高職版環(huán)境微生物第三章微生物的營(yíng)養(yǎng)及生長(zhǎng)

2023/10/141第三章微生物的營(yíng)養(yǎng)及生長(zhǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、掌握微生物的營(yíng)養(yǎng)要素及其生理功能、培養(yǎng)基的類(lèi)型；

2、了解微生物細(xì)胞的化學(xué)組成，培養(yǎng)基的配制原則和幾種常用的培養(yǎng)基。2023/10/142第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求第二節(jié) 培養(yǎng)基2023/10/143

第一節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)要求

一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成

二、營(yíng)養(yǎng)要素及其生理功能2023/10/144

一、微生物細(xì)胞的化學(xué)組成（一）化學(xué)元素(chemicalelement):大量元素(macroelement):碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣、鐵（其中前六種占細(xì)菌細(xì)胞干重的97%）。微量元素(traceelement):

鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼。2023/10/145（二）微生物細(xì)胞的化學(xué)成分及分析微生物細(xì)胞中的各種化學(xué)元素的存在形式：主要以水、有機(jī)物、無(wú)機(jī)物的形式存在于細(xì)胞中。微生物細(xì)胞的化學(xué)組成的影響因素：微生物種類(lèi)、菌齡、培養(yǎng)條件。

2023/10/146元素細(xì)菌酵母菌霉菌

碳5049.847.9氮1512.45.2氫86.76.7氧2031.140.2磷3——硫1——微生物細(xì)胞中幾種主要化學(xué)元素的含量（干重）/％2023/10/147（三）化學(xué)元素在細(xì)胞內(nèi)存在形式1．有機(jī)物：蛋白質(zhì)、糖、脂類(lèi)、核酸、維生素及其降解產(chǎn)物。2．無(wú)機(jī)物：1)與有機(jī)物結(jié)合；2)單獨(dú)存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)以無(wú)機(jī)鹽的形式存在。3、水：約占細(xì)胞總重70%～90%，以游離水和結(jié)合水兩種形式存在。游離水：干重法可測(cè)得；結(jié)合水：不易蒸發(fā)、不凍結(jié)、也不能滲透,占水總量的17%—28%。2023/10/148二、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能（一）碳源（carbonsource）（二）氮源（nitrogensource）（三）無(wú)機(jī)鹽（mineralsalts）（四）生長(zhǎng)因子（growthfactor）

（五）水（water）2023/10/1492023/10/1410（一）碳源（Carbonsource）定義：可被用來(lái)構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中碳素來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。功能：提供合成細(xì)胞物質(zhì)及代謝物的原料；為整個(gè)生理活動(dòng)提供所需要能源（異養(yǎng)微生物）。種類(lèi):無(wú)機(jī)含碳化合物：如CO2和碳酸鹽等；有機(jī)含碳化合物：糖與糖的衍生物（多糖：如淀粉、麩皮、米糠等；飴糖；單糖），脂類(lèi)、醇類(lèi)、有機(jī)酸、烴類(lèi)、芳香族化合物以及各種含碳的化合物。2023/10/1411微生物的碳源譜類(lèi)型元素化合物培養(yǎng)基原料有機(jī)碳C·H·O·N·X復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、蛋白胨、花生餅粉等C·H·O·N多數(shù)氨基酸、簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)等一般氨基酸、明膠等C·H·O糖、有機(jī)酸、醇、脂類(lèi)等葡萄糖、蔗糖、各種淀粉、糖蜜等C·H烴類(lèi)天然氣、石油及其不同餾份、石蠟油等無(wú)機(jī)碳C——C·OCO2CO2C·O·XNaHCO3NaHCO3、CaCO3等2023/10/1412微生物利用碳源物質(zhì)具有選擇性。速效碳源：能優(yōu)先、快速被微生物利用。遲效碳源：微生物滯后吸收、利用。

