第五章微生物的營(yíng)養(yǎng)與培養(yǎng)基介紹.ppt

第四章微生物的營(yíng)養(yǎng),營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營(yíng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì):能夠滿足機(jī)體生長(zhǎng)、繁殖和完成各種生理活動(dòng)所需要的物質(zhì).,營(yíng)養(yǎng):微生物獲得和利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的過程。,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)按照它們?cè)跈C(jī)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(xì)菌細(xì)胞干重的97%,第一節(jié)微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),一、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)是各種化學(xué)元素！,組成微生物細(xì)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(xì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要功用：供給微生物合成細(xì)胞物質(zhì)的原料；用以產(chǎn)生能量；有的營(yíng)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(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中碳素來源的營(yíng)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(yíng)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(jī)氮,無機(jī)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?dú)獾群?jiǎn)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(dòng)提供最初能量來源營(yíng)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(jī)物,無機(jī)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(shí)，首選加入磷酸氫二鉀和硫酸鎂，基本可以同時(shí)提供4種需要量最大的元素。,5.生長(zhǎng)因子,生長(zhǎng)因子：那些微生物生長(zhǎng)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(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)化合物,根據(jù)生長(zhǎng)因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和它們?cè)跈C(jī)體中的生理功能的不同,可將生長(zhǎng)因子分為維生素(vitamin)、氨基酸與嘌呤及嘧啶三大類。,生長(zhǎng)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(zhǎng)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(yùn)輸介質(zhì)的作用；,參與細(xì)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(yíng)養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)類型,第三節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能否進(jìn)入細(xì)胞取決于三個(gè)方面的因素：,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)（相對(duì)分子量、質(zhì)量、溶解性、電負(fù)性等,微生物所處的環(huán)境（溫度、PH等）；,微生物細(xì)胞的透過屏障（原生質(zhì)膜、細(xì)胞壁、莢膜等）。,根據(jù)物質(zhì)運(yùn)輸過程的特點(diǎn)，可將物質(zhì)的運(yùn)輸方式分為,自由擴(kuò)散,促進(jìn)擴(kuò)散,主動(dòng)運(yùn)輸,基團(tuán)轉(zhuǎn)移,1自由擴(kuò)散,原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營(yíng)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(jìn)行擴(kuò)散。,特點(diǎn),物質(zhì)在擴(kuò)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(yùn)輸；,運(yùn)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(kuò)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(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞。,2協(xié)助擴(kuò)散,特點(diǎn),不消耗能量,參與運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)本身的分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化,不能進(jìn)行逆濃度運(yùn)輸。,運(yùn)輸速率與膜內(nèi)外物質(zhì)的濃度差成正比,需要細(xì)胞膜上的載體蛋白（透過酶）參與,被運(yùn)輸物質(zhì)與載體蛋白有高度的特異性,通過促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要有氨基酸、單糖、維生素及無機(jī)鹽等。一般微生物通過專一的載體蛋白運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，但也有微生物對(duì)同一物質(zhì)的運(yùn)輸由一種以上的載體蛋白來完成。,3主動(dòng)運(yùn)輸,基團(tuán)轉(zhuǎn)位又稱為磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖轉(zhuǎn)移酶運(yùn)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(duì)分子量的熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)（HPr）。,4基團(tuán)移位,基團(tuán)移位是另一種類型的主動(dòng)運(yùn)輸，它與主動(dòng)運(yùn)輸相比，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在運(yùn)輸過程中發(fā)生了化學(xué)變化（糖在運(yùn)輸?shù)倪^程中發(fā)生了磷酸化）。其余特點(diǎn)與主動(dòng)運(yùn)輸相同。,PEP-P+HPrHPr-p+丙酮酸P-HPr+糖糖-P+HPr,基團(tuán)轉(zhuǎn)移主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)胞中，主要用于糖的運(yùn)輸，脂肪酸、核苷、堿基等也可以通過這種方式運(yùn)輸。