高三生物复习教案生命科学讲义 微生物营养

高三生物复习教案生命科学讲义 微生物营养

课题 微生物的营养 教学目标 ‎ ①了解、认识了各种微生物的形态和繁殖特点，就为进一步认识、研究并利用微生物打下了基础。‎ ‎ ②要研究、利用微生物的有益特性以及防止、控制微生物的有害影响，就必须首先能够培养它，才能进一步研究其生理生化、生长代谢以及遗传变异等特征，使之尽量在人类的掌控之内。‎ 教学内容 一、 微生物需要的营养物质 ‎（一）1、营养：生物体从外部环境中摄取生命活动必需的物质和能量，以满足正常生长、繁殖和各种生理活动之所需。‎ ‎ 广义地说，营养是微生物获得和利用营养物的过程，是微生物维持和延续其生命形式的一种基本生理过程。 ‎ ‎2、营养物：具有营养功能的物质和能量（指光能——对微生物来说） ‎ ‎——营养是生命活动的起点，是必需的物质基础。 微生物的营养过程为其生命活动提供了物质、能量、代谢调节物和必要的生理环境的保障。‎ ‎（二）按照营养物质在菌体中的生理作用的不同，可以将它们分成六大类。‎ 营养六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水 无论从元素水平还是营养要素水平，微生物的营养要求与摄食型的动物（含人类）和光合自养型的植物都十分接近。‎ ‎——生物之间存在“营养上的统一性”‎ ‎1 、碳源 在微生物生长繁殖过程中，能为其提供碳素营养来源的物质称碳源。即，是用来构建菌体物质中或代谢产物中的碳素骨架的营养物质。‎ 微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇类、脂类、烃类、和蛋白质、氨基酸、核酸以及CO2、碳酸盐等等。 ‎ ‎ 从微生物的整体来看，可利用的碳源物质的范围称碳源谱。‎ ‎ 有机碳C.H.O 异养微生物 ‎ 碳源谱 ‎ 无机碳C.O,C.O.X 自养微生物 ‎ 自然界中，利用有机碳源的微生物种类占绝大多数。其中必须以有机碳源提供碳素营养的——异养微生物（绝大多数）；‎ 可以无机碳源提供主要碳素营养的——自养微生物（较少）‎ 从整体上看，微生物是自然界中碳源谱最广的生命形式。‎ 从某种角度来说，世界上存在的所有有机物，几乎没有微生物不能利用的！！‎ ‎——微生物的生物多样性 对大多数异养菌来说，其最适碳源是“C.H.O”型碳源，其中：‎ ‎ 糖类——最广泛、最经济 酸醇脂类——次要 ‎ 糖类中：‎ ‎ 单糖>双糖、多糖 ‎ 己糖>戊糖 ‎ 葡萄糖、果糖>半乳糖、甘露糖等 ‎ 淀粉>纤维素、几丁质等 ‎ 一般不把含蛋白质、氨基酸的牛肉膏、蛋白胨等原料降格做碳源使用。‎ 目前在微生物发酵工业中所利用的碳源物质主要有单糖、蔗糖、淀粉、糖蜜、麸皮、米糠.‎ ‎“碳源谱广泛”是针对整个微生物界来说的，对某一具体微生物来说，差异很大。‎ 对一切异养菌来说，其碳源可同时兼作能源，因此碳源是它们的双功能营养物。‎ 对天然来源的碳源营养物（如糖蜜、淀粉质原料）来说，除主要提供碳源营养外，其中还含有氨基酸、无机盐等多种营养成分。‎ ‎2、 氮源 在微生物生长繁殖过程中，能为其提供氮素营养来源的物质称氮源。即，是用来满足菌体物质中或代谢产物中的氮素需要的营养物质。‎ 蛋白质 有机氮N.C.H.O 核酸 氨基酸 ‎ 尿素 氮源谱 NH3‎ 无机氮N.H,N.O 铵盐（NH4+）‎ 硝酸盐 N2‎ 对大多数异养菌来说，其最适氮源是“N.C.H.O”型或“N.C.H.O.X”型氮源(有机氮源)，‎ ‎ “N.H”型氮源(无机氮源，如NH4+)次之。‎ 在论及微生物培养基成分时，最常用的有机氮源是 牛肉膏、蛋白胨、酵母膏及饼粕粉（黄豆饼、花生麸） 蚕蛹粉、鱼粉等 一般而言，能利用有机氮的也以利用无机氮 但是，能利用无机氮的不一定能利用有机氮。‎ 按对氨基酸的需要的不同，可将微生物生物分为：‎ 氨基酸自养型生物：不需要氨基酸做氮源，能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮气等自行合成所需氨基酸的生物 氨基酸异养型生物：需要从外界吸收现成的氨基酸做 氮源才能满足需要的 ‎3 、 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射能，称能源。‎ 有机物 化能异养微生物的能源 ‎ 化学物质 无机物 化能自养微生物的能源 ‎ 能源谱 辐射能 光能自养和光能异养微生物的能源 ‎ 单功能营养物：如光能 多功能营养物：如铵盐、氨基酸等 ‎4、生长因子 ‎ 微生物生长所必需的、但其自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的、需要量很小的有机化合物。‎ 广义的生长因子——‎ 维生素、生物碱、卟啉、甾醇、短链的分支或直链脂肪酸、氨基酸等 狭义的生长因子——‎ 仅指维生素 生长因子自养型微生物：多数真菌、放线菌和不少细菌 生长因子异养型微生物：乳酸菌、营养缺陷型突变株及致病菌等 生长因子过量合成的微生物：可用其生产有关的生长因子（如维生素），如阿舒假囊酵母生产B2，谢氏丙杆菌、有些链霉菌生产B12等。 ‎ 配制培养基时，常使用生长因子丰富的天然物质制备物作为补充生长因子的培养基成分。如：酵母膏、玉米浆、麦芽汁、肝浸液等。‎ ‎5、 矿质元素 除C、H、O外的元素，有时又称无机盐，其基本作用：‎ ‎1)参与微生物中氨基酸和酶的组成；‎ ‎2)调节微生物的原生质胶体状态，维持细胞的渗透与平衡 ‎3)酶的激活剂 根据微生物对矿质元素需要量的大小，可分为：‎ 大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。