微生物学-营养.pptx
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1、第四章第四章 微生物的营养和培养基微生物的营养和培养基第四章第四章 微生物营养微生物营养第一节第一节微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成第二节第二节微生物的营养要素微生物的营养要素第三节第三节微生物的营养类型微生物的营养类型第四节第四节微生物对营养物质的吸收方式微生物对营养物质的吸收方式第五节第五节培养基培养基其化学组成与其他高等动植物一样,细胞也是大量其化学组成与其他高等动植物一样,细胞也是大量元素碳、氢、氧、氮、磷、硫(这六种元素占细菌元素碳、氢、氧、氮、磷、硫(这六种元素占细菌细胞干重的细胞干重的97,)和微量元素铁、锰、锌等构成。,)和微量元素铁、锰、锌等构成。这些元素以有机物质,
2、水和无机物质的形式存在于这些元素以有机物质,水和无机物质的形式存在于细胞中。细胞中。v有机物主要有蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它有机物主要有蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它们的降解产物、代谢产物等;们的降解产物、代谢产物等;v无机物则是单独存在于细胞原生质内的无机盐等灰无机物则是单独存在于细胞原生质内的无机盐等灰分物质,参与有机物组成;分物质,参与有机物组成;v水是细胞中的一种主要成分,可占细胞干重的水是细胞中的一种主要成分,可占细胞干重的90以上:细菌以上:细菌80%左右、酵母菌左右、酵母菌75%左右、霉菌左右、霉菌85%左右;霉菌孢子含水约左右;霉菌孢子含水约39%、细菌芽孢核心部分的、
3、细菌芽孢核心部分的含水量低于含水量低于30%。第一节第一节 微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成微生物细胞中几种主要元素的含量微生物细胞中几种主要元素的含量(细胞干重的百分数)(细胞干重的百分数)元素元素细菌细菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌碳碳5049.847.9氮氮1512.45.2氢氢86.76.7氧氧2031.140.2微生物细胞的化学组成微生物细胞的化学组成主要成分主要成分细菌细菌酵母菌酵母菌霉菌霉菌水分水分758570808590(占细胞鲜重的(占细胞鲜重的%)蛋白质蛋白质508032751415占占细细碳水化合物碳水化合物12282763740胞胞干干脂肪脂肪520215440重重的的
4、核酸核酸1020681%无机盐无机盐2303.87612 第二节第二节 微生物的营养要素微生物的营养要素营养物(营养物(nutrient):):那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动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通常称为微生物的营养物质。所需要的物质通常称为微生物的营养物质。营养(或叫营养作用,营养(或叫营养作用,nutrition):):微生物获得与利用营养物质的过程通常称为营养。微生物获得与利用营养物质的过程通常称为营养。微生物细胞也和其他高等生物细胞一样,在元素水微生物细胞也和其他高等生物细胞一样,在元素水平都需要平都需要20种左右,且以种左右,且以C、H
5、、O、N、S、P六种六种元素为主;在营养要素水平上都在六大类的范围内:元素为主;在营养要素水平上都在六大类的范围内:碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。一、碳源(一、碳源(carbon source)凡是提供微生物营养所需的碳元素(碳架)的营养源,凡是提供微生物营养所需的碳元素(碳架)的营养源,称为碳源。可分为有机碳源和无机碳源。碳源是微生物需要称为碳源。可分为有机碳源和无机碳源。碳源是微生物需要量最大的营养物,又称大量营养物。量最大的营养物,又称大量营养物。碳碳源源物物质质的的功功能能 构构成成细细胞胞物物质质;为为机机体体提提供供整整个个生生理活
