微生物的營養(yǎng)課件

細(xì)胞膜是控制營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的主要屏障，具選擇通透性。影響營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的主要因素：(1)營養(yǎng)物質(zhì)的性質(zhì)（分子質(zhì)量，電負(fù)性，結(jié)構(gòu)等）(2)細(xì)胞所處的環(huán)境（溫度，pH值，滲透壓，表面活性劑等）(3)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能（種類，菌齡，生理狀態(tài)，代謝活性）第三節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式一、營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式1、單純擴(kuò)散(simplediffusion)2、促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion)3、主動(dòng)運(yùn)輸(activetransport)4、基團(tuán)移位(grouptranslocation)1.單純擴(kuò)散（simplediffusion）又稱“被動(dòng)擴(kuò)散”（passivetransport）屬物理擴(kuò)散。不需能量，無載體參與，以濃差為動(dòng)力，高濃向低濃擴(kuò)散特點(diǎn)：非特異性，高濃向低濃擴(kuò)散；有一定選擇性（原生質(zhì)膜上含水小孔的大小和形狀）；不發(fā)生反應(yīng)，性質(zhì)（結(jié)構(gòu)）不變；不需能，依靠濃差；運(yùn)送速度隨濃差降低而減小。2.促進(jìn)擴(kuò)散（facilitateddiffusion）載體蛋白參與，不需能量，以濃差為動(dòng)力，由高濃向低濃運(yùn)送。運(yùn)送物質(zhì)：糖，氨基酸（真核微生物中作用明顯）；甘油（沙門氏菌，非原核生物的重要運(yùn)輸方式）；載體只影響物質(zhì)的運(yùn)輸速率，并不改變該物質(zhì)在膜內(nèi)外形成的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)（促進(jìn)擴(kuò)散速度比單純擴(kuò)散快）；這種性質(zhì)類似于酶的作用特征，因此載體蛋白也稱為透過酶；透過酶大都是誘導(dǎo)酶,只有在環(huán)境中存在機(jī)體生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，相應(yīng)的透過酶才合成。濃度梯度運(yùn)輸速度被動(dòng)擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散特點(diǎn)：質(zhì)膜上的載體蛋白具較高的專一性；被運(yùn)輸物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化；運(yùn)輸速率與胞內(nèi)外營養(yǎng)物質(zhì)的濃度差成正比，當(dāng)濃度差達(dá)到一定值時(shí)，載體產(chǎn)生飽和效應(yīng)，運(yùn)輸速度不再隨胞內(nèi)外物質(zhì)的濃度差的增加而增加。3.主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）一類需要提供能量（包括ATP、質(zhì)子動(dòng)勢或離子泵等）并通過細(xì)胞膜上特異性載體蛋白構(gòu)型的變化，而使膜外環(huán)境中低濃度的溶質(zhì)運(yùn)入膜內(nèi)的一種物質(zhì)運(yùn)送方式。運(yùn)輸物質(zhì)所需能量來源：好氧型微生物與兼性厭氧微生物直接利用呼吸能；厭氧型微生物利用化學(xué)能(ATP)；光合微生物利用光能；嗜鹽細(xì)菌通過紫膜利用光能4.基團(tuán)轉(zhuǎn)位(grouptranslocation)需載體蛋白，耗能，被運(yùn)送物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化特點(diǎn)：需能量；需載體蛋白；逆濃差運(yùn)輸；運(yùn)輸具有專一性；物質(zhì)在運(yùn)送過程中發(fā)生化學(xué)變化（磷酸化），磷酸基團(tuán)來源于PEP(1)PEP+HPr磷酸~HPr+丙酮酸磷酸~HPr+葡萄糖6-磷酸葡萄糖+HPr運(yùn)送機(jī)制：磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（PTS）包括:酶Ⅰ（非特異性，胞內(nèi)）酶Ⅱa（非特異性，胞內(nèi)）酶Ⅱb（特異性，親水性，接近膜）酶Ⅱc（特異性，疏水性，膜上）HPr（熱穩(wěn)載體蛋白）（非特異性，膜上）基團(tuán)轉(zhuǎn)位主要存在于厭氧型和兼性厭氧型細(xì)菌中，主要用于糖的運(yùn)輸。目前尚未在好氧型細(xì)菌及真核生物中發(fā)現(xiàn)這種運(yùn)輸方式；尚未發(fā)現(xiàn)氨基酸通過這種方式運(yùn)輸。一、培養(yǎng)基的種類1．按對培養(yǎng)基成份的了解情況劃分（1）天然培養(yǎng)基(complexmedium)定義：指利用動(dòng)植物、微生物或其它天然來源的難以確切知道其化學(xué)成分的原料所配成的培養(yǎng)基。