‎ 微量元素——‎ 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，需要量通常在10-6--10-8mol/L，如：‎ 锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。‎ 配制培养基时，大量元素一般首选K2HPO4、MgSO4等，可同时提供4种大量元素。‎ 常用天然水、自来水来配制培养基以提供各种微量元素.‎ ‎6、水 生理功能主要有：‎ 到溶剂与运输介质的作用；‎ 参与细胞内一系列化学反应；‎ ‎ 维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；‎ ‎ 高比热、高汽化热等，以保证微生物的生命活动；‎ ‎ 通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构.‎ 微生物细胞含水量很高，细菌、酵母和霉菌菌体分别是80%、75%和85%，而霉菌孢子含水39%，细菌芽孢含水很低，约为30%左右。‎ 二、微生物的营养类型 根据微生物生长所需要的主要营养要素即碳源和能源的不同，可以将微生物划分为不同的营养类型：‎ 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 生长过程中能量的来源 化能营养型 ‎1．光能无机自养型（光能自养型）‎ 能以CO2为唯一或主要碳源； ‎ 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还原为构成细胞物质的有机物； ‎ ‎ ‎ 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 ‎ CO2+ 2H2S [ CH2O] + 2S+ H2O ‎ 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。‎ ‎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。 ‎ 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,参与地球物质循环；‎ ‎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；‎ 有机物通常既是碳源也是能源；‎ 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。 ‎ 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；‎ 不同营养类型之间的界限并非是绝对的 ‎ 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 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； ‎ 黑暗与有氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物 ‎ 三、培养基 ‎1、培养基: 应科研或生产的需要，由人工配制的、适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物用的营养基质（混合养料）。‎ 任何培养基都应该具备微生物所需要六大营养要素（碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水）且比例适当.‎ ‎2、任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理:‎ ‎3、常用高压蒸汽灭菌：‎ ‎ 1.05kg/cm2, 121.3℃, 15-20min；‎ ‎ 0.56kg/cm2, 112.6℃, 15-30min;‎ 培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础 ‎ ‎4、微生物培养基的用途：‎ 促进微生物生长繁殖；积累代谢产物；‎ 分离微生物菌种；鉴定微生物种类；‎ 微生物细胞计数；菌种保藏；‎ 制备微生物制品 ‎（一） 培养基的配制原则 培养基组分应适合微生物的营养特点（目的明确）‎ 营养物的浓度与比例应恰当（营养协调）‎ 物理化学条件适宜（条件适宜）‎ 根据培养目的来选择不同来源的原料（经济节约）‎ 根据培养基的物理状态来分 ‎1、 液体培养基 液体培养基不含任何凝固剂，菌体与培养基充分接触，操作方便。‎ 常用于大规模的工业化生产以及在实验室进行微生物生理代谢等基本理论的研究工作。‎ 可根据培养后的“浊度”判断微生物的生长情况. ‎ ‎2、 固体培养基 天然固体营养基质制成的培养基（如培养霉菌的培养基），或在液体培养基中加入一定量凝固剂（琼脂1.5～2％)而呈固体状态的培养基。‎ 为微生物的生长提供营养表面。‎ 常用于微生物的分离、纯化、计数、生理测定、育种和菌种保藏等方面的研究。‎ 可依使用目的不同而制成斜面、平板等形式.‎ ‎3、半固体培养基 在液体培养基中加入0.2-0.7％的琼脂构成的培养基。‎ 常用来观察细菌运动的特征，以进行菌种鉴定.以及测定噬菌体效价等等 .‎