第五章微生物的營養(yǎng)與培養(yǎng)基介紹.ppt

第四章微生物的營養(yǎng),營養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營養(yǎng)是微生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過程。,營養(yǎng)物質(zhì):能夠滿足機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需要的物質(zhì).,營養(yǎng):微生物獲得和利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程。,營養(yǎng)物質(zhì)按照它們在機體中的生理作用不同，可以將它們區(qū)分成六大類。,主要元素：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣等,微量元素：鋅、錳、氯、鉬、硒、鈷、銅等,占細菌細胞干重的97%,第一節(jié)微生物的營養(yǎng)物質(zhì),一、微生物細胞的化學(xué)組成,構(gòu)成微生物細胞的物質(zhì)基礎(chǔ)是各種化學(xué)元素！,組成微生物細胞的各類化學(xué)元素的比例常因微生物種類的不同而不同。不僅如此，微生物細胞的化學(xué)元素組成也常隨菌齡及培養(yǎng)條件的不同而在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化。,營養(yǎng)物質(zhì)主要功用：供給微生物合成細胞物質(zhì)的原料；用以產(chǎn)生能量；有的營養(yǎng)物如維生素主要用于調(diào)節(jié)新陳代謝。,1.碳源,凡是能提供微生物細胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中碳素來源的營養(yǎng)物稱為碳源。,（1）定義,凡是能被用來構(gòu)成菌體物質(zhì)中或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源。,1.氮源,氮是組成微生物蛋白質(zhì)、酶和核酸的成分。,氮源譜,有機氮,無機氮,NH3銨鹽硝酸鹽N2,蛋白質(zhì)核酸氨基酸尿素,氨基酸自養(yǎng)型生物：一部分微生物是不需要利用氨基酸作為氮源的，但能把尿素、銨鹽、硝酸鹽甚至氮氣等簡單氮源自行合成自身所需要氨基酸。,氨基酸異養(yǎng)型生物：反之，凡需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作為氮源的微生物。,常用的蛋白質(zhì)類氮源包括蛋白胨、魚粉、蠶蛹、黃豆餅粉、玉米漿、牛肉浸膏、酵母浸膏等,按氮源的不同，生物可分為：,3.能源,能源：能為微生物的生命活動提供最初能量來源營養(yǎng)物或輻射能,能源譜,化學(xué)物質(zhì),輻射能,化能異養(yǎng)微生物的能源,有機物,無機物,化能自養(yǎng)微生物的能源,光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源,在配制培養(yǎng)基時，首選加入磷酸氫二鉀和硫酸鎂，基本可以同時提供4種需要量最大的元素。,5.生長因子,生長因子：那些微生物生長所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成的或合成量不足以滿足機體生長需要的有機化合物,根據(jù)生長因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和它們在機體中的生理功能的不同,可將生長因子分為維生素(vitamin)、氨基酸與嘌呤及嘧啶三大類。,生長因子可以從酵母膏、玉米漿、麥芽汁、血液或血清中獲得。,微生物生長因子需要量（ml-1III型肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）膽堿6ug金黃色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）硫胺素0.5ng白喉棒桿菌（Cornebacteriumdiphtherriae）B-丙氨酸1.5ug破傷風(fēng)梭狀芽孢桿菌（Clostridiumtetani）尿嘧啶0-4ug腸膜狀串珠菌（Leuconostocmesenteroides）吡哆醛0.025ug,6.水,生理功能主要有,起到溶劑與運輸介質(zhì)的作用；,參與細胞內(nèi)一系列化學(xué)反應(yīng)；,維持蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子穩(wěn)定的天然構(gòu)象；,通過水合作用與脫水作用控制由多亞基組成的結(jié)構(gòu),熱的良好導(dǎo)體；,第二節(jié)微生物的營養(yǎng)營養(yǎng)類型,第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式,營養(yǎng)物質(zhì)能否進入細胞取決于三個方面的因素：,營養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)（相對分子量、質(zhì)量、溶解性、電負性等,微生物所處的環(huán)境（溫度、PH等）；,微生物細胞的透過屏障（原生質(zhì)膜、細胞壁、莢膜等）。,根據(jù)物質(zhì)運輸過程的特點，可將物質(zhì)的運輸方式分為,自由擴散,促進擴散,主動運輸,基團轉(zhuǎn)移,1自由擴散,原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營養(yǎng)物質(zhì)通過原生質(zhì)膜上的小孔，由高濃度的胞外環(huán)境向低濃度的胞內(nèi)進行擴散。,特點,物質(zhì)在擴散過程中沒有發(fā)生任何反應(yīng)；,不消耗能量；不能逆濃度運輸；,運輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比,水是唯一可以通過擴散自由通過原生質(zhì)膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些氣體（O2、CO2）及某些氨基酸在一定程度上也可通過自由擴散進出細胞。