微生物的營養(yǎng)要求PPT教案

1、微生物的營養(yǎng)要求微生物的營養(yǎng)要求u營養(yǎng)（營養(yǎng)（nutritionnutrition）：）：指生物體從外界環(huán)境中攝取對(duì)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)，以滿足正常生長和繁其生命活動(dòng)必需的能量和物質(zhì)，以滿足正常生長和繁殖需要的一種最基本的生理功能。殖需要的一種最基本的生理功能。u營養(yǎng)物質(zhì)（營養(yǎng)物質(zhì)（nutrientnutrient）：）：指具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)，指具有營養(yǎng)功能的物質(zhì)，那些能夠滿足微生物機(jī)體生長、繁殖和完成各種生理那些能夠滿足微生物機(jī)體生長、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

2、在內(nèi)。質(zhì)形式的光輻射能在內(nèi)。營養(yǎng)為一切生命活動(dòng)提供必需的物質(zhì)基礎(chǔ)！有了營營養(yǎng)為一切生命活動(dòng)提供必需的物質(zhì)基礎(chǔ)！有了營養(yǎng)，微生物才能進(jìn)一步代謝生長和繁殖，并可能為養(yǎng)，微生物才能進(jìn)一步代謝生長和繁殖，并可能為人們提供各種有益的代謝產(chǎn)物。人們提供各種有益的代謝產(chǎn)物。微生物的營養(yǎng)物可為它們的正常生命活動(dòng)提供結(jié)構(gòu)微生物的營養(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。物質(zhì)、能量、代謝調(diào)節(jié)物質(zhì)和必要的生理環(huán)境。第1頁/共64頁一一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成二二、營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能、營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能三三、微生物的營養(yǎng)類型、微生物的營養(yǎng)類型微生物們需要吃什

3、么？微生物們需要吃什么？第2頁/共64頁細(xì)胞化學(xué)元素組成細(xì)胞化學(xué)元素組成主要元素主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等；碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵等；微量元素微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。構(gòu)成微生物細(xì)胞的物質(zhì)基礎(chǔ)是各種化學(xué)元素！構(gòu)成微生物細(xì)胞的物質(zhì)基礎(chǔ)是各種化學(xué)元素！占細(xì)菌細(xì)胞占細(xì)菌細(xì)胞干重的干重的97%第3頁/共64頁組成微生物細(xì)胞的各類化學(xué)元素的比例組成微生物細(xì)胞的各類化學(xué)元素的比例常因微生物種類的不同而不同常因微生物種類的不同而不同Eg. 細(xì)菌、酵母菌和真菌的碳、氫、氧、氮、磷、細(xì)菌、酵母菌和

4、真菌的碳、氫、氧、氮、磷、硫六種元素的含量就有差別。硫六種元素的含量就有差別。元素元素 細(xì)細(xì) 菌菌酵母菌酵母菌真真 菌菌碳碳 5050 48氮氮15125 氫氫8 7 7 氧氧 2031 40 磷磷 3 硫硫 1 微生物細(xì)胞中幾種主要元素的含量（干重微生物細(xì)胞中幾種主要元素的含量（干重%）第4頁/共64頁 硫細(xì)菌硫細(xì)菌(sulfur bacteria)、鐵細(xì)菌鐵細(xì)菌(iron bacteria)和海洋細(xì)菌和海洋細(xì)菌(marine bacteria)相對(duì)于其他細(xì)菌則含相對(duì)于其他細(xì)菌則含有較多的有較多的硫、鐵和鈉、氯硫、鐵和鈉、氯等元素等元素, 硅藻硅藻(Diatom)需要需要硅酸硅酸來構(gòu)建富含來

5、構(gòu)建富含(SiO2)n的細(xì)胞壁。的細(xì)胞壁。第5頁/共64頁微微生生物物細(xì)細(xì)胞胞水：水：70%-90%70%-90%干物質(zhì)干物質(zhì)有機(jī)物有機(jī)物蛋白質(zhì)、糖、脂、核酸、維生素以及蛋白質(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)它們的降解產(chǎn)物和一些代謝產(chǎn)物等物質(zhì) 無機(jī)物無機(jī)物細(xì)胞中與有機(jī)物質(zhì)結(jié)合或單獨(dú)存在的無機(jī)鹽等物細(xì)胞中與有機(jī)物質(zhì)結(jié)合或單獨(dú)存在的無機(jī)鹽等物質(zhì)質(zhì)各種化學(xué)元素主要以有機(jī)物、無機(jī)物和水的形式存在于細(xì)胞中。各種化學(xué)元素主要以有機(jī)物、無機(jī)物和水的形式存在于細(xì)胞中。第6頁/共64頁細(xì)胞濕重細(xì)胞濕重(wet weight)與干重與干重(dry weight)之差為之差為細(xì)胞含水量細(xì)

