第4章 微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基

第四章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基

（MicrobialNutritionandMetabolism）第四章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基第一節(jié)微生物的六類營養(yǎng)要素第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式第四節(jié)培養(yǎng)基第一節(jié)微生物的六種營養(yǎng)要素一、碳源（carbonsource）二、氮源(nitrogensource)三、能源(energysource)四、生長因子(growthfactor)五、無機(jī)元素(mineralsalts)六、水分(moisture)化學(xué)物質(zhì)(化學(xué)能)：有機(jī)物—化能異養(yǎng)微生物（同碳源）無機(jī)物—化能自養(yǎng)微生物輻射能(光能)：光能自養(yǎng)微生物光能異養(yǎng)微生物三、能源(energysource)單功能營養(yǎng)物

光輻射能（能源）雙功能營養(yǎng)物

還原態(tài)的無機(jī)物NH4+

（能源、氮源）三功能營養(yǎng)物

氨基酸類（碳源、氮源和能源）四、生長因子狹義 維生素廣義維生素、氨基酸、堿基、甾醇等按照微生物對生長因子需要與否分為：生長因子自養(yǎng)型微生物多數(shù)真菌、放線菌和部分細(xì)菌（如E.coli）生長因子異養(yǎng)型微生物各種乳酸菌、動(dòng)物致病菌、支原體和原生動(dòng)物生長因子過量合成微生物阿舒假囊酵母生產(chǎn)VB2；謝氏丙酸桿菌等生產(chǎn)VB12；某些微生物生長所需的生長因子五、無機(jī)鹽無機(jī)鹽及其生理功能無機(jī)鹽及其生理功能六、水水的功能是微生物細(xì)胞的重要組成部分，使原生質(zhì)保持溶膠狀態(tài)，保證代謝正常進(jìn)行；是物質(zhì)代謝的原料；起到物質(zhì)溶劑和運(yùn)輸介質(zhì)的作用；有效控制細(xì)胞內(nèi)的溫度變化；微生物

aw一般細(xì)菌

0.91酵母菌

0.88霉菌

0.80嗜鹽細(xì)菌

0.76嗜鹽真菌

0.65嗜高滲酵母菌

0.60幾種微生物生長的最適aw值aw：微生物可實(shí)際利用的自由水或游離水的含量。是在同溫同壓下，某溶液的蒸汽壓與純水蒸汽壓之比。第二節(jié)微生物的營養(yǎng)類型微生物營養(yǎng)類型的分類：按照利用的能源分光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型按照氫供體分無機(jī)營養(yǎng)型有機(jī)營養(yǎng)型按照可利用的碳源分

自養(yǎng)型異養(yǎng)型以合成氨基酸的能力分氨基酸自養(yǎng)型氨基酸異養(yǎng)型微生物營養(yǎng)類型的分類：以生長因子分野生型營養(yǎng)缺陷型以取食方式分滲透營養(yǎng)型吞噬營養(yǎng)型以取得死活有機(jī)物分腐生寄生微生物營養(yǎng)類型的分類：微生物營養(yǎng)類型分類依據(jù)：碳源能源四種營養(yǎng)類型微生物的營養(yǎng)類型微生物的營養(yǎng)類型化能自養(yǎng)型（化能無機(jī)營養(yǎng)型）化能異養(yǎng)型（化能有機(jī)營養(yǎng)型）光能自養(yǎng)型（光能無機(jī)營養(yǎng)型）光能異養(yǎng)型（光能有機(jī)營養(yǎng)型）第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式單純擴(kuò)散(simplediffusion)促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion)主動(dòng)運(yùn)輸(activetransport)基團(tuán)移位(grouptranslocation)四種運(yùn)送方式有何異同？四種運(yùn)送營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較四種運(yùn)送營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸

Na-K泵首先在膜內(nèi)側(cè)與細(xì)胞內(nèi)的Na+

結(jié)合，ATP酶被激活，釋放的能量使“泵”的構(gòu)象改變，將Na+

輸出細(xì)胞；與此同時(shí)，“泵”與膜外側(cè)的K+結(jié)合，發(fā)生去磷酸化后構(gòu)象再次改變，將K+

輸入細(xì)胞內(nèi)；研究表明，每消耗1個(gè)ATP分子，可使細(xì)胞內(nèi)減少3個(gè)Na+并增加2個(gè)K+。FLASH基團(tuán)移位主要用于運(yùn)送各種糖類、核苷酸、丁酸和腺嘌呤等其運(yùn)送機(jī)制在E.coli中研究得比較清楚，由24種蛋白組成，運(yùn)送一種糖至少有4種蛋白參與；葡萄糖的運(yùn)送過程需要以下蛋白的參與：熱穩(wěn)載體蛋白、酶I、酶Ⅱ（酶Ⅱa、酶Ⅱb、酶Ⅱc）；每輸入一個(gè)葡萄糖分子要消耗一個(gè)ATP；具體過程為：細(xì)胞內(nèi)的高能化合物（磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸）可通過酶I的作用把熱穩(wěn)載體蛋白（HPr）激活，

