微生物的營(yíng)養(yǎng)要求課件

第一節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)要求營(yíng)養(yǎng)（nutrition）：指生物體從外界環(huán)境中攝取對(duì)其生命活動(dòng)必需的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長(zhǎng)和繁殖需要的一種最基本的生理功能。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（nutrient）：指具有營(yíng)養(yǎng)功能的物質(zhì)，那些能夠滿足微生物機(jī)體生長(zhǎng)、繁殖和完成各種生理活動(dòng)所需的物質(zhì)。在微生物學(xué)中，它還包括非常規(guī)物質(zhì)形式的光輻射能在內(nèi)。營(yíng)養(yǎng)為一切生命活動(dòng)提供必需的物質(zhì)基礎(chǔ)！有了營(yíng)養(yǎng)，微生物才能進(jìn)一步代謝生長(zhǎng)和繁殖，并可能為人們提供各種有益的代謝產(chǎn)物。微生物的營(yíng)養(yǎng)物可為它們的正常生命活動(dòng)提供結(jié)構(gòu)物質(zhì)、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和必要的生理環(huán)境。一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成二、微生物的營(yíng)養(yǎng)構(gòu)成三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型微生物們需要吃什么？組成微生物細(xì)胞的各類(lèi)化學(xué)元素的比例常因微生物種類(lèi)的不同而不同Eg.細(xì)菌、酵母菌和真菌的碳、氫、氧、氮、磷、硫六種元素的含量就有差別。元素細(xì)菌酵母菌真菌碳～50～50～48氮～15～12～5

氫～8

～7～7

氧～20～31

～40

磷

～3────硫～1────

微生物細(xì)胞中幾種主要元素的含量（干重%）硫細(xì)菌(sulfurbacteria)、鐵細(xì)菌(ironbacteria)和海洋細(xì)菌(marinebacteria)相對(duì)于其他細(xì)菌則含有較多的硫、鐵和鈉、氯等元素,硅藻(Diatom)需要硅酸來(lái)構(gòu)建富含(SiO2)n的細(xì)胞壁。微生物細(xì)胞水：70%-90%干物質(zhì)有機(jī)物蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素以及它們的降解產(chǎn)物和一些代謝產(chǎn)物等物質(zhì)

無(wú)機(jī)物細(xì)胞中與有機(jī)物質(zhì)結(jié)合或單獨(dú)存在的無(wú)機(jī)鹽等物質(zhì)2、化學(xué)成分及其分析各種化學(xué)元素主要以有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和水的形式存在于細(xì)胞中。細(xì)胞濕重(wetweight)與干重(dryweight)之差為細(xì)胞含水量，常以百分率表示：（濕重-干重）/濕重×100%。水是細(xì)胞維持正常生命活動(dòng)所必不可少的，一般可占細(xì)胞重量的70~90%。濕重：將細(xì)胞外表面所吸附的水份除去后稱量所得重量。一般以單位培養(yǎng)液中所含細(xì)胞重量表示（克/升或毫克/毫升）。干重：采用高溫（105℃）烘干、低溫真空干燥和紅外線快速烘干等方法將細(xì)胞干燥至恒重即為～。1、碳源（carbonsource）（1）定義:凡能供給微生物碳素營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)，稱為碳源。（2）功能：是各種代謝產(chǎn)物和細(xì)胞內(nèi)部物質(zhì)碳價(jià)結(jié)構(gòu)的重要來(lái)源；并能為微生物（異養(yǎng)微生物）提供維持生命活動(dòng)所需的能源。微生物細(xì)胞含碳量約占干重的50％，除水分外，碳源是需要量最大的營(yíng)養(yǎng)物，又稱之為大量營(yíng)養(yǎng)物。能被微生物用作碳源的物質(zhì)種類(lèi)極其廣泛。簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)含碳化合物：CO2、NaHCO3、CaCO3等。比較復(fù)雜的有機(jī)物:烴類(lèi)、醇、羧酸、脂肪酸、糖及其衍生物、雜環(huán)化合物、氨基酸、核苷酸等。復(fù)雜的有機(jī)大分子：蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等。復(fù)雜的天然含碳物質(zhì)：牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉、糖蜜、石油等。酚、氰化物等有毒物質(zhì)：可以被少數(shù)微生物用作碳源。凡以無(wú)機(jī)碳源作主要碳源的微生物，則是種類(lèi)較少的自養(yǎng)微生物。凡必須利用有機(jī)碳源的微生物，就是為數(shù)眾多的異養(yǎng)微生物。對(duì)一切異養(yǎng)微生物來(lái)說(shuō)，其碳源同時(shí)又兼作能源，這種碳源稱為雙功能營(yíng)養(yǎng)物。碳源譜有機(jī)碳無(wú)機(jī)碳單糖＞雙糖和多糖己糖＞戊糖葡萄糖、果糖＞甘露糖、半乳糖淀粉＞纖維素或幾丁質(zhì)等純多糖純多糖＞瓊脂等雜多糖

