高職版環(huán)境微生物第三章微生物的營養(yǎng)及生長

2023/10/141第三章微生物的營養(yǎng)及生長學習目標：1、掌握微生物的營養(yǎng)要素及其生理功能、培養(yǎng)基的類型；

2、了解微生物細胞的化學組成，培養(yǎng)基的配制原則和幾種常用的培養(yǎng)基。2023/10/142第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)要求第二節(jié) 培養(yǎng)基2023/10/143

第一節(jié) 微生物的營養(yǎng)要求

一、微生物細胞的化學組成

二、營養(yǎng)要素及其生理功能2023/10/144

一、微生物細胞的化學組成（一）化學元素(chemicalelement):大量元素(macroelement):碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵（其中前六種占細菌細胞干重的97%）。微量元素(traceelement):

鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼。2023/10/145（二）微生物細胞的化學成分及分析微生物細胞中的各種化學元素的存在形式：主要以水、有機物、無機物的形式存在于細胞中。微生物細胞的化學組成的影響因素：微生物種類、菌齡、培養(yǎng)條件。

2023/10/146元素細菌酵母菌霉菌

碳5049.847.9氮1512.45.2氫86.76.7氧2031.140.2磷3——硫1——微生物細胞中幾種主要化學元素的含量（干重）/％2023/10/147（三）化學元素在細胞內存在形式1．有機物：蛋白質、糖、脂類、核酸、維生素及其降解產(chǎn)物。2．無機物：1)與有機物結合；2)單獨存在于細胞質內以無機鹽的形式存在。3、水：約占細胞總重70%～90%，以游離水和結合水兩種形式存在。游離水：干重法可測得；結合水：不易蒸發(fā)、不凍結、也不能滲透,占水總量的17%—28%。2023/10/148二、營養(yǎng)物質及其生理功能（一）碳源（carbonsource）（二）氮源（nitrogensource）（三）無機鹽（mineralsalts）（四）生長因子（growthfactor）

（五）水（water）2023/10/1492023/10/1410（一）碳源（Carbonsource）定義：可被用來構成細胞物質和代謝產(chǎn)物中碳素來源的營養(yǎng)物質。功能：提供合成細胞物質及代謝物的原料；為整個生理活動提供所需要能源（異養(yǎng)微生物）。種類:無機含碳化合物：如CO2和碳酸鹽等；有機含碳化合物：糖與糖的衍生物（多糖：如淀粉、麩皮、米糠等；飴糖；單糖），脂類、醇類、有機酸、烴類、芳香族化合物以及各種含碳的化合物。2023/10/1411微生物的碳源譜類型元素化合物培養(yǎng)基原料有機碳C·H·O·N·X復雜蛋白質、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等C·H·O·N多數(shù)氨基酸、簡單蛋白質等一般氨基酸、明膠等C·H·O糖、有機酸、醇、脂類等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等C·H烴類天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等無機碳C——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3等2023/10/1412微生物利用碳源物質具有選擇性。速效碳源：能優(yōu)先、快速被微生物利用。遲效碳源：微生物滯后吸收、利用。

分類具有相對性。例：單糖、雙糖、淀粉、纖維素、純多糖及雜多糖等。

工業(yè)發(fā)酵中：多用飴糖、糖蜜（副產(chǎn)品）、麩皮、米糠等。代糧發(fā)酵具有重要意義。2023/10/1413（二）氮源（Nitrogensource）：定義：凡用來構成菌體物質或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)源。種類：1）無機氮：銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、尿素、氨、N2等；2）有機氮：蛋白質及其降解產(chǎn)物（如胨、肽、氨基酸等）、牛肉膏、魚粉、花生餅粉、黃豆餅粉、玉米漿等功能：

