微生物教程yyd第五章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基

1、l 不論是從元素水平還是營養(yǎng)要素水平，微生物同其它生物存在著“營養(yǎng)上的統(tǒng)一性”。具體的說，微生物有六種營養(yǎng)要素，即碳源、氮源、能源、生長因子、無機鹽和水，也有的書歸納為五種，其中少能源這一要素。 l 一、碳源：凡是能夠提供微生物營養(yǎng)碳素（碳架）需要的物質(zhì)稱為碳源。微生物利用碳源譜極廣，包括有機碳和無機碳兩大類。凡必須利用有機碳的微生物稱為異養(yǎng)微生物，占微生物的大多數(shù)；凡能利用無機碳的微生物稱為自養(yǎng)微生物，微生物對碳源的利用大大超過動、植物。l異養(yǎng)微生物最易利用的碳源是糖類，其次是醇、酸和脂類，在糖類中，單糖優(yōu)于雙糖、多糖；淀粉優(yōu)于纖維素和幾丁質(zhì)；純多糖優(yōu)于雜多糖（瓊脂、木質(zhì)素），對異養(yǎng)微生物而

2、言，碳源同時又是能源，所以碳源具有雙重功能的營養(yǎng)物，有些生長在動物體內(nèi)的異養(yǎng)微生物，尤其腸、血、組織中的病原菌還需要10%（少量）的二氧化碳才能長好。l二、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。把微生物作為一個整體來考察,則它們能利用的氮源譜也是十分廣泛的。異養(yǎng)微生物對氮源的利用順序為ncho（aa、胨蛋白）或nchox（蛋白質(zhì)、牛肉膏、酵母膏）nh（nh3、銨鹽）no（硝酸鹽）n（氮）。l 氨基酸自養(yǎng)型生物：利用非氨基酸類的簡單氮源（尿素、銨鹽、no3-、n2）自行合成所需一切氨基酸的生物，包括植物和很多微生物。 l 氨基酸異養(yǎng)型生物：只能吸收外源現(xiàn)成氨基酸為氮源的生物，

3、包括所有動物和大量異養(yǎng)微生物。l三、能源： l1、化合物 有機物：化能異養(yǎng)微生物的 能源（同碳源） 無機物：化能自養(yǎng)微生物的 能源（nh4+、no2-、s、h2、fe2+）l2、輔射能：光能自養(yǎng)及光能異養(yǎng)微生物的能源。 l四、生長因子（growth factor）：是一類微生物正常代謝必不可少，且不能由簡單碳源、氮源自行合成的有機物，一般需要量很少，主要是維生素，另外還有堿基、卟啉、甾醇及胺類，生長因子并非每種微生物都需從外界吸收，它在微生物體內(nèi)的功能主要是輔酶或輔基，如血清、酵母膏、玉米漿等可提供含量豐富的生長因子。l五、無機鹽：它主要提供微生物除碳、氮源以外的各種重要元素，凡是生長所需濃度

4、在10-310-4mol/l的叫大量元素，如p、s、k、mg、ca、na和fe等，凡所需濃度在10-610-8mol/l的叫微量元素，如cu、zn、mn、mo和co等。l無機鹽的生理功能：大量元素：細胞內(nèi)的成分、滲透壓成分、穩(wěn)定ph、酶的激活劑mg2+。微量元素：酶的激活劑（cu2+、mn2+、zn2+），特殊分子或結(jié)構(gòu)（ca、mo）。l培養(yǎng)基配制時，加入 k2hpo4、mgso4足以滿足大量元素，而微量元素不用另加，在一般化學(xué)試劑、天然水中足以。l六、水：除少數(shù)微生物，如藍細菌是以水中的 h還原co2外，其他微生物都不以水為營養(yǎng)，但在生命過程中是不可少的，故為營養(yǎng)要素之一。 l水的功能：優(yōu)良

