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第四章 微生物的营养
一、术语和名词
1.营养物质(nutrient)微生物从外界摄取的用于生物合成和产生能量的物质,以满足微生物生长、繁殖和完成各种生理代谢活动。 2.主要元素或大量元素(macroelement) 微生物细胞干重的95%以上由碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁等少数几种元素组成,将这些微生物生长需要量相对较大的元素称为主要元素。
3.微量元素(trace element或microelement) 微生物细胞需要量很小的元素,包括锰、锌、铜、钴、镍、硒等。 4.碳源(source ofcarbon) 为微生物生长提供碳素来源的物质。 5.氮源(source ofnitrogen) 为微生物生长提供氮素来源的物质
6.蛋白胨(peptone) 将肉、酪素或明胶用酸或蛋白酶水解后干燥而成的,富含有机氮化合物及一些维生素和糖类的粉末状物质,用于配制培养基。
7.牛肉浸膏(beef extract) 瘦牛肉组织浸出汁浓缩而成的,富含水溶性糖类、有机氮化合物、维生素、盐等的膏状物质,用于配制培养基。
8.酵母浸膏(yeast extract) 酵母细胞水溶性提取物浓缩而成的,富含B类维生素及一些有机氮化合物和糖类的膏状物质,用于配制培养基。
9.生长因子(growth factor)微生物生长所必需且需要量很小,而微生物自身不能合成或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。 10.水活度值(water。activity,aw ) 一定温度和压力条件下,溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸气压力之比值。大多数微生物只能在水活度值接近0.98或更高的环境中生长。
11.自养型生物(autotroph) 以CO2为惟一或主要碳源的生物。 12.异养型生物(1leterotroph) 以还原性有机物为主要碳源的生物。 13.光能营养型生物(phototroph) 以光能为能源的生物。
14.化能营养型生物(chemotroph) 以有机物或无机物氧化释放的化学能为能源的生物。 15.无机营养型生物(1ithotroph) 以还原性无机物为电子供体的生物。 16.有机营养型生物(organotroph) 以有机物为电子供体的生物。
17.光能无机自养型(photolithoautotrophy) 利用光能、无机电子供体(H2、H20、H2S、S等)并以C02为碳源的生物。 18.光能有机自养型(I)hotoorganoheterotroph)r) 利用光能并以有机物作为电子供体及碳源的生物。 19.化能无机自养型(chemolithoautotrophy) 氧化还原性无机物获得能量和电子,以CO2为碳源的生物。 20.化能有机异养型(chemoorganoheterotrophy) 氧化有机物获得能源、电子及碳源的生物。 21.腐生型(metatrophy) 利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体)的化能有机异养型生物。 22.寄生型(paratrophy) 寄生在活的寄主机体中的化能有机异养型生物,离开寄主不能生存。 23.兼养型生物(mixotroph) 兼有自养和异养代谢过程的微生物,利用无机电子供体和有机 碳源。
24.原养型(prototroph) 与自然发生的同种其他个体一样,具有相同营养需求的微生物。
25.培养基(culture medium) 由人工配制的、适合微生物生长、繁殖或产生代谢产物的营养基质。
26.复合(天然)培养基(complex medium) 含有化学成分尚不完全清楚或化学成分不恒定的天然有机物的培养基,也称非化学限定培养基(chemically undefined medium)。
