微生物的营养与培养基(1).ppt
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1、第五章第五章 微生物的营养微生物的营养 营养物质是微生物生存的物质基础,而营养是营养物质是微生物生存的物质基础,而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。营养物质营养物质:能够满足机体生长、繁殖和完成各种能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质生理活动所需要的物质.营养营养:微生物获得和利用营养物质的过程。微生物获得和利用营养物质的过程。第一节微生物的营养六要素第一节微生物的营养六要素一、微生物的化学组成一、微生物的化学组成有机物:有机物:蛋白质、糖类、脂类、核酸蛋白质、糖类、脂类、核酸无机物无机物:无机盐和各种离子无机盐和各种离子
2、大量元素:碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等微量元素:锌、锰、钼、硒、钴、铜等锌、锰、钼、硒、钴、铜等占细菌细胞干重的占细菌细胞干重的97%二、微生物的营养要素二、微生物的营养要素六要素六要素:碳源碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水、氮源、能源、生长因子、无机盐和水 营养物质按照它们在机体中的生理作用不同,可以将它们区营养物质按照它们在机体中的生理作用不同,可以将它们区分成六大类。分成六大类。1.碳源碳源在微生物生长过程中能为其提供碳素来源的物质在微生物生长过程中能为其提供碳素来源的物质异养微生物碳源谱碳源谱有机碳无机碳自养微生物目前在微生物工业发酵中
3、所利用的碳源物质主要是单目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。糖、淀粉、麸皮、米糠等。对于为数众多的化能异养微生物来说,碳源是兼有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的营养物。能源功能的营养物。微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、类、烃、CO2等。等。微生物对碳源物质的利用具有选择性微生物对碳源物质的利用具有选择性:如在以葡萄糖和半乳糖为碳源的培养基中,如在以葡萄糖和半乳糖为碳源的培养基中,E.coli首首先利用先利用葡萄糖葡萄糖,然后利用,然后利用半乳糖半乳糖,前者称为大肠杆,前者
4、称为大肠杆菌的菌的速效碳源速效碳源,后者称为,后者称为迟效碳源迟效碳源。微生物对碳源利用能力有差异微生物对碳源利用能力有差异:如如Pseudomonas中的某些种可以利用多达中的某些种可以利用多达90种种以上以上的碳源物质,而一些的碳源物质,而一些产甲烷菌产甲烷菌仅能利用仅能利用CO2和少数和少数1C或或2C化合物。化合物。凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来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。的营养物质称为氮源。2.氮源氮源氮源谱氮源谱有机氮无机氮NH3铵盐硝酸盐N2蛋白质核酸氨基酸尿素 实验室常用的无机氮源有实验室常用的无机氮源有碳酸铵、硝酸盐、硫酸
5、碳酸铵、硝酸盐、硫酸铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏铵、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。等。生产上常用的氮源有生产上常用的氮源有硝酸盐、铵盐、尿素、氨硝酸盐、铵盐、尿素、氨以以及蛋白含量较高的及蛋白含量较高的鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼鱼粉、蚕蛹粉、黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆粉、玉米浆等。等。蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸蛋白氮必须通过水解之后降解成胨、肽、氨基酸等才能被机体利用,这种氮源叫等才能被机体利用,这种氮源叫迟效氮源迟效氮源。无机氮或蛋白质降解物中有机氮源可以直接被菌无机氮或蛋白质降解物中有机氮源可以直接被菌体吸收利用,这种氮源叫做体吸收利用,这种氮源叫做速效氮源速效氮
