微生物的營(yíng)養(yǎng)

1、第四章 微生物的營(yíng)養(yǎng)1細(xì)胞從外界環(huán)境中攝取化學(xué)物質(zhì)，使其在生長(zhǎng)過程中獲取生命活動(dòng)所需的能量及其結(jié)構(gòu)物質(zhì)的生理過程稱為營(yíng)養(yǎng)或營(yíng)養(yǎng)作用。2第一節(jié) 微生物細(xì)胞的化學(xué)組成從微生物細(xì)胞的組成來看，都是含有碳、氫、氮和各種礦質(zhì)元素，由這些元素組成細(xì)胞中有機(jī)和無機(jī)成分，其中主要是水分、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、核酸和無機(jī)鹽。微生物細(xì)胞中水分含量最多，干物質(zhì)中碳、氮、氫、氧四種元素約占9097，還有礦質(zhì)元素磷、鐵、銅、錳等。3組成微生物細(xì)胞的各類化學(xué)元素的比例常因微生物種類的不同而不同。不僅如此，微生物細(xì)胞的化學(xué)元素組成也常隨菌齡及培養(yǎng)條件的不同而在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化。4第二節(jié) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其功能營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要功

2、用：供給微生物合成細(xì)胞物質(zhì)的原料；用以產(chǎn)生能量；有的營(yíng)養(yǎng)物如維生素主要用于調(diào)節(jié)新陳代謝。5一 、碳源凡是構(gòu)成微生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中碳架來源的營(yíng)養(yǎng)物稱為碳源。碳源既是微生物的組成成分，又是微生物的能量來源。微生物可以利用的碳源范圍極廣，分為有機(jī)碳源和無機(jī)碳源兩大類，糖類是最廣泛利用的碳源。6碳源物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)變化后成為微生物自身的細(xì)胞物質(zhì)(如碳水化合物、脂、蛋白質(zhì)等)和代謝產(chǎn)物，碳可占一般細(xì)菌細(xì)胞干重的一半。7二、氮源：凡是能提供微生物生長(zhǎng)繁殖所需氮元素的營(yíng)養(yǎng)源，稱為氮源。氮是組成微生物蛋白質(zhì)、酶和核酸的成分。 能利用的氮源種類十分廣泛?？諝庵蟹肿討B(tài)的氮、無機(jī)和有機(jī)氮。8氮源這

3、類物質(zhì)主要用來合成細(xì)胞中的含氮物質(zhì)，一般不作為能源，只有少數(shù)自養(yǎng)微生物能利用銨鹽、硝酸鹽同時(shí)作為氮源與能源。不同種類的微生物對(duì)氮源的需要也不盡相同。微生物培養(yǎng)時(shí)最常用的有機(jī)氮源是牛肉膏、酵母膏等，蛋白胨（部分水解蛋白質(zhì)）是許多微生物良好的氮源。9從微生物所能利用的氮源種類來看，存在著一個(gè)明顯的界限：一部分微生物是不需要利用氨基酸作氮源的，它們能把尿素、銨鹽甚至氮?dú)獾群?jiǎn)單氮源自行合成所需要的一切氨基酸，稱為氨基酸自養(yǎng)型生物。凡需要從外界吸收現(xiàn)成的氨基酸作氮源的微生物就是氨基酸異養(yǎng)型生物。10三、水水是細(xì)胞維持正常生命活動(dòng)所必不可少的，一般可占細(xì)胞重量的7090%。在微生物各種各樣的生理活動(dòng)中必須