培養(yǎng)基可分為天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基和半合成培養(yǎng)基。特點(diǎn)：培養(yǎng)基化學(xué)成分復(fù)雜，營養(yǎng)豐富，原料來源充足，價(jià)格低廉。用途：適宜于實(shí)驗(yàn)室和大生產(chǎn)之用。舉例：培養(yǎng)酵母和霉菌的麥芽汁培養(yǎng)基屬于此類。實(shí)驗(yàn)室常用的天然營養(yǎng)物質(zhì)（2）合成培養(yǎng)基(syntheticmedium)定義：采用已知化學(xué)成分的純試劑所配成的培養(yǎng)基，也稱組合培養(yǎng)基(chemicallydefinedmedium)。特點(diǎn)：這類培養(yǎng)基成分明確，重復(fù)性強(qiáng)。用途：適用于做分類鑒定，生物測定、選種育種等方面的研究。舉例：培養(yǎng)放線菌的高氏一號(hào)培養(yǎng)基，培養(yǎng)真菌的查氏培養(yǎng)基。2．根據(jù)物理狀態(tài)劃分固體培養(yǎng)基(solidmedium)半固體培養(yǎng)基(semi-solidmedium)液體培養(yǎng)基(liquidmedium)天然固體基質(zhì)制成的固體培養(yǎng)基，如馬鈴薯塊、麩皮培養(yǎng)基；二是在液體培養(yǎng)基中添加凝固劑而制成的固體培養(yǎng)基。用于微生物分離、鑒定、計(jì)數(shù)、測定、保藏等,生產(chǎn)上固體種子培養(yǎng)，某些產(chǎn)品的發(fā)酵培養(yǎng)基。液體培養(yǎng)基中加入少量的凝固劑而使之呈半固體狀態(tài)的一類培養(yǎng)基。(0.2～0.7％瓊脂)。常用于觀察細(xì)菌運(yùn)動(dòng)特征，噬菌體效價(jià)鑒定以及厭氧菌培養(yǎng)等。不含任何凝固劑，其組分均勻，呈液體狀態(tài)，用途廣泛。常用于微生物生理代謝的各種研究，也是大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)上普遍采用的培養(yǎng)基。凝固劑特點(diǎn)和種類①不被微生物液化、分解和利用；②在微生物生長的溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài)；③凝固點(diǎn)的溫度對微生物無害；④不會(huì)因高溫滅菌而受到破壞；⑤透明度好、凝固力強(qiáng)；⑥配制方便，價(jià)格低廉。理想的凝固劑應(yīng)具備以下條件：瓊脂和明膠用作凝固劑的性能比較凝固劑微生物利用程度融化溫度凝固點(diǎn)化學(xué)本質(zhì)常用量瓊脂絕大多數(shù)不利用96℃40~45℃聚半乳糖硫酸酯0.5~2%明膠大多數(shù)利用（作氮源）25℃20℃動(dòng)物蛋白5~12%（1）鑒別培養(yǎng)基(differentialmedium)一類含有某種代謝產(chǎn)物指示劑的培養(yǎng)基。微生物在這類培養(yǎng)基上生長后，分泌的代謝產(chǎn)物與指示劑起反應(yīng)產(chǎn)生某種明顯的特征性變化，根據(jù)這種變化將該種微生物與其它微生物區(qū)分開來。3．按功能劃分培養(yǎng)基分成鑒別培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基舉例（2）選擇培養(yǎng)基(selectivemedium)根據(jù)某類微生物的特殊營養(yǎng)要求或?qū)δ撤N物理化學(xué)因子的抗性而設(shè)計(jì)出來的一類培養(yǎng)基。即根據(jù)被分離微生物的特性，采用“投其所好、取其所抗”的原則設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基。