,2協(xié)助擴散,特點,不消耗能量,參與運輸?shù)奈镔|(zhì)本身的分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化,不能進行逆濃度運輸。,運輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比,需要細胞膜上的載體蛋白（透過酶）參與,被運輸物質(zhì)與載體蛋白有高度的特異性,通過促進擴散進入細胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機鹽等。一般微生物通過專一的載體蛋白運輸相應(yīng)的物質(zhì)，但也有微生物對同一物質(zhì)的運輸由一種以上的載體蛋白來完成。,3主動運輸,基團轉(zhuǎn)位又稱為磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖轉(zhuǎn)移酶運輸系統(tǒng)（PTS），PTS通常由五種蛋白質(zhì)組成，包括酶I、酶II（包括a、b、c三種亞基）和一種低相對分子量的熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)（HPr）。,4基團移位,基團移位是另一種類型的主動運輸，它與主動運輸相比，營養(yǎng)物質(zhì)在運輸過程中發(fā)生了化學(xué)變化（糖在運輸?shù)倪^程中發(fā)生了磷酸化）。其余特點與主動運輸相同。,PEP-P+HPrHPr-p+丙酮酸P-HPr+糖糖-P+HPr,基團轉(zhuǎn)移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細胞中，主要用于糖的運輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過這種方式運輸。,每輸入一分子葡萄糖要消耗一個ATP,比較項目單純擴散促進擴散主動運輸基團移位特異載體蛋白無有有有運送速度慢快快快溶質(zhì)運送方向由濃至稀由濃至稀由稀至濃由稀至濃平衡時內(nèi)外濃度內(nèi)外相等內(nèi)外相等內(nèi)部高內(nèi)部高運送分子無特異性特異性特異性特異性能量消耗不需要需要需要需要運送前后溶質(zhì)分子不變不變不變改變載體飽和效應(yīng)無有有有與溶質(zhì)類似物無競爭性有競爭性有競爭性有競爭性運送抑制劑無有有有運送對象舉例水、O2糖、SO42-氨基酸乳糖葡萄糖嘌呤,四種運送營養(yǎng)方式的比較,第四節(jié)培養(yǎng)基,培養(yǎng)基是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。,培養(yǎng)基幾乎是一切對微生物進行研究和利用工作的基礎(chǔ),任何培養(yǎng)基都應(yīng)該具備微生物生長所需要六大營養(yǎng)要素：,碳源、氮源、無機鹽、能源、生長因子、水,任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進行滅菌處理；,常規(guī)高壓蒸汽滅菌：1.05kg/cm2,121.315-30分鐘,一、選用和設(shè)計培養(yǎng)基的原則和方法,目的明確,營養(yǎng)協(xié)調(diào),理化條件適宜,經(jīng)濟節(jié)約,1.目的明確,根據(jù)不同的微生物的營養(yǎng)要求配制針對強的培養(yǎng)基。,培養(yǎng)化能自養(yǎng)型的氧化硫桿菌的培養(yǎng)基組成為：S10gMgSO4.7H2O0.5gNH4)2SO40.4gFeSO40.01gH2PO44gCaCl20.25gH2O1000ml,培養(yǎng)化能異養(yǎng)的大腸桿菌一種培養(yǎng)基是由下列化學(xué)成分組成：葡萄糖5gNH4H2PO41gNaCl5gMgSO4.7H2O0.2gK2HPO41gH2O1000ml,常見的培養(yǎng)四大類微生物的培養(yǎng)基,細菌（牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）：牛肉膏3g蛋白胨10gNaCl5gH2O1000ml,放線菌（高氏1號）淀粉20gK2HPO40.5gNaCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gKNO31gFeSO40.01gH2O1000ml,酵母菌(麥芽汁培養(yǎng)基)干麥芽粉加四倍水，在50-60保溫糖化3-4小時，用碘液試驗檢查至糖化完全為止，調(diào)整糖液濃度為10。巴林，煮沸后，沙布過濾，調(diào)PH為6.0。,霉菌（查氏合成培養(yǎng)基）NaNO33gK2HPO41gKCl0.5gMgSO4.7H2O0.5gFeSO40.01g蔗糖30gH2O1000ml,2.營養(yǎng)協(xié)調(diào),培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時微生物才能生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時不能滿足微生物正常生長所需，濃度過高時則可能對微生物生長起抑制作用。,培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比（C/N）的影響較大。,碳氮比指培養(yǎng)基中碳元素與氮元素的物質(zhì)的量比值，有時也指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白之比。,例如，在利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程中，培養(yǎng)基碳氮比為4/1時，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；當(dāng)培養(yǎng)基碳氮比為3/1時，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量則大量增加。