4、有水參加才能進(jìn)行。11水是一種最優(yōu)良的溶劑，可保證幾乎一切生物化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行水可維持各種生物大分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并參與某些重要的生物化學(xué)反應(yīng)。水還有許多優(yōu)良的物理性質(zhì)，諸如高比熱、高汽化熱、高沸點(diǎn)以及固態(tài)時(shí)密度小于液態(tài)等，都是保證生命活動(dòng)十分重要的特性。12四、無機(jī)鹽主要有P、S、 Mg、 K、 Ca、 Na、F微量元素等；無機(jī)鹽是微生物生長(zhǎng)必不可少的一類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),它們?cè)跈C(jī)體中的生理功能主要是作為酶活性中心的組成部分、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)胞的滲透壓平衡、控制細(xì)胞的氧化還原電位和作為某些微生物生長(zhǎng)的能源物質(zhì)等。13主要元素包括磷、硫、鉀、鎂、鈣、鈉等。微量元素包括鋅、錳

5、、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。在配制培養(yǎng)基時(shí)，首選加入磷酸氫二鉀和硫酸鎂，基本時(shí)可以同時(shí)提供4種需要量最大的元素。14五、生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子通常指那些微生物生長(zhǎng)所必需且需要量很小,而且微生物自身不能合成或合成量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)化合物。根據(jù)生長(zhǎng)因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和它們?cè)跈C(jī)體中的生理功能的不同,可將生長(zhǎng)因子分為維生素(vitamin)、氨基酸與嘌呤及嘧啶三大類。生長(zhǎng)因子可以從酵母膏、玉米漿、麥芽汁、血液或血清中獲得。15維生素氨基酸類嘌呤、嘧啶及其衍生物16根據(jù)微生物對(duì)生長(zhǎng)因子的需要情況的不同，可將微生物分為生長(zhǎng)因子自養(yǎng)型微生物、生長(zhǎng)因子異養(yǎng)型微生物和生長(zhǎng)因子過量合成的微生物。17第三

6、節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)類型 根據(jù)微生物對(duì)碳源的要求不同，可將其分為自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌兩大營(yíng)養(yǎng)類型。凡能利用無機(jī)碳合成菌體內(nèi)有機(jī)碳化物的，叫自養(yǎng)菌；不能利用無機(jī)碳而需要有機(jī)碳才能合成菌體內(nèi)有機(jī)碳化物的，為異養(yǎng)菌。根據(jù)其生命活動(dòng)所需能量的來源不同，可分為光能營(yíng)養(yǎng)菌和化能營(yíng)養(yǎng)菌。前者是從光線中獲得能量，后者則從化學(xué)物質(zhì)氧化中取得能量。因此，根據(jù)微生物所需的碳源和能源不同，可將微生物分為光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌、化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌等四類。18根據(jù)碳源、能源及電子供體性質(zhì)的不同可分為:光能自養(yǎng)型: 以光為能源，以CO2 為唯一或主要碳源,不依賴任 何有機(jī)物即可正常生長(zhǎng)光能異養(yǎng)型: 以光為能源，但生長(zhǎng)需要一定的有

7、機(jī)營(yíng)養(yǎng). 化能自養(yǎng)型:以無機(jī)物的氧化獲得能量，生長(zhǎng)不依賴有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物化能異養(yǎng)型:以有機(jī)物的氧化獲得能量，生長(zhǎng)依賴于有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)光能自養(yǎng)型和光能異養(yǎng)型微生物可利用光能生長(zhǎng)，在地球早期生態(tài)環(huán)境的演化過程中起重要作用19微生物的營(yíng)養(yǎng)類型 營(yíng)養(yǎng)類型 主要（或唯一）碳源 能源 代表菌 光能自養(yǎng)型 二氧化碳 光能 藍(lán)細(xì)菌 光能異養(yǎng)型 有機(jī)物 光能 紅螺細(xì)菌 化能自養(yǎng)型 二氧化碳 無機(jī)物 硫桿菌 化能異養(yǎng)型 有機(jī)物 有機(jī)物 大腸桿菌 20第四節(jié) 微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收方式 外界環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)只有被微生物吸收到細(xì)胞內(nèi)，才能被微生物分解與利用，微生物生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生的一些代謝產(chǎn)物也必須分泌到細(xì)胞外，在這兩個(gè)過程中，