27.合成培养基(synthetic.medium) 由化学成分完全了解的物质配制而成的培养基,也称化学限定培养基(chemically defined medium)。 28.固体培养基(solid.medium) 在液态培养基中加入一定量凝固剂而制成的固体状态的培养基。
29.半固体培养基(semisolid medium)在液态培养基中加入凝固剂的量比固体培养基中的少而制成的半固体状态的培养基。 30.液体培养基(1iquid medium) 不含凝固剂的液态培养基。
31.基础培养基(minimum medium) 含有一般微生物生长所需基本营养物质的培养基。
32.加富培养基(enrichment medium) 在基础培养基中加入某些特殊营养物质,用于培养营养要求比较苛刻的异养型微生物的培养基。 33.鉴别培养基(differential medium) 在培养基中加入能与特定微生物的代谢产物发生特征性化学反应的化学物质,用于鉴别不同类型微生物。
34.选择培养基(selective medium) 根据不同微生物的营养需求或对某种化学物质敏感性不同,在培养基中加入相应营养物质或化学物质,抑制不需要微生物的生长,将所需微生物从复杂的微生物群体中选择分离出来。
35.琼脂(agar) 由藻类(石花菜)中提取的一种高度分支的复杂多糖,用作凝固剂配制固体、半固体培养基。 36.明胶(gelatin) 由胶原蛋白制备的培养基凝固剂。
37.透过屏障(permeability barrier) 微生物细胞表面由原生质膜、细胞壁、荚膜及黏液层组 成的限制物质进出细胞的屏障。
38.扩散(diffusion) 营养物质通过原生质膜上的含水小孔,由高浓度胞外(内)环境向低浓度胞内(外)进行运输的过程。 39.促进扩散(facilitated diffusion) 营养物质由载体(透过酶)辅助的跨质膜扩散过程。
40.透过酶(permease) 一种由膜结合载体蛋白质或由两种以上蛋白质组成的系统,能帮助营养物质跨膜运输。 41.被动运输(passive transport) 包括扩散和促进扩散在内的依靠膜内外被运输物质浓度差而进行的物质运输方式。 42.主动运输(active transport) 在载体的帮助下,依靠细胞提供的能量进行的物质跨膜运输,可以进行逆浓度运输。
43.初级主动运输(primary active transport) 由电子传递系统、ATP酶及细菌视紫红质引起的质子跨膜运输,在原生质膜内外建立质子浓度差。
44.能化膜(energized membrane) 细胞通过消耗呼吸能、化学能及光能,引起胞内质子(或其他离子)外排,在原生质膜内外建立质子浓度差(或电势差),使膜处于充能状态。
45.次级主动运输(secondary active transport) 能化膜质子浓度差(或电势差)消失过程中偶联的其他物质的运输。
46.同向运输(symport) 某种物质与质子通过同一载体以相同方向进行的次级主动运输。 47.逆向运输(antiport) 某种物质与质子通过同一载体以相反方向进行的次级主动运输。
48.单向运输(uniport) 在能化膜质子浓度差(或电势差)消失过程中,某种物质单独通过某一载体进行的次级主动运输。
49.基团转位(group translocation) 物质通过载体帮助,在一个较复杂的运输系统的作用下进行的跨膜主动运输,被运输物质在该过程中化学性质发生改变。
50.Na,K一ATP酶(Na,K一ATPase) 存在于原生质膜上的一种离子通道蛋白,利用ATP的能量将胞内Na‘泵”出胞外,而将胞外K‘泵”入胞内,也称Na,K一泵。
51.ATP结合盒式转运蛋白(ATP—binding cassette transporters,ABC transporters) 利用ATP的能量跨膜转运物质而不改变其化学性质的膜蛋白复合体,需要一种质膜外底物结合蛋白来行使功能,简称ABC转运蛋白。