6、动所需要的能量(异养微生物)。理活动所需要的能量(异养微生物)。微生物的碳源谱微生物的碳源谱 微生物可利用的碳源范围微生物可利用的碳源范围。无机含碳化合物:如无机含碳化合物:如CO2和碳酸盐等。和碳酸盐等。有有机机含含碳碳化化合合物物:糖糖与与糖糖的的衍衍生生物物、脂脂类类、醇醇类类。有有机机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的化合物。酸、烃类、芳香族化合物以及各种含氮的化合物。微微生生物物不不同同,利利用用上上述述含含碳碳化化合合物物的的能能力力不不同同,如如假假单单胞胞菌菌属属中中的的某某些些种种可可以以利利用用90种种以以上上的的不不同同类类型型的的碳碳源源物物质质;而而某某些些甲甲基基
7、营营养养型型细细菌菌只只能能利利用用甲甲醇醇或或甲甲烷烷等等一一碳碳化化合合物物进进行生长。行生长。类类型型元素水平元素水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平有有机机碳碳CHONX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉牛肉膏、蛋白胨、花生饼粉等等CHON多数氨基酸、简单蛋白多数氨基酸、简单蛋白质等质等一般氨基酸、明胶等一般氨基酸、明胶等CHO糖、有机酸、醇、脂类糖、有机酸、醇、脂类等等葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、葡萄糖、蔗糖、各种淀粉、糖蜜等糖蜜等CH烃类烃类天然气、石油及其不同馏份、天然气、石油及其不同馏份、石蜡油等石蜡油等无无机机碳碳C(?)COCO2CO2
8、COXNaHCO3NaHCO3、CaCO3、白垩等、白垩等微生物的碳源谱微生物的碳源谱微生物依据碳源谱的分类微生物依据碳源谱的分类(1)异养微生物)异养微生物凡必须利用有机碳源的微生物为异养微生物。凡必须利用有机碳源的微生物为异养微生物。有些种类尤其是生长在动物血液、组织和肠道中的致有些种类尤其是生长在动物血液、组织和肠道中的致病菌,还须提供少量病菌,还须提供少量CO2作碳源才能满足其正常生作碳源才能满足其正常生长。长。(2)自养微生物)自养微生物凡以无机碳源为主要碳源的微生物为自养微生物。凡以无机碳源为主要碳源的微生物为自养微生物。二、氮源二、氮源(nitrogen source)凡是提供微
9、生物营养所需的氮元素的营养源,称为氮源。可分凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源,称为氮源。可分为有机氮源和无机氮源两类。为有机氮源和无机氮源两类。氮源物质的主要作用氮源物质的主要作用 是合成细胞是合成细胞 中含氮物质,少数中含氮物质,少数自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与能源,某自养细菌能利用铵盐、硝酸盐作为机体生长的氮源与能源,某些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺乏的条件下,也可以利用氨基些厌氧细菌在厌氧与糖类物质缺乏的条件下,也可以利用氨基酸作为能源物质。酸作为能源物质。微生物的氮源谱微生物的氮源谱 微生物能利用的氮源范围即氮源谱。微生物能利用的氮源范围即氮源谱。微生物的氮源谱微
10、生物的氮源谱类类型型元素水平元素水平化合物水平化合物水平培养基原料水平培养基原料水平有有机机氮氮NCHOX复杂蛋白质、核酸等复杂蛋白质、核酸等牛肉膏、酵母膏、饼牛肉膏、酵母膏、饼粕粉、蚕蛹粉等粕粉、蚕蛹粉等NCHO尿素、一般氨基酸、简单蛋尿素、一般氨基酸、简单蛋白质等白质等尿素、蛋白胨、明胶尿素、蛋白胨、明胶等等无无机机氮氮NHNH3、铵盐等、铵盐等(NH4)2SO4等等NO硝酸盐等硝酸盐等KNO3等等NN2空气空气 微生物依据氮源谱的分类微生物依据氮源谱的分类(1)氨基酸自养型微生物)氨基酸自养型微生物 一部分微生物不需要氨基酸作氮源,它们能把尿素、铵一部分微生物不需要氨基酸作氮源,它们能把