6、胞含水量，常以百分率表示：（常以百分率表示：（濕重濕重-干重）干重）/濕重濕重100% 。水是細(xì)胞維持正常生命活動(dòng)所必不可少的，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)胞重量的一般可占細(xì)胞重量的7090%。濕重濕重：將細(xì)胞外表面所吸附的水份除去后稱量所得重量，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)胞重量表示一般以單位培養(yǎng)液中所含細(xì)胞重量表示（克（克/升或毫克升或毫克/毫升）。毫升）。干重干重：采用高溫（采用高溫（105）烘干、低溫真空干燥和紅外線快）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。速烘干等方法將細(xì)胞干燥至恒重即為。第7頁/共6

7、4頁微生物對(duì)營養(yǎng)的要求無論是在元素水平上還微生物對(duì)營養(yǎng)的要求無論是在元素水平上還是在營養(yǎng)要素水平上，都與動(dòng)物和植物十分是在營養(yǎng)要素水平上，都與動(dòng)物和植物十分接近。它們之間存在著接近。它們之間存在著“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”。在元素水平上都需在元素水平上都需20種左右，其中以種左右，其中以碳、氫、氧、碳、氫、氧、氮、氮、磷磷、硫硫6種元素為主；種元素為主；在營養(yǎng)要素水平上則主要為在營養(yǎng)要素水平上則主要為碳源碳源、氮源氮源、能源能源、生長因子生長因子、無機(jī)鹽無機(jī)鹽和和水水六大類六大類。第8頁/共64頁（1 1）定義）定義: : 凡能供給微生物碳素營養(yǎng)的物質(zhì)，稱為凡能供給微生物碳素營養(yǎng)的物質(zhì)，

8、稱為碳源碳源。（2 2）功能：功能：提供合成細(xì)胞物質(zhì)及代謝物的原料；并能為微生提供合成細(xì)胞物質(zhì)及代謝物的原料；并能為微生 物物（異養(yǎng)微生物）（異養(yǎng)微生物）提供維持生命活動(dòng)所需的能源。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微生物細(xì)胞含碳量約占干重的50，除水分外，碳，除水分外，碳源是需要量最大的營養(yǎng)物，又稱之為源是需要量最大的營養(yǎng)物，又稱之為大量營養(yǎng)物大量營養(yǎng)物。第9頁/共64頁如把微生物作為一個(gè)整體來看，其可利用的碳源范圍即如把微生物作為一個(gè)整體來看，其可利用的碳源范圍即碳源譜碳源譜。從元素。從元素水平、化合物水平直至培養(yǎng)基原料水平來考察碳源，可見其數(shù)目是逐級(jí)水平、化合物水平直

9、至培養(yǎng)基原料水平來考察碳源，可見其數(shù)目是逐級(jí)擴(kuò)大的甚至可多到無法計(jì)算。擴(kuò)大的甚至可多到無法計(jì)算。第10頁/共64頁第11頁/共64頁能被微生物用作碳源的物質(zhì)種類極其廣泛。能被微生物用作碳源的物質(zhì)種類極其廣泛。簡單的無機(jī)含碳化合物：簡單的無機(jī)含碳化合物：CO2、NaHCO3、CaCO3等。等。比較復(fù)雜的有機(jī)物比較復(fù)雜的有機(jī)物:烴類、醇、羧酸、脂肪酸、糖及其衍生物、雜環(huán)化合物、烴類、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。氨基酸、核苷酸等。復(fù)雜的有機(jī)大分子：復(fù)雜的有機(jī)大分子：蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等。蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等。復(fù)雜的天然含碳物質(zhì)：復(fù)雜的天然含碳物質(zhì)：牛肉膏、蛋白胨、花

10、生餅粉、糖蜜、石油等。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)：酚、氰化物等有毒物質(zhì)：可以被少數(shù)微生物用作碳源?？梢员簧贁?shù)微生物用作碳源。凡以無機(jī)碳源作主要碳源的微生物，則是種類較凡以無機(jī)碳源作主要碳源的微生物，則是種類較少少的的自養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物。凡必須利用有機(jī)碳源的微生物，就是為數(shù)眾凡必須利用有機(jī)碳源的微生物，就是為數(shù)眾多多的的異異養(yǎng)微生物養(yǎng)微生物。對(duì)一切異養(yǎng)微生物來說，其碳源同時(shí)又。對(duì)一切異養(yǎng)微生物來說，其碳源同時(shí)又兼作能源，這種碳源稱為雙功能營養(yǎng)物。兼作能源，這種碳源稱為雙功能營養(yǎng)物。碳碳源源譜譜有機(jī)碳有機(jī)碳無機(jī)無機(jī)碳碳第12頁/共64頁不同種類微生物利用碳源物質(zhì)

11、具有選擇性，不同種類微生物利用碳源物質(zhì)具有選擇性，利用能力有差異。利用能力有差異。Eg. 假單胞桿菌屬假單胞桿菌屬的一些菌能利用的一些菌能利用90多種多種不同的碳源物質(zhì)。不同的碳源物質(zhì)。 甲烷氧化菌甲烷氧化菌只能利用只能利用甲烷甲烷和和甲醇甲醇作碳源。作碳源。第13頁/共64頁單糖單糖雙糖和多糖雙糖和多糖己糖己糖 戊糖戊糖葡萄糖、果糖葡萄糖、果糖 甘露糖、半乳糖甘露糖、半乳糖淀粉淀粉 纖維素或幾丁質(zhì)等純多糖纖維素或幾丁質(zhì)等純多糖純多糖純多糖 瓊脂等雜多糖瓊脂等雜多糖 葡萄糖可作為大多數(shù)微生物的碳源！葡萄糖可作為大多數(shù)微生物的碳源！第14頁/共64頁對(duì)人類有毒的物質(zhì)對(duì)人類有毒的物質(zhì)Eg. 酚、氰

