2022年微生物的营养与培养基 .pdf
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1、第三章微生物的营养37 第三章微生物的营养与培养基一、目的要求掌握微生物细胞的组成、营养类型、物质进入细胞的方式及及培养基的配制。二、教学内容1微生物的营养要素2微生物的营养类型3营养物质进入细胞的方式4培养基三、重点内容微生物的营养类型以及配制培养基的原则四、教学方法利用多媒体进行教学。微生物同其他生物一样,为了生存必须从环境中吸收营养物质,通过新陈代谢将其转化成自身的细胞物质或代谢物,并从中获取生命活动所需要的能量,同时将代谢活动产生的废物排出体外。 那些能够满足机体生长、 繁殖和完成各种生理活动所需要的物质称为营养物质 。微生物获得和利用营养物质的过程称为营养。营养物质是微生物生存的物质
2、基础,而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。第一节微生物的六种营养要素一、微生物细胞的化学组成1化学元素 (chemical element )构成微生物细胞的物质基础是各种化学元素。根据微生物对各类化学元素需要量的大小 , 可将它们分为 主要元素 和微量元素 , 主要元素包括碳、 氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等,碳、氢、氧、氮、磷、硫这六种主要元素可占细菌细胞干重的97% 。微量元素包括锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。组成微生物细胞的各类化学元素的比例常因微生物种类的不同而各异。不仅如此, 微生物细胞的化学元素组成也常随菌龄及培养条件的不同而在一定范围内发生变化,
3、幼龄的比老龄的含氮量高, 在氮源丰富的培养基生长的细胞比在氮源相对贫乏的培养基上生长的细胞含量高。2. 化学成分及其分析各种化学元素主要以有机物、无机物和水的形式存在于细胞中。有机物主要包括蛋白质、糖、脂、核酸、维生素以及它们的降解产物和一些代谢产物等物质。二、微生物的营养要素微生物生长所需要的元素主要以相应的有机物与无机物的形式提供的,也有小部分可以由分子态的气体物质提供。营养物质按照它们在机体中的生理作用不同,可精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页第三章微生物的营养38 以将它们区分成碳源、氮源、能源、生长因子、无
4、机盐和水。1、碳源在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质称为碳源。碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化后成为微生物自身的细胞物质(如糖类、脂类、蛋白质等) 和代谢产物, 碳可占一般细菌细胞干重的一半。同时绝大部分碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动所需的能源,因此碳源物质通常也是能源物质。但有些CO2作为唯一或主要碳源的微生物生长所需的能源则并非来自碳源物质。微生物利用碳源物质具有选择性,糖类是一般微生物较容易利用的良好碳源和能源物质,但不同微生物对不同糖类物质的利用也有差别,例如在以葡萄糖和半乳糖为碳源的培养基中, 大肠杆菌首先利用葡萄糖, 然后利用半乳糖,
5、前者称为大肠杆菌的速效碳源, 后者称为迟效碳源。 目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、糖蜜、淀粉、麸皮、米糠等。为了节约粮食,人们已经开展了代粮发酵的科学研究,以自然界中广泛存在的纤维素作为碳源和能源物质来培养微生物。不同种类微生物利用碳源物质的能力也有差别。微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。对于为数众多的化能异养微生物来说,碳源是兼有能源功能营养物。 2. 氮源凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。氮对微生物的生长发育有重要的作用,它们主要用来合成细胞中的含氮物质,一般不作为能量。 只有少数细菌如硝化细菌能利用銨
6、盐、硝酸盐作为氮源和能源。 能被微生物利用的氮源物质包括蛋白质及其不同程度的降解产物(胨、肽、氨基酸等)、铵盐、硝酸盐、分子氮、嘌呤、嘧啶、脲、胺、酰胺、氰化物等。常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等。 微生物对这类氮源的利用具有选择性。例如:土霉素产生菌利用玉米浆比利用黄豆饼粉和花生饼粉的速度快,这是因为玉米浆中的氮源物质主要以较易吸收的蛋白质降解产物形式存在, 而降解产物特别是氨基酸可能通过转氮作用直接被机体利用,而黄豆饼粉和花生饼粉中的氮主要以大分子蛋白质形式存在,需进一步降解成小分子的肽和氨基酸后才能被微生物吸收利用,因而对其利用的速度较慢。
7、 因些玉米浆为速效氮源有利于菌体生长;而黄豆饼粉和花生饼粉为迟效氮源,有利于代谢产物的形成,在发酵生产土霉素的过程中,往往将两者按一定比例制成混合氮源,以控制菌体生长时期与代谢产物形成时期的协调,达到提高土霉素产量的目的。微生物吸收利用铵盐和硝酸盐的能力较强,NH4+被细胞吸收后可直接利用,因而(NH4)2SO4等铵盐一般被称速效氮源,它是微生物最常用的氮源,而NO3-被吸收后需进一步还原成 NH4+后再被利用。能够利用铵盐或硝酸盐作为氮源的微生物很多如:大肠杆菌( Escherichia coli ) 、产气肠杆菌( Enterobacter aerogenes) 、枯草芽孢杆菌(Bacil