11、尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基盐、硝酸盐甚至氮气等简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸。这样的微生物叫做氨基酸自养型微生物。酸。这样的微生物叫做氨基酸自养型微生物。人们可利用氨基酸自养型微生物将尿素、铵盐、硝酸盐甚人们可利用氨基酸自养型微生物将尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等廉价氮源转化成菌体蛋白(至氮气等廉价氮源转化成菌体蛋白(SCP或食用菌等)或含或食用菌等)或含氮的代谢产物。氮的代谢产物。(2)氨基酸异养型微生物)氨基酸异养型微生物 凡需要从外界吸收现成的氨基酸做氮源的微生物叫做氨凡需要从外界吸收现成的氨基酸做氮源的微生物叫做氨基酸异养型微生物。基酸异养型微生物。
12、三、能源三、能源 能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。微生物所能利用的能源范围叫能源谱。分为化学物质和射能。微生物所能利用的能源范围叫能源谱。分为化学物质和辐射能两类。辐射能两类。微生物的能源谱:微生物的能源谱:有机物:化能异养微生物的能源(同碳源)有机物:化能异养微生物的能源(同碳源)化学物质化学物质 能源谱:能源谱:无机物:化能自养微生物的能源(不同于碳源)无机物:化能自养微生物的能源(不同于碳源)辐射能:光能自养和光能异养微生物的能源辐射能:光能自养和光能异养微生物的能源 由于各种异养微生物的能源就是其碳源,因此微生物的由
13、于各种异养微生物的能源就是其碳源,因此微生物的能源谱较简单。能源谱较简单。微生物依据能源谱的分类微生物依据能源谱的分类(1)化能营养型微生物)化能营养型微生物以化学物质作为最初能量来源的微生物叫化能营养以化学物质作为最初能量来源的微生物叫化能营养型微生物。型微生物。(2)光能营养型微生物)光能营养型微生物以光这种辐射能作为最初能量来源的微生物叫光能以光这种辐射能作为最初能量来源的微生物叫光能营养型微生物。营养型微生物。微生物营养物功能的多重性微生物营养物功能的多重性(1)单功能营养物)单功能营养物辐射能是单功能的,只为光能微生物提供能源。辐射能是单功能的,只为光能微生物提供能源。(2)双功能营
14、养物)双功能营养物 对一切异养微生物来说,其碳源又兼作能源,这种对一切异养微生物来说,其碳源又兼作能源,这种碳源(营养物)称双功能营养物。化能自养微生物碳源(营养物)称双功能营养物。化能自养微生物的能源物质无机养料常常是双功能的(如:的能源物质无机养料常常是双功能的(如:NH4+既既是硝酸细菌的能源,又是它的氮源。)是硝酸细菌的能源,又是它的氮源。)(3)多功能营养物)多功能营养物有机营养物常有双功能或三功能作用,既是异养微有机营养物常有双功能或三功能作用,既是异养微生物的能源,又是它们的碳源或氮源。生物的能源,又是它们的碳源或氮源。四、生长因子四、生长因子(growth factor)是一类
15、对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的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。碳源或氮源自行合成的有机物。微生物的生长因子谱:微生物的生长因子谱:狭义一般指维生素。广义除维生素外,还包括碱基、狭义一般指维生素。广义除维生素外,还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4C6的分支或直链的分支或直链脂肪酸以及需要量较大的氨基酸。脂肪酸以及需要量较大的氨基酸。由于它没有能源、碳源和氮源等结构材料的功能,需由于它没有能源、碳源和氮源等结构材料的功能,需要量一般很少。要量一般很少。缺乏合成生长因子能力的微生物称为缺乏合成生长因子能力的微生物称