形成p~HPr（高能磷酸載體）；糖分子由酶逐級傳遞來的磷酸基團(tuán)激活，通過酶Ⅱc把磷酸葡萄糖釋放到細(xì)胞質(zhì)中。酶Ⅱc酶Ⅱb酶ⅡaHPr酶I是一種人工配制的、適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物用的混合養(yǎng)料；任何培養(yǎng)基都應(yīng)具備微生物所需要的六大營養(yǎng)要素，且比例要合適；培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進(jìn)行滅菌，否則很快引起雜菌叢生，并破壞其固有成分和性質(zhì)。第四節(jié)培養(yǎng)基（media）巴斯德最初用的培養(yǎng)基是有機(jī)物水浸液、含糖培養(yǎng)基科赫發(fā)明的固體培養(yǎng)基—土豆、明膠以及瓊脂；從玻璃板到培養(yǎng)皿；國內(nèi)外有生產(chǎn)培養(yǎng)基的專業(yè)公司（Difco、Oxid）；干燥培養(yǎng)基的優(yōu)點(diǎn)在于使用方便、節(jié)省人力，易運(yùn)輸，好保存，質(zhì)量可靠，便于管理。培養(yǎng)基的發(fā)展過程一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則和方法1.目的明確2.營養(yǎng)協(xié)調(diào)3.物理化學(xué)條件適宜4.經(jīng)濟(jì)節(jié)約（一）四個(gè)原則

培養(yǎng)何種菌？想獲何種代謝產(chǎn)物？用于實(shí)驗(yàn)室研究還是發(fā)酵生產(chǎn)？是種子培養(yǎng)基還是發(fā)酵培養(yǎng)基？目的明確營養(yǎng)協(xié)調(diào)培養(yǎng)基的各種營養(yǎng)成分的濃度及配比合適；碳氮比（C/N）培養(yǎng)基中碳原子的摩爾數(shù)與氮原子的摩爾數(shù)之比，有時(shí)也指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白之比。谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)：當(dāng)C/N=4時(shí)，菌體大量繁殖，Glu積累少；當(dāng)C/N=3時(shí)，菌體繁殖受抑，Glu大量積累。物理化學(xué)條件適宜

pH各大類微生物都有其生長適宜的pH范圍；調(diào)節(jié)方法：內(nèi)源調(diào)節(jié)和外援調(diào)節(jié)；滲透壓和水活度（aw）等滲溶液最適宜微生物的生長；高滲或低滲？微生物可實(shí)際利用的自由水或游離水的含量；aw大或小的含義？氧化還原電勢（Eh）各種微生物對培養(yǎng)基的Eh有不同的要求。 經(jīng)濟(jì)節(jié)約原料來源要廣泛；原料要易處理，處理成本要低；原料處理后，廢物、廢液、廢氣要少；具體實(shí)施原則（P95）（二）四種方法1.生態(tài)模擬肉湯、魚湯培養(yǎng)細(xì)菌；水果汁培養(yǎng)酵母菌米飯、面包培養(yǎng)霉菌；肥土培養(yǎng)放線菌2.查閱文獻(xiàn)3.精心設(shè)計(jì)