8、lus subtilis) 、铜绿假单胞菌( Pseudomonas ) ,放线菌可以利用硝酸钾作精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页第三章微生物的营养39 为氮源,霉菌可以利用硝酸钠作为氮源。以(NH4)2SO4等为氮源培养微生物时,由于 NH4+被吸收后,会导致培养基PH下降,因而将其称为生理酸性盐;以硝酸盐为氮源培养微生物时,由于NO3-被吸收,会导致PH升高,因而称为生理碱性盐。为避免培养基 PH变化对微生物生长造成影响,需要在培养基中加入缓冲物质。3能源能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养物或辐射能。化能
9、异养微生物的能源就是碳源, 葡萄糖便是常见的一种兼有碳源与能源功能的双功能营养物。所有真菌、放线菌和大部分细菌是化能异养型微生物。化能自养微生物的能源主要是无机物,这些微生物都是细菌、硝化细菌、硫细菌、氢细菌等。光能自养和异养微生物的能源主要是太阳能,如蓝细菌、紫色非硫细菌等。4生长因子通常指 那些微生物生长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满足机体生长需要的有机化合物。自养微生物和某些异养微生物如大肠杆菌不需要外源生长因子也能生长。不仅如此,同种微生物对生长因子的需求也会随着环境条件的变化而改变,如鲁氏毛霉(Mucor rouxii)在厌氧条件下生长时需要维生素B1和
10、生物素(维生素H) ,而在好氧条件时自身能合成这两种物质,不需外加这两种生长因子。 有时对某些微生物生长所需生长因子的本质还不了解,通常在培养时培养基中要加入酵母浸膏、牛肉浸膏及动物组织液等天然物质以满足需要。 根据生长因子的化学结构与它们在机体内的生理功能不同, 可以将生长因子分为 维生素、氨基酸及和嘌呤及嘧啶碱基三大类。维生素首先发现的生长因子,它的主要作用是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢;如B1它就是脱氧酶的辅酶。 氨基酸也是许多微生物所需要的生长因子,这与它们缺乏合成氨基酸的能力有关, 因此,必须在它们的生长培养基里补充这些氨基酸或者含有这些氨基酸的小肽物质, 如 Leuconosto
11、c mesenteroides 生长机需要 17 种氨基酸才能生长。嘌呤(或)嘧啶作为生长因子在微生物机体内的作用主要是作为酶的辅酶或辅基,以及用来合成核酸和辅酶。5无机盐矿质元素也是微生物生长所不可缺少的营养物质,它们具有以下作用:参加微生物中氨基酸和酶的组成。调节微生物的原生质胶体状态,维持细胞的渗透与平衡。酶的激活剂。根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成大量元素和微量元素 。大量元素: Na、K、Mg 、Ca 、S、P等。微量元素是指那些在微生物生长过程中起重要作用,而机体对这些元素的需要量极其微小的元素,通常需要量在10-6-10-8mol/L :锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、
12、钨、镍、硼等。6水是微生物生长所必不可少的,水在细胞中的生理功能主要有起到溶剂与运输介质的作用, 营养物质的吸收与代谢产物的分泌必须以水为介质才能完成;参与细胞内一系列化学反应; 维持蛋白质、 核酸等生物大分子稳定的天然构象;因为水的比热高, 是热的良好导体, 能有效地吸收代谢过程中产生的热并及时地将热迅速散发出体外, 大而有效地控制细胞内温度的变化;通过水合作用与脱水作用控制由精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页第三章微生物的营养40 多亚基组成的结构,如微管、鞭毛的组装与解离。第二节微生物的营养类型由于微生物种类繁
13、多,其营养类型(nutritional)比较复杂,人们常在不同层次上和侧重点上对微生物营养类型进行划分。划分依据营养类型特点碳源自养型异养型以 CO2为唯一或主要碳源以有机物为碳源能源光能营养型化能营养型以光为能源以有机物氧化释放的化学能为能源电子供体无机营养型有机营养型以还原性无机物为电子供体以有机物为电子供体根据碳源、能源及电子供体性质的不同,可将绝大多数微生物分为光能无机自养型(photolithoautotrphy)、光能有机异养型 (photoorganoheterotrphy)、化能无机自养型 (chemolithoautotrphy)、 化能有机自养型 (chemoorganoh
14、eterotrophy)四种类型。营养类型电子供体碳源能源举例光能自养型H2、H2S、S、H2O CO2光能蓝细菌、藻类光能异养型有机物有机物光能红螺细菌化能自养型H2、H2S、NH3、NO2- 、Fe2+CO2化学能(无机物氧化)氢细菌、硫杆菌、硝化杆菌等化能异养型有机物有机物化学能(有机物氧化)全部真核微生物、绝大多数细菌必须明确,无论那种分类方式,不同营养类型之间的界限并非绝对的,异养型微生物并非不能利用CO2,只是不能以 CO2为唯一或主要碳源进行生长,而且在有机物存在的情况下也可将CO2同化为细胞物质。同样,自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长。 另外,有些微生物在不同生长条件下
15、生长时,其营养类型也会发生改变,例如紫色非硫细菌在没有有机物时可以同化CO2,为自养型微生物,而当有机物存在时,它又可以利用有机物进行生长,此时它为异养型微生物。 再如紫色非硫细菌在光照和厌氧条件下可利用光能生长, 为光能营养型微生物, 而在黑暗与好氧条件下,依靠有机物氧化产生的化学能生长,则为化能营养型微生物。 微生物类型的可变性无疑有利于提高微生物对环境条件的适应能力。第三节营养物质进入细胞的方式精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页第三章微生物的营养41 微生物没有专门摄取营养物质的器官,它们摄取营养是依靠整个细胞
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