4第2章15_微生物的營養(yǎng).ppt

1、第2章 微生物的營養(yǎng),2016年,微生物的化學(xué)組成chemical element,主要元素macroelement：碳、氫、氧、氮、磷、硫、 鉀、鎂、鈣等,微量元素trace element：鋅、錳、氯、鉬、硒、鈷、銅等,占細(xì)菌細(xì)胞干重的97%,營養(yǎng)物質(zhì)是微生物生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，而營養(yǎng)是微生物維持和延續(xù)其生命形式的一種生理過程。,微生物的特點(diǎn)：食譜廣、胃口大 營養(yǎng)物質(zhì):能夠滿足機(jī)體生長、繁殖和完成各種生理活動(dòng)所需要的物質(zhì),營養(yǎng):微生物獲得和利用營養(yǎng)物質(zhì)的過程,研究微生物營養(yǎng)的重要性,研究的基礎(chǔ) ：是開發(fā)和研究微生物的基礎(chǔ)； 設(shè)計(jì)的依據(jù)：篩選微生物的理論依據(jù)； 實(shí)踐的必須：為生產(chǎn)實(shí)踐提供經(jīng)濟(jì)、節(jié)

2、約 和高效益的應(yīng)用培養(yǎng)基。,第一節(jié),微生物的營養(yǎng)物質(zhì)及其功能,微生物的六種營養(yǎng)(nutrition)要素,碳源 （carbon source）,氮源（nitrogen source）,生長因子（growth factor）,無機(jī)鹽（mineral salts）,水（water）,能源（energy source）,營養(yǎng)物質(zhì)按照它們在機(jī)體中的生理作用不同，可以將它們區(qū)分成六大類。,問題1：,一、碳源,在微生物生長過程中能為微生物提供碳素來源的物質(zhì),1、無機(jī)C源：CO2、碳酸鹽，只能被自養(yǎng)微生物利用 2、有機(jī)C源：各種糖類，其次是有機(jī)酸、醇類、 脂類和烴類化合物,碳源物質(zhì)的功能： A. 構(gòu)成細(xì)胞物

3、質(zhì)； B. 為機(jī)體提供整個(gè)生理活動(dòng)所需要的能量（異養(yǎng)微生物）；,二、能源,能源：能為微生物的生命活動(dòng)提供最初能量來源營養(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,功能：為微生物提供合成細(xì)胞物質(zhì)代謝產(chǎn)物的原料，氮源一般不做能源，只有硝化細(xì)菌利用銨鹽，硝酸鹽作氮源,同時(shí)也作能源。,三、氮源（nitrogen source）,遲效氮源：蛋白質(zhì)必須通過水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被機(jī)體利用，這種氮源叫。 速效氮源：無機(jī)氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物形式存在的有機(jī)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

4、氮源，通常是有利于機(jī)體的生長，遲效氮源有利于代謝產(chǎn)物的形成。,分子態(tài)氮：固氮微生物以分子氮為唯一氮源 無機(jī)態(tài)氮：硝酸鹽、銨鹽，幾乎所有微生物能利用 有機(jī)態(tài)氮：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物 生產(chǎn)用玉米漿、豆餅、葵花餅、花生餅等。 實(shí)驗(yàn)室常用牛肉膏、蛋白胨 、酵母膏做氮源,氮源種類,微量元素是指那些在微生物生長過程中起重要作用，而機(jī)體對這些元素的需要量極其微小的元素，通常需要量在10-6-10-8mol/L：鋅、錳、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。,根據(jù)微生物對礦質(zhì)元素需要量大小可以把它分成,大量元素：Fe、Na、K、Mg、Ca、S、P等。,四、無機(jī)鹽（mineral salts）,無機(jī)鹽功能,參與微生物中氨

5、基酸和酶的組成；,維持生物大分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)并維持細(xì)胞的滲透與平衡；,酶的激活劑；,控制細(xì)胞的氧化還原電位；,作為某些微生物生長的能源。,五、生長因子,生長因子：那些微生物生長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)體生長需要的有機(jī)化合物,生長因子有維生素、氨基酸、嘌呤堿和嘧啶堿、卟啉及其衍生物、固醇、胺類等。,六、水,生理功能：,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；,維持細(xì)胞正常形態(tài)；,微生物可利用的水用水活度來表示（aw）

