第四章微生物的营养ppt.ppt

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1、第四章第四章 微生物的营养微生物的营养vv【知识目标知识目标知识目标知识目标】v1了解微生物细胞的化学组成、掌握微生物生长的五大营养物质及其生理功能。v2理解微生物对营养物质吸收的三种方式，对比三种方式的相同与不同之处。v3熟悉微生物的营养类型及其划分的依据。v4掌握培养基的配制原则及配制方法。vv【技能目标技能目标技能目标技能目标】v1根据微生物细胞的细胞组成选择合适的碳元、氮元、无机盐等成分。v2根据不同的生产需要学会设计合适的培养基。v3根据培养基的配置原则调整培养基的成分和浓度。v4学会通过调节培养基的组分来调节pH值。第一节第一节 微生物的营养需求微生物的营养需求一、微生物细胞的化学

2、组成一、微生物细胞的化学组成（一）细胞中的化学元素v大量元素包括包括碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；v微量元素包括锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。（二）元素在细胞内的存在形式 二、微生物生长的营养物质及其生理功能二、微生物生长的营养物质及其生理功能（一）碳源v凡能供给微生物碳素来源的各种含碳化合物称为碳源。v碳源一方面为合成微生物的细胞物质和代谢产物提供了原料，另一方面为微生物生长、繁殖及运动提供能量。v能作为微生物碳源物质的种类极其广泛，既包括无机碳化合物，如CO2或碳酸盐等，也有复杂的有机碳化合物，如糖类及其衍生物、脂类、醇类、有机酸、烃类、芳香族化合物等，其中糖类

3、是最广泛利用的碳源，其次是醇类、有机酸类和脂类等。v实验室内常用的碳源主要有葡萄糖、蔗糖、淀粉、甘露醇、有机酸等。v工业发酵中利用碳源主要是糖类物质如即单糖、饴糖、淀粉、麸皮、米糠、酒糟、废糖蜜、造纸厂的亚硫酸废液等。v此外，为了解决工业发酵用粮与人们食用粮、畜禽饲料用粮的矛盾，目前已广泛开展了以纤维素、石油、C02等作为碳源的代粮发酵的研究工作，并取得了显著成绩。（二）氮源v凡是能供给微生物氮素来源的含氮化合物称为氮源。v氮源主要用于合成细胞及代谢产物中的含氮化合物，一般不提供能量。只有少数自养细菌，如硝化细菌能利用铵盐、硝酸盐作为氮源和能源。v能够被微生物利用的氮源物质也可分为简单的无机氮

4、，如氮气、铵盐和硝酸盐等，以及复杂的有机氮，如蛋白质、氨基酸、核酸、尿素、嘌呤、嘧啶等。v实验室中常以碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐、尿素、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏等作为氮源物质。而工业发酵中常用鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、玉米浆、酵母粉等作氮源。v其中铵盐、硝酸盐、尿素等是水溶性的，而玉米浆、牛肉膏、蛋白胨、醇母膏等是蛋白质的分解产物，因此都可以被菌体直接吸收利用，故称为速效性氮源。而鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉等中氮主要以蛋白质的形式存在，菌体利用起来困难，故称迟效性氮源。v速效性氮源有利于菌体的生长，迟效性氮源有利于代谢产物的形成。在实际工业发酵中，常将速效性氮源与迟效性氮源按一定的比例制成混合氮源加入培养

5、基，以控制微生物的生长时期与代谢产物形成期的长短，提高产量。（三）无机盐v无机盐是指为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素的物质。它是微生物生长必不可少的一类营养物质。v它们在细胞内有着很多重要的功能，有的构成微生物细胞的各种组分，有的具有调节细胞的渗透压、pH和氧化还原电位的功能，有的是酶的激活剂（如Mg2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+），还有的可以作为某些微生物生长的能源物质等。具体功能见表4-3。（四）生长因子v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或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物，一般包括维生素、氨基酸及嘌吟、嘧啶等。v维生素在机体中