5、的溶劑，參與細胞內(nèi)、外的物質(zhì)運輸，各種生化反應(yīng)。維持大分子的結(jié)構(gòu)。保證生命活動的正常進行， 主要是因為: a水高比熱、b高汽化熱、c高沸點、d固態(tài)水（冰）的密度小于液態(tài)水，這對水體微生物的生命活動十分有利。l水在低等生物（微生物）體中含量比在高等生物體中高。l微生物的營養(yǎng)類型的分劃角度有：以能源分：a光能營養(yǎng)型，b化能營養(yǎng)型。以供氫體分：a有機營養(yǎng)型，b無機營養(yǎng)型。以碳源分：a自養(yǎng)型，b異養(yǎng)型。以合成氨基酸能力分：a氨基酸自養(yǎng)型，b氨基酸異養(yǎng)型。以生長因子分：a原養(yǎng)型或野生型，b營養(yǎng)缺陷型 。以取食方式分：a滲透營養(yǎng)型，b吞噬營養(yǎng)型。以取得死或活有機體分：a腐生型，b寄生型。但較多的是以能源或

6、以碳源分的。也有以能源、供氫體和碳源統(tǒng)一劃分的。 下述劃分，（一）首先以能源和供氫體劃分的。（二） 則是以能源和碳源來劃分的。光能自養(yǎng)型以co2作碳源日光藍細菌，綠硫細菌光能異養(yǎng)型以有機物作供h體還原co2日光紅螺菌化能自養(yǎng)型co2氧化無機物硝化細菌，硫化細菌化能異養(yǎng)型有機物氧化有機物大多數(shù)異養(yǎng)細菌如：大腸桿菌l 一、單純擴散（simple diffusion） 也叫被動運輸（passive transport），細胞膜這層疏水性屏障，可以通過物理擴散方式吸收許多小分子、非電離分子，尤其是親脂性分子。通過這種方式運送的物質(zhì)主要有co2、o2、乙醇和某些氨基酸分子。但它不是細胞獲取營養(yǎng)的主要方式

7、。l二、促進擴散（facilitated diffusion）在運輸溶質(zhì)時，要膜上的特異性載體蛋白參與，如透性酶、移位酶等，運送時可能是靠酶的構(gòu)象在膜內(nèi)、外變化來實現(xiàn)運送物質(zhì)。它不能逆濃度差，也不耗能。只對生長在高營養(yǎng)濃度下的微生物發(fā)揮作用。l三、主動運輸（active transport）是微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要方式。其特點是有特異性載體蛋白。需要能（質(zhì)子勢、atp等）改變構(gòu)象，可逆濃度梯度進行。使生活在低營養(yǎng)狀態(tài)的微生物濃縮獲得營養(yǎng)。運送的營養(yǎng)主要有無機離子、有機離子和一些糖類。l 四、基團移位（group translocation）也需要特異性載體蛋白，又需要耗能的運送方式，但被運溶

8、質(zhì)在運送前后會發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化，而不同于主動運送。主要用于運送蔗糖、果糖、甘露糖、核苷酸、丁酸和嘌呤等，運送的機制是靠磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)即磷酸烯醇式丙酮酸（pep）己糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（tps）l其運送步驟為：l 熱穩(wěn)載體蛋白（hpr）的激活l細胞內(nèi)高能磷酸化合物pep的磷酸基團將hpr激活l hpr是一種低分子量的可溶性蛋白，結(jié)合在膜上，具有高能磷酸載體的作用。酶是一種可溶性細胞質(zhì)蛋白。l 糖被磷酸化后運入膜內(nèi)、膜外環(huán)境中的糖先于外膜表面的酶c結(jié)合，再被運到內(nèi)膜表面。這時，糖被phpr的磷酸激活，通過酶c的作用把糖-磷酸釋放到細胞內(nèi)l酶c是一種結(jié)合在細胞膜上的蛋白，它對底物具有特異性選擇作用。因