葡萄糖可作為大多數(shù)微生物的碳源！糖酚、氰化物等有毒物質(zhì)對(duì)人類(lèi)有毒的物質(zhì)Eg.酚、氰化物等某些微生物Eg.諾卡氏菌和一些霉菌等美味佳肴微生物清除三廢CO2最廉價(jià)的、用之不盡的碳源，是自養(yǎng)微生物唯一或主要的碳源。Eg.生長(zhǎng)在動(dòng)物血液、組織和腸道中的致病細(xì)菌（沙門(mén)氏菌、李斯特菌等）纖維素

纖維素是由葡萄糖以β－1,4糖苷鏈組成的，在自然界中資源豐富，但大多數(shù)動(dòng)物和人不能直接利用，而某些微生物可用其作為碳源來(lái)生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品。烴類(lèi)烴類(lèi)化合物也能被微生物用作碳源，且微生物氧化烴類(lèi)的許多中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物均是重要的工業(yè)原料。

清除石油污染2、氮源（nitrogensource）

（1）定義凡能提供微生物生長(zhǎng)繁殖所需氮元素的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，稱為氮源。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)胞干重的12％～15％，也是微生物的主要營(yíng)養(yǎng)物。（2）功能氮源物質(zhì)一般不提供能量，但也有例外：化能自養(yǎng)細(xì)菌中的亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌能從NH3和NO2-的氧化過(guò)程中獲得能量，所以對(duì)于他們來(lái)說(shuō)，NH3和NO2-是兼有氮源與能源的雙功能營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。提供合成細(xì)胞中的含氮物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、核酸）及含氮代謝物等的原料。微生物能利用的氮源無(wú)機(jī)氮分子氮有機(jī)氮主要是蛋白質(zhì)及其不同程度的降解產(chǎn)物(氨基酸、尿素等)，以及嘌呤和嘧啶等。a.有機(jī)氮實(shí)驗(yàn)室常用的有機(jī)氮源有：牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、魚(yú)粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉和花生餅粉等。牛肉膏是用新鮮牛肉經(jīng)過(guò)剔除脂肪、消化、過(guò)濾、濃縮而得到的一種棕黃色至棕褐色的膏狀物。由蛋白質(zhì)經(jīng)酸,堿或蛋白酶分解后而形成的細(xì)菌的培養(yǎng)基，也可治療消化道疾病酵母膏是以新鮮酵母乳液經(jīng)酶解、分離、濃縮得到的純天然制品，富含均衡的各種人體必需氨基酸、B族維生素、核甘酸、多肽及微量元素，是各種微生物所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)3、能源（energysource）

能為微生物生命活動(dòng)提供最初能量來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物或輻射能，稱為能源。能源無(wú)機(jī)物：化能自養(yǎng)微生物的能源（不同于碳源）。輻射能：化學(xué)物質(zhì)有機(jī)物：化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源）。絕大多數(shù)微生物的能源物質(zhì)光合細(xì)菌的能源不僅提供微生物細(xì)胞的碳素和碳架，而且還提供微生物生命活動(dòng)所需的能量。能源為氨根離子、亞硝酸根離子等還原態(tài)無(wú)機(jī)化合物，而碳源是二氧化碳。4、生長(zhǎng)因子（growthfactor）

是一類(lèi)調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能自行合成的需要量很小的一類(lèi)有機(jī)物。根據(jù)生長(zhǎng)因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和它們?cè)跈C(jī)體中的生理功能的不同可將生長(zhǎng)因子分為：維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶3大類(lèi)。主要功能：提供微生物細(xì)胞所需的化學(xué)物質(zhì)（蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)）、作為酶的輔酶或輔基參與新陳代謝。不同微生物需求的生長(zhǎng)因子的種類(lèi)和數(shù)量不同。能提供生長(zhǎng)因子的天然物質(zhì)有：酵母膏、蛋白胨、麥芽汁、玉米漿（一種浸制玉米以制取淀粉后產(chǎn)生的副產(chǎn)品）、動(dòng)植物組織或細(xì)胞浸液以及微生物生長(zhǎng)環(huán)境的提取液。

無(wú)機(jī)鹽是微生物生長(zhǎng)必不可少的一類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等金屬元素的化合物。5、無(wú)機(jī)鹽（mineralsalts）大量元素微量元素?zé)o機(jī)鹽構(gòu)成細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成。調(diào)解滲透壓，PH值和氧化還原電位。有些無(wú)機(jī)鹽如S、Fe還可做為自養(yǎng)微生物的能源。構(gòu)成酶活性基的組成成分，維持酶活性。Mg、Ca、K是多種酶的激活劑。（1）常量元素（macroelements）凡是生長(zhǎng)所需濃度在10-4～10-3mol／L（培養(yǎng)基中含量）范圍內(nèi)的元素，可稱為常量元素，例如P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等。元素人為提供形式生理功能大

