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1、第五章 微生物的营养,第一节微生物的营养要求 第二节培养基 第三节营养物质进入细胞,微生物的营养,营养(nutrition)：指微生物从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。 营养物质(nutrient) ：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质。,一、微生物细胞的化学组成,1. 化学元素 主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等，而前六种主要元素可占细菌细胞干重的97%。 微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。,2. 化学成分及其分析,(1)有机物：蛋白质、糖类、脂类、核酸及其降解产物和一些代谢产物。
2、 分析方法：直接抽提细胞内的各种有机成分，然后加以定性和定量分析。或先将细胞破碎，然后获得不同的亚显微结构，再分析这些结构的化学成分。,2. 化学成分及其分析,(2)无机物：与有机物相结合或单独存在于细胞中的无机盐。 分析方法：一般将干细胞在高温炉（550）中焚烧成灰（灰分），采用无机化学常规分析法定量分析灰分中各种无机元素的含量。,2. 化学成分及其分析,(3)水：一般可占细胞重量的7090%。 分析方法： 细胞含水量=（湿重干重）/湿重100% 湿重：细胞外表面所吸附水分除去后的重量 干重：细胞通过高温（105）烘干、低温真空干燥和红外线快速烘干后至恒重时的重量。,二、营养物质及其生理功能
3、,微生物的营养物质主要有五大要素：碳源、氮源、无机盐、生长因子和水。,1. 碳源,为微生物提供碳素来源和能量的物质。 种类：糖类、有机酸、醇、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。最适碳源：糖 醇 有机酸 脂类。微生物利用碳源具有选择性，碳源可分为速效碳源和迟效碳源。 工业发酵中的碳源物质主要是农副产品和工业废弃物如麸皮、米糠、糖蜜、淀粉等。,2. 氮源,是提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养物质。 种类：蛋白质、胨、肽、氨基酸、铵盐、硝酸盐、尿素、分子氮、嘌吟、嘧啶、酰胺、氰化物等。 微生物对氮源的利用具有选择性。氮源包括速效氮源和迟效氮源，前者利于菌体生长，后者利于代谢产物的形成。,3. 无机盐,维持
4、生物大分子和细胞结构的稳定性 调节并维持细胞的渗透压平衡 控制细胞的pH和氧化还原电位 有些无机盐如S、Fe还可做为自养微生物的能源 构成酶活性基的组成成分，维持酶活性。,4. 生长因子,通常指那些微生物生长所必需且需要量很少，但其自身不能合成或合成量不足的有机物。 根据化学结构和生理功能，一般将生长因子分为维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶三类。酵母浸膏、牛肉膏及动植物组织液等天然物质可以提供丰富的生长因子。 生长因子的功能是作为酶的辅酶或辅基及提供氨基酸。,5. 水,起到溶剂与运输介质的作用。 参与细胞内一系列化学反应。 蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象。 因为水的比热高，是热的良好导体。
5、维持自身正常形态。,水活度：在相同的温度、压力下，溶液中水的蒸汽压和纯水蒸汽压之比。,P溶液 P水,aw=,细菌 酵母菌 霉菌、放线菌 耐盐菌 0.90.99 0.88 0.8 0.76,三、微生物的营养类型,根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将绝大部分微生物分为光能无机自养型、光能有机异养型、化能无机自养型、化能有机自养型四种类型。,微生物的营养类型,微生物的营养类型,1.光能自养型（photolithotroph）,能以CO2为主要唯一或主要碳源、进行光合作用获取生长所需要的能量、以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体、使CO2还原为细胞物质的微生物。 藻类及蓝细菌等和植物一
6、样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。,2.光能异养型（photoorganotroph）,3.化能自养型（chemolithotroph）,能以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源、以无机物氧化释放的化学能为能源、利用无机物（如氢气、硫化氢、二价铁离子或亚硝酸盐等）为电子供体使CO2还原成细胞物质的微生物。 这类微生物主要有硫化细菌、硝化细菌、氢细菌与铁细菌。它们在自然界物质转换过程中起着重要的作用。,4.化能异养型（chemooganotroph）,能量来自有机物（如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等）的氧化
