微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基

第五章微生物的營養(yǎng)和培養(yǎng)基主要內(nèi)容:

介紹各種微生物的營養(yǎng)類型、各種營養(yǎng)物質(zhì)在微生物生命活動中的功能及其進(jìn)入細(xì)胞的方式；掌握培養(yǎng)基的定義、分類、配制原則與方法。重點各種營養(yǎng)物質(zhì)在微生物生命活動中的功能；選擇和配制培養(yǎng)基的方法。5.1微生物細(xì)胞的化學(xué)組成和營養(yǎng)要求5.1.1微生物細(xì)胞的化學(xué)組成微生物細(xì)胞和其它生物細(xì)胞一樣,都是由：碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鈉、鈣等多種元素組成，其中碳、氫、氧、氮四種元素占細(xì)胞干重的90～97%

。微生物細(xì)胞中這些元素主要以水、有機(jī)物和無機(jī)鹽的形式存在于細(xì)胞中。微生物細(xì)胞中的有機(jī)物它們主要是：蛋白質(zhì)、核酸、碳水化合物、類脂、維生素及它們的降解產(chǎn)物等。另外有些微生物還產(chǎn)生色素、抗生素、激素、細(xì)菌素和毒素等次生代謝產(chǎn)物。微生物細(xì)胞中的無機(jī)鹽類它們主要是：硫酸鹽、磷酸鹽、鹽酸鹽及含有鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等無機(jī)元素的無機(jī)鹽類。5.1.2微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及功能通過對微生物化學(xué)組成的分析，知道其組成90%以上是C、H、O、N，可以看出微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)主要是大量的水分和構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的碳、氮源，其次是一定量的無機(jī)鹽類。一般來說，微生物利用這些物質(zhì)就可以生長繁殖，但對某些有特殊營養(yǎng)需求的微生物,還需要少量的生長素(又叫生長因子)。下面簡述以上五大類營養(yǎng)物質(zhì)及功能.（1）水分水進(jìn)入細(xì)胞后，一部分成為細(xì)胞的組分，另一部分處于自由狀態(tài)，它除直接參加代謝反應(yīng)外，又是許多代謝反應(yīng)的介質(zhì)，也是細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的溶劑。培養(yǎng)微生物時，一般采用自來水、井水、河水即可，如果有特殊要求可用蒸餾水。（2）碳源物質(zhì)微生物細(xì)胞物質(zhì)組成和代謝產(chǎn)物組成中都有碳素，化能異養(yǎng)型微生物的能量也來自有機(jī)碳化物的氧化產(chǎn)能。所以培養(yǎng)微生物時必須供給它可吸收的碳源物質(zhì)。不同微生物可利用的碳源不同，有的利用無機(jī)碳如：CO2或可溶性碳酸鹽，有的利用有機(jī)碳如：單糖、雙糖及多糖。有機(jī)碳化物中，單糖、雙糖是最容易被微生物利用的碳源物質(zhì)。有些微生物還可利用烴類、石蠟、酚類、氰化物作碳源物質(zhì)，這對環(huán)境治理很重要。（3）氮源物質(zhì)氮素是構(gòu)成微生物細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物不可缺少的元素，少數(shù)化能自養(yǎng)型微生物如硝化細(xì)菌，還能利用銨鹽、亞硝酸鹽等還原態(tài)無機(jī)氮化物作能源。不同微生物可利用的氮源物質(zhì)也不同，有的利用分子態(tài)氮，有的利用無機(jī)氮化物，有的利用有機(jī)氮化物。大多數(shù)微生物都可以利用無機(jī)氮化物如銨鹽、硝酸鹽作氮源，硝酸鹽常稱為生理堿性鹽，銨鹽常稱為生理酸性鹽，NH4NO3常稱為生理中性鹽。實驗室常用的氮源有硝酸銨、硫酸銨、尿素、碳酸銨、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、黃豆粉、玉米漿等。