提供合成細胞中含氮物，如蛋白質、核酸以及含氮代謝物等的原料，供細胞生長及產(chǎn)物積累。極少數(shù)細菌還以銨鹽、硝酸鹽等氮源為能源。2023/10/1414微生物的氮源譜類型元素化合物培養(yǎng)基原料有機氮N·C·H·O·X復雜蛋白質、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、簡單蛋白質等尿素、蛋白胨、明膠等無機氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3等NN2空氣2023/10/1415

實驗室常用氮源有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。工業(yè)生產(chǎn)常用的氮源有魚粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿等。大分子蛋白質必須通過水解之后降解成多肽、氨基酸后才能被機體利用，這種氮源叫遲效氮源。無機氮源或以蛋白質降解產(chǎn)物形式存在的有機氮源可以直接被菌體吸收利用，這種氮源叫做速效氮源。速效氮源有利于機體的快速生長，遲效氮源有利于代謝產(chǎn)物的形成。實際發(fā)酵生產(chǎn)中，需按一定比例混和。2023/10/1416三聚氰胺與三鹿“毒奶粉”事件

的背后真相！三聚氰胺(分子式C3H6N6)的最大特點是含氮量很高，達66.6%，是牛奶的151倍，是奶粉的23倍。每100g牛奶中添加0.1克三聚氰胺，就能提高0.4%蛋白質，而其成本很低，“有人估算過，在植物蛋白粉和飼料中使蛋白質增加1個百分點，用三聚氰胺的花費只有真實蛋白原料的1/5”。三聚氰胺本屬于化工原料，無色無味結晶粉末狀，是不允許添加到食品中的，所以現(xiàn)有檢測標準不會包含相應內容。但動物長期攝入三聚氰胺會造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，膀胱、腎部結石，并可進一步誘發(fā)膀胱癌。人的利欲熏心和唯利是圖，使我們每個人都在為道德淪喪買單，是另一個人性良知的警鐘。

2023/10/1417（三）無機鹽（inorganicsalt）定義：為微生物細胞生長提供除碳、氮源以外的多種重要元素（包括大量元素和微量元素）的物質，多以無機鹽的形式供給。大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生長所需濃度在10-3~10-4mol/L）微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生長所需濃度在10-6~10-8mol/L）一般微生物生長所需要的無機鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素的化合物。2023/10/1418無機鹽生理功能：

a.構成微生物細胞的組成成分；

b.調解微生物細胞的滲透壓，PH值和氧化還原電位；

c.有些無機鹽如S、Fe還可做為自養(yǎng)微生物的能源；

d.構成酶活性基的組成成分，維持E活性。Mg、Ca、K是多種酶的激活劑。2023/10/1419（四）生長因子（growthfactor）定義:它是一類對微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用簡單的碳源或氮源合成，或合成量不足以滿足機體生長需要的有機營養(yǎng)物質。不同微生物需求的生長因子的種類和數(shù)量不同。主要包括：維生素氨基酸堿基2023/10/1420根據(jù)微生物對生長因子的需要，可分為：1.野生型(wildtype)

又稱原養(yǎng)型(prototroph)，不需要生長因子而能在基礎培養(yǎng)基上生長的菌株。2.營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)某些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變)后，失去合成某種(或某些)對該菌株生長必不可少的物質(通常是生長因子如氨基酸、維生素)的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質才能生長繁殖，這種突變型菌株稱為營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)，相應的野生型菌株稱為原養(yǎng)型。2023/10/1421（五）水（water）

