第4章-微生物的營養(yǎng)-微生物理論課件

第四章微生物營養(yǎng)

MicrobialNutrition微生物與其他生物一樣，必須從外界環(huán)境中攝取所需的各種物質(zhì)才能進(jìn)行新陳代謝。那些能夠滿足機(jī)體生長，繁殖和完成各種生理活動所需要的物質(zhì)稱為微生物的營養(yǎng)物質(zhì)。微生物獲得與利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程通常稱為營養(yǎng)。營養(yǎng)物質(zhì)的功能營養(yǎng)物質(zhì)是微生物進(jìn)行生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，它的主要作用有：(1)參與微生物細(xì)胞組分和代謝產(chǎn)物的組成(2)提供各種生命活動所需的能量(3)構(gòu)成酶的活性成分在新陳代謝中起調(diào)節(jié)作用由于微生物的種類繁多，對營養(yǎng)的需要也多種多樣，搞清它對生產(chǎn)實(shí)踐具有重要的意義。第一節(jié)微生物細(xì)胞的化學(xué)組成分析微生物的化學(xué)組成是了解微生物營養(yǎng)需要的基礎(chǔ)

1第二節(jié)微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能1.碳源（Carbonsource）2.氮源（Nitrogensource)3.能源（Energysource)4.生長因子（Growthfactor)5.無機(jī)鹽（Inorganicsalt)6.水(Water)

一、碳源物質(zhì)凡可被微生物用來構(gòu)成細(xì)胞組分或代謝產(chǎn)物中碳素來源的營養(yǎng)物質(zhì)統(tǒng)稱為碳源物質(zhì)。其主要作用有二：（1）構(gòu)成細(xì)胞組分或代謝產(chǎn)物的碳架（2）供給微生物生長發(fā)育所需的能量

不同微生物對C源的需求不同

微生物可利用的碳源糖類：葡萄糖，果糖，麥芽糖，蔗糖，淀粉，乳糖，甘露糖，纖維素，半纖維素，甲殼素，木質(zhì)素等有機(jī)酸：乳酸，檸檬酸，延胡索酸，脂肪酸，氨基酸醇類：乙醇脂類：脂肪，磷脂

烴類：天然氣，石油，石蠟油CO2及碳酸鹽其他：芳香族化合物，氰化物，核酸等二、氮源物質(zhì)凡可被微生物用來構(gòu)成菌體組分中或代謝成分中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)統(tǒng)稱為N源物質(zhì)。主要作用為合成細(xì)胞中含氮物質(zhì)，一般不作能源用（少數(shù)自養(yǎng)細(xì)菌例外）

無機(jī)氮源：銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽等有機(jī)氮源：蛋白胨、酵母膏、玉米漿、魚粉、黃豆餅、花生餅氣態(tài)氮源：大氣N2不同微生物對氮源的需求不同：固氮微生物:氮?dú)饣茏责B(yǎng)菌:銨鹽、亞硝鹽異養(yǎng)菌:無機(jī)氮和有機(jī)氮無機(jī)氮的利用速度比較快，稱為速效氮。而豆餅粉必須降解成氨基酸或短肽才能被利用稱為遲效氮。速效氮利于生長，遲效氮利于代謝產(chǎn)物形成。

微生物的生長因子廣義：指微生物在生命活動過程中必須從外界環(huán)境中攝取的，對其正常代謝必不可少的某些微量有機(jī)化合物。如維生素、氨基酸和堿基。狹義：僅指維生素，其主要的生理功能是作為酶的組成成分1).生長因子自養(yǎng)型微生物（auxoautotrophs)2).生長因子異養(yǎng)型微生物（auxoheterotrophs)3).生長因子過量合成微生物4).營養(yǎng)缺陷型微生物（nutritionaldeficiency)主要作用：（1）構(gòu)成細(xì)胞的結(jié)構(gòu)成分。如P、S。（2）某些生理活性物質(zhì)（如酶）的組成成分。如Cu、Zn、Mg等（3）參與細(xì)胞滲透壓，氫離子濃度，氧化還原電位的調(diào)節(jié)。（4）作為某些微生物的能源（如S）四、礦質(zhì)元素五、水（1）是微生物細(xì)胞的重要組成成分，使原生質(zhì)保持溶膠狀態(tài)，保證代謝正常進(jìn)行。水占活細(xì)胞總量的90%左右（2）機(jī)體內(nèi)的一系列生理生化反應(yīng)都離不開水（3）營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌都是通過水來進(jìn)行的（4）能有效地控制細(xì)胞內(nèi)溫度的變化（5）是物質(zhì)代謝的原料第三節(jié)微生物的營養(yǎng)類型微生物的營養(yǎng)類型多種多樣一、自養(yǎng)與異養(yǎng)（按碳源分）自養(yǎng)型生物：能以簡單的無機(jī)物生長異養(yǎng)型生物：生長時需要復(fù)雜的有機(jī)物二、光能營養(yǎng)與化能營養(yǎng)（按能源分）光能營養(yǎng)型：利用光能進(jìn)行生長：光能——>化學(xué)能化能營養(yǎng)型：利用有機(jī)或無機(jī)物氧化過程中放出的能量三、無機(jī)營養(yǎng)型與有機(jī)營養(yǎng)型（按供氫體分）無機(jī)營養(yǎng)型：供氫體為無機(jī)物有機(jī)營養(yǎng)型：供氫體為有機(jī)物根據(jù)所需碳源（供氫體）和能源的不同，微生物可分為：

