微生物的營養(yǎng)

1、4微生物的營養(yǎng)4.1 微生物的營養(yǎng)要求微生物的特點：食譜廣、胃口大 一、微生物營養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能碳源氮源能源無機鹽水生長因子六大營養(yǎng)要素 1. 碳源(carbon source)：凡是可以作為微生物細胞結(jié)構(gòu)或代謝產(chǎn)物中碳架來源的營養(yǎng)物質(zhì)。有機碳化物：C·H·O·N·X 復雜蛋白質(zhì),核酸（牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等）C·H·O·N 多數(shù)氨基酸,簡單蛋白質(zhì)（一般氨基酸、明膠等）C·H·O 糖,有機酸,醇,脂（葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等常用碳源）C·H 烴（天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等）

2、無機碳化物 C·O CO2(真菌一般不利用CO2)C·O·X NaHCO3, CaCO3幾種天然培養(yǎng)基原材料的特性 (了解)微生物工業(yè)發(fā)酵中用做碳源的原料u 傳統(tǒng)種類：糖類（單糖，飴糖）、淀粉（玉米粉、山芋粉、野生植物等）、麩皮、麥芽、糖蜜、各種米糠等u 代糧發(fā)酵：纖維素、CO22. 氮源(nitrogen source) ：凡是可以作為微生物細胞結(jié)構(gòu)或代謝產(chǎn)物中氮元素來源的營養(yǎng)物質(zhì)。氮源 有機氮化物 N·C·H·O·X 復雜蛋白質(zhì),核酸（牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等）N·C·H·O 尿素,

3、氨基酸,簡單蛋白質(zhì)（尿素、蛋白胨、明膠等） 無機氮化物 N·H NH3, NH4+ （(NH4)2SO4等）N·O NO3- （KNO3）等N N2 空氣（固氮原核微生物）l 工業(yè)常用氮源：玉米漿，花生粉，黃豆粉等速效氮源：硫酸氨，玉米漿等 菌體生長 遲效氮源：花生粉，黃豆粉等 代謝產(chǎn)物生成例：在工業(yè)生產(chǎn)中為提高土霉素產(chǎn)量，培養(yǎng)基中可采用的混合氮源是（  ） A蛋白胨/玉米漿 B黃豆餅粉/花生餅粉 C玉米漿/黃豆餅粉 D玉米漿/(NH4)2SO43. 能 源4.生長因子(growth factor)：M正常代謝必需，但微生物自身不能用簡單的碳源或氮源合成，或合成量

4、不足以滿足機體生長需要的微量有機物. 氨基酸蛋白質(zhì)，細胞壁等的主要成分 嘌呤和嘧啶核酸和輔酶的組成成分 維生素構(gòu)成酶的輔酶或輔基，是酶活性所需成分（最早發(fā)現(xiàn)的生長因子）配制培養(yǎng)基時，通常加入酵母膏、玉米漿、麥芽汁或動植物組織浸出液以補充生長因子5. 無機鹽：為M的生命活動提供除碳、氮源之外的各種重要元素。配制培養(yǎng)基時，一般首選K2HPO4和MgSO4補充大量元素。6.水：水活度為在一定的溫度條件下，溶液的蒸汽壓與純水的蒸汽壓之比。 即：aw=R/ RoR 表示溶液的蒸汽壓，Ro表示純水的蒸汽壓。aw為的環(huán)境條件均有微生物生長判斷：溶液滲透壓越大,水的活度值越小4.2 微生物的營養(yǎng)類型（根據(jù)碳源

