《微生物的營養(yǎng)》課件.ppt

1、小測驗(yàn): 一.填空 1. 金黃色葡萄球菌的細(xì)胞壁主要由_和_構(gòu)成，革蘭氏染色反應(yīng)為_色。 2.大腸桿菌的細(xì)胞壁外層主要由_構(gòu)成，內(nèi)層由_構(gòu)成，革蘭氏染色反應(yīng)為_色。 3.莢膜的主要作用是_。 二問答題 1.什么叫原生質(zhì)體？ 2.簡述革蘭氏染色反應(yīng)的方法步驟。,第三章 微生物的營養(yǎng),第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)元素和細(xì)胞成分 第二節(jié) 營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式 第三節(jié) 微生物的營養(yǎng)類型 第四節(jié) 培養(yǎng)基,第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)元素和細(xì)胞的化學(xué)組成,1 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成: 構(gòu)成微生物細(xì)胞的物質(zhì)基礎(chǔ)有兩類: 主要元素和微量元素，主要元素有碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鈉、鎂、鈣、鐵等，碳、氫、氧、氮、磷、硫這六種

2、元素占細(xì)胞干重的97%；微量元素包括鋅、錳、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。,水是細(xì)胞維持正常生命活動(dòng)必須的物質(zhì)，一般可占細(xì)胞重量的70-90%。水分是微生物細(xì)胞的主要組成成分，水分占微生物細(xì)胞鮮重的70-90%，不同的微生物細(xì)胞含水量不同，微生物處于不同的生長時(shí)期含水量也有差異，一般幼齡菌含水量較多，衰老菌和休眠體含水量較少以下是各類微生物細(xì)胞含水量表。 表3-2各類微生物細(xì)胞中的含水量,2 微生物的六大營養(yǎng)元素,現(xiàn)在知道，不論從元素水平還是從營養(yǎng)要素的水平來看，微生物的營養(yǎng)與攝食型的動(dòng)物（包括人類）和光合自養(yǎng)型的植物非常相似，它們之間存在著“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性” （見表4-1）。具體地說，微生物

3、的營養(yǎng)要素有六種，即是碳源、氮源、能源、生長因子、無機(jī)鹽和水。 表3-3微生物和動(dòng)物、植物營養(yǎng)要素的比較,（1）碳源,碳源凡能夠提供微生物營養(yǎng)所需的碳元素（碳架）的營養(yǎng)源，稱為碳源（carbon source）。碳源在微生物體內(nèi)通過一系列復(fù)雜的化學(xué)變化合成細(xì)胞物質(zhì)并為機(jī)體提供生理活動(dòng)所需要的能量。微生物可利用的碳源范圍是極其廣泛的，可從表3-4中看到。 碳源的種類： 有機(jī)碳源：凡必需利用有機(jī)碳源的微生物，稱為異養(yǎng)微生物。 無機(jī)碳源：凡能利用無機(jī)碳源的微生物，則是自養(yǎng)微生物。下表3-4中已把碳源在元素水平上歸為七種類型，其中第五類的“C”是假設(shè)的，至少目前還未發(fā)現(xiàn)單純的碳元素可作為微生物的碳源。

4、從另外六類來看，說明微生物能利用的碳源類型大大超過了動(dòng)物界或植物界所能利用的碳化合物。因而有人認(rèn)為，任何高明的有機(jī)化學(xué)家，只要他將其新合成的產(chǎn)品投放到自然界，在那里早就有相應(yīng)的能破壞、利用它的微生物在等待著了 。 碳源的功能： 構(gòu)成微生物細(xì)胞物質(zhì)和微生物生命活動(dòng)的能量物質(zhì)。,表3-4 微生物的碳源譜,X指除C、 H、 O、N外的任何其他一種或幾種元素。,微生物的碳源譜雖然很廣，但對(duì)異養(yǎng)微生物來說，其最適碳源是“C H O”型。其中，糖類是最廣泛利用的碳源，其次是醇類、醛類、有機(jī)酸類和脂類等。在糖類中，單糖優(yōu)于雙糖和多糖，已糖優(yōu)與于戊糖，葡萄糖、果糖優(yōu)于半乳糖、甘露糖；在多糖中，淀粉明顯優(yōu)于纖維

5、素或幾丁質(zhì)等純多糖，純多糖優(yōu)于瓊脂等雜多糖和其他大分子多糖如木質(zhì)素。 對(duì)異養(yǎng)微生物來說，它的碳源同時(shí)又作能源，這時(shí)，可認(rèn)為碳源是一種雙功能的營養(yǎng)物。 值得注意的是，異養(yǎng)細(xì)菌雖必須利用各種有機(jī)碳源，但不少種類尤其是生長在動(dòng)物的血液、組織、和腸道中的致病微生物。還需要少量二氧化碳才能正常生長，因此，在培養(yǎng)它們時(shí)，常要提供10% CO2（V/V）；在其他好氧微生物生長時(shí)，如果用KOH除去CO2，也往往對(duì)其生長有所抑制。 在微生物發(fā)酵工業(yè)中，常根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要，利用各種農(nóng)副產(chǎn)品如玉米粉、米糠、麥麩、馬鈴薯、甘薯以及各種野生植物的淀粉，作為微生物生產(chǎn)廉價(jià)的碳源。這類碳源往往包含了幾種營養(yǎng)要素，只