分類(lèi)具有相對(duì)性。例：?jiǎn)翁?、雙糖、淀粉、纖維素、純多糖及雜多糖等。

工業(yè)發(fā)酵中：多用飴糖、糖蜜（副產(chǎn)品）、麩皮、米糠等。代糧發(fā)酵具有重要意義。2023/10/1413（二）氮源（Nitrogensource）：定義：凡用來(lái)構(gòu)成菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中氮素來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)源。種類(lèi)：1）無(wú)機(jī)氮：銨鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、尿素、氨、N2等；2）有機(jī)氮：蛋白質(zhì)及其降解產(chǎn)物（如胨、肽、氨基酸等）、牛肉膏、魚(yú)粉、花生餅粉、黃豆餅粉、玉米漿等功能：

提供合成細(xì)胞中含氮物，如蛋白質(zhì)、核酸以及含氮代謝物等的原料，供細(xì)胞生長(zhǎng)及產(chǎn)物積累。極少數(shù)細(xì)菌還以銨鹽、硝酸鹽等氮源為能源。2023/10/1414微生物的氮源譜類(lèi)型元素化合物培養(yǎng)基原料有機(jī)氮N·C·H·O·X復(fù)雜蛋白質(zhì)、核酸等牛肉膏、酵母膏、餅粕粉、蠶蛹粉等N·C·H·O尿素、一般氨基酸、簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)等尿素、蛋白胨、明膠等無(wú)機(jī)氮N·HNH3、銨鹽等(NH4)2SO4等N·O硝酸鹽等KNO3等NN2空氣2023/10/1415

實(shí)驗(yàn)室常用氮源有碳酸銨、硝酸鹽、硫酸銨、尿素、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏等。工業(yè)生產(chǎn)常用的氮源有魚(yú)粉、蠶蛹粉、黃豆餅粉、花生餅份、玉米漿等。大分子蛋白質(zhì)必須通過(guò)水解之后降解成多肽、氨基酸后才能被機(jī)體利用，這種氮源叫遲效氮源。無(wú)機(jī)氮源或以蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物形式存在的有機(jī)氮源可以直接被菌體吸收利用，這種氮源叫做速效氮源。速效氮源有利于機(jī)體的快速生長(zhǎng)，遲效氮源有利于代謝產(chǎn)物的形成。實(shí)際發(fā)酵生產(chǎn)中，需按一定比例混和。2023/10/1416三聚氰胺與三鹿“毒奶粉”事件

的背后真相！三聚氰胺(分子式C3H6N6)的最大特點(diǎn)是含氮量很高，達(dá)66.6%，是牛奶的151倍，是奶粉的23倍。每100g牛奶中添加0.1克三聚氰胺，就能提高0.4%蛋白質(zhì)，而其成本很低，“有人估算過(guò)，在植物蛋白粉和飼料中使蛋白質(zhì)增加1個(gè)百分點(diǎn)，用三聚氰胺的花費(fèi)只有真實(shí)蛋白原料的1/5”。三聚氰胺本屬于化工原料，無(wú)色無(wú)味結(jié)晶粉末狀，是不允許添加到食品中的，所以現(xiàn)有檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)包含相應(yīng)內(nèi)容。但動(dòng)物長(zhǎng)期攝入三聚氰胺會(huì)造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，膀胱、腎部結(jié)石，并可進(jìn)一步誘發(fā)膀胱癌。人的利欲熏心和唯利是圖，使我們每個(gè)人都在為道德淪喪買(mǎi)單，是另一個(gè)人性良知的警鐘。