12、化物等酚、氰化物等某些微生物某些微生物Eg. 諾卡氏菌和一些霉菌等諾卡氏菌和一些霉菌等美味佳肴美味佳肴微生物清除三廢微生物清除三廢第15頁/共64頁 最廉價(jià)的、用之不盡的碳源，是自養(yǎng)微生物最廉價(jià)的、用之不盡的碳源，是自養(yǎng)微生物唯一或主要的碳源。唯一或主要的碳源。Eg. 生長在動(dòng)物血液、組織和腸道中的致病細(xì)菌生長在動(dòng)物血液、組織和腸道中的致病細(xì)菌（沙門氏菌（沙門氏菌 、李斯特菌等）、李斯特菌等）第16頁/共64頁 纖維素是由葡萄糖以纖維素是由葡萄糖以1,41,4糖苷鏈組成的，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

13、其作為碳源來生產(chǎn)發(fā)接利用，而某些微生物可用其作為碳源來生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品。酵產(chǎn)品。第17頁/共64頁烴類化合物也能被微生物用作碳源，且微生物氧烴類化合物也能被微生物用作碳源，且微生物氧化烴類的許多中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物均是重要的工化烴類的許多中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物均是重要的工業(yè)原料。業(yè)原料。 清除石油污染清除石油污染第18頁/共64頁在微生物工業(yè)在微生物工業(yè)發(fā)酵發(fā)酵中最常用的碳源主要是中最常用的碳源主要是葡萄糖、淀粉、廢糖蜜、葡萄糖、淀粉、廢糖蜜、麩皮和米糠等。麩皮和米糠等。第19頁/共64頁 凡能提供微生物生長繁殖所需氮元素的營凡能提供微生物生長繁殖所需氮元素的營養(yǎng)物質(zhì)，稱為養(yǎng)物質(zhì)，稱為氮源氮源。 氮是構(gòu)

14、成重要生命物質(zhì)蛋白質(zhì)和核酸等的主氮是構(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)胞干重的要元素，氮占細(xì)胞干重的1215，也是微，也是微生物的主要營養(yǎng)物。生物的主要營養(yǎng)物。第20頁/共64頁氮源物質(zhì)一般不提供能量，但也有例外：氮源物質(zhì)一般不提供能量，但也有例外：化能自養(yǎng)細(xì)菌中的化能自養(yǎng)細(xì)菌中的亞硝化細(xì)菌亞硝化細(xì)菌和和硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌能從能從NHNH3 3和和NONO2 2- -的氧化過程中獲得能量，所以對(duì)于他們來說，的氧化過程中獲得能量，所以對(duì)于他們來說，NHNH3 3和和NONO2 2- -是兼有氮源與能源的雙功能營養(yǎng)物質(zhì)。是兼有氮源與能源的雙功能營養(yǎng)物質(zhì)。提供合成細(xì)胞中的提供合成細(xì)胞中的

15、含氮物質(zhì)含氮物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、核酸）及（如蛋白質(zhì)、核酸）及含含氮代謝物氮代謝物等的原料。等的原料。 第21頁/共64頁如把微生物作為一個(gè)整體來看，其可利用的氮源范圍即氮源譜。如把微生物作為一個(gè)整體來看，其可利用的氮源范圍即氮源譜。第22頁/共64頁第23頁/共64頁微生物能利用的氮源微生物能利用的氮源無機(jī)氮無機(jī)氮分子氮分子氮有機(jī)氮有機(jī)氮第24頁/共64頁主要是蛋白質(zhì)及其不同程度的降解產(chǎn)物主要是蛋白質(zhì)及其不同程度的降解產(chǎn)物(胨、肽、氨胨、肽、氨基酸、尿素等基酸、尿素等)，以及嘌呤和嘧啶、胺、酰胺等。，以及嘌呤和嘧啶、胺、酰胺等。實(shí)驗(yàn)室常用的有機(jī)氮源有：實(shí)驗(yàn)室常用的有機(jī)氮源有：牛肉膏、蛋白胨、酵母膏

16、、魚粉、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉和花生餅粉等。蠶蛹粉、黃豆餅粉和花生餅粉等。第25頁/共64頁 一部分微生物是不需要利用氨基酸作為氮源的，一部分微生物是不需要利用氨基酸作為氮源的，它們能把尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮?dú)獾人鼈兡馨涯蛩?、銨鹽、硝酸鹽甚至氮?dú)獾群唵蔚春唵蔚醋宰孕泻铣伤枰囊磺邪被?，稱為行合成所需要的一切氨基酸，稱為氨基酸自養(yǎng)型微生物氨基酸自養(yǎng)型微生物。 反之，凡需要從外界吸收反之，凡需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸現(xiàn)成的氨基酸作為作為氮源的微生物就是氮源的微生物就是氨基酸異養(yǎng)型微生物氨基酸異養(yǎng)型微生物。第26頁/共64頁主要包括硝酸鹽、銨鹽、氨等。主要包括硝酸鹽

