第四章真菌的营养及代谢(普通真菌学)【优选内容】

1、第三章 真菌的营养及代谢,第一部分 真菌的营养 第一节 消化和吸收 第二节 碳素营养 第三节 氮素营养 第四节 无机营养 第五节 维生素和生长因子 第二部分 真菌的代谢 第一节 氮代谢 第二节 氨基酸代谢 第三节 脂代谢 第四节 次生代谢,1,行业借鉴#,真菌需要吸收的营养元素有哪些？起什么作用？ 什么是次生代谢？举例说明真菌的几种重要的次生代谢，有什么生化作用,2,行业借鉴#,真菌的营养方式分为腐生性、寄生性,3,行业借鉴#,真菌需要营养元素：碳、氢、氧、氮、磷、钾、镁、硫、硼、锰、铜、钼、铁和锌，可能还需要钙。 其它营养：硫胺素和生物素，有些真菌需要吡哆醇和肌醇德等。,4,行业借鉴#,第一

2、节 消化和吸收,一、消化,5,行业借鉴#,二、吸收 1、几种重要的离子是通过主动运输被吸收的，包括阳离子和阴离子 2、糖类的吸收主要靠主动吸收和简单扩散 3、氨基酸的吸收靠主动运输 4、有机酸的吸收通过主动运输（专门载体）和被动扩散 三、酶诱导和抑制 酶诱导：一些特殊功能的酶不一定在细胞中总是出现，他们需要一种特殊的营养物质诱导产生，来执行它的功能，这种现象叫酶诱导。 分解产物抑制：真菌对一种营养物质的存在抑制了对另一种物质的吸收的现象。如培养基中加葡萄糖抑制对果糖的吸收。,6,行业借鉴#,第二节 碳 源,7,行业借鉴#,一、碳提供了两种基本功能： 1、对细胞关键组分的合成提供了所需的碳素；

3、2、碳源的氧化过程为真菌基本生命过程提供了能源 二、碳源的存在形式 1、单糖：葡萄糖、果糖、甘露糖等 2、双糖：麦芽糖、纤维二糖、蔗糖 2、大分子糖类-纤维素、淀粉、木质素 3、醇类、乙醇、丙醇、丁醇、多羟醇等 4、脂肪酸和碳氢化合物 5、co2,8,行业借鉴#,三、真菌对碳源选择性： 1、碳源类型的选择性 糖类醇类、有机酸类等 ；单糖双糖和多糖 单糖中，葡萄糖甘露糖半乳糖 双糖中，麦芽糖，纤维二糖蔗糖 在多糖中，淀粉纤维素或几丁质等纯多糖， 纯多糖琼脂等杂多糖和其他聚合物(如木质素)。 2、在不同的生活阶段利用不同的碳源p52表 4-1,9,行业借鉴#,3、对碳源浓度的选择性 在一定浓度范围

4、内，浓度的增加能刺激生长，但是接近极限浓度时生长反应的变化极小。如p52图 4-2 4、原因： 营养物质的运输需要专门的载体 碳源进入细胞后生化代谢途径中能量的释放和各种酶的形成P53 表4-2,10,行业借鉴#,四、真菌对其他碳源的吸收,1、大分子糖类 纤维素借助三种纤维素酶 C1纤维素酶，Cx纤维素酶，纤维二糖酶 淀粉淀粉酶 木质素核心结构松柏醇、 香豆和芥子醇。 真菌降解木质素一般是在 O2 存在条件下， 葡萄糖氧化酶可氧化相应底物产生 H2O2。 而在 H2O2存在情况下， 锰依赖过氧化物酶、木质素过氧化酶和漆酶这三种酶协同作用于连结木质素结构单元之间的醚键和酯键， 木质素分解成为单个