8、細(xì)胞膜起著重要作用。目前一般認(rèn)為，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要以擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸和基團(tuán)轉(zhuǎn)位四種方式通過微生物細(xì)胞膜。21一、被動(dòng)擴(kuò)散指疏水性雙分子層細(xì)胞膜在無載體蛋白參與下，單純依靠物理擴(kuò)散方式讓許多小分子、非電離分子尤其是親水性分子被動(dòng)通過的一種物質(zhì)運(yùn)送方式。主要有氧、二氧化碳、乙醇和某些氨基酸分子。2223二、促進(jìn)擴(kuò)散指溶質(zhì)在運(yùn)送過程中，必須借助存在于細(xì)胞膜上的底物特異載體蛋白的協(xié)助，但不消耗能量的一類擴(kuò)散性運(yùn)送方式。2425促進(jìn)擴(kuò)散與被動(dòng)擴(kuò)散的主要區(qū)別在于通過促進(jìn)擴(kuò)散進(jìn)行跨膜運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)需要借助與載體(carrier)的作用才能進(jìn)入細(xì)胞.而且每種載體只運(yùn)輸相應(yīng)的物質(zhì),具有較高的專一性。 26三、主

9、動(dòng)運(yùn)輸指一類須提供能量并通過細(xì)胞膜上特異性載體蛋白構(gòu)象的變化，而使膜外環(huán)境中低濃度的溶質(zhì)運(yùn)入膜內(nèi)的一種運(yùn)送方式。27 ATP ADP + Pi 恢復(fù)原構(gòu)像再循環(huán)耗能構(gòu)像 改變膜上膜外膜內(nèi)移位結(jié)合12主動(dòng)運(yùn)輸特點(diǎn)：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。 被運(yùn)送物質(zhì)不發(fā)生任何變化。28運(yùn)送對(duì)象舉例：氨基酸、乳糖等糖類，Na+、Ca2+等無機(jī)離子。29四、基團(tuán)轉(zhuǎn)移指一類既需特異性載體蛋白的參與，又需耗能的一種物質(zhì)運(yùn)送方式，其特點(diǎn)使溶質(zhì)在運(yùn)送前后還會(huì)發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變化，因此不同于一般的主動(dòng)運(yùn)送。30運(yùn)送對(duì)象舉例：葡萄糖、果糖、甘露糖、嘌呤、

10、核苷、脂肪酸等。運(yùn)送機(jī)制主要靠磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)。31運(yùn)輸方式濃度載體耗能運(yùn)送分子發(fā)生變化單純擴(kuò)散高低不需要不耗能不變化促進(jìn)擴(kuò)散高低需要不耗能不變化主動(dòng)運(yùn)輸?shù)透咝枰哪懿蛔兓鶊F(tuán)轉(zhuǎn)位低高需要耗能變化運(yùn)輸方式：32第五節(jié) 培養(yǎng)基 培養(yǎng)基是人工配制的適合于不同微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。 3334一、培養(yǎng)基的類型 1.合成培養(yǎng)基： 由已知化學(xué)藥品配成,成分和濃度都已完全知道,每一次配制也基本恒定。這種培養(yǎng)基成分精確，重復(fù)性強(qiáng)，多用于實(shí)驗(yàn)室,費(fèi)用較高。如：高氏一號(hào)培養(yǎng)基（淀粉硝酸鹽培養(yǎng)基）放線菌 察氏培養(yǎng)基（蔗糖硝酸鹽培養(yǎng)基）真菌根據(jù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來源不同分為352.天然培養(yǎng)基: 化學(xué)成分不完全了解