6、是其中各要素的比例不一定適合各種微生物的要求罷了（表3-5）。 開展以纖微素、石油、CO2和H2作為碳源與能源來培養(yǎng)微生物的發(fā)酵是研究的熱點(diǎn)。,表3-5 糖蜜的化學(xué)成分,* 包括24種氨基酸（等）、4種核苷酸和少量蛋白質(zhì)。 * 包括5種以上有機(jī)酸，如烏頭酸，檸檬酸，蘋果酸，甲基反丁烯二酸和琥珀酸等。,（2）氮源,氮源凡能提供微生物生長繁殖所需氮元素的營養(yǎng)源，稱為氮源（nitrogen source）。與碳源相似，微生物能利用的氮源種類即氮源譜也是十分廣泛的（表3-6）。 分子態(tài)的氮N2： 少數(shù)微生物可利用分子氮，如根瘤菌、藍(lán)細(xì)菌、巴氏固氮梭狀芽孢桿菌等。 有機(jī)氮： 大多數(shù)微生物以有機(jī)氮作為氮源

7、，一般可利用無機(jī)氮的微生物，通?？衫糜袡C(jī)氮。 無機(jī)氮： 主要是銨鹽類，如硫酸銨、磷酸銨、氯化銨、硝酸鉀、尿素、氨等，一般腐生菌、腸道菌和動(dòng)植物致病菌都能利用銨鹽或硝酸鹽作為氮源，放線菌可利用硝酸鈉作氮源。 NH4+ 細(xì)胞 氨基酸 菌體蛋白 氨基酸自養(yǎng)菌 凡是微生物利用分子態(tài)、無機(jī)氮合成菌體蛋白的氨基酸，這類微生物我們稱為氨基酸自養(yǎng)菌。,種類,在實(shí)驗(yàn)室和發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，常以銨鹽、硝酸鹽、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、魚粉、血粉、蠶蛹粉、豆餅粉和花生餅粉作為微生物的氮源。 表3-6微生物的氮源譜 氮源的功能：主要用于構(gòu)建細(xì)胞物質(zhì)中含氮物質(zhì)的原料。,（3）能源：能為微生物提供生命活動(dòng)的能量來源的營養(yǎng)物或

8、輻射能，稱為能源。各種異養(yǎng)微生物的能源就是碳源，因此，它們的能源譜就是顯得十分簡單。 有機(jī)物：化能異養(yǎng)微生物的能源是碳源 化學(xué)物質(zhì)（化能營養(yǎng)型） 無機(jī)物：化能自養(yǎng)微生物的能源化學(xué)能 微生物能源譜 輻射能（光能營養(yǎng)型）：光能自養(yǎng)和光能異養(yǎng)微生物的能源是光能。 功能：提供生命活動(dòng)的能量。,(4)生長因子：是一類調(diào)節(jié)微生物正常代謝所必須而且需要量很小，但微生物自身不能合成或合成量不足以滿足細(xì)胞生長需要的有機(jī)化合物。 各種微生物需要的生長因子的種類和數(shù)量是不同的；同種微生物對(duì)生長 因子的需求也會(huì)隨著環(huán)境條件的變化而變化；例如魯氏毛霉在厭氧條件下生長時(shí)需要維生素B1與生物素，而在好氧條件下生長時(shí)自身能合

9、成兩種物質(zhì)，不需要外加這兩種生長因子。 生長因子分為三類： 維生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶，維生素的功能是酶的輔基或輔酶，氨基酸是構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)，嘌呤及嘧啶是酶的輔基或輔酶以及合成核苷、核苷酸和核酸。 （5）無機(jī)鹽：是微生物生長必不可少的一類營養(yǎng)物質(zhì)，一般有磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等金屬元素的化合物。,主要元素： 硫、磷、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵 無機(jī)鹽 微量元素：銅、鋅、鈷、錳、硒、鎳等。 功能：它們是體內(nèi)酶的組成部分；維持生物大分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)并維持細(xì)胞的滲透壓。 （6）水：除少數(shù)微生物（如藍(lán)細(xì)菌）能利用水中的氫來還原CO2合成糖類外，其他微生物并非把水當(dāng)作真正的營

10、養(yǎng)物，而是微生物代謝活動(dòng)中必不可少的物質(zhì)。 功能：A 水是良好的溶劑，保證細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)的進(jìn)行； B 可維持各種生物大分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并參與某些重要的生物化學(xué)反應(yīng)；,食品的水分活度,一些食品的水分活度Aw值,奶粉 0.2 鮮肉 0.97 新鮮水果 0.97-0.99 面包 0.86 大米面粉 (含水量13-14%) 0.65 蔗糖飽和溶液 0.76,第二節(jié) 微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式,除原生動(dòng)物外，其他各類有細(xì)胞的微生物都是通過細(xì)胞膜的滲透和選擇吸收作用從外界吸取營養(yǎng)物的。細(xì)胞膜運(yùn)送營養(yǎng)物質(zhì)有4種方式，即單純擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸、基團(tuán)移位。 1 單純擴(kuò)散： 指疏水性雙分子層細(xì)胞膜，在沒有載

