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1、第四章微生物的营养和培养基 1 营养物 生物体为满足正常生长 繁殖 从外界吸收的作为代谢活动必需的有机物和无机物 营养 获得并利用营养物质的过程 2 微生物的营养物质 能够满足微生物的生长繁殖和完成其各种生理活动所需要的物质称为微生物的营养物质 微生物的营养物质来源除无机 有机物质外 还包括光能这种非物质形式的能源 3 第四章微生物的营养和培养基 第一节微生物的营养第二节微生物的培养基第三节微生物的生存因子 4 第一节微生物的营养 一 微生物的营养类型二 微生物的营养要求 5 营养类型是指根据微生物生长所需要的主要营养要素即能源和碳源的不同 而划分为 光能自养型光能异养型化能自养型化能异养型
2、一 微生物的营养类型 6 营养类型 能源 碳源 电子供体 代表类型 光能自养型 光 CO2 无机物H2S S H2或水 绿硫细菌 光能异养型 光 有机物 有机物 红螺细菌 化能自养型 无机物 CO2 碳酸盐 无机物 H2S H2 Fe2 NH4 NO2 硝化细菌 化能异养型 有机物 有机物 有机物 大肠杆菌 微生物的营养类型 7 光能自养型蓝细菌含叶绿素a 利用水作为供氢体 在光照下同化二氧化碳 并放出氧气 光能自养型念珠蓝细菌电镜照片 光合作用 8 光能异养型以光为能源 以有机碳化合物作为碳源和供氢体进行光合作用而生长繁殖的微生物 光能异养菌紫色非硫细菌电镜照片 9 化能自养型以二氧化碳为碳
3、源 利用无机化合物 如铵 亚硝酸盐 硫化氢 铁离子等 氧化过程中释放出的能量进行生长的微生物 产甲烷细菌电镜照片 它们可以氢气为能源 二氧化碳为碳源生长 10 化能异养型大多数微生物属于这种营养类型 它们以有机碳化合物作为碳源和能源 如果微生物的食物是来自死亡或腐烂的动植物尸体 就称其为腐生微生物 如果其生长必须从活细胞或组织中获得营养物质的 则称之为寄生微生物 腐生型微生物 枯草芽孢杆菌 11 二 微生物的营养要求水碳源氮源无机盐生长因子 12 1 水是维持细菌细胞结构和功能必不可少的一种重要物质 水是细胞的一种主要成分 一般占微生物营养体重量的百分比 细菌80 左右 酵母菌75 左右 霉菌
4、85 左右 霉菌孢子含水约39 细菌芽孢核心部分的含水量低于30 13 水的生理功能 1 水是细胞的重要组成成分 2 水直接参与代谢反应 许多反应都涉及脱水和水合 3 水为细胞提供液体介质环境 细菌的营养物质 代谢产物都必须溶于水中才能被运输 4 水比热高 是热的良导体 可调节细胞的温度 5 维持蛋白质核酸的天然构象稳定 14 2 碳源 定义 为微生物生长提供碳素来源营养物质的统称 功能 提供合成细胞骨架及代谢产物的原料 并为整个生理活动提供所需要能源 15 微生物利用的碳源物质主要有糖类 有机酸 醇 脂类 烃 CO2及碳酸盐等 微生物最好的碳源是糖尤其是葡萄糖 蔗糖 对于为数众多的化能异养微
5、生物来说 碳源是兼有能源功能营养物 16 凡是能够供给微生物氮素营养的物质称为氮源 氮源的作用是为蛋白质的合成提供原料 3 氮源 氮源 氨基酸蛋白质核酸尿素 有机氮 无机氮 硝酸盐铵盐NH3N2 17 速效氮源 小分子氮源 铵盐和氨基酸 很容易被细菌吸收利用 在短时间内就可满足菌体生长需要 称之为速效氮源迟效氮源 大分子复杂氮源 硝酸盐和蛋白质 需要被细菌还原或降解后才能够利用 称为迟效氮源 18 固氮作用 细菌吸收并利用环境中的游离氮气作为氮源 借助特殊的酶将分子态的氮转化为氨或其它含氮化合物 该过程被称为固氮作用 固氮酶N2 H2 NH3 19 按对氮源的要求不同 微生物可分为 1 固氮微
6、生物利用空气中的N2合成自身所需的氨基酸及蛋白质 代表 根瘤菌 固氮蓝菌 固氮菌 2 以无机氮化物为氮源的微生物利用NH3 铵盐 硝酸盐 亚硝酸盐为氮源 代表 亚硝化菌 硝化菌 放线菌 霉菌等 20 按对氮源的要求不同 微生物可分为 3 以某种氨基酸为氮源的微生物 速效氮源也为异养微生物 不能利用无机氮合成蛋白质 只会利用现成的氨基酸合成 代表 乳酸菌 丙酸细菌等 4 以分解蛋白质而获得氮源的微生物 迟效氮源把蛋白质分解后 形成NH3 氨基酸和肽 然后根据自己所需再次形成蛋白质 代表 氨化细菌 霉菌 酵母菌等 21 4 无机盐 作用 1 细胞组成部分 2 构成酶的组分和维持酶的活性 3 调节渗