52.膜泡运输(membrane vesicle transport) 存在于真核微生物(如变形虫)中的一种通过胞吞作用运输营养物质的方式。 53.胞吞作用(endocytosis) 细胞通过原生质膜吸附、包裹并吸收溶质或颗粒物质的过程。 54.胞饮作用(pinocytosis) 通过原生质膜包裹液态物质的胞吞作用。 55.吞噬作用(phagocytosis) 通过原生质膜包裹颗粒状物质的胞吞作用。
56.铁载体(siderophore) 微生物细胞向胞外分泌的一种能络合Fe的小分子化合物,铁一铁载体复合物通过ABc转运蛋白进入细胞。 二、习 题 填空题
1.组成微生物细胞的主要元素包括 、 、 、 、 和 等。 2.微生物生长繁殖所需六大营养要素是 、 、 、 、 和 。
3.碳源物质为微生物提供 和 ,碳源物质主要有 、 、 、 、 等。
4.氮源物质主要有 、 、 、常用的速效氮源如 、 ,有利于 ;迟效氮如 、 它有利于 。
5.无机盐的生理作用包括 、 、 、 、 。 6.生长因子主要包括 、 和 ,其主要作用是 。 7.水的生理作用主要包括 、 、 、 、 、 。 8.根据 ,微生物可分为自养型和异养型。 9.根据 ,微生物可分为光能营养型和化能营养型。 10.根据 ,微生物可分为无机营养型和有机营养型。
11.根据碳源、能源和电子供体性质的不同,微生物的营养类型可分为 、 、 和 。 12.设计、配制培养基所要遵循的原则包括 、 、 、 、 和 。 13.按所含成分划分,培养基可分为 和 。
14.按物理状态划分,培养基可分为 、 和 。
15.按用途划分,培养基可分为 、 、 和 等4种类型。 16.常用的培养基凝固剂有 、 和 。 17.营养物质进入细胞的主要影响因素是 、
18.营养物质进入细胞的方式有 、 、 和 。 选择题(4个答案选1)
1.在含有下列物质的培养基中,大肠杆菌首先利用的碳物质是()A蔗糖 B葡萄糖 C半乳糖 D淀粉 2.在工业生产中为提高土霉素产量,培养基中可采用的混合氮源是( )。
A蛋白胨/酵母浸膏 B黄豆饼粉/花生饼粉C玉米浆/黄豆饼粉 D玉米浆/(NH4)2S04 3.下列物质可用作生长因子的是( )。A葡萄糖 B纤维素 C NaCl C叶酸 4.一般酵母菌生长最适水活度值为( )。A 0.95 B 0.76 C 0.66 D 0.88
5.大肠杆菌属于( )型的微生物。A光能无机自养B光能有机异养 C化能无机自养 D化能有机异养 6.蓝细菌和藻类属于( )型的微生物。A光能无机自养 B光能有机异养 C化能无机自养 D化能有机异养 7.硝化细菌属于( )型的微生物A光能无机自养 B光能有机异养 C化能无机自养 D化能有机异养
8.某种细菌可利用无机物为电子供体而以有机物为碳源,属于( )型的微生物。A兼养型 B异养型 C自养型 D原养型 9.化能无机自养微生物可利用( )为电子供体。A C02 B H2 C O2
10.实验室培养细菌常用的的培养基是( )。 A牛肉膏蛋白胨培养基 B马铃薯培养基 C高氏一号培养基 D查氏培养基 11.用来分离产胞外蛋白酶菌株的酪素培养基是一种( )。A基础培养基 B加富培养基 C选择培养基 D鉴别培养基 12.固体培养基中琼脂含量一般为( )。 A0.5% B1.5% C2.5% D5%
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13.下列培养基中( )是合成培养基。ALB培养基 B牛肉膏蛋白胨培养基 C麦芽汁培养基 D查氏培养基
14.培养百日咳博德氏菌的培养基中含有血液,这种培养基是( )。A基础培养基 B加富培养基 C选择培养基 D鉴别培养基 15.用来分离固氮菌的培养基中缺乏氮源,这种培养基是一种( )。A基础培养基 B加富培养基 C选择培养基 D鉴别培养基 16.一般酵母菌适宜的生长pH为( )。A 5.0~6.0 B 3.0~4.0 C 8.0~9.O D 7.0~7.5 17.一般细菌适宜的生长pH为( )。A 5.0~6.0 B 3.0~4.0 C 8.0~9.0 D 7.0~7.5 18.水分子可通过( )进入细胞。A主动运输 B扩散 C促进扩散 D基团转位