2023/10/1417（三）無(wú)機(jī)鹽（inorganicsalt）定義：為微生物細(xì)胞生長(zhǎng)提供除碳、氮源以外的多種重要元素（包括大量元素和微量元素）的物質(zhì)，多以無(wú)機(jī)鹽的形式供給。大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe（微生物生長(zhǎng)所需濃度在10-3~10-4mol/L）微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co（微生物生長(zhǎng)所需濃度在10-6~10-8mol/L）一般微生物生長(zhǎng)所需要的無(wú)機(jī)鹽有：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鈉、鉀、鎂、鐵等金屬元素的化合物。2023/10/1418無(wú)機(jī)鹽生理功能：

a.構(gòu)成微生物細(xì)胞的組成成分；

b.調(diào)解微生物細(xì)胞的滲透壓，PH值和氧化還原電位；

c.有些無(wú)機(jī)鹽如S、Fe還可做為自養(yǎng)微生物的能源；

d.構(gòu)成酶活性基的組成成分，維持E活性。Mg、Ca、K是多種酶的激活劑。2023/10/1419（四）生長(zhǎng)因子（growthfactor）定義:它是一類(lèi)對(duì)微生物正常生活所不可缺少而需要量又不大，但微生物自身不能用簡(jiǎn)單的碳源或氮源合成，或合成量不足以滿足機(jī)體生長(zhǎng)需要的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。不同微生物需求的生長(zhǎng)因子的種類(lèi)和數(shù)量不同。主要包括：維生素氨基酸堿基2023/10/1420根據(jù)微生物對(duì)生長(zhǎng)因子的需要，可分為：1.野生型(wildtype)

又稱(chēng)原養(yǎng)型(prototroph)，不需要生長(zhǎng)因子而能在基礎(chǔ)培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的菌株。2.營(yíng)養(yǎng)缺陷型(auxotroph)某些菌株發(fā)生突變(自然突變或人工誘變)后，失去合成某種(或某些)對(duì)該菌株生長(zhǎng)必不可少的物質(zhì)(通常是生長(zhǎng)因子如氨基酸、維生素)的能力，必須從外界環(huán)境獲得該物質(zhì)才能生長(zhǎng)繁殖，這種突變型菌株稱(chēng)為營(yíng)養(yǎng)缺陷型(auxotroph)，相應(yīng)的野生型菌株稱(chēng)為原養(yǎng)型。2023/10/1421（五）水（water）

微生物細(xì)胞含水約占細(xì)胞鮮重的70－90％，水作用是多方面的。水的功能：1、水是細(xì)胞中生化反應(yīng)的良好介質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物都必須溶解在水里，才能被吸收或排出體（細(xì)胞）外；2、水的比熱高，能有效的吸收代謝過(guò)程中放出的熱量，不致使細(xì)胞的溫度驟然上升；3、水能維持細(xì)胞的膨壓（控制細(xì)胞形態(tài)）。2023/10/1422三、微生物的營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型及其生長(zhǎng)（自學(xué)）異養(yǎng)型生物自養(yǎng)型生物光能營(yíng)養(yǎng)型化能營(yíng)養(yǎng)型生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生物生長(zhǎng)過(guò)程中能量的來(lái)源光能自養(yǎng)型：以光為能源，不依賴(lài)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)需要一定的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)化能自養(yǎng)型：以無(wú)機(jī)物的氧化獲得能量，生長(zhǎng)不依賴(lài)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(lài)于有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)2023/10/14231、光能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（光能自養(yǎng)型）例:藻類(lèi)、藍(lán)細(xì)菌、紫硫細(xì)菌等以CO2為主要唯一或主要碳源；能進(jìn)行光合作用獲取生長(zhǎng)所需要的能量。2023/10/1424CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3COCH3+[CH2O]+H2O2、光能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（光能異養(yǎng)型）不能以CO2為主要或唯一的碳源；以有機(jī)物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細(xì)胞物質(zhì)；在生長(zhǎng)時(shí)大多數(shù)需要外源的生長(zhǎng)因子；例如：紅螺菌屬中的一些細(xì)菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細(xì)胞物質(zhì)，同時(shí)積累丙酮。2023/10/14253、化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（化能自養(yǎng)型）例：硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等。以CO2或碳酸鹽作為唯一或主要碳源，以無(wú)機(jī)物氧化釋放的化學(xué)能為能源，利用電子供體如氫氣、硫化氫、二價(jià)鐵離子或亞硝酸鹽等使CO2還原同化為細(xì)胞物質(zhì)。它們?cè)谧匀唤缥镔|(zhì)轉(zhuǎn)換過(guò)程中起著重要的作用。