11、體蛋白的參與下，單純依靠物理擴(kuò)散方式讓小分子，尤其是親水性分子由高濃度的細(xì)胞外（內(nèi)）環(huán)境向低濃度的細(xì)胞內(nèi)（外）環(huán)境進(jìn)行擴(kuò)散。通過這種方式運(yùn)送的物質(zhì)種類不多，主要是O2、CO2、乙醇和某些氨基酸分子。由于單純擴(kuò)散對(duì)營養(yǎng)物的運(yùn)送缺乏選擇能力和逆濃度梯度的“濃縮”能力，因此，這種方式不是細(xì)胞獲取營養(yǎng)物的主要方式。 2 促進(jìn)擴(kuò)散： 指營養(yǎng)物質(zhì)在運(yùn)送的過程中，必須借助于細(xì)胞膜上的載體蛋白的幫助才能進(jìn)入細(xì)胞，而且每種載體只運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，具有較高的專一性，但不消耗能量的一類擴(kuò)散性運(yùn)送方式，載體蛋白有時(shí)稱作滲透酶、移位酶、移位蛋白。被運(yùn)輸物質(zhì)與載體之間親和力大小變化是通過載體分子的構(gòu)象變化而實(shí)現(xiàn)的，在運(yùn)送的

12、過程中不發(fā)生化學(xué)變化，而且在促進(jìn)擴(kuò)散中不消耗能量，仍然是由膜外高濃度的溶質(zhì)擴(kuò)散到膜內(nèi)，濃度差越大促進(jìn)擴(kuò)散的速率越快，當(dāng)膜內(nèi)外的濃度達(dá)到相等時(shí)為止。通過促進(jìn)擴(kuò)散的進(jìn)入細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機(jī)鹽等。,3 主動(dòng)運(yùn)輸： 是廣泛存在于微生物中的一種主要的物質(zhì)運(yùn)輸方式。其特點(diǎn)：營養(yǎng)物質(zhì)在運(yùn)輸?shù)倪^程中需要特異性的載體蛋白、要消耗能量，而且可以逆濃度運(yùn)輸，大多數(shù)的營養(yǎng)物質(zhì)是通過這種方式進(jìn)入細(xì)胞的，如主要的無機(jī)離子、有機(jī)離子和一些糖類（乳糖、麥芽糖、蜜二糖等）。 4 基團(tuán)移位： 是指一類需要特異性的載體蛋白的參與，還要耗能的一種物質(zhì)運(yùn)送的方式，其特點(diǎn)是溶質(zhì)在運(yùn)送前后還會(huì)發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化，

13、主要用于糖的運(yùn)輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可通過這種方式運(yùn)輸。 表3-1 運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較,（1）單純擴(kuò)散 膜外,（4）基團(tuán)移位 膜外,營養(yǎng)物質(zhì)的吸收主動(dòng)運(yùn)輸,營養(yǎng)物質(zhì)的吸收-基團(tuán)轉(zhuǎn)位,細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及其物質(zhì)運(yùn)輸方式,圖3-4膜泡運(yùn)輸示意圖,除以上四種運(yùn)輸方式外，在原生動(dòng)物特別是變形蟲中存在著膜泡運(yùn)輸（membrane vesicle transport）。膜泡運(yùn)輸是這類微生物的一種營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸方式。變形蟲通過趨向性運(yùn)動(dòng)靠近營養(yǎng)物質(zhì)，并將該物質(zhì)吸附到 膜表面，然后在該物質(zhì)附近的細(xì)胞膜開始內(nèi)陷，逐步將營養(yǎng)物質(zhì)包圍，最后形成一個(gè)含有該營養(yǎng)物質(zhì)的膜泡，膜泡脫離細(xì)胞膜而游離于細(xì)胞質(zhì)中，營養(yǎng)物質(zhì)通過

14、這種方式由胞外進(jìn)入胞內(nèi)。如果膜泡中包含的是固體營養(yǎng)物質(zhì)，則將這種營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸方式稱為胞吞作用；如果膜泡中包含的是液體，則稱為胞飲作用。膜泡運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)的過程一般分五個(gè)時(shí)期（圖6-2），即吸附期、膜伸展期、膜泡迅速形成期，附著膜泡形成期和膜泡釋放期。,測驗(yàn): 一 名稱解釋: 生長因子 碳源 氮源 二 問答題 1. 微生物的六大營養(yǎng)元素有哪些? 2. 微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的方式有哪些?有什么特點(diǎn)? 三 填空 1.噬菌體繁殖的五個(gè)階段、。 2.放線菌的菌體形態(tài)由、三部分構(gòu)成。 四 圖解酵母菌和黑曲霉的細(xì)胞形態(tài)圖,第三節(jié) 微生物的營養(yǎng)類型,營養(yǎng)類型是根據(jù)微生物生長所需要的主要營養(yǎng)物質(zhì)如碳源和能源的不同，

15、而劃分的微生物類型。微生物營養(yǎng)類型劃分的方法很多，較多的是按它們對(duì)能源、氫供體和基本碳源的需要來劃分的四種類型，具體內(nèi)容見表。 目前所知的大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物都是化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物，對(duì)這類微生物而言，有機(jī)物既是碳源，又是能源，食品的腐敗菌和食品中的致病菌也屬于這類類型。,表4-10 微生物營養(yǎng)類型的分類,表3-2 微生物營養(yǎng)類型的分類,表3-3 微生物的營養(yǎng)類型,* NH4+、NO2-、S、H2S、H2、Fe2+等,在上述營養(yǎng)類型的分類中，其名稱都是按能源和供氫體的順序來表達(dá)的。上述四大類微生物的劃分不是絕對(duì)的，它們在不同條件下生長時(shí)，往往可以互相轉(zhuǎn)變。例如紫色非硫細(xì)菌在有光和厭氣條件

