第三章-微生物的營養(yǎng)與代謝-課件

第三章

微生物的營養(yǎng)與代謝營養(yǎng)物質(nutrient)：能夠滿足微生物機體生長、繁殖和完成各種生理活動所需的物質.營養(yǎng)(nutrition)：微生物獲得和利用營養(yǎng)物質的過程.

營養(yǎng)物質是微生物生存的物質基礎，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。微生物細胞水:70%-90%干物質有機物蛋白質、糖、脂、核酸、維生素等及其降解產物

無機物（鹽）微生物動物植物之間存在“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”細胞化學元素組成:主要元素:碳

氫

氧

氮

磷

硫

鉀

鎂

鈣

鐵等微量元素:鋅錳鈉氯鉬硒鈷銅鎢鎳等第一節(jié)微生物的營養(yǎng)要求營養(yǎng)物質的功能：提供能量；提供合成原料；調節(jié)代謝活動進行；提供適宜代謝環(huán)境；6種營養(yǎng)要素：碳源，氮源，能源，生長因子，無機鹽和水。1、碳源

碳源指凡是可以作為微生物細胞結構或代謝產物中碳架來源的營養(yǎng)物質1.1碳源的作用碳素化合物是構成機體中有機物分子的骨架碳素化合物是大多數微生物的能源構成微生物代謝產物的分子骨架1.2微生物的碳源凡必需利用有機碳源的微生物，稱為異養(yǎng)微生物凡能利用無機碳源的微生物，則是自養(yǎng)微生物2、氮源

氮源指凡能提供微生物生長繁殖所需氮元素的營養(yǎng)源。2.1氮源的作用氮源是構成微生物細胞物質或代謝產物中的氮素來源氮素一般不提供能源，只有少數例外

2.2微生物的氮源

包括蛋白質及其不同程度的降解產物(胨、肽、氨基酸等)、銨鹽、硝酸鹽、分子氮、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物等。速效氮源：很快被微生物利用的物質，有利于菌體生長.如硫銨、玉米漿等。用于發(fā)酵前期。遲效氮源：微生物利用速度較慢的物質，有利于代謝物質形成。如花生餅粉、黃豆餅粉等。用于發(fā)酵后期。3、無機鹽無機鹽指微生物生長必需的金屬元素：由硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物等供給。3.1無機鹽的作用構成微生物細胞的各種組分作為酶的組成部分維持酶的活性調節(jié)并維持細胞的滲透壓、氫離子濃度和氧化還原電位有些元素作為某些微生物生長的能源物質等元素化合物形式(常用)生理功能磷KH2PO4,K2HPO4核酸、核蛋白、磷脂、輔酶及ATP等高能分子的成分，作為緩沖系統(tǒng)調節(jié)培養(yǎng)基pH硫(NH4)2SO4,MgSO4含硫氨基酸(半胱氨酸、甲硫氨酸等)、維生素的成分，谷胱甘肽可調節(jié)胞內氧化還原電位鎂MgSO4己糖磷酸化酶、異檸檬酸脫氫酶、核酸聚合酶等活性中心組分，葉綠素和細菌葉綠素成分鈣CaCl2,Ca(NO3)2某些酶的輔因子，維持酶(如蛋白酶)的穩(wěn)定性，芽孢和某些孢子形成所需鈉NaCl細胞運輸系統(tǒng)組分，維持細胞滲透壓，維持某些酶的穩(wěn)定性鉀KH2PO4,K2HPO4某些酶的輔因子，維持細胞滲透壓，某些嗜鹽細菌核糖體的穩(wěn)定因子鐵FeSO4細胞色素及某些酶的組分，某些鐵細菌的能源物質，合成葉綠素、白喉毒素所需。無機鹽及其生理功能微量元素與生理功能元素生理功能鋅存在于乙醇脫氫酶、乳酸脫氫酶、堿性磷酸酶、醛縮酶、RNA與DNA聚合酶中錳存在于過氧化物歧化酶、檸檬酸合成酶中鉬存在于硝酸鹽還原酶、固氮酶、甲酸脫氫酶中硒存在于甘氨酸還原酶、甲酸脫氫酶中鈷存在于谷氨酸變位酶中銅存在于細胞色素氧化酶中鎢存在于甲酸脫氫酶中鎳存在于脲酶中，為氫細菌生長所必需4、生長因子

生長因子為一類對微生物正常代謝必不可少且不能用簡單的碳源或氮源自行合成的有機物。廣義的生長因子包括：維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶堿及其衍生物、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、一些脂肪酸等。狹義的生長因子：一般僅指維生素。生長因子的主要功能：提供微生物細胞重要化學物質、輔因子的組分和參與代謝。5、水水在細胞中的生理功能主要有：微生物細胞的組成成分；細胞營養(yǎng)物質和代謝產物的溶劑；細胞中各種生化反應的良好介質；維持微生物細胞的膨壓；穩(wěn)定細胞內環(huán)境溫度。6.能源（energysource）能源是能為微生物的生命活動提供最初能量來源的物質

