微生物学第四章重点：微生物的营养类型和吸收方式

包含微生物学第四章《微生物的营养》的两部分重点内容，微生物的营养类型和吸收方式。

微生物学第四章重点：微生物的营养类型和吸收方式

• 章节导入
  • 第4章：微生物的营养
    • 要求
      • 微生物所需营养物质
      • 微生物四种营养类型
      • 微生物吸收营养物质的方式
      • 培养基的配置及类型
    • 重点
      • 营养类型
      • 吸收营养物质方式
    • 难点
      • 吸收营养物质方式
• 微生物的营养类型
  • 划分依据
    • 碳源
      • 自养型(autotrophs)：以CO2为唯一或主要碳源
      • 异养型(heterotrophs)：以有机物为碳源
    • 能源
      • 光能营养型(phototrophs)：以光为能源
      • 化能营养型(chemotrophs)：以化合物氧化释放的化学能为能源
    • 电子供体
      • 无机营养型(lithotrophs)：以还原性无机物为电子供体
      • 有机营养型(organotrophs)：以有机物为电子供体
  • 微生物四种营养类型
    • 划分依据：微生物获取能源、碳源以及供氢体或电子供体的不同
    • 光能无机自养型(photolithoautotrphy)
      • 特征
        • 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或H2O等作为电子供体，使CO2还原为细胞物质
      • 光合作用类型及举例
        • 产氧光合作用
          • 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
        • 不产氧光合作用
          • 紫色硫细菌的着色菌科、外硫红螺菌科与绿色硫细菌的绿硫杆菌门，以H2S为电子供体，产生细胞物质，伴随硫元素的产生
    • 光能有机异养型(photoorganoheterotrphy)
      • 特征
        • 以有机物为碳源 ，不能以CO2为主要或唯一碳源
        • 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生长因子
      • 光合作用类型及举例
        • 紫色无硫细菌的红螺菌属与绿色无硫细菌的绿屈挠菌门，利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮酸
    • 应用：污水浄化
      • 污水中的有机物可以被作为供H体被降解
      • CO2可被还原为菌体有机物，获得菌体蛋白
    • 化能无机自养型(chemolithoautotrphy)
      • 特征
        • 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-等无机物作电子供体，使CO2还原成细胞物质
        • 化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全没有有机物及无光的环境中生长，广泛分布于土壤及水环境中，参与地球化学循环
      • 化能作用类型及举例
        • 铁细菌-铁杆菌
          • 将Fe2+氧化为Fe3+获得能量来同化CO2
        • 硝化细菌
          • 亚硝化细菌群
            • 将铵盐氧化为亚硝酸
          • 硝化细菌群
            • 将亚硝酸进一步氧化为硝酸，获取能量
            • 获取能量后，将CO2合成为有机碳
          • 完全氨氧化细菌
            • 将氨一步氧化为硝酸
        • 硫化细菌-硫化杆菌
          • 氧化H2S，获取能量，固定CO2合成有机物
    • 化能有机异养型(chemoorganoheterotrophy)
      • 特征
        • 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
      • 举例
        • 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
        • 腐生型: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:寄生在活的寄主机体内吸取营养物质，离开寄主不能生存
  • 不同营养型界限并非绝对
    • 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，其营养类型也会发生改变
    • 举例-紫色无硫细菌
      • 无有机物时，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
  • 营养缺陷型(auxotroph)
    • 缺少自身合成某些生长必需物质能力的突变型微生物
    • 相应不缺少合成生长因素的能力的菌株称为野生型(wild type)或原养型(prototroph)
    • 某些菌株发生突变（自然突变或人工诱变）后，失去合成某种（或某些）对该菌株生长必不可少的物质（常是生长因子如氨基酸,维生素）的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型
    • 分类举例
      • 氨基酸缺陷型
      • 维生素缺陷型
      • 嘌呤/嘧啶缺陷型
    • 应用
      • 微生物遗传学方面的研究
• 微生物对营养物质的吸收方式
  • 膜运输-通过细胞膜进入细胞的运输
    • 被动扩散/简单扩散
      • 营养物质非特异性地通过原生质膜上的小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散，不与膜上地各类分子发生反应，自身结构也不变化，驱动力为细胞膜两侧浓度梯度差
      • 该运输方式可把水、溶于水的气体、小的极性分子如甘油、乙醇、尿素及某些离子、氨基酸运进细胞
      • 特点
        • 物质在扩散过程中没有发生任何反应
        • 不消耗能量；不能逆浓度运输
        • 运输速率与膜内外物质的浓度差成正比
        • 该运输方式不是微生物吸收营养物质的主要方式。
    • 促进扩散
      • 通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸.单糖,维生素及无机盐等
      • 利用运载蛋白与特定物质结合，改变运载蛋白构型使结合物质能够穿过细胞膜
      • 特点
        • 不消耗能量
        • 参与运输的物质本身的分子结构不发生变化
        • 不能进行逆浓度运输
        • 运输速率与膜内外物质的浓度差成正比
        • 需要载体参与
      • 一般微生物通过专一的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成
    • 主动运输
      • 微生物吸收营养物质的主要机制，通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，消耗能量（质子势、ATP等），使膜外低浓度物质运送到膜内
      • 膜上载体蛋白与养料结合后，可以逆浓度梯度运输养料的方式
      • 主动运输是广泛存在于微生物中的一种主要的物质运输方式
      • 特点
        • 运输方向可以逆浓度梯度进行
        • 运输过程要消耗能量
    • 基团运输/基团转移
      • 主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌，类似于主动运输，需要特异性载体蛋白且消耗能量
      • 与主动运输不同，有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中发生化学变化，转变为细胞可迅速利用的物质
  • 膜泡运输-不通过细胞膜进入细胞的运输
    • 主要存在于原生动物特别是变形虫中
    • 胞吞作用:膜泡中包含的是固体营养物质
    • 胞饮作用:膜泡中包含的是液体营养物质