16、下生長時(shí)，可以利用光來還原CO2，這時(shí)它們屬于光能自養(yǎng)型微生物，但當(dāng)它們在有機(jī)物存在的條件時(shí)，又可以利用有機(jī)物與光能生長，此時(shí)它們屬于光能異養(yǎng)型微生物。異養(yǎng)微生物也不是絕對(duì)不能利用CO2，它們當(dāng)中有許多可以利用CO2，只是它們不能以CO2作為唯一碳源或主要碳源進(jìn)行生長，而是在有機(jī)物存在的條件下也可以利用CO2，將其還原成部分的細(xì)胞物質(zhì)。自養(yǎng)微生物是能利用作為唯一碳源進(jìn)行生長，但不是說它們絕對(duì)不能利用有機(jī)物進(jìn)行生長。,營養(yǎng)缺陷的菌株,營養(yǎng)缺陷型某些菌株由于自然突變或人工誘變后遺傳生物發(fā)生突變，失去合成某種或某些菌株生長必不可少的物質(zhì)或合成的量不足，這些物質(zhì)通常是生長因子如氨基酸、維生素、嘌呤或嘧

17、啶或其衍生物，必須從外界補(bǔ)充該物質(zhì)才能生長繁殖，這種突變型菌株稱為營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)，相應(yīng)的野生型菌株稱為原養(yǎng)型(prototroph)。 營養(yǎng)缺陷型菌株經(jīng)常用來進(jìn)行微生物遺傳學(xué)方面的研究，或作為工業(yè)發(fā)酵菌種發(fā)酵生產(chǎn)特殊氨基酸等。,第四節(jié) 培養(yǎng)基,培養(yǎng)基（medium）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)。無論是以微生物為材料的研究,還是利用微生物生產(chǎn)生物制品,都必須進(jìn)行培養(yǎng)基的配制，它是微生物學(xué)研究和微生物發(fā)酵工業(yè)的基礎(chǔ)。 1 培養(yǎng)基制備的原則和方法：在研究工作中制備培養(yǎng)基要綜合文獻(xiàn)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大的原則如下： （1）目的明確：是培養(yǎng)細(xì)胞還是產(chǎn)物？是種子培

18、養(yǎng)基還是發(fā)酵培養(yǎng)基？是生產(chǎn)含氮量低的還是含氮量高的發(fā)酵產(chǎn)物？ （2）營養(yǎng)要協(xié)調(diào)：除水分外，一般碳源最多，其次是氮源、常量元素和生長因子，它們之間大致是10倍序列的遞減趨勢，碳源與氮源之比稱碳氮比（C/N），是指在培養(yǎng)基中所含的碳源中的碳原子摩爾數(shù)和氮源中的氮原子摩爾數(shù)之比。,（3）理化適宜：指培養(yǎng)基的pH值、滲透壓、水活度和氧化還原電位等物理化學(xué)條件較為適宜。 （4）經(jīng)濟(jì)節(jié)約： A 以粗代精： B 以“野”代 “家” ：如以粗的木薯粉代替優(yōu)質(zhì)淀粉等。 C 以廢代寶： 指生產(chǎn)中以一些廢棄的原料代替培養(yǎng)基中的成分，如豆制品廠的廢水用以培養(yǎng)白地霉等。 D 以簡代繁： 生產(chǎn)上改進(jìn)培養(yǎng)基成分時(shí)，一般存在

19、著越作改進(jìn)，其成分總是有越來越豐富和復(fù)雜的趨勢，應(yīng)該注意簡單一些。 E 以氮代蛋白質(zhì)氨基酸：能用廉價(jià)的N2、銨鹽、硝酸鹽或尿素的，就不用蛋白質(zhì)或氨基酸。 F 以纖代糖： G 以烴代糧： H 以國產(chǎn)的代進(jìn)口：,2 培養(yǎng)基的種類,培養(yǎng)基的種類繁多，根據(jù)成分物理狀態(tài)和用途可將培養(yǎng)基分成多種類型： (一)按成份不同劃分 (1) 天然培養(yǎng)基(complex medium) 這類培養(yǎng)基主要以化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分不恒定的天然有機(jī)物組成，牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基和麥芽汁培養(yǎng)基就屬于此類。基因克隆技術(shù)中常用的LB(Luria-Bertani)培養(yǎng)基也是一種復(fù)合培養(yǎng)基，其組成見表6-9。 常用的天然有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)包