5、的结构单元， 在此基础上， 进一步催化苯丙烯醇之间的 C C键断成两分子苯丙烯醇， 最后苯丙烯醇断链降解为小分子化合物， 完成木质素的降解。,11,行业借鉴#,12,行业借鉴#,13,行业借鉴#,2、醇类乙醇、丙三醇、多羟醇 3、脂肪酸和其他碳氢化合物 4、CO2 (少数真菌的主要碳源，如头孢霉属和镰刀菌属；CO2影响真菌的形态,14,行业借鉴#,第三节 氮素营养,15,行业借鉴#,一、功能 合成各种关键的细胞组分，包括氨基酸、蛋白质、嘌呤、核酸、氨基葡萄糖、几丁质以及各种维生素等 二、主要吸收途径 氮源利用的一般途径P60 4-5 真菌对分子氮、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、尿素和有机氮化物的利用，

6、被划为三类或四类P60表4-6,16,行业借鉴#,无机盐（inorganic salt）(矿质元素) 1.概念：微生物除需要碳源和氮源外，还需要P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe、Co、Zn、Mo、Cu、Mn、Ni等元素，这些元素称为矿质元素.其中包括： 1）大量元素： Mg 、P、K、 S、 Ca等。 2）微量元素：Fe、Zn、Cu、Mn等。,第四节 无机营养,17,行业借鉴#,2. 功能： 1)构成细胞的组分Mg ，能量； 2)参与并稳定真菌细胞的结构； 3)保持酶的活性(Cu、Mn)，组成酶的组分，能量(Mg、Mn、Fe)； 4)调节细胞渗透压（K），pH值，氧化还原电位； 5）某些生物

7、能源等Mg。,18,行业借鉴#,1.维生素：硫胺素（VB1)、生物素 2.生长因子(growth factor)：是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物。它的需要量一般很少。 广义的生长因子除了维生素外，还包括碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4C6的分枝或直链脂肪酸，以及需要量较大的氨基酸； 狭义的生长因子一般仅指维生素。,第五节 维生素和生长因子,19,行业借鉴#,20,行业借鉴#,21,行业借鉴#,第六节 培养基（culture medium）,1、选择适宜的营养物质 首先考虑不同微生物营养需要，如： 酵母菌麦芽汁培养基；霉菌一般用马铃薯-琼脂培养基（P

8、DA)，用于培养霉菌的加入蔗糖，用于培养酵母菌的加入葡萄糖食用菌的培养一般适用马铃薯-蔗糖-琼脂培养基 2、营养物质浓度及配比合适 C：N影响大,（一） 选用和设计培养基的原则和方法,22,行业借鉴#,3、pH 霉菌和酵母4.56。 氨基酸、肽、蛋白两性电解质也有缓冲作用。 4、氧还电位（） 好氧生物0.1V以上可以生长，一般0.30.4V适宜厌氧在低于0.1V生长 兼性在0.1V以上好氧呼吸，低于0.1V发酵 通过控制通气量或加氧化剂增加，加还原剂降低,23,行业借鉴#,5、原料来源 廉价、易得、降低成本 6、灭菌处理 培养基高压蒸汽1.05kg/cm2，121.31530 不耐热的如：含G

9、的0.56kg/cm2，112.6 1530 对糖要求较高的可用过虑除菌或间歇灭菌； 培养基灭菌前后对pH调整 泡沫中的空气层形成隔热层使菌难杀死，加消泡剂或延长灭菌时间,24,行业借鉴#,1.按成分分： 天然培养基（complex medium） LB和麦芽汁培养基等，成本低，实验室和工业使用广。 合成培养基（synthetic medium） 化学成分了解，如：高氏号和查氏培养基，重复性好、成 本高、微生物在上面生长较慢，适于实验室进行营养需 要、代谢、分类、菌种选育、遗传分析等,（二） 培养基的类型及应用,25,行业借鉴#,2.根据物理状态分：固体、半固体、液体 固体培养基（solid