6、源。速效氮源,通常有利于机体的生长,迟效氮源有速效氮源,通常有利于机体的生长,迟效氮源有利于代谢产物的形成。利于代谢产物的形成。3.能源能源能源:能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营能源:能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能养物或辐射能能源谱能源谱化学物质辐射能化能异养微生物的能源有机物无机物化能自养微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源光辐射能是光辐射能是单功能营养物单功能营养物(能源);还原态的(能源);还原态的NH4+是是双功能双功能营养物营养物(能源和氮源);而氨基酸是(能源和氮源);而氨基酸是三功能营养物三功能营养物(碳源、(碳源、能源和氮源)。能源和氮源)。
7、4.生长因子生长因子(growth factor)生长因子:是一类调节微生物正常代谢所必需,但不生长因子:是一类调节微生物正常代谢所必需,但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物。能用简单的碳、氮源自行合成的有机物。微微 生生 物物 生长因子生长因子 需要量需要量(ml-1)III型肺炎链球菌(型肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)胆碱胆碱 6ug金黄色葡萄球菌(金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)硫胺素硫胺素 0.5ng白喉棒杆菌(白喉棒杆菌(Cornebacterium diphtherriae)B-丙氨酸丙氨酸 1.5ug破伤风梭状芽孢杆菌
8、(破伤风梭状芽孢杆菌(Clostridium tetani)尿嘧啶尿嘧啶 0-4ug肠膜状串珠菌(肠膜状串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)吡哆醛吡哆醛 0.025ug富含物质:富含物质:酵母膏、玉米浆、肝浸液、麦芽汁等酵母膏、玉米浆、肝浸液、麦芽汁等5.矿质元素矿质元素作用作用参与微生物中氨基酸和酶的组成;参与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,维持调节微生物的原生质胶体状态,维持细胞的渗透与平衡细胞的渗透与平衡酶的激活剂。酶的激活剂。大量元素大量元素:P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe(微生物(微生物生长所需浓度在生长所需浓度在10-310-4mo
9、l/L)(K2HPO4和和MgSO4)微量元素微量元素:Cu、Zn、Mn、Mo、Co(微生物生长(微生物生长所需浓度在所需浓度在10-610-8mol/L)一般不需要添加一般不需要添加6.水水生理功能主要有生理功能主要有起到溶剂与运输介质的作用;起到溶剂与运输介质的作用;参与细胞内一系列化学反应;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;维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象;热的良好导体;热的良好导体;水在细胞中有两种存在形式:水在细胞中有两种存在形式:结合水和游离水结合水和游离水.营养体孢子芽孢营养体孢子芽孢微生物对水的需要程度常用环境(或基质)中的微生物对
10、水的需要程度常用环境(或基质)中的水活度值水活度值(water activity,w)表示表示定义:水活度为在一定的温度条件下,溶液的蒸汽压(材定义:水活度为在一定的温度条件下,溶液的蒸汽压(材料上部蒸气相中水浓度)与纯水的蒸汽压(即纯水上部蒸气料上部蒸气相中水浓度)与纯水的蒸汽压(即纯水上部蒸气相中水浓度)之比,相中水浓度)之比,即:即:w=/o 表示溶液的蒸汽压表示溶液的蒸汽压 o表示纯水的蒸汽压表示纯水的蒸汽压几类微生物生长最适几类微生物生长最适 w 微生物微生物 w一般细菌一般细菌 0.91酵母菌酵母菌 0.88霉菌霉菌 0.80噬盐细菌噬盐细菌 0.70噬盐真菌噬盐真菌 0.65嗜高
11、渗酵母嗜高渗酵母 0.60第二节微生物的营养类型第二节微生物的营养类型营养类型:根据微生物生长所需要的主要营养要素不同,而营养类型:根据微生物生长所需要的主要营养要素不同,而划分的微生物类型。划分的微生物类型。根据碳源、能源及电子供体性质的不同根据碳源、能源及电子供体性质的不同,可将微生物分为:可将微生物分为:光能无机自养型光能无机自养型(photolithoautotrphy)光能有机异养型光能有机异养型(photoorganoheterotrphy)化能无机自养型化能无机自养型(chemolithoautotrphy)化能有机自养型化能有机自养型(chemoorganoheterotrop