20、括牛肉浸膏、蛋白胨、酵母浸膏(表6-10)、豆芽汁、玉米粉、土壤浸液、麩皮牛奶、血清、稻草浸汁、羽毛浸汁、胡蘿卜汁、椰子汁等，嗜糞微生物(coprophilous microorganisms)可以利用糞水作為營養(yǎng)物質(zhì)。復(fù)合培養(yǎng)基成本較低，除在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常使用外，也適于用來進(jìn)行工業(yè)上大規(guī)模的微生物發(fā)酵生產(chǎn)。 (2) 合成培養(yǎng)基(synthetic medium) 合成培養(yǎng)基是由化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基，也稱化學(xué)限定培養(yǎng)基(chemically defined medium)。高氏1號(hào)培養(yǎng)基和查氏培養(yǎng)基就屬于此種類型。配制合成培養(yǎng)基時(shí)重復(fù)性強(qiáng)，但與天然培養(yǎng)基相比其成本較高，微生物在其

21、中生長速度較慢，一般適于在實(shí)驗(yàn)室用來進(jìn)行有關(guān)微生物營養(yǎng)需求、代謝、分類鑒定、生物量測定、菌種選育及遺傳分析等方面的研究工作。,（二）根據(jù)物理狀態(tài)劃分 根據(jù)培養(yǎng)基中凝固劑的有無及含量的多少，可將培養(yǎng)基劃分為固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基三種類型。 (1) 固體培養(yǎng)基(solid medium) 在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑即為固體培養(yǎng)基。理想的凝固劑應(yīng)具備以下條件: 1.不被所培養(yǎng)的微生物分解利用；2.在微生物生長的溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)。在培養(yǎng)嗜熱細(xì)菌時(shí)，由于高溫容易引起培養(yǎng)基液化，通常在培養(yǎng)基中適當(dāng)增加凝固劑來解決這一問題；3.凝固劑凝固點(diǎn)溫度不能太低，否則將不利于微生物的生長；4.

22、凝固劑對(duì)所培養(yǎng)的微生物無毒害作用；5.凝固劑在滅菌過程中不會(huì)被破壞；6. 透明度好，粘著力強(qiáng)；7.配制方便且價(jià)格低廉。常用的凝固劑有瓊脂(agar)、明膠(gelatin)和硅膠(silica gel)。表3-6列出瓊脂和明膠的一些主要特征。 對(duì)絕大多數(shù)微生物而言,瓊脂是最理想的凝固劑,瓊脂是由藻類(海產(chǎn)石花菜)中提取的一種高度分支的復(fù)雜多糖；明膠是由膠原蛋白制備得到的產(chǎn)物,是最早用來作為凝固劑的物質(zhì),但由于其凝固點(diǎn)太低,而且某些細(xì)菌和許多真菌產(chǎn)生的非特異性胞外蛋白酶以及梭菌產(chǎn)生的特異性膠原酶都能液化明膠,目前已較少作為凝固劑；硅膠是由無機(jī)的硅酸鈉(Na2SiO3)及硅酸鉀(K2SiO3)被鹽

23、酸及硫酸中和時(shí)凝聚而成的膠體,它不含有機(jī)物,適合配制分離與培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基。,表3-6 瓊脂與明膠主要特征比較,除在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑制備的固體培養(yǎng)基外，一些由天然固體基質(zhì)制成的培養(yǎng)基也屬于固體培養(yǎng)基。例如由馬鈴薯塊、胡蘿卜條、小米、麩皮及米糠等制成固體狀態(tài)的培養(yǎng)基就屬于此類。如生產(chǎn)酒的酒曲、生產(chǎn)食用菌的棉子殼培養(yǎng)基。,(2) 半固體培養(yǎng)基(semisolid medium) 半固體培養(yǎng)基中凝固劑的含量比固體培養(yǎng)基少，培養(yǎng)基中瓊脂量一般為0.20.7%。半固體培養(yǎng)基常用來觀察微生物的運(yùn)動(dòng)特征、分類鑒定及噬菌體效價(jià)滴定等。 (3) 液體培養(yǎng)基(liquid medium) 液體培養(yǎng)基

24、中未加任何凝固劑。在用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)微生物時(shí)，通過振蕩或攪拌可以增加培養(yǎng)基的通氣量，同時(shí)使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)分布均勻。液體培養(yǎng)基常用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)以及在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面的研究。 (4)脫水培養(yǎng)基（dehydrated culture media） 又稱脫水商品培養(yǎng)基（dehydrated commercial media）或預(yù)制干燥培養(yǎng)基（pre-fabricated dried culture media），指含有除水以外的一切成分的商品培養(yǎng)基，使用時(shí)只要加入適量水分并加以滅菌即可，是一類成分精確又使用方便的現(xiàn)代化培養(yǎng)基。,（三）按用途劃分 (1) 基礎(chǔ)培養(yǎng)基(minimum m

25、edium) 盡管不同微生物的營養(yǎng)需求各不相同，但大多數(shù)微生物所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)是相同的?；A(chǔ)培養(yǎng)基是含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基。牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基。基礎(chǔ)培養(yǎng)基也可以作為一些特殊培養(yǎng)基的基礎(chǔ)成分，再根據(jù)某種微生物的特殊營養(yǎng)需求，在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入所需營養(yǎng)物質(zhì)。 (2) 加富培養(yǎng)基(enrichment medium) 加富培養(yǎng)基也稱營養(yǎng)培養(yǎng)基，即在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基，這些特殊營養(yǎng)物質(zhì)包括血液、血清、酵母浸膏、動(dòng)植物組織液等。加富培養(yǎng)基一般用來培養(yǎng)營養(yǎng)要求比較苛刻的異養(yǎng)型微生物，如培養(yǎng)百日咳博德氏菌(Bordete