2023/10/14264、化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型（化能異養(yǎng)型）生長(zhǎng)所需要的能量均來(lái)自有機(jī)物氧化過(guò)程中放出的化學(xué)能（ATP）；生長(zhǎng)所需要的碳源主要是一些有機(jī)化合物，如淀粉、糖類(lèi)、纖維素、有機(jī)酸等。大多數(shù)細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物都是化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型微生物；所有致病微生物均為化能有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型。根據(jù)所利用的有機(jī)物性質(zhì)的不同，可分為腐生型和寄生型。2023/10/14275、微生物的群體生長(zhǎng)規(guī)律及其應(yīng)用（自學(xué)P58-59）。2023/10/1428第二節(jié)培養(yǎng)基一、選用和設(shè)計(jì)培養(yǎng)基的原則定義：應(yīng)科研或生產(chǎn)的需要，由人工配制的、適合于不同微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物用的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)（混合養(yǎng)料）。特點(diǎn)：任何培養(yǎng)基都應(yīng)具備微生物所需要的五大營(yíng)養(yǎng)要素，且應(yīng)比例適當(dāng)，一旦配成必須立即滅菌。用途：促使微生物生長(zhǎng)；積累代謝產(chǎn)物；分離微生物菌種；鑒定微生物種類(lèi)；微生物細(xì)胞計(jì)數(shù)；菌種保藏；制備微生物制品。2023/10/1429在微生物學(xué)研究和生長(zhǎng)實(shí)踐中，配置合適的培養(yǎng)基是一項(xiàng)最基本的要求。（一）培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)（目的明確）（二）營(yíng)養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)（營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)）（三）物理化學(xué)條件適宜（條件適宜）（四）根據(jù)培養(yǎng)目的選擇原料及其來(lái)源（經(jīng)濟(jì)節(jié)約）（五）及時(shí)滅菌處理

2023/10/1430（一）培養(yǎng)基組分應(yīng)適合微生物的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)

即根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)需要配制不同的培養(yǎng)基。如：自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基完全可以（或應(yīng)該）由簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物質(zhì)組成。異養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基至少需要含有一種有機(jī)物質(zhì)，但有機(jī)物的種類(lèi)需適應(yīng)所培養(yǎng)菌的特點(diǎn)。

細(xì)菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基放線菌：高氏一號(hào)培養(yǎng)基真菌：查氏合成培養(yǎng)基，PDA(Potato-Dextrose-Agar)培養(yǎng)基

2023/10/1431（二）營(yíng)養(yǎng)物的濃度與比例應(yīng)恰當(dāng)濃度過(guò)高——對(duì)微生物的生長(zhǎng)起抑制作用，濃度過(guò)小——不能滿足微生物生長(zhǎng)的需要。例：1、碳氮比（C/N）直接影響微生物生長(zhǎng)與繁殖及代謝物的形成與積累，故常作為考察培養(yǎng)基組成時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)；碳源中的碳原子的mol數(shù)氮源中的氮原子的mol數(shù)C/N比值=2、速效性氮（或碳）源與遲效性氮（或碳）源的比例；3、金屬離子濃度與各種金屬離子間的比例。2023/10/1432（三）物理化學(xué)條件適宜1、pH:

各類(lèi)微生物的最適生長(zhǎng)pH值各不相同：

細(xì)菌：7.0~8.0 放線菌：7.5~8.5酵母菌：3.8~6.0 霉菌：4.0~5.8在微生物的生長(zhǎng)和代謝過(guò)程中，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，培養(yǎng)基的初始pH值會(huì)發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基pH值的相對(duì)恒定，通常采用下列兩種方式：內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。外源調(diào)節(jié)：按實(shí)際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液。2023/10/14332、滲透壓等滲