12、hy)1 1光能无机自养型(光能自养型)光能无机自养型(光能自养型)碳源:碳源:CO2为主要唯一或主要的为主要唯一或主要的能量:能量:光能光能供氢体或电子供体:供氢体或电子供体:以无机物如以无机物如H2、H2S、S等等藻类及蓝细菌以水为电子供体(供氢体),藻类及蓝细菌以水为电子供体(供氢体),红硫细菌,以红硫细菌,以H2S为电子供体,为电子供体,CO2+2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O+2S+2S+H2O2 2光能有机异养型(光能异养型)光能有机异养型(光能异养型)不能以不能以CO2为主要或唯一的碳源;为主要或唯一的碳源;以有机物作为供氢体,利用光能将以有机物作为供氢体,利用光能将C
13、O2还原为细胞物质;还原为细胞物质;在生长时大多数需要外源的生长因子;在生长时大多数需要外源的生长因子;例如,红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体,将例如,红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体,将CO2还原成细胞物质,同时积累丙酮。还原成细胞物质,同时积累丙酮。CHOH+CHOH+CO2H H3 3C CH H3 3C C2光能光能光合色素光合色素2 2 CHCH3 3C0CHC0CH3 3+CH2O+H2O3 3化能无机自养型(化能自养型)化能无机自养型(化能自养型)能量:能量:无机物氧化放出的化学能无机物氧化放出的化学能碳源:碳源:CO2电子供体:电子供体:H2、H2S、Fe2
14、+、NH3或或NONO2 2-等等化能无机自养型只存在于微生物中化能无机自养型只存在于微生物中,如如氢细菌、硫杆菌氢细菌、硫杆菌,可,可在完全无机及无光的环境中生长。在完全无机及无光的环境中生长。4 4化能有机异养型(化能异养型)化能有机异养型(化能异养型)能量:能量:有机物氧化放出的化学能有机物氧化放出的化学能碳源:碳源:有机化合物有机化合物氢供体:氢供体:有机物代谢过程中产生有机物代谢过程中产生有机物通常既是碳源也是能源;有机物通常既是碳源也是能源;大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物;大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物;所有致病微生物均为化能有机异养型微生物
15、;所有致病微生物均为化能有机异养型微生物;不同营养类型之间的界限并非绝对不同营养类型之间的界限并非绝对异养型微生物并非绝对不能利用异养型微生物并非绝对不能利用CO2;自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长;自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长;有些微生物在不同生长条件下生长时有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变;其营养类型也会发生改变;例如紫色非硫细菌例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria):没有有机物时,同化没有有机物时,同化CO2,为为自养型微生物;自养型微生物;有机物存在时,利用有机物进行生长,为有机物存在时,利用有机物进行生长,
16、为异养型微生物异养型微生物;光照和厌氧条件下,利用光能生长,为光照和厌氧条件下,利用光能生长,为光能营养型微生物;光能营养型微生物;黑暗与好氧条件下,依靠有机物氧化产生的化学能生长,为黑暗与好氧条件下,依靠有机物氧化产生的化学能生长,为化能营养型化能营养型微生物微生物微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力第三节营养物质进入细胞的方式第三节营养物质进入细胞的方式营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素:营养物质能否进入细胞取决于三个方面的因素:营养物质本身的性质(相对分子量、质量、溶解性、营养物质本身的性质(相
17、对分子量、质量、溶解性、电负性等电负性等微生物所处的环境(温度、微生物所处的环境(温度、PHPH等);等);微生物细胞的透过屏障(原生质膜、细胞壁、荚微生物细胞的透过屏障(原生质膜、细胞壁、荚膜等)。膜等)。根据物质运输过程的特点根据物质运输过程的特点,可将物质的运输方式分为可将物质的运输方式分为自由扩散自由扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输基团转移基团转移1 1自由扩散自由扩散原生质膜是一种半透性膜,营养物质通过原生质原生质膜是一种半透性膜,营养物质通过原生质膜上的小孔,由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进膜上的小孔,由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进行扩散。行扩散。特点特点物质在扩散过程中
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