16、为“营养缺陷营养缺陷型型”微生物。微生物。生长因子的功能生长因子的功能既不构成细胞主要物质,也不是能源物质,但有重要既不构成细胞主要物质,也不是能源物质,但有重要生理功能。生理功能。(1)构成酶的辅基或辅酶的成分,在代谢调节中起)构成酶的辅基或辅酶的成分,在代谢调节中起重要作用。重要作用。(2)构成核酸的组成部分。)构成核酸的组成部分。微生物依据对生长因子需要的分类微生物依据对生长因子需要的分类(1)生长因子自养型微生物)生长因子自养型微生物不不需需要要从从外外界界吸吸收收任任何何生生长长因因子子的的微微生生物物叫叫生生长长因因子自养型微生物。子自养型微生物。(2)生长因子异养型微生物)生长因
17、子异养型微生物需需要要从从外外界界吸吸收收多多种种生生长长因因子子才才能能维维持持正正常常生生长长的的微生物叫生长因子异养型微生物。微生物叫生长因子异养型微生物。(3)生长因子过量合成微生物)生长因子过量合成微生物少少数数微微生生物物在在其其代代谢谢活活动动中中,能能合合成成并并分分泌泌大大量量的的维维生生素素等等生生长长因因子子,这这样样的的微微生生物物叫叫生生长长因因子子过过量量合成微生物。合成微生物。五、无机盐五、无机盐 是微生物生长必不可少的一类营养物质,可是微生物生长必不可少的一类营养物质,可为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素的无为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素的无机盐。包
18、括大量元素和微量元素。机盐。包括大量元素和微量元素。大量元素:大量元素:P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe等。等。(微生物生长所需浓度在(微生物生长所需浓度在10-310-4mol/L)微量元素:微量元素:Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。等。(微生物生长所需浓度在(微生物生长所需浓度在10-610-8mol/L)一一般般微微生生物物生生长长所所需需要要的的无无机机盐盐有有:硫硫酸酸盐盐、磷磷酸酸盐盐、氯氯化化物物以以及及含含有有钠钠、钾钾、镁镁、铁铁等等金金属属元元素的化合物。素的化合物。无机盐的生理功能无机盐的生理功能 细胞内一般分子成分(细胞内一般分子成分(P、S、Ca、Ma、Fe等)等)
19、一般功能一般功能 渗透压的维持(渗透压的维持(Na+等)等)生理调节物质生理调节物质 酶的激活剂(酶的激活剂(M g2+等)等)大量元素大量元素 pH的稳定的稳定无无 化能自养菌的能源(化能自养菌的能源(S、Fe2+、NH4+、NO2-等)等)机机 特殊功能特殊功能 盐盐 无氧呼吸时的氢受体(无氧呼吸时的氢受体(NO3-、SO42-等)等)酶的激活剂(酶的激活剂(Cu2+、Mn2+、Zn2+等)等)微量元素微量元素 特殊分子结构成分(特殊分子结构成分(Co、Mo等)等)无机元素的来源和功能元素元素人为提供形式人为提供形式生生 理理 功功 能能PKH2PO4、K2HPO4核酸、磷酸和辅酶的成分核
20、酸、磷酸和辅酶的成分SMgSO4含硫氨基酸、含硫维生素成分含硫氨基酸、含硫维生素成分KKH2PO4、K2HPO4酶的辅因子、维持电位差和渗透压酶的辅因子、维持电位差和渗透压NaNaCl维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要维持渗透压、某些细菌和蓝细菌需要CaCa(NO3)2、CaCl2胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和胞外酶稳定剂、蛋白酶辅因子、细菌芽孢和 真菌孢子形成真菌孢子形成MgMgSO4固氮酶辅因子、叶绿素成分固氮酶辅因子、叶绿素成分FeFeSO4Cyt成分;合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素所需成分;合成叶绿素、白喉毒素和氯高铁血红素所需MnMnSO4超氧化物歧化酶、氨肽酶、超氧化物歧
