最新微生物学 营养PPT课件.ppt
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1、微生物学营养第四章第四章 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
2、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
3、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
4、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
5、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。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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、、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
12、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)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
13、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
14、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,
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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)有机有机物物有机物有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部绝大多数细菌和全部真核微生物真核微生物微生物的营养类型第四节第四节营养物质进入细胞的方式营养物质进入细胞的方式 除原生动物外,其他各大类有细胞的微生物除原生动物外,其他各大类有细胞的微生物都是通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸都是通过细胞膜的渗透和选择吸收作用从外界吸收营养物的。细胞膜运送营养物质有四种方式:收营养物的。细胞膜运送营养物质有四种方式:一、单
20、纯扩散一、单纯扩散二、促进扩散二、促进扩散三、主动运送三、主动运送四、基团移位四、基团移位1、单纯扩散、单纯扩散(simple diffusion)又称被动扩散(又称被动扩散(passive diffusion)。)。细细胞胞膜膜在在无无载载体体蛋蛋白白的的参参与与下下,单单纯纯依依靠靠物物理理扩扩散散方方式式让让膜膜外外高高浓浓度度的的小小分分子子、非非电电离离分分子子尤尤其其是是亲亲水水性性分分子子被动通过的一种物质运送方式。被动通过的一种物质运送方式。特点:特点:(1)不通过膜上载体蛋白)不通过膜上载体蛋白(2)不消耗能量)不消耗能量(3)不能逆浓度梯度运送)不能逆浓度梯度运送(4)物物
21、质质在在运运送送的的过过程程中中既既不不与与膜膜上上的的分分子子发发生生反反应,本身的结构也不发生变化应,本身的结构也不发生变化(5)运送的物质无特异性,种类不多。)运送的物质无特异性,种类不多。主主要要为为:H2O、O2、CO2、乙乙醇醇、甘甘油油、无无机机盐盐、代代谢抑制剂和某些氨基酸分子。谢抑制剂和某些氨基酸分子。单纯扩散模式图单纯扩散模式图细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内细胞膜细胞膜三三指溶质在运送过程中,必须借助存在于细胞膜上的底物特指溶质在运送过程中,必须借助存在于细胞膜上的底物特异载体蛋白的协助,但不消耗能量的一种扩散性运送方式。异载体蛋白的协助,但不消耗能量的一种扩散性运送方式
22、。2、促进扩散、促进扩散(facilitated diffusion/transport)特点特点(1)通过膜上载体蛋白的构象变化,把膜外高浓度溶质扩散通过膜上载体蛋白的构象变化,把膜外高浓度溶质扩散到膜内到膜内(2)不消耗能量不消耗能量(3)不能逆浓度梯度运送不能逆浓度梯度运送(4)物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应,本身物质在运送的过程中既不与膜上的分子发生反应,本身的结构也不发生变化的结构也不发生变化(5)运送的物质有特异性(运送的物质有特异性(SO42-、PO43-、糖(真核生物)、糖(真核生物)促进扩散的运输方式多见于真核微生物中,例如通常在厌促进扩散的运输方式多见于真核微生
23、物中,例如通常在厌氧生活的酵母菌中,某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过氧生活的酵母菌中,某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。这种方式完成的。促进扩散模式图促进扩散模式图细胞膜细胞膜细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象移位再循环结合构象改变3、主动运输、主动运输(Active transport)一一类类必必须须提提供供能能量量并并通通过过细细胞胞膜膜上上特特异异性性载载体体蛋蛋白白构构象象的的变变化化,而而使使膜膜外外环环境境中中低低浓浓度度的的溶溶质质运运入膜内的一种运送方式。入膜内的一种运送方式。主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。主动运输是微生物吸收营养物质的
24、主要方式。运运送送的的对对象象有有:氨氨基基酸酸、乳乳糖糖等等糖糖类类、Na+、Ca2+等无机离子。等无机离子。特点:特点:物质在主动运输的过程中物质在主动运输的过程中(1)通通过过膜膜上上载载体体蛋蛋白白的的构构象象变变化化把把膜膜上上溶溶质质扩扩散散到膜内到膜内(2)消耗能量消耗能量(3)能逆浓度梯度运送能逆浓度梯度运送(4)物物质质在在运运送送的的过过程程中中既既不不与与膜膜上上的的分分子子发发生生反反应,本身的结构也不发生变化应,本身的结构也不发生变化(5)运送的物质有特异性运送的物质有特异性 主动运输模式图主动运输模式图细胞膜细胞膜细胞膜外细胞膜外细胞膜内细胞膜内恢复原构象移位再循环
25、结合构象改变ADP+PiATP 一一类类需需载载体体蛋蛋白白的的参参与与,又又需需耗耗能能的的一一种种物物质质运运送方式,溶质在运送过程中还会发生分子结构的变化。送方式,溶质在运送过程中还会发生分子结构的变化。基团移位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中。基团移位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中。此此系系统统由由24种种蛋蛋白白组组成成,运运送送一一种种糖糖至至少少4种种蛋蛋白白参参与与;每每输输入入一一个个葡葡萄萄糖糖分分子子要要消消耗耗一一个个ATP的的能能量。量。4、基团移位、基团移位(Grouptranslocation)特点特点(1)通过膜上载体蛋白把膜上溶质扩散到膜内通过膜上载体蛋白把
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