5、和能源劃分）自養(yǎng)微生物與異養(yǎng)微生物的主要區(qū)別：自養(yǎng)微生物：唯一或主要碳源：CO2 （碳酸鹽）所需能量來自光或無機物的氧化 可以在完全無機的環(huán)境中生長但也不能說它們絕對不能利用有機物異養(yǎng)微生物：主要的碳源來自有機物所需能量來自有機物的氧化或光能 不能在完全無機的環(huán)境中生長但也不能說絕對不能利用CO2，也可以固定CO2 4.3 營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的方式u 基團轉(zhuǎn)位(group translocation)：基因轉(zhuǎn)位主要存在于厭氧和兼性厭氧型細菌中，主要用于運送糖類、核苷酸、丁酸、腺嘌呤、脂肪酸等。特點：物質(zhì)在運輸過程中發(fā)生化學變化（磷酸化）；需要消耗能量；逆濃度運輸；有膜載體參加磷酸糖轉(zhuǎn)移酶運輸系統(tǒng)

6、（PST）的組成：酶；酶；熱穩(wěn)定蛋白HPr1)熱穩(wěn)載體蛋白(HPr)的激活 細胞內(nèi)高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的磷酸基團把HPr激活。 酶PEP + HPr 丙酮酸 + P-HPr2）糖被磷酸化后運入膜內(nèi) 膜外環(huán)境中的糖先與外膜表面的酶結(jié)合，再被轉(zhuǎn)運到內(nèi)膜表面。這時，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通過酶的作用將糖-磷酸釋放到細胞內(nèi)。 酶 P-HPr + 糖 糖-P + HPr4.4 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)。一 選用和設計培養(yǎng)基的原則和方法 （一）四個原則1、目的明確細菌 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基 (NA) 放線菌 高氏一號培養(yǎng)基

7、酵母菌 麥芽汁培養(yǎng)基霉菌 查氏培養(yǎng)基真菌 馬鈴薯培養(yǎng)基 (PDA)2、營養(yǎng)協(xié)調(diào) 碳氮比(C/N)：碳源與氮源含量之比。（碳源中碳原子摩爾數(shù)與氮源中氮原子摩爾數(shù)之比）。碳氮比直接影響微生物生長與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時的一個重要指標l 例：微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸： C/N為4/1時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少； C/N為3/1時，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸大量積累3、理化適宜（1）pH：通常培養(yǎng)條件：細菌與放線菌：pH 77.5 酵母菌和霉菌：pH 4.56u pH變化的原因：F 糖類發(fā)酵、氧化有機酸變酸F 脂肪水解有機酸變酸F (NH4)2SO4 吸收NH4 H2SO4

8、變酸F 蛋白質(zhì)脫羧胺類變堿F NaNO3 吸收NO3NaOH 變堿內(nèi)在調(diào)節(jié)：K2HPO4和KH2PO4是常用的緩沖劑 不溶性CaCO3作為備用堿外源調(diào)節(jié)：不斷流加酸液或堿液（2）氧氣： 好 氧：振蕩、通氣、攪拌厭 氧：加還原劑（抗壞血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽等） 例：厭氧菌培養(yǎng)基：蛋白胨5g，酵母膏10g，葡萄糖10g，胰酶解酪蛋白5g，鹽溶液10mL，0.025%刃天青4mL，半胱氨酸鹽酸鹽0.5g，瓊脂15g，水1000mL，pH7.0，121，20min 半胱氨酸為還原劑，刃天青是氧化還原指示劑，具有雙重作用：有氧條件下起pH指示劑的作用，即堿性時呈藍色，酸性時呈紅色；培養(yǎng)基處于無氧狀態(tài)時

9、，刃天青變?yōu)闊o色（3）滲透壓：加入適量NaCl調(diào)節(jié)滲透壓 例：L型細菌加3%5%NaCl或10%20%蔗糖 4、經(jīng)濟節(jié)約：當所設計的是大規(guī)模發(fā)酵用的培養(yǎng)基時，應重視培養(yǎng)基中各成份的來源和價格，應選擇來源廣泛、價格低廉 的原料，提倡以粗代精，以廢代好。例：某制藥廠改進鏈霉素發(fā)酵液中的原有配方，設法減去30-50%的黃豆餅粉、25%的葡萄糖和20%硫酸銨，結(jié)果反而提高了產(chǎn)量。（二）優(yōu)化、設計培養(yǎng)基的方法 生態(tài)模擬：研究某種微生物的培養(yǎng)條件；文獻查閱：借鑒經(jīng)驗，啟發(fā)設計；精心設計：借助優(yōu)選法或正交試驗設計進行特定微生物配方的設計試驗比較：確定特定微生物的最佳培養(yǎng)條件 二、培養(yǎng)基的類型及應用1按成份不