9、此細胞上可誘導(dǎo)出一系列與底物分子相應(yīng)的酶c 。l 基團移位在e.coli和金黃色葡萄球菌球中研究得較多。l附圖：營養(yǎng)物質(zhì)運送入細胞的四種方式返回目錄l 它是一種人工配制、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，其內(nèi)含有的微生物生長所需要的六大營養(yǎng)要素。一、選用和設(shè)計培養(yǎng)基原則和方法 四個原則 1. 目的明確，培養(yǎng)什么菌，用于科研還是用于生產(chǎn)； 2. 營養(yǎng)協(xié)調(diào) 含量:10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 要素:h2o c+能源 n源 p.s k.mg生長因子 這與細胞內(nèi)的含量相符。 3. 物理化學(xué)條件適宜 ph 細菌7.08.0；放線菌7.58.5，酵母菌 3.86.

10、0；霉菌 4.05.8 滲透壓 氧化還原電勢（en）好氧微生物 +0.3+0.4v，在+0.1v以上均能生長。兼性厭氧微生物在+0.1v以上好氧呼吸，在+0.1v以下厭氧呼吸。厭氧微生物只能在+0.1v以下才能生長。 4.經(jīng)濟l 四種方法：l 1. 生態(tài)模擬 l 2. 查閱文獻 l 3. 精心設(shè)計 l 4. 實驗比較l二、培養(yǎng)基種類l 按培養(yǎng)基的成分l1.天然培養(yǎng)基（complex medium or undefined medium）：利用動、植物、微生物體或其提取物制成的無法知其成分，如肉湯蛋白胨培養(yǎng)基，麥芽汁培養(yǎng)基l2. 組合培養(yǎng)基（defined medium）也稱合成培養(yǎng)基或綜合培養(yǎng)

11、基(synthetic medium)：用多種高純度化學(xué)試劑配制而成。各成分（包括微量元素）的量都確切知道的培養(yǎng)基，如細菌的蔗糖銨鹽培養(yǎng)基，放線菌的淀粉硝酸鹽培養(yǎng)基（高氏一號培養(yǎng)基），真菌的蔗糖硝酸鹽培養(yǎng)基（索氏培養(yǎng)基）。特點是成分精確，重演性高，價昂，配制麻煩，主要用以研究。l3. 半組合培養(yǎng)基（semi-defined medium）：即含有天然成分又含有純化學(xué)試劑的培養(yǎng)基。如真菌的馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基l 按培養(yǎng)基的外觀物理狀態(tài)分l1. 固體培養(yǎng)基（solid medium） 凝固培養(yǎng)基(solidified medium) 含1-2%瓊脂或5-12%的明膠。非可逆性凝固培養(yǎng)基，指血清凝固的或

12、無機硅膠配制的，凝固的不再熔化，硅膠平板是專用于化能自氧微生物分離、純化的。 天然固體培養(yǎng)基 如麩皮、米糠、馬鈴薯片、麥粒芽、動、植物組織等。 濾膜 是一種堅韌且?guī)в袩o數(shù)微孔的醋酸纖維薄膜，將之覆于營養(yǎng)瓊脂等上面，可用于含菌量少的材料（水）的集菌。l2. 半固體培養(yǎng)基（semi-solid medium） 較固體培養(yǎng)基中的凝固劑少0.5%的瓊脂。可用以動力、噬菌體效價、微生物趨化性、厭氧菌培養(yǎng)基和菌種保藏等。l3. 液體培養(yǎng)基(liquid medium) 呈液體狀態(tài)的培養(yǎng)基l 按培養(yǎng)基的功能分l1. 選擇性培養(yǎng)基（select medium）依某種微生物特殊的營養(yǎng)要求或?qū)δ郴瘜W(xué)、物理因素的抗性而設(shè)計的培養(yǎng)基?？墒够旌暇鷺又械牧觿菥兂蓛?yōu)勢菌，提高該菌的篩選效率。如用纖維素來富集纖維分解菌，石蠟油用于富集分解石油微生物。較濃的糖液富集酵母等?；蛘哂萌玖希ńY(jié)晶紫）抗生素和脫氧膽酸鈉等抑制某種微生物等。 l2. 鑒別性培養(yǎng)基(di