6、aw是指在一定的溫度和壓力下，溶液中水的蒸汽和純水的蒸汽壓的比 即 aw=P溶液/P純水 微生物生長所需的水活度通常在0.600.99之間，細(xì)菌水活度較高為0.8，酵母菌次之，耐旱的微生物水活度為0.6，水中溶質(zhì)越高水活度越低。,水活度的表示方法,幾類微生物生長最適w,問題2：微生物的營養(yǎng)類型,不同營養(yǎng)類型之間的界限并非絕對,有些微生物在不同生長條件下生長時(shí),其營養(yǎng)類型也會發(fā)生改變,例如紫色非硫細(xì)菌(purple nonsulphur bacteria)： 沒有有機(jī)物時(shí)，同化CO2， 為自養(yǎng)型微生物； 有機(jī)物存在時(shí)，利用有機(jī)物進(jìn)行生長，為異養(yǎng)型微生物； 光照和厭氧條件下，利用光能生長，為光能營

7、養(yǎng)型微生物； 黑暗與好氧條件下，依靠有機(jī)物氧化產(chǎn)生的化學(xué)能生長，為化能營養(yǎng)型微生物 氫單胞菌是異養(yǎng)和自養(yǎng)的過渡型（稱兼性自養(yǎng)型）,微生物營養(yǎng)類型的可變性無疑有利于提高其對環(huán)境條件變化的適應(yīng)能力,第二節(jié),物質(zhì)進(jìn)出微生物細(xì)胞,營養(yǎng)物質(zhì)能否進(jìn)入細(xì)胞取決于三個(gè)方面的因素：,營養(yǎng)物質(zhì)本身的性質(zhì)（相對分子量、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）。,問題3：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,簡單擴(kuò)散 simple diffusion,促進(jìn)擴(kuò)散 facilitated diffusion,主動(dòng)運(yùn)輸 active tran

8、sport,膜泡運(yùn)輸 membrane vesicle transport,1單純擴(kuò)散（自由擴(kuò)散）,原生質(zhì)膜是一種半透性膜，營養(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),沒有特異性，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,2促進(jìn)擴(kuò)散,特點(diǎn),不消耗能量,參與運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)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)濃度差成正比,需要載體參與,每種載體只運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì)，具有較高的專一性。,胞外 膜上 質(zhì)內(nèi),物質(zhì)與載體親和力在細(xì)胞內(nèi)外不同，使該物質(zhì)與載體可逆結(jié)合分離，達(dá)到物質(zhì)運(yùn)輸目的。,溶

9、質(zhì)分子 載體蛋白 質(zhì)內(nèi)溶質(zhì),運(yùn)輸過程,被運(yùn)送的物質(zhì)可逆濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞內(nèi) 要消耗能量，必需有能量參加。 有膜載體參加，膜載體發(fā)生構(gòu)型變化,3、主動(dòng)運(yùn)輸,基團(tuán)轉(zhuǎn)位(group translocation)：主動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊环N方式,四種運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)方式的比較,4膜泡運(yùn)輸,主要發(fā)生在原生動(dòng)物中,第三節(jié),培 養(yǎng) 基,培養(yǎng)基：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),培養(yǎng)基幾乎是一切對微生物進(jìn)行研究和利用工作的基礎(chǔ),*任何培養(yǎng)基都應(yīng)該具備微生物生長所需要六大營養(yǎng)要素,碳源、氮源、無機(jī)鹽、能源、生長因子、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,

