第四章 微生物的营养
第四章 微生物的营养
(参见P75) 微生物的特点: 食谱广、胃口大 营养物质:那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种 生理活动所需的物质 营养: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,而营养是生物维持和 延续其生命形式的一种生理过程
微生物的特点： 食谱广、胃口大 营养物质：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种 生理活动所需的物质 营养：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，而营养是生物维持和 延续其生命形式的一种生理过程。 （参见P75）
第一节微生物的营养要求 (微生物们需要吃什么?) 微生物细胞的化学组成 水:70%-90% 微生物细胞 无机物(盐) 干物质 有机物 蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等 细胞化学元素组成: 及其降解产物 主要元素:碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等; 微量元素ε锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。 微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性
第一节 微生物的营养要求 一、微生物细胞的化学组成 微生物细胞 水：70%-90% 干物质 有机物 蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等 及其降解产物 无机物（盐） 微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性” 细胞化学元素组成： 主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等； 微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。 （微生物们需要吃什么？）
营养物质及其生理功能 微生物与动植物营养要素的比较 动物 微生物 绿色植物 (异养 (自养 异养 自养 碳源 糖类、脂肪糖、醇、有机酸等二氧化碳、碳酸盐等二氧化碳 氮源 蛋白质及其降解物蛋白质及其降解无机氮化物、氮无机氮化物 物、有机氮化物 能源 与碳源同 与碳源同 氧化无机物或利用日利用日光能 光能 生长因子 维生素 有些需要维生素等 不需要 不需要 生长因子 无机元素无机盐 无机盐 无机盐 无机盐 水分 水 水 水
二、营养物质及其生理功能 微生物与动植物营养要素的比较
、微生物的营养类型 自养型生物 生长所需要的营养物质 异养型生物 光能营养型 生物生长过程中能量的来源 化能营养型 光能自养型:以光为能源,不依赖任何有机物即可正常生长 光能异养型:以光为能源,但生长需要一定的有机营养 化能自养型:以无机物的氧化获得能量,生长不依赖有机营养物 化能异养型:以有机物的氧化获得能量,生长依赖于有机营养物质 微生物营养类型(I) 参见P81) 微生物的营养类型(Ⅱ)(参见P82)
三、微生物的营养类型 异养型生物 自养型生物 生长所需要的营养物质 生物生长过程中能量的来源 光能营养型 化能营养型 光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长 光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养 化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物 化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质 微生物营养类型 （Ⅰ) 微生物的营养类型(Ⅱ) （参见P81） （参见P82）
1.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; 进行光合作用获取生长所需要的能量; 以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体, 使CO2还原为细胞物质 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,以H2S为 电子供体,产生细胞物质,并伴随硫元素的产生。 光能 CO+ 2HS L CH,O] + 2S+ H,O 光合色素
1．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； 进行光合作用获取生长所需要的能量； 以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体， 使CO2还原为细胞物质； 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，以H2S为 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
2.光能有机异养型(光能异养型) 不能以CO为主要或唯一的碳源; 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; 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 光能无机自养型和光能有机异养型微生物可利用光能生长, 在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用 光能 CHOH +CO 2 CH3COCH3 + CH2O] +H,O HoC 光合色素
2．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； 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； 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。 CHOH + CO2 H3C H3C 2 光能 光合色素 2 CH3C0CH3 +[ CH2O] + H2O 光能无机自养型和光能有机异养型微生物可利用光能生长， 在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用
3.化能无机自养型(化能自养型) (参见P81) 生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能; 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CO2还原成细胞物质。 4.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: 生长所需要的碳源主要是一些有机化合物 如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。 有机物通常既是碳源也是能源; 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;
4．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； 生长所需要的碳源主要是一些有机化合物， 如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。 有机物通常既是碳源也是能源； 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； （参见P81） 3．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； 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CO2还原成细胞物质
(参见P82) 腐生型( metatrophy): 可利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体)作为碳源; 寄生型( paratrophy): 寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存; 在腐生型和寄生型之间还存在中间类型: 兼性腐生型( facultive metatrophy); 兼性寄生型( facultive paratrophy);
腐生型(metatrophy)： 可利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体)作为碳源； 寄生型(paratrophy)： 寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存； 在腐生型和寄生型之间还存在中间类型： 兼性腐生型(facultive metatrophy)； 兼性寄生型(facultive paratrophy)； （参见P82）
不同营养类型之间的界限并非绝对(P82) 异养型微生物并非绝对不能利用CO2; 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; 例如紫色非硫细菌( purple nonsulphur bacteria): 没有有机物时,同化CO2,为自养型微生物; 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,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, 为化能营养型微生物; 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
不同营养类型之间的界限并非绝对（P82）： 异养型微生物并非绝对不能利用CO2； 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； 例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)： 没有有机物时，同化CO2，为自养型微生物； 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，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， 为化能营养型微生物； 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