1.化能異養(yǎng)（化能有機(jī)營養(yǎng)型）微生物2.化能自養(yǎng)（化能無機(jī)營養(yǎng)型）微生物3.光能自養(yǎng)（光能無機(jī)營養(yǎng)型）微生物4.光能異養(yǎng)（光能有機(jī)營養(yǎng)型）微生物化能異養(yǎng)型微生物碳源——有機(jī)物能源——有機(jī)物可分為：寄生型微生物——寄生于活的生物體腐生型微生物——以死亡的生物有機(jī)體為營養(yǎng)原料自然界中絕大部分的微生物為化能有機(jī)營養(yǎng)型微生物化能自養(yǎng)型微生物碳源——CO2能源——來自氧化某種還原態(tài)無機(jī)物例：2NH3+2O22HNO2+4H++能量

CO2+4H+(CH2O)+H2O光能自養(yǎng)型微生物碳源——CO2為唯一或主要碳源能源——光能供氫體——水、H2S、Na2S2O3和其他無機(jī)物例：CO2+H2O[CH2O]+O22CO2+H2S+2H2O2[CH2O]+H2SO4CO2+2H2S[CH2O]+H2O+2S藻類和藍(lán)細(xì)菌光能異養(yǎng)型微生物碳源——CO2能源——光供氫體——有機(jī)物例：紅螺菌屬Rhodospirillum(CH2O)+2CH3COCH3+H2OCO2+2CH3CHOHCH3微生物的營養(yǎng)類型1劃分依據(jù)

營養(yǎng)類型

特點(diǎn)碳源自養(yǎng)型以CO2為唯一或主要碳源異養(yǎng)型以有機(jī)物為碳源能源光能營養(yǎng)型以光為能源化能營養(yǎng)型以有機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能為能源電子供體無機(jī)營養(yǎng)型以無機(jī)物為電子供體有機(jī)營養(yǎng)型以有機(jī)物為電子供體微生物的營養(yǎng)類型

2營養(yǎng)類型電子供體

碳源能源

例樣光能無機(jī)（自養(yǎng)）型H2,H2S,S,H2OCO2光能色細(xì)菌，藍(lán)細(xì)菌，藻類光能有機(jī)（異養(yǎng)）型有機(jī)物

有機(jī)物光能紅螺細(xì)菌化能無機(jī)（自養(yǎng)）型H2,H2S,Fe2+，

NH3或NO2-CO2化學(xué)能（無機(jī)物氧化）氫細(xì)菌，硫桿菌，硝化細(xì)菌，產(chǎn)甲烷菌化能有機(jī)（異養(yǎng)）型有機(jī)物

有機(jī)物化學(xué)能（有機(jī)物氧化）大多數(shù)微生物，原生動物第四節(jié)培養(yǎng)基培養(yǎng)基：是人工配制的適合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)

培養(yǎng)基的配制原則（一）、配制培養(yǎng)基的原則1、根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需求配制不同的培養(yǎng)基2、注意各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度和配比（如C/N）3、調(diào)節(jié)適宜的物理化學(xué)條件（pH，氧化還原電位redoxpotential等）4、根據(jù)培養(yǎng)的目的來配制碳氮比（C/N）：指碳原子的摩爾數(shù)/氮原子的摩爾數(shù)，而不是碳源重量/氮源重量，如NH3中N占82%，培養(yǎng)微生物時C/N比要合適如谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)：

C/N=4時菌體大量繁殖，Glu積累少；

C/N=3時菌體繁殖受抑，Glu大量積累。營養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適（C/N）

控制pH條件

細(xì)菌:pH7.0-8.0

放線菌：pH7-8.5

酵母菌:pH3.8-6.0

霉菌：pH4.0-6.0

維持培養(yǎng)基pH的方法使用磷酸緩沖劑：K2HPO4/Na2HPO4:KH2PO4/NaH2PO4采用“備用堿”CaCO3

、CaHCO3采用弱酸鹽：檸檬酸鹽、乳酸鹽等采用液氨或鹽酸控制氧化還原電位（redoxpotential）好氧微生物：＞+0.1V。一般+0.3~+0.4V厭養(yǎng)微生物：+0.1以下兼性厭養(yǎng)微生物：+0.1以上好氧呼吸；+0.1以下進(jìn)行發(fā)酵