4.試驗(yàn)比較

由定性到定量；由小到大搖瓶培養(yǎng)臺式發(fā)酵罐生產(chǎn)發(fā)酵罐培養(yǎng)基的具體設(shè)計(jì)程序1.通過查閱文獻(xiàn)找到一個(gè)基本培養(yǎng)基配方；2.通過生長譜試驗(yàn)確定其可利用的碳源、氮源和生長因子；3.通過單因素實(shí)驗(yàn)確定最適的碳源、氮源和生長因子；4.通過正交實(shí)驗(yàn)確定最佳濃度和培養(yǎng)基組合；（1）在選定的固體基本培養(yǎng)基中不加碳源；（2）待冷卻至50℃左右時(shí)，加入供試菌懸液，搖勻后倒平板；（3）待培養(yǎng)基凝固后，將待測碳源用小鑷子夾取少許放在平板上；（4）在合適溫度下培養(yǎng)一定時(shí)間，凡在某碳源周圍長出大量供試菌（生長圈）者，即為該菌可利用的碳源。生長譜試驗(yàn)的基本操作方法：因素乙醇濃度溫度（℃）時(shí)間（h）物料比提取率%11（50）1（60）1（1）1（1：16）2.8521（50）2（70）2（2）2（1：18）4.3331（50）3（80）3（3）3（1：20）4.5842（60）1（60）2（2）3（1：20）6.5752（60）2（70）3（3）1（1：16）4.7562（60）3（80）1（1）2（1：18）5.3273（70）1（60）3（3）2（1：18）6.4483（70）2（70）1（1）3（1：20）3.0193（70）3（80）2（2）1（1：16）5.45K111.7615.8611.1813.05

K216.6412.09

16.3516.09

K314.9015.3515.7714.16

L9(34)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表二、培養(yǎng)基的種類（一）根據(jù)對培養(yǎng)基成分的了解天然培養(yǎng)基組合培養(yǎng)基半組合培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基指利用動(dòng)、植物、微生物體或其提取物制成的培養(yǎng)基，確切成分不清楚；舉例：蛋白胨、牛肉膏、玉米漿、血液、血清、馬鈴薯等培養(yǎng)基；組合培養(yǎng)基是一類用多種高純化學(xué)試劑配制成的、各成分的量都確切知道的培養(yǎng)基；舉例：組織細(xì)胞培養(yǎng)液、高氏1號等；半組合培養(yǎng)基由大部分成分已知，個(gè)別或少數(shù)成分不確切的營養(yǎng)物質(zhì)配制成的培養(yǎng)基；舉例：馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基等；固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基：液體培養(yǎng)基：（二）按照培養(yǎng)基外觀的物理狀態(tài)固體培養(yǎng)基可逆性凝固培養(yǎng)基：1.5%-2%的瓊脂或5%-12%的明膠非可逆性凝固培養(yǎng)基：血清和硅膠制成的培養(yǎng)基天然固體培養(yǎng)基：天然固體基質(zhì)配制成的培養(yǎng)基濾膜：醋酸纖維薄膜瓊脂和明膠若干特性的比較基礎(chǔ)培養(yǎng)基（Basicmedia）選擇性培養(yǎng)基（Selectedmedia）鑒別性培養(yǎng)基（Differentialmedia）（三）按培養(yǎng)基用途基礎(chǔ)培養(yǎng)基營養(yǎng)要求相同的微生物，所需的營養(yǎng)物質(zhì)除少數(shù)不同外，其它大部分營養(yǎng)物是共同的，因此可配成一種基礎(chǔ)培養(yǎng)基，再按照某一微生物的特殊需要，添加某種營養(yǎng)物即可。肉湯蛋白胨培養(yǎng)基加入脫纖維兔血或羊血—分離、培養(yǎng)某些病原微生物蛋白胨水培養(yǎng)基加入葡萄糖或蔗糖—糖發(fā)酵培養(yǎng)基，鑒定某些腸道菌。選擇培養(yǎng)基根據(jù)某種微生物的特殊營養(yǎng)要求或其對某化學(xué)、物理因素的抗性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基；其功能是使混合菌樣中的劣勢菌變成優(yōu)勢菌，從而提高該菌的篩選效率，用于菌種篩選；篩選方法：投其所好或取其所抗，實(shí)際設(shè)計(jì)培養(yǎng)基時(shí)，兩種方法同時(shí)使用。鑒別性培養(yǎng)基在培養(yǎng)基中加有能與某一菌的無色代謝產(chǎn)物發(fā)生顯色反應(yīng)的指示劑，從而用肉眼就能使該菌菌落與外形相似的其它菌落相區(qū)別的培養(yǎng)基；鑒別培養(yǎng)基的種類蛋白胨10g

乳糖5g

蔗糖5g

K2HPO42g

伊紅

0.4g

美藍(lán)0.065g

蒸餾水1000mlpH=7.2EMB培養(yǎng)基的組成伊紅系酸性染料美藍(lán)為堿性染料堿性時(shí)二者不發(fā)生反應(yīng)，在低酸度時(shí)，兩種染料結(jié)合形成沉淀，起產(chǎn)酸指示劑的作用；EMB培養(yǎng)基鑒別機(jī)制