目的：增殖少數(shù)手段：“投其所好”混合樣品

選擇性培養(yǎng)基

成為中劣勢菌

優(yōu)勢菌目的：抑制多數(shù)菌手段：“取其所抗”選擇培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基+嗜好營養(yǎng)物基礎(chǔ)培養(yǎng)基+抑制劑以纖維素或石蠟油為唯一碳源的選擇性培養(yǎng)基，可以從混雜的微生物群體中分離出能分解纖維素或石蠟油的微生物。缺乏氮源的選擇性培養(yǎng)基可用來分離固氮微生物任何培養(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：

0.1MPa,(121℃),15-30min；0.056MPa,(112.6℃),15-30min有時(shí)某些成分進(jìn)行分別滅菌；加熱容易造成結(jié)構(gòu)破壞的成分需過濾除菌二、配制培養(yǎng)基的原則配制培養(yǎng)基的4個(gè)基本原則：1.營養(yǎng)協(xié)調(diào)；2.物理、化學(xué)條件適宜；3.目的明確；4.經(jīng)濟(jì)節(jié)約1.營養(yǎng)協(xié)調(diào)營養(yǎng)物質(zhì)的濃度適宜；營養(yǎng)物質(zhì)之間的配比適宜。高濃度糖類物質(zhì)、無機(jī)鹽、重金屬離子等不僅不能維持和促進(jìn)微生物的生長，反而起到抑制或殺菌作用。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(或)代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比(C/N)的影響較大。C/N比：培養(yǎng)基所含碳源中碳原子的摩爾數(shù)與氮源中氮原子的摩爾數(shù)之比。發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時(shí)：C/N比為4/1時(shí)，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；C/N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。2.理化條件適宜（1）滲透壓；（2）pH值；（3）氧化還原電位；滲透壓大小由溶液中所含的分子或離子的質(zhì)點(diǎn)數(shù)決定。等重的物質(zhì)，如果其分子或離子越小，則質(zhì)點(diǎn)數(shù)越多，因而產(chǎn)生的滲透壓越大。等滲溶液：適宜微生物生長；高滲溶液：細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離；低滲溶液：細(xì)胞吸水膨脹（1）滲透壓（osmoticpresure）和水活度（2）pH培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。通常培養(yǎng)條件：細(xì)菌：pH7.0~8.0;放線菌：pH7.5~8.5;酵母菌：pH3.8~6.0;霉菌：pH4.0~5.8;

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。內(nèi)源調(diào)節(jié)緩沖液：K2HPO4/KH2PO4（pH6.4~7.2）調(diào)節(jié)方式固體碳酸鹽：CaCO3