19.需要载体但不能进行逆浓度运输的是( )。A主动运输 B扩散 C促进扩散 D基团转位
20.被运输物质进入细胞前后物质结构发生变化的是( )。A主动运输 B扩散 C促进扩散 D基团转位 是非题
1.所有碳源物质既可以为微生物生长提供碳素来源,也可以提供能源。 2.某些假单胞菌可以利用多达90种以上的碳源物质。 3.碳源对配制任何微生物的培养基都是必不可少的。
4.氨基酸在碳源缺乏时可被微生物用作碳源物质,但不能提供能源。 5.以(NH4)2SO4为氮源培养微生物时,会导致培养基pH升高。 6.KN03作为氮源培养微生物被称为生理碱性盐。
7.在配制复合培养基时,必须向培养基中定量补加微量元素。
8.培养营养缺陷型微生物的培养基必须同时加入维生素、氨基酸、嘌呤及嘧啶。 9.目前已知的致病微生物都是化能有机异养型生物。
10.只有自养型微生物能够以CO2,为惟一或主要碳源进行生长。 11.培养自养型微生物的培养基完全可以由简单的无机物组成。 12.为使微生物生长旺盛,培养基中营养物质的浓度越高越好。 13.在培养基中蛋白胨可以作为天然的缓冲系统。
14.对含葡萄糖的培养基进行高压蒸汽灭菌时可在121.3℃加热20 minn即可。 15.半固体培养基常用来观察微生物的运动特征。 16.基础培养基可用来培养所有类型的微生物。
17.一些化能有机异养微生物可以在以葡萄糖为碳源、铵盐为氮源的合成培养基上生长。 18.伊红美蓝(EMB)培养基中,伊红美蓝的作用是促进大肠杆菌的生长。 19.在用于分离G细菌的选择培养基中可加入结晶紫抑制G细菌的生长。 20.当葡萄糖胞外浓度高于胞内浓度时,葡萄糖可通过扩散进入细胞。
21.在促进扩散过程中,载体蛋白对被运输物质具有较高的专一性,一种载体蛋白只能运输一种物质。 22.被动运输是微生物细胞吸收营养物质的主要方式。
23.在主动运输过程中,细胞可以消耗代谢能对营养物质进行逆浓度运输,当被运输物质胞外浓度高于胞内浓度时,主动运输就不需要消耗代谢能。
24.Na,K一ATP酶利用ATP的能量将胞内K‘泵”出胞外,而将胞外Na‘泵”入胞内。 25.微生物细胞向胞外分泌铁载体,通过ABc转运蛋白将Fe运输进入细胞。 问答题
1.能否精确地确定微生物对微量元素的需求,为什么?
2.为什么生长因子通常是维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶,而葡萄糖通常不是生长因子? 3.以紫色非硫细菌为例,解释微生物的营养类型可变性及对环境条件变化适应能力的灵活性。 4.如果要从环境中分离得到能利用苯作为碳源和能源的微生物纯培养物,你该如何设计实验?
5.某些微生物对生长因子的需求具有较高的专一性,可利用它们通过“微生物分析” (microbiological assay)对样品中维生素或氨基酸进行定量。试设计实验利用某微生物对某一 样品维生素B他的含量进行分析。 6.以伊红美蓝(EMB)培养基为例,分析鉴别培养基的作用原理。
7.某学生利用酪素培养基平板筛选产胞外蛋白酶细菌,在酪素培养基平板上发现有几株菌的菌落周围有蛋白水解圈,是否能仅凭蛋白水解圈与菌落直径比大,就断定该菌株产胞外蛋白酶的能力就大,而将其选择为高产蛋白酶的菌种,为什么? 8.与促进扩散相比,微生物通过主动运输吸收营养物质的优点是什么? 9.以大肠杆菌磷酸烯醇式丙酮酸一糖磷酸转移酶系统(PTs)为例解释基团转位。
10.试分析在主动运输中,ATP结合盒式转运蛋白(ABc转运蛋白)系统和膜结合载体蛋白(透过酶)系统的运行机制及相互区别。 三、习题解答
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