,每輸入一分子葡萄糖要消耗一個(gè)ATP,比較項(xiàng)目單純擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸基團(tuán)移位特異載體蛋白無有有有運(yùn)送速度慢快快快溶質(zhì)運(yùn)送方向由濃至稀由濃至稀由稀至濃由稀至濃平衡時(shí)內(nèi)外濃度內(nèi)外相等內(nèi)外相等內(nèi)部高內(nèi)部高運(yùn)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(yùn)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(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性有競(jìng)爭(zhēng)性運(yùn)送抑制劑無有有有運(yùn)送對(duì)象舉例水、O2糖、SO42-氨基酸乳糖葡萄糖嘌呤,四種運(yùn)送營(yíng)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(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。,培養(yǎng)基幾乎是一切對(duì)微生物進(jìn)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(zhǎng)所需要六大營(yíng)養(yǎng)要素：,碳源、氮源、無機(jī)鹽、能源、生長(zhǎng)因子、水,任何培養(yǎng)基一旦配成，必須立即進(jìn)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(jì)培養(yǎng)基的原則和方法,目的明確,營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào),理化條件適宜,經(jīng)濟(jì)節(jié)約,1.目的明確,根據(jù)不同的微生物的營(yíng)養(yǎng)要求配制針對(duì)強(qiáng)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(xì)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(hào)）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(shí)，用碘液試驗(yàn)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(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào),培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時(shí)微生物才能生長(zhǎng)良好，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時(shí)不能滿足微生物正常生長(zhǎng)所需，濃度過高時(shí)則可能對(duì)微生物生長(zhǎng)起抑制作用。,培養(yǎng)基中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長(zhǎng)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(shí)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(shí)，菌體量繁殖，谷氨酸積累少；當(dāng)培養(yǎng)基碳氮比為3/1時(shí)，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(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。,通常培養(yǎng)條件：細(xì)菌與放線菌：pH77.5酵母菌和霉菌：pH4.56范圍內(nèi)生長(zhǎng),為了維持培養(yǎng)基pH的相對(duì)恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，或在進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí)補(bǔ)加酸、堿。,b.水活度,在天然環(huán)境中，微生物可實(shí)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(zhǎng),w過低時(shí),微生物生長(zhǎng)的遲緩期延長(zhǎng),比生長(zhǎng)速率和總生長(zhǎng)量減少。微生物不同，其生長(zhǎng)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(shì)（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(shì)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(zhǎng)對(duì)氧化還原電位的要求不同,好氧性微生物：+0.1伏以上時(shí)可正常生長(zhǎng),以+0.3+0.4伏為宜；厭氧性微生物：低于+0.1伏條件下生長(zhǎng)；兼性厭氧微生物：+0.1伏以上時(shí)進(jìn)行好氧呼吸,+0.1伏以下時(shí)進(jìn)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(jì)節(jié)約,以粗代精,以野代家,以廢代好,以國(guó)代進(jìn),以簡(jiǎn)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(jī)物配制的培養(yǎng)基。如動(dòng)植物汁液,土壤浸出液,等配制成培養(yǎng)基。配制方便，經(jīng)濟(jì)。如：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基細(xì)菌麥芽汁培養(yǎng)基酵母菌,一、培養(yǎng)基的類型,根據(jù)營(yíng)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(qiáng)，多用于實(shí)驗(yàn)室,費(fèi)用較高。如：高氏一號(hào)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(jī)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(jī)氮化合物，也含有一些維生素和碳水化合物。酵母膏酵母細(xì)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(jī)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(jìn)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(xì)胞運(yùn)動(dòng)的特征,鑒定菌種,測(cè)定抗菌素的效價(jià)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(zhǎng)提供了一個(gè)營(yíng)養(yǎng)表面,在這個(gè)表面生長(zhǎng)微生物可形成單個(gè)菌落,用于微生物的分離,鑒定,計(jì)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(shí)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(zhǎng)繁殖所需要的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)要求，配制適合這種微生物生長(zhǎng)而不適合其他微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)基，就達(dá)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(dòng)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(duì)營(yíng)養(yǎng)的特殊要求,或?qū)ξ锢砘瘜W(xué)條件的抗性而設(shè)計(jì)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。“取其所抗”鑒別培養(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(zhǎng)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