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文檔簡介
1、第五章微生物的營養(yǎng),本章的內(nèi)容,第一節(jié)微生物的六大營養(yǎng)元素,第四節(jié)培養(yǎng)基,第三節(jié)營養(yǎng)元素進入細胞的方法,第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型,營養(yǎng):為了微生物的正常生長和繁殖,在外部環(huán)境中攝取生命活動所需的能量和物質(zhì)的最基本的生理功能之一。營養(yǎng)物質(zhì):具有營養(yǎng)功能的物質(zhì),是指完成微生物身體的生長、繁殖和各種生理活動所需的物質(zhì)。營養(yǎng)是微生物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ),營養(yǎng)是生物維持其生命形態(tài)和持續(xù)的一種生理過程。概念區(qū)分:1節(jié)微生物的6個主要營養(yǎng)元素,1。細胞化學(xué)元素組成,主要元素:碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵;其中前4種占細菌細胞干燥重量的90-97%,第一,微生物細胞的化學(xué)組成,微量元素:鋅、錳、鈉、氯、
2、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。構(gòu)成微生物細胞的各種化學(xué)元素的比例取決于微生物種類,微生物細胞中多種主要元素的含量(干重),硫細菌3354硫元素;鐵細菌鐵元素;海洋細菌鈉、氯和其他元素;硅藻硅酸形成了富含(SiO2)n的細胞壁。2 .元素是細胞中的記憶形態(tài),各種元素是細胞中主要存在的形態(tài),1。有機物:蛋白質(zhì)、糖、脂肪、核酸、維生素及其分解物。2 .武器:1)參與有機物構(gòu)成;2)以無機鹽的形式單獨存在于細胞質(zhì)中。3,水:約占細胞總重量的70%到90%。細胞有機,無機成分的分析方法,有機成分:1?;瘜W(xué)直接萃取-定性、定量分析2。破細胞,獲得子細胞結(jié)構(gòu)-化學(xué)分析,無機成分:細胞- 550 -灰分-定性
3、,定量分析,細胞濕重量和干重量的區(qū)別是細胞水分函數(shù),dry weight水是細胞維持正常生命活動的必要條件,一般可占細胞質(zhì)的70%至90%。濕重量:去除細胞外表面吸附的水分后,測定其質(zhì)量,通常表示為單位培養(yǎng)液中所含細胞的質(zhì)量(g/L或mg/mL)。干燥重量:使用高溫(105)干燥、低溫真空干燥和紅外線快速干燥等,將細胞干燥到一定重量是干燥重量。微生物細胞的化學(xué)組成,細胞的化學(xué)組成往往取決于細菌年齡、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件、分析方法等。第二,微生物的營養(yǎng)素及其生理功能,營養(yǎng)元素的功能:1)構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)成分和代謝產(chǎn)物的原料;2)提供能源;調(diào)節(jié)新陳代謝。微生物的六大營養(yǎng)元素,碳源氮源能量無機鹽生長因子
4、水,定義:滿足微生物生長和繁殖所需碳元素的營養(yǎng)稱為碳源。1 .碳源(carbon source)、大量營養(yǎng)物(macronutrients)、微生物細胞的碳含量約占干燥重量的50%,除水分外,碳源是最需要的營養(yǎng)物,也稱為很多營養(yǎng)物。細胞成分構(gòu)成;形成各種代謝產(chǎn)物及細胞儲存物質(zhì)。向從屬營養(yǎng)微生物提供能量。碳源功能:微生物可用的碳源范圍稱為碳源光譜。碳源譜:如果在這三個級別調(diào)查碳源,則數(shù)量將逐步擴大,無法計算。元素水平、培養(yǎng)基原料水平、化合物水平、3水平:以無機碳源為主要碳源的微生物是較少種類的自生微生物。需要使用有機碳源的微生物是很多從屬營養(yǎng)微生物。,碳源光譜、有機碳、無機碳、碳源類型碳源光譜、