7、透压 pH 氧化还原电位 4 能源 5 酶的激活剂 微量元素 是指那些在微生物生长过程中起重要作用 而机体对这些元素的需要量极其微小的元素 通常需要量在10 6 10 8mol L 如 锌 锰 钼 硒 钴 铜 钨 镍 硼等 根据微生物对矿质元素需要量大小可以把它分成 大量元素 P S K Na Mg Ca Fe等 22 1 PP对于微生物的作用很重要 所有的微生物都需要磷源 a 合成核酸 核蛋白 磷脂及其他含磷物质的重要元素 b 是一些辅酶的组成部分 如 NAD ATP ADP等 c 在磷酸化中起作用 d 高能磷酸键 e 缓冲剂 2 SS是一些氨基酸的组分 一般为硫氢基 SH 的形式 S及硫化
8、物是好氧微生物的能源 23 5 生长因子 生长因子 那些微生物生长所必需而且需要量很小 但微生物自身不能合成的或合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物 生长因子主要有 维生素C B维生素 氨基酸 碱基对等 24 第二节 微生物的培养基 培养基是人工根据微生物得营养要求 将水 碳源 氮源 无机盐 生长因子等物质按照一定得比例配制的 用以培养微生物 生长繁殖或产生代谢产物 的营养基质 培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础 任何培养基都应该为微生物生长提供五大营养要素 一 培养基的配置原则二 培养基的类型及应用 25 一 配置培养基的顺序和原则 目的明确 营养协调 理化条件适宜 经济节
9、约 2 配置培养基的原则 1 配置培养基的顺序 各成分的顺序 1 缓冲化合物 2 无机元素 3 微量元素 4 生长因子 最后调节pH 无菌 26 3 营养协调 培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好 营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需 浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用 培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累 其中碳氮比 C N 的影响较大 2 目的明确 根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基 1 无菌 27 例如 在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中 培养基碳氮比为4 1时 菌体量繁殖 谷氨酸积累少 当培养基碳氮比为3 1时
10、菌体繁殖受到抑制 谷氨酸产量则大量增加 28 培养基的pH必须控制在一定的范围内 以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物 通常培养条件 细菌与放线菌 pH7 7 5酵母菌和霉菌 pH4 5 6范围内生长 为了维持培养基pH的相对恒定 通常在培养基中加入pH缓冲剂 如K2HPO4或在进行工业发酵时补加酸 碱 4 理化条件适宜 pH 29 二 培养基的类型及应用 培养基种类繁多 根据其成分 物理状态和用途可将培养基分成多种类型 按成分不同划分 化学成分完全了解的物质配制而成的培养基 30 按照物理性质分 固体培养基培养液加入2 3 的琼脂用于微生物分离纯化 保存 计数半固体培养基培养液加入0
11、 5 琼脂用于观察细菌的运动能力 保存菌种液体培养基培养液中不加琼脂用于观察微生物生长状况 检测生化反应及代谢产物 大量增殖细菌 31 根据培养基的物理状态 培养基可分 1 5 2 5 琼脂 固体培养基 0 3 0 5 琼脂 用于大量繁殖细菌 动力检查 细菌的分离培养 半固体培养基 液体培养基 32 按照用途和使用目的不同分为基础培养基满足一般细菌生长繁殖所需条件 组成牛肉浸膏 蛋白胨 氯化钠 水营养培养基培养基中加入血清等特殊成分供有特殊营养要求的细菌生长鉴别培养基加入糖类指示剂 鉴别细菌种类选择培养基加入抑制某些细菌生长的药物 筛选出目的细菌厌氧培养基培养厌氧菌 33 营养培养基在基础培养