10、medium) 常用的：琼脂、明胶、硅胶 固体培养基用途：分离、鉴定、活菌计数、菌种保藏等 半固体培养基（semisolid medium) 0.20.7琼脂含量 用于：运动特征、分类鉴定、噬菌体效价滴定 液体培养基（liquid medium) 用于：大规模工业发酵、实验室基础理论和应用方面研究,26,行业借鉴#,3.按用途分：基础、加富、鉴别、选择、分析培养基 基础培养基（minimum medium) 加富培养基（enrichment medium) 在基础培养基添加特殊营养物质，如：血清、动植物组织液、酵母浸膏等。用于培养苛刻的异养微生物及富集分离某种微生物。 鉴别培养基（differ

11、ential medium) 加某种化学物质，发生特殊化学反应，产生特征变化，如：明胶培养基鉴别是否产蛋白酶；H2S用于产H2S菌的鉴别；等 选择培养基（selective medium) 将某种微生物从混合物中分离出，有利于需要菌生长，抑制不需要的微生物。,27,行业借鉴#,真菌培养基类型,Gauses Synthetic Agar （高氏合成一号琼脂） KNO3 1g Soluble starch（可溶性淀粉） 20g ，K2HPO4 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g NaCl 0.5g FeSO4 0.01g ，Agar （琼脂） 20g water （水） 1000ml pH

12、7.2-7.4 适用范围：白黄链霉菌等各种链霉菌属真菌 黄豆芽琼脂培养基 黄豆芽 100克 琼脂 15克 葡萄糖 20克 水 1000毫升 适用：酵母，曲霉,28,行业借鉴#,MMN Medium (MMN培养基) CaCl2 0.05g、 MgSO4 0.15g NaCl 0.025g FeCl3 (1%) 1.2ml 、KH2PO4 0.5g 、Vitamib B1 (硫胺素) 100g 、(NH4)2HPO4 0.25g 、Wort (12 Be) 100ml 、Glucose (葡萄糖) 10-15g Citric acid (柠檬酸) 0.2g ；Distilled water (蒸

13、馏水) 900ml pH 5.5 (左右) 适用范围：蜜环菌,29,行业借鉴#,Starch Agar (淀粉琼脂) Soluble starch (可溶性淀粉) 10g、 NaNO3 1g ；MgCO3 1g 、K2HPO4 0.3g、NaCl 0.5g Agar (琼脂) 20g、Distilled water (蒸馏水) 1000ml 适用范围：园弧青霉、少根根霉、日本根霉、爪哇根霉,30,行业借鉴#,4、食用菌菌种培养基 配方一 马铃薯蔗糖-琼脂培养基 20%马铃薯煮汁 1000毫升 蔗糖 20克 琼脂 18克 使用该培养基对pH值要求不严格，可以不测定。 配方二 综合马铃薯培养基 2

14、0%马铃薯煮汁 1000毫升 ；磷酸二氢钾 3克 硫酸镁 1.5克 葡萄糖 20克， 维生素 10毫克 ；琼脂 18克 。 先配制20%马铃薯煮汁，方法同上。在煮汁中加入上述各种组分，加热溶解后补足水分，调整pH值到6。分装，灭菌，备用。 该培养基用于培养和保存灵芝、平菇、香菇等食用菌菌种。,31,行业借鉴#,第二部分 真菌的代谢,一、碳代谢 （一）糖酵解三个途径 (1) EMP途径（葡萄糖酵解） 真菌主要的途径 (2) HMP途径（戊糖磷酸途径） 少数真菌的主要途径，如某些红酵母 (3) ED途径 比较少见，只在几种，真菌中存在，如卡尔黑霉（Caldariomyces fumago），小麦网