21、化酶、氨肽酶、L-阿拉伯糖异构酶等的辅因子阿拉伯糖异构酶等的辅因子CuCuSO4氧化酶、酪氨酸酶的辅因子氧化酶、酪氨酸酶的辅因子ZnZnSO4碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子碱性磷酸酶、脱氢酶、肽酶、脱羧酶辅因子Mo(NH4)6Mo7O24固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分固氮酶和同化型及异化型硝酸盐还原酶的成分六、水分六、水分水分是生物细胞的主要化学成分,其重要的生水分是生物细胞的主要化学成分,其重要的生理功能表现在下列几个方面:理功能表现在下列几个方面:1、细胞的构成成分。、细胞的构成成分。2、一系列生理生化反应的反应介质、一系列生理生化反应的反应介质,参与许多参与许多生理生化
22、反应。生理生化反应。3、维持细胞的膨压(控制细胞形态)。、维持细胞的膨压(控制细胞形态)。4、水的比热高,能有效的吸收代谢过程中放、水的比热高,能有效的吸收代谢过程中放出的热量,不致使细胞的温度骤然上升。有效出的热量,不致使细胞的温度骤然上升。有效地控制细胞内的温度变化。地控制细胞内的温度变化。5、维持各种生物大分子结构的稳定性。、维持各种生物大分子结构的稳定性。自养微生物自养微生物 光能自养微生物(光无机营养型)光能自养微生物(光无机营养型)化能自养微生物(化能无机营养型化能自养微生物(化能无机营养型)异养微生物异养微生物 光能异养微生物(光能有机营养型)光能异养微生物(光能有机营养型)化能
23、异养微生物(化能有机营养型)化能异养微生物(化能有机营养型)第三节第三节 微生物的营养类型微生物的营养类型根据生长所需要的营养物质的性质,可将微生物分根据生长所需要的营养物质的性质,可将微生物分成两种基本的营养类型:成两种基本的营养类型:根据生长所需的碳源分为两种类型:根据生长所需的碳源分为两种类型:异养型生物:异养型生物:在生长时需要以复杂的有机物质作为营在生长时需要以复杂的有机物质作为营养物质。养物质。自养型生物:自养型生物:在生长时能以简单的无机物质作为营养在生长时能以简单的无机物质作为营养物质。物质。动物属于异养型生物,植物,而微生物既有异养型的也有自养动物属于异养型生物,植物,而微生
24、物既有异养型的也有自养型的,大多数微生物属于异养型生物,少数微生物属于自养型型的,大多数微生物属于异养型生物,少数微生物属于自养型生物。生物。根据生长时能量的来源不同,又可将生物分成两根据生长时能量的来源不同,又可将生物分成两种类型:种类型:化能营养型生物:依化能营养型生物:依靠化合物氧化释放的能量进行生靠化合物氧化释放的能量进行生长。长。光能营养型生物:光能营养型生物:依靠光能进行生长。依靠光能进行生长。动物和大部分微生物属于化能营养型生物,它们从物质的氧化动物和大部分微生物属于化能营养型生物,它们从物质的氧化过程中获得能量。植物和少部分微生物属于光能营养型生物。过程中获得能量。植物和少部分
25、微生物属于光能营养型生物。营养类型营养类型能源能源 氢供体氢供体基本碳源基本碳源实实例例光能无机营养型光能无机营养型(光能自养型光能自养型)光光无机物无机物CO2蓝细菌蓝细菌,紫硫细菌紫硫细菌,绿硫绿硫细菌细菌,藻类藻类光能有机营养型光能有机营养型(光能异养型光能异养型)光光有机物有机物CO2及简单及简单有机物有机物红螺菌科的细菌红螺菌科的细菌(即紫即紫色无硫细菌色无硫细菌)化能无机营养型化能无机营养型(化能自养型化能自养型)无机无机物物无机物无机物CO2硝化细菌硝化细菌,硫化细菌硫化细菌,铁铁细菌细菌,氢细菌氢细菌,硫磺细菌硫磺细菌等等化能有机营养型化能有机营养型(化能异养型化能异养型)有机
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