微生物的营养-营养物质是微生物生存的物质基础(ppt 41)

3.化能无机自养型(化能自养型) 化能无机自养型(化能自养型) 生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能; 生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能; 或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时, 以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时,利用 H2,H2S,Fe2+,NH3或NO2-等作为电子供体使 等作为电子供体使CO2还原 , 成细胞物质. 成细胞物质. 化能无机自养型只存在于微生物中, 化能无机自养型只存在于微生物中,可在完全无机及无 光的环境中生长.它们广泛分布于土壤及水环境中, 光的环境中生长.它们广泛分布于土壤及水环境中,参 与地球物质循环; 与地球物质循环;
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作用
{
6.水 水 生理功能主要有 ①起到溶剂与运输介质的作用; 起到溶剂与运输介质的作用; ②参与细胞内一系列化学反应; 参与细胞内一系列化学反应; ③维持蛋白质,核酸等生物大分子稳定的天然构象; 维持蛋白质,核酸等生物大分子稳定的天然构象; ④热的良好导体; 热的良好导体; ⑤通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构
例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria): 例如紫色非硫细菌 : 没有有机物时,同化CO2, 为自养型微生物; 自养型微生物; 没有有机物时,同化 有机物存在时,利用有机物进行生长, 异养型微生物; 有机物存在时,利用有机物进行生长,为异养型微生物; 光照和厌氧条件下,利用光能生长, 光能营养型微生物; 光照和厌氧条件下,利用光能生长,为光能营养型微生物; 黑暗与好氧条件下,依靠有机物氧化产生的化学能生长,为化能营养型微生 黑暗与好氧条件下,依靠有机物氧化产生的化学能生长, 物
例如,红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体, 例如,红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体,将CO2 还原成细胞物质,同时积累丙酮. 还原成细胞物质,同时积累丙酮. H3 C 光能 CHOH + CO2 H3 C 光合色素 2 CH3C0CH3 +[ CH2O] + H2O ]
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例如,藻类及蓝细菌等和植物一样,以水为电子供体(供氢体), 例如,藻类及蓝细菌等和植物一样,以水为电子供体(供氢体), 进行产氧型的光合作用,合成细胞物质.而红硫细菌, 进行产氧型的光合作用,合成细胞物质.而红硫细菌,以H2S为 为 电子供体,产生细胞物质,并伴随硫元素的产生. 电子供体,产生细胞物质,并伴随硫元素的产生. CO2+ 2H2S 光能 光合色素 [ CH2O] + 2S+ H2O ]
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4.化能有机异养型(化能异养型) 化能有机异养型(化能异养型) 生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能; 生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能; 生长所需要的碳源主要是一些有机化合物,如淀粉, 生长所需要的碳源主要是一些有机化合物,如淀粉, 糖类,纤维素,有机酸等. 糖类,纤维素,有机酸等. 有机物通常既是碳源也是能源; 有机物通常既是碳源也是能源;
二,微生物的营养要素
营养物质按照它们在机体中的生理作用不同, 营养物质按照它们在机体中的生理作用不同,可以将它们区 分成六大类. 分成六大类. 六要素:碳源 氮源,能源,生长因子, 六要素 碳源,氮源,能源,生长因子,无机盐和水
1.碳源 1.碳源
在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质
碳源谱
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根据物质运输过程的特点,可将物质的运输方式分为 根据物质运输过程的特点 可将物质的运输方式分为
自由扩散 促进扩散 主动运输 基团转移
目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是 单糖,淀粉,麸皮,米糠等. 单糖,淀粉,麸皮,米糠等.
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1.氮源 氮源 凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源 的营养物质称为氮源. 的营养物质称为氮源. 蛋白质 核酸 氨基酸 尿素 NH3 铵盐 硝酸盐 N2
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第二节 微生物的营养营养类型 生长所需要的营养物质 自养型生物 异养型生物 光能营养型 化能营养型
划分依据 碳源 能源 电子供体 营养类型 自养型(autotrophs) 异养型(heterotrophs) 光能营养型(phototrophs) 化能营养型(chemotrophs) 无机营养型(lithotrophs) 有机营养型(organotrophs) 特点 以CO2 为唯一或主要碳源 以有机物为碳源 以光为能源 以有机物氧化释放的化学能为能源 以还原性无机物为电子供体 以有机物为电子供体
微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力
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第三节 营养物质进入细胞的方式
营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素: 营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素: ①营养物质本身的性质(相对分子量,质量,溶解性, 营养物质本身的性质(相对分子量,质量,溶解性, 电负性等 ②微生物所处的环境(温度,PH等); 微生物所处的环境(温度,PH等 ③微生物细胞的透过屏障(原生质膜,细胞壁,荚 微生物细胞的透过屏障(原生质膜,细胞壁, 膜等). 膜等).