11、或化學(xué)成分不恒定的天然有機(jī)物配制的培養(yǎng)基。如動(dòng)植物汁液,土壤浸出液, 等配制成培養(yǎng)基。配制方便，經(jīng)濟(jì)。如：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基細(xì)菌 麥芽汁培養(yǎng)基酵母菌36牛肉膏 瘦牛肉組織浸出汁濃縮而成的膏狀物質(zhì)，富含水溶性碳水化合物，有機(jī)氮化合物，維生素，鹽等。蛋白胨 將肉，酪素或明膠用酸或蛋白酶水解后干燥而成的粉末狀物質(zhì)，富含有機(jī)氮化合物，也含有一些維生素和碳水化合物。酵母膏 酵母細(xì)胞的水溶性提取物濃縮而成的膏狀物質(zhì) ，富含類維生素，也含有有機(jī)氮化合物和碳水化合物。37 3.半合成培養(yǎng)基:由成分已知的物質(zhì)和成分未知的天然物質(zhì)配制而成的培養(yǎng)基,如PDA培養(yǎng)基。如：馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基真菌38 根據(jù)培養(yǎng)基物理狀態(tài)分

12、 液體培養(yǎng)基:配制后不加任何凝固劑。 半固體培養(yǎng)基:在液體培養(yǎng)基上加進(jìn)一定凝固劑,在液體培養(yǎng)基中如加0.5%瓊脂,可以用來觀察細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的特征,鑒定菌種,測(cè)定抗菌素的效價(jià)等。 固體培養(yǎng)基:在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑(如1.5-2.0%瓊脂)。固體培養(yǎng)基為微生物的生長(zhǎng)提供了一個(gè)營(yíng)養(yǎng)表面,在這個(gè)表面生長(zhǎng)微生物可形成單個(gè)菌落,用于微生物的分離,鑒定,計(jì)數(shù),保管。脫水培養(yǎng)基：指含有除水分以外的一切成分的商品培養(yǎng)基，使用時(shí)只要加入適量水分并加以滅菌即可，其成分精確且使用方便。 39常用的凝固劑有瓊脂(agar)、明膠(gelatin)和硅膠(silica gel)。 瓊脂與明膠若干特性的比較40粘液型菌落菌

13、膜菌沉淀均勻渾濁對(duì)照固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基41根據(jù)培養(yǎng)基的用途來分基礎(chǔ)培養(yǎng)基：滿足一般微生物生長(zhǎng)繁殖所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。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:在自然界中各種微生物通常是混雜在一起的，了解了某一些微生物的營(yíng)養(yǎng)要求，配制適合這種微生物生長(zhǎng)而不適合其他微生物生長(zhǎng)的培養(yǎng)基，就達(dá)到了從自然界中分離這種微生物的目的，這種培養(yǎng)基就稱為加富培養(yǎng)基。一般常加入血、血清或動(dòng)植物提取液等?！巴镀渌谩?42選擇性培養(yǎng)基:根據(jù)不同的微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的特殊要求,或?qū)ξ锢砘瘜W(xué)條件的抗性而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基,利用這一類培養(yǎng)基可以把需要微生物從混雜的其他微生物分離和確定。 “取其所抗”鑒別培養(yǎng)基

14、:在培養(yǎng)基中加入某種特殊化學(xué)物質(zhì),某種微生物在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)后能產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物,而這種代謝產(chǎn)物可以與培養(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)生明顯的特征性變化,根據(jù)這種特征性變化,可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來。43最常見的鑒別性培養(yǎng)基是伊紅美藍(lán)乳糖培養(yǎng)基，即EMB培養(yǎng)基。它在飲用水、牛奶的大腸菌群數(shù)等細(xì)菌學(xué)檢查和大腸桿菌的遺傳學(xué)研究工作中有著重要的用途。44二、 培養(yǎng)基配制原則 1.目的明確：根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。2.營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)：注意營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度比和C/N比。 （C/N比是指在微生物培養(yǎng)基中所含的碳源中的碳原子摩爾數(shù)與氮源中的氮摩爾數(shù)之比。）453.理化適宜：調(diào)節(jié)適宜的pH值。 pH 的內(nèi)源調(diào)節(jié)：借