,3.理化條件適宜,pH,水活度,氧化還原電位,a.pH,培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。,通常培養(yǎng)條件：細菌與放線菌：pH77.5酵母菌和霉菌：pH4.56范圍內(nèi)生長,為了維持培養(yǎng)基pH的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，或在進行工業(yè)發(fā)酵時補加酸、堿。,b.水活度,在天然環(huán)境中，微生物可實際利用的自由水或游離水的含量，一般用在一定的溫度和壓力條件下,溶液的蒸汽壓力與同樣條件下純水蒸汽壓力之比表示，即：w=Pw/Pow式中Pw代表溶液蒸汽壓力,POw代表純水蒸汽壓力。純水w為1.00,溶液中溶質(zhì)越多,w越小。,微生物一般在w為0.600.99的條件下生長,w過低時,微生物生長的遲緩期延長,比生長速率和總生長量減少。微生物不同，其生長的最適w不同。,c.氧化還原電位,氧化還原電位又稱氧化還原電勢（redoxpotential），是度量某氧化還原系統(tǒng)中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢的一種指標(biāo)，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。,不同類型微生物生長對氧化還原電位的要求不同,好氧性微生物：+0.1伏以上時可正常生長,以+0.3+0.4伏為宜；厭氧性微生物：低于+0.1伏條件下生長；兼性厭氧微生物：+0.1伏以上時進行好氧呼吸,+0.1伏以下時進行發(fā)酵。,氧化還原電位就是用來反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來的宏觀氧化-還原性。,4.經(jīng)濟節(jié)約,以粗代精,以野代家,以廢代好,以國代進,以簡代繁,以氮代朊,以烴代糧,以纖代糖,1.天然培養(yǎng)基:化學(xué)成分不完全了解或化學(xué)成分不恒定的天然有機物配制的培養(yǎng)基。如動植物汁液,土壤浸出液,等配制成培養(yǎng)基。配制方便，經(jīng)濟。如：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基細菌麥芽汁培養(yǎng)基酵母菌,一、培養(yǎng)基的類型,根據(jù)營養(yǎng)物質(zhì)來源不同分為,2.合成培養(yǎng)基：由已知化學(xué)藥品配成,成分和濃度都已完全知道,每一次配制也基本恒定。這種培養(yǎng)基成分精確，重復(fù)性強，多用于實驗室,費用較高。如：高氏一號培養(yǎng)基（淀粉硝酸鹽培養(yǎng)基）放線菌察氏培養(yǎng)基（蔗糖硝酸鹽培養(yǎng)基）真菌,牛肉膏瘦牛肉組織浸出汁濃縮而成的膏狀物質(zhì)，富含水溶性碳水化合物，有機氮化合物，維生素，鹽等。蛋白胨將肉，酪素或明膠用酸或蛋白酶水解后干燥而成的粉末狀物質(zhì)，富含有機氮化合物，也含有一些維生素和碳水化合物。酵母膏酵母細胞的水溶性提取物濃縮而成的膏狀物質(zhì)，富含類維生素，也含有有機氮化合物和碳水化合物。,3.半合成培養(yǎng)基:由成分已知的物質(zhì)和成分未知的天然物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基,如PDA培養(yǎng)基。如：馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基真菌,根據(jù)培養(yǎng)基物理狀態(tài)分,液體培養(yǎng)基:配制后不加任何凝固劑。半固體培養(yǎng)基:在液體培養(yǎng)基上加進一定凝固劑,在液體培養(yǎng)基中如加0.5%瓊脂,可以用來觀察細胞運動的特征,鑒定菌種,測定抗菌素的效價等。固體培養(yǎng)基:在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑(如1.5-2.0%瓊脂)。固體培養(yǎng)基為微生物的生長提供了一個營養(yǎng)表面,在這個表面生長微生物可形成單個菌落,用于微生物的分離,鑒定,計數(shù),保管。脫水培養(yǎng)基：指含有除水分以外的一切成分的商品培養(yǎng)基，使用時只要加入適量水分并加以滅菌即可，其成分精確且使用方便。,常用的凝固劑有瓊脂(agar)、明膠(gelatin)和硅膠(silicagel)。,瓊脂與明膠若干特性的比較,固體培養(yǎng)基,液體培養(yǎng)基,半固體培養(yǎng)基,根據(jù)培養(yǎng)基的用途來分,基礎(chǔ)培養(yǎng)基：滿足一般微生物生長繁殖所需要的營養(yǎng)物質(zhì)。牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基。加富培養(yǎng)基:在自然界中各種微生物通常是混雜在一起的，了解了某一些微生物的營養(yǎng)要求，配制適合這種微生物生長而不適合其他微生物生長的培養(yǎng)基，就達到了從自然界中分離這種微生物的目的，這種培養(yǎng)基就稱為加富培養(yǎng)基。一般常加入血、血清或動植物提取液等?！巴镀渌谩?選擇性培養(yǎng)基:根據(jù)不同的微生物對營養(yǎng)的特殊要求,或?qū)ξ锢砘瘜W(xué)條件的抗性而設(shè)計的培養(yǎng)基,利用這一類培養(yǎng)基可以把需要微生物從混雜的其他微生物分離和確定?！叭∑渌埂辫b別培養(yǎng)基:在培養(yǎng)基中加入某種特殊化學(xué)物質(zhì),某種微生物在培養(yǎng)基中生長后能產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物,而這種代謝產(chǎn)物可以與培養(yǎng)基中的特殊化學(xué)物質(zhì)發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生明顯的特征性變化,根據(jù)這種特征性變