根據(jù)培養(yǎng)目的如分離土壤中纖維素分解菌

纖維素粉5g，酵母膏0.5g，水解酪素0.5g，蒸餾水1000ml，NaNO31g,Na2HPO4.7H2O1.18g,KH2PO40.9g,MgSO4.7H2O0.5g,KCl0.5g,pH6.8

纖維素粉先經(jīng)1NHCl冷處理12h——>水洗至中性，以去除其它碳源。二、設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的四種方法1、生態(tài)模擬根據(jù)微生物生長的天然環(huán)境來模擬培養(yǎng)基如最初細(xì)菌生長的肉湯中，就可用肉湯作為細(xì)菌的培養(yǎng)基酵母適宜長在水果如葡萄上，可用葡萄汁或蘋果汁等來培養(yǎng)酵母放線菌適宜長在土壤中，可用土壤浸出液來培養(yǎng)，要調(diào)查某一土壤中有多少微生物最好用土壤浸出液，并模擬其他土壤中的條件如pH，氧化還原電位等2、查閱文獻(xiàn)要注重前人的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然可改進(jìn)3、精心設(shè)計(jì)對多種因素進(jìn)行反復(fù)比較，反復(fù)試驗(yàn)，可用優(yōu)選法或正交試驗(yàn)法4、試驗(yàn)比較無論你設(shè)計(jì)得多好，最終要接受實(shí)踐的檢驗(yàn)。有時小試好，大試不一定好。所以試驗(yàn)的規(guī)模一般都遵循由定性到定量，由小到大逐步擴(kuò)大的原則。如先用生長譜法,然后用搖瓶試驗(yàn)，最后用大罐發(fā)酵試驗(yàn)三、培養(yǎng)基的類型及其應(yīng)用根據(jù)組成成分劃分根據(jù)物理狀態(tài)劃分根據(jù)使用用途劃分

按成分不同劃分培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基（Complexmedium;undefinedmedium)合成培養(yǎng)基(Syntheticmedium;definedmedium)半合成培養(yǎng)基(Semi-definedmedium)根據(jù)物理狀態(tài)劃分培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基：含瓊脂1.5~2%半固體培養(yǎng)基：含瓊脂0.2~0.7%液體培養(yǎng)基按使用用途劃分培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基(Minimummedium)加富培養(yǎng)基(Enrichmentmedium)鑒別培養(yǎng)基(Differentialmedium)選擇培養(yǎng)基(Selectivemedium)第五節(jié)微生物的營養(yǎng)運(yùn)輸培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物只有被微生物吸收到細(xì)胞內(nèi)才能逐步利用，產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物只有及時地分泌到胞外，避免在胞內(nèi)積累產(chǎn)生毒害，微生物才能正常生長。物質(zhì)通過細(xì)胞膜有四種方式：簡單擴(kuò)散（Simplediffusion)促進(jìn)擴(kuò)散（Facilitateddiffusion）主動運(yùn)輸（Activetransport）基團(tuán)轉(zhuǎn)位（Grouptranslocation)簡單擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散的動力:膜內(nèi)外的濃度差特點(diǎn)：

不消耗能量

不發(fā)生化學(xué)變化

非特異性。僅依膜上小孔的大小和形狀對被擴(kuò)散的物質(zhì)分子的大小和形狀具有選擇性被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)是小分子量和脂溶性物，水，氣體、甘油和某些離子促進(jìn)擴(kuò)散借助膜上的載體蛋白，具有高度的立體專一性。載體蛋白能促進(jìn)物質(zhì)運(yùn)輸，但不能進(jìn)行逆濃度梯度運(yùn)輸。常見于真核微生物，如厭養(yǎng)生活的酵母菌中。特點(diǎn)：

需要特異性的載體蛋白

不消耗能量可加快運(yùn)輸速度，但不能逆濃度運(yùn)輸主動運(yùn)輸有特異性的載體蛋白參與需要消耗能量可以逆濃度梯度運(yùn)輸微生物的主要物質(zhì)運(yùn)輸方式微生物主動運(yùn)輸示意圖基團(tuán)轉(zhuǎn)位一種主動運(yùn)輸類型需復(fù)雜的運(yùn)輸酶系參與底物在運(yùn)輸過程發(fā)生化學(xué)變化主要存在于厭養(yǎng)和兼性厭養(yǎng)細(xì)菌中主要用于糖及脂肪酸、核苷、堿基等物質(zhì)的運(yùn)輸，如葡萄糖（見圖）