7、或发酵产生的化学能，以有机物作为碳源和电子供体的微生物。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，一般致病微生物都是化能有机异养型微生物。,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。 科研生产中培养微生物都需要配制培养基。,一、配制培养基的原则,1.选择适宜的营养物质,一、配制培养基的原则,2.营养物质浓度及配比合适 （1）各营养元素之间的比例要协调 H2O C N P、S Mn、Co 生长因子 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 （2）注意C/N 在微生物的培养基中所含的碳源中碳原子摩尔数与氮原子摩尔数之
8、比称为C/N。有时也指培养基中还原糖和粗蛋白之比。 细菌、酵母菌 C/N=5/1 霉菌、放线菌 C/N=10/1,一、配制培养基的原则,3.控制微生物的培养条件 （1）控制pH值 细菌7.07.5，放线菌7.07.5 霉菌4.05.8，酵母菌 4.05.8 K2HPO4+H+ KH2PO4+K+ KH2PO4+K+OH- K2HPO4+H2O （2）控制氧化还原电位 一般微生物0.1V，厌氧微生物0.1V 前者通过通气，后者加入还原剂。,一、配制培养基的原则,4.原料来源的选择 （1）工业上，采用废弃物作为培养基的原料； （2）农业上，利用人畜粪便及禾草为原料发酵生产甲烷 5.灭菌处理 一般培
9、养基 1.05kg/cm2，121 ,15-30min; 含糖培养基 0.56kg/cm2，112 ,15-30min.,二、培养基的类型及应用,按成分不同划分 天然培养基： 含有化学成分不清、含量不恒定 的化学物质的培养基。 合成培养基 是由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。,二、培养基的类型及应用,2. 根据物理状态划分,凝固剂,理想的凝固剂应具备以下条件： 1.凝固点不太低 2.无毒害作用 3.耐高温灭菌 4.配制方便，价格低廉 常用的凝固剂是琼脂、明胶和硅胶。,固体培养基的诞生,1.最早的培养基的是液体的,固体培养基的诞生,2.马铃薯固体培养基 先将马铃薯蒸
10、熟，然后用 灼烧的刀片切片，然后用针尖 在土豆片表面划线接种。土豆 营养太少，菌落长得太慢。,固体培养基的诞生,3.明胶作为凝固剂 科赫是一个业余摄影家，具有利用银盐和明胶制备胶片的经验。他用明胶制备牛肉膏蛋白胨固体培养基。明胶由胶原蛋白制得，凝固点低，微生物的酶可将其分解。现不常用。,固体培养基的诞生,4.琼脂作为凝固剂,1882年，日本有人发现丢弃的石花菜汤经过寒冷的冬夜后会凝固。荷兰人首先用琼脂制作果酱和果冻。海斯夫人建议科赫用琼脂作为培养基的凝固剂。从此，琼脂一直沿用至今。,二、培养基的类型及应用,3. 按用途划分,伊红美蓝培养基,蛋白胨 10g 乳糖 10g 磷酸氢二钾 2g 琼脂
11、2030g 蒸馏水 1000ml 2%伊红 20ml 0.5 %美蓝 13ml,阿须贝培养基,磷酸二氢钾 0.2克 七水硫酸镁 0.2克 氯化钠 0.2克 碳酸钙 5.0克 甘露醇 10.0克 二水硫酸钙 0.1克,一.扩散,1.简单扩散：原生质膜是一种半透膜，营养物质通过原生质膜上的含水小孔，由高浓度的细胞的一侧向低浓度一侧进行扩散。,也称易化扩散。有些物质（主要为糖和氨基酸等），借助于细胞膜上一些与它们进行特异性结合的蛋白质（载体蛋白），从浓度高的一侧透过膜向浓度低的一侧扩散。运输前后载体蛋白本身不变。 机制：载体蛋白可能通过构象的变化与所伴随亲和力的改变而易化扩散。,2.促进扩散,二.主动运输,1.ATP 结合性盒式转运蛋白系统 要外界提供能量，由载体蛋白参与的逆浓度梯度的物质转运。 运送的物质主要有：无机离子（K+），一些糖类（乳糖、葡萄糖）、氨基酸和有机酸等。,三、主动运输,2.基团转位 主要用于糖的运输。 糖进入细胞后以磷酸糖的形式存在于细胞质中，表明糖在运输过程中发生了磷酸化作用，其中的磷酸基团来源于胞内的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)。 PTS磷酸转移酶系统。,总结,1.基本概念：微生物营养，水活度，基团转位 2.基本理论 微生物的营养类型 3.基本技能 培养基配方成分分析,
