白质及其降解物,蛋白质及其降解物、有机或无机氮化物、氮,无机氮化物、氮,无机氮化物,能源,与碳源同,与碳源同,氧化无机物或利用日光能,日光能,生长因子,维生素,有些需要维生素等生长因子,不需要,不需要,无机元素,无机盐,无机盐,无机盐,无机盐,水分,水,水,水,水,（二）微生物的营养类型,异养型生物,自养型生物,生长所需要的营养物质,生物生长过程中能量的来源,光能营养型,化能营养型,光能,自养,型：以,光,为能源，,不依赖任何有机物,即可正常 生长,光能,异养,型：以,光,为能源，生长需要一定的,有机营养物,化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长,不依赖有机营养物,化能,异养型,：以,有机物,的氧化获得能量，生长依赖于,有机营养物质,微生物营养类型,根据碳源、能源及电子供体,等分为：,1,光能无机自养型（光能自养型）,能以,CO,2,为唯一或主要碳源,进行光合作用获取生长所需要的能量,以无机物如,H,2,、,H,2,S,、,S,等作为供氢体或电子供体，,使,CO,2,还原为细胞物质,例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以,H,2,S,为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。,CO,2,+,2H,2,S,光能,光合色素,CH,2,O,+2S+,H,2,O,2,光能有机异养型（光能异养型）,不能以,CO,2,为主要或唯一的碳源,以有机物作为供氢体，利用光能将,CO,2,还原为细胞物质,在生长时大多数需要外源的生长因子,例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将,CO,2,还原成细胞物质，同时积累丙酮。,CHOH+,CO,2,H,3,C,H,3,C,2,光能,光合色素,2 CH,3,C0CH,3,+,CH,2,O,+,H,2,O,光能无机自养型和光能有机异养型微生物可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用。,3,化能无机自养型（化能自养型）,生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能,以,CO,2,或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用,H,2,、,H,2,S,、,Fe,2+,、,NH,3,或,NO,2,-,等作为电子供体使,CO,2,还原成细胞物质。,化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长，广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环,4,化能有机异养型（化能异养型）,生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能,生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，,如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。,有机物通常既是碳源也是能源,大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物,所有致病微生物均为化能有机异养型微生物,4,化能有机异养型（化能异养型）,腐生型,(,metatrophy,),可利用无生命的有机物,(,如动植物尸体和残体,),作为碳源,寄生型,(,paratrophy,),寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存,在腐生型和寄生型之间还存在中间类型：兼性腐生型,(,facultive,metatrophy,),兼性寄生型,(,facultive,paratrophy,),不同营养类型之间的界限并非绝对,异养型微生物并非绝对不能利用,CO,2,自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；,有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变,例如紫色非硫细菌,(purple,nonsulphur,bacteria),：,没有有机物时，同化,CO,2,，,为,自养型微生物；,有机物存在时，利用有机物进行生长，为,异养型微生物,；,在,光照和厌氧条件下，利用光能生长，为,光能营养型微生物；,在黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为,化能营养型微生物；,微生物营养类型的可变性有利于提高其对环境条件变化的适应能力,培养基是对微生物进行研究和利用工作的基础,培养基（,medium,）,是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质,。,任何培养基都应具备微生物生长所需要六大营养要素,碳源、能源、氮源、无机盐、生长因子、水,培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理,常规高压蒸汽灭菌：,1.05kg/cm,2,121.3,15-30,分钟；,0.56kg/cm,2,112.6,15-30,分钟,某些成分需分别灭菌；过滤除菌,三、微生物的培养基（,culture medium,）,一、选用和设计培养基的原则和方法,在微生物学研究和生长实践中，配置合适的培养基是一项最基本的要求。,1,、选择适宜的营养物质,2,、营养物的浓度及配比合适,3,、物理、化学条件适宜,4,、经济节约,5,、精心设计、试验比较,2,、营养物质浓度及配比合适,营养物质的浓度适宜，营养物质之间的配比适宜,高浓度糖类物质、无机盐、重金属离子等不仅不能,维持和促进微生物的生长，反而起抑制或杀菌作用。,培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和,(,或,),代谢产物的形成和积累，其中碳氮比,(C/N),的影响较大。,实验室一般培养：普通常用培养基,遗传研究：成分清楚的合成培养基,生理、代谢研究：选用相应的培养基配方,例如：研究枯草芽孢杆菌,一般培养：肉汤培养基或,LB,培养基；,自然转化：基础培养基；,观察芽孢：生孢子培养基；,产蛋白酶：以玉米粉、黄豆饼粉为主的产酶培养基,四、,培养基的类型及应用,1,按成份不同划分,天然培养基,(complex medium),以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成,合成培养基,(synthetic medium),是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基,(,chemically defined medium),半合成培养基,2,根据物理状态划分,固体培养基 （,12,琼脂）,半固体培养基 （,0.3 0.5,琼脂,）,液体培养基,3,按用途划分,1,）基础培养基,(minimum medium),在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，也称为基本培养基。,2,）完全培养基,(complete medium),在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基,牛肉膏蛋白胨培养基就是枯草芽孢杆菌等的完全培养基,3,）加富培养基和富集培养基,(enrichment medium),在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。,根据待分离微生物的特点设计的培养基，用于从环境中富集和分离某种微生物。,（目标微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐富集而占优势，从而容易达到分离该种微生物的目的。）,4,）鉴别培养基,(Differential Medium),5,）选择培养基,(Selective Medium),用于鉴别不同类型微生物的培养基。,利用特定的化学反应，产生明显的特征性变化，根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。,用于将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。,根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感性不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。,4,）鉴别培养基,伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制,G,+,细菌和一些难培养的,G,-,细菌。在低酸度时，这二种染料结合形成沉淀，起产酸指示剂的作用。样品中的多种肠道菌会在,EMB,培养基上产生易于分辨的特征菌落。例如大肠杆菌强烈分解乳糖而产生大量的混合酸，菌体呈酸性，菌落被染成深紫色，从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光。,五、营养物质进入细胞,一、,扩散,(Diffusion),二、促进扩散,(Facilitated Diffusion),三、,主动运输,(Active Transport),四、,膜泡运输,(Membrane Vesicle Transport),（一）,扩散,(Diffusion),物质跨膜扩散的能力和速率与该物质的性质有关,分子量小、脂溶性、极性小的物质易通过扩散进出细胞。,扩散并不是微生物细胞吸收营养物质的主要方式,水是唯一可以通过扩散自由通过原生质膜的分子,脂肪酸、乙醇、甘油、苯、一些气体分子,(O,2,、,CO,2,),及某些氨基酸在一定程度上也可通过扩散进出细胞。,（二）,促进扩散,(Facilitated Diffusion),被动的物质跨膜运输方式,物质运输过程中不消耗能量,参与运输的物质本身的分子结构不发生变化,不能进行逆浓度运输,运输速率与膜内外物质的浓度差正相关。,通过促进扩散进行跨膜运输的物质,需要借助载体,(Carrier),的作用才能进入细胞，而且每种载体只运输相应的物质，具有较高的专一性。,（二）,促进扩散,载体只影响物质的运输速率，并不改变该物质在膜内外形成的动态平衡状态，类似于酶的作用特征，载体蛋白也称为,透过酶,。,透