10、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l 優(yōu)點： 營養(yǎng)豐富且較經(jīng)濟，配制方便l 缺點 ： 成分不清楚，不穩(wěn)定l 應用： 實驗室及實際生產(chǎn)（2）組合培養(yǎng)基：是由化學成份完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基，也稱化學限定培養(yǎng)基(chemically defined medium)。高氏一號，查氏培養(yǎng)基l 優(yōu)點： 組分清楚，重演性高l 缺點： 價格昂貴，配制麻煩，生長較慢l 應用： 營養(yǎng)、代謝、生理、生化、遺傳、育種、菌種鑒定等對定量要求較高的研究工作（3）半組合培養(yǎng)基 既含有天然成分又含有純化學試劑的培養(yǎng)基即稱半組合培養(yǎng)基。例如，培養(yǎng)真菌用的馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基等。嚴格地

11、講，凡含有未經(jīng)特殊處理的瓊脂的任何組合培養(yǎng)基，實質(zhì)上都只能看作是一種半組合培養(yǎng)基。2根據(jù)物理狀態(tài)劃分: （1）固體培養(yǎng)基； 用于微生物菌種分離、鑒定、計數(shù)、保藏加1.5%2% 瓊脂或5%12% 明膠 無機硅膠：自養(yǎng)微生物 天然固態(tài) 濾膜瓊脂與明膠若干特性的對比： 化學成分營養(yǎng)價值分解性融化溫度 凝固溫度 透明度耐溫常用濃度瓊脂聚半乳糖硫酸酯無罕見9640高強1- 2%明膠蛋白質(zhì)做氮源極易2520高弱5-12%理想凝固劑應具備的條件： 1.不被微生物分解、利用、液化；2.不因消毒滅菌而被破壞；3.在微生物的生長溫度內(nèi)保持固態(tài)；4.凝固點的溫度對微生物無害；5.透明度好，粘著力強。(2)

12、 液體培養(yǎng)基: 在科研或生產(chǎn)中通過發(fā)酵獲得菌體或代謝產(chǎn)物 ，在生產(chǎn)實踐上，絕大多數(shù)發(fā)酵培養(yǎng)基都采用液體培養(yǎng)基(3) 半固體培養(yǎng)基: 0.5% 瓊脂。觀察微生物運動特征、厭氧菌的培養(yǎng)等（4）脫水培養(yǎng)基：營養(yǎng)瓊脂、營養(yǎng)肉湯、M17肉湯、麥康凱培養(yǎng)基等 3按用途劃分1）選擇培養(yǎng)基(selective medium)根據(jù)不同種類微生物的特殊營養(yǎng)需求或?qū)δ撤N化學物質(zhì)的敏感性不同，在培養(yǎng)基中加入相應的特殊營養(yǎng)物質(zhì)或化學物質(zhì)，抑制不需要的微生物的生長，有利于所需微生物的生長。例：抑制型選擇培養(yǎng)基： 放線菌酮、制霉菌素 分離細菌 添加青霉素、四環(huán)素等抗生素 分離酵母菌、霉菌加富型選擇培養(yǎng)基： 以纖維素為唯一碳源分離纖維素分解菌常用抑制劑（了解）2）鑒別培養(yǎng)基(differential medium)用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基特定的化學反應，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。例：EMB培養(yǎng)基原理：在低酸度條件下，伊紅和美蘭可以結(jié)合形成沉淀，起著產(chǎn)酸指示劑的作用。大腸桿菌能強烈分解乳糖產(chǎn)生大量的混合酸，菌體表面帶H+，故可染上酸性染料伊紅，伊紅又與美蘭結(jié)合，使菌落染上深紫色，且從菌落表面的反射光可看到綠色金屬光，產(chǎn)酸力弱的菌落也有