17、、銨鹽、氨等。 銨鹽銨鹽是絕大部分微生物的有效氮源，吸收后是絕大部分微生物的有效氮源，吸收后能被直接利用；能被直接利用； 硝酸鹽硝酸鹽也能被大部分微生物利用，但吸收后也能被大部分微生物利用，但吸收后需被還原成需被還原成NH4+才能進(jìn)入合成代謝。才能進(jìn)入合成代謝。第27頁/共64頁銨鹽銨鹽 和和氨基酸氨基酸被微生物吸收后能直接被利用被微生物吸收后能直接被利用NONO3 3 和和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)吸收后還需還原降解才可利用吸收后還需還原降解才可利用速效氮源：有利速效氮源：有利于菌體生長于菌體生長遲效氮源：有利于遲效氮源：有利于代謝產(chǎn)物的形成代謝產(chǎn)物的形成第28頁/共64頁分子氮即為大氣中的分子氮即為大氣

18、中的N2。能利用能利用N2作氮源來合成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的作氮源來合成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的微生物我們稱微生物我們稱固氮微生物固氮微生物。如固氮菌、根瘤菌和固氮藍(lán)藻等。如固氮菌、根瘤菌和固氮藍(lán)藻等。（1）研究微生物的研究微生物的固氮作用固氮作用是生物領(lǐng)域中的一個(gè)重大課題。通過基因是生物領(lǐng)域中的一個(gè)重大課題。通過基因工程把微生物的固氮基因轉(zhuǎn)移到高等植物的基因組中，使之可利用工程把微生物的固氮基因轉(zhuǎn)移到高等植物的基因組中，使之可利用N2。（2）固氮微生物具有固氮微生物具有固氮酶固氮酶，可在常溫常壓下把，可在常溫常壓下把 N2 + H2 NH3研究固氮酶作為一種酶制劑生產(chǎn)出來，再進(jìn)一步生產(chǎn)研究固氮酶作為一種酶制劑生產(chǎn)出來

19、，再進(jìn)一步生產(chǎn)NH3。這兩個(gè)課題的研究成功將會(huì)為農(nóng)業(yè)帶來這兩個(gè)課題的研究成功將會(huì)為農(nóng)業(yè)帶來一次革命性的變化一次革命性的變化第29頁/共64頁能為微生物生命活動(dòng)提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能為微生物生命活動(dòng)提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能，稱為能，稱為能源能源。能源能源無機(jī)物：化能自養(yǎng)微生物的能源（不同于碳源）。無機(jī)物：化能自養(yǎng)微生物的能源（不同于碳源）。輻射能輻射能：光能無機(jī)營養(yǎng)型和光能有機(jī)營養(yǎng)型微生物的能源。光能無機(jī)營養(yǎng)型和光能有機(jī)營養(yǎng)型微生物的能源?；瘜W(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)有機(jī)物：化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源）。有機(jī)物：化能異養(yǎng)微生物的能源（同碳源）。絕大多數(shù)微生絕大多數(shù)微生物的能源物質(zhì)物的能源

20、物質(zhì)光合細(xì)菌光合細(xì)菌的能源的能源利用的有機(jī)碳源在被微生物細(xì)胞分解利用的有機(jī)碳源在被微生物細(xì)胞分解代謝的過程中不僅提供微生物細(xì)胞的代謝的過程中不僅提供微生物細(xì)胞的碳素和碳架，而且還提供微生物生命碳素和碳架，而且還提供微生物生命活動(dòng)所需的能量?；顒?dòng)所需的能量。能源為氨根離子能源為氨根離子、亞硝酸根離子等還原亞硝酸根離子等還原態(tài)無機(jī)化合物，而碳源是二氧化碳。態(tài)無機(jī)化合物，而碳源是二氧化碳。第30頁/共64頁化能自養(yǎng)微生物的能源為一些化能自養(yǎng)微生物的能源為一些還原態(tài)的無機(jī)物質(zhì)還原態(tài)的無機(jī)物質(zhì)，Eg. NH4+、NO2-、S、H2S、H2和和Fe2+等。等。能氧化利用這些物質(zhì)的微生物都是能氧化利用這些物

21、質(zhì)的微生物都是細(xì)菌細(xì)菌。Eg.硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌、硫細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌、硫細(xì)菌、氫細(xì)菌和鐵細(xì)菌等。氫細(xì)菌和鐵細(xì)菌等。第31頁/共64頁 是一類調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需，但不是一類調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必需，但不能用簡單的碳、氮源自行合成的能用簡單的碳、氮源自行合成的需要量很小需要量很小的一類有機(jī)物。的一類有機(jī)物。不同微生物需求的生長因子不同微生物需求的生長因子的種類和數(shù)量不同。的種類和數(shù)量不同。第32頁/共64頁微生物與生長因子的關(guān)系可分以下幾類：微生物與生長因子的關(guān)系可分以下幾類：生長因子自養(yǎng)型微生物生長因子自養(yǎng)型微生物 它們不需要從外界吸收任何生長因子，多數(shù)真菌