（4）無機(jī)鹽微生物生長需要多種礦質(zhì)元素，如磷、硫、鎂、鉀、鈣、鈉、鐵、硼、錳、銅、鋅、鉬等。這些元素作用是：參與細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的組成，作為酶的組成和酶的激活劑，維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)和維持細(xì)胞內(nèi)滲透壓、PH值及氧化還原電位的平衡，參與細(xì)胞內(nèi)的能量代謝。有些礦質(zhì)元素，微生物需要的量較大如：磷、硫、鎂、鉀、鈣、鈉、鐵等，叫大量元素或主要元素；其它一些礦質(zhì)元素，微生物需要的量較少如：硼、錳、銅、鋅、鉬、鈷等，叫微量元素。礦質(zhì)元素一般以無機(jī)鹽的形式供給微生物如：硫酸鉀、氯化鈉等，微量元素往往在培養(yǎng)微生物時無須單獨添加。（5）生長素又稱生長因子。主要是維生素、氨基酸和核苷等。一些微生物可以自己合成它們的全部生長素，而另一些微生物只能部分合成或不能合成它們所需的生長素，在培養(yǎng)這些微生物時必須供給它們生長素才能使它們生長。添加生長素的方式是在培養(yǎng)基中加酵母膏、豆芽汁、玉米漿、肝臟浸出液或組織提取液等。另外，有些微生物還需要一些特殊的成分作為生長素，如某些酵母菌和霉菌需要肌醇，某些肺炎球菌需要膽堿，枝原體和酵母菌在厭氧條件下生長時需要甾醇等。營養(yǎng)缺陷型微生物當(dāng)某些微生物由于缺少合成一種或多種生長素的酶而喪失了合成這種或這幾種生長素的能力，就必須直接從營養(yǎng)基質(zhì)中攝取這種或這幾種生長素，才能正常生長發(fā)育。凡是缺少合成某種生長素能力的微生物，稱為這種生長素的營養(yǎng)缺陷型微生物。如組氨酸缺陷型沙門氏菌。用途：遺傳標(biāo)記、營養(yǎng)分析、突變分析等。野生型微生物通常我們把不需要生長素而能在基礎(chǔ)培養(yǎng)基上生長的微生物，稱為野生型微生物。5.2微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收機(jī)制A吞噬作用：可再細(xì)分為吞噬和胞飲。采用這種方式的主要是原生動物和粘菌等。B滲透吸收：包括被動擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動運輸和基團(tuán)轉(zhuǎn)位。 濃度梯度 載體 能量被動擴(kuò)散 順 不用 不耗促進(jìn)擴(kuò)散 順 用 不耗主動運輸 逆 用 耗基團(tuán)轉(zhuǎn)位 逆 用 耗基團(tuán)轉(zhuǎn)位：這是在主動運輸養(yǎng)料的同時，實現(xiàn)養(yǎng)料磷酸化的一種方式，目前僅在原核生物中發(fā)現(xiàn)。大多數(shù)微生物采用主動運輸?shù)姆绞将@取營養(yǎng)，促進(jìn)擴(kuò)散常見于真核微生物，被動擴(kuò)散只能吸收水、氣體、甘油與某些離子等少數(shù)幾種物質(zhì)?；鶊F(tuán)轉(zhuǎn)位：它所采用的酶系統(tǒng)是磷酸烯醇式丙酮酸磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)，在金黃色葡萄球菌中，它包括四個組分：酶Ⅰ、酶Ⅱ、因子Ⅲ和熱穩(wěn)定蛋白Hpr組成。下圖是它的運輸模式：磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸因子Ⅲ Hpr酶Ⅱ酶Ⅰ5.3微生物的營養(yǎng)類型自然界的微生物依據(jù)生長時所需的能量和營養(yǎng)物質(zhì)(主要指碳源和供氫體)不同，可以分為四種類型：光能自養(yǎng)型：如藻類、藍(lán)細(xì)菌、少數(shù)光合細(xì)菌等。光能異養(yǎng)型：如紫色非硫細(xì)菌、綠色非硫細(xì)菌等?；茏责B(yǎng)型：如硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、氫細(xì)菌等?；墚愷B(yǎng)型：如多數(shù)細(xì)菌、放線菌、真菌和原生動物等，化能異養(yǎng)型可再細(xì)分為腐生型和寄生型。