量

元

素PKH2PO4

磷酸二氫鉀

K2HPO4

磷酸氫二鉀核酸、磷酸和輔酶的成分SMgSO4硫酸鎂含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）和含硫維生素（生物素、硫胺素等）的成分KKH2PO4磷酸二氫鉀

K2HPO4磷酸氫二鉀某些酶（果糖激酶、磷酸丙酮酸轉(zhuǎn)磷酸酶等）的輔因子；維持電位差和滲透壓NaNaCl氯化鈉維持滲透壓；某些細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌所需CaCa(NO3)2

硝酸鈣

CaCl2

氯化鈣某些胞外酶的穩(wěn)定劑、蛋白酶等的輔因子；細(xì)菌形成芽孢和某些真菌形成孢子所需MgMgSO4硫酸鎂固氮酶等的輔因子；葉綠素等的成分FeFeSO4硫酸鐵細(xì)胞色素的成分；合成葉綠素、白喉毒素和氧高鐵血紅素所需凡所需濃度在10-8～10-6mol／L（培養(yǎng)基中含量）范圍內(nèi)的元素，則稱為微量元素，如Cu、Zn、Mn、Mo、Co等。（2）微量元素（microelements）元素人為提供形式生理功能微

量

元

素MnMnSO4硫酸錳超氧化物歧化酶、氨肽酶和L-阿拉伯糖異構(gòu)酶等的輔因子CuCuSO4硫酸銅氧化酶、酪氨酸酶的輔因子CoCoSO4硫酸鈷維生素B12的成分ZnZnSO4硫酸鋅堿性磷酸酶以及多種脫氫酶、肽酶和脫羧酶的輔因子Mo(NH4)6Mo7O24鉬酸銨固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原酶的成分6、水微生物細(xì)胞中水占70～90％，水是地球上整個(gè)生命系統(tǒng)存在和發(fā)展的必要條件！水在微生物細(xì)胞內(nèi)的生理功能（1）水是細(xì)胞的重要組成成分。（2）水直接參與代謝反應(yīng)，許多反應(yīng)都涉及脫水和水合。（3）維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象。（4）水的比熱高，是熱的良好導(dǎo)體，能有效地吸收代謝過(guò)程中產(chǎn)生的熱并及時(shí)地將熱迅速散發(fā)出體外，從而有效地控制細(xì)胞內(nèi)溫度的變化；微生物生長(zhǎng)環(huán)境中水的有效性常以水活度值（aw）表示，水活度值是指在一定的溫度和壓力條件下，溶液的蒸氣壓力與同樣條件下純水蒸氣壓力之比，即：w=w/wow表示溶液蒸汽壓力

wo表示純水蒸汽壓力溶液中溶質(zhì)越多，w越小。微生物生長(zhǎng)所需的水活度通常在0.63－0.99之間。幾類(lèi)微生物生長(zhǎng)最適w

微生物

w一般細(xì)菌0.91酵母菌0.88霉菌0.80噬鹽細(xì)菌0.76噬鹽真菌0.65嗜高滲酵母0.60三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型由于微生物種類(lèi)繁多，其營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型比較復(fù)雜，劃分微生物營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)或角度各種各樣。但通常根據(jù)碳源、能源及供氫體的不同，將微生物劃分為光能自養(yǎng)型、光能異養(yǎng)型、化能自養(yǎng)型及化能異養(yǎng)型四種營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型。1.光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）利用光作為能源，以CO2為唯一碳源或主要碳源，以還原態(tài)無(wú)機(jī)物（如水、硫化氫、硫代硫酸鈉等）作為供氫體或電子供體，使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，并且伴隨元素氧（硫）的釋放。光合細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含菌綠素，光合作用以H2S、S等還原態(tài)硫化物為供氫體，產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)，并伴隨硫元素的產(chǎn)生。藻類(lèi)和藍(lán)細(xì)菌與高等植物一樣，以水為供氫體（電子供體），進(jìn)行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細(xì)胞物質(zhì)。這類(lèi)微生物不以CO2作為唯一碳源或主要碳源，需以簡(jiǎn)單有機(jī)物作為供氫體，利用光能將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌在生長(zhǎng)時(shí)通常需要外源的生長(zhǎng)因子。2.光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）這類(lèi)微生物能利用有機(jī)物迅速繁殖，常用于污水處理。例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌就是這一營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型的代表：能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)積累丙酮。CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O這類(lèi)微生物利用無(wú)機(jī)物氧化過(guò)程中釋放出的化學(xué)能作為它們生長(zhǎng)所需的能量。以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源進(jìn)行生長(zhǎng)時(shí)，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作為電子供體使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。

3.化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）可在完全無(wú)機(jī)及無(wú)光的環(huán)境中生長(zhǎng)。它們廣泛分布于土壤及水環(huán)境中,參與地球物質(zhì)循環(huán)。屬于這類(lèi)微生物的類(lèi)群有硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌與鐵細(xì)菌等。例如氫細(xì)菌：

4.化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）這類(lèi)微生物生長(zhǎng)所需的能量來(lái)自有機(jī)物氧化過(guò)程中放出的化學(xué)能。