.劃分依據營養(yǎng)類型特點碳源自養(yǎng)型(autotrophs)以CO2為唯一或主要碳源異養(yǎng)型(heterotrophs)以有機物為碳源能源光能營養(yǎng)型(phototrophs)以光為能源化能營養(yǎng)型(chemotrophs)以有機物氧化釋放的化學能為能源電子供體無機營養(yǎng)型(lithotrophs)以還原性無機物為電子供體有機營養(yǎng)型(organotrophs)以有機物為電子供體營養(yǎng)類型電子供體碳源能源舉例光能無機自養(yǎng)型H2、H2S、S、或H2OCO2光能著色細菌、藍細菌、藻類光能有機異養(yǎng)型有機物有機物光能紅螺細菌化能無機自養(yǎng)型H2、H2S、Fe2+、NH3、或NO-2CO2化學能(無機物氧化)氫細菌、硫桿菌、亞硝化單胞菌屬、硝化桿菌屬、甲烷桿菌屬、醋酸桿菌屬化能有機異養(yǎng)型有機物有機物化學能(有機物氧化)假單胞菌屬、芽泡桿菌屬、乳酸菌屬、真菌、原生動物第三節(jié)微生物的培養(yǎng)基培養(yǎng)基是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產生代謝產物的營養(yǎng)基質。

任何培養(yǎng)基都應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。1、選用和設計培養(yǎng)基的原則和方法1、1選擇適宜的營養(yǎng)物質由于微生物營養(yǎng)類型復雜，不同微生物對營養(yǎng)物質的需求是不一樣的，要根據不同微生物的營養(yǎng)需求配制針對性強的培養(yǎng)基。

1.2營養(yǎng)物質濃度及配比合適C/N比：是指微生物培養(yǎng)基中所含的碳源中碳原子的摩爾數與氮源中氮原子的摩爾數之比。1.3物理化學條件適宜(1)pH細菌：pH

7.0-8.0放線菌：pH

7.5-8.5酵母菌：pH

3.8-6.0霉菌：pH

4.0-5.8(2)水分活度

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,

即：αw=Pw/Pow(3)氧化還原電位

氧化還原電位又稱氧化還原電勢，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，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。氧化還原電位: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。1.42、培養(yǎng)基的類型及應用2.1按成份不同劃分(1)天然培養(yǎng)基

以化學成分還不清楚或化學成分不恒定的天然有機物組成。優(yōu)點：取材方便、營養(yǎng)豐富、種類繁多、配制方便；缺點：確切營養(yǎng)成分不明確、不穩(wěn)定。營養(yǎng)物質來源主要成分牛肉浸膏瘦牛肉組織浸出汁濃縮而成的膏狀物質富含水溶性糖類、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富含有機氮化合物、也含有一些維生素和糖類的粉末狀物質酵母浸膏酵母細胞的水溶性提取物濃縮而成的膏狀物質富含B類維生素，也含有有機氮化合物和糖類(2)合成培養(yǎng)基

合成培養(yǎng)基是由化學成份完全了解的物質配制而成的培養(yǎng)基。優(yōu)點：成分已知、精確、重復性好。缺點：價格較貴、配制較煩，培養(yǎng)的微生物生長較慢(3)半合成培養(yǎng)基

半合成培養(yǎng)基由部分天然材料和部分已知的純化學藥品組成的培養(yǎng)基。特點：是配制方便，成本低，微生物生長良好。2.2根據物理狀態(tài)劃分液體培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基比較項目

化學組成

營養(yǎng)價值

分解性

融化溫度

凝固溫度

常用濃度

耐高溫滅菌

瓊脂

聚半乳糖的硫酸酯

無

罕見

96℃

40℃

1.5～

2.5%強

明膠

蛋白質

可作氮源

較易

25℃

20℃

5～

12%弱

瓊脂與明膠生物與理化性能比較

2.3根據用途劃分

(1)基礎培養(yǎng)基:含有一般微生物生長繁殖所需基本營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基稱為基礎培養(yǎng)基。

(2)加富培養(yǎng)基:指在基礎培養(yǎng)基中額外加入某些特殊需要的營養(yǎng)成分配制而成的營養(yǎng)更為豐富的培養(yǎng)基。

2.3根據用途劃分

(3)選擇性培養(yǎng)基:用于從混雜的微生物群落中選擇性地分離某種或某類微生物而配制的培養(yǎng)基稱為選擇性培養(yǎng)基。

正選擇：添加某種特定的成分為培養(yǎng)基主要或唯一的營養(yǎng)物

反選擇：添加某種或某些微生物生長抑制劑.2.3根據用途劃分

(4)鑒別培養(yǎng)基:

根據微生物的代謝特點通過指示劑的顯色反應用以鑒定不同微生物的培養(yǎng)基稱為鑒別培養(yǎng)基。

鑒別培養(yǎng)基指含有某種代謝產物指示劑的培養(yǎng)基，可使不同微生物經培養(yǎng)后出現顯著差別。如：伊紅美蘭培養(yǎng)基；糖發(fā)酵培養(yǎng)基等。用于快速鑒別微生物。

(4)鑒別培養(yǎng)基(differentialmedium)一些鑒別培養(yǎng)基第四節(jié)營養(yǎng)物質進入細胞的方式單純擴散促進擴散主動運輸基團轉位1.單純擴散單純擴散以物質的濃度梯度為動力，而不需要代謝能量穿膜運輸方式。不需要載體參與。2.促進擴散促進擴散：借助于膜上底物特異性載體蛋白的參與，加快環(huán)境中高濃度物質進入細胞，直至膜兩側的溶質濃度相等為止。通過促進擴散進入細胞的營養(yǎng)物