5、微生物的碳源光譜、簡單、復(fù)合、元素水平上,碳源分為7類,性質(zhì)、從屬營養(yǎng)微生物:有機碳自養(yǎng)微生物:無機碳,1)根據(jù)微生物,可以使用有機碳或無機碳將微生物分為以下幾類,6)廣泛碳源譜(微生物植物動物);3)微生物對碳源進行選擇性混合,使用葡萄糖:先利用(快速碳源)乳糖:使用后(稍后碳源),5)從屬營養(yǎng)微生物:碳源=能源(雙功能營養(yǎng)),4)對其他微生物、碳源的利用能力也不同,c碳氫化合物、碳氫化合物也可被微生物用作碳源,微生物氧化的碳氫化合物的許多中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物是重要的工業(yè)原料。石油污染清除,石油開采,碳源選擇原則,1)根據(jù)微生物的生理功能選擇;2)考慮到經(jīng)濟利益,防止向下使用。請盡量不要使用貴
6、重的氮源“CHON”和“CHONX”類型作為廉價的碳源。發(fā)酵產(chǎn)業(yè)最常用的碳源葡萄糖、淀粉、廢糖蜜、麥麩和米糠定義為氮源,提供微生物生長和繁殖所需的氮。2 .氮源(nitrogen source),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,氮占細菌干重量的12% 15%,同時也是微生物的主要營養(yǎng)素。細胞成分構(gòu)成(需要量為碳源二級);構(gòu)成代謝產(chǎn)物。一些滋養(yǎng)體的能量。(硝化細菌:氨和亞硝酸鹽、氮源和能源)、氮源功能:微生物的氮源譜、微生物可用的氮源種類,也比動物和植物的范圍更廣,從屬營養(yǎng)微生物利用氮源的順序,NCHO或NC hox NH no n,微生物利用的氮源:實驗室延遲活性氮源,生理酸性鹽
7、:使用(NH4)2SO4作為唯一氮源時,如果利用NH4,培養(yǎng)基的pH值就會減少,被稱為“生理酸性鹽”。 生理堿性鹽:使用KNO3作為氮源時,NO3 -利用后培養(yǎng)基的pH值升高,被稱為“生理堿性鹽”。使用NH4NO3作為氮源可以避免pH的急劇上升,但NH4+的吸收速度快,NO3-的吸收落后,因此培養(yǎng)基pH先下降后上升??梢杂肗2作為氮源合成細胞結(jié)構(gòu)的微生物稱為固氮微生物。(1)研究固氮是生物學(xué)領(lǐng)域的重要課題。目的:通過遺傳工程將微生物的固氮基因轉(zhuǎn)移到高等植物的基因組中,并利用n。固氮微生物,如果對這兩個主題的研究成功,農(nóng)業(yè)將發(fā)生革命性的變化。氨基酸滋養(yǎng)生物(Amino acid autotrop
8、h):是微生物,能自行合成所有必需的氨基酸,對非氨基酸氮源(例如尿素、銨鹽、硝酸鹽、氮)進行繁育和代謝。所有動物和許多從屬營養(yǎng)微生物都是氨基酸從屬營養(yǎng)類型,“氨基酸從屬營養(yǎng)生物”:年左右開始,需要將現(xiàn)成的氨基酸吸收到氮源的微生物。所有綠色植物和許多微生物都是氨基酸滋養(yǎng)型的。,能譜:為微生物生命活動提供早期能量來源的營養(yǎng)物質(zhì)或輻射能,3。能源(energy source)、(從屬營養(yǎng)微生物的能源為碳源)、光能傳遞微生物、光能自身營養(yǎng)微生物、輻射能:光能營養(yǎng)類型、化學(xué)物質(zhì):化學(xué)能營養(yǎng)類型、有機物:從屬營養(yǎng)微生物(能源=碳源)、無機物,(還原狀態(tài)礦物質(zhì):NH4,NO2-,H2S,H2,F(xiàn)e2),單功
9、能營養(yǎng)物:光(能量)雙功能營養(yǎng)物:葡萄糖(c源能量)NH4(氮源能量)多功能營養(yǎng)物:生長因子(growth factor),窄生長因子:通常僅指維生素。廣義生長因子:除維生素外,基本、卟啉及其衍生物、甾醇、胺、C4-C6的分枝或直鏈脂肪酸,需要量大的氨基酸。作為輔酶或輔助機制參與代謝;核酸和蛋白質(zhì)的成分。功能,(1)維生素,(2)氨基酸,(3)基本,(4)其他生長因子,生長因子類型:(1)維生素B6(吡啶醛),吡啶醛磷酸酯是一些氨基轉(zhuǎn)移酶和氨基酸二羧酸據(jù)了解,微生物的維生素需要量一般為1 5 g/ml,最先發(fā)現(xiàn)的生長因子是維生素,目前很多維生素起到了生長因子的作用。維生素大部分是構(gòu)成酶的輔助或
10、輔酶,需要的量很少,但缺乏維生素微生物不能正常生長。(2)在大多數(shù)情況下,氨基酸被微生物吸收和利用。有時需要氨基酸作為生長因子,但不能通過細胞膜,吸收小肽。微生物對氨基酸的需要量一般為20。g/mL,有些微生物由于缺乏合成特定氨基酸或特定氨基酸的酶,無法合成生長所需的氨基酸,通常需要從外來供給這樣的氨基酸才能生長。(3)堿基是構(gòu)成核酸和部分輔酶的成分,是很多微生物需要的生長因子。微生物對堿的需要量一般為10 20g/ml,(4)其他生長因子,某些微生物的生長需要非常特殊的物質(zhì)生長因子。例如,流感嗜血桿菌作為生長因子需要卟啉環(huán),因此必須在包含紅細胞的培養(yǎng)基中生長。一些酵母和真菌的生長需要肌醇。部