15、腥黑粉菌(Tilletia caries）产生能量较少 个途径 (1)、EMP途径 (2)、HMP (3)、ED,32,行业借鉴#,由表可见，在真菌细胞中，有的同时存在多条途径来降解葡萄糖，有的只有一种。在某一具体条件下，拥有多条途径的某种微生物究竟经何种途径代谢，对发酵产物影响很大。,33,行业借鉴#,C6H12O6 2CH3COCOOH 2CH3CHO 2CH3CH2OH,NAD,NADH2,-2CO2,EMP,2ATP,乙醇脱氢酶,酵母菌的乙醇发酵：,该乙醇发酵过程只在pH3.54.5以及厌氧的条件下发生。 啤酒酵母是乙醇发酵的典型代表，毛霉、根霉、青霉，一些子囊菌，担子菌等都能产生乙醇

16、,（二）乙醇发酵,34,行业借鉴#,C6H12O6 2CH3COCOOH 2CH3CHO 2CH3CHOOH,NAD,NADH2,-2CO2,EMP,2ATP,乳酸脱氢酶,壶菌纲，卵菌纲的一些好养性真菌和一些在无氧条件下也可生存的真菌,（三）乳酸发酵,35,行业借鉴#,（四）有氧呼吸,二、真菌碳化合物的合成（自学）,36,行业借鉴#,三、次生代谢产物,（一）什么是次生代谢 微生物在一定的生长期里合成的一些对微生物本身无明显作用的物质代谢。 （二）次生代谢的特点 产物极端专一 在自身生命机体中没有明显功能 机体生长受限制时产生,37,行业借鉴#,（三）真菌次生代谢的应用 1.真菌次生代谢与真菌细

17、胞分化次生代谢产物已发展成了各种在自身保卫、细胞分化和生存等方面具明显作用的 “功能性物质” 2.真菌植物相互关系与次生代谢 一些植物病原真菌侵入寄主植物后， 在特定的环境和生理条件下， 能胁迫寄主产生在正常情况下不能发现的小分子的抗菌物质 “植物保卫素”真菌产生的诱导物多是细胞壁降解物葡聚糖、 糖蛋白、 小肽、 脱乙酰几丁质、 花生四烯酸等不饱和脂肪酸。,38,行业借鉴#,一些真菌刺激植物的伤口后也可分泌一些十分有用的化学物质， 如某些霉菌刺激白木香树 伤口， 使其分泌芳香物质并积结为沉香。有的霉菌侵入龙血树 和安息香树 后， 可加速血竭和安息香的分泌。 3.真菌昆虫相互关系与次生代谢 真菌

18、产生神经毒素干扰昆虫神经系统或促使释放一些能改变昆虫行为的物质， 使昆虫出现对真菌孢子扩散有利的行为。如蝗噬虫霉 引起的蝗虫 “趋顶” 行为， 冬虫夏草 、古尼虫草 和罗伯茨虫草 等感染的寄主昆虫在初夏子实体出土时头部向上的极性现象。,39,行业借鉴#,（四）真菌几个重要次生代谢,1、类胡萝卜素 存在形式：B-胡萝卜素和酸性类胡萝卜素 笄霉菌，三孢布拉霉，好食脉孢菌及菌核、青霉等都可产生类胡萝卜素 2、赤霉素 在真菌中存在赤霉素A1，A2，A4，A7，A9 合成前体是垅牛儿焦磷酸。生物合成仍处于推测阶段 3、青霉素 存在形式：6-氨基青霉烷酸（6-APA)为基础的一组相关化合物 前体： 6-APA 产黄青霉突变菌株，点青霉、氨苄青霉。,40,行业借鉴#,4、头孢霉素 核心结构：7-氨基头孢霉素烷酸，顶头孢霉（Cephalosporium acremonium）的次生产物 5、黄曲霉素真菌产生的有毒代谢产物 合成前体：丙二酸单酰辅酶A 黄曲霉（Aspergillus flavus）和寄生曲霉（A. parasticus）产生的目前分离出十二多种，B1毒性最强。 特性：不溶于水，而溶于氯仿、甲醇、苯等有机溶剂，在紫外光下B1、B2呈蓝色荧光。G1、G2呈黄绿色荧光。,41,行业借鉴#,42,行业借鉴#,43,行业借鉴#,1）