微生物細胞含水約占細胞鮮重的70－90％，水作用是多方面的。水的功能：1、水是細胞中生化反應的良好介質，營養(yǎng)物質和代謝產(chǎn)物都必須溶解在水里，才能被吸收或排出體（細胞）外；2、水的比熱高，能有效的吸收代謝過程中放出的熱量，不致使細胞的溫度驟然上升；3、水能維持細胞的膨壓（控制細胞形態(tài)）。2023/10/1422三、微生物的營養(yǎng)類型及其生長（自學）異養(yǎng)型生物自養(yǎng)型生物光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型生長所需要的營養(yǎng)物質生物生長過程中能量的來源光能自養(yǎng)型：以光為能源，不依賴任何有機物即可正常生長光能異養(yǎng)型：以光為能源，但生長需要一定的有機營養(yǎng)化能自養(yǎng)型：以無機物的氧化獲得能量，生長不依賴有機營養(yǎng)物化能異養(yǎng)型：以有機物的氧化獲得能量，生長依賴于有機營養(yǎng)物質2023/10/14231、光能無機營養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）例:藻類、藍細菌、紫硫細菌等以CO2為主要唯一或主要碳源；能進行光合作用獲取生長所需要的能量。2023/10/1424CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3COCH3+[CH2O]+H2O2、光能有機營養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）不能以CO2為主要或唯一的碳源；以有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細胞物質；在生長時大多數(shù)需要外源的生長因子；例如：紅螺菌屬中的一些細菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細胞物質，同時積累丙酮。2023/10/14253、化能無機營養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）例：硫化細菌、硝化細菌、氫細菌、鐵細菌等。以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源，以無機物氧化釋放的化學能為能源，利用電子供體如氫氣、硫化氫、二價鐵離子或亞硝酸鹽等使CO2還原同化為細胞物質。它們在自然界物質轉換過程中起著重要的作用。

2023/10/14264、化能有機營養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）生長所需要的能量均來自有機物氧化過程中放出的化學能（ATP）；生長所需要的碳源主要是一些有機化合物，如淀粉、糖類、纖維素、有機酸等。大多數(shù)細菌、真菌、原生動物都是化能有機營養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能有機營養(yǎng)型。根據(jù)所利用的有機物性質的不同，可分為腐生型和寄生型。2023/10/14275、微生物的群體生長規(guī)律及其應用（自學P58-59）。2023/10/1428第二節(jié)培養(yǎng)基一、選用和設計培養(yǎng)基的原則定義：應科研或生產(chǎn)的需要，由人工配制的、適合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的營養(yǎng)基質（混合養(yǎng)料）。特點：任何培養(yǎng)基都應具備微生物所需要的五大營養(yǎng)要素，且應比例適當，一旦配成必須立即滅菌。用途：促使微生物生長；積累代謝產(chǎn)物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類；微生物細胞計數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品。2023/10/1429在微生物學研究和生長實踐中，配置合適的培養(yǎng)基是一項最基本的要求。（一）培養(yǎng)基組分應適合微生物營養(yǎng)特點（目的明確）（二）營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當（營養(yǎng)協(xié)調）（三）物理化學條件適宜（條件適宜）（四）根據(jù)培養(yǎng)目的選擇原料及其來源（經(jīng)濟節(jié)約）（五）及時滅菌處理

2023/10/1430（一）培養(yǎng)基組分應適合微生物的營養(yǎng)特點

即根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。如：自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基完全可以（或應該）由簡單的無機物質組成。異養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基至少需要含有一種有機物質，但有機物的種類需適應所培養(yǎng)菌的特點。

細菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基放線菌：高氏一號培養(yǎng)基真菌：查氏合成培養(yǎng)基，PDA(Potato-Dextrose-Agar)培養(yǎng)基

2023/10/1431（二）營養(yǎng)物的濃度與比例應恰當濃度過高——對微生物的生長起抑制作用，濃度過小——不能滿足微生物生長的需要。例：1、碳氮比（C/N）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；碳源中的碳原子的mol數(shù)氮源中的氮原子的mol數(shù)C/N比值=2、速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或碳）源的比例；3、金屬離子濃度與各種金屬離子間的比例。2023/10/1432（三）物理化學條件適宜1、pH:

各類微生物的最適生長pH值各不相同：

細菌：7.0~8.0 放線菌：7.5~8.5酵母菌：3.8~6.0 霉菌：4.0~5.8在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，培養(yǎng)基的初始pH值會發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基pH值的相對恒定，通常采用下列兩種方式：內源調節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。外源調節(jié)：按實際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液。2023/10/14332、滲透壓等滲