6、所起的作用主要是作为酶的辅基或辅酶参与新陈代谢，有些微生物自身缺乏合成某些氨基酸的能力，因此必须在培养基中补充这些氨基酸或含有这些氨基酸的小肽类物质，微生物才能正常生长，那些缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型”微生物。v嘌呤与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，以及用来合成核苷、核苷酸和核酸。（五）水 水是微生物细胞的主要成分，大约占鲜重的70%90%。v细胞中生化反应的良好介质；v比热高，是热的良好导体，从而有效地控制细胞内温度的变化；v是细胞维持自身正常形态的重要因素；v是许多有机物中氢和氧的来源。水在细胞中以结合水和游离水两种存在形式:v结合水不具有一

7、般水的特性，不能流动，不易蒸发，不冻结，不能作为溶剂,也不能渗透。v游离水则具有一般水的特性，能流动，容易从细胞中排出，并能作为溶剂，帮助水溶性物质进出细胞。v不同细胞及不同细胞结构中游离水的含量有较大差别。一般微生物的孢子中所含游离水的量都较营养体低，这也是孢子耐干旱的原因之一。第二节 微生物对营养物质的吸收一、单纯扩散一、单纯扩散v单纯扩散也称被动扩散，它是指被输送的物质，靠细胞内外浓度为动力，以透析或扩散的形式从高浓度区向低浓度区的扩散。v单纯扩散是通过细胞膜进行内外物质交换的最简单的方式。这种扩散是非特异性的，为纯粹的物理学过程，在扩散过程中不消耗能量。二、促进扩散二、促进扩散v促进扩

8、散又称易化扩散、协助扩散，或帮助扩散。是指非脂溶性物质或亲水性物质,借助细胞膜上的载体蛋白的帮助顺浓度梯度或顺电化学浓度梯度,不消耗ATP进入膜内的一种运输方式。v载体蛋白是多回旋折叠的跨膜蛋白质，它与被传递的分子特异结合使其越过质膜。其机制是载体蛋白分子的构象可逆地变化，与被转运分子的亲和力随之改变而将分子传递过去。v通过促进扩散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。三、主动运输三、主动运输v主动运输是指膜外低浓度物质通过细胞膜上特异性载体蛋白构型变化进入膜内，同时消耗能量，且被运输的物质在运输前后并不发生任何化学变化的一种物质运送方式。v主动运输在物质运输过程中需要消耗能

9、量，而且可以进行逆浓度运输。也需要特异性载体蛋白的参与。四、基团移位四、基团移位v基团移位是指被运输的物质在膜内受到化学修饰结构发生了变化，以被修饰的形式进入细胞的一种物质运送方式。v基团移位也有特异性载体蛋白参与，并需要消耗能量。v基团转位主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中，主要用于糖(葡萄糖、果糖、甘露糖和N-乙酰葡萄糖胺等)的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可通过这种方式运输。第三节 微生物的营养类型v由于各种微生物的生存环境不同，从环境中摄取营养物质的方式也不相同。v根据微生物对于主要营养素碳源和能源的摄取方式不同而划分的微生物类型就叫做微生物的营养类型。v根据微生物对碳源的要求是无机碳化

10、合物还是有机化合物可以把微生物分为自养型微生物和异养型微生物两大类。v根据微生物生命活动中能量的来源不同，将微生物分为化能型微生物和光能型微生物。一、光能自养型v光能自养型也称光能无机营养型，是一类能以CO2为唯一碳源或主要碳源并利用光能，以无机物（如H2、H2S、S等）作为供氢体，使CO2还原为细胞物质，并且释放出硫元素的微生物。该类型的代表是蓝细菌、紫硫细菌、绿硫细菌、藻类。它们含有叶绿素或细菌叶绿素等光合色素，可将光能转变成化学能（ATP）供机体直接利用。二、光能异养型v光能异养型也称光能有机营养型，是一类不能以CO2作为唯一碳源或主要碳源，而是以简单有机物(如有机酸、醇等)为供氢体，利