微生物幾種營養(yǎng)類型的區(qū)別營養(yǎng)類型 能源 碳源 氫或電子供體光能自養(yǎng)型 光能 CO2

水或還原態(tài)無機(jī)物光能異養(yǎng)型 光能 CO2

有機(jī)物化能自養(yǎng)型 化學(xué)能 CO2

還原態(tài)無機(jī)物 化能異養(yǎng)型 化學(xué)能有機(jī)物有機(jī)物在光能異養(yǎng)型里，碳源除了CO2以外，也可以是有機(jī)物，如紫色非硫細(xì)菌，可利用乙酸既作碳源又作供氫體來合成自身物質(zhì)。還原態(tài)無機(jī)物一般指：H2S、Na2S2O3、S、NH3、HNO2、FeSO4、H2等。5.4培養(yǎng)基它是指以人工方法利用多種營養(yǎng)物質(zhì)配制而成的一種供給微生物生長繁殖和積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。5.4.1配制培養(yǎng)基的基本原則（1）適合微生物的營養(yǎng)特點。（2）調(diào)配好各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度和比例。（3）控制好培養(yǎng)基中的Ph值。5.4.2培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用（1）根據(jù)培養(yǎng)基組成物質(zhì)的化學(xué)成分 合成培養(yǎng)基 培養(yǎng)基 天然培養(yǎng)基 半合成培養(yǎng)基（2）根據(jù)培養(yǎng)基制成后的物理狀態(tài) 固體培養(yǎng)基 培養(yǎng)基 半固體培養(yǎng)基 液體培養(yǎng)基培養(yǎng)基的凝固劑有：瓊脂、明膠、硅膠比較常用的是瓊脂，它的融化點是96oC，凝固點是40oC。一般在固體培養(yǎng)基中加入1.5－２％，半固體培養(yǎng)基中加入0.2－0.7%。理想的凝固劑應(yīng)具備以下原則： 不被微生物液化分解和利用。 在微生物生長的溫度范圍能保持固體狀態(tài)。 凝固劑凝固點的溫度對微生物無害。 不會因培養(yǎng)基滅菌而破壞。 透明度好，粘著力強(qiáng)。（３）根據(jù)培養(yǎng)基的用途

基礎(chǔ)培養(yǎng)基培養(yǎng)基 選擇培養(yǎng)基 加富培養(yǎng)基 鑒別培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基：很多微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，除少數(shù)幾種外，基本是相同的，按照基本的營養(yǎng)成分配制而成的培養(yǎng)基，就稱為基礎(chǔ)培養(yǎng)基。選擇培養(yǎng)基：根據(jù)某種微生物的特殊營養(yǎng)需求或?qū)瘜W(xué)物質(zhì)的敏感性，配制出的一種只適合這種微生物生長繁殖，而不利于其它微生物生長繁殖的培養(yǎng)基。加富培養(yǎng)基：在普通培養(yǎng)基中加入一些特別有利于某種微生物生長繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)，如血、血清、動植物組織液或其它生長素等使這種微生物生長繁殖速度比其它微生物快，從而使該微生物在混有各種微生物的群體中占優(yōu)勢地位而配成的一種營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。鑒別培養(yǎng)基：根據(jù)微生物的代謝特點，在普通培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)試劑，通過指示劑的顯色反應(yīng)和產(chǎn)生某種明顯的特征變化，用以鑒別不同微生物的培養(yǎng)基，叫鑒別培養(yǎng)基。

氧化硫桿菌培養(yǎng)基硫粉10克 MgSO4。7H2O 0.5克(NH4)2SO4 0.4克FeSO40.01克KH2PO44克CuCl20.25克水1000ml瓊脂20克

大腸桿菌培養(yǎng)基葡萄糖5g NH4H2PO4 1gNaCl 5g MgSO4。7H2O 0.2gK2HPO4 1g 水1000ml瓊脂20克

阿須貝無氮培養(yǎng)基甘露醇 KH2PO4