10、121.315-30分鐘；0.56kg/cm2,112.615-30分鐘,一、制備培養(yǎng)基的基本原則（問題4）,目的明確,營養(yǎng)協(xié)調(diào),理化條件適宜,經(jīng)濟(jì)節(jié)約,滅菌處理,1.有的放矢（目的明確）,根據(jù)不同的微生物的營養(yǎng)要求配制針對強(qiáng)的培養(yǎng)基,如：自養(yǎng)、異養(yǎng) 細(xì)菌一般用牛肉膏、蛋白胨培養(yǎng)基； 放線菌高氏1號合成培養(yǎng)基； 酵母菌麥芽汁培養(yǎng)基； 霉菌用查氏一號培養(yǎng)基；,2.營養(yǎng)協(xié)調(diào),培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時(shí)微生物才能生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時(shí)不能滿足微生物正常生長所需，濃度過高時(shí)則可能對微生物生長起抑制作用。,培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比

11、（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，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程：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.條件適宜,pH： 細(xì)菌與放線菌：pH77.5 酵母菌和霉菌：pH4.56范圍內(nèi)生長,滲透壓及其他條件（氧氣、 CO2的濃度） 不同類型微生物生長對氧化還原電位()的要求不同,為了維持培養(yǎng)基pH的相對恒定，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。,純培養(yǎng)中pH的調(diào)控法,外源調(diào)節(jié): 直接加酸或加堿來調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的p

12、H值。,內(nèi)源調(diào)節(jié): 緩沖液或備用堿, 在配制培養(yǎng)基時(shí)加入. K2HPO4KH2PO4緩沖體系：6.4-7.2； CaCO3；,4. 經(jīng)濟(jì)節(jié)約,以粗代精,以野代家,以廢代好,以國代進(jìn),以簡代繁,以氮代朊,以烴代糧,以纖代糖,二、培養(yǎng)基的類型及應(yīng)用（問題5）,1、根據(jù)所培養(yǎng)微生物的類群與營養(yǎng)類型區(qū)分,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 10g NaCl 5g H2O 1000ml,放線菌（高氏1號） 淀粉 20g K2HPO4 0.5g NaCl 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g KNO3 1g FeSO4 0.01g H2O 1000ml,

13、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） NaNO3 3g K2HPO4 1g KCl 0.5g MgSO4.7H2O 0.5gFeSO4 0.01g 蔗糖 30g H2O 1000ml,按成分不同劃分,天然培養(yǎng)基,合成培養(yǎng)基,含用化學(xué)成分還不清楚或化學(xué)成分不恒定的天然有機(jī)物,牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽汁培養(yǎng)基,化學(xué)成分完全了解的物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基,高氏1號培養(yǎng)基、查氏培養(yǎng)基,2、根據(jù)對培養(yǎng)基成分的了解程度區(qū)分,半合成培養(yǎng)基,純化學(xué)試劑和天然物質(zhì)配

14、制而成的培養(yǎng)基,按物理狀態(tài)不同劃分,固體培養(yǎng)基,液體培養(yǎng)基,在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑，使其成為固體狀態(tài)，瓊脂含量一般為1.5%-2.0%,瓊脂含量一般為0.2%-0.7%,不加任何凝固劑,半固體培養(yǎng)基,固體培養(yǎng)基常用來進(jìn)行微生物的分離、鑒定、活菌計(jì)數(shù)及菌種保藏,觀察微生物的運(yùn)動(dòng)特征、分類鑒定及噬菌體效價(jià)滴定,大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)及在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面的研究,3,按用途不同劃分,基礎(chǔ)培養(yǎng)基,鑒別培養(yǎng)基,含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基,用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基，在培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的特殊營養(yǎng)物質(zhì)或化學(xué)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 加10酚抑制細(xì)菌、霉菌，分離放線菌,用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基,選擇培養(yǎng)基,在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基 特殊營養(yǎng)物質(zhì)包括血液、血清、酵母浸膏、動(dòng)植物組織液等，用于培養(yǎng)苛刻的異養(yǎng)微生物及富集分離某種微生物。,微生物產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物，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)生明顯的特征變化，明膠培養(yǎng)基鑒別是否產(chǎn)蛋白酶,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,4,保藏菌種培養(yǎng)基,對于生產(chǎn)中使用的菌種保藏培養(yǎng)基，要求比較豐富的氮源，以防止菌種退