文档介绍：第三章微生物的营养和生长
新陈代谢是生命的基本特征之一。微生物同其它生物一样,不断地进行新陈代谢。通过代谢,微生物与外部环境进行物质和能量的交换,从环境中获得各种元素以合成细胞物质,提供生命活动所需的能量及在新陈代谢中起调节作用。这些物质称为营养物质(nutrient)。而有机体摄取、利用营养物质的过程称为营养(nutrition)。
微生物的营养
营养物质是生命活动的基础,没有营养,微生物的生命活动就会终止,所以说,营养过程是微生物生命活动的重要特征。只有吸收营养物质,才能进一步代谢,实现微生物的生长、发育和繁殖。熟悉微生物的营养知识是研究和利用微生物的必要基础,有了营养理论,就能更自觉和有目的地选用和设计符合微生物生理需要、有利于发酵生产的培养基。
微生物的营养类型
生物界存在两种典型的营养类型:(1)以高等植物为代表的自养型(autotroph),它们完全依靠无机养分(如CO2,H2O,无机盐)合成复杂的有机物,供自身生长发育需要,并以光为能源;(2)以高等动物为代表的异养型(heterotroph),它们必需摄取现成的有机物才能满足其生长发育的需求,并通过有机物的氧化来获取能源。
微生物除有以上两种营养类型外,还有一些中间类型。一般以能源、碳源不同分成四大类型:
CO2 (自养型) ——光能自养型
光……光能营养型有机碳化物(异养型) ——光能异养型
能源
化合物…化能营养型 CO2,CO32- (自养型) ——化能自养型
有机碳化物(异养型) ——化能异养型
光能自养型或称光能无机自养型(photolithoautotroph,PLA)
光能自养型生物以CO2作为唯一或主要碳源,以光为生活所需的能源,能以无机物(如硫化氢、硫代硫酸钠或其它无机硫化物)作供氢体,使CO2还原成细胞的有机物。十分凑巧的是氢供体与其碳源的性质一般是一致的。即若碳源是无机的,氢供体也是无机的。该类型的代表是高等植物、藻类和少量细菌。
高等植物:
光能
CO2 +H2O ¾® [CH2O] +O2
叶绿素
光合细菌:
光能
绿硫细菌: CO2 +2H2S ¾® [CH2O] +2S +H2O
细菌叶绿素
光能
红硫细菌: CO2 +H2S +2H2O ¾® 2[CH2O] +H2SO4
细菌叶绿素
植物与光合细菌的光合作用可用下式概括:
光能
CO2 +2H2A ¾® [CH2O] +2A +H2O
光合色素
高等植物以水为CO2 的还原剂,同时释放出O2。光合细菌从H2S、Na2S2O3等无机硫化物得到H来还原CO2,同时析出S或H2SO4。光合作用的过程较复杂,具体内容可参考有关生物化学的教材。
光能异养型(anoheterotroph,POH)
光能异养型微生物利用光为能源,利用有机物为供氢体,不能以CO2作为主要或唯一的碳源,一般同时以CO2和简单的有机物为碳源。光能异养细菌生长时,常需外源的生长因子。如红螺菌科的细菌(即紫色无硫细菌)以光为能源,CO2为碳源,并需异丙醇为供氢体,同时积累丙酮。
光能
2(H3C-)CHOH + CO2 ¾® 2CH3COCH3 +[CH2O] + H2O
光合色素
化能自养型(chemolithoautotroph,CLA)
化能自养型微生物以CO2(或碳酸盐)为碳源,以无机物氧化所产生的化学能为能源。它们可以在完全无机的条件下生长发育。这类菌以氢气、硫化氢、Fe2+或亚硝酸盐为电子供体,使CO2还原。氢细菌、硫细菌、铁细菌和硝化细菌属于此类菌。它们广泛分布在土壤和水域中,在自然界的物质循环和转化过程中起着重要作用。它们一般生活在黑暗和无机的环境中,故又称为化能矿质营养型。
化能异养型(anoheterotroph,COH)
化能异养型生物以有机化合物为碳源,以有机物氧化产生的化学能为能源。所以,有机化合物对这些菌来讲,既是碳源,又是能源。动物和大多数微生物(几乎全部真菌、大多数细菌和放线菌)都属于此类。绝大多数工业上应用的微生物都属于化能异养型。
化能异养型微生物又可分为寄生(parasitism)和腐生(saprophytism)两种类型。寄生是指一种生物寄居于另一种生物体内或体表,从而摄取宿主细胞的营养以维持生命的现象;腐生是指通过分解已死的生物或其它有机物,以维持自身正常生活的生活方式。实际上,在寄生和腐生之间存在着不同程度的既寄生又腐生的中间类型,可称为兼性寄生或兼性腐生。
上述四大类型微生物的划分并不是绝对的,在它们之间也有一些过渡类型。例如红螺菌在光照和嫌气的条件下,利