26、lla pertussis)需要含有血液的加富培養(yǎng)基。加富培養(yǎng)基還可以用來富集和分離某種微生物，這是因?yàn)榧痈慌囵B(yǎng)基含有某種微生物所需的特殊營養(yǎng)物質(zhì)，該種微生物在這種培養(yǎng)基中較其他微生物生長速度快，并逐漸富集而占優(yōu)勢，逐步淘汰其它微生物，從而容易達(dá)到分離該種微生物的目的。從某種意義上講，加富培養(yǎng)基類似選擇培養(yǎng)基，兩者區(qū)別在于，加富培養(yǎng)基是用來增加所要分離的微生物的數(shù)量，使其形成生長優(yōu)勢，從而分離到該種微生物；選擇培養(yǎng)基則一般是抑制不需要的微生物的生長，使所需要的微生物增殖，從而達(dá)到分離所需微生物的目的。 (3)選擇培養(yǎng)基(selective medium) 選擇培養(yǎng)基是用來將某種或某類微生物從混

27、雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基。根據(jù)不同種類微生物的特殊營養(yǎng)需求或?qū)δ撤N化學(xué)物質(zhì)的敏感性不同，在培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的特殊營養(yǎng)物質(zhì)或化學(xué)物質(zhì)，抑制不需要的微生物的生長，有利于所需微生物的生長。,(4) 鑒別培養(yǎng)基(differential medium) 鑒別培養(yǎng)基是用于鑒別不同類型微生物的培養(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)這種特征性變化，可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來。鑒別培養(yǎng)基主要用于微生物的快速分類鑒定，以及分離和篩選產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物的微生物菌種。

28、常用的一些鑒別培養(yǎng)基見表37。 EMB(Eosin Methylene Blue)培養(yǎng)基中的伊紅和美藍(lán)兩種苯胺染料可抑制G+ 細(xì)菌和一些難培養(yǎng)的G-細(xì)菌。在低酸度下，這兩種染料會(huì)接合并形成沉淀，起著產(chǎn)酸指示劑的作用。因此，試樣中多種腸道細(xì)菌會(huì)在 EMB培養(yǎng)基平板上產(chǎn)生易于用肉眼識(shí)別的多種特征性菌落，尤其是E.coli 因其能強(qiáng)烈分解培養(yǎng)基中的乳糖產(chǎn)生大量混合酸，菌體表面帶H+ ，故可染上酸性染料伊紅，又因伊紅與美藍(lán)接合，故使菌體染上深紫色，且從菌體表面的反射光中還可看到綠色金屬閃光，其它幾種產(chǎn)酸力弱的腸道菌的菌落也有相應(yīng)的棕色；如腸桿菌屬（Enterobacter）、沙雷氏菌屬（ Sarrat

29、ia）克雷伯氏菌屬、（ Klebsiella）、哈夫尼菌屬（ Hafnia）等，而不發(fā)酵乳糖不產(chǎn)酸的腸道致病菌的菌落是無色透明的，如變形菌屬（Proteus）、沙門氏菌屬（Salmonella）、志賀氏菌屬(Shigella)等。,微生物在鑒別培養(yǎng)基上的生長,Escherichia coli on EMB Agar,Salmonella typhimurium on HE Agar,鑒別運(yùn)動(dòng)的培養(yǎng)基,表3-8 一些鑒別培養(yǎng)基,選擇性的培養(yǎng)基和鑒別培養(yǎng)基,酪素培養(yǎng)基和淀粉培養(yǎng)基,3 培養(yǎng)基制備的基本過程,稱量 溶解 調(diào)節(jié)pH 過濾 分裝 滅菌 斜面 倒平板,涂布平板法示意圖,第四章 微生物的代謝

30、,代謝(metabolism)是細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱，它由分解代謝(catabolism)和合成代謝(anabolism)兩個(gè)過程組成。各種微生物的初級(jí)代謝途徑是普遍存在的，而且基本相同、穩(wěn)定。 分解代謝酶系 復(fù)雜分子 簡單分子+ ATP +H （有機(jī)物 ） 合成代謝酶系 H表示還原力或稱還原當(dāng)量。 第一節(jié) 化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能 第二節(jié) 自養(yǎng)微生物的生物氧化 第三節(jié) 能量轉(zhuǎn)換 第四節(jié) 微生物獨(dú)特的合成代謝,微生物的能量代謝,分解代謝實(shí)際上是物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化還原反應(yīng)，逐步分解并釋放能量的過程，這個(gè)過程也稱為生物氧化。 1 化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能 2 自養(yǎng)微

31、生物的生物氧化 分解代謝 3 能量轉(zhuǎn)換 4 微生物獨(dú)特的合成代謝,第一節(jié) 化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能,生物氧化的形式包括某物質(zhì)與氧結(jié)合、脫氫和失去電子3種，其過程可分脫氫（或電子）、遞氫（或電子）、受氫（或電子）3個(gè)階段；生物氧化的功能有產(chǎn)能（ATP）、產(chǎn)還原力（H）和產(chǎn)小分子中間代謝物3種；而生物氧化的類型則包括了呼吸、無氧呼吸和發(fā)酵3種。 （1）EMP途徑：糖酵解途徑，是大多數(shù)生物所共有的一條主流代謝途徑。 葡萄糖 2丙酮酸+ 2ATP +2NADH +H+ C6O12H6+ 2NAD+2ADP + 2Pi 2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ +2ATP + 2H2O E