外源調(diào)節(jié)：流加酸或堿調(diào)節(jié)pH值的方法還有流加碳源（降低pH）或氮源(升高pH)，也可以通過控制通氣量。（3）氧化還原電位氧化還原電位又稱氧化還原電勢（redoxpotential），是度量某氧化還原系統(tǒng)中的還原劑釋放電子或氧化劑接受電子趨勢的一種指標(biāo)，其單位是V（伏）或mV（毫伏）。不同類型微生物生長對氧化還原電位(Ф)的要求不同好氧性微生物：+0.1伏以上時(shí)可正常生長,以+0.3～+0.4伏為宜；厭氧性微生物：低于+0.1伏條件下生長；兼性厭氧微生物：+0.1伏以上時(shí)進(jìn)行好氧呼吸,+0.1伏以下時(shí)進(jìn)行發(fā)酵。氧化還原電位與氧分壓和pH有關(guān),也受某些微生物代謝產(chǎn)物的影響增加通氣量(如振蕩培養(yǎng)、攪拌)提高培養(yǎng)基的氧分壓，或加入氧化劑，從而增加Ф值；培養(yǎng)基中加入抗壞血酸(0.1%)、硫化氫(0.025%)、半胱氨酸(<0.05%)、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇、庖肉等還原性物質(zhì)可降低Ф值。培養(yǎng)基中加入氧化還原指示劑刃天青可對氧化還原電位進(jìn)行間接測定刃天青在無氧條件下呈無色；在有氧條件下，其顏色與溶液的pH有關(guān)，一般在中性時(shí)呈紫色，酸性時(shí)為紅色；在微含氧溶液中，呈粉紅色。3.目的明確實(shí)驗(yàn)室的常用培養(yǎng)基：細(xì)菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（或普通肉湯培養(yǎng)基）；放線菌：高氏1號(hào)合成培養(yǎng)基；酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基；霉菌：查氏合成培養(yǎng)基；實(shí)驗(yàn)室一般培養(yǎng)：普通常用培養(yǎng)基；遺傳研究：成分清楚的合成培養(yǎng)基；生理、代謝研究：選用相應(yīng)的培養(yǎng)基配方。例如枯草芽孢桿菌：一般培養(yǎng)：肉湯培養(yǎng)基或LB培養(yǎng)基；自然轉(zhuǎn)化：基礎(chǔ)培養(yǎng)基；觀察芽孢：生孢子培養(yǎng)基；產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基4、經(jīng)濟(jì)節(jié)約配制培養(yǎng)基時(shí)應(yīng)盡量利用廉價(jià)且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基成份,特別是在發(fā)酵工業(yè)中,以降低生產(chǎn)成本。以粗代精以“野”代“家”以廢代好粗原料營養(yǎng)更完全，效果更好,價(jià)格便宜。以野生植物原料代替栽培植物原料，如木薯、橡子、薯芋等都是富含淀粉質(zhì)的野生植物，可以部分取代糧食。糖蜜、乳清、豆制品工業(yè)廢液及造紙黑廢液等都可作為培養(yǎng)基的原料。以纖代糖以無機(jī)氮代蛋白開發(fā)利用纖維素這種世界上含量最豐富的可再生資源。將大量的纖維素農(nóng)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)飼料、工業(yè)發(fā)酵原料、燃料及人類的食品及飲料。以大氣氮、銨鹽、硝酸鹽或尿素等一類非蛋白質(zhì)或非氨基酸廉價(jià)原料用作發(fā)酵培養(yǎng)基的原料，讓微生物轉(zhuǎn)化成菌體蛋白質(zhì)或含氮的發(fā)酵產(chǎn)物供人們利用。以簡代繁某藥廠改進(jìn)鏈霉素發(fā)酵培養(yǎng)基，設(shè)法減去30-50%的黃豆餅粉、25%的葡萄糖和20%硫酸銨，結(jié)果反而提高了產(chǎn)量。三、培養(yǎng)基確定的四種方法1.進(jìn)行生態(tài)模擬，研究某種微生物的培養(yǎng)條件；2.文獻(xiàn)查閱，設(shè)計(jì)特定微生物的培養(yǎng)基配方；3.精心設(shè)計(jì)（正交設(shè)計(jì)等優(yōu)選法）4.試驗(yàn)比較，確定特定微生物的最佳培養(yǎng)條件微生物與發(fā)酵工業(yè)的關(guān)系1.菌種篩選根據(jù)抗性、碳源、氮源篩選不同的工業(yè)微生物菌種例如從自然界篩