22、、放線菌和不少它們不需要從外界吸收任何生長因子，多數(shù)真菌、放線菌和不少細(xì)菌均有合成生長因子的能力，如細(xì)菌均有合成生長因子的能力，如E Ecolicoli（大腸桿菌）等都屬這類。大腸桿菌）等都屬這類。生長因子異養(yǎng)型微生物生長因子異養(yǎng)型微生物 它們需要從外界吸收多種生長因子才能維持正常生長，如各種乳它們需要從外界吸收多種生長因子才能維持正常生長，如各種乳酸菌、動(dòng)物致病菌、支原體和原生動(dòng)物等。酸菌、動(dòng)物致病菌、支原體和原生動(dòng)物等。生長因子過量合成微生物生長因子過量合成微生物 少數(shù)微生物在其代謝活動(dòng)中，能合成并分泌出大量的維生素少數(shù)微生物在其代謝活動(dòng)中，能合成并分泌出大量的維生素等生長因子，可作為有關(guān)

23、維生素的生產(chǎn)菌種。等生長因子，可作為有關(guān)維生素的生產(chǎn)菌種。第33頁/共64頁廣義的生長因子：廣義的生長因子：維生素、堿基、嘌呤、嘧啶、卟啉及其衍生物、維生素、堿基、嘌呤、嘧啶、卟啉及其衍生物、胺類、胺類、C4C6的分枝或直鏈脂肪酸，以及需要量的分枝或直鏈脂肪酸，以及需要量較大的氨基酸。較大的氨基酸。狹義的生長因子：狹義的生長因子：一般僅指維生素。一般僅指維生素。第34頁/共64頁根據(jù)生長因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和它們?cè)跈C(jī)體中根據(jù)生長因子的化學(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因子分為：的生理功能的不同可將生長因子分為：維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶3 3大類大類。第35頁/

24、共64頁最早發(fā)現(xiàn)的生長因子是維生素，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多維生最早發(fā)現(xiàn)的生長因子是維生素，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多維生素都能起生長因子的作用。素都能起生長因子的作用。維生素主要是作為酶的輔酶或輔基參與新陳代謝，需要維生素主要是作為酶的輔酶或輔基參與新陳代謝，需要量很少，但是缺少維生素微生物不能正常生長。量很少，但是缺少維生素微生物不能正常生長。Eg. 維生素維生素B6（吡哆醛），吡哆醛），磷酸吡哆醛是一些轉(zhuǎn)氨酶和氨基酸脫羧酶的輔酶。磷酸吡哆醛是一些轉(zhuǎn)氨酶和氨基酸脫羧酶的輔酶。微生物對(duì)維生素的需要量一般是微生物對(duì)維生素的需要量一般是15m mgml第36頁/共64頁有些微生物自己不能合成某種有些微生物自己不能

25、合成某種AAAA，必須給予補(bǔ)充，如賴，必須給予補(bǔ)充，如賴AAAA發(fā)酵發(fā)酵所用的黃色短桿菌不能合成環(huán)絲所用的黃色短桿菌不能合成環(huán)絲AAAA，為環(huán)絲，為環(huán)絲AAAA缺陷型菌株，在缺陷型菌株，在培養(yǎng)基中必須添加含環(huán)絲培養(yǎng)基中必須添加含環(huán)絲AAAA的氮源。如豆餅水解液或毛發(fā)水解的氮源。如豆餅水解液或毛發(fā)水解液等。液等。各種菌合成各種菌合成AAAA的能力有很大差別，一般的能力有很大差別，一般G G菌強(qiáng)于菌強(qiáng)于G G，大腸桿菌，大腸桿菌自己能合成全部自己能合成全部AAAA，沙門氏菌能合成大部分，沙門氏菌能合成大部分AAAA，有的菌合成，有的菌合成AAAA能力極弱，如腸膜明串珠菌需從外界補(bǔ)充能力極弱，如腸膜

26、明串珠菌需從外界補(bǔ)充1717種種AAAA。在培養(yǎng)基中一種氨基酸的含量過高，會(huì)抑制細(xì)胞對(duì)其他氨在培養(yǎng)基中一種氨基酸的含量過高，會(huì)抑制細(xì)胞對(duì)其他氨基酸的攝取，此現(xiàn)象稱基酸的攝取，此現(xiàn)象稱氨基酸不平衡氨基酸不平衡。微生物對(duì)氨基酸的需要量一般是微生物對(duì)氨基酸的需要量一般是20m mgml第37頁/共64頁嘧啶和嘌呤作為生長因子主要是作為酶的輔酶和輔基，以嘧啶和嘌呤作為生長因子主要是作為酶的輔酶和輔基，以及用來合成核苷、核苷酸和核酸。及用來合成核苷、核苷酸和核酸。有些微生物不僅不能合成嘧啶和嘌呤，而且不能將補(bǔ)充的有些微生物不僅不能合成嘧啶和嘌呤，而且不能將補(bǔ)充的嘧啶和嘌呤結(jié)合在核苷酸上，還必須供給核苷酸