11、用光作为能源将CO2还原为细胞物质的微生物。v红螺属的一些细菌就是这一营养类型的代表。三、化能自养型v化能自养型也称化能无机营养型，是一类利用无机物氧化过程中放出的化学能作为它们生长所需的能量，以CO2或碳酸盐作为的唯一或主要碳源进行生长，利用电子供体如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等使CO2还原成细胞物质的微生物。v这类微生物有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。四、化能异养型v化能异养型也称化能有机营养型，是一类利用有机化合物（如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等）既作为碳源又作为能源的微生物。v目前在已知的微生物中大多数属于这种营养类型。v根据化能异养型微生物利用有机物的特性，又可以将其分

12、为下列两种类型：v腐生型微生物：利用无生命活性的有机物作为生长的碳源。v寄生型微生物：寄生在生活的细胞内，从寄生体内获得生长所需要的营养物质。v腐生型和寄生型之间还存在中间类型：兼性腐生型或兼性寄生型。v如：人和动物肠道内普遍存在的大肠杆菌。第四节 培养基v培养基，是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。v培养基应具备微生物生长所需要的五大营养素，并且它们之间还应具有合理的配比。v此外，培养基还应具有适宜的酸碱度(pH值)和一定缓冲能力及一定的氧化还原电位和合适的渗透压。v培养基一旦配成后必须立即灭菌，否则会滋生杂菌，破环里面的营养成分。一、配制培养基的基本原则（一）明确微生

13、物特点和培养目的（二）营养物质的浓度和配比要合适（三）控制合适的pH值（四）原料的选择二、培养基的类型（一）按营养成分的来源分 1.天然培养基v是利用一些天然的动植物组织器官和抽提物，如牛肉膏、蛋白胨、麸皮、马铃薯、玉米浆等制成。v优点是取材广泛，营养全面而丰富，制备方便，价格低廉，适宜于大规模培养微生物之用。v缺点是成分复杂，每批成分不稳定。v实验室常用的牛肉膏蛋白胨培养基便是这种类型。2.合成培养基v是化学成分完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基。v此类培养基的优点是成分精确，重复性强，一般用于实验室进行营养代谢、分类鉴定和选育菌种等工作。v缺点是配制较复杂，微生物在此类培养

14、基上生长缓慢，加上价格较贵，不宜用于大规模生产。3.半合成培养基v这种培养基介于天然培养基与合成培养基之间，是用一部分天然物质作为碳氮源及生长辅助物质，又适当补充少量无机盐类的培养基。v半合成培养基应用最广，能使绝大多数微生物良好地生长。（二）按物理状态分v1.液体培养基v2.固体培养基v3.半固体培养基（三）按培养基的用途分v1.基础培养基v2.选择培养基v3.加富培养基v4.鉴别培养基v5.其他【本章小结本章小结】v本章主要介绍了微生物的营养需求、对营养的吸收方式、营养类型以及培养基4部分内容。微生物生v长需要五大营养要素，包括碳源、氮源、无机盐、生长因子和水。这五大营养素要通过具有高度选

15、择性的半透膜细胞膜来进入到微生物体内，营养物质的分子结构不同，其进入细胞的方式也有差别，主要有4种方式：单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团移位。根据微生物生长所需的能源、氢供体和基本碳源的不同，可将微生物的营养类型归纳为光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养v型4种类型。凡是自养型微生物都可以以CO2作为唯一或主要碳源，而异养型微生物都必须以有机物作为碳源。为满足微生物生长、繁殖代谢而配制的混合养料就叫培养基。配制培养基的时候需要遵循一定的原则。根据标准不同培养基的分类也不同。按营养成分的来源可分为天然培养基、合成培养基和半合成培养基；按其物理状态可分为液体培养基、固体培养基和半固体培养基；按培养基的用途可分为基础培养基、选择培养基、加富培养基和鉴别培养基。