11、分肺炎球菌生長需要膽堿等。生長因子是重要的營養(yǎng)素,但與碳源、氮源、能源不同,并非任何微生物都需要從外部吸收。(1)生長因子和滋養(yǎng)型微生物(auxoautotroths)不需要向外界提供生長因子。大部分真菌、放線菌和大腸桿菌等很多細菌。(2)生長因子從屬營養(yǎng)微生物(auxoheterotrophs)需要從外部吸收多種生長因子,以保持正常生長。乳酸菌需要維生素、流感嗜血桿菌中的卟啉和衍生物等,(3)作為生長因子過度合成的微生物,部分微生物在代謝活動中合成了大量維生素和其他生長因子,可用作維生素等生產(chǎn)菌。亞鍋假膠囊酵母產(chǎn)生維生素B2,不同微生物對生長因子的需要可以分為以下幾類:在特定菌株發(fā)生突變(自
12、然突變或人工誘變)后,失去了對特定(或部分)合成至關(guān)重要的物質(zhì)(通常是氨基酸、維生素等)的拯救能力,必須從外部環(huán)境中獲取該物質(zhì),以便生長和繁殖。這種變種叫營養(yǎng)不良型,相應(yīng)的野生菌株叫原陽。營養(yǎng)不足型,營養(yǎng)不足型菌株常用于微生物遺傳學(xué)研究,如何提供生長因子?天然培養(yǎng)基,酵母膏(19氨基酸,維生素);玉米漿(20氨基酸,6維生素);肝汁;麥芽汁;其他新鮮的運動,植物的果汁。,添加合成培養(yǎng)基,準備維生素復(fù)合液,制造微生物培養(yǎng)基時,通常以富含生長因子的天然物質(zhì)為原料,確保微生物的需要。許多元素:p、s、k、Mg、Na、Ca、Fe等(10-3到10-4mol/l);微量元素:Zn、Mn、Mo、Co、Cu
13、、Ni等(10-610-8mol/L),功能,細胞組成;作為酶活性中心;保持酶活性;細胞滲透壓、氫離子濃度和氧化還原電位調(diào)節(jié);作為特定微生物的能量物質(zhì)。無機鹽或無機元素(inorganic salt),主要可以向微生物提供碳和氮源以外的各種重要元素。(1)磷:合成核酸、磷脂、一些輔酶(NAD、NADP、CoA等)和高能磷酸化合物的重要原料。通常以K2HPO4和KH2PO4的形式人為提供。(2)硫:特定氨基酸、輔酶因子(輔酶a,生物素,硫胺素,硫胺素)和谷胱甘肽的組成,例如半胱氨酸和蛋氨酸。也是一些自養(yǎng)菌的能源物質(zhì)。微生物從含硫化合物中獲得硫。通常,人為的交付形式是MgSO4。(3)鎂:是一些酶
14、的活化劑,如六糖激酶、異檸檬酸脫氫酶、羧化酶和氮分解酶,是光合細菌綠色的成分。起到穩(wěn)定核糖體、細胞膜、核酸的作用。鎂不足會停止細胞生長。微生物可以利用硫酸鎂或其他鎂鹽。(4)鉀:不參與細胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的組成,但是與原生質(zhì)的膠體特性和細胞膜通透性有關(guān)的很多酶(如果是糖基激酶的話)的活化劑。鉀的細胞內(nèi)濃度比細胞外濃度高很多倍。各種無機鉀鹽,尤其是磷酸鉀(磷酸二氫鉀,磷酸二鉀),可以作為鉀的來源。(5)鈣:一般不參與微生物的細胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)(細菌孢子除外),但它是蛋白酶等特定酶的活化劑,也參與細胞膜通透性的調(diào)節(jié)。各種水溶性鈣鹽,如CaCl2和CaCO3,是微生物的鈣來源。(6)鈉:與細胞滲透調(diào)節(jié)有關(guān)。細胞內(nèi)
15、濃度低,細胞外濃度高。嗜鹽細菌除了維持細胞的滲透壓外,鈉還與吸收葡萄糖等營養(yǎng)素有關(guān)。吸收葡萄糖需要na的幫助。以NaCl形式提供。(8)微量元素:與酶活性有關(guān),或與酶的組成或許多酶的調(diào)節(jié)因子有關(guān)。銅:多酚氧化酶和抗壞血酸氧化酶的組成;鋅:酒精脫氫酶、乳酸脫氫酶、肽酶和脫羧酶的輔助因子;鈷:參與維生素B12的組成;鉬:參與氮分解酶的組成;錳:超氧化物酶活化劑。(7)鐵:過氧化氫酶、過氧化物酶、細胞色素和細胞色素氧化酶的組成部分,也是鐵細菌的能量,鐵含量過低,白喉會形成白喉毒素;FeSO4提供。提供微量元素:自來水,玻璃制品,6,水,功能:(1)營養(yǎng)或代謝廢物運輸?shù)谋匦栉镔|(zhì);(2)直接參與身體的各種生化反應(yīng),作為反應(yīng)物或產(chǎn)物。(3)許多酶反應(yīng)必須在水溶液中
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