32、MP途徑是多種微生物所具有的代謝途徑。凈生成2ATP。 （2）HMP途徑： 又叫戊糖磷酸途徑，特點(diǎn)是葡萄糖不經(jīng)過EMP和TCA循環(huán)而得到徹底氧化，并能產(chǎn)生大量NADP+H的形式的還原力以及多種重要的中間代謝產(chǎn)物。,EMP途徑,生物化學(xué)中解析EMP途徑的特點(diǎn),葡萄糖轉(zhuǎn)化成1，6二磷酸果糖后，經(jīng)過醛縮酶的催化，裂解成磷酸二羥丙酮和3-磷酸甘油醛。 3-磷酸甘油醛被進(jìn)一步氧化生成2分子丙酮酸， 1分子葡萄糖可降解成2分子3-磷酸甘油醛，消耗2分子ATP。2分子3-磷酸甘油醛被氧化生成2分子丙酮酸，2分子NADH2和4分子ATP。,HMP的重大意義：供應(yīng)合成原料如核酸CoA等原料，其中的赤蘚糖-4-磷

33、酸是合成芳香簇、雜環(huán)簇氨基酸（苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、和組氨酸）的原料。 （3）ED途徑：ED途徑不依賴于EMP和HMP途徑，是糖類的厭氧降解途徑，這是存在于某些缺乏完整EMP途徑的微生物中的一種替代途徑，為微生物所特有的。也稱2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸途徑，其特點(diǎn)是葡萄糖只經(jīng)過4步反應(yīng)即可獲得由EMP10步反應(yīng)才能形成的丙酮酸。在革蘭氏陰性細(xì)菌中較多，好氧菌中分布不多。見P112。 （4）TCA循環(huán)：廣泛存在于各種生物體中重要的生物化學(xué)反應(yīng)，各類好氧微生物中普遍存在。 （5）PK途徑：即是磷酸解酮酶途徑，磷酸解酮酶有兩種，包括戊糖磷酸解酮酶和己糖磷酸解酮酶，常常見于乳酸菌中的腸膜明

34、串珠球菌、短乳桿菌、甘露乳桿菌等采用此途徑代謝葡萄糖產(chǎn)生乳酸、乙醇。,HMP途徑,丙酮酸脫羧生成乙酰CoA，乙酰CoA和草酰乙酸縮合成檸檬酸再進(jìn)入三羧酸循環(huán)。 TCA的結(jié)果是乙酰CoA被徹底氧化成CO2和H2O，氧化1分子的乙酰CoA可產(chǎn)生12分子的ATP，草酰乙酸參與反應(yīng)而本身并不消耗。,乳酸菌糖代謝的特點(diǎn),對(duì)葡萄糖代謝： 同型發(fā)酵： C6H12O6 2CH3CHOHCOOH + 2ATP 異型發(fā)酵：C6H12O6 1CH3CHOHCOOH +1CH3CH2OH +CO2 + 1ATP 雙歧桿菌： C6H12O6 2CH3CHOHCOOH + 3CH3COOH + 2.5ATP 乳糖發(fā)酵：

35、乳糖 C6H12 O6 + 半乳糖 異構(gòu)化成葡萄糖,第二節(jié) 自養(yǎng)微生物的生物氧化,一些微生物可以從氧化無機(jī)物獲得能量，同化合成細(xì)胞物質(zhì)，這類細(xì)菌稱為化能自養(yǎng)微生物，它們在無機(jī)能源氧化過程中通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。能進(jìn)行光能營養(yǎng)的微生物真菌中有藻類及原核生物中藍(lán)細(xì)菌。 （1）氨的氧化：NH3和NO2-是可以用作能源的最普通的無機(jī)氮化合物，能被硝化細(xì)菌所氧化，硝化細(xì)菌可分為亞硝化細(xì)菌。硝化細(xì)菌都是G+細(xì)菌，以分子氧作為最終電子受體，而且大多數(shù)是專性無機(jī)營養(yǎng)型。 （2）硫的氧化：硫桿菌能利用一種或多種還原態(tài)或部分還原態(tài)的硫化物作能源。每氧化1 SO32-產(chǎn)生2.5個(gè)ATP。 （3）鐵的氧化：從亞鐵

36、到高鐵狀態(tài)的鐵的氧化，對(duì)于少數(shù)細(xì)菌來說也是一種產(chǎn)能反應(yīng)，但從這種反應(yīng)中只有少量的能量可以被利用。 （4）氫的氧化：氫細(xì)菌都是一些G-的兼性化能自養(yǎng)菌。它們能利用分子氫氧化產(chǎn)生的能量同化CO2，也能利用其他有機(jī)物生長。 （5）循環(huán)光合磷酸化： 光能營養(yǎng)微生物 （6）非循環(huán)光合磷酸化：,（5）循環(huán)光合磷酸化：一種存在于光合細(xì)菌中的原始光合作用機(jī)制，因可在光能的驅(qū)動(dòng)下通過電子的循環(huán)式傳遞而完成磷酸化產(chǎn)能反應(yīng)。常見的紅螺菌目，屬于厭氧菌，由于菌體含有菌綠色和類胡蘿卜素的量和比例的不同，使菌體呈現(xiàn)出紅、橙、藍(lán)綠、紫紅、紫或褐等不同的顏色。這是一群典型的水生細(xì)菌，廣泛分布在缺氧的深層淡水或海水中。由于光合