生物生长过程中能量的来源
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根据碳源,能源及电子供体性质的不同 可将微生物分为 可将微生物分为: 根据碳源,能源及电子供体性质的不同,可将微生物分为: 光能无机自养型(photolithoautotrphy) 光能无机自养型 光能有机异养型(photoorganoheterotrphy) 光能有机异养型 化能无机自养型(chemolithoautotrphy) 化能无机自养型 化能有机自养型(chemoorganoheterotrophy) 化能有机自养型
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1.光能无机自养型(光能自养型) 光能无机自养型(光能自养型) 能以CO2为主要唯一或主要碳源; 为主要唯一或主要碳源; 能以 进行光合作用获取生长所需要的能量; 进行光合作用获取生长所需要的能量; 以无机物如H 等作为供氢体或电子供体, 以无机物如 2,H2S,S等作为供氢体或电子供体, , 等作为供氢体或电子供体 还原为细胞物质; 使CO2还原为细胞物质;
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有机碳 无机碳
异养微生物 自养微生物
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微生物利用的碳源物质主要有糖类,有机酸,醇, 微生物利用的碳源物质主要有糖类,有机酸, 脂类, 及碳酸盐等. 脂类,烃,CO2及碳酸盐等. 及碳酸盐等 对于为数众多的化能异养微生物来说,碳源是兼有 对于为数众多的化能异养微生物来说, 能源功能营养物. 能源功能营养物.
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第一节 微生物的营养六要素
一,微生物的化学组成
主要元素:碳,氢,氧,氮,磷,硫,钾,镁,钙等
占细菌细胞干重的97% 占细菌细胞干重的
微量元素:锌,锰,氯,钼,硒,钴,铜等
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氮源谱
{ { {
有机氮 无机氮
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按氮源的不同生物可分为: 按氮源的不同生物可分为: 氨基酸自养型生物:能利用尿素,铵盐,硝酸盐甚至氮 氨基酸自养型生物:能利用尿素,铵盐, 气的生物 氨基酸自异养型生物:能利用尿素,铵盐,硝酸盐甚至氮 氨基酸自异养型生物:能利用尿素,铵盐, 气的生物 常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨,鱼粉,蚕蛹, 常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨,鱼粉,蚕蛹,黄豆饼 玉米浆,牛肉浸膏, 粉,玉米浆,牛肉浸膏,酵母浸膏等
大多数细菌,真菌,原生动物都是化能有机异养型微生物; 大多数细菌,真菌,原生动物都是化能有机异养型微生物; 所有致病微生物均为化能有机异养型微生物; 所有致病微生物均为化能有机异养型微生物;
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不同营养类型之间的界限并非绝对
异养型微生物并非绝对不能利用CO2; 异养型微生物并非绝对不能利用 自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长; 自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长; 有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变; 有些微生物在不同生长条件下生长时 其营养类型也会发生改变; 其营养类型也会发生改变
III型肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae) 型肺炎链球菌( 型肺炎链球菌 ) 金黄色葡萄球菌( 金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus) ) 白喉棒杆菌( 白喉棒杆菌(Cornebacterium diphtherriae) ) 破伤风梭状芽孢杆菌( 破伤风梭状芽孢杆菌(Clostridium tetani) ) 肠膜状串珠菌( 肠膜状串珠菌(Leuconostoc mesenteroides) )
微生物的营养
营养物质:能够满足机体生长, 营养物质 能够满足机体生长,繁殖和完成各种 能够满足机体生长 生理活动所需要的物质. 生理活动所需要的物质
营养:微生物获得和利用营养物质的过程. 营养 微生物获得和利用营养物质的过程. 微生物获得和利用营养物质的过程
营养物质是微生物生存的物质基础, 营养物质是微生物生存的物质基础,而营养是 微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程. 微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程.
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2.光能有机异养型(光能异养型) 光能有机异养型(光能异养型) 不能以CO2为主要或唯一的碳源; 为主要或唯一的碳源; 不能以 以有机物作为供氢体,利用光能将 还原为细胞物质; 以有机物作为供氢体,利用光能将CO2还原为细胞物质; 在生长时大多数需要外源的生长因子; 在生长时大多数需要外源的生长因子;
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3.能源 能源 能源:能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养 能源: 物或辐射能
化学物质 能源谱
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有机物 无机物
化能异养微生物的能源 化能自养微生物的能源
辐射能
光能自养和光能异养微生物的能源
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5.矿质元素 矿质元素 参与微生物中氨基酸和酶的组成; 参与微生物中氨基酸和酶的组成; 调节微生物的原生质胶体状态,维持 调节微生物的原生质胶体状态, 细胞的渗透与平衡 酶的激活剂. 酶的激活剂.
根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成 大量元素: , , , , , 等 大量元素:Na,K,Mg,Ca,S,P等. 微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用, 微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用,而机体对 这些元素的需要量极其微小的元素,通常需要量在10 这些元素的需要量极其微小的元素,通常需要量在 -6--108mol/L:锌,锰,钠,氯,钼,硒,钴,铜,钨,镍,硼等. 硼等. :
4.生长因子 生长因子 生长因子:那些微生物生长所必需而且需要量很小, 生长因子:那些微生物生长所必需而且需要量很小, 但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生 长需要的有机化合物
微 生 物
生长因子 需要量(ml-1 需要量(
胆碱 硫胺素 B-丙氨酸 丙氨酸 尿嘧啶 吡哆醛 6ug 0.5ng 1.5ug 0-4ug 0.025ug