12、基中加入葡萄糖 血液 血清等 专供营养要求较高或有特殊要求的细菌生长 如肺炎链球菌和溶血球菌必须在血琼脂平板上生长 血琼脂平板 34 鉴别培养基是检查细菌生化反应的培养基 以作细菌鉴别之用 例如 在蛋白胨水中加入某种糖类和某种指示剂 细菌培养后 可根据产酸产气情况来鉴别细菌分解糖的发酵能力 35 鉴别培养基 利用几种细菌对某一物质的分解能力不同 借助指示剂的显色不同进行菌种鉴别和区分的培养基 如 大肠杆菌中的大肠埃希氏菌 枸橼酸盐杆菌 产气杆菌 副大肠杆菌四个 对乳糖的分解能力不同 其中副大肠杆菌不能分解 大肠埃希氏菌最强 菌落呈紫红色且带金属光泽 枸橼酸盐杆菌次之 菌落呈紫红色或深红色 产气
13、杆菌最低 菌落呈淡红色 36 选择培养基 利用微生物对某些物质的敏感程度不同 在培养基中加入一些敏感物质 这样就可以利用这些物质来抑制非目的性微生物的生长 从而使得所需的微生物大量繁殖 如 在培养基中有革兰氏阴性菌也有革兰氏阳性菌 但想培养的是革兰氏阴性菌 就可以加入胆汁酸盐 抑制阳性菌的繁殖 37 高温下培养 分离嗜热细菌 待分离的微生物生长 其它的微生物不长 培养基中加抗生素分离抗性菌 培养基中不含氮 分离固氮菌 38 如何利用选择培养基选择出能降解对羟基苯甲酸的细菌 想一想 39 40 厌氧培养基专供厌氧菌的分离 培养和鉴别 常用 庖肉培养基 肉汤中加入煮过的肉渣 其中含有还原性的不饱和
14、脂肪酸和谷胱甘肽 基础液体培养基 石蜡 普通肉渣 庖肉培养基 41 第三节微生物的生存因子 微生物正常生存 需要营养 除此以外 还需要合适的温度 pH 氧气等环境条件 一 温度对微生物生长的影响二 氧气对微生物生长的影响三 pH值对微生物生长的影响 42 温度是影响微生物生长的最重要因素之一 具体影响表现在 影响酶活性 温度变化影响酶促反应速率 最终影响细胞合成 影响细胞膜的流动性 温度高 流动性大 有利于物质的运输 温度低 流动性降低 不利于物质运输 因此 温度变化影响营养物质的吸收与代谢产物的分泌 影响物质的溶解度 对生长有影响 一 温度对微生物生长的影响 43 每种微生物都有自己的生长温
15、度三基点 即最低 最适 最高生长温度 最适生长温度 某菌分裂代时最短或生长速率最高时的培养温度 处于最适生长温度时 生长速度最快 代时最短 超过最低或最高生长温度时 微生物不生长 温度过低 甚至会死亡 一 微生物生长的三个温度基点 44 低温 中温和高温细菌的生长温度范围 根据微生物的最适生长温度的不同 可将微生物划为三个类型 二 微生物生长温度类型 45 低温型微生物嗜冷菌 最适合在5 15 甚至很多细菌可以在0 以下正常生存 冰箱中冷藏的蔬菜 水果发霉变质腐烂的原因 46 中温型微生物 最适生长温度为20 40 大多数微生物属于此类 室温型主要为腐生或植物寄生 在植物或土壤中 体温型主要为
16、寄生 在人和动物体内 47 所有微生物中 多部分是嗜中温菌 污水处理系统中 为了保证微生物能够处于较好的工作状态 需要为其提供较适合的温度 一般控制在20 30 左右 冬天 需要进行加热处理 48 高温型微生物 最适生长温度为50 60 主要分布在温泉 堆肥和土壤中 高温微生物的特点 生长速度快 合成大分子迅速 可及时修复高温对其造成的分子损伤 耐高温菌在减少能源消耗 减少染菌 缩短发酵周期等方面具重要意义 49 菌名生长温度发酵温度累积产物温度 Streptococcusthermophilus374737S lactis3440产细胞 25 30产乳酸 30Peniciliumchrysogenum302520以青霉素的生产为例 培养165小时采用分段控制温度的方法 其青霉素产量比始终在30 培养提高了14 7 分段控制方式 0 5小时 30 5 40小时 25 40 125小时 20 125 165小时 25 微生物不同生理活动要求不同温度 所以 最适生长温度 发酵速度快 积累代谢产物多 50 1 高温对微生物的影响高温下蛋白质不可逆变性 膜受热出现小孔 破坏细胞结构 溶菌 三