27、，有的菌嘧啶和嘌呤結(jié)合在核苷酸上，還必須供給核苷酸，有的菌需補(bǔ)充卟啉或其衍生物，還有的菌需供給（低碳）脂肪酸需補(bǔ)充卟啉或其衍生物，還有的菌需供給（低碳）脂肪酸等。等。微生物對(duì)堿基的需要量一般是微生物對(duì)堿基的需要量一般是1020m mgml第38頁/共64頁 有些微生物的生長需要一些很特殊的物質(zhì)，也有些微生物的生長需要一些很特殊的物質(zhì)，也稱生長因子。稱生長因子。Eg.流感嗜血桿菌一定要在含紅細(xì)胞的培養(yǎng)基上生流感嗜血桿菌一定要在含紅細(xì)胞的培養(yǎng)基上生長，因?yàn)樗枰策h(huán)作生長因子。長，因?yàn)樗枰策h(huán)作生長因子。 厭氧條件下生長的啤酒酵母需要甾醇作為生長因厭氧條件下生長的啤酒酵母需要甾醇作為生長因子

28、。子。第39頁/共64頁 化合物化合物代謝中的作用代謝中的作用對(duì)氨基苯甲酸對(duì)氨基苯甲酸四氫葉酸的前體，一碳單位轉(zhuǎn)移的輔酶四氫葉酸的前體，一碳單位轉(zhuǎn)移的輔酶生物素生物素催化羧化反應(yīng)的酶的輔酶催化羧化反應(yīng)的酶的輔酶輔酶輔酶M M甲烷形成中的輔酶甲烷形成中的輔酶葉酸葉酸四氫葉酸包括在一碳單位轉(zhuǎn)移輔酶中四氫葉酸包括在一碳單位轉(zhuǎn)移輔酶中泛酸泛酸輔酶輔酶A A的前體的前體硫辛酸硫辛酸丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的輔基丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的輔基尼克酸尼克酸NAD、NADPNADP的前體，它們是許多脫氫酶的輔酶的前體，它們是許多脫氫酶的輔酶吡哆素吡哆素(B(B6)參與氨基酸和酮酶的轉(zhuǎn)化參與氨基酸和酮酶的轉(zhuǎn)化核黃素核黃素(

29、B(B2)黃素單磷酸黃素單磷酸(FMN)(FMN)和和FADFAD的前體，它們是黃素蛋白的輔基的前體，它們是黃素蛋白的輔基鉆胺素鉆胺素(B(B12)輔酶輔酶B B12包括在重排反應(yīng)里包括在重排反應(yīng)里( (為谷氨酸變位酶為谷氨酸變位酶) )硫胺素硫胺素(B(B1)硫胺素焦磷酸脫羧酶、轉(zhuǎn)醛醇酶和轉(zhuǎn)酮醇酶的輔基硫胺素焦磷酸脫羧酶、轉(zhuǎn)醛醇酶和轉(zhuǎn)酮醇酶的輔基維生素維生素K K甲基酮類的前體，起電子載體作用甲基酮類的前體，起電子載體作用( (如延胡索酸還原酶如延胡索酸還原酶) )氧肟酸氧肟酸促進(jìn)鐵的溶解性和向細(xì)胞中的轉(zhuǎn)移促進(jìn)鐵的溶解性和向細(xì)胞中的轉(zhuǎn)移生長因子在代謝中的作用生長因子在代謝中的作用第40頁/共

30、64頁在配制微生物培養(yǎng)基時(shí)，一般可用生長因子含量豐富的在配制微生物培養(yǎng)基時(shí)，一般可用生長因子含量豐富的天然物質(zhì)作原料以保證微生物對(duì)它們的需要。天然物質(zhì)作原料以保證微生物對(duì)它們的需要。能提供生長因子的天然物質(zhì)有：能提供生長因子的天然物質(zhì)有：酵母膏酵母膏、蛋白胨、麥芽汁、玉米漿（一種浸制玉米以制蛋白胨、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環(huán)境的提取液。微生物生長環(huán)境的提取液。第41頁/共64頁 無機(jī)鹽是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，包括磷酸鹽、無機(jī)鹽是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，包括磷酸

31、鹽、硫酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等金屬元素的化硫酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等金屬元素的化合物。合物。大量元素大量元素微量元素微量元素?zé)o機(jī)鹽無機(jī)鹽構(gòu)成微生物細(xì)胞的組成成分。構(gòu)成微生物細(xì)胞的組成成分。調(diào)解微生物細(xì)胞的滲透壓，調(diào)解微生物細(xì)胞的滲透壓，PHPH值和氧化還原電位。值和氧化還原電位。有些無機(jī)鹽如有些無機(jī)鹽如S S、FeFe還可做為自養(yǎng)微生物的能源。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。構(gòu)成酶活性基的組成成分，維持酶活性。MgMg、CaCa、K K是多種是多種酶的激活劑。酶的激活劑。第42頁/共64頁凡是生長所需濃度在凡是生長所需濃度在10-4