37、細(xì)菌在厭氧條件下所進(jìn)行的不產(chǎn)氧光合作用可利用有毒的H2S或污水中的有機(jī)物（脂肪酸、醇類）作還原CO2時(shí)的氫供體因此可用于污水凈化。,（6）非循環(huán)光合磷酸化：這是各種綠色植物和藻類、藍(lán)細(xì)菌所共同的是利用光能產(chǎn)生ATP的磷酸化反應(yīng)。其特點(diǎn)：電子的傳遞途徑屬非循環(huán)式的，而且是有氧下進(jìn)行的。,第三節(jié) 能量轉(zhuǎn)換,由上面途徑底物脫下的氫通過底物水平的磷酸化和氧化磷酸化將某種物質(zhì)氧化而釋放的能量儲(chǔ)存于ATP等高能分子中，對(duì)光合微生物而言，則可通過光合磷酸化將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存于ATP中。 呼吸指生物氧化和產(chǎn)能的過程叫呼吸。 （1）氧化磷酸化（有氧呼吸）：物質(zhì)生物氧化 NADH +FADH2 電子傳遞系統(tǒng)將

38、電子傳遞給分子氧或其他氧化型的物質(zhì)，偶聯(lián)ATP的合成，產(chǎn)生的能量多。對(duì)這類微生物培養(yǎng)要通氣培養(yǎng)。終產(chǎn)物為二氧化碳和水。 FMN(黃素單核苷酸) FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸) NADP、NAD(吡啶核苷酸類)： NADP+、NAD+作為脫氫酶的電子受體。 還原型的底物+ NAD+ 氧化型的底物+ NADH+H+ 還原型的底物+ NADP+ 氧化型的底物+ NADPH+H+,（2）底物水平的磷酸化（無氧呼吸）：營養(yǎng)物質(zhì)生物氧化 ATP、GTP。這類呼吸鏈末端的氫受體為外源無機(jī)氧化物（少數(shù)為有機(jī)氧化物）的生物氧化，這是一類在無氧條件下進(jìn)行的、產(chǎn)能效率較低的特殊呼吸。如果無機(jī)氧化物充分，產(chǎn)物也能氧化為

39、二氧化碳和水。 需氧微生物在呼吸過程中，能利用分子氧做為最終電子受體的的生物氧化過程，稱為有氧呼吸，這種微生物稱需氧微生物。 P104比較有氧呼吸、厭氧呼吸、發(fā)酵作用的產(chǎn)能大小。 有氧呼吸：C6H6O6 38ATP 厭氧呼吸：C6H6O6 1796.14KJ 發(fā)酵作用：C6H6O6 226KJ,無氧呼吸包括硝酸鹽呼吸、硫酸鹽呼吸、硫呼吸、鐵呼吸等。 （3）發(fā)酵作用（fermentation）：廣義的發(fā)酵最早是指從不斷冒泡并產(chǎn)生有用發(fā)酵產(chǎn)物的一些自然現(xiàn)象開始的；目前發(fā)酵泛指任何利用好氧性或厭氧性微生物來生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物或食品、飲料的一類生產(chǎn)方式。狹義的發(fā)酵是指在無氧等外源氫受體的條件下，底物脫氫

40、后所產(chǎn)生的還原力H經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交中間代謝物，以實(shí)現(xiàn)底物水平磷酸化產(chǎn)能的一類生物氧化反應(yīng)。 ADP+Pi ATP 無O2下 底物-H 反應(yīng)物 中間代謝物 中間代謝物-H2 （發(fā)酵產(chǎn)物）,發(fā)酵的類型很多，食品工業(yè)中的發(fā)酵常見的如下： 1 乙醇發(fā)酵：EMP C6H12O6 CH3COCOOH CH3CHO CH3CH2OH 2 醋酸發(fā)酵： CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH 實(shí)質(zhì)是醋酸菌將乙醇在有氧的條件下氧化成乙酸。醋酸菌的種類較多，如紋膜醋酸桿菌、許氏醋酸桿菌等。 3 檸檬酸發(fā)酵：關(guān)于檸檬酸的發(fā)酵，目前大多數(shù)的學(xué)者認(rèn)為檸檬酸并非只有TCA循環(huán)產(chǎn)生，還可由葡萄糖經(jīng)EMP途徑生存丙酮酸，丙酮酸羧化反應(yīng)形成草酰乙酸，與乙酰輔酶A形成檸檬酸。 葡萄糖 磷酸稀醇式丙酮酸 草酰乙酸 CO2 檸檬酸 丙酮酸 乙酰輔酶A 4 乳酸發(fā)酵：乳酸是乳酸菌發(fā)酵的最終產(chǎn)物。乳酸菌的種類有許多，發(fā)酵的方式有正型乳酸發(fā)酵和異型乳酸發(fā)酵兩種。 正型乳酸發(fā)酵：C6H12O6 +2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP 異型乳酸發(fā)酵： C6H12O6 +ADP+Pi CH3CHOHCOOH+ CH3C