32、10-3molL （培養(yǎng)基中含量）（培養(yǎng)基中含量）范圍內(nèi)的元素，可稱為范圍內(nèi)的元素，可稱為大量元素，大量元素，例如例如P、S、K、Mg、Ca、Na和和Fe等。等。第43頁/共64頁元元 素素人為提供形式人為提供形式生生 理理 功功 能能大大 量量 元元 素素PKH2PO4 磷酸二氫鉀磷酸二氫鉀K2HPO4 磷酸氫二鉀磷酸氫二鉀核酸、磷酸和輔酶的成分核酸、磷酸和輔酶的成分SMgSO4 硫酸鎂硫酸鎂含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）和含含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）和含硫維生素（生物素、硫胺素等）的成分硫維生素（生物素、硫胺素等）的成分KKH2PO4 磷酸二氫鉀磷酸二氫鉀K2HPO4 磷酸氫二

33、鉀磷酸氫二鉀某些酶（果糖激酶、磷酸丙酮酸轉(zhuǎn)磷酸酶等）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的輔因子；維持電位差和滲透壓NaNaCl氯化鈉氯化鈉維持滲透壓；某些細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌所需維持滲透壓；某些細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌所需CaCa(NO3)2 硝酸鈣硝酸鈣CaCl2 氯化鈣氯化鈣某些胞外酶的穩(wěn)定劑、蛋白酶等的輔因子；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細(xì)菌形成芽孢和某些真菌形成孢子所需MgMgSO4 硫酸鎂硫酸鎂固氮酶等的輔因子；葉綠素等的成分固氮酶等的輔因子；葉綠素等的成分FeFeSO4 硫酸鐵硫酸鐵細(xì)胞色素的成分；合成葉綠素、白喉毒素和細(xì)胞

34、色素的成分；合成葉綠素、白喉毒素和氧高鐵血紅素所需氧高鐵血紅素所需第44頁/共64頁凡所需濃度在凡所需濃度在10-810-6molL（培養(yǎng)基中含量）（培養(yǎng)基中含量）范范圍內(nèi)的元素，則稱為圍內(nèi)的元素，則稱為微量元素微量元素，如如Cu、Zn、Mn、Mo、Co和和Ni、Sn、Se等。等。第45頁/共64頁元元 素素人為提供形式人為提供形式生生 理理 功功 能能微微量量元元素素MnMnSO4 硫酸錳硫酸錳超氧化物歧化酶、氨肽酶和超氧化物歧化酶、氨肽酶和L-阿拉伯阿拉伯糖異構(gòu)酶等的輔因子糖異構(gòu)酶等的輔因子CuCuSO4 硫酸銅硫酸銅氧化酶、酪氨酸酶的輔因子氧化酶、酪氨酸酶的輔因子CoCoSO4 硫酸鈷硫

35、酸鈷維生素維生素B12復(fù)合物的成分；肽酶的輔因復(fù)合物的成分；肽酶的輔因子子ZnZnSO4 硫酸鋅硫酸鋅堿性磷酸酶以及多種脫氫酶、肽酶和堿性磷酸酶以及多種脫氫酶、肽酶和脫羧酶的輔因子脫羧酶的輔因子Mo(NH4)6Mo7O24 鉬酸銨鉬酸銨固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原固氮酶和同化型及異化型硝酸鹽還原酶的成分酶的成分第46頁/共64頁微生物細(xì)胞中水占微生物細(xì)胞中水占70709090，水是地球上整個(gè)生命系統(tǒng)存在和發(fā)展的必要條件！水是地球上整個(gè)生命系統(tǒng)存在和發(fā)展的必要條件！第47頁/共64頁水在微生物細(xì)胞內(nèi)的生理功能水在微生物細(xì)胞內(nèi)的生理功能（1）水是細(xì)胞的重要組成成分。）水是細(xì)胞的重要組成成分。（

36、2）水直接參與代謝反應(yīng)，許多反應(yīng)都涉及脫水和水合。）水直接參與代謝反應(yīng)，許多反應(yīng)都涉及脫水和水合。（3）起到溶劑與運(yùn)輸介質(zhì)的作用，營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的）起到溶劑與運(yùn)輸介質(zhì)的作用，營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌必須以水為介質(zhì)才能完成。分泌必須以水為介質(zhì)才能完成。（4）維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象。）維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象。（5）水的比熱高，是熱的良好導(dǎo)體，能有效地吸收代謝過程中產(chǎn)）水的比熱高，是熱的良好導(dǎo)體，能有效地吸收代謝過程中產(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；度的

37、變化；（6）水分是細(xì)胞維持自身正常形態(tài)的重要因素。）水分是細(xì)胞維持自身正常形態(tài)的重要因素。第48頁/共64頁微生物生長環(huán)境中水的有效性常以微生物生長環(huán)境中水的有效性常以水活度值水活度值（water activity,aw）表示，）表示，水活度值是指在一定的溫度和壓力條件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，下，溶液的蒸氣壓力與同樣條件下純水蒸氣壓力之比，即：即： w= w/ wo w表示溶液蒸汽壓力表示溶液蒸汽壓力 wo表示純水蒸汽壓力表示純水蒸汽壓力溶液中溶液中溶質(zhì)越多溶質(zhì)越多， w越小越小。微生物生長所需的水活度通常微生物生長所需的水活度通常在在

38、0.600.99之間。之間。第49頁/共64頁幾類微生物生長最適幾類微生物生長最適 w 微生物微生物 w一般細(xì)菌一般細(xì)菌 0.91酵母菌酵母菌 0.88霉菌霉菌 0.80噬鹽細(xì)菌噬鹽細(xì)菌 0.76噬鹽真菌噬鹽真菌 0.65嗜嗜高滲酵母高滲酵母 0.60第50頁/共64頁由于微生物種類繁多，其營養(yǎng)類型比較復(fù)雜，由于微生物種類繁多，其營養(yǎng)類型比較復(fù)雜，劃分微生物營養(yǎng)類型的標(biāo)準(zhǔn)或角度各種各樣。劃分微生物營養(yǎng)類型的標(biāo)準(zhǔn)或角度各種各樣。但通常根據(jù)但通常根據(jù)碳源碳源、能源能源及及供氫體供氫體的不同，將微的不同，將微生物劃分為生物劃分為光能自養(yǎng)型光能自養(yǎng)型、光能異養(yǎng)型光能異養(yǎng)型、化能自化能自養(yǎng)型養(yǎng)型及及化能

39、異養(yǎng)型化能異養(yǎng)型四種營養(yǎng)類型。四種營養(yǎng)類型。第51頁/共64頁第52頁/共64頁某些菌株發(fā)生突變某些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變自然突變或人工誘變)后，失去合成后，失去合成某種某種(或某些或某些)對(duì)該菌株生長必不可少的物質(zhì)對(duì)該菌株生長必不可少的物質(zhì)(通常是生長通常是生長因子如氨基酸、維生素因子如氨基酸、維生素)的能力，必須從外界環(huán)境獲得的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質(zhì)才能生長繁殖，這種突變型菌株稱為該物質(zhì)才能生長繁殖，這種突變型菌株稱為營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）；相應(yīng)的野生型菌株稱為相應(yīng)的野生型菌株稱為原養(yǎng)型原養(yǎng)型（prototroph）。營養(yǎng)缺陷型菌株經(jīng)常用來進(jìn)行微生物遺

40、傳學(xué)方面的研究。營養(yǎng)缺陷型菌株經(jīng)常用來進(jìn)行微生物遺傳學(xué)方面的研究。第53頁/共64頁第54頁/共64頁利用光作為能源，以利用光作為能源，以CO2為唯一碳源或主要碳源，以還原態(tài)為唯一碳源或主要碳源，以還原態(tài)無機(jī)物（如水、硫化氫、硫代硫酸鈉等）作為供氫體或電子無機(jī)物（如水、硫化氫、硫代硫酸鈉等）作為供氫體或電子供體，使供體，使CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，并且伴隨元素氧（硫）的釋還原成細(xì)胞物質(zhì)，并且伴隨元素氧（硫）的釋放。放。光合細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含菌綠素，光合細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含菌綠素，光合作用以光合作用以H2S、S等還原態(tài)等還原態(tài)硫化物為供氫體硫化物為供氫體，產(chǎn)生細(xì)胞，產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)，并伴隨硫元素的產(chǎn)生。物質(zhì)，并伴隨硫

41、元素的產(chǎn)生。藻類和藍(lán)細(xì)菌與高等植物藻類和藍(lán)細(xì)菌與高等植物一樣，以水為供氫體（電一樣，以水為供氫體（電子供體），進(jìn)行產(chǎn)氧型的子供體），進(jìn)行產(chǎn)氧型的光合作用，合成細(xì)胞物質(zhì)。光合作用，合成細(xì)胞物質(zhì)。第55頁/共64頁這類微生物不以這類微生物不以CO2作為唯一碳源或主要碳源，需以簡作為唯一碳源或主要碳源，需以簡單有機(jī)物作為供氫體，利用光能將單有機(jī)物作為供氫體，利用光能將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)。還原成細(xì)胞物質(zhì)。光能有機(jī)營養(yǎng)型細(xì)菌在生長時(shí)通常需要外源的生長因子。光能有機(jī)營養(yǎng)型細(xì)菌在生長時(shí)通常需要外源的生長因子。這類微生物能利用有機(jī)物迅這類微生物能利用有機(jī)物迅速繁殖，常用于污水處理速繁殖，常用于污水處理。第56頁/共64頁例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌就是這一營養(yǎng)類型的代表：例如，紅螺菌屬中的一些細(xì)菌就是這一營養(yǎng)類型的代表：能利用異丙醇作為供氫體，將能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)積累丙酮。時(shí)積累丙酮。CHOH + CO2H3CH3C2光能光能光合色素光合色素2 CH3C0CH3